Раздел 1. Общая часть.

1.1 .Назначение устройства.

Разрабатываемое устройство предназначено для приема радиовещательных станций в режиме амплитудной модуляции в диапазоне коротких волн (КВ). Приемник имеет встроенную телескопическую антенну для КВ диапазона, ручку настройки радиостанций, ручки регулировки громкости и тембра. Малогабаритный, переносной, прост и легок в управлении, технически надежен и удобен в эксплуатации, имеет возможность питания от батареи с напряжением 9В, типа "Крона", имеет малое энергопотребление.

1.2. Технические характеристики.

Диапазон принимаемых частот 12,2-17 МГц

Реальная чувствительность 7 мкВ

Избирательность по соседнему каналу 20 дБ

Избирательность по зеркальному каналу 48 дБ

Ослабление на краях полосы пропускания 17 дБ

Диапазон воспроизводимых частот 55-13000 Гц

Коэффициент нелинейных искажений 6%

Раздел 2. Специальная часть

2.1 Предварительный выбор структурной схемы, разрабатываемого радиоприемного устройства.

Радиоприемное устройство (РПУ) является частью системы передачи сообщений. РПУ использует для этого энергию радиоволн. Оно предназначено для воспроизведения передаваемого сообщения с заданной степенью точности. Из имеющихся схем РПУ выбираю схему супергетеродинного приемника, так как она позволяет на значительном удалении от принимаемой радиостанции с высокой эффективностью осуществлять избирательность радиосигнала, максимально его усилить, при стабильной работе схемы и получить достоверное воспроизведение принятого сообщения. Структурная схема разрабатываемого РПУ в соответствии с рисунком 1 будет состоять из: антенны, входной цепи (ВЦ), усилителя радиочастоты (УРЧ), смесителя (СМ), гетеродина (Г), усилителя промежуточной частоты (УПЧ), амплитудного ограничителя (АО), промежуточный модулятор (ПМ), амплитудного детектора (АД), усилителя звуковой (УЗЧ), оконечного устройства (ОУ), где СМ и Г объединены в преобразователь частоты.

Рисунок 1. Структурная схема РПУ.

После выполнения предварительного расчета и анализа его результата, состав структурной схемы разрабатываемого РПУ будет уточнен.

2.2 Выбор приемной антенны

Исходные данные:

Частота начала диапазона f_mln 12,2 МГц

Частота гонца диапазона f_max 17 МГц

Требуется определить индуктивность компенсационной катушки L_k

Расчет:

Определяю среднюю частоту диапазона (f_ср) и среднюю длину волны диапазона(λ_ср):

= = =14,6 МГц

= = =20,5

Для рассчитываемого РПУ, выбираю телескопическую штыревую антенну с

длиной l= 0,8 м и диаметром d =5 мм. Так как длина телескопической

штыревой антенны меньше четверти принимаемой средней длины волны,

значит, она имеет емкостную составляющую входного сопротивления, поэтому

между антенной и входной цепью необходимо включить компенсационную

катушку индуктивности L_K, рассчитанную на среднюю частоту диапазона:

Определяют волновое сопротивление антенны (W_a)

W_a=138∙lg∙ (l/0,025) = 220,8 Ом

Определим реактивное сопротивление входного сопротивления антенны

X_a=W_a∙ctg∙ (360∙l/ λ_ср) = 220,8 ∙ ctg ∙ (360∙1/20,5) = 70,656 Ом

Определим значение индуктивности компенсационной катушки:

= 70,656/ 6,28 ∙ 14,6 = 0,77 мГн

Полученные результаты:

=14,6 МГц

=20,5 м

W=220,8 Ом

=70,656 Ом

=0,77 мГн

2.3 Выбор варикап. Проверка перекрытия диапазона.

= = =1.39<2 =>Диапазон не надо разбивать на поддиапозоны.

Выбираю варикап КВ106Б.

= ≥ = =1.51≥1.39

Емкость варикапа, при обратном напряжении U_обр=4 В; равна =35 пФ ; =15 пФ и частота f=10 МГц

Для данного варикапа:

К_пс= √(С_max/C_min)= √(35/15)= 1,52 пФ

К_пс> K_пf

1,52>1.51 => Варикап выбран правильно.

2.4 Выбираю промежуточную частоту.

Следуя ГОСТу видно, что промежуточная частота для КВ диапазонов равна 0,465 МГц

2.5. Определение полосы пропускания приёмника.

ПП=2∙F_max= 2 ∙ 13000=26000 Гц

Выбираю полосу пропускания равную 110 кГц

Необходимая полоса пропускания до детектора зависит от эффективной

ширины принимаемого сигнала, а также от стабильности частоты гетеродина и передатчика. Для радио/вещ. приёмников допускается подстройка при приеме, поэтому ПП выбирается только по эффективной ширине спектра сигнала ∆f_c.

2.6. Выбор входной цепи. Определение числа резонансных контуров УРЧ.

2.6.1 Выбор входной цепи.

В разрабатываемом РПУ выбирают входную цепь, выполненную по схеме одиночного контура с емкостной связью антенны и последующего каскада, с индуктивной или индуктивно – емкостной связью.

В РПУ супергетеродинного типа, в профессиональных и радиовещательных с однократным преобразованием частоты, применяют следующее распределение по трактам заданных величин избирательности:

Избирательность по зеркальному каналу обеспечивается трактом радиочастоты (тракт радиочастоты включает в себя входную цепь и УРЧ);

Избирательность по соседнему каналу обеспечивается трактом промежуточной частоты.

Распределение ослабления на краях полосы пропускания указано в таблице 1.

Тип РПУ	Рабочая частота, кГц	Ослабление на краях полосы пропускания, дБ
		Всего тракта	Тракта УРЧ	Тракта УПЧ	Предварительного УЗЧ	ОконечногоУЗЧ
Радиовеща­тельный с: АМ	>250	14	1..3	6.8	1..2	1..2,5

Таблице 1.

2.6.2. Определение эквивалентной добротности и числа контуров тракта радиочастоты.

Конструктивная добротность контуров выбирается из таблицы 2.

Диапозон	Значение конструктивной добротности
	Без сердечника	С сердечником
КВ УКВ	60…150 100…200	140…190 100…200

Таблица 2.

Цель расчета заключается в определении количества контуров тракта радиочастоты, эквивалентной добротности, для контуров тракта радиочастоты и проверка соответствия заданным величинам ослабления на краю полосы пропускания, помехи по зеркальному каналу и помехи прямого прохождения. Коэффициент шунтирования контура электронным прибором : для транзисторов равен: (0,5 – 0,8).

Исходные данные:

Крайние частоты диапазона f_min - fmax 12.2-17 МГц

Избирательность по зеркальному каналу Qз 48 дБ

Полоса пропускания П 110 кГц

Ослабление на краях полосы пропускания радиочастоты σ_п 17 дБ

Конструктивная добротность контуров Qк 150

Промежуточная частота f_np 0,465 МГц

Настройка, при которой задана избирательность

(Расстройка) ∆f _c 150 КГц

Требуется определить:

- число контуров тракта радио частоты n_c .

- эквивалентную добротность контуров Qэ.

- избирательность по зеркальному каналу σ_з.

- ослабление помехи прямого прохождения σ_пр.

- ослабление на краях полосы пропускания σ_п.

Порядок расчета:

1. Задаются ориентировочным числом одиночных контуров тракта радиочастоты n_c=1

2. Допустимая добротность контуров, обеспечивающая заданное ослабление на краях полосы Qп , определяется по формуле:

Q_П = = 12200/110 * 16,9= 111

3. Необходимая добротность контуров, обеспечивающая заданную избирательность по зеркальному каналу Qн

f_зmax = f_max + 2 f_np = 17+2*0,465 = 17,93 МГц

Q_Н = = = 45,5 / 0,1=4,55

4. Определяют конструктивную добротность контура Qэк

Для транзисторов Ψ=(0,5-0,8). Принимают значение Ψ=0,5 и из таблицы 2.4 выбирают конструктивную добротность Qк =150

Qэк= Ψ∙Qк =0,5*150= 75

так как Qн< Qэк < Q_п

4,55 < 75 < 7930

принимаю число контуров n_c=1 и эквивалентную добротность контура Qэк=75

5.Проверяют избирательность по зеркальному каналу. На максимальной частоте избирательность по зеркальному каналу имеет вид:

σ_з =Qэк∙ ( f_зmax/ f_ср - f_ср / f_зmax) = 75 * (17,93/14,6– 14,6 /17,93)= 30,75дБ

Определяю ослабление помехи прямого прохождения Gпр

σ_пр =Qэк∙ ( f_np/ f_min - f_min/ f_np)= 75* (0,465 /12,2-12,2/0,465)= 1965 дБ

Полученные результаты:

n_c= 1

Qэк= 75

σ_з= 30,75 дБ

σ_пр= 2965 дБ

Q_н=4,55

Q_п=7930

2.7. Выбор и предварительный расчет схемы УПЧ.

Определение: типа, параметров и числа избирательных систем настроенных на ПЧ.

Выбираю схему усилителя промежуточной частоты с ФСС

Исходные данные:

Промежуточная частота f_np 0,465МГц Полоса пропускания П 110 кГц

Ослабление на краях полосы пропускания σ_п 17

Ослабление помехи по соседнему каналу σ_с 20

Настройка, при которой задана избирательность (расстройка) ∆f_c 150 кГц

Конструктивная добротность контуров Q_K 150

Коэффициент шунтирования контура транзистора Ψ 0,5

Требуется определить:

- количество контуров n_пр

- необходимая добротность фильтра Q_H

- избирательность по соседнему каналу

- фактор связи контура фильтра β

Порядок расчета:

1. Принимают число ФСС n_пр=1

2. Определяю ослабление на краях ПП и избирательность по соседнему каналу

σ_фп= σ_п/ n_пр = 17/1=17дБ

σ_фс = σ_с/ n_пр = 20/1=20дБ

3. Задают величину относительной расстройки α_п на границе полосы пропускания. При σ_фп > 8 дб и σ_фс < 26 дб можно принять α_п = 1. В остальных случаях рекомендуется расчетную полосу принимать шире на 10 – 20%, тогда α_п = 0,8 – 0,9.

Выбираю α_п =1

4. Определяю ширину расчётной ПП ФСС

Пр=П/ α_п = 110/ 1 = 110 кГц

Q_н =11,9 < Q_к=150 следовательно при заданных исходных условиях можно применять ФСС

5. Определяют необходимую добротность контуров ФСС

Q_н= = = 11,9

6. Определяют величину относительной расстройки для соседнего канала

α_с= = =2,7

где ∆ƒ_С – расстройка, при которой задана избирательность по соседнему каналу

7. Определяют величину обобщенного затухания

β = = = 0,05

8. По кривой приложения при значении β=0,05 и по α_п=1, α_с=2,7 определяется избирательность по СК и ослабление на краях ПП

σ_п1=2,5 дБ

σ_с1=14,5 дБ

9. Определяют число звеньев одного ФСС необходимое для обеспечения избирательности по СК на один фильтр.

n_и= σ_фс/ σ_с1 = 20/14,5=1,37

10. Определяют число звеньев одного ФСС необходимое для обеспечения заданного ослабления на краях ПП на один фильтр.

n_п= σ_фп/ σ_п1 = 17/2,5 =6,8

Так как n_п> n_{и ,} следовательно расчет произведен правильно

Принимают число звеньев одного ФСС.

n_ф= n_и=1,37 и число ФСС n_пр=1

11. Определяют ослабление на краях ПП, УПЧ

σ_п= n_пр∙ n_ф∙ σ_п1 = 1*1,37*2,5 =3,42дБ

Избирательность по СК

σ_с = n_пр∙ n_ф∙ σ_с1 = 1*1,37*14,5 =19,8дБ

Полученные результаты:

n_пр=1

n_ф=1,37

σ_с =19,8 дБ

σ_п=3,42 дБ

Q_н=11,9

β=0,05

2.8. Определение числа каскадов ВЧ тракта.

Цель расчета заключается в определении требуемого коэффициента усиления РПУ Кт, который обеспечит нормальную работу детектора, определение требуемого коэффициента усиления с запасом Ктз и определение общего коэффициента усиления каскада, содержащего резонансные системы, Кобщ. Если Ктз окажется больше Кобщ, то определяются дополнительное количество апериодических усилителей, которые совместно с резонансными обеспечили бы Ктз.

2.8.1. Выбор типа детектора.

Выбираю диодный детектор с параметрами:

Амплитудное напряжение на входе Uд_вх=(0,2-0,5)В

Коэффициент передачи Кд=(0,3-0,6)

2.8.2. Определяю требуемое усиление до детектора

Требуемое усиление.

Кт= Uд_вх[В] ∙10⁶/1,41∙U_min= 0,2 ∙10⁶/1,41∙7= 2026,34

Требуемое усиление с запасом

Для КВ: Ктз=(1,4 – 2) ∙Кт = 1,4*2026,34=2836,8

Определяют минимальное число каскадов до детектора

Исходные данные:

Выбирают транзистор КТ616 Б и его параметры:

Крутизна транзистора S 700 мА/В

Емкость коллекторного перехода Ск 10 пФ

Входное сопротивление на максимальной частоте R_ВХ 10 кОм

Эквивалентная добротность контура Q_ЭКВ 75

Конструктивная добротность контура Q_К 150

Эквивалентная минимальная емкость контура С_ЭК 3пФ

Коэффициент передачи входной цепи К _ВЦ 5

Требуется определить:

- общий коэффициент усиления с резонансными системами Кобщ

- число апериодических усилителей в тракте радиочастоты Nурч

- число апериодических усилителей в тракте преобразователей частоты Nупч

Порядок расчета:

1. Определяют коэффициент шунтирования контура входной цепи транзистора

Для транзисторов Ψ=(0,5 -0,8).

ψ = = =0,5

2. Определяют коэффициент включения транзистора в контур входной цепи.

m₂=(0.7 – 0.9).

m₂ = = =0,3

Выбираю коэффициент включения m₂=0.7

3. Определяют коэффициент передачи входной цепи с учетом m₂

К’вц= Квц∙ m₂ =5∙0,7=3,5

4. Определяют коэффициент усиления УРЧ

Курч=6,3 =6,3 =12,8

5. Определяют коэффициент усиления УПЧ

Купч=6,3 =6,3 =48,1

6. Определяют коэффициент усиления ПЧ

Кпч= 0,1 К_УПЧ = 0,1∙48,1=4,8

7. Предварительно принимаю число каскадов

N_УРЧ =1

N_УПЧ =1

8. Определяю общий коэффициент усиления с резонансными системами до детектора

Кобщ = К’вц ∙ Курч ∙ Кпч ∙ Купч = 3,5∙12,8∙4,8∙48,1 = 10343,4

Кобщ >Ктз =10343,4>2836,8

2.9 Предварительный расчет АРУ.

Задаюсь исходными данными для расчета

- изменение входного напряжения а=20

- изменение выходного р=2

Порядок расчета.

1. Вычисляю степень изменении коэффициента усиления одного каскада под действием АРУ (Л₁). Для транзисторных приемников практически можно принимать

Л₁=(6 - 10) раз. Выбираю Л₁=10 раз

2. Определяю требуемое изменение коэффициента усиления приемника под действием АРУ:

Л_т= а/р =20/2=10

3. Определяем необходимое число регулируемых каскадов:

Nару = lg Л_т / lg Л₁=lg10/lg10=1/1=1

4. Регулировка будет осуществляться в каскаде УПЧ.

Полученные результаты:

Nару=1

2.10. Выбор схемы УНЧ.

Выбираю схему для усиления низкочастотного сигнала с ФНЧ, ФВЧ и УЗЧ на транзисторах. Её параметры:

Р_потр=1 Вт

Рвых = 0,5 Вт

Uпит = 9 В

Для регулировки тембра выбираю схему активного регулятора громкости.

2.11. Определяю мощность потребляемую радиоприемником.

В каскаде УРЧ используется транзистор КТ616Б =>

Р_упч=Р_пр=I_к∙U_пит=0,5∙2=1 Вт

P_урч= 1*3=3 Вт

P_унч = 1 Вт

Р_потр=2*Р_урч+2*Р_упч+Р_пр+Р_унч=2*1+1+1+1= 5 Вт

2.12. Результаты предварительного расчета.

Результаты предварительного расчета помещены в таблице 3

Каскады	Параметры								Примечание
	σз	σс	σпр	Qэк	К	nc	nпр	Qн
ВЦ	30,7	-	2965	-	3,5	-	-	-	Выполнена по схеме одиночного контура с емкостной связью
УРЧ	-	-	-	75	12,8	1	-	4,55	УРЧ однокаскадный, апериодичный
ПЧ	-	-	-	-	4,8	-	-	-	ПЧ выполнен по схеме с раздельным гетеродином
УПЧ	-	19,8	-	-	48,1	-	1	11,9	УПЧ однокаскадный построен на ФСС с числом звеньев

Таблица 3.