Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Курсовой УПиОС АМ / АМ — копия

.pdf
Скачиваний:
15
Добавлен:
19.09.2019
Размер:
1.2 Mб
Скачать

принимаемый сигнал и сигнал гетеродина должны совпадать не только по частоте, но и по фазе.

На риcунках 7 и 8 показаны структурные схемы различных реализаций радиоприёмных устройств АМ-сигналов. Существуют различные реализации демодуляторов для сигналов с амплитудной модуляцией.

Рисунок 7 – Структурная схема радиоприемника прямого усиления (а) и синхродина (б)

 

 

Детекторы АМ-сигналов можно реализовать на полупроводниковых диодах

 

или транзисторах. Диодные детекторы обладают малыми нелинейными

. и дата

искажениями. В линейном режиме, который обеспечивается при сигнале,

большем 0,5–1,0 В, их коэффициент гармоник г 1− 2 %. Однако и коэффициент

Подп

передачи детектора д 1 , причём он особенно мал в транзисторных приёмниках,

 

где низкое входное сопротивление УНЧ обуславливает малое сопротивление

 

нагрузки детектора или деление её на две части.

 

 

. №

 

Транзисторные

детекторы

имеют

значительно

большие

нелинейные

инв

искажения ( г от 3 до 10 %) , но имеют коэффициент передачи от 3 до 10 и

Взам.

обладают малыми входным и выходным сопротивлениями, что удобно для

 

 

согласования их с УНЧ.

 

 

 

 

.

 

Нелинейные искажения растут при слабых и сильных сигналах, напряжение

дубл

которых поддерживают в пределах от

0,05 до 0,5 В. Поэтому

в бортовых

. №

приёмниках, где

уменьшение массы, габаритных размеров и потребляемой

Инв

мощности весьма важно, можно применять транзисторные детекторы. Если же

 

 

важны малые нелинейные искажения, то рационально использовать диодные

и дата

детекторы. В таких приёмниках для уменьшения нелинейных искажений и

увеличения коэффициента передачи детектора д можно между детектором и

.

УНЧ включить эмиттерный повторитель.

 

 

 

Подп

 

 

 

 

 

 

 

 

№ подп

 

 

 

 

 

КП-11.05.01 ПЗ

Лист

Инв.

 

 

 

 

 

11

Лит

Изм.

№ докум.

Подп.

Дата

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8 – Структурная схема супергетеродинного приемника

 

 

Тип диода или транзистора следует выбирать таким образом, чтобы

 

детектируемые сигналы находились в рабочем диапазоне частот диодов или

 

транзисторов. В детекторах и УПЧ разумно применять однотипные транзисторы.

 

 

Схемы диодных детекторов АМ-сигналов приведены на рисунке 9.

 

 

Нелинейные искажения сигналов возникают в приемнике АМ-сигналов из-

 

за неточной настройки приемника, а также из-за нелинейности вольтамперных

 

характеристик активных приборов. В трактах усиления сигнала возможны

 

следующие виды искажений: линейные (амплитудно-частотные, фазо-частотные)

 

и искажения, связанные с нелинейностью усилительных приборов (нелинейные

 

искажения, вторичная модуляция, блокирование, перекрестная модуляция,

 

взаимная модуляция).

 

 

 

 

 

 

 

Для реальных криволинейных характеристик электронных приборов в

и дата

первом приближении с учетом только второй гармоники при гармонической

амплитудной модуляции коэффициент нелинейных искажений

 

Подп.

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г

=

21 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1621

 

. №

 

 

 

 

 

 

 

 

инв

 

где 21

 

 

 

 

 

 

Взам.

 

и 21 – крутизна характеристик усилительного прибора и ее вторая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

производная; – коэффициент

амплитудной модуляции,

– амплитуда

 

несущей на входе.

 

 

 

 

 

Инв. № дубл.

 

 

 

 

 

 

 

 

Подп. и дата

 

 

 

 

 

 

 

 

№ подп

 

 

 

 

 

 

КП-11.05.01 ПЗ

Лист

Инв.

 

 

 

 

 

 

12

Лит

Изм.

№ докум.

Подп.

Дата

 

 

 

 

 

Рисунок 9 – Схема диодных детекторов АМ сигналов: а – последовательный

 

диодный детектор; б – последовательный диодный детектор с разделенной

 

 

 

 

нагрузкой; б – параллельный диодный детектор

 

и дата

 

При

сравнительно

малых

отношениях

сигнал/помеха

используют

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подп

синхронный детектор. Опорное напряжение формируется с применением системы

ФАПЧ, которая здесь используется как следящий фильтр. Так как оценка фазы,

 

 

выработанная в системе ФАПЧ, никогда не совпадает с фазой входного сигнала

(t), то и опорный сигнал на перемножителе от подстраиваемого генератора не

инв.

является точной копией полезного сигнала. Поэтому такой приемник называется

Взам.

квазикогерентным.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Инв. № дубл.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подп. и дата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ подп

 

 

 

 

 

 

КП-11.05.01 ПЗ

Лист

Инв.

 

 

 

 

 

 

13

Лит

Изм.

№ докум.

Подп.

Дата

 

 

 

 

2. Разработка технического здания

Вид модуляции: АМ Диапазон частот: 26 – 32 МГц

Расстройка, соответствующая соседнему каналу: 10 кГц Чувствительность не более: 9 мкВ Избирательность по дополнительные каналам не менее: 40 дБ

Динамический диапазон входных сигналов не менее: 70 дБ Изменение выходного напряжения не более: 1,5 раз

Относительная не нестабильность частоты приемного сигнала: с = 3 ∙ 10−6

Назначение: для систем подвижной радиосвязи для приема телефонных сигналов.

Антенна: несимметричный вертикальный вибратор высотой не более 2.5 м

Интервал рабочих температур: −30 до + 50

Диапазон модулирующих частот: 250-2500 Гц

Подп. и дата

Взам. инв. №

Инв. № дубл.

Подп. и дата

№ подп

 

 

 

КП-11.05.01 ПЗ

Лист

Инв.

 

 

 

14

Лит

Изм.

№ докум.

Подп.

Дата

 

3. Эскизный расчет структурной схемы приемника

3.1 Задачи расчета

Типовая структурная схема современного приемника содержит основные узлы, изображенные на рисунке 10. Там же обозначены коэффициенты передачи отдельных узлов и уровни напряжений на входе каждого из них при задающем напряжении, равном чувствительности приемника.

 

 

 

Рисунок 10 – Структурная схема приемника

 

. и дата

Обоснование структурной схемы включает в себя:

 

- выбор значения промежуточной частоты, избирательных систем тракта ПЧ

Подп

и преселектора;

 

 

 

 

 

 

 

 

- выбор элемента настройки и обоснование способа настройки;

 

- выбор детектора приемника;

 

.

-

выбор активных приборов (АП) ВЧ тракта и проверку возможности

инв

 

 

 

 

 

Взам.

удовлетворения требований ТЗ при выбранной элементной базе;

 

- выбор ИМС УЗЧ и типа динамической головки;

 

 

 

.

- выбор узлов схемы питания приемника.

 

. № дубл

3.2 Выбор значения промежуточной частоты

 

Инв

 

 

 

 

 

 

Число преобразований частоты а приемнике и значение промежуточной

. и дата

частоты пч выбирается, в первую очередь, из условий обеспечения требований по

ослаблению зеркального канала. В проектируемом приемнике это требование

может быть обеспечено при использовании одного преобразования частоты и

Подп

стандартного значения пч.

 

 

Для АМ сигналов КВ диапазона принято пч = 465 кГц.

 

№ подп

 

 

 

КП-11.05.01 ПЗ

Лист

Инв.

 

 

 

15

Лит

Изм.

№ докум.

Подп.

Дата

 

Выбор данной частоты позволит использовать в тракте ПЧ интегральные фильтры сосредоточенной избирательности (ФСИ), выпускаемые промышленностью.

3.3 Выбор избирательной системы тракта ПЧ

Основную роль в формировании резонансной характеристики приемника и обеспечения требований ТЗ по ослаблению соседнего канала играет тракт промежуточной частоты.

Значение пр определяется следующим образом:

пр = с + 2( пер + пр)

где с = 2500 ∙ 2 = 5000 – полоса частот принимаемого сигнала; пер ≤ 10 Гц – нестабильности частот передатчика; пр = 10−3 0 = 32000

Тогда:

пр = 5000 + 2(32000 + 10) = 69020 Гц

Так как пр > 1.1 ∙ с, то примем пр = 1.1 ∙ с = 5500 Гц. В этом случае следует применить в приемнике систему АПЧ с коэффициентом автоподстройки

 

 

 

 

 

=

10−3

10−3 ∙ 32 ∙ 106

= 64

 

дата

 

 

 

 

0 =

0.1 ∙ 5000

 

 

 

 

АПЧ

 

 

0.1 ∙ с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подп. и

 

Выбор ФСИ производят исходя из требований соседнего канала и

 

выбранного значения полосы пропускания приемника.

 

 

. №

 

Выберем ФП1П-60:

 

 

 

 

 

 

 

 

полоса пропускания на уровне 6 дБ = 6 кГц

 

 

инв

 

 

 

 

относительное затухание при расстройке на ±9 кГц – 50 дБ

 

Взам.

 

 

 

коэффициент передачи на центральных частотах = −6 дБ = 0.251 раз

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

входное сопротивление вх = 3 кОм

 

 

№ дубл

 

выходное сопротивление вых = 2 кОм

 

 

 

Определим коэффициент передачи напряжения на центральной частоте:

 

Инв.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= √

вых = √0.251 ∙2000 = 0.409 раз

 

 

 

 

 

0 ф

 

 

вх

3000

 

 

Подп. и дата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ подп

 

 

 

 

 

 

 

 

КП-11.05.01 ПЗ

Лист

Инв.

 

 

 

 

 

 

 

 

16

Лит

Изм.

№ докум.

Подп.

Дата

 

 

 

 

 

 

 

3.4 Определение числа и типа избирательных систем преселектора

Число избирательных систем преселектора в каждом диапазоне определяется исходя из заданного ослабления зеркального канала, которое должно обеспечиваться на максимальной частоте диапазона ( 0 = макс), то есть в худшей точке.

Зададимся значением конструктивной (максимальной реализуемой на данной частоте) добротности контура преселектора к. В диапазоне КВ примем равной 180.

Оценим значения добротности эквивалентного контура кэ = 0.8 к = 144

и его полосы пропускания кэ = 0 = 32∙106 = 222 кГц.

кэ 120

Рассчитаем крутизну характеристики избирательности преселектора (в децибелах на декаду), при которой будет обеспечиваться выполнения требований ТЗ по ослаблению зеркального канала:

прес =

зк − 3

 

=

40 − 3

= 40 дБ/дек

lg(4 ∙

) − lg(

)

lg(4 ∙ 465 ∙ 103) − lg(222 ∙ 103)

 

 

пч

кэ

 

 

 

 

 

где 3 дБ – ослабление на границах полосы пропускания. Рассчитаем число колебательных контуров преселектора:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= прес = 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

прес

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. и дата

 

где 20 дБ/дек – крутизна характеристики избирательности одного

колебательного контура за пределами полосы пропускания.

 

 

Так

как

прес = 2,

то

в

преселекторе

целесообразно

использовать

Подп

одноконтурное входное устройство и резонансный УРЧ, который помимо

 

дополнительного ослабления помех обеспечивает снижение коэффициента шума

 

приемника.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. №

 

Приняв решение о числе колебательных контуров преселектора и значений

инв

их добротности, проверяем выполнения требований ТЗ по ослаблению помехи с

Взам.

частотой, равной

промежуточной

пч,

на частоте

диапазона 0 = 26 ∙ 106 Гц,

 

ближайшей к пч:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дубл.

 

 

 

 

 

 

 

=

 

∙ 10 ∙ (1 +

2)

 

 

 

 

 

 

 

пч

 

прес

 

 

 

 

пч

 

 

Инв.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

 

=

( пч 0 ) = −8049

 

 

 

 

 

 

 

 

пч

 

кэ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дата

 

 

 

 

 

0

пч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пч = 2 ∙ 10 ∙ (1

+ 8049

2

) = 156 дБ

 

 

 

 

 

 

 

 

Подп. и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ подп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КП-11.05.01 ПЗ

Лист

Инв.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17

Лит

Изм.

№ докум.

 

Подп.

Дата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом видим, что избирательности преселектора достаточно для ослабления помехи с частой пч, поэтому не требуется включение дополнительных устройств для ее увеличения.

3.5 Выбор способа и элемента настройки

Проектируемый приемник содержит, как правило, несколько

поддиапазонов с различными коэффициентами перекрытия Д = макс , где макс и

мин

мин максимальная и минимальная расчетные частоты.

 

 

 

32 ∙ 106

 

=

макс

=

 

= 1.23

 

26 ∙ 106

Д

 

 

 

мин

 

 

 

В реальном контуре параллельно конденсатору настройки всегда есть некая суммарная емкость 0, состоящая из паразитных емкостей схемы и, возможно, емкости подстрочного конденсатора. Выбирая элемент настройки общий для всех поддиапазонов, следует проверить выполнение условия:

2 н макс + 0

Дн мин + 0

где 0 = 20 пФ.

Варикап КВ135А: н макс = 486 ∙ 10−12 Ф при 1 В и н мин = 30 ∙ 10−12 при

 

10 В.

 

 

 

 

 

 

 

 

. и дата

 

 

 

1.5 ≤ 486 ∙ 10−12 + 20 ∙ 10−12 = 10.12

 

 

 

Подп

 

 

 

 

30 ∙ 10−12 + 20 ∙ 10−12

 

 

 

 

 

Условия выполняются, следовательно, можно применять варикап КВ135А.

. №

 

3.6 Выбор детектора сигнала

 

 

 

 

 

Взам. инв

 

 

 

 

 

 

 

В качестве детектора АМ сигнала предпочтительно использовать схему

 

 

.

диодного детектора. В этом случае детектор подключают к колебательному

контуру

последнего

каскада

УПЧ

непосредственно

или

с

помощью

№ дубл

трансформаторной связи. Детектор должен работать в режиме сильных сигналов,

Инв.

что

обеспечивается при напряжении на входе детектора

вх д > 0.7 В при

 

использовании кремниевого диода.

 

 

 

 

. и дата

 

3.7 Выбор активных приборов ВЧ тракта

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подп

 

3.7.1 Определение требуемого усиления ВЧ тракта

 

 

 

 

 

 

 

 

№ подп

 

 

 

 

 

 

КП-11.05.01 ПЗ

 

Лист

Инв.

 

 

 

 

 

 

 

18

Лит

Изм.

№ докум.

Подп.

Дата

 

 

 

 

 

Исходными величинами для расчета требуемого коэффициента усиления ВЧ тракта являются заданное в ТЗ значение чувствительности по напряжению0[мкВ] и выбранное напряжение на входе детектора вх д. С учетом производственного разброса параметров и старения элементов необходимо обеспечить

 

= 2 ∙

вх д

= 2 ∙

0.7

= 155555

 

9 ∙ 10−6

0 треб

 

 

 

 

 

0

 

 

 

Каскады ВЧ тракта (ВЦ, УРЧ, ПР, ФСИ, УПЧ) должны в совокупности обеспечить усиление не менее 0 треб, то есть иметь:

0 вх 0 пр 0 ф 0 урч 0 упч 0 треб

3.7.2 Оценка коэффициента передачи входного устройства

Значение 0 вх существенно зависит от типа первого активного прибора (АП1). При использовании биполярного транзистора колебательный контур входного устройства подключается ко входу транзистора частично с коэффициентом включения приблизительно 0.1 … 0.3. Значения 0 вх при использовании в качестве АП1 биполярного транзистора для КВ диапазона

0.6… 1.

3.7.3Выбор активного прибора УРЧ

 

 

Конкретный тип транзистора УРЧ выбирают из следующих соображений:

и дата

 

1. В пределах диапазона рабочих частот модуль проводимости прямой

передачи (y21) должен оставаться приблизительно постоянным

 

 

.

 

2. Коэффициент шума транзистора должен быть по возможности малым

Подп

 

3. Коэффициент устойчивого усиления на высшей рабочей частоте 0 уст и

 

 

 

предельный коэффициент усиления 0 пред, желательно иметь как можно больше.

. №

 

Транзистор КТ339:

 

 

 

 

 

 

 

инв

 

12 = 0.8 пФ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Взам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11 = 0.87 мСм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22 = 16 мкСм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

21 = 30 мСм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. № дубл

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Инв

 

 

 

 

 

 

21

= √0.4 ∙

30 ∙ 10

−3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 уст = √0.4 ∙

 

 

 

= 8.6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ∙ ∙ 32 ∙ 106 ∙ 0.8 ∙ 10−12

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

и дата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30 ∙ 10−3

 

 

 

.

 

0 пред =

 

 

 

21

 

=

 

 

= 127

Подп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ∙

2 ∙ √0.87 ∙ 10−3 ∙ 16 ∙ 10−6

 

 

 

 

 

 

 

11

22

 

 

 

 

 

№ подп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КП-11.05.01 ПЗ

 

Лист

Инв.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

Лит

Изм.

№ докум.

Подп.

Дата

 

 

 

 

 

 

Зададимся значением коэффициента УРЧ 0 урч = 5.

3.7.4 Выбор активного прибора ПЧ

Лучшей из отечественных ИМС для построения преобразователя частоты является ИМС К174ПС1.

Схема допускает построение преобразователя частоты либо с совмещенным гетеродином на транзисторах, входящих в ИМС, либо с внешним гетеродином.

При работе от отдельного гетеродина его напряжение подается между выводами 11 и 13 ИМС. При этом выводы 10 и 12 ИМС соединяются непосредственно либо через небольшое сопротивление.

В зависимости от способа подключения согласующего контура (СК) к выходу ИМС реализуется либо балансная, либо кольцевая схема преобразователя частоты. В первом случае СК подключен несимметрично либо к выходу 2, либо к выходу 3 ИМС. Во втором случае СК подключен симметрично между выводами 2 и 3 ИМС.

Несимметричное подключение СК и ИМС позволяет включить в свободный вывод еще один СК, настроенный на пч АМ тракта, в этом случае снимаемое с контура напряжение можно подать на отдельный детектор АРУ для УРЧ.

Примем коэффициент передачи преобразователя частоты 0 пр = 25.

3.7.5 Определение структуры тракта УПЧ

Оцениваем требуемое усиление тракта УПЧ:

датаи

 

0 упч треб =

 

 

0 треб

 

 

 

=

 

 

155555

= 5070

 

0 вх 0 урч 0 пр 0 ф

0.6 ∙ 5 ∙ 25 ∙ 0.409

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подп.

 

Реализуем тракт УПЧ на тех же транзисторах, что и УРЧ, КТ339.

 

 

 

 

 

 

В УПЧ могут быть использованы каскады, как с резистивной так и с

резонансной

нагрузкой. При использовании в приемнике ФСИ резонансные

инв.

каскады УПЧ реализуют полосой пропускания в несколько раз превышающей пр

Взам.

и они не влияют на избирательность УПЧ в приемнике в целом.

 

 

 

 

По сравнению с каскадами с резистивной нагрузкой резонансные каскады

 

 

.

позволяют получить большое усиление. Однако наличие катушек индуктивности

дубл

приводит

к

усложняю

процесса

изготовления

и

настройки

приемника,

. №

увеличению

габаритов.

Кроме

того,

из-за

наличия

проходной

емкости

Инв

транзистора ( 12) в резонансных каскадах возможно существование ухудшении

 

 

устойчивости. Для снижения влияния 12

уменьшают коэффициент включения

дата

контура

в

коллекторную

цепь

транзистора,

однако

при

этом

снижется

коэффициент усиления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. и

 

В приемниках АМ сигналов последний каскад УПЧ желательно выполнять

Подп

 

по схеме с резонансной нагрузкой. Это позволит ослабить влияние высших

 

 

гармоник промежуточной частоты на работу детектора. Усиление такого каскада

№ подп

 

 

 

 

 

 

 

 

КП-11.05.01 ПЗ

 

 

Лист

Инв.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

Лит

Изм.

№ докум.

Подп.

Дата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Соседние файлы в папке Курсовой УПиОС АМ