Расчет полосы пропускания приемника.

Курсовая работа

 

 

по дисциплине:

«Устройства преобразования и обработки информации»

 

Вариант №98

 

Выполнила:

ст. гр. ДИМ–41

Баркова Е.А.

 

Проверил:

Лихачев Е.В.

 

 

Астрахань 2010

 

Оглавление

 

1. Исходные данные 3

2.Разработка структурной схемы РПрУ. 4

3.Разработка принципиальной схемы приемника 9

3.1.Расчет входной цепи приемника АМ сигнала 9

3.2. Расчет усилителя радиочастоты (УРЧ) 11

3.3. Расчет преобразователя частоты (ПЧ) 13

Заключение 15

Список литературы. 16

 

 

Исходные данные

Последняя цифра студенческого билета: 8

Предпоследняя цифра студенческого билета: 9

Диапазон частот: 25600 - 26100 кГц

Тип приемника: КВ-2

Вид модуляции: АМ

Подробный расчет: ВЧ

Чувствительность E_A = 40 мкВ

Избирательность по зеркальному каналу: не менее 12 дБ

Избирательность по соседнему каналу: 46 дБ

Диапазон воспроизводимых звуковых частот: не уже 125 ¸ 4000 Гц

Напряжение источника питания: 14 В

Максимальная рабочая температура: 40 °С

Разработка структурной схемы РПрУ

 

 

Рис. 1. Укрупненная структурная схема одноканального РПрУ

 

Схема содержит приемную антенну (А), радиотракт (РТ), детектор (Д), в который могут входить устройства обработки сигналов, последетекторный тракт (ПДТ) и воспроизводящее устройство (ВУ).

Радиотракт приемника служит для усиления принимаемых сигналов и обеспечения частотной избирательности с целью ослабления внеполосных помех, строится в основном по супергетеродинной схеме с одним преобразованием частоты. Детектор предназначен для создания напряжения, изменяющегося в соответствии с законом модуляции полезного сигнала. Необходимый тип детектора определяется видом модуляции сигнала. При AM используется амплитудный детектор. Последетекторный тракт служит, в первую очередь, для усиления продетектированного напряжения до величины, необходимой для нормальной работы воспроизводящего устройства. Воспроизводящее устройство (ВУ) служит для воспроизведения сообщения. Тип ВУ зависит от вида сообщения.

Составление подробной структурной схемы приемника удобно начать с выбора промежуточной частоты f_ПР, который связан с выполнением целого ряда противоречивых требований.

Номинал промежуточной частоты стандартизован и для радиовещательных приемников АМ сигналов согласно ГОСТ составляет:

f_ПР = 465 кГц – для приемников АМ сигналов.

Расчет полосы пропускания приемника.

Для начала рассчитаем частоту гетеродина: , где f_В – верхняя частота заданного диапазона. .

Абсолютное отклонение частоты гетеродина рассчитано по формуле: , .

Полоса пропускания всего высокочастотного тракта приемника: . В случае приемников AM сигналов полоса частот П_С, занимаемая спектром сигнала равна удвоенной высшей частоте модуляции F_В, т.е. .

. Тогда, получим: .

Определим полосу пропускания радиочастотного тракта (преселектора) П_РЧ, учитывая погрешность сопряжения для КВ  частот настроек контуров цепей сигнала и гетеродина: .

Найдем допустимый коэффициент шума радиотракта Ш_ДОП, определяемый заданной чувствительностью приемника Е_А и к возможности его обеспечения: ,

где  – постоянная Больцмана;

 – стандартная температура;

– полоса пропускания РТ для шумов;

 – сопротивление антенны (в первом приближении);

 – коэффициент различимости.

Получим: .

Для реализации заданной чувствительности реальный коэффициент шума РТ Ш, определяемый его структурой, не должен превышать допустимого значения, т.е. должно выполняться условие: .

Определим реальный коэффициент шума РТ при различных вариантах его выполнения:

Радиотракт не включает УРЧ: , где  – коэффициент шума преобразователя частоты (ПЧ),  – коэффициент шума усилителя промежуточной частоты (УПЧ),  – коэффициент усиления по мощности ПЧ,  – коэффициент передачи по мощности ВЦ. Тогда реальный коэффициент шума равен: . Так как мы получили приемлемый коэффициент шума, т.е. соответствует заданному условию, то каскад УРЧ можно не включать в структуру РТ.

При большой величине Ш_ДОП (больше 20) условие его обеспечения не вызывает каких-либо трудностей и поэтому практически не оказывает влияния на выбор типов и параметров каскадов РТ.

Выбор типов и расчет параметров селективных цепей РТ начнем с радиочастотного тракта (преселектора), состоящего в общем случае из ВЦ и УРЧ. Задача состоит в выборе числа и типа селективных систем преселектора (чаще всего в качестве селективных систем здесь используются одиночные контуры) и расчет их требуемой эквивалентной добротности Q_Э, исходя из заданной избирательности приемника по зеркальному каналу Sе_зк и обеспечения требуемой полосы пропускания этого тракта П_РЧ при допустимом уровне частотных искажений или неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ).

Требуемая эквивалентная добротность Q_Э рассчитывается, исходя из допустимой неравномерности АЧХ в полосе пропускания Q_ЭП, затем для заданной избирательности по зеркальному каналу Q_ЭЗ (или наоборот). Значение Q_Э выбирается так, чтобывыполнялось условие:

.

Вначале убедимся, что одного одноконтурного фильтра в преселекторе недостаточно для реализации требуемой Sе_зк. Для этого найдем эквивалентную добротность этого контура Q_ЭЗ:

,

где  - относительная расстройка по зеркальному каналу на верхней частоте диапазона;  - частота зеркального канала. . Далее вычисляем :  и подставляем в формулу эквивалентной добротности зеркального контура:

.

Так как Q_ЭЗ оказалось больше 100, что нереализуемо, поэтому считаем, что в преселекторе используется два одинаковых одиночных контура, для которых необходимо рассчитать требуемую эквивалентную добротность.

Добротность каждого контура, исходя из общей неравномерности, определяем из выражения: , где  – нижняя частота заданного диапазона (рассматривается наихудший случай), а  - допустимая неравномерность АЧХ в полосе радиочастотного тракта для КВ (в разах). Тогда получим: .

Затем переходим к расчету Q_ЭЗ, исходя из заданной Se_ЗК. Требуемая эквивалентная добротность каждого контура определяется по формуле:

Выбранная после расчета Q_ЭП и Q_ЭЗ эквивалентная добротность контуров Q_Э согласно условию должна быть реализуемой. В диапазоне КВ Q_Э£80. Следовательно, Q_Э выбираем равной50 Дб.

Далее переходим к выбору селективных систем тракта промежуточной частоты (ТПЧ).

В радиовещательных приемниках в настоящее время для формирования требуемой полосы пропускания и хорошей избирательности по соседнему каналу широкое применение находят фильтры сосредоточенной селекции (ФСС), называемые также фильтрами сосредоточенной избирательности (ФСИ).

Перед проведением расчета следует проверить целесообразность применения ФСИ. Для этого собственную конструктивную добротность контуров ФСИ  сравниваем с требуемой , необходимой для осуществления ФСИ, и выполняем условие:

,

где f_пр – промежуточная частота; а П – рассчитанная ранее полоса пропускания ТПЧ. Рассчитываем :

.

Приняв конкретное значение конструктивной добротности контуров для включения ФСИ , вычислим вспомогательные величины:

 - расстройку соседнего канала относительно полосы пропускания:

,

 где  для приемников АМ сигналов

,

обобщенное затухание ФСИ

.

 

Затем по графику (рис. 2) определяем ослабление соседнего канала, даваемое одним звеном ФСИ , и рассчитываем требуемое количество звеньев ФСИ, округлив N до ближайшего большего целого числа:

 

Рис. 2. Графики для расчета ФСИ

 

При  и  ослабление соседнего канала, даваемое одним звеном ФСИ  равно 5,8 Дб. Теперь рассчитаем требуемое количество звеньев ФСИ:

.

После выбора селективных цепей переходим к предварительному расчету коэффициента усиления приемника и распределению его по трактам высокой и промежуточной частоты.

В транзисторных приемниках AM сигналов, как правило, используют диодный детектор. Для качественного детектирования АМ сигналов с малыми нелинейными искажениями, т.е. для линейной работы диодного детектора, на его вход надо подавать уровень амплитуды сигнала порядка (принимаем 0,75 В). Тогда необходимый общий коэффициент усиления  высокочастотного тракта приемника до детектора при заданной чувствительности приемника:

Для проверки достаточности коэффициента усиления структурной схемы приемника рассчитаем ориентировочный общий коэффициент усиления как произведение коэффициентов усиления отдельных каскадов:

, где для входной цепи , для резонансного УРЧ , для преобразователя частоты , для каскодной схемы ;

,

и убедились в том, что он не меньше требуемого коэффициента усиления.

При выполнении этого условия предварительный расчет коэффициента усиления можно считать законченным.

В результате проведенного расчета получаем структурную схему проектируемого приемника (рис.3). В большинстве случаев она содержит следующие функциональные блоки: входную цепь (ВЦ), на которую принимаемый сигнал поступает от внешней или внутренней (магнитной) антенны; усилитель радиочастоты (УРЧ); преобразователь частоты (ПЧ), в состав которого входят смеситель (См) и гетеродин (Гет) и в котором происходит преобразование принимаемой частоты сигнала в постоянную промежуточную частоту; фильтр сосредоточенной селекции (избирательности) (ФСС), реализующий требуемую полосу пропускания высокочастотного тракта и избирательность по соседнему каналу и который может включаться не только сразу после ПЧ, но и между каскадами УПЧ; усилитель промежуточной частоты (УПЧ), осуществляющий основное усиление сигнала; амплитудный детектор (АД); усилитель звуковой (низкой) частоты (УЗЧ); между АД и УЗЧ может включаться специальный каскад, согласующий выход детектора и вход отдельного УЗЧ, называемый согласующим УЗЧ (СУЗЧ).

 

 

Рис.3 Возможная структурная схема приемника AM сигналов

 

На выходе приемника включается акустическая система (АС), в качестве которой может быть и отдельный громкоговоритель. В приемниках АМ сигналов обязательным является применение автоматической регулировки усиления (АРУ) для поддержания примерно постоянного уровня сигнала на выходе при его изменениях на входе. В приемнике предусматриваются ручные регулировки или органы управления (Упр) для перестройки приемника по частотному диапазону и для настройки на нужную радиостанцию, а также для изменения громкости и тембра звучания. Совокупность функциональных блоков приемника от антенны, включая детектор, образуют так называемый линейный тракт приемника (ЛТП), и предметом проектирования является как раз проектирование линейного тракта.

После составления структурной схемы радиоприемника или параллельно с ним выбирают тип усилительных приборов.