Радиоприёмные устройства (работа 3)
Исходные данные :
1. Диапазон волн - СВ : 525 - 1607 кГц
2. Чувствительность
-
В
3. Селективность
по соседнему каналу -
дБ, что составляет 39,811 раза
4. Селективность
по зеркальному каналу -
дБ , что составляет 63,096 раза
5. Полоса
пропускания приёмника -
Гц
6. Неравномерность ослабления в полосе
пропускания приёмника -
дБ, что составляет 1,884 раза
7. Коэффициенты действия АРУ - = 900 раз
- = 2 раза
В
раза
раза
Гц
раза
раз
раза
Гц - нижняя частота диапазона
Гц - верхняя частота диапазона
Гц - промежуточная частота
Структурная схема приёмника ( общий вид ) :
Предварительный расчёт и составление структурной схемы
1.1.Определение необходимости использования УРЧ
1.2. Разработка избирательной структуры тракта усиления ПЧ
1.3.Предварительное распределение усиления по трактам ВЧ и ПЧ
Электрический расчёт каскадов приёмника
Входная цепь
Усилитель радио частоты (УРЧ)
Преобразователь частоты
Усилители ПЧ
Детектор сигнала
3. Литература
Задание:
I часть : Счётчик прямого счёта .
М = 13 ; триггеры типа JK.
Код двоичный, возрастающий;
Используются состояния : а0 , а1 … а12 .
II часть : Интерфейс ЗУ .
Lпзу = 11 KB ; Lозу = 4 KB .
III часть : Подпрограмма .
Сложить три положительных 10 – значных десятичных числа Х1, Х2, Х3 , представленные в коде BCD и хранящиеся в секторах ОЗУ с адресами младших байтов соот. 20016; 30016; 40016 .
Поместить полученную сумму (также в коде BCD) с учётом старшего (шестого) байта на случай переполнения в секторе ОЗУ на место Х2, т.е. по адресу 30016 .
Предполагается, что шестые байты в указанных секторах первоначально пусты.
Это – задача с двойным (вложенным) циклом.
Блок – схема алгоритма :
DE 20016



B 2



A (A)V(A)



HL 30016



C 6



A [(DE)]










A (A)+[(M)]+(Tc)

10 - КОРР
M (A)

C ( C ) -1


(Tz)=1










LOOP1
DE (DE) + 1

HL (HL) + 1

PC [ Addr ]









B (B) -1



(Tz)=1








LOOP2
DE 40016

PC [Addr]

NB
ДА
ДА



EN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
1. Предварительный расчёт и составление структурной схемы.
1.1. Определение необходимости использования УРЧ .
Так как у
нас
дБ , то примем
=
3 дБ , что составляет 1,413 раза
раза, что составляет 36,766 дБ
раза
раза, что составляет 32.522 дБ
Так как у нас
>
, то нам не надо использовать УРЧ .
Тогда , примем :
раза, что составляет 32.522 дБ
Определим эквивалентные затухания контура :
При расчётах надо помнить , что существует предельно допусимые добротности , так называемые - конструктивные , выше которых нельзя сделать .
- конструктивная добротность для диапазона СВ
- конструктивное затухание
следовательно необходимо использовать УРЧ
Тогда получим :
раза, что составляет 16.506 дБ
Примем
=
= 6.688 раза
раза, что составляет 16.506 дБ
Проверим , какая получилась неравномерность в полосе пропускания приёмника :
раза, что составляет приблизительно 0 дБ
1.2. Разработка избирательной структуры тракта усиления ПЧ .
Так как нам
необходимо исп - ть УРЧ , то примем :
=
= 5.5 дБ , что сост. 1,884 раза
раза
Как правило в качестве фильтрующих элементов используются двухконтурные фильтры , настроенные на частоту 465 кГц , но с различным фактором связи -
Возьмём фактор
связи =
Тогда максимально
допустимая добротность по полосе
пропускания , допустимая для получения
заданного
, может быть расчитана по формуле :
где
- число фильтров
Минимально допустимая добротность , необходимая для обеспечения заданной селективности по соседнему каналу , можно расчитать по формуле :
где
= 10 кГц
Примем
= 2 , тогда :
раза
раза
Т.е. получили
>
, тогда выберем
как среднее ариф. между
и
раза , что составляет 38.380 дБ
Таким образом , нам необходимо 2 фильтра для получения заданной селективности .
1.3. Предварительное распределение усиления по трактам .
Общий коэффициент усиления складывается из следующих величин :
где
- коэффициент усиления входной цепи
- коэффициент усиления УРЧ
- коэффициент усиления преобразователя
частоты
- коэффициент усиления УПЧ
Общий коэффициент усиления можно расчитать по формуле :
В - напряжение на детекторе сигнала
Предварительно примем :
Тогда :
Расчитаем число каскадов УПЧ :
где
- коэффициент усиления одного каскада
УПЧ
Примем
Если число
контуров
, то число фильтров с точки зрения
усиления :
В итоге наших
вычислений получили , что
>
. Примем
=
= 2 , но нам теперь необходимо добавить
апериодический каскад , который только
усиливает , с коэффициентом усиления
= 5 .. 10 , и не влияет на селективность .
По полученым расчётным данным структурная схема приёмника выглядит следующим образом :
2. Электрический расчёт каскадов приёмника .
2.1 Входная цепь .
Определим тип переменного конденсатора .
Найдём коэффициент перекрытия по частоте :
С другой стороны, коэффициент перекрытия по ёмкости :
где
Ф , а
Ф , т.е.
Тогда коэффициент перекрытия по частоте , который даёт данный конденсатор равен :
Так как мы
получили большую величину , чем нужно
, то нам нужно укоротить
:
Откуда , выражая
, получаем :
Ф
В диапазоне
СВ ёмкость
состоит из
- подстроечный конденсатор и
- паразитный конденсатор (
=
+
) .
Тогда
где
Ф - ёмкость монтажа
Ф - входная ёмкость
Ф - ёмкость катушек
Ф
Теперь мы можем найти подстроечную ёмкость :
Ф
Таким образом
, получили
= 20,73 пФ
Определим
индуктивность контура
:
Гн
Таким образом
, получили
= 175,3 мкГн
Теперь найдём
индуктивность связи
.
Для этого
сначала необходимо определить
- максимальную резонансную частоту
антенны :
где
= 50 пФ - минимальная паразитная ёмкость
антенны
= 10 мкГн - минимальная паразитная
индуктивность антенны
Так как
выражена через
, то вычислим коэффициент удлиннения
:
или после преобразования получим :
где
- неравномерность коэффициента передачи
ВЦ
Тогда искомая
величина
равна :
Гн
То есть получили
= 2,658 мГн
Гц
Таким образом мы выбрали все параметры входной цепи :
Гн
Ф
Гн
Первые два
варианта схем по разному влияют на
. При перестройке от
к
при автотрансформаторной связи
увеличивается затухание ( т.е.
уменьшается ) и уменьшается m при
увеличении частоты , а при внутриёмкостной
связи уменьшается затухание (
увеличивается ) , причём довольно резко
( в 27 раз ) . Необходимо скомпенсировать
рост добротности с одновременным
уменьшение m , для этого будем использовать
комбинированную связь . Будем поддерживать
) .
Рассчитаем оптимальный вид связи между антенной и ВЦ ( комбинированная связь )
Потребуем ,
чтобы коэффициент включения m
менялся так , чтобы
=
. Это возможно только при комбинированной
связи .
Определим затухание в контуре , которое необходимо на верхней частоте диапазона :
Определим коэффициент включения на верхней и нижней частоте :
где
= 1 кОм - входное сопротивление транзистора
УРЧ .
Используя
полученные значения
и
, вычислим :
Теперь найдём
1.)
2,)
3,)
Ф
Гн
( Так как
)
Таким образом , все параметры комбинированной связи мы нашли ( см.схему выше ) :
Гн
Гн
Ф
Гн
Ф
Расчитаем коэффициент передачи входной цепи .
где
Неравномерность коэффициента передачи ВЦ :
Проверим :
Неравномерность увеличилась , следовательно характеристика входной цепи ухудшилась .
2.2. Расчёт УРЧ
Элементы
контура
,
,
такие же как и во ВЦ . Здесь таже
комбинированная связь , что и во ВЦ.
Найдём
:
Гн
где
= 13 пФ - суммарная паразитная ёмкость
Теперь расчитаем комбинированную связь контура с транзистором преобразователя :
По аналогии с расчётами выше имеет :
Гн
Расчитаем трансформаторную связь контура УРЧ с коллектором транзистора :
Оптимальное рассогласование
где
= 35 кОм
Определим коэффициент связи между контуром и коллекторной цепью :
Теперь рассчитаем коэффициент усиления УРЧ на верхней и нижней частотах :
где - характеристическое сопротивление контура
= 0,25 А/В - максимальная крутизна выходной
ВАХ .
- входная проводимость
- выходная проводимость
Для УРЧ существует максимально допустимый коэффициент усиления с точки зрения устойчивости :
где
- коэффициент устойчивости ,
= 1,8 пФ - паразитная ёмкость коллекторного
перехода
следовательно
нам необходимо уменьшать
до тех пор , пока
не будет равняться 0,6*
, т.е.
.
Таким образом
примем
, тогда :
2.3. Преобразователь частоты
Амплитуда крутизна первой гармоники при угле отсечки 90 градусов можно вычислить по формуле :
где
= 0,25 - максимальная крутизна преобразующего
элемента
= 0,04 - минимальная крутизна преобразующего
элемента
Крутизна преобразования равна :
Расчитаем элементы контура фильтра , настроенного на частоту 465 кГц :
Примем :
Ф - чтобы не влияли различные паразитные ёмкости
Тогда :
Гн
Определим
коэффициенты включения , необходимые
для того , чтобы с учётом
и
была обеспечена заданная величина
= 0.012
- конструктивная добротность ФПЧ
- конструктивное затузание ФПЧ
- характеристическое сопротивление контура
Определим коэффициент усиления преобразователя :
мА/В
МГц
пФ
Но существует максимально допустимый коэффициент усиления с точки зрения устойчивости :
Получили , что
>
, следовательно нам необходимо в равной
степени уменьшать коэффициенты включения
и
, так чтобы коэффициент усиления
преобразователя стал меньше , чем 0,6*
, т.е. чтобы выполнялось неравенство
.
Уменьшим
коэффициенты включения
и
в 1,5 раза :
Тогда
2.4. Усилители промежуточной частоты
Число фильтров УПЧ равно :
следовательно
у нас будет один контур УПЧ , и он будет
нерегулируемый . Значит его рабочую
точку необходимо установить в положение
Расчитаем эго параметры :
Где
- входное сопротивление детектора
сигнала , оно равно половине
сопротивления нагрузки (
) , а сопротивление нагрузки , в свою
очередь равно 0,4
, а
, следовательно получили , что
Ом
коэффициент усиления
каскада УПЧ
Но существует максимально допустимый коэффициент усиления с точки зрения устойчивости :
Получили , что
>
, следовательно нам необходимо в равной
степени уменьшать коэффициенты включения
и
, так чтобы коэффициент усиления
преобразователя стал меньше , чем 0,6*
, т.е. чтобы выполнялось неравенство
.
Уменьшим
коэффициенты включения
и
в 2 раза :
Расчёт УПЧ делается по тойже методике , что и выше . Контур тотже самый , следовательно элементы такие же .
2.5. Детектор сигнала .
Используем последовательный амплитудный детектор на полупроводниковом диоде :
Обычно в качестве диода включают D9 , D18 , D20 . Выберем один из них , например D18 .
Его характеристики :
А/В - крутизна прямой ветви ВАХ
А/В - крутизна обратной ветви ВАХ
Ф - паразитная ёмкость
Входное сопротивление УНЧ выбирают в пределах 10 - 50 кОм ( обычно 20-30 кОм ) .
Примем :
Ом
Общую величину
сопротивления нагрузки по постоянному
току
определяют из условия получения
минимальных нелинейных искажений . Для
этого сопротивление цепи по постоянному
и переменному току должны быть примерно
одинаковыми .
Допустим , что
отклонение между ними составляет 20 % ,
т.е.
.
Если считать
, что
=2,5 МОм >>
, то
=
{ A } .
Для получения достаточного коэффициента передачи детектора обычно берут :
= 0,2
и
= 0,8
{ B } .
Совместное
решение { A } и { B } дают результат :
= 7500 Ом
= 2000 Ом
= 10000 Ом
Общую ёмкость
нагрузки
определяют из условия получения
минимальных искажений вследствии
избыточной постоянной времени цепи
нагрузки :
где
- верхняя частота модуляции
= 3.8 кГц
Ёмкость
нагрузки для улучшения фильтрации
колебаний ПЧ обычно поровну
делят м/у
и
, т.е.
=
= 0,5
Примем :
Ф , тогда :
Ф
Ф
Коэффициент
передачи диодного детектора при линейно
ломанной апроксимации ВАХ определяется
углом отсечки тока
через диод (
) :
радиан , что составляет
приблизительно 16 градусов
С учётов резистивного делителя в цепи нагрузки :
Для правильного подключения диода к последнему контуру УПЧ определим входное сопротивления диодного детектора . При последовательной схеме :
Ом