регистрация / вход

Розрахунок приймача АМ-сигналів на інтегральних мікросхемах

Вибір та обґрунтування супергетеродинного методу прийому. Розподіл величин частотних спотворень по трактам приймача. Вибір коливальних систем тракту проміжної частоти та визначення їх добротності. Вибір підсилювальних каскадів. Опис роботи схеми.

Укрзалізниця

Київський електромеханічний технікум залізничного транспорту ім. М. Островського

Курсова робота з теми:

РОЗРАХУНОК ПРИЙМАЧА АМ-СИГНАЛІВ НА ІНТЕГРАЛЬНИХ МІКРОСХЕМАХ


Вступ

Радіоприймач - електронний пристрій призначений для прийому, обробки та відображення в зрозумілому для людини вигляді інформації, яка передається електромагнітними хвилями. Приймач являється найбільш розповсюдженим радіо технічним пристроєм, значення якого в економічному, соціальному і культурному житті людини неможливо переоцінити. Радіозв'язок неможливий без радіоприймача, з винайденням якого і розпочалася ера радіо.

Початком розвитку сучасної радіоприймальної техніки прийнято вважати 7 травня 1895р. коли на засіданні російського фізико-хімічного товариства в Петербурзі А.С. Попов продемонстрував перший в світі приймач електромагнітних хвиль. Приймач Попова був створений для знаходження і реєстрації електричних коливань (використовувався для попередження про бурі). Вже в той час він містив всі елементи, які присутні в сучасному радіоприймальному пристрої, включаючи антену (вертикально розміщений дріт), детектор (когерер) і кінцевий пристрій (реле і дзвінок).

12 березня 1896р. на засіданні фізичного відділу Російського фізико-хімічного товариства Попов показав передачу сигналів на відстані (250м). Тоді була відправлена перша радіограма з двох слів «Генріх Герц».

В 1897р. А.С. Поповим був здійснений запис на телеграфну стрічку сигналів, прийнятих по радіо. Робота по підвищенню чутливості приймача дали можливість збільшити дальність дії радіозв'язку, а відповідно, розширити її використання. Спочатку радіоприймальні пристрої використовувалися для зв'язку між кораблями.

Дальність зв'язку складала 11км.

В 1898р. прилад створений Поповим врятував життя 27 рибалкам, яких віднесло на крижині. Дальність зв'язку склала 44 км.

В 1901р. А.С. Попов в своїх дослідах на Чорному морі добився зв'язку на відстані 148 км.

В період 1902-1908рр. були проведені роботи по удосконаленню окремих елементів приймача: детектора, коливального контуру з змінним конденсатором.

Ламповий період в техніці радіо приймача розпочався з 1906р. коли з'явилися вакуумні лампи. Швидкий розвиток радіоприймальної техніки розпочався після Жовтневої соціальної революції. В 1918 р. була створена науково-дослідна база радіотехніки в Нижегородській радіолабораторії, науковим керівником якої був М.А. Бонч-Бруєвич.

В 1922 р. працівники Нижегородської радіолабораторії вперше здійснили підсилення і генерування електричних коливань з допомогою кристалічних напівпровідників. В 40-х роках були розроблені нові типи електронних приладів для приймачів НВЧ при вдосконаленні напівпровідникових діодів були створені транзистори. Важливі переваги транзисторів - малі габарити розміри і мале споживання потужності - забезпечило їх широке використання в радіотехніці. З появою інтегральних мікросхем (ІМС) і мікропроцесорів вдалось реалізувати ефективні методи обробітку сигналів в приймачах.

Сучасні радіоприймальні пристрої відрізняються один від одного призначенням, видом приймаючих сигналів, параметрами та ін. По призначенню радіоприймальні пристрої можна поділити на професійні і радіотрансляційні.

Радіоприймальні пристрої можна класифікувати по наступним ознакам:

- по місцю встановлення приймачів - стаціонарні, переносні, автомобільні та ін.;

- по діапазону приймальних хвиль приймачі: міліметрових, кілометрових, гектометрових, декаметрових, метрових, дециметрових, сантиметрових, міліметрових і оптичних хвиль;

- по виду модуляції прийнятих сигналів для прийому сигналів, модульованих по амплітуді (АМ), частоті (ЧМ),або фазі (ФМ), а також імпульсних сигналів;

- по довжині ліній радіозв'язку - магістральні для постійної експлуатації на довгих лініях радіозв'язку між: великими містами; обласні для зв'язку між: обласними центрами; низовий зв'язок для зв'язку в середині районів, підприємств та ін.;

- по методу живлення - від мережі змінного струму, бортової мережі, від акумуляторів та ін.;

- по роду роботи телефонні, телеграфні, фототелеграфні та ін.;

- по методу побудови трактів приймачі прямого підсилення і супергетеродинні.


1. Вибір та обгрунтування супергетеродинного прийому і вибір проміжної частоти

Призначення радіо трактів в приймачі - забезпечує підсилення сигналу і його фільтрацію від шумів. Для підсолення сигналу використовують підсилювачі, для фільтрації - частотно селективні ланцюги. Підсилення сигналу в раді тракті може забезпечуватися на радіочастоті без її перетворення, або з радіо трактом, в якому здійснюється підсилення на радіочастоті, називається приймачем прямого підсилення, приймач з перетворенням частоти в радіотракті супергетеродинним.

Приймач прямого підсилення дозволяє здійснити прийом сигналів з різними видами модуляції і забезпечує фільтрацію корисного сигналу від шумів. При настройці приймача прямого підсилення на частоту сигналу перестроюють всі селективні ланцюги його радіотракту. До недоліків приймача прямого підсилення можна віднести:

- складність схеми настройки радіоприймального пристрою при зміні сигналів в заданому діапазоні частот;

- суттєва зміна основних показників радіо тракту при його перестройці;

- складність отримання стабільного підсилення сигналу в радіотракті.

Діапазонний приймач прямого підсилення з високими якісними показниками - це складний, а відповідно дорогий пристій.

Хоч як би ми ускладнювали схеми приймачів прямого

підсилення, все ж вони не можуть забезпечити належної вибірковості і чутливості. Якщо, наприклад, взяти понад 2-3 резонансні контури у ПВЧ, то приймач буде важко настроїти, він працюватиме нестабільно і буде здатний до самозбудження. Якщо ж додавати каскади ПНЧ, то вибірковість не поліпшиться, збільшиться тільки загальне підсилення сигналів. Як правило в приймачах встановлюють не більше як три каскади ПНЧ. Цей недолік було усунено у супергетеродинному приймачі, в якому основне підсилення сигналу і вибірковість проводяться на одній фіксованій, так званій проміжній частоті.

Щоб добути проміжну частоту, прийнятий сигнал змішують з коливаннями ВЧ від генератора (гетеродина) в змішувачі. В наслідок змішування двох напруг двох частот (прийнятого сигналу і гетеродина) виникає нова напруга, частота якої дорівнює різниці частот змішуваних сигналів. Якщо частоту гетеродина змішувати пропорційно частоті зміні вихідного сигналу під час перестроювання з однієї станції на іншу, то різниця частот залишається сталою. Стала (проміжна) частота залишається модульованою, і після детектування створюється можливість відновити сигнал НЧ. Сигнал від радіостанції так само, як і в приймачі прямого підсилення, надходять з антени на вхідні кола, а потім у ПВЧ. Виділений вхідними колами і підсилений в ПВЧ він потрапляє на перетворювач. Одночасно на перетворювач подається напруга з частотою гетеродина. В наслідок зміщування двох частот виділяється напруга ПЧ, яка підсилюється в каскаді ППЧ. Після каскаду ППЧ встановлено зазвичай, як і в приймачах прямого підсилення, детектор і ПНЧ.

Переваги супергетеродинного приймача в порівнянні з приймачем прямого підсилення заклечається в тому, що:

- суттєво спрощується його система настройки, оскільки перестроюються тільки селективні ланцюги вхідного кола, УРЧ і гетеродина;

- в супергетеродинному приймачі можна забезпечити значно кращу фільтрацію сигналу від шумів. Результуюча АЧХ радіотракту приймача визначається в основному АЧХ селективних ланцюгів тракту проміжної частоти. Цей тракт не перестроюється, тому в ньому можна використовувати складні резонансні ланцюги з АЧХ, дуже близьким до ідеальних;

- при перестройці приймача основні показники радоітракту практично не змінюються, так як вони в основному визначаються показниками тракту проміжної частоти, настроєного на постійну частоту;

- в супергетеродинному приймачі простіше забезпечити велике підсилення.

В одних випадках проміжну частоту потрібно вибирати більш високою, а в інших - більш низькою.

Вибір більш низької частот забезпечує:

- більше підсилення на один каскад УПЧ;

- більшу вибірковість по сусідньому каналу;

- необхідну смугу пропускання при конструктивному забезпечені добротностей контурів;

- менший вплив підсилювальних приладів на стійкість роботи приймача.

Вибір більш високої проміжної частоти забезпечує:

- кращу вибірковість по сусідньому каналу;

- краще і більш просте розділення несучої частоти і частоти модуляції модуляції в детекторі;

- більш високу стабільність гетеродина за рахунок меншого впливу параметрів сигнального контуру на параметри гетеродинного контуру.

Проміжну частоту вибирають із наступних міркувань:

- повинна вибиратися поза діапазоном приймаючих частот і знаходитись як можна далі від його меж. Це підвищує вибірковість по дзеркальному каналі;

- повинна знаходитися як можна далі від частоти потужної близько розміщеної радіостанції. Проміжна частота встановлюється ГОСТом:

- для радіооповіщення і трансляційних приймачів - 465 кГц, 10,7 МГц;

- для телевізійних приймачів: канал зображення - 38 МГц; для звукового каналу - 31,5МГц;

- для зв'язаних приймачів - стандартні проміжні частоти 85, 128, 205, 465, 500, 915, 1222кГц; 12,8; 10,7; 25; 37,8; 42,8МГц.

Для свого приймача я обираю проміжну частоту рівну 465 кГц.


2. Попередній розрахунок

2.1 Розподіл частотних спотворень по трактах приймача

Дані курсового проекту зведені в таблицю 1.

Таблиця 1

Діапазон

Чутливість

Вибірковість

Вибірковість

Вибірковість

Полоса

Часто-

Вихідна

частот

по сусід-

по дзер-

на краях

відтво-

тні спот-

потуж-

приймаємого

ньому

кальному

тракта

рюваних

ворення

ність

сигналу

каналу

каналу

радіоча-

НЧ

тракту

стоти

НЧ

МГц

мкВ

дБ

дБ

дБ

Гц

бД

Вт

6÷7,5

70

44

20

8

150÷3000

8

0,8

Рекомендації по розподілу ЧС на один контур приведені в таблиці 2.

Таблиця 2

ДХ

СХ

КХ

1,5÷4 дБ

0,5÷1,5 дБ

0,2÷0,5 дБ

Розподіливши ЧС по трактам приймача маємо таблицю 3.

Таблиця 3

Тракт

Тракт

Детектор

Попередній

Кінцевий

РЧ

НЧ

ПНЧ

ПНЧ

дБ

дБ

дБ

дБ

дБ

4

1

0,5

1

1


2 .2 Визначення еквівалентної добротності і кількості контурів тракту радіочастоти

Розрахунок еквівалентної добротності та числа коливальних контурів тракту радіочастоти проводимо по заданій вибірковості по дзеркальному каналу δдзк на максимальній частоті діапазону і по частотних спотвореннях, для даного тракту на мінімальній частоті - найгірший випадок. Орієнтовне число контурів nc =1.

(3.1)

(3.2)

nc - кількість контурів.

(3.3)

Необхідна добротність контурів забезпечує задане послаблення на краях полоси пропускання.

(3.4)

Необхідна добротність контурів, забезпечує задану вибірковість по дзеркальному каналу.


(3.5)

(3.6)

(3.7)

Для УКХ діапазону ψ=0,5÷0,9

(3.8)

Обираємо:

(3.9)


(3.10)

(3.11)

(3.12)

(3.13)

Так як Qemin <Qп , 54<504 тоді розрахунок здійснено вірно і остаточно приймаємо nc =1 Qemax =45 і Qemin =51.

При використанні одиночних контурів для крайніх точок діапазону fmax i fmin визначимо наступні параметри:

(3.14)

(3.15)

(3.16)

(3.17)

приймач тракт частота схема

Ослаблення на краях полоси пропускання δП


(3.18)

(3.19)

(3.20)

(3.21)

Повинна виконуватися умова δПmax < δПmin < δП , 7 < 7,09< 8– умова виконується.

Визначимо дзеркальні частоти


(3.22)

(3.23)

Розраховуємо вибірковість по дзеркальному каналу

(3.24)

(3.25)

Порівняємо розраховане значення вибірковості по дзеркальному каналу з заданою величиною, повинна виконуватися слідуюча умова: δдзкminдзкmaxдзк . 15,03>11.8>10 , умова виконується, отже, розрахунки виконані вірно.


2.3 Вибір коливальних систем тракту проміжної частоти. Визначення їх еквівалентної добротності

Розрахунок ведеться по заданій вибірковості по сусідньому каналу δск і послабленню на краях полоси пропускання тракту радіо частоти δп .

Необхідно враховувати, що в транзисторних приймачах, а також в приймачах на ІМС в якості навантаження перетворювача використовується фільтр зосередженої селекції ФЗС. Вибірковість по сусідньому каналу δск зосереджують в одному багатоканальному фільтрі, так, як контури сильно шунтуються малим вхідним опором транзисторів чи ІМС.

Потрібного підсилення досягають за рахунок використання каскадів аперіодичних підсилювачів проміжної частоти або каскадів з одиночними контурами.

Приймемо число контурів Ппр =1.

Визначимо вибірковість по сусідньому каналу і частотні спотворення для першого ФЗС:

(3.26)

(3.27)


Задаємо величину відносної розстрочки αп на межі полоси пропускання.

Приймемо αп =0,8÷0,9

(3.28)

Необхідна добротність контурів ФЗС:

(3.29)

По винна виконуватися умова QК ≥QН , так як це конструктивно неможливо, то визначаємо необхідну розрахункову полосу ФЗС при максимальному QК :

(3.30)

Визначаємо величину відносної розстройки:

а) на краях полоси пропускання ППЧ:

(3.31)


б) для сусіднього каналу:

(3.32)

Визначаємо величину узагальненого затухання:

(3.33)

По кривій для прийнятого β і по визначених αп і αс визначаємо послаблення на краях смуги пропускання δП1 і вибірковості по сусідньому каналу δСК1 , які забезпечуються першим контуром ФЗС.

δП1 =0,5 дБ

δСК1 =23,3 дБ

Визначаємо кількість контурів фільтра зосередженої селекції, необхідних для забезпечення вибірковості по сусідньому каналу на один фільтр:


(3.34)

Так, як кількість контурів може бути лише цілим числом, округливши до більшого маємо nи =2.

Визначимо кількість контурів фільтра, що забезпечують задане послаблення на краях полоси пропускання на один фільтр:

(3.35)

Так, як nп ≥nи (округленого), то розрахунок вірний, і можна прийняти nф = nи = 2 при β=0,7.

Визначимо послаблення на краях полоси пропускання:

(3.36)

Визначаємо вибірковість по сусідньому каналу:


(3.37)

. Це значення є більшим за δск по завданню.

2.4 Порівняння величини частотних спотворень з заданою величиною

Необхідно переконатися що:

(3.38)

0,05+6,5+0,6+0,7≤8. Оскільки умова виконується, отже розрахунки виконані вірно.

2.5 Розрахунок підсилення. Вибір підсилювальних каскадів. Вибір електричних приладів

Визначення кількості каскадів ВЧ тракта і тракта проміжної частоти. Для цього потрібно спочатку вибрати схнму детектора і режим детектування. В радіоприймальних приладах основною системою детектування, яка зараз використовується, є послідовна, через те, що вона має великий вхідний опір.

Існує два режими детектування: лінійний і квадратичний.

Для свого курсового проекту я обираю квадратичний вид детектування, який використовується в більшій кількості сучасний приймачів третього і четвертого класів. Для квадратичного режиму детектування:

Uд.вх. =0,1÷0,6В і Кд =0,6÷0,8


Потрібний коефіцієнт підсилення визначаємо за формулою (з розрахунком запасу 30÷50%):

(3.39)

КТ = 2119

2.6 Вибір та обґрунтування детектора і детекторного приладу

Амплітудний детектор перетворює амплітудно модульовані високочастотні коливання в низько частотні. При цьому спектр низькочастотних коливань повинен відповідати спектру сигналу, що передається.

До амплітудних детекторів встановлюються наступні вимоги, які повинні забезпечити такі якісні показники сигналу при передачі:

- найбільш можливий коефіцієнт передачі;

- найбільший вхідний опір;

- мінімальна амплітуда напруги високої частоти на виході детектора;

- якнайменше частотних і нелінійних спотворень.

Керуючись розрахунками, а також поставленим завданням, я обираю послідовний амплітудний діодний детектор. Цей детектор широко використовується в багатьох сучасних радіоприймачах СХ діапазону. Сам детектор виконаний на мікросхемі К174ХА10, яка була мною, обрана для побудови приймача.


3. Електричний розрахунок каскаду

3.1 Розрахунок амплітудного детектора

Вихідну напругу детектора визначаю з формули:

Uд.вихд Ħ т Ħ Uд.вх (4.1)

Uд.вх =0,1÷0,6 (В)

Кд =0,6÷0,8

т-коефіцієнт глибини модуляції

т=0,6

Uд.вих =0,7 Ħ 0,6 Ħ 0,5 = 0,21 (В)

Далі для розрахунку НЧ тракту потрібно знати амплітуду струму бази (першого каскаду мікросхеми):

(4.2)

де RН =2 Ħ Кд Ħ R вхд (4.3)

R вхд =25 (кОм)

RН =2 Ħ 0,7 Ħ 4 = 5,6 (кОм)


4. Опис роботи схеми

Високочастотний сигнал з антени потрапляе у вхідне коло, де за допомогою варикапу з електронною підстройкою, який безпосередньо зв’язанийз варикапом у контурі гетеродина, обирається необхідна частота. Електронна підстройка здійснюється за допомогою зміни опору потенціометра R3, який змінює величину напруги, яка подається на варикап.

З вхідного кола сигнал поступає на ніжки 6 і 7 мікросхеми К174ХА10. Підсилюється в підсилювачі високої частоти. Далі зигнал потрапляє в змішувач, куди одночасно з ним поступає сигнал з гетеродина. З змішувача (ніжка 4) сигнал проміжної частоти, через фільтр зосередженої селекції, який складається з двох контурів, сигнал поступає на вхід підсилювача проміжної частоти.

Підсилювач проміжної частоти виконаний на тій же мікросхемі, його входом є ніжки 1 та 2, з його виходу (ніжки 15 і 16) підсилений сигнал потрапляє в демодулятор (входом якого є ніжка 14). На цьому етапі вводиться автоматичне регулювання підсилення та автоматична підстройка частоти.

Автоматичне регулювання підсилення здійснюється безпосередньо в мікросхемі, яка має в своему складі блок АРП, недоліком якого є відсутність можливості зовнішнього впливу на нього користувачем.

Автоматична підстройка частоти. Сигнал на вхід системи АПЧ потрапляє з виходу підсилювача проміжної частоти. Схема автоматичної підстройки частоти складається з амплітудного обмежувача, який виконано на транзисторі VT1 та діоді VD8; та частотного детектора виконаного на діоді VD9. Зв’язок між амплітудним обмежувачем та частотним детектором автотрансформаторний, що покращує узгодження опорів, та чутливість автопідстройки. Сигнал з виходу схеми автоматичної підстройки частоти потрапляє на потенціометр R3, збільшуючи, або зменшуючи спад напруги на ньому і відповідно на варикапах коливальних контурів вхідного кола і контуру гетеродина.

З виходу демодулятора (ніжка 8) низькочастотний сигнал через ємність С3 потрапляє на вхід підсилювача низької частоти.

Входом підсилювача низької частоти є ніжки 11 і 12. Оскільки вихідний сигнал має потужність 0,4Вт, що є недостатнім за завданням на курсовий проект. В схему додатково включений потужний підсилюючий каскад, який забраний на мікросхемі К174УН4Б.

На вхід потужного підсилювача сигнал потрапляє з ніжок 9 і 10 ПНЧ мікросхеми К174ХА10. Зв’язок між каскадами ємнісний (через С4). Входом потужного підсилюючого каскаду є ніжки 1 та 4. З виходу каскаду (ніжки 6 і 8) сигнал потужністю 0,8Вт, через ємність С13 та потенціометр R11 поступає на гучномовець. Потенціометр R11 виконує роль регулятора гучності. Каскад додатково охоплений негативним зворотним зв’язком через резистор R9, сигнал з якого поступає на ніжку 2.

Напруга живлення мікросхеми К174ХА10 складає 4,5В, а

К174УН4Б - 9В. Для живлення приймача мною розроблено блок живлення з випрямлячем та стабілізатором напруги. Напруга з мережі ģ220В через трансформатор напруги TV1 потрапляє на діодний міст виконаний на діодах VD3-VD6, він перетворює змінну напругу в постійну. За допомогу стабілізатора VD7 напруга стабілізується і через резистори дільники R3 і R4 живить мікросхеми.

Для забезпечення автономної роботи приймача, а також для зменшення його габаритних розмірів та вартості, можна зробити живлення від батареї типу «Крона».


Висновок

В курсовому проекті, мною був виконаний розрахунок приймача супергетеродинного типу з амплітудною модуляцією.

Відповідно до розрахунків була складена принципова схема. За допомогою якої з довідника були обрані інтегральні мікросхеми, та складена принципова схема приймача.

Розрахований в курсовому проекті радіоприймач відповідає сучасному рівню розвитку електроніки, виконаний на інтегральних мікросхемах, має електронну настройку частоти, включає в себе системи автоматичного регулювання підсилення та підстройки частоти.


Перелік посилань

1. И.В. Новаченко «Микросхемы для бытовой радиоапаратуры» Москва «Радио и связь», 1989 г.

2. Д.И. Атаев «Аналоговые интегральные микросхемы для бытовой радиопаратуры» Москва «МЭЧ», 1991 г.

3. С.В. Якубовский «Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы» Москва «Радио и связь», 1989 г.

ОТКРЫТЬ САМ ДОКУМЕНТ В НОВОМ ОКНЕ

ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ [можно без регистрации]

Ваше имя:

Комментарий