DA4 того же типа. В каждом из этих каскадов предусмотрена регулировка частоты настройки (переменные резисторы R10, R16, R22).
Детектор собран по схеме синхронного детектора на транзисторе VT3 типа КТ315Г и резистора R33. Транзистор VT3 работает в ключевом режиме. Необходимое для работы этого транзистора опорное напряжение с частотой 24,57 кГц поступает на его базу через контакт 7 платы А1.
Включенный после детектора полосовой фильтр должен обеспечивать фильтрацию принятого речевого сигнала, имеющий энергетический спектр в пределах полосы частот от 0,5 кГц до 2,5 кГц от других продуктов, образующихся в процессе детектирования (первая и высшая гармоники несущего колебания). Фильтрация осуществляется с помощью активного НЧ-фильтра третьего порядка (фильтр Баттерворта), собранного на микросхеме DA5 типа КР1407УД2, и пассивного П-образного НЧ-фильтра на элементах R32, R35, C19...C22. Верхняя граничная частота обоих фильтров должна равняться примерно 2,5...2,7 кГц. Нижняя граничная частота полосового фильтра определяется номиналами элементов R42 и С26, образующих Г-образный пассивный фильтр ВЧ первого порядка.
Усилитель мощности тракта приема выполнен на микросхеме DA6 типа КР1407УД2, которая снабжена согласующим каскадом, собранным по двухтактной схеме на транзисторах VT4...VT5. Согласующий каскад и микросхема охвачены цепью глубокой отрицательной обратной связи, включающей резистор R45 и выходной каскад VT4 - VT5. Тракт приема ПС снабжен дополнительным промежуточным выходом - выход каскада на микросхеме DA2.
Технические характеристики блока приема следующие:
- вид модуляции: ОБП ;
- частота несущего колебания: 24,57 кГц плюс-минус
0,05 кГц ;
- чувствительность приемника: не более 3 мкВ ;
- выходная мощность приемника (при нагрузке 100 Ом): не менее 40 мВт.
2.3.2. Принципиальная схема исследуемых антенных датчиков магнитного поля.
Принципиальные схемы исследуемых датчиков приведены на рис. 2.4 и рис. 2.5. Их можно разделить на три части. Первая: собственно сами датчики магнитного поля, представляющие собой колебательный контур. Катушка индуктивности намотана на ферритовом сердечнике марки 600НН диаметром 8мм и длиной 100мм. Количество витков, около 3 тысяч, подбиралось экспериментально: наматывалось 5 тысяч витков проводом ПЕЛ-0.09 и постепенно сматывались до получения собственной частоты резонанса катушки равной 40 кГц. Емкость конденсатора С1 подбиралась также экспериментально для получения резонанса контура в пределах
22.5...23.5 кГц и равнялась приблизительно 100 пФ. Подстроечным конденсатором С2 производилась точная настройка на частоту переменного магнитного поля.
Вторая часть схемы - это умножитель добротности антенного контура. Принцип действия умножителей обоих типов был описан ранее. Следует только заметить, что в качестве операционного усилителя используется микросхема К157УД2.
Третья часть - буферный каскад. Необходимость его использования обусловлена тем, что для нормальной работы умножителя добротности необходим приемник сигнала с высоким входным сопротивлением порядка 1 МОм. Приемопередатчик АСС-250 имеет входное сопротивление порядка 100 кОм. Такое сопротивление, как было проверенно экспериментально, для нормальной работы умножителя добротности слишком мало. Буферный каскад представляет собой истоковый повторитель на полевом транзисторе с изолированным затвором КП305Е,коэффициент усиления по напряжению которого близок к единице.
Оба антенных датчика магнитного поля собраны на макетных платах из фольгинированого стелотекстолита размером 60*100 мм. Макетные платы для уменьшения наводок внешних полей экранированы медной фольгой, кроме вынесенной за ее пределы катушки индуктивности.
2.3.3. Исследование параметров антенных датчиков.
Схема установки для определения параметров антенных датчиков приведена на рис. 2.7. С генератора Г-... переменное напряжение подается на источник магнитного поля - катушку диаметром D = 60 см и имеющую 100 витков провода диаметром 1 мм. С помощью резистора R измеряется значение тока в катушке. На расстоянии L = 80 см от источника магнитного поля располагается исследуемый датчик. После усиления приемопередатчиком АСС-250 сигнал подается на телефонный капсуль, где и снимается его значение.
Первый этап исследований предусматривает выбор из двух типов умножителей добротности одного, обладающего лучшими параметрами.
Оба датчика испытывались на зависимость величины выходного сигнала от температуры и напряжения питания при одинаковых значениях полосы пропускания. Датчик, обладающий лучшими параметрами, в дальнейшем будет применяться в макете системы персонального вызова. Данные измерений приведены в таблицах
2.1 и 2.2.
Зависимость Uвых от напряжения питания при Q = 500
Таблица 2.1
-----------------------------------------------------
Uпит | 5 | 7 | 10 | 12 | 15
=====================================================
С ПОС | 55 | 57 | 55 | 55 | 55
| КОС | 85 || |Зависимость Uвых и | 85Fрез | 85 | 85 | 85 | |от температуры при Q =Таблица | 5002.2 | |
| t,±C | 0 | | | 20 | 50 | ||
| С | | Uвых | 62ПОС---------------- | Fрез | 22.324 | |----| | 55 | 51 ---------------------- 22.612 | 22.742 | --- |
| Uвых | 92 | 85 | 76
КОС ------------------------------------------------
| Fрез | 22.472 | 22.575 | 22.603
| | | |
Из приведенных таблиц видно, что от напряжения источника питания параметры обоих датчиков зависят слабо. Зависимость Uвых и Fрез выражена более ярко. Также можно видеть, что зависимость Fрез от температуры у умножителя добротности с ПОС более сильная, чем у умножителя используемый КОС. Умножитель с КОС дает и более высокое значение Uвых. Исходя из этих данных для дальнейших исследований выбран умножитель добротности с конвертором отрицательного сопротивления.
Результаты исследований этого типа антенного датчика следующие. Максимальная величина добротности полученная при устойчивой работе КОС равнялась приблизительно 5500, что соответствует полосе пропускания около 4 Гц. Величина магнитного поля в районе датчика рассчитывалась по следующей формуле
H = I*S*Nвит /(4* *R^3) (19),
где H - напряженность магнитного поля, А/м;
I - величина тока в рамке, А;
S - площадь рамки, м^2;
Nвит - число витков рамки;
R - расстояние от рамки до исследуемого датчика, m.
При исследованиях H равнялось
H = 0.0015*0.28*100/(4*3.14*0.512) = 6.5*10E-3 A/m.
Чувствительность антенны определяется по формуле
h = Uа / H = Uвых /(K * H) (20),
где h - чувствительность антенны, В*м/А;
Uа - напряжение, снимаемое с антенного датчика, В;
Uвых - выходное напряжение, В;
K - коэффициент усиления системы АСС-250. Чувствительность датчика с КОС равна
h = 2.6 /(4.2 * 6.5*10Е-3) = 95 В*м/А.
Пороговая чувствительность Hпор по напряженности поля определя ется как и параметрами антенного датчика, так и параметрами приемопередатчика, а именно уровнем шума и находится по формуле
Hпор = Uш /(K * h) (21),
где Hпор - пороговая чувствительность по напряженности
поля, А/м;
Uш - среднеквадратичное значение уровня шума, В.
Hпор равно
Hпор = 0.001 /(4.2 * 95) = 2.5*10E-6 А/м.
Определим эквивалентную площадь Sэкв приемной рамки. Как известно напряжение на проволочной рамке помещенной в магнитное поле равно
U = 2 f Sэкв H (22),
где f - частота сигнала, Гц.
Из (20) и (22) получаем
Sэкв = h /(2 f * ) (23).
Подставив в (23) известные данные получим
Sэкв = 95 /(2*3.14*23000*4*3.14*10Е-7) = 52.4 м^2.
Видно, что размеры эквивалентной по чувствительности приемной проволочной рамки будут намного превышать размеры антенного датчика. Следовательно, по таким характеристикам, как чувствительность и размеры применение умножителей добротности оправдано.
2.4 Макет системы пеpсонального вызова
2.4.1. Фоpмиpователь магнитного поля
Так как пpиемный датчик pеагиpует на магнитную составляющую электpомагнитного то для макета необходим фоpмиpователь магнитного поля. Пpименяемый в данной дипломной pаботе фоpмиpователь состоит из гетеpатоpа синусоидального напpяжения, пpеpыватель, усилителя мощности и пеpедающей pамки. Расмотpим подpобнее эти функциональные узлы.
Генеpатоp собpан на опеpационном усилителе DA1. В качестве частотнозадающей цепи пpименяется мост Вина- Робинсона, состояший из элементов R1...R5 и С1...С2. Один из pезистов моста pазбит на сопpотивления R1...R4. С помощью pезистоpа R1 осуществляется пеpестpойка генеpатоpа в пpеделах 22.5...23.5 кГц. Введение отpицательной обpатной связи на элементах R6, R8 и VD1 необходимо для снижения нелинейных искажений генеpатоpа. Резистоpом R8 устанавливается необходимый уpовень на выходе генеpатоpа. Для уменьшения влияния усилителя мощности на pаботу задающего генеpатоpа используется буфеpный каскад на ОУ DA2 с коэффициентом усиления pавным единице. Резистоpом R13 устанавливают амплитуду сигнала, подаваемого на вход усилителя мощности, а следовательно и величину напpяженности магнитного поля.
Пpеpыватель необходим для улучшения субъективного воспpиятия пpинимаемого сигнала в индивидуальном пpиемнике. Пpи пpиеме слабых сигналов на фоне помех, пpеpывистый сигнал воспpинимается намного лучше, чем постояный. Пpеpыватель собpан на микpосхеме DD1 КМОП стpуктуpы К564ЛА7. Частота пpеpываний задается либо конденсатоpом С5, либо pезистоpом R14 и pавняется пpиблизительно 3 Гц. С выхода инвеpтоpа DD1.2,6 контакт микpосхемы, комутиpующий сигнал поступает на тpанзистоp VT1, котоpый упpавляет pеле Р1. Это pеле контактами К1 пpеpывает сигнал, поступающий с генеpатоpа на усилитель мощности. Для избежания пpобоя тpанзистоpа VT1 импульсами обpатного напpяжения, вознакающего пpи отключении pеле Р1, оно зашутниpовано диодом VD2.
Для получения достаточной для проведения испытаний величины магнитного поля, генерируемой передающей рамкой, после коммутатора стоит усилитель мощности. Для проведения эксперимента были выбраны следующие характеристики усилителя:
- напряжение питания: плюс-минус 20 В;
- выходная мощность на нагрузке 4 Ом: 50 Вт;