| Расчёт супергетеродинного приёмника ДВ, СВ волн |
Расчёт супергетеродинного приёмника ДВ, СВ волн
1.1 Введение
Изобретение радиосвязи
великим русским ученым А.С. Поповым в 1895 г. – одно из величайших открытий
науки и техники.
В 1864 г. английский физик
Максвелл теоретически доказал существование электромагнитных волн,
предсказанное еще Фарадеем, а в 1888 г. немецкий ученый Герц экспериментально
доказал существование этих волн. Опыт Герца состоял в том, что с помощью
катушки Румкорфа в пространстве создавались слабые электромагнитные волны,
воспринимаемые тут же расположенным «резонатором». Слабая искра в резонаторе
свидетельствовала о приеме высокочастотных электромагнитных колебаний.
Казалось, что принцип связи без проводов уже найден, стоит лишь увеличить
мощность передающего устройства. Именно по этому пути и шли ученые, которые
хотели использовать волны Герца для связи без проводов. Однако это не привело к
существенным результатам.
Другим путем пошел А. С.
Попов, обратив основное внимание на отыскание возможностей приема очень слабых
сигналов, т.е. на повышение чувствительности приемника.
7 мая 1895 г. А.С. Попов на
заседании Физического отделения Русского физико-химического общества в
Петербурге демонстрировал прибор, принимающий электромагнитные колебания. Этот
прибор был первым в мире радиоприемным устройством; к нему было добавлено
регистрирующее устройство и создан грозоотметчик.
Радиоприемное устройство
Попова отличалось от приемных устройств предшествующих исследователей (Герца,
Лоджа) двумя особенностями: наличием антенны и использованием усиления принятого
сигнала.
В дальнейшем Попов
значительно повысил чувствительность своего приемника, введя в схему своего
радиоприемника колебательный контур, настраиваемый в резонанс с частотой
электромагнитных колебаний.
В 1904 г. английский ученый
Флеминг изобрел двухэлектродную лампу (диод), а в 1906 г. Ли де Форест ввел в
нее третий электрод – управляющую сетку. Электронная лампа вызвала большие
изменения в технике радиосвязи. Дальнейшее развитие техники радиоприема было
связано с усовершенствованием электронных ламп. С 1918 г. стали применять так
называемую регенеративную схему, которая позволила значительно повысить
чувствительность и избирательность радиоприемников.
В 1918 г. Армстронг получил
патент на схему супергетеродинного приемника. В начале 30-х годов были созданы
многосеточные лампы, в связи, с чем супергетеродинные схемы становятся
основными для большинства выпускаемых радиоприемников. В 60-е годы началось
освоение инфракрасного и оптического диапазонов волн. Развитие радиолокационной
техники привело к разработке новых методов усиления слабых электрических
колебаний. Были созданы малошумящие усилители СВЧ с использованием ламп бегущей
волны, молекулярные и параметрические усилители, усилители на туннельных
диодах. Развитие полупроводниковой электроники привело к новому направлению в
разработке методов и устройств приема и обработки информации –
микроэлектронике. Успехи в развитии современной микроэлектроники позволяют
значительно улучшить основные параметры радиоприемников. Замена целых
функциональных узлов и блоков радиоприемника интегральными микросхемами, замена
конденсаторов переменной емкости или варикапными матрицами позволяют
использовать новые методы конструирования радиоприемников, как-то: синтез
частот, бесшумная настройка, автоматическая регулировка полосы пропускания при
изменении уровня входных сигналов, программное управление приемником и т.д.
Современная технология
производства радиоэлектронной аппаратуры, принципиально новые схемные решения,
реализация которых стала возможной на ее основе, так как количество элементов и
сложность схем при использовании интегральных микросхем перестали быть
ограничивающими факторами, позволили резко повысить качественные показатели
всех видов радиоприемных устройств.
Современные радиоприемные
устройства обеспечивают надежную связь с космическими станциями, работают в
системах спутниковой связи, в многотысячекилометровых радиорелейных линиях.
Судовождение, авиация немыслимы сегодня без совершенных радиолокационных
станций.
Современная научно-техническая
революция находит свое яркое выражение в бурном развитии радиотехники, в
частности техники радиоприемных устройств.
1.2 Эскизный расчет приемника
Вариант№20
Параметры приемника:
1. Диапазон принимаемых частот fн÷fв, кГц ………….........................ДВ,
СВ.
2. Чувствительность на магнитную
антенну Еа, мВ/м …………..………… 3
3. Селективность по соседнему
каналу δск, дБ……………………………….40
4. Селективность по зеркальному
каналу δзк, дБ ……………………………30
5. Выходная мощность Pвых, Вт .……………………………………………0,15
6. Спектр воспроизводимых частот
Fн÷Fв, Гц………………………..300÷3500
7. Неравномерность частотной
характеристики М, дБ ……………………..12
8. Коэффициент нелинейных
искажений Кг, %.………………………………8
9. Действие АРУ на входе
………………………………………………….25дБ
на
выходе………………………………………………….6дБ
10. Вид питания – батарея 6В
11. Рассчитать принципиальную
схему каскадов АД и УННЧ
12. Рассчитать частотную
характеристику УНЧ
1.2.1 Определение и выбор
типа радиоприемного устройства
Для выбора типа
радиоприемного устройства воспользуемся ГОСТ 5651-89. Аппараты по
электрическим и электроакустическим параметрам подразделяют на три группы
сложности: высшую (0); первую (1) и вторую (2). Брем таблицу с трактом АМ – это
тракт приема программ радиовещательных станций в диапазонах ДВ, СВ и КВ, а
диапазон нашего приемника ДВ, СВ. Но мы не берем высшую группу сложности, так
как наш радиоприемник не совпадает с ней ни по одному параметру.
Тракт АМ
Табл. №1
|
Наименование параметра
|
Норма для аппаратов группы
сложности
|
1
|
2
|
1. Чувствительность,
ограниченная шумами, при отношении сигнал/шум не менее 20дБ:
по напряжению
со входа для внешней антенны, мкВ не хуже в диапазонах:
ДВ
СВ
по
напряженности поля, мВ/м, не хуже, в диапазонах:
ДВ
СВ
2. Диапазон воспроизводимых
частот звукового давления всего тракта при неравномерности частотной
характеристики звукового давления 14 дБ в диапазоне СВ и 18 дБ в диапазоне
ДВ, Гц, не уже для стационарных аппаратов . для
переносных аппаратов
3. Общие гармонические
искажения всего тракта по электрическому напряжению на частоте модуляции 1000
Гц, при М=0,8; Рвых = Рвых ном (Uвых = Uвых ном), %, не более
4. Отношение сигнал/фон с
антенного входа для аппаратов с питанием от сети переменного тока, дБ, не
менее
|
100
100
1,5!
0,7
50-6300
125-5600
4
46
|
По ТУ !
По ТУ!
По ТУ
По ТУ !
125-3550
315-3150!
5
40
|
|
Наименование параметра
|
Норма для аппаратов группы
сложности
|
1
|
2
|
5. Действие автоматической
регулировки усиления:
изменение
уровня сигнала на входе, дБ
изменение
уровня сигнала на выходе, дБ, не более
6. Односигнальная избирательность по соседнему каналу при расстройке ±9
кГц, дБ, не менее
7. Односигнальная избирательность по зеркальному каналу, дБ, не менее,
в диапазонах:
ДВ (на частотах
200 кГц)
СВ (на частотах
1000 кГц, по ТУ)
|
46
10
40
50(40)**
36
|
30!
10!
По ТУ!
40(26)**
34(20)**
|
* Для аппаратов объемов менее 0,001 м3
диапазон устанавливают в ТУ.
** Для аппаратов объемом менее 0,001
м3.
При сравнении
параметров приведенных в таблице с параметрами нашего приемника, во втором
классе приемника (2) было найдено 7 совпадений (отмеченных знаком !), тогда как
в первом классе (1) – лишь 1 совпадения (отмеченных знаком !). В первом случае
совпали чувствительность магнитной антенны, действие автоматической
регулировки усиления, односигнальная избирательность по соседнему каналу и
диапазон воспроизводимых частот. Во втором случае совпала лишь чувствительность
магнитной антенны.
На этом основании я выбираю
2 класс сложности радиоприемного устройства.
1.2.2 Выбор поддиапазонов и
их границ
Если при
неизменной индуктивности контура не может быть обеспечено перекрытие всего
диапазона приемника переменным конденсатором, а также для удобства и большей
точности установки частоты и настройки приемника на станции диапазона коротких
и ультракоротких волн, диапазон приемника делится на отдельные поддиапазоны.
Предварительный выбор числа усилительных каскадов и избирательных контуров
приемника необходимо производить на каждом поддиапазоне отдельно. Поэтому
предварительный расчет приемника необходимо начинать с выбора числа необходимых
поддиапазонов и определения их границ.
В
радиовещательных приемниках разбивка на поддиапазоны производится согласно ГОСТ
5651-89. В соответствии с этим дополнительно на поддиапазоны разбивается только
КВ. диапазон, а остальные проверяются на обеспечение выбранным блоком
переменных конденсаторов заданного перекрытия частот. Диапазон КВ.
радиовещательного приемника обычно делится на 2-3 поддиапазона или выделяется
несколько растянутых поддиапазонов.
Так как в технических
требованиях на приемник границы поддиапазонов и их количество не заданы, мы
рассчитываем коэффициент перекрытия всего диапазона. Выбираем двух секционный
блок конденсаторов переменной ёмкости Тесла Cmin=5пф и Cmax=385пф, габаритные размеры
блока 25*25*25мм. Определяем коэфицент диапазона Кд, задавшись ёмкостью схемы
Ссх=30пф, по формуле:
Кд = (Сk max+Ссх)/(Сk min+Cсх) = (385+30)/(5+30) =
3,44
По формуле: Кд.с.= f′c max/f′c min определяем требуемый
коэфицент диапазона по частоте Кд. с, предварительно рассчитав f′c max и f′c min по формулам:
f′c max = 1.02*fc max,
f′c min = fc min/1.02,
Так как мне не заданы частоты
диапазонов ДВ и СВ то по ГОСТ 5651-64 я принимаю для ДВ: 150÷408кГц ;
для СВ: 525÷1605кГц
Для (ДВ): f′c max= 1.02*408 =416,16кГц f′c min=150/1.02 = 147,05кГц ,
Кд.с=416,16/147,05=2,8
Для (СВ): f′c max= 1.02*1605=1637.1кГц f′c min= 525/1.02 =514.7кГц
Кд.с=1637,1/514,7=3,180
Проверяем выполнение условия чтобы
Кд≥Кд.с:
Для (ДВ): 3,44>2,8 для (СВ):
3.44>3.180,
Так как условие выполняется то в
приёмнике применяется один диапазон для (ДВ), и один диапазон для (СВ).
1.2.3
Проверка перекрытия поддиапазонов
После выбора
блока переменных конденсаторов необходимо проверить, сможет ли он обеспечить
перекрытие всех поддиапазонов приемника.
Порядок расчета:
1. Определяется
эквивалентная емкость схемы С’сх, при которой выбранный ранее блок
переменных конденсаторов обеспечит перекрытие данного поддиапазона k’пд.
Для (ДВ) и для
(СВ):
С’сх = (Сmax – Кд2Сmin) / (Кд2
– 1) = (385 – 3,442∙5) / (3,442 – 1) =
325,83/10,83=30,08пф
2. Так как на
всех поддиапазонах С’сх > 0, то необходимо вычислить
действительную емкость схемы:
Ссх
= См + СL +
Свн = 15 + 15 = 30 пФ
где См
– емкость монтажа (см. табл. №3)
СL – собственная емкость катушки контура
(см. табл. №3)
Свн
– емкость, вносимая в контур электронным прибором на рабочей частоте. Емкость,
вносимую в контур электронным прибором на рабочей частоте, мы не вычисляем и
принимаем равной 0.
Табл.
№3
Диапазон
|
Емкость монтажа См,
пФ
|
Емкость катушки СL, пФ
|
Длинные волны (ДВ)
Средние волны (СВ)
Короткие волны (КВ)
Ультракороткие волны (УКВ)
|
5 ÷ 20
5 ÷ 15
8 ÷ 10
5 ÷ 6
|
15 ÷ 20
5 ÷ 15
4 ÷ 10
1 ÷ 4
|
3. Так как Ссх’
≈
Ссх (на всех поддиапазонах), то дополнительную емкость можно не
определять. И, следовательно, блок конденсаторов выбран, верно.
4. Эквивалентная
емкость входной цепи:
Для (ДВ) и для (СВ.):
Сэ
= (Ckmin + Ссх’) ÷ (Ckmax + Ссх’) = (5 + 30,08)
÷(385 + 30,08)= 35,08÷415,08 пФ
1.2.4
Выбор
промежуточной частоты
Величина промежуточной частоты
выбирается из следующих соображений:
1.
Промежуточная
частота (fпр) не должна находиться в диапазоне
частот приемника или близко от границ этого диапазона;
2.
Промежуточная
частота не должна совпадать с частотой какого-либо мощного передатчика.
3.
Для
получения хорошей фильтрации промежуточной частоты на выходе детектора должно
быть выполнено следующее условие:
fпр ≥ 10Fв ,
Страницы: 1, 2, 3, 4
|
© 2009 Все права защищены.