birmaga.ru
добавить свой файл

1
2. Синтез структурной схемы.

Чтобы правильно выбрать структурную схему выделим несколько этапов синтеза:


  1. Нахождение ширины спектра и расчет полосы пропускания приемника.

  2. Выбор количества преобразований, значений промежуточных частот и расчет селективных систем преселектора и фильтра основной селекции.

  3. Расчет допустимого коэффициента шума приемного устройства.

  4. Расчет требуемого коэффициента усиления.

  5. Антенна, преселектор.

  6. Смеситель, гетеродин.

  7. Тракт ПЧ.

  8. Усилитель низких частот.

  9. Распределение усиления по узлам приемника.

  10. Предварительная структурная схема.


2.1. Расчет полосы пропускания приемника.

Ширина спектра входного сигнала с частотной модуляцией определяется параметрами модулирующего сигнала, полосой частот и индексом модуляции.

При индексе модуляции , ширина спектра находится так:

Так как входной сигнал и сигнал гетеродина имеет нестабильность, следует учесть это в определении полосы пропускания.

Абсолютную нестабильность частоты сигнала найдем из заданной относительной , абсолютную нестабильность частоты гетеродина найдем задавшись относительной , это вполне реализуемо синтезатором частот, который будет применен в данном приемнике, соответственно

Общая полоса частот требуемая

Проверим надо ли ставить систему АПЧ, следующим условием


, следовательно систему АПЧ не ставим.
2.2. Выбор промежуточной частоты.

Для данного диапазона частот удобнее применить супергетеродинную схему с одним преобразованием частоты. Значение промежуточной частоты выберем из стандартного ряда, чтобы проще было найти распространенный ФСС на твердотельном элементе.

Расчет селективности по зеркальному каналу и каналу прямого прохождения.

Основная фильтрация производится на нижней частоте настройки гетеродина, при этом зеркальный канал будет лежать на частоте .Возьмем три значения промежуточной частоты (первая строка таблицы 1), и рассчитаем для каждой из них по формуле указанной выше значение частоты зеркального канала (вторая строка таблицы 1).

Найдем обобщенную расстройку для каждой из частот зеркального канала по формуле , где - значение эквивалентного затухания контура преселектора равное , а эквивалентную добротность берем в 3 раза меньше собственной за счет

вносимых сопротивлений в контур.
Для данного диапазона частот, рекомендуется выбрать

собственную добротность равную 225, таким образом . Селективность преселектора определяется конфигурацией фильтров, бывают комбинации: одиночный контур, связанная пара, два одиночных, одиночный и связанная пара, две связанные пары. Селективные свойства каждого из них различны, вычисляются по формулам: одиночный , связанная пара , два одиночных – , одиночный и связанная пара , две связанные пары . Подставим значение обобщенной расстройки для каждой из ПЧ и вычислим селективность для всех конфигураций, результаты поместим в таблицу 2.


В эту же таблицу 2 для удобства занесем значения селективности по каналу прямого прохождения, расстройка по которому вычисляется так же, но относительно нижней частоты рабочего диапазона, как наиболее худший случай.

1.

- при нижней настройке гетеродина.














2.

- при нижней настройке гетеродина











3.

- при верхней настройке гетеродина.














Обобщенная расстройка для каждой из ПЧ приведена в третьей строке таблицы 1.

Таблица 1




0,465

10,7

24,975



32.07

11.6

82.95



4.42

178

158






Таблица 2.

Вид частотно-селективной цепи преселектора









0.465

10.7

24.975

Одиночный контур


13.13 / 73.6

45.4 / 45.3

44 / 28.8

Пара связанных контуров

19.8 / 141.4

84.8 / 84.5

82 / 51.6

Два одиночных контура

26.3 / 147.4

90.8/90.6

88 / 57.6

Одиночный контур и пара связанных контуров

32.93 /215

130.2/ 130

126/ 80.4

Две пары связанных


39.6/282.8

169.6 /169

164/ 103.2



В техническом задании установлены селективности по зеркальному каналу 65 дБ и каналу прямого прохождения 80 дБ, выберем в таблице ячейку соответствующую промежуточной частоте 10,7 МГц – наиболее вариант для реализации приемника с ЧМ и в качестве селективной части преселектора – два одиночных контура, которые обеспечивают заданные селективные свойства.

Расчет селективности по соседнему каналу.

Основная селекция по соседнему каналу будет реализована на ФСС стоящем в нагрузке смесителя перед УПЧ. Ориентируясь на полосу пропускания приемника (10кГц) и рабочую частоту (10,7МГц), их справочных данных [1] выбираем фильтр ПФ2П-436 с параметрами:

Рабочая частота 10,7 МГц

Полоса пропускания 15 КГц по уровню 3 дБ, с затухание в полосе 5 дБ

Коэффициент прямоугольности 2,7 к полосе пропускания на уровне 80 дБ.

1) Пересчитаем полосу











10.26 кГц < 15 кГц

2) Селективность приемника по соседнему каналу определяется параметрами ФСС, и может быть оценена условием ,

удвоенное расстояние по оси частот до соседнего канала.


выполняется, если бы эти величины были равны, то фильтр обеспечивал бы селективность по соседнему каналу 80 дБ, в нашем случае фильтр обеспечивает

селективность больше 80 дБ и точно больше 50 дБ заданных в условии, следовательно он нам вполне подходит.

2.3. Расчет допустимого коэффициента шума приемного устройства.

Прежде чем рассчитать коэффициент шумов зададимся следующими параметрами: эффективная полоса пропускания приемника, в нашем диапазоне можно принять , , отношение сигнал шум приемника
Теперь можно рассчитать коэффициент шумов:


Для значений , особых мер по снижению коэффициента шума принимать не следует. При расчете не будут учитываться шумовые свойства активных элементов.


    1. Расчет требуемого коэффициента усиления.

Усиление сигнала в РПУ необходимо для обеспечения необходимых уровней сигналов на входах нелинейных элементов, а также для обеспечения заданного уровня выходного сигнала приемника.

Чтобы определить требуемый коэффициент усиления нужно предварительно найти входное и выходное напряжения.

Входное напряжение:

Выходное напряжение :


Общий коэффициент усиления приемника :



2.5 Антенна, преселектор




Т.к. приемник работает на сравнительно высоких частотах (УКВ диапазон), то можно применить согласованную (настроенную антенну). В ней должно укладываться целое число полуволн.

Сопротивление антенны: .

Входная цепь (ВЦ) обеспечивает согласование антенны со входом УРЧ, а также в паре с контуром-нагрузкой УРЧ - частотную избирательность по ЗК и каналу ПП, являющимися одними из наиболее опасных помех для приемника. ВЦ состоит из одиночного контура. Это позволяет упростить согласование приемника с ненастроенной антенной и его перестройку по частоте.

УРЧ нагружен на одиночный контур и обеспечивает усиление входного радиосигнала до уровня, необходимого для нормальной работы смесителя. Выходной контур УРЧ, функционируя в паре с контуром ВЦ, обеспечивает требуемую частотную селективность приемника по ЗК и каналу ПП.

В качестве УРЧ используем микросхему 235УВ1. Она является усилителем высокой частоты, работает в диапазоне частот 0-250 МГц и имеет при напряжении питания 6,3 В коэффициент усиления:
2.6. Смеситель, гетеродин
При высоком коэффициенте шума тип смесителя не критичен. Активный элемент смесителя должен обеспечивать работу в диапазоне частот входного сигнала. В качестве смесителя можно использовать микросхему К175УВ1.

Как уже упоминалось выше, в качестве гетеродина в данном приемнике следует использовать синтезатор частот (СЧ). Его рабочий диапазон (диапазон перестройки) составляет: . Диапазон разбивается на N частотных каналов. По заданию соседний канал лежит при расстройке в 25 кГц. Значит, на один канал отводится полоса в 25 кГц, чего вполне достаточно для передаваемого сигнала . Значит, число каналов:


Относительная нестабильность частоты гетеродтна:

.

Переключение каналов может осуществляться вручную или автоматически. При переключении синтезатор частот меняет выходную частоту, а входная цепь и контур УРЧ перестраиваются соответственно на новую рабочую частоту. Перестройку контуров можно осуществлять изменением емкости варикапов, подключенных параллельно контурам засчет изменения приложенного к ним обратного напряжения, подаваемого с блока управления.


2.7. Тракт ПЧ, детектор
Тракт ПЧ приемника решает задачи основной частотной селекции полезного сигнала и усиления его до уровня, необходимого для нормальной работы детектора. Его особенность заключается в том, что рабочая частота тракта всегда остается постоянной, поэтому его элементы делаются неперестраиваемыми и настроенными на промежуточную частоту. Полоса пропускания тракта должна быть равна полосе пропускания приемника (см. п.2.1).

В состав тракта входят ФСС и усилитель промежуточной частоты (УПЧ). ФСС включается между смесителем и входом УПЧ. Требования к фильтру были сформулированы выше, при определении селективности по СК (см. п.2.2.).

В качестве УПЧ удобно использовать универсальную микросхему К174УР3. Она содержит УПЧ с ограничителем, ЧМ детектор и предварительный усилитель низких частот (УНЧ).

Для ЧМ приемника вводить систему АРУ нет необходимости, т.к. амплитуда сигнала не несет в себе полезной информации. Достаточно использования встроенного в УПЧ ограничителя. Для того, чтобы в соответствии с заданием ограничитель амплитуды давал ослабление паразитной амплитудной модуляции (АМ) на , на вход УПЧ необходимо подать сигнал


2.8. Усилитель низких частот

Усилитель низкой частоты должен обеспечивать мощность 0,025 Вт на нагрузке сопротивлением 1кОм, как было рассчитано выше, выходное напряжение должно быть 5 В и выходной ток . Такое напряжение при таком малом токе, вполне может обеспечить операционный усилитель.

2.9. Распределение усиления по узлам приемника
Отправной точкой для распределения усиления служат уровни напряжений на входе и выходе детектора приемника. Уровень выходного напряжения задает коэффициент усиления УНЧ, а входного – общий коэффициент усиления преселектора, смесителя и тракта ПЧ.

Уровень выходного сигнала микросхемы К174УР3 при напряжении питания 6 В , уровень входного сигнала должен быть не менее 100 мкВ для обеспечения заданного .

Проверим, обеспечивает ли часть приемника, расположенная до входа микросхемы, уровень сигнала, необходимый для нормальной работы микросхемы и входящего в ее состав детектора.

При учете коэффициентов усиления будем выбирать их минимальные значения, т.е. рассматривать худший случай. Это обеспечит некоторый запас по коэффициенту усиления приемника в целом.

По рекомендации [9] примем коэффициент передачи входной цепи равным 0.5. Тогда входное напряжение УРЧ будет равно

Коэффициент усиления УРЧ по напряжению, значит выходное напряжение УРЧ составляет .

Смеситель имеет коэффициент передачи , его выходное напряжение .


ФСС вносит затухание в поданный на его вход сигнал. Для выбранного в п.2.2. ФСС затухание в полосе составляет 5 дБ. Иными словами, коэффициент передачи ФСС составляет. Соответственно, напряжение на входе УПЧ (К174УР3) равно.





Эти значение обеспечит подавление паразитной АМ амплитудным ограничителем на 40дБ, что удовлетворяет требованиям задания.

При работе амплитудного ограничителя уровень напряжения на его выходе поддерживается практически постоянным, поэтому напряжение на выходе предварительного УНЧ будет постоянным и составит .



Итак, полученное распределение усиления обеспечивает нормальную работу узлов приемника и общий коэффициент усиления не хуже требуемого. Сведения об усилении отдельных каскадов отражены на структурной схеме приемника. Там же указаны требования к узлам приемника.




2.10. Предварительная структурная схема.


Смеситель

235УВ1












Входная цепь







Одиночный

контур










УРЧ

235УВ1






УНЧ

Операционный уселитель










Синтезатор частот

Число каналов:










1 Фильтра

ПФ2П-436









УПЧ,Ограничи-

тель, детектор

пред. УНЧ

К174УР3
















УНЧ

Операционный уселитель