Проектирование и расчет структурной схемы радиоприемника (стр. 2 из 3)
Расчет коэффициента шума первого каскада (УВЧ) производиться для настроенной антенны в соответствии с эквивалентной схемой, где m, n – коэффициенты включения со стороны антенны и входа транзистора, в данном случае m=0.06, n=0.1.
Проведем расчет с помощью программы RPUNS.
Исходные данные:
Активная проводимость источника Gи = 1/Rа = 0.05 сим
Собственная активная проводимость контура G0
d0 – собственное затухание контура, принимаем равным 0.007
с =1/щСКонт = 79.6
щ = 2рF получим щ = 25.12*107,
Сконт = на частоте 40 МГц равняется 50 пФ
G0 = d0/с = 9*10-5 сим
Рабочая частота 40 МГц
Рабочий ток коллектора Iк = 5 мА
Транзистор биполярный КТ-368, тип n-p-n
Результаты расчета:
Коэф. шума на рабочей частоте N0 = 4
На основе программы RPUNS был произведен расчет реального коэффициента шума для биполярного транзистора КТ-368. В результате расчета было получено, что реальный коэффициент шума составляет 4 раза. Сравнивая полученный результат с допустимым значением коэффициента шума, равным 16 разам, делаем вывод, что обеспечивается чувствительность по ТЗ, т. к. реальный коэффициент шума больше чем в 4 раза меньше допустимого.
Коэффициент шума БТ с учетом внутренней ОС
Произведем расчет коэффициента шума внутренней ОС в транзисторе, создаваемой емкостью коллектора Ск. Сделаем это с помощью программы RPUNS.
Исходные данные не изменяются за исключением наличия ОС.
Результаты расчета:
Коэф. шума на рабочей частоте с учетом внутренней ОС N0 = 4
Из данных расчета можно сделать вывод, что усилитель на транзисторе КТ-368 позволяет обеспечить одновременно и низкий коэффициент шума, и высокую избирательность.
4. Расчет избирательности по побочным каналам
Побочными каналами является зеркальный канал (с избирательностью Sезк), отстоящей от основного на частоту 2fпр, канал с частотой, равной промежуточной fпр (Sепр), а также соседний канал (с избирательностью Sеск)
Расчет фильтра входной цепи на избирательность
Расчет избирательности фильтра осуществляется в программе RPUNS.
Исходные данные:
Рабочая частота – 40000 кГц
Коэф. включения со стороны антенны m = 0.06
Коэф. включения со стороны транзистора n = 0.1
Активная проводимость источника Gи = 0.05 сим
Активная входная проводимость транзистора G11 = 3.5*10-3 сим
Емкость контура Ск = 50 пФ
Собственное затухание контура d0 = 0.007
Результаты расчета:
Эквивалентное затухание контуров dе = 2.4*10-2
Расчет избирательности фильтра по зеркальному каналу.
По техническому заданию селективность по зеркальному каналу равна 60 дБ. Обеспечения заданной селективности (повышения избирательности) мы добились, выбрав промежуточную частоту равной 5 МГц. Расстройка или частотное расстояние между помехой и сигналом в этом случае, как уже говорилось выше, равна Дfзк = 2fпр = 2 * 5 = 10 МГц.
При таком выборе промежуточной частоты обеспечивается селективность по зеркальному каналу, равная 60 дБ при числе звеньев фильтра, равном двум, это означает, что заданная избирательность может быть обеспечена двумя ОК, включенными раздельно: один – в ВЦ, другой – в УРЧ.
Исходные данные вводимые в программу RPUNS и результаты расчета по данному пункту представлены ниже.
Частота сигнала 4000 кГц
Требуемая селективность по побочному каналу Sезк = 60 дБ
Ослабление на границе полосы пропускания П0.7 = 6 дБ
Эквивалентное затухание контуров dе = 2.4*10-2
Максимальное число контуров Nmax= 2
Начальное значение частоты Fнач = 39000 кГц
Конечное значение частоты Fкон = 41000 кГц
Результаты расчета:
Ослабление сигнала на границе полосы пропускания П0.7 = 4.7 дБ
Селективность по зеркальному каналу Sезк = 63 дБ
Количество контуров во входной цепи N = 3
Полученные результаты дают нам право говорить об обеспечении заданной селективности по зеркальному каналу, т. к. полученное значение больше заданного на 3 дБ. Расчет избирательности фильтра по каналу с частотой, равной промежуточной fпр.
По техническому заданию селективность по каналу с частотой, равной промежуточной fпр равной 60 дБ. Расстройка или частотное расстояние между помехой и сигналом в этом случае равна:
Дfпр = fс – fпр = 40 – 5 = 35 МГц
Дfпр = 35000 Гц
Ослабление сигнала на границе полосы – это уровень на котором считывается полоса пропускания (обычно, больше 3 дБ), в данном случае – 6 дБ.
Исходные данные:
Частота сигнала 4000 кГц
Расстройка по побочному каналу 35000 Гц
Требуемая селективность по побочному каналу Sепр = 60 дБ
Ослабление на границе полосы пропускания П0.7 = 6 дБ
Эквивалентное затухание контуров dе = 2.4*10-2
Максимальное число контуров Nmax= 2
Начальное значение частоты Fнач = 39000 кГц
Конечное значение частоты Fкон = 41000 кГц
Результаты расчета:
Ослабление сигнала на границе полосы пропускания П0.7 = 4.7 дБ
Селективность по каналу промежуточной частоты Sепр = 80 дБ
Количество контуров во входной цепи N = 3
Результаты расчета позволяют нам говорить об удовлетворении технического задания: ослабление сигнала F паразитного канала при заданной селективности 60 дБ составляет 80 дБ.
Расчет избирательности по соседнему каналу.
В данном разделе производится расчет на избирательность по соседнему каналу. Требуется по т.з. при расстройке 25 кГц обеспечить избирательность 60 дБ. Удобнее воспользоваться отдельной программой RPUNSS1).
Исходные данные:
Промежуточная частота ФСС fпр = 5000 кГц
При частотной модуляции требуемая полоса пропускания ФСС минимальная.
П0.7 = 2 (Дfд + Fв) = 2 Fв (1+M), где
Дfд – девиация ЧМ сигнала,
Fв – верхняя частота модуляции
Исходя из этого, делаем вывод:
П0.7 = 2*(5 кГц + 3.4 кГц) = 17 кГц.
Расстройка по соседнему каналу 25 кГц
Требуемое ослабление на границе полосы пропускания S0.5 = 6 дБ
Собственное затухание контуров d0 = 0.003 (Q = 330 – при использовании ферритовых сердечников в катушках)
Максимально допустимое число контуров N = 12
Начальное значение частоты Fнач = 4970 кГц
Конечное значение частоты Fкон = 5030 кГц
Шаг изменения Fш = 2 кГц
Результаты расчета программы RPUNSS1 по данному пункту представлены ниже.
Результаты расчета:
Ослабление сигнала на частоте Дfск = 25 кГц равно Sеск = 61.32 дБ
Количество звеньев фильтра N = 11
Общее вносимое затухание на промежуточной частоте 45 дБ
Коэффициент передачи КФСС = 0.01
Волновое сопротивление W = 1 кОм.
5. Выбор средств обеспечения требуемого усиления сигнала
Для приемника с преобразованием частоты общий коэффициент усиления по напряжению получается как результат перемножения коэффициентов отдельных узлов:
К0пр = Квц * Курч * Кпч * Кфсс * Купч * Кару
где перечислены соответственно коэффициенты передачи ВЦ, УРЧ, преобразователя частоты, ФСИ, линейки УПЧ, Кару – коэффициент, указывающий на уменьшение усиления линейного тракта после замыкания петли АРУ
Коэффициент усиления линейного тракта приемника К0пр равен:
К0пр = Uвых / Eа
где Uвых – требуемое эффективное напряжение на выходе линейного тракта приемника, Еа – указанная в техническом задании ЭДС в антенне (напряженность поля).
Uвых = Uном = 0.6 В, Еа = 1.5 мкВ
К0пр = 0.6/ 1.5*10-6 = 4*105
Коэффициент передачи Квц настроенной антенны рассчитываются по формуле:
Квц = mn / RaGэ
Gэ – эквивалентная проводимость контура, учитывающая вносимые потери со стороны источника сигнала (антенны, фидера) и от входа БТ.
Gэ = de/с = 2.4*10-2 / 80 = 3*10-4
Квц = (0.06 * 0.1) / (20 * 3*10-4) = 1
Коэффициент передачи Курч рассчитывается по формуле:
Курч = mnS / Gэ
где вместо m подставляем новое значение mn учитывающее тот факт что выходная проводимость УРЧ значительно меньше проводимости антенны
mn = m/
mn= 1; S = G21 = 0/18 А/в; Gэ = 3*10-4
Курч = mn*nS / Gэ = 1*0.1*0.18 / 3*10-4= 60
Коэффициент усиления преобразователя Кпч
Кпч = mnSпр / Gэ
m = 1 т.к. G22W < 1,
= 0.5, Sпр= S/4 = 0.18/4 = 0.045,Gэ= 1/ W = 10-3
Кпч = 1*0.5*0.045 / 10-3 = 22
Кфсс было рассчитано ранее с помощью программы РПУ ФСС1
Кфсс = 0.01
Кару Рассчитанное по программе и равно 1 / 2.1
Кару = 0.5
С учетом написанного выше можем найти Купч
Курч = К0пр / Квц * Кпч * Кфсс * Купч * Кару
Курч = 4*105 / 1*60*22*0.01*0.5 = 6*104
6. Расчет ЧМ детектора на ФАПЧ
Произведем расчет с помощью программы RPUFAP.
Исходные данные:
Индекс модуляции М=1.5
Верхняя частота модуляции Fв=3.4 кГц
Коэффициент запаса определяется по формуле Кз=
Коэффициент запаса Кз = 5
Сопротивление фильтра R1=1 кОм
Результаты расчета:
Пороговое отношение сигнал/шум с = 8
Полоса удержания ФАП =150 кГц
Сопротивление фильтра R1=1 кОм
Сопротивление фильтра R2=50 Ом
С = 0,03 мкФ
Отечественной промышленностью в настоящее время освоен выпуск микросхем, позволяющих на основе ФАПЧ обеспечить следящий прием ЧМ сигналов. С этой целью удобнее всего воспользоваться микросхемой ИМС174ХА15. В состав этой микросхемы входят усилитель высокой частоты и фильтр низкой частоты.