Проектирование радиовещательного приемника длинноволнового диапазона (стр. 1 из 4)
Комитет Российской Федерациипо рыболовству
Мурманский Государственный ТехническийУниверситет
Кафедра радиотехникии телекоммуникационных систем
Курсовой проект
по предмету "Прием и обработка сигналов"
"Проектирование радиовещательного приемника длинноволнового диапазона"
Выполнил: студент гр. Р-593
Кужильный А.Е.
Проверил: профессор кафедры РТКС
Пятси А.Х.
Мурманск
2009
Задание
Спроектировать портативный радиовещательный приёмник длинноволнового диапазона со следующими параметрами:
– рабочий диапазон частот: 150 кГц - 420 кГц;
сигналы: амплитудная многотональная модуляция. Для обеспечения эстетического восприятия в радиовещании необходимо передавать полосу частот 100...6300 Гц при допустимой неравномерности около +(0,7...1,5) дБ.
– требование к избирательности:
ослабление соседнего канала приёма – не менее 60дБ;
ослабление по побочным каналам приёма – не менее 50дБ;
– чувствительность, при отношении сигнал/шум не менее 26 дБ не
хуже 5мкВ;
– антенна- магнитная;
– напряжение питания: Еп=9В.
– требование к АРУ:при изменении уровня входного сигнала на 60 дБ изменение уровня выходного сигнала должно составлять не более 6 дБ
Разработка функциональной блок-схемы приёмника
Поскольку в задании предъявлены довольно высокие требования к показателям РПУ, то это предопределяет построение приемника по супергетеродинной схеме. Для повышения чувствительности приемника необходимо применение усилителя сигнальной частоты (УСЧ) в преселекторе. С целью улучшения избирательности приемника УСЧ необходимо сделать резонансным. В качестве усилительных элементов в УСЧ и УПЧ применим полевые транзисторы, т.к. при этом реализуются их преимущества: малый коэффициент шума, большое входное сопротивление и высокая линейность усиления.
Входная цепь (ВЦ) должна обеспечивать возможность настройки на любую частоту заданного диапазона приемника. Плавно настраивать контуры в заданном диапазоне частот можно, изменяя индуктивность или емкость, либо одновременно и то и другое. При настройке контура ВЦ с помощью индуктивности его показатели (конструктивное затухание, полоса пропускания, резонансная эквивалентная проводимость контура) по диапазону резко изменяются, что нежелательно. Настройка ВЦ ёмкостью сопровождается менее резкими изменениями параметров контуров. Осуществить перестройку ёмкости контура возможно при помощи блоков конденсаторов переменной ёмкости (КПЕ). Однако применение КПЕ нецелесообразно вследствие их больших размеров и сложности точного сопряжения. Поэтому в качестве переменной ёмкости контура применяем варикапы. Главное преимущество варикапов – малые размеры, механическая надежность, простота автоматического и дистанционного управления настройкой. Недостатком варикапов в сравнении с КПЕ является нелинейность при больших уровнях сигналов и помех. Ослабить нелинейные эффекты можно применением балансных (двухтактных) схем. В данном случае такой схемой является встречно-последовательное включение двух варикапов.
В качестве преобразователя частоты применяем кольцевой диодный преобразователь, имеющий следующие достоинства: меньшее содержание гармоник входных сигналов и комбинационных частот в выходном спектре, широкий динамический диапазон входных сигналов, большая максимально допустимая мощность, широкая полоса пропускания.
Для обеспечения высокой избирательности приёмника по побочным каналам приема необходимо выбрать высокую промежуточную частоту. Современная элементная база позволяет обрабатывать сигналы с частотами более 1 ГГц. Однако в длинноволновом диапазоне частот весьма высокую избирательность обеспечит преселектор при выборе промежуточной частоты равной fпр=10,7 МГц.
Основное усиление и обработка сигнала производиться в тракте промежуточной частоты. Для обеспечения высокой избирательности РПУ по соседним каналам приема необходимо применение фильтра сосредоточенной избирательности (ФСИ). В качестве ФСИ выбираем пьезокерамический фильтр, обладающий близкой к идеальной характеристикой односигнальной избирательности, хорошими массогабаритными показателями. Применение ФСИ позволяет делать каскады УПЧ апериодическими. Для обеспечения высокого качества детектирования на вход последовательного диодного детектора необходимо подавать напряжение с амплитудой не менее 1В. Данное условие определяет требование к коэффициенту усиления всего приёмника.
В качестве системы АРУ выбираем АРУ с задержкой. В задержанной АРУ регулирующее напряжение создается и действует лишь в том случае, если входной сигнал превышает определенное значение (оно обычно выбирается равным чувствительности приемника и называется порогом срабатывания АРУ). Задержанная АРУ по своим характеристикам уступает только усиленной АРУ с задержкой, но последнее требует применения дополнительного усилителя постоянного тока, что вызывает существенное усложнение схемы приемника. Наиболее просто управлять усилением каскадов УПЧ при помощи АРУ можно применяя в УПЧ полевые транзисторы с двумя затворами. В этом случае управляющее напряжение системы АРУ прикладывается ко второму затвору транзистора, уменьшая его крутизну.
Так как требуется спроектировать портативный радиоприёмник, то возникают ограничения на габариты антенны. Поэтому в данном случае целесообразно применить магнитную антенну, которая обладает малыми размерами и низким коэффициентом направленного действия, что позволяет приёмнику принимать сигналы практически со всех направлений.
Применение детектирования колебаний в цепи АРУ с задержкой имеет ещё и то дополнительное преимущество, что при слабых сигналах, когда детектор АРУ заперт, не уменьшается крутизна характеристики усилительных приборов и поэтому не возрастают собственные шумы радиочастотного блока. Последнее обстоятельство объясняется тем, что шумовое сопротивление транзистора обратно пропорционально крутизне S(y21). Следовательно, если АРУ при малых сигналах не работает, то в радиочастотном блоке при этом не уменьшается отношение сигнал-шум за счёт действия АРУ. Сказанное относится, в первую очередь к входным каскадам радиочастотного блока на достаточно высоких частотах, когда их шумы могут быть соизмеримы по интенсивности с внешними помехами воздействующими на вход приёмника.
Расчёт входной цепи
При расчёте входной цепи (ВЦ) принимаем паразитную ёмкость катушки СLA=2пФ, монтажную ёмкость равной См=10пФ, максимальную добротность контура равной Qk=80.
Определяем коэффициент перекрытия диапазона
В качестве варикапа для ВЦ выбираем варикап КВ135А, имеющий следующие параметры:
Свmax=800пФ (при Uобр=1В), Свmin=20пФ (при Uобр=7В).
Так как во ВЦ применяется встречно - последовательное соединение варикапов, то эквивалентная максимальная и минимальная ёмкости такого соединения соответственно равны0
Средняя ёмкость подстроечного конденсатора должна удовлетворять условию С19>(0,3…0,5)Скmin, где Скmin- минимальная ёмкость контура;
Скmin=С/вmin+CLA+Cм+С11VT,
где С11VT– входная ёмкость транзистора УСЧ. В качестве транзистора УСЧ выбираем транзистор 2П302А (характеристики прибора приведены в приложении) с
С11VT=6пФ.
Скmin=10+2+10+6=28пФ.
С19>(8,4…14)пФ
Принимаем С19=10пФ.
Находим ёмкость дополнительного конденсатора
С18=С/2-CLA-C19- C11VT-Cм=47-2-10-6-10=19пФ.
Выбираем конденсатор по ряду Е24
С18=20 пФ
Вычислим ёмкость разделительного конденсатора
,где Rвх – входное сопротивление УСЧ. Поскольку Rвх=375кОм (расчёт Rвх приведён ниже), то
1/(2pfcmax*C17)>0.1*375000
C17>1/(2pfcmax0.1*375000)= 1/(2p420000*0.1*375000)=10пФ
Выбираем конденсатор по ряду
Е24: С17=10 пФ
Вычислим необходимую индуктивность катушки контура
.Рассчитываем ферритовую антенну
Наилучшие характеристики ферритовая антенна имеет при отношениях а/lc=0,3; lclk/lc=0,2. Зададимся значением dk/dc=1,13; lc/dc=20; lk/dk=3,5; dc=0,8см.
По рисунку 3 находим эффективную магнитную проницаемость сердечника mэ=130Г/м. По графику на рисунке 4 для lk/dk=3,5 находим коэффициент а равный а=2,4.
Теперь можно определить число витков в контурной катушке
Вычисляем действующую высоту (частота в МГц)
Определим входную проводимость УСЧ. Входное сопротивление УСЧ определяется параллельным включением сопротивлений делителя в цепи затвора
Транзистор УСЧ работает с нулевым напряжением на затворе, значит сопротивления R16 и R17 должны быть выбраны такими чтобы падение напряжения на сопротивлении R17 равнялось падению напряжения на истоковом резисторе. Оптимальный режим транзистора обеспечивается при Uси=5В и Iс=3мА. Задаёмся падением напряжения на истоковом резисторе равном UR18=0,2Еп=0,2*9»2В (при этом обеспечивается удовлетворительная температурная стабилизация режима по постоянному току). Следовательно падение напряжения на резисторе R17 также должно равняться 2В.