Разработка и расчет функциональной схемы радиовещательного супергетеродинного приемника

а) на максимальной частоте fmax Гц

Sезер (max)=20.lg(39,045)= 31,8 дБ;

а) на минимальной частоте fmin Гц

Sезер (min)=20.lg(462,193)= 53,3 дБ;

Полученные результаты превышают избирательность заданную по техническому заданию (30 дБ).

Избирательность ТРЧ по соседнему каналу [1, стр. 353]

,  Seс = 0 дБ,  где 2Df  – разность частот между соседними станциями.

Частотные искажения тракта радиочастоты [1, стр. 353]

,   МТРЧ = 0 дБ. 

 

1.4. Распределение частотных искажений  по частям приемника в соответствии с рекомендациями [1, стр. 353].

Частотные искажения в ТЗЧ принимаем равными 2 дБ,

МТЗЧ = 2 дБ.

Частотные искажения в ТРЧ равны 0 дБ,

МТРЧ » 0 дБ.

Частотные искажения в ТПЧ

МТПЧ=МВ - МТРЧ - МТЗЧ=8 - 0 - 2 = 6 дБ.

 

1.5. Выбор избирательной системы  тракта промежуточной частоты.

В качестве избирательной системы ТПЧ выбираем систему сосредоточенной селекции в виде ФСС, помещенного в коллекторной цепи преобразователя. Расчетная избирательность ФСС [1, стр. 354]

,    Sе=20·lg(35,1)=30,9 дБ 

1.6. Определение числа каскадов радиочастоты  приемника и распределение усиления  по каскадам.

Минимальный коэффициент передачи по полю КЕ на минимальной частоте, при условии что, минимальная действующая высота ферритовой антенны hд=0,01 м, коэффициент включения контура pвх=0.15 [1, стр. 355]

КЕ=hд.Qэ (min).pвх=0,01.9,09.0,15= 0,0136 м 

Напряжение на входе первого транзистора

Uвх=КЕ.Е=0,0136 .1.2.10-3 =16,3.10-6 В

Общий коэффициент усиления ТРЧ при условии, что к детектору подводится напряжение Uд=0,7 В [1, стр. 355]

. 

Для обеспечения такого усиления используем два каскада кроме преобразователя один апериодический и один широкополосных с коэффициентами усиления по [1, стр. 356 табл. 12.1]

Преобразователь частоты	КПР ФСС = 12
Апериодический УПЧ	КАПЧ = 40
Одноконтурный широкополосный УПЧ на входе детектора	КШ ПЧ = 150

Общий расчетный коэффициент усиления высокочастотной части приемника

КТРЧ= КПР ФСС. КШ ПЧ. КАПЧ=12.40.150=  72000.

        Для УЗЧ в соответствии с рекомендациями [1, стр. 357] при Рвых=0,1£0,2 Вт в качестве выходного каскада применяется двухтактная схема усилителя мощности в классе усиления АВ.

Коэффициент усиления по мощности ТЗЧ [1, стр. 357]

  

где Рвх - мощность на входе ТЗЧ, Рвх=1 мкВт.

Принимаем коэффициент усиления по мощности выходного каскада Квых=50, предварительных усилителей Кпред=40. Общий коэффициент предварительного усиления

 

Необходимое число предварительных усилителей

 

Результаты предварительного расчета сведены в табл. 1.

Таблица 1.

Параметр		ед. изм.	по ТЗ	по расчетам
Добротность входного контура	Qэ (min)		...	9,09
	Qэ(max)		...	4
Конструктивная добротность	Q		...	40
Селективность по зеркальной частоте	Sезер	дБ	30	31,8
Селективность по соседней станции	Sес	дБ	30	30,9
Частотные искажения в ТЗЧ	МТЗЧ	дБ	...	2
Частотные искажения в ТРЧ	МТРЧ	дБ	...	0
Частотные искажения в ТПЧ	МТПЧ	дБ	...	6
Расчетный общий коэффициент усиления ТРЧ	КТРЧ		...	65110
Расчетный общий коэффициент усиления ТЗЧ	КТЗЧ		...	50000

 

2. РАСЧЕТ УЗЛОВ РАДИОПРИЕМНИКА

2.1. Расчет преобразователя частоты на транзисторе с совмещенным гетеродином и ФСС.

2.1.1. Описание принципа работы и  функциональное назначение.

Преобразование сигналов радиочастот в сигнал промежуточной частоты осуществляется в частотно-преобразовательных каскадах ПЗВ. Для преобразования используется нелинейность ВАХ, преобразующих элементов (ПЭ), в качестве которых обычно используются полупроводниковые диоды и транзисторы. Для получения сигнала промежуточной частоты (ПЧ), помимо напряжения сигнала, к ПЭ необходимо подвести напряжение от гетеродина с частотой, отличающейся от частоты сигнала на значение ПЧ. Напряжение гетеродина для преобразования сигнала с малыми искажениями должно превышать уровень самого большого из принимаемых сигналов. От правильного выбора режима ПЭ зависят такие характеристики приёмника, как чувствительность, селективность, искажения сигнала. Преобразователи по типу применённого преобразующего элемента делятся на пассивные и активные, а по способу получения напряжения гетеродина – на преобразователи с отдельным гетеродином (смесители частот) и с совмещённым гетеродином (генерирующие преобразователи).

Преобразователь частоты собран на транзисторе VT1 типа КТ3126.

Напряжение сигнала на базу транзистора VT1 преобразователя частоты подается с входного контура с помощью катушки связи L.

Нагрузкой преобразовательного каскада служит трехконтурный ФСС, который обеспечивает избирательность по соседнему каналу не менее 30 дБ. Ширина полосу пропускания ФСС определяется величинами емкостей конденсаторов связи. Связь ФСС с коллектором транзистора VT1 и с базой транзистора VT3 трансформаторная (П-2).

Режим работы и температурная стабильность преобразовательного каскада определяется сопротивлениям R1, R2 и R3.

Функциональное назначение – преобразование частоты радиосигнала в промежуточную частоту.

Принцип работы.

Выделенный сигнал радиостанции uАМ с частотой fн поступает на смеситель. Напряжение гетеродина подается в управляющую цепь транзистора на сопротивление R3 (рис. 3).

Смеситель работает при этом как модулятор АМ и на его выходе появляется сигнал, в спектре которого находятся три гармонические составляющие: fг, fг - fн и fг + fн. ФСС система сложных взаимосвязанных колебательных контуров, настроенная на fпр = fг - fн выделяет сигнал uпр, подавляя гармоники с частотами с частотами fг и fг + fн.

Далее сигнал uпр усиливается усилителями промежуточной частоты (УПЧ).

 

Рис.3. Схема электрическая принципиальная преобразователя частоты на транзисторе с совмещенным гетеродином и ФСС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1.2. РАСЧЁТ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ.

Исходные данные:

1. диапазон принимаемых частот fmin - fmax, Гц 150.103 – 408.103
2. промежуточная частота fпр, Гц 465.103
3. полоса пропускания 2DF, Гц 2.4000
4. селективность по соседней станции Sес, дБ 31
5. частотные искажения фильтра МФ=МТПЧ, дБ 6
6. требуемый коэффициент передачи Кпр 20
7. напряжение источника питания Е, В 9

Требуется определить:

1. тип активного элемента;
2. индуктивность контура гетеродина;
3. емкость переменного конденсатора;
4. емкость параллельного конденсатора;
5. емкость последовательного конденсатора;
6. элементы контуров ФСС;
7. элементы установки рабочей точки.

 

Параметры транзистора КТ3126 [4, стр.226-268]:

1. режим измерения Uк=5 В; Iк=3.10-3 А;
2. коэффициент передачи по току в схеме с ОЭ, h21э  100
3. модуль коэффициента передачи в схеме с ОЭ, ½h21э½ 4,5
4. выходная полная проводимость в схеме с ОБ h22б, См 1.10-6
5. входное сопротивление в режиме малого сигнала h11э,Ом 34
6. граничная частота усиления fгр, Гц 450.106
7. емкость коллекторного перехода Ск, Ф  2,5.10-12
8. постоянная времени цепи обратной связиtк, с 15.10-12
9. напряжение насыщения Uкэ н, В 1,2
10. обратный ток коллектора Iкбо, А  1.10-6

Предельные эксплуатационные параметры:

11. напряжение между коллектором и эмиттером Uкэ max, В  35
12. ток коллектора Iк max, А 30.10-3
13. мощность на коллекторе Рк max, Вт 0,11

 

Расчет неизвестных параметров транзистора по методике [1, стр. 348-349] на промежуточной частоте:

1) активная составляющая  входной полной проводимости [1, стр. 348]

 

2) активная составляющая выходной  полной проводимости [1, стр. 348]

3) полная проводимость прямой передачи [1, стр. 348]

 

4) входная емкость [1, стр. 348]

; 

5) выходная емкость [1, стр. 348]

. 

Расчет нагрузки

Нагрузкой транзистора является ФСС. Расчет параметров производится по методике изложенной в [1, стр. 364-365].

Расчетная добротность одного контура [1, стр. 364]

 

Задаемся конструктивной добротностью контуров фильтра

Qк=350.

Катушки выполнены в броневых сердечниках из феррита.

Расчетная полоса пропускания фильтра [1, стр. 364]

. 

где xп - обобщенная расстройка, соответствующая полосе пропускания. По рекомендациям [1, стр. 364] при Мф < 8 дБ и Sес > 26 дБ принимаем xп=0.8.

Обобщенная расстройка, соответствующая избирательности по соседнему каналу (расстройка ±10 кГц) [1, стр. 364]

. 

Обобщенное затухание [1, стр. 364]

. 

Расчет элементов контура гетеродина и сопряжение настроек.

Емкость схемы [1, стр. 361]

, 

где Сmin, Сmax - минимальная и максимальная емкость блока конденсаторов Ск, Сmin=3 пФ, Cmax=150 пФ;

Кпд - коэффициент поддиапазона [1, стр. 361]

 

Индуктивность входного контура [1, стр. 361]

 

Максимальная емкость контура гетеродина [1, стр. 193]

Сг max = Cmax + Cсх = 150.10-12 + 19,976.10-12 = 169,98.10-12 Ф .

Индуктивность контура гетеродина [1, стр. 193]

L3=a.L1 

где a - коэффициент связи индуктивности контура гетеродина с индуктивностью входного контура. Определяется по графику рис. 4. a=0,15

L3=0,15.6,6.10-3=0,9.10-3 Гн.

Индуктивность связи входного контура [1, стр.361]

                                                Lсв=(pвх/k)2.Lвх,                                                

  где pвх – коэффициент включения входного контура,   

        k – коэффициент связи, для ферритового стержня принимается равным 0,7-0,8, принимаем k= 0,75

     Коэффициент  включения определяем [1, стр.361]

                                                                                

            

              Lсв=(0,17/0,75)2.6,6.10-3=0,33.10-3 Гн.

     Входная емкость связи С4 [5, стр. 85]

                                                                                                                                 

=500.10-12 Ф.

            Принимаем значение, соответствующее  ряду Е24,  C4=540 пФ.

 

Расчет смесительной части

Характеристическое сопротивление контуров ФСС [1, стр. 195]

, 

где Кпр – требуемый коэффициент передачи преобразователя;