Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Курсовой проект - Проектирование супергетеродинного приемника - файл 1.doc


Курсовой проект - Проектирование супергетеродинного приемника
скачать (603 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc603kb.08.12.2011 23:24скачать

содержание

1.doc






Домашняя работа №1

по курсу: «Устройства приема и преобразования сигналов»

Руководитель:

Кузьмина Е.К
Исполнитель:

студент группы ИУ 10-71 Орлов В.А.

МОСКВА

2010 г.

Содержание


1. Выбор типа приёмника 3

2. Расчёт полосы пропускания приёмника 3

3. Расчёт промежуточной частоты 4

4. Выбор транзисторов 5

5. Расчёт параметров транзисторов 5

6. Расчёт реальной чувствительности 8

7. Расчёт коэффициента усиления высокочастотной части приёмника 8

8. Расчёт коэффициента усиления и полосы отдельных каскадов, проверка их устойчивости 9

Приложение А. Схема приемника 11
^

1. Выбор типа приёмника


Исходные данные:

1. Частота сигнала =115 МГц

2. Вид модуляции: ЧМ

3. Параметры модуляции: =3 кГц ψ=4 - индекс модуляции

4. Заданная чувствительность =2 мкВ

5. Отношение сигнал/шум: 11

6. Заданное подавление по соседней станции =42 дБ

7. Заданное подавление канала прямого прохождения =60 дБ

8. Заданное подавление зеркального канала =62 дБ

9. Входное сопротивление антенны =50 Ом

10. Рабочий диапазон температур: -25...+55 С
Т.к. необходимо обеспечить достаточно высокую избирательность и чувствительность, целесообразно будет применение супергетеродинного приемника.



Основные достоинства супергетеродинного приёмника:

1. высокая избирательность;

2. высокая чувствительность;

3. большое устойчивое усиление;

4. удобство перестройки при работе в различных частотных диапазонах.

Эти достоинства обусловлены тем, что основное усиление осуществляется на постоянной промежуточной частоте . Обычно выбирают <<.. В каскадах УПЧ с постоянной настройкой можно использовать сложные резонансные системы, обеспечивающие высокую избирательность приёмника.
Недостаток супергетеродинного приёмника - его относительная сложность реализации и наличие дополнительных (по сравнению с другими схемами приёмников) помеховых каналов.

^

2. Расчёт полосы пропускания приёмника


=115 МГц

=3 кГц

ψ=4

Ширина спектра сигнала

Δ fС = 2 F В ( 1 + ψ + ) , Δ fС = 42кГц

При нестабильности частоты передатчика и приёмника для обеспечения приёма без поиска и подстройки требуется расширить полосу пропускания. Т.о. необходимо проделать следующие вычисления:

α ПЕР = 10 - 7 - относительный уход частоты передатчика при изменении температуры на 1 С

- перепад температур относительно 20 С
Т.о. возможный температурный уход частоты передатчика:

Δ f ПЕР = α ПЕР fС Δt°, Δ f ПЕР = 517,5Гц
α ГЕТ = 10-7 - относительный уход частоты гетеродина при изменении температуры на 1 К (для гетеродинов с кварцевой стабилизацией)
Т.о. возможный температурный уход частоты гетеродина (гетеродин с кварцевой стабилизацией):

Δ f ГЕТ = α ГЕТ fС Δt° , Δ f ГЕТ = 517,5Гц
Неточность настройки фильтра на промежуточной частоты:

Δ f ПР = 2 10-4 fС Δ f ПР = 23кГц
В результате с учётом нестабильности частот всех устройств получим требуемую полосу приёмника:

П = Δ fС + 2 П = 88кГц
^

3. Расчёт промежуточной частоты



При выборе промежуточной частоты учитывают два противоположных требования:
1. Промежуточная частота должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить заданное подавление зеркального канала при реализуемой эквивалентной добротности контуров преселектора.

2. Промежуточная частота должна быть достаточно малой для того, чтобы могла быть обеспечена заданная полоса пропускания приёмника при использовании на этой частоте фильтров с их совместной эквивалентной добротностью .
Чтобы обеспечить необходимое подавление зеркального канала при использовании в преселекторе n одиночных контуров, промежуточною частоту нужно выбирать следующим образом:
Q ЭС = 50 - ориентировочное значение эквивалентной добротности контура преселектора

n=3 - число контуров

=62 дБ - подавление по зеркальному каналу, которое нужно обеспечить

= 1,26 103 - подавление по зеркальному каналу, которое нужно обеспечить

в разах по напряжению

f П1 = . f П1 = 6 Мгц

Промежуточная частота должна быть больше либо равна 6 Мгц (при n=3).
Для обеспечения заданной полосы приёмника промежуточную частоту выбирают следующим образом:
QК = 250 - собственная ненагруженная добротность контуров, составляющих ФСС

f П2П Q Э ПР

QФСС = QК / 2,82

f П2 = 6.6 Мгц

Промежуточная частота должна быть меньше либо равна 6.6 МГц.
Выбираем промежуточную частоту равную:

fП = 6.5 Мгц

^

4. Выбор транзисторов



1) УВЧ
Транзистор для УВЧ выбирают исходя из обеспечения минимума коэффициента шума N на его рабочей частоте . Возьмём транзистор КТ368А.



Рис 1. Зависимость коэффициента шума от частоты для транзистора КТ368А.
h21э= 15 - статистический коэффициент усиления тока по схеме с ОЭ

β0 = h21э β0 = 15 - значение статического коэффициента усиления тока по схеме с ОЭ

α0 = β0 /1+ β0 α0 =0,93 - значение статического коэффициента передачи тока по схеме с ОБ

fT = 900 Мгц - предельная частота усиления тока по схеме с ОЭ

= 967,7 МГц- граничная частота коэффициента передачи по току при включении транзистора по схеме с ОБ
fШ = 0,24 fα fШ = 232 Мгц верхняя граница области минимального значения коэффициента шума транзистора
, рабочая частота лежит в области частот с минимальным значением коэффициента шума
2) УПЧ
Транзистор для УПЧ выбирают исходя из обеспечения максимума коэффициента усиления.


Iупч=3 мА - значение тока Э, обеспечивающее максимум коэффициента усиления

rЭ упч = 25,6/ IЭ УВЧ = 8.55 Ом - сопротивление эмиттерного перехода

ξ = 3 - коэффициент зависящий от типа транзистора

CК = 1.7 10-12 Ф - емкость коллекторного перехода

τК = 7 1012 с - постоянная времени цепи обратной связи

rб = ξτК/ CК = ξ rб = 12 Ом- сопротивление базы

h11б упч= 25,6 Ом- входное сопротивление транзистора в схеме с ОБ на низкой частоте

fS упч = fТ h11б упч /rб fS упч = 1,9 ГГц - граничная частота транзистора по крутизне s в схеме с ОЭ

0,6fс=69 МГц. Необходимое условие выполняется.
^

5. Расчёт параметров транзисторов



1) Расчёт параметров транзисторов для УВЧ.
Iувч=1 мА - значение тока Э, обеспечивающее минимальный коэффициента шума

rЭ увч = 25,6/ IЭ УВЧ = 25,6 Ом

ξ = 3 - коэффициент зависящий от типа транзистора

CК = 1.7 10-12 Ф - емкость коллекторного перехода

τК = 7 1012 с - постоянная времени цепи обратной связи

rб = ξτК/ CК = ξ rб = 12 Ом- сопротивление базы

h11б увч= 25,6 - – входное сопротивление в схеме с ОБ на низкой частоте

fS увч = fТ h11б увч /rб fS увч = 1,9 ГГц - граничная частота транзистора по крутизне s в схеме с ОЭ

ωS= 11,932 ГГц - циклическая граничная частота транзистора по крутизне s

ωТ= 5,652 ГГц - циклическая предельная частота усиления тока по схеме с ОЭ

ωувч = 2πf ωувч = 0,722 ГГц - циклическая частота сигнала
Собственно расчёт параметров транзисторов для УВЧ:
g21 = β0/((1+β0)h11б(1+(ω/ωS)2)) = 1/r21

g12 = - ωτК0ω/ωТ - ω/ωS)/(β0h11б(1+(ω/ωS)2)) = 1/r12

g22 = ωτК(ω/ωS)/(h11б(1+(ω/ωS)2)) = 1/r22

g11 = (1+β0ω2/(ωSωТ))/(β0h11б(1+(ω/ωS)2)) = 1/r11
g21 = 0,0362

g12 = -2,01 10-5

g22 = 9,04 10-4

g11 = 0,0028
r21 = 27 Ом

r12 = 625 кОм

r22 = 1,2 кОм

r11 = 384 Ом

b21 = -β0(ω/ωS)/(((1+β0 )h11б(1+(ω/ωS)2)) = ωC21

b12 = - ωCК+ω τК(1+β0ω2/(ωSωТ))/(β0h11б(1+(ω/ωS)2))=ωC12

b22 = ωCК+ω τК/(h11б(1+(ω/ωS)2)) = ωC22

b11 = (β0ω/ωТ - ω/ωS)/(β0h11б(1+(ω/ωS)2)) = ωC11

b21 = -0.002

b12 = 0,0011

b22 = 0,0013

b11 = 0.0044
С21 = 2,06 10-12 Ф

С12 = 1,7 10-12 Ф

С22 = 1,9 10-12 Ф

С11 = 4,41 10-12 Ф

| y21| = β0/((1+β0)h11б )

| y12| ≈ ωCК
| y22| ≈ ωCК(1+3/ξ)

| y11| =

| y21| = 0,0363

| y12| = 0,0011

| y22| = 0,0013

| y11| = 0,0026
Sувч = 0,036 А/В
^ 2) Расчёт параметров транзисторов для УПЧ.
ωS= 11,932 ГГц - циклическая граничная частота транзистора по крутизне s

ωТ= 5,652 ГГц - циклическая предельная частота усиления тока по схеме с ОЭ

ωупч= 40,82 Мгц - циклическая частота сигнала
^ Собственно расчёт параметров транзисторов для УПЧ:
g21 = β0/((1+β0)h11б(1+(ω/ωS)2)) = 1/r21

g12 = - ωτК0ω/ωТ - ω/ωS)/(β0h11б(1+(ω/ωS)2)) = 1/r12

g22 = ωτК(ω/ωS)/(h11б(1+(ω/ωS)2)) = 1/r22

g11 = (1+β0ω2/(ωSωТ))/(β0h11б(1+(ω/ωS)2)) = 1/r11
g21 = 0,0372

g12 = -5 10-9

g22 = 0,7 10-4

g11 = 1,3 10-4
r21 = 26 Ом

r12 = 200 МОм

r22 = 1,4 кОм

r11 = 5,4 кОм

b21 = -β0(ω/ωS)/(((1+β0 )h11б(1+(ω/ωS)2)) = ωC21

b12 = - ωCК+ω τК(1+β0ω2/(ωSωТ))/(β0h11б(1+(ω/ωS)2))=ωC12

b22 = ωCК+ω τК/(h11б(1+(ω/ωS)2)) = ωC22

b11 = (β0ω/ωТ - ω/ωS)/(β0h11б(1+(ω/ωS)2)) = ωC11

b21 = -8,63 10-6

b12 = 8 10-5

b22 = 7 10-5

b11 = 0,002
С21 = 0,2 10-12 Ф

С12 = 0,19 10-12 Ф

С22 = 1,95 10-12 Ф

С11 = 4,8 10-11 Ф

| y21| = β0/((1+β0)h11б )

| y12| ≈ ωCК
| y22| ≈ ωCК(1+3/ξ)

| y11| =

| y21| = 0,037

| y12| = 7 10-5

| y22| = 2,5 10-6

| y11| = 0,002
Sувч = 0,037 А/В
^

6. Расчёт реальной чувствительности



ПШ ≈ 1,1 П = 96,8 кГц - эквивалентная шумовая полоса приёмника

kT0 = 4∙10-21 Вт/Гц

= 50 - активное сопротивление антенны подключённой к приёмнику

P С / PШ = 11 - отношение мощности сигнала к мощности шума на выходе линейной части приёмника

rИ ОПТ . rИ ОПТ= 93 Ом - оптимальное по шуму сопротивление

rИ = rИ ОПТ
IК0 = 0,5 106 А

NТР = 1 +++

NТР = 1,78 - коэффициент шума первого каскада
Реальную чувствительность приемника в единицах напряжения рассчитывают по формуле:

E А min = ,

E А min = 0,8 мкВ

Выполнение неравенства обеспечено.

^

7. Расчёт коэффициента усиления высокочастотной части приёмника



= 0,4 В - амплитуда напряжения промежуточной частоты на входе детектора (предполагаем ,что приемник не имеет АРУ)

Коэффициент усиления до детекторного тракта приёмника можно рассчитать по формуле:



= 1,4 105
Из-за существующего значительного разброса параметров транзисторов коэффициент усиления должен иметь запас до 10 раз. Вследствие этого коэффициент усиления высокочастотной части приёмника полагаем равным:

Кобщ = 10,
= КВХ КУВЧ КПР КУПЧ

- коэффициент передачи входной цепи приёмника

- коэффициент усиления УВЧ

- коэффициент передачи преобразователя частоты

- коэффициент усиления УПЧ
^

8. Расчёт коэффициента усиления и полосы отдельных каскадов, проверка их устойчивости


1)Входная цепь.

QЭС = 50

Q0 = 100 - собственная добротность ненагруженных контуров УВЧ

КВХ = 1 – QЭ/Q0 КВХ = 0,5

- число контуров преселектора



- функция, зависящая от вида резонансной системы и от числа контуров
Полосу преселектора определяют по формуле:

ППРЕС = (fС/QЭ)

ППРЕС = 1,17 МГц
2) Усилитель высокой частоты.

ОЭ:

Коэффициент усиления первого каскада УВЧ можно рассчитать по формуле:

K1 = | y21| (1 - ),

K1 = 20
KУСТ = 0,43 А
KУСТ = 2,5
Применим для большего усиления коррекцию типа С (обеспечивает новое значение устойчивого коэффициента усиления K*УСТ = (2…3) KУСТ );
K*УСТ = 5
3) Фильтр сосредоточенной селекции.
ПП ФСС П ФСС = 88кГц - полоса ФСС

Δ f П = П ФСС Δ f П = 88 кГц- расстройка относительно

a = 2 Δ f ПР / П ФСС
f П = 6,5 МГц



β = 2 f П / (П ФСС QК) - параметр, определяющий близость резонансной кривой ФСС к прямоугольной

β = 0,6
Таким образом по графику можно определить затухание одного звена на частоте соседней станции и далее рассчитано необходимое число звеньев. Т.е.:

=10 дБ - затухание одного звена на частоте соседней станции

=42 дБ

n = nФСС = σСС/ σ1 - необходимое число звеньев

nФСС = 5 Округляем в большую сторону
Коэффициент передачи фильтра (без учёта влияния подключаемых нагрузок со стороны входа и выхода фильтра) находят с помощью графика

КФСС(nФСС,β)=0,17
4) Преобразователь частоты.
SПР = 0,5*0,037 - крутизна преобразователя, рассчитанная на частоте сигнала

rВХ УПЧ = r11 УПЧ rВХ УПЧ = 1,4 кОм - входное сопротивление УПЧ

rВЫХ ПР = (1,25...2) r22 rВЫХ ПР = 7,7 кОм - выходное сопротивление транзистора на промежуточной частоте
Для того, чтобы стало возможным согласование транзистора с характеристическим сопротивлением ФСС - , необходимо выход транзистора зашунтировать сопротивлением. Значение его находят из соотношения


Т.к. обычно >>,, то выбирают сопротивления шунта =,, и коэффициент передачи преобразователя можно рассчитать по формуле:

ρФСС= 1,4 кОм

KПР = SПР КФСС. KПР = 20,6
5) Усилитель промежуточной частоты.
Необходимый коэффициент передачи УПЧ:

КУПЧ = КУПЧ = 2,7 104
Проектирование УПЧ с апериодическими каскадами выполняют в такой последовательности.
EП = 12 В - питающее напряжение

U К = (0,2...0,6) EП U К = 6 В - напряжение на нагрузке

I К = 3 мА

g К = I К /U К g К = 5 10-4 Си - проводимость входа
Рассчитаем коэффициент усиления одного апериодического каскада:
К = К = 17,4

Находим необходимое число каскадов УПЧ:

n К =
n К = 3,6

Округляем в большую сторону, получаем n К = 4
^

Приложение А. Схема приемника




Рис.2 Принципиальная схема приемника



Рис. 3 Функциональная схема приемника
Электрический расчет входной цепи и первого каскада УВЧ


  1. Расчет входной цепи

Из эскизного расчёта известны:

Rа=50 Ом – сопротивление антенны

Qк = 208 – ненагруженная добротность контура

Q кэ = 47 – эквивалентная добротность контура

=115 МГц – частота сигнала

С11 = 4,41 10-12 Ф – входная емкость каскада УВЧ

r11 = 384 Ом – входное сопротивление каскада УВЧ

rИ ОПТ = 93 Ом – оптимальное по шуму сопротивление

Пкэ = fс / Q кэ = 2,45 106 Гц – эквивалентная полоса контура

Пк = fс / Q к = 0,55 106 Гц – полоса контура
Найдём допустимый разброс величины Скэ. На частотах около 100 МГц

Ск мин=5...10 пФ и можно принять Скэ мин=1,3*Ск мин, если Свх относительно невелика.

Lк мин= 0,03мкГн

Скэ макс = = 6,39 10-11 Ф

Ск мин = 5 10-12 Ф

Скэ мин = 6,5 10-12 Ф
Основные соотношения при расчете входной цепи с учетом согласования по шуму:




Rкэ = = 13,015 кОм

Rк == 57,6 кОм

Находим коэффициенты трансформации

m1 == 0,06

m2 = = 0,33

  1. Расчет первого каскада УВЧ

m1 =1

m1 ==0,57

Скэ мин = 1,3(С+ ) Скэ мин = 2,35 10-12

Скэ макс = = 6,39 10-11 Ф

Kфикс= Kуст Скэ макс = 5 10-11 Ф

Rкэ = = 2,46 кОм

= Кфикс/()

=0,205

m1 =0,65

m2 = m1=0,35

Rк ==5,76 кОм

=0,000028 См

Rш= 2368 Ом

Расчет по постоянному току

Режим работы предусматривает параметры: Uкэ=5В, Iк=1мА, тогда по выходным характеристикам находим, что ток базы Iб=0,01 мА.

Найдём сопротивление R5. Возьмём падение напряжения на нём равным 1В, т.к на транзисторе напряжение 5В.

UR5=1 В

R5= UR5/(Iб +Iк)

R5 = 990 Ом

Возьмём стандартный резистор R5=1КОм.

Ток делителя определяется:

Iдел=10Iб

Iдел=10-4 А

Отношение сопротивлений делителя равно отношению напряжений на транзисторе и на R5

R3 = Uкэ/ Iдел

R3 = 50 кОм

R4 = UR5/(Iдел-Iб)

R4 = 11 кОм

Выберем стандартные резисторы R3=51 кОм, R4=1.1 кОм

Резистор фильтра рассчитаем исходя из того, что на нём падение напряжения примерно 0.5В

R78 = 0.5/(Iб +Iк)

R78 = 454 Ом

Выбираем стандартный резистор 450 Ом

Вычислим емкости конденсаторов:

C5 == 2,90*10-10 Ф

Выберем по ГОСТ С5=330 пФ

С67 = = 6,34*10-10 Ф

Выберем по ГОСТ С67=680 пФ


C74= 2,976 10-12 Ф

Выберем по ГОСТ С74=3,3 пФ


Скачать файл (603 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации