Портативный радиоприёмник средних волн

Введение

5

1.

Определение основных характеристик приёмника

6

2.

Выбор и обоснование блок схемы

7

3.

Выбор и обоснование структурной схемы

9

3.1.

Выбор значения промежуточной частоты

9

3.2.

Выбор системы тракта ПЧ и преселектора

9

3.3.

Определение числа и типа избирательных систем преселектора

9

3.4.

Выбор блока переменных конденсаторов

11

3.5.

Выбор детектора сигнала

13

3.6.

Выбор активных приборов ВЧ тракта и распределение усиления по каскадам

13

3.7.

Оценка коэффициента передачи входного устройства

14

3.8.

Определение типа, параметров и числа избирательных систем, настроенных

на промежуточную частоту

14

3.9.

Выбор активного прибора УРЧ и оценка коэффициента передачи УРЧ

16

3.10.

Выбор активного прибора и оценка коэффициента передачи преобразователя

частоты

18

4.

Выбор и обоснование принципиальной электрической схемы

21

4.1.

Расчёт контура входной цепи

21

4.2.

Расчёт усилителей радиочастоты и промежуточной частоты.

21

4.3.

Расчёт смесительной части ПЧ

22

4.4.

Расчёт схемы гетеродина

23

4.5.

Расчёт детектора АМ сигнала

24

4.6.

Усилитель низкой частоты

26

5.

Литература

28

6.

Приложение 1

29

Министерство Образования Российской Федерации.

Санкт-Петербургский Университет Аэрокосмического Приборостроения.

Факультет № 5Кафедра № 22

ЗАДАНИЕ №___________

на курсовой проект (работу) по радиоприёмным устройствам

Тема «Портативный радиоприёмник средних волн»

Выдано студенту Добросоцкому А.А. группа № 5905

Срок выполнения декабрь2004 г.

Технические условия.

1.1.Характеристики принимаемых сигналов.

1. Рабочая частота (диапазон принимаемых частот) 520…1605 кГц

2. Вид модуляции принимаемого сигнала: используется АМ

3. Параметры модуляции

4. Ширина спектра модуляции

1.2.Качественные характеристики приёмника.

1. Чувствительность приёмника при соотношении сигнал/шум не менее 20 дБ составляет 0,3 мВ/м

3. Схема приёмника

4. Избирательность по соседнему каналу 55 дБ

5. Избирательность по зеркальному каналу 40 дБ

6. Коэффициент прямоугольности частотной характеристики

7. Промежуточная частота 465 кГц

8. Полоса пропускания

9. Динамический диапазон входных сигналовдБ

10.Динамический диапазон выходных сигналовдБ

11. Выходное устройство

12. Выходное напряжение (мощность) 0,3 Вт.

13. Параметры выходного устройства

14. Суммарная нестабильность частоты радиолинии

15. Погрешность АПЧ

16. Тип УВЧ

17. Схема смесителя

19. Система АПЧ

20. Вид амплитудной характеристики

21. Тип автоматической регулировки усиления

22. Диапазон рабочих температур

Содержание проекта (работы).

1. Определение (расчёт) основных характеристик приёмника.

2. Выбор и обоснование структурной схемы приёмника.

3. Обоснование и составление функциональной схемы.

4. Выбор и технико-экономическое обоснование конкретных типов усилительных приборов.

5. Обоснование и составление принципиальной схемы.

6. Электрический расчёт элементов принципиальной схемы.

7. Определение и проверка качественных показателей приёмника (с расчётом их на ЭВМ по указанию преподавателя)

8. Разработать конструкцию основных узлов приёмника (по указанию преподавателя)

9. Рассчитать укрупнённую себестоимость приёмника.

Чертежи.

1. Принципиальная (функциональная) схема.

2. Конструкция ВЧ блока (блок УПЧ)

3. Общий вид приёмника.

4. Монтажная схема.

4. Рекомендуемая литература.

1. Кульский А.Л. «КВ-Приёмник мирового уровня», изд. «Наука и Техника», 2000г.

2. Екимов В.Д. «Расчёт и конструирование транзисторного радиоприёмника», изд. «Связь», 1972г.

3. Д.Дэвис, Д.Карр « Карманный справочник радиоинженера»

4. «Проектирование радиоприёмных устройств», под. ред. Сиверса А.П., Сов.Радио 1976г.

Дата выдачи«____» ___________________20 ___ г.

Введение.

Немного о радиовещательном диапазоне.

Средние волны.

Имеют достаточную дифракцию, чтобы обеспечивать уверенный (бестеневой) прием в среднепересеченной местности, и в условиях железобетонной многоэтажной городской застройки. В горных условиях образуют значительные теневые зоны, особенно в своей коротковолновой части. В ночное время могут распространяться на очень большие расстояния благодаря отражению в ионосфере. Днем пригодны только для местного вещания. В силу спектральной специфики промышленных помех, качество звучания на средневолновом диапазоне в городских условиях невысоко и может удовлетворять лишь разговорные радиостанции. В сельской местности качество звучания средневолновых радиостанций вполне пригодно для прослушивания музыкальных программ по первой категории качества и ограничивается лишь атмосферными помехами - летом, при грозовых разрядах прием затруднен. Дальность распространения прямой волны в дневное время (без учета ионосферного отражения) зависит от типа используемой антенны, поляризации, мощности передатчика и в среднем в два - три раза превышает дальность прямой видимости, в основном, благодаря малому уровню помех вдали от крупных городов. В ночное время происходит ослабление слышимости относительно близких радиостанций, расположенных в радиусе 100 - 200 Км, и усиление дальних радиостанций - 600 - 1500 Км. Для радиостанций, находящихся от слушателя в зоне прямой видимости (до 50 Км), ослабления приема не происходит. Зимними ночами на средневолновом диапазоне можно с очень хорошим качеством принимать дальние радиостанции.
Использование этого свойства радиоволн средневолнового диапазона позволило в США создать сеть высококачественного АМ радиовещания в дневное время, максимально уменьшив помехи от радиостанций, находящихся в других часовых поясах и работающих на тех же или близких частотах и наиболее плотно использовать частотный ресурс. Эти радиостанции так и называются - "радиостанции светлого времени". С восходом солнца в данной местности и, соответственно, с исчезновением условий ионосферного распространения, радиостанция может работать мощностью в несколько единиц или десятков киловатт обеспечивая на расстоянии в 150 - 200 Км качественное вещание. С заходом солнца, и появлением возможности создавать радиопомехи своим излучением далеко за пределами зоны прямого вещания, радиостанция снижает мощность излучения до сотен, иногда десятков ватт, обеспечивая зону радиовещания лишь в пределах своего населенного пункта. С коммерческой точки зрения это оправдано, так как наиболее эффективное рекламное время именно дневное, а вечером и ночью иногда бывает разумно вообще выключить радиопередатчик.
Антенные системы средневолнового диапазона могут выполняться относительно компактно для размещения в черте города, не имеющего высотной железобетонной застройки. Но все же желательно радиоцентры этого диапазона выносить за пределы городской черты. В средневолновом диапазоне не требуется использования столь высоких мощностей радиопередатчиков, как в длинноволновом. При грамотно спроектированных и построенных антенных системах вполне достаточно мощности 5 - 15 киловатт для обеспечения рентабельного качественного радиовещания на большой промышленный регион или на несколько близлежащих городов, насчитывающих в общей сложности более одного миллиона жителей. При меньшем количестве населения в зоне вещания средневолновой радиостанции сложно говорить о ее рентабельности. Все-таки затраты на содержание радиоцентров этого диапазона достаточно высоки.

1. Определение (расчёт) основных характеристик приёмника.

В радиовещательных приёмниках установлены следующие диапазоны частот:

- длинные волны 150 – 415 кГц;

- средние волны 520 – 1605 кГц;

- короткие волны 3,95 – 12,1 МГц.

В данной курсовой работе необходим диапазон средних волн: 520 – 1605 кГц.

1. Расчёт диапазонов и поддиапазонов приёмника.

Коэффициент диапазона характеризуется отношением высшей крайней частоты к нижней крайней частоте диапазона.

1. Найдём коэффициент диапазона:Кд = Fмах / Fmin

Кд = 1605 / 520 = 3,086.

2. Определим число необходимых поддиапазонов:

Кпд = ⁿ√Кдгде n-предполагаемое число поддиапазонов.

Кпд = √Кд = √3,086 = 1,757

3. Определяем предварительное значение граничных частот поддиапазонов:

Iдиапазон:

F1´мин = Fмин = 520 кГц;

F1´мах = F1´мин * Кпд = 520 * 1,757 = 913,48 кГц;

IIдиапазон:

F2´мин = F1´мах = 913,48 кГц;

F2´мах = F2´мин * Кпд = 913,48*1,757 = 1605 кГц;

4. Необходимо, чтобы начало и конец каждого поддиапозона несколько перекрывали конец и начало соседних поддиапозонов. Для получения «запаса перекрытия» необходимо каждую наименьшую частоту поддиапазона уменьшить, а наибольшую увеличить на

2 – 3% по сравнению со значениями, полученными в п. 3:

Вводим «запас перекрытия»:

I диапозон:

F1мин = F1´мин / 1,02 = 520/1,02 = 509,8 кГц;

F1мах = F1´мах * 1,02 = 913,48 * 1,02 = 913,75 кГц;

II диапазон:

F2мин = F2´мин / 1,02 = 913,48/1,02 = 895,57 кГц;

F2мах = F2´мах * 1,02 = 1605 *1,02 = 1637,1 кГц;

5. Находим окончательное значение коэффициента поддиапазона:

Кпд = F2мах / F2min = 1637,1/895,57 = 1,83

6. Выбираем промежуточную частоту fпр = 465 кГц.

2. Выбор и обоснование блок схемы

Рисунок 1.

На рисунке 1 представлена блок схема универсального приёмника.

В состав блок схемы входят:

- Входная цепь –

Входной цепью называется цепь, соединяющая антенну с первым усилительным или преобразовательнымкаскадом приёмника. Входная цепь должна наиболее полно передавать энергию сигнала из антенны в первый каскад приёмника, т.е. должна иметь по возможности больший коэффициент передачи по мощности.

- УРЧ -

УРЧ – это резонансный одноконтурный усилитель с фиксированной или переменной настройкой. Усилитель радиочастоты обеспечивает усиление сигнала и в дальнейшем фильтрует от помех.

- Преобразователь –

Преобразователь служит для переноса спектра частот из одной области в другую без изменения характера модуляции. Преобразователь является частью супергетеродинного приёмника. В результате преобразования получается новое значение частоты f_пр, называемой промежуточной.

- УПЧ-

УПЧ – Усилитель промежуточной частоты предназначен для усиления сигналов промежуточной частоты и обеспечения селективности по соседнему каналу.

- УНЧ –

Усилитель низкой частоты или усилитель мощности. Служит для оконечного усиления сигнала.

Принцип работы блок схемы.

Сигнал поступает в приёмник с антенны. Приёмник снабжён внутренней и внешней антенной. Внешняя антенна работает в диапазоне УКВ и представляет собой телескопическую антенну. Внутренняя антенна рассчитана на работу в диапазонах СВ, ДВи КВ волн. Внутренняя антенна основана на магнитной обмотке с ферритовом сердечником.

Усиление по промежуточной частоте также основана двумя каналами:

- каналом ЧМ

- каналом АМ с промежуточной частотой 465 МГц.

Каждый блок УПЧ оснащён полосовыми фильтрами. Благодаря резкому различию резонансных частот фильтров каждый из них резонирует лишь на ту промежуточную частоту, на которую он настроен, при этом другой фильтр на работу каскадов не влияет.

При поступлении сигнала на вход приёмника, сигнал усиливается и поступает на преобразователь АМ. Преобразованный сигнал фильтруется и усиливается в схеме. После прохождения всех преобразований сигнал детектируется и поступает на усилитель УНЧ, с помощью которого мы можем воспринять сигнал на слух.

3. Выбор и обоснование структурной схемы.

Обоснование структурной схемы включает в себя:

- выбор значения промежуточной частоты, избирательных систем тракта ПЧ и преселектора;

- выбор элемента настройки и обоснование способа настройки;

- выбор детектора приемника;

- выбор активных приборов (АП) ВЧ тракта и проверку возможности удовлетворения требований ТЗ при выбранной элементной базе;

- выбор ИМС УЗЧ и типа динамической головки;

- выбор узлов схемы питания приемника.

3.1. Выбор значения промежуточной частоты

Число преобразований частоты в приемнике и значение промежуточной частоты f_ПЧ выбирается, в первую очередь, из условий обеспечения требований по ослаблению зеркального (σ_ЗК) и соседнего (σ_СК) каналов, а также с учетом других факторов. В проектируемых приемниках эти требования обычно могут быть обеспечены при использовании одного преобразования частоты и стандартного значения f_ПЧ. В бытовой аппаратуре приняты следующие значения f_ПЧ:

- 465 кГц в радиовещательных приемниках АМ сигналов (диапазоны ДВ, СВ, КВ);

- 10.7 МГц в радиовещательных приемниках ЧМ сигналов (диапазон УКВ);

- 500 кГц в приемниках ОМ сигналов (диапазон КВ).

В данном случае для нашего приёмника значение f_ПЧ=465 кГц.

3.2. Выбор системы тракта ПЧ и преселектора.

Основную роль в формировании резонансной характеристики приемника и обеспечении требований ТЗ по ослаблению соседнего канала играет тракт промежуточной частоты. Полоса пропускания приемника (ΔF_ПР) приблизительно равна полосе пропускания тракта ПЧ. Исключение составляют приемники ДВ и СВ диапазонов, где полоса пропускания приемника оказывается более узкой, чем полоса пропускания тракта ПЧ.Значение ΔF_ПР определяют следующим образом:

ΔF_ПР = ΔF_С + 2 (Δf_ПЕР + Δf_ПР ),

где ΔF_С - полоса частот принимаемого сигнала; Δf_ПЕР иΔf_ПР - нестабильности частот передатчика и приемника.

Для АМ сигнала: ΔF_С = 2 F_В ;

ΔF_С = 2 F_В = 2*4 = 8 кГц

3.3. Определение числа и типа избирательных систем преселектора

Число избирательных систем преселектора в каждом диапазоне определяют исходя из заданного ослабления зеркального канала (σ_ЗК), которое должно обеспечиваться на максимальной частоте диапазона (f₀ = f_МАКС), т.е. в “худшей точке”.

Задаемся значением конструктивной (максимальной реализуемой на данной частоте) добротности контура преселектора Q_К.

Ориентировочные значения Q_К следующие:

в диапазоне

ДВ - от 40 до 60,

СВ - от 50 до 80,

КВ - от 80 до 180,

УКВ - от 60 до 120.

Выбираем значение Q_К = 100 для приёмников СВ.

Оцениваем значения добротности эквивалентного контура Q_КЭ = (0.6...0.8)Q_К и егополосы пропусканияDF_КЭ = f₀ / Q_КЭ.

Q_КЭ = (0.6...0.8)Q_К =0,7*100 = 70

DF_КЭ = f₀ / Q_КЭ = 1605/70 = 22,9

Рассчитываем крутизну характеристики избирательности преселектора (в децибелах на декаду), при которой будет обеспечено выполнение требований ТЗ по ослаблению зеркального канала:

,

где 3 дБ - ослабление на границах полосы пропускания.

γпрес = (40-3)/ (3,27-1,36) = 19,37

Рассчитываем число колебательных контуров преселектора

m_ПРЕС = round ( g_ПРЕС / 20) ,

где round означает округление аргумента до ближайшего целого, превышающего аргумент; 20 дБ/дек - крутизна характеристики избирательности одного колебательного контура за пределами полосы пропускания.

m_ПРЕС = round ( g_ПРЕС / 20) = 19,37 / 20 = 1,709 = 1

При m_ПРЕС = 2 в преселекторе целесообразно использовать одноконтурное входное устройство и резонансный УРЧ, который помимо дополнительного ослабления помех обеспечивает снижение коэффициента шума приемника.

Приняв решение о числе колебательных контуров преселектора и значении их добротности, проверяем выполнение требования ТЗ по ослаблению помехи с частотой, равной промежуточной (s_ПЧ), на частоте диапазона (f₀), ближайшей к f_ПЧ :

s_ПЧ = m_{ПРЕС *} 10 _* lg (1 + x_ПЧ² ),

где x_ПЧ = Q_КЭ ( f_ПЧ / f₀ - f₀ / f_ПЧ ).

x_ПЧ = Q_КЭ ( f_ПЧ / f₀ - f₀ / f_ПЧ )= 35 (465/1605 – 1605/465) = 70 (0,29 – 3,45) = - 221,2

s_ПЧ = m_{ПРЕС *} 10 _* lg (1 + x_ПЧ² )= 1*10* lg(1+12232,36) = 10 lg(12233,36)=10*4,68=46,8

Выяснили, что ТЗ выполняется.

3.4. Выбор блока переменных конденсаторов

Для настройки транзисторных радиоприемников на волну принимаемой радиостанции применяются односекционные и двухсекционные блоки конден­саторов переменной емкости (КПЕ) с воздушным и с твердым диэлектриком. В качестве диэлектрика используется пленка из фторопласта или полиэтилена. У большинства блоков КПЕ с твердым диэлектриком на крышке блока уста­новлены четыре подстроечных конденсатора емкостью от 2—3 до 10—12 пф, которые используются в контурах входной цепи и гетеродина диапазонов дв и св.

Некоторые из блоков КПЕ имеют встроенные в корпус шарико­вые верньеры, которые обеспечивают замедление вращения оси роторов в 2,5—3 раза относительно секции пла­стин ротора. Первоначально блок переменных конденсаторов выбирают по справоч­никам радиодеталей, выпускаемых промышленностью, а также по дан­ным, приведенным в описаниях промышленных и любительских радиоприемников. Для предварительной ориентировки при выборе блока переменных конденсаторов его крайние емкости следует брать в пределах, указанных в таблице1. При этом рекомен­дуется за исходную брать минимальную частоту диапазона или самого низ­кочастного поддиапазона.

Таблица 1.

КПЕ с воздушным диэлектриком имеют лучшую температурную стабильность,

КПЕ с твердым диэлектриком обладают меньшими габаритами и лучшей устойчивостью к механическим воздействиям.

Рисунок 2.

На рисунке 2 представлена электрическая схема входного емкостного контура, отвечающего за настройку радиоприёмника на определённую частоту, так называемый «блок конденсаторов».

Расчёт блока конденсаторов начинается с расчёта крайних частот поддиапазонов с запасом.

F’max= 1.02*Fmax= 1.02*1605 = 1640 кГц

F’min= 0.98*Fmin= 0.98*520 = 509.6кГц

Коэффициенты перекрытия поддиапазонов:

К’пд = F’max/F’min = 1640 / 509,6 = 3,22

Эквивалентная ёмкость схемы при использовании конденсатора КПТМ-4(данные взяты из таблицы 2):

Смах = 260 пф ; Сmin = 5 пф ;

Сэ = (Смах- К’пд ² * Сmin) / (К’пд ² -1) = (260 – 3,22 ² * 5) / (3,22 ² – 1) =

= (260-10,37*5) / (10,37 – 1) = 208 / 9,37 = 22,2 пф

Так как Сэ>0, определяем действительную ёмкость схемы для контура входной цепи:

С сх = См + СL

где См – ёмкость монтажа;

СL– собственная ёмкость катушки контура, данные берутся согласно таблице 3;

ОРИЕНТИРОВАЧНЫЕ ЁМКОСТИ МОНТАЖА И КАТУШЕК