Курсовая. курсовая. Расчет структурной схемы рпу

• Название: Расчет структурной схемы рпу
• Анкор: Курсовая
• Дата: 11.06.2022
• Размер: 376.94 Kb.
• Имя файла: курсовая.docx
• Тип: Курсовая; #584868

Омский летно-технический колледж гражданской авиации имени А.В. Ляпидевского- филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего  образования "Ульяновский институт гражданской авиации имени Главного маршала авиации Б.П. Бугаева"

КУРСОВАЯ РАБОТА
Тема: «Расчет структурной схемы РПУ»
Вариант № 5 задание 10

Выполнил: Мецлер Н.С

курсант.

Проверил:

Преподаватель Кинцель М.Н.


г. Омск 2022 г.

Содержание

Содержание 3

Введение 4

Задание 6

Разбивка рабочего диапазона на поддиапазоны 7

Расчет требуемой полосы пропускания приемника 7

Выбор промежуточной частоты 7

Распределение заданного ослабления на краях полосы пропускания по отдельным трактам приемника 8

Расчет числа контуров преселектора 8

Выбор типа УПЧ и числа фильтров промежуточной частоты 10

Выбор типа детектора 11

Расчет требуемого усиления и числа усилительных каскадов приемника до детектора 12

Предварительный расчет автоматической регулировки усиления 14

Принципиальная схема приемника 16

Структурная схема приемника 17

Описание работы схемы 19

Список используемой литературы 20

Рецензия 21

Введение

Радиоприемные (приемные) устройства предназначены для приема радиосигналов и преобразования их к виду, позволяющему использовать содержащуюся в них полезную информацию. Любое радиоприемное устройство состоит из приемной антенны и радиоприемника (проще — приемника).

Радиоприемным устройством в широком смысле называют систему узлов и блоков, которые осуществляют следующие операции:

• 
  • обеспечение с помощью приемной антенны пространственной и поляризационной избирательности полезного сигнала и преобразование электромагнитного поля в полезный радиосигнал;
  
• 
  • усиление радиосигнала;
  
• 
  • выделение (фильтрацию) полезных радиосигналов из совокупности других (мешающих) сигналов и помех, действующих на выходе приемной антенны;
  
• 
  • преобразование и усиление принимаемых сигналов для обеспечения качественной работы детектора, декодера, схем защиты приемника от помех;
  
• 
  • демодуляцию принятого сигнала для выделения информации, содержащейся в полезном радиосигнале;
  
• 
  • усиление демодулировапного сигнала;
  
• 
  • декодирование принятого сигнала;
  
• 
  • обработку принимаемых сигналов.
  

Последняя операция предусматривает введение в приемник средств по-мехозащиты и эффективную обработку сигналов и помех, при которой достигается наилучшее обнаружение сигналов или оценка принятой информации (сообщения) по какому-либо критерию оптимальности приемника в соответствии с целевым содержанием решаемой практической задачи.

Приемники классифицируют по назначению, диапазону принимаемых волн (рабочих частот), виду модуляции передаваемых сигналов и условиям эксплуатации.

По назначению приемники делят на профессиональные и бытовые. К профессиональным относятся приемники связные, радионавигационные и др. Бытовые приемники обеспечивают прием программ звукового и телевещания.

Диапазон рабочих частот — это область частот настройки, в пределах которой обеспечиваются все требуемые характеристики приемника.

По виду модуляции сигнала приемники, как и передатчики, делятся на устройства с амплитудной, амплитудной балансной и однополосной, частотной, фазовой, импульсной, импульсно-кодовой и другими видами модуляции.

По условиям эксплуатации приемники бывают стационарными, бортовыми и мобильными.

К основным характеристикам приемника относятся чувствительность, избирательность, помехоустойчивость.

Чувствительность приемника — его способность обеспечивать прием слабых сигналов. Ее оценивают мощностью входного сигнала, необходимой для получения номинальной мощности на выходе приемника при заданном отношении сигнал/шум. Антенны принимают сигналы мощностью 10 ¹⁰—1(Г¹⁵ Вт (50—300 мкВ; около 10 ⁽⁾ В) или напряженностью поля 0,3—5 мВ/м. На выходе приемника для надежной регистрации сигнала требуется мощность порядка единиц ватт, т.е. необходимо усиление по мощности до Ю¹⁰— 10^к>, по напряжению — до 10⁷. Это достигают с помощью многокаскадных УВЧ, УПЧ и УНЧ.

Теоретически можно разработать приемник, чувствительный к сколь угодно слабым сигналам. Для этого требуется лишь увеличить число его усилительных каскадов. Однако в реальных устройствах наряду с полезным сигналом всегда имеются шумы, образующиеся за счет внешних помех и собственных шумов приемника. Уровень собственных шумов определяется шумами первых каскадов приемника. Поэтому при создании высокочувствительных приемников важной задачей является разработка малошумящих усилительных каскадов.

Избирательность, или селективность, приемника — способность выделить полезный сигнал из множества других сигналов и помех, принятых антенной. Это понятие избирательности определяется только частотной фильтрацией полезного сигнала от мешающих сигналов в высокочастотном тракте. Реальная же избирательность приемника в целом зависит также от нелинейных явлений в его каскадах. Поэтому используют эффективную частотную избирательность под которой понимают способность приемника различать полезный сигнал и помехи, уровни которых таковы, что они создают нелинейные эффекты при одновременном действии полезного и мешающих сигналов. Нелинейные эффекты в каскадах приемника обусловлены в основном нелинейностью ВАХ усилительных приборов при больших уровнях сигнала или помех.

Под помехоустойчивостью приемника понимают способность приемника обеспечивать прием переданной или извлеченной информации с заданной достоверностью (верностью) при выбранных видах сигналов (в том числе ви­дов модуляции или кодирования) и наличии помех в радиоканале. Помехо­устойчивость повышается всеми видами избирательности, а также созданием оптимальных (квазиоптимальных) структур приемников и специальными ме­рами борьбы с помехами при обработке принимаемых сигналов.

Задание

1. 
   Диапазон частот (f_minf_max) = 118÷135 [МГц];
   
2. 
   Чувствительность приемника Е_АО = 5 [мкВ];
   
3. 
   Избирательность по соседнему каналу τ_с = 45 [дБ];
   
4. 
   Избирательность по зеркальному каналу τ_з = 45 [дБ];
   
5. 
   Дополнительное ослабление на краях полосы пропускания приемника σ_П = 14 [дБ];
   
6. 
   Полоса пропускания тракта НЧ (F_minF_max) = 300÷3400 [Гц].
   
7. 
   Работа схемы (УПЧ и детектор)
   

Разбивка рабочего диапазона на поддиапазоны

Определяем коэффициент перекрытия поддиапазона, то есть отношение высшей граничной частоты к нижней граничной частоте диапазона:



0,87

так как К_д< 3, то разбивать на поддиапазоны нет необходимости.

Выбираем блок переменных конденсаторов, его крайние емкости следует брать в пределах: C_min = 36(пф), C_max = 20100 (пф).

Расчет требуемой полосы пропускания приемника

Ширина полосы пропускания приемника определяется шириной спектра принимаемого сиг­нала. Поэтому расчет полосы пропускания зависит от вида модуляции принимаемого сигнала. При амплитудной модуляции ширина спектра принимаемого сигнала равна удвоенной максимальной час­тоте модуляции:

2f = 2F_max

2f= 3×3400= 10200Гц = 10,2 кГц

Полосу пропускания приемника берем больше ширины спектра принимаемого сигнала:

П≥2f

П =11 кГц

Выбор промежуточной частоты

Промежуточная частота должна отвечать следующим требованиям:

1. 
   быть вне рабочего диапазона частот;
   
2. 
   обеспечивать необходимое ослабление зеркального канала;
   
3. 
   обеспечивать необходимую полосу частот;
   
4. 
   быть по возможности меньше, чтобы улучшить избирательность по соседнему каналу и повысить коэффициент усиления усилительных каскадов.
   

Промежуточная частота должна быть выше максимальной частоты модуляции в 10 раз:

f_пр ≥ 10 F_max

f_пр= 10×3400 =34000 Гц = 34 кГц
Для радиовещательных приемников выбираем промежуточную частоту 465 кГц.

Распределение заданного ослабления на краях полосы пропускания по отдельным трактам приемника

Ослабление на краях полосы пропускания, заданное техническими условиями, необходимо обеспечить при проектировании приемника с тем, чтобы добиться минимума частотных искажений в области верхних звуковых частот.

При проектировании заданная величина ослабления на краях полосы пропускания распреде­ляется по отдельным трактам приемника.

Тип ПРМ	Частота (кГц)	Ослабление на краях полосы не более, дБ
		Всего тракта	Тракт РЧ	Тракт ПЧ	Предвари­тельный УНЧ	Оконечный УНЧ
с АМ	>250	15	3	8	3	2

Расчет числа контуров преселектора

Избирательность приемника по зеркальному каналу, а также ослабление на краях полосы пропускания зависят от добротности контуров преселектора и их количества. Поэтому число конту­ров преселектора определяют по заданной избирательности по зеркальному каналу на максимальной частоте поддиапазона и по заданному ослаблению на краях полосы пропускания на минимальной частоте поддиапазона. Преселектор состоит из контуров входной цепи и одного или нескольких кас­кадов УВЧ.
Принимаем число контуров п_с = 2.
Принимаем двухконтурную входную цепь при индуктивной связи с антенной, и вычисляем добротность контура необходимую для обеспечения заданной избирательности по зеркальному каналу.

Так как п_с = 2, то формула приобретает вид:


где f_{3 max}= f_max + 2f_пр – при верхней настройке гетеродина;

f_пр– промежуточная частота, кГц;

f_max – максимальная частота поддиапазона, кГц;

σ_з - заданная избирательность по зеркальному каналу, раз;

n_c– число одиночных избирательных контуров.
f_{3 max}= 135 МГц + 2465 кГц =135.9МГц


Для обеспечения заданного ослабления на краях полосы пропускания нужно определить мак­симально допустимую добротность этих контуров по следующей формуле:



где f_min– минимальная частота поддиапазона, кГц;

σ_n– ослабление на краях полосы пропускания, принятое для радиочастотного тракта, раз.

Так как п_с = 2, σ_n =1,41 то


Возможная эквивалентная конструктивная добротность контура с учетом шунтирующего действия входного или выходного сопротивления применяемого полупроводникового прибора:

Q_э = Q_к

где  - коэффициент шунтирования контура полупроводниковым прибором  = (0,5  0,8);

Q_k- конструктивная добротность контура.

Любой резонансный контур обладает конструктивной добротностью Q_k, которая зависит в основном от конструктивных качеств катушки, типа, размеров и числа витков обмотки, диаметра провода, толщины и качества изоляции и т. д., а также от рабочей частоты.

Диапазон	Значения конструктивной доброт­ности для контуров
	Без сердечников	С ферритовым сердечником
КВ	60150	140190

Для КВ диапазона выбираем конструктивную добротность контура без сердечниковQ_k = 100, тогда

Q_э = 150 0,7 = 105.

Так как Q_n= 940 , Q_и = 47 то исходя из неравенства:

Q_n>Q_э>Q_u принимаем Q_э = 105.

Следовательно, выбранное число контуров n_c=2 удовлетворяет заданную избирательность по зеркальному каналу и ослабление на краях полосы пропускания.

Поэтому в проектируемом приемнике в преселекторе нужно применить два контура во вход­ной цепи.

Определяем избирательность по соседнему каналу, которую обеспечит выбранный контур при добротности Q_э = 105.


т.к. n_c =2, то

Выбор типа УПЧ и числа фильтров промежуточной частоты

В качестве нагрузки УПЧ, в основном, применяются два связанных контура – полосовые фильтры.

Задачей двухконтурных полосовых фильтров в каскадах УПЧ и преобразователя частоты является обеспечение заданной избирательности по соседнему каналу и полосы пропускания.

При расчете нужно учесть величину избирательности по соседнему каналу, которую обеспечивает преселектор , тогда

где – необходимая избирательность по соседнему каналу тракта промежуточной частоты;

σ_с– заданная избирательность по соседнему каналу;

– избирательность по соседнему каналу, обеспечиваемая преселектором.

Обеспечиваем необходимую избирательность по соседнему каналу ПЧ

В современных приемниках обычно применяют 2-3 фильтра (один в преобразователе частоты, остальные - в УПЧ).

Полоса про­пускания П, кГц	Избирательность σтрПЧ , дБ	Число фильтров
6	40,2	2

Выбор типа детектора

При выборе типа детектора следует учитывать род работы, вид модуляции, преимущества и недостатки различных схем, а также необходимое минимальное напряжение на его входе для работы с минимальными искажениями.

Применяются схемы как последовательного, так и параллельного детектирования.

В детекторах на полупроводниковых диодах может применяться как линейный, так и квадратичный режимы детектирования.

В линейном режиме полупроводниковые детекторы применяются в основном в транзистор­ных профессиональных, а также в радиовещательных приемниках высшего, первого и второго классов.

В квадратичном режиме полупроводниковые детекторы работают на малых напряжениях вход­ного сигнала, причем коэффициент передачи полупроводникового детектора зависит от величин входного напряжения.

Амплитуда напряжения на выходе детектора



где U_{д вх} – амплитуда напряжения на входе детектора;

К_д – коэффициент передачи детектора;

т – коэффициент модуляции (m= 1).

Тип детектора	Амплитуда напряжения на входе Uд вх	Коэффициент передачи Кд
Транзисторный	0,3	0,2

Расчет требуемого усиления и числа усилительных каскадов приемника до детектора

Определение требуемого усиления до детектора производится на каждом поддиапазоне от­дельно, если они должны иметь разную чувствительность.

При приеме на наружную антенну в диапазонах длинных, средних, коротких и ультракоротких волн чувствительность обычно задаётся минимальной величиной ЭДС (Е_Ао) модулированного сигнала, подаваемого на вход приемника через эквивалент антенны и обеспечивающего на выходе приемника нормальную выходную мощность при точной настройке приемника на частоту сигнала.

Требуемое усиление рассчитывается по формуле:



где U _{д вх} – амплитуда напряжения на входе детектора, В;

– заданная чувствительность, мкВ.

Определяем требуемое усиление с запасом


Усиление приемника необходимо увеличить, чтобы обеспечить запас на разброс параметров полупроводниковых приборов, неточность сопряжения контуров, неточность измерения чувствительности.

К_Т = (1,4 2) К_Т на КВ

К_Т = 1,454255=6169

Зная требуемое усиление высокочастотного тракта приемника, количество контуров радиочастотного тракта (преселектора), число фильтров тракта промежуточной частоты, можно определить число каскадов, при которых будет обеспечено требуемое усиление. Для этого нужно предварительно задаться коэффициентом передачи входной цепи, ориентировочные величины которого приведены в таблице.

Диапазон	Добротность контура (Q)	Коэффициент пе­редачи (KВЦ)
КВ	60	5

Коэффициенты усиления каскадов УВЧ, преобразователя, УПЧ можно предварительно взять равны­ми коэффициенту устойчивого усиления этих каскадов на рабочей частоте.

Коэффициент устойчивого усиления определяется по формуле:



где S– крутизна характеристики транзистора на частоте сигнала, мА/В;

f-рабочая частота, МГц;

С_k - емкость коллектор-база на частоте сигнала, пФ.

Для УВЧ и УПЧ приемника выбран транзистор КТ601А со следующими параметрами:

• 
  на частоте сигнала 20,5 МГц S=140мА/В; С_к = 10 пФ;
  
• 
  на промежуточной частоте 465 кГц S= 35 мА/В. С_к = 45 пФ
  

Для транзисторных УВЧ коэффициент устойчивого усиления определяется по формуле:



Для транзисторных УПЧ коэффициент устойчивого усиления определяется по формуле:



где f_пр – промежуточная частота.



Для преобразователя выбран транзистор КТ312А со следующими параметрами: на частоте 20,5 МГц S = 75 мА/В; С_к=5 пФ.

Для транзисторных преобразователей коэффициент устойчивого усиления определяется по формуле:



где f_с – частота сигнала, МГц.



Задаемся коэффициентом передачи входной цепи К_вц = 5.

Вычисляем общий предполагаемый коэффициент усиления тракта высокой частоты.

Предварительно принимаем число каскадов:





где n_c– число контуров преселектора;

т – число контуров УПЧ.

Так как К_общ= 6474, К'_Т =6169, К_общ≥КТ, то расчет произведен правильно и принимается структурная схема приемника с числом каскадов

Предварительный расчет автоматической регулировки усиления

С целью упрощения обслуживания радиоприемников и улучшения надежности связи почти во всех приемниках вводится автоматическая регулировка усиления, при которой уровень сигнала на выходе приемника поддерживается примерно постоянным при значительных изменениях входного сигнала.

В предварительном расчете системы АРУ производится ее выбор и определяется количество регулируемых каскадов высокой и промежуточной частоты.

В настоящее время наибольшее распространение получили схемы АРУ, в которых усиление регулируют изменяя ток эмиттера в транзисторах.

Исходные данные для расчета АРУ:

• 
  изменение входного напряжения = 10²
  
• 
  изменение выходного напряжения = 4
  

Величина (а) характеризует изменение ЭДС несущей частоты в антенне, величина (р) определяет допустимое изменение выходного напряжения при изменении ЭДС в антенне в (а) раз. Действию АРУ подвергаются, в основном каскады УВЧ и УПЧ

В транзисторных приемниках Л₁ – степень изменения усиления одного каскада под действием АРУ.

Л₁=7.

Затем определяют требуемое изменение коэффициента усиления под действием АРУ:



Необходимое число регулируемых каскадов определяется по формуле:



= 2

Не рекомендуется в качестве регулируемых каскадов использовать преобразователи частоты и последние каскады УПЧ, так как это может привести к большим нелинейным искажениям.

Принципиальная схема приемника

Структурная схема приемника

Описание работы схемы

УПЧ

Двухкаскадный усилитель ПЧ собран на транзисторах типа П401.

Первый каскад усилителя – апериодический с активной нагрузкой.

Второй каскад усилителя ПЧ собран на транзисторе по резонансной схеме с реализацией. Нагрузкой транзистора служит одноконтурный фильтр ПЧ с полосой пропускания 35-40 кГц на уровне 3 дБ. Для нейтрализации дей-ствия внутренней обратной связи транзистора Т3 включен конденсатор С18, величина емкости которого подбирается при настройке усилителя ПЧ.

Детектор

Детектор приемника выполнен на диоде Д2 типа Д9В. Нагрузкой детектора служит переменный резистор R37, с которого через разделительный конденсатор С36 напряжение звуковой частоты подается на базу транзистора первого каскада усилителя НЧ. Для автоматической регулировки усиления используется постоянная составляющая тока диода Д2, с помощью которой регулируется базовый ток транзистора первого каскада усилителя ПЧ. Напряжение АРУ снимается с нагрузки детектора Д2 и через фильтр R33C34подается на базу транзистора Т5.

Список используемой литературы

1. 
   Л.И. Ананьева. Методические указания и контрольные задания по курсовому проектированию РПУ на транзисторах. Омск: ОЛТК ГА, 1980. 32с.
   
2. 
   Н.В. Бобров и др. Расчет радиоприемников. М.: Воениздат, 1971.496с.
   
3. 
   С.С. Бобровик, М.А. Бродский. Радиоприемники и их ремонт. Минск: Высшая школа, 1982. 350с.
   
4. 
   В.Д.Екимов, К.М. Павлов. Проектирование радиоприемных устройств. М.:Связь,1970. 503с.
   
5. 
   В.Д.Екимов. Расчет и конструирование транзисторных радиоприемников. М.-.Связь,1972. 215с.
   
6. 
   В.Г. Игнатович, А.И. Митюхин. Регулировка и ремонт бытовой радиоэлектронной аппаратуры. Минск: Высшая школа, 1993. 367с.
   
7. 
   Радиоприемные схемы на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет. Под редакци­ей Р.А. Валитова, А.А. Куликовского. М.: Советское радио,1968. 383с.
   
8. 
   Э.Т. Ред. Схемотехника радиоприемников. М.:Мир,1989. 150с.
   

Рецензия