Устройства преобразования и обработки информации

     

.

     После выбора селективных цепей переходим  к предварительному расчету коэффициента усиления приемника и распределению его по трактам высокой и промежуточной частоты.

     В транзисторных приемниках AM сигналов, как правило, используют диодный  детектор. Для качественного детектирования АМ сигналов с малыми нелинейными  искажениями, т.е. для линейной работы диодного детектора, на его вход надо подавать уровень амплитуды сигнала  порядка (принимаем 0,75 В). Тогда необходимый общий коэффициент усиления высокочастотного тракта приемника до детектора при заданной чувствительности приемника:

     

     

      Для проверки достаточности коэффициента усиления структурной схемы приемника рассчитаем ориентировочный общий коэффициент усиления как произведение коэффициентов усиления отдельных каскадов:

      , где для входной цепи  , для резонансного УРЧ , для преобразователя частоты , для каскодной схемы ;

     

,

     и убедились в том, что он не меньше требуемого коэффициента усиления.

     При выполнении этого условия предварительный расчет коэффициента усиления можно считать законченным.

     В результате проведенного расчета получаем структурную схему проектируемого приемника (рис.3). В большинстве случаев она содержит следующие функциональные блоки: входную цепь (ВЦ), на которую принимаемый сигнал поступает от внешней или внутренней (магнитной) антенны; усилитель радиочастоты (УРЧ); преобразователь частоты (ПЧ), в состав которого входят смеситель (См) и гетеродин (Гет) и в котором происходит преобразование принимаемой частоты сигнала в постоянную промежуточную частоту; фильтр сосредоточенной селекции (избирательности) (ФСС), реализующий требуемую полосу пропускания высокочастотного тракта и избирательность по соседнему каналу и который может включаться не только сразу после ПЧ, но и между каскадами УПЧ; усилитель промежуточной частоты (УПЧ), осуществляющий основное усиление сигнала; амплитудный детектор (АД); усилитель звуковой (низкой) частоты (УЗЧ); между АД и УЗЧ может включаться специальный каскад, согласующий выход детектора и вход отдельного УЗЧ, называемый согласующим УЗЧ (СУЗЧ). 
 

     

     Рис.3 Возможная структурная схема приемника AM сигналов 

     На  выходе приемника включается акустическая система (АС), в качестве которой  может быть и отдельный громкоговоритель. В приемниках АМ сигналов обязательным является применение автоматической регулировки  усиления (АРУ) для поддержания примерно постоянного уровня сигнала на выходе при его изменениях на входе. В  приемнике предусматриваются ручные регулировки или органы управления (Упр) для перестройки приемника  по частотному диапазону и для  настройки на нужную радиостанцию, а также для изменения громкости  и тембра звучания. Совокупность функциональных блоков приемника от антенны, включая  детектор, образуют так называемый линейный тракт приемника (ЛТП), и  предметом проектирования является как раз проектирование линейного  тракта.

     После составления структурной схемы  радиоприемника или параллельно  с ним выбирают тип усилительных приборов.

 

3. Разработка принципиальной схемы приемника

 

     Согласно  варианту следует рассчитать входную цепь приемника АМ сигнала, усилитель радиочастоты (УРЧ), преобразователь частоты (ПЧ).

3.1. Расчет входной цепи приемника АМ сигнала

 

     Схема входного контура АМ тракта приемника  КВ приведена на рис. 4. Расчет входного контура и элементов связи ведется в следующем порядке. Вначале выбираем переменный конденсатор для перекрытия заданного диапазона частот. Для настройки контура на частоту принимаемого сигнала выберем конденсатор переменной ёмкости с механическим управлением (КПЕ), так как использование варикапов может привести к росту нелинейных искажений при большом уровне помех, при этом становятся известны его минимальная и максимальная емкость ( _{, ).¹} Определим коэффициент перекрытия диапазона: .

     

     Рис. 4. Схема входного устройства с емкостной связью с антенной 

      - конструктивная добротность  контура²

      - эквивалентная добротность  в диапазоне частот 6-30 МГц

     Определим эквивалентную емкость схемы  ВЦ, при которой выбранный элемент  настройки обеспечит перекрытие диапазона:

       пФ.

     Находим эквивалентную емкость контура  ВЦ (для диапазона КВ пФ):

     

 пФ.

     Определим один из параметров контура входного устройства - минимальную эквивалентную емкости контура:

     

      - минимальная емкость переменного  конденсатора, пФ;

      - емкость катушки, для диапазона  КВ выбираем  пФ;

      - емкость монтажа, для диапазона  КВ выбираем  пФ;

      - среднее значение емкости  подстроечного конденсатора;

       пФ.

     В качестве усилительного прибора  первого каскада усилителя радиочастоты целесообразно выбираем полевой  транзистор 2П305Б, его входная емкость  равна  пФ, тогда:

       пФ.

     Определим максимальную эквивалентную емкость:

       пФ.

     Вычислим  индуктивность входного контура:

       мкГн.

     Выбираем  связь антенны с контуром емкостную в режиме удлинения:

     Антенна – внешняя с действующей высотой м, пФ.

     Определим емкость конденсатора связи ВЦ:

      ,

     где - коэффициенты, характеризующие возможные отклонения емкости, индуктивности и сопротивления от средних значений ( ).

       нФ.

     Коэффициент передачи входной цепи с антенной равен:

     

     

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.2. Расчет усилителя радиочастоты (УРЧ)

 

     В диапазоне КВ наибольшее распространение  получили транзисторные схемы, которые  позволяют получить наибольшее усиление и уменьшить коэффициент шума приемника. Рассмотрим схему УРЧ на биполярном транзисторе с общим эмиттером (ОЭ) (рис. 5). 

     

     Рис. 1. Схема резонансного УРЧ с электронной перестройкой 

     Одним из подходящих транзисторов является КТ-315A. Его справочные данные:³ 

 

     Расчет  УРЧ производится после расчета  схемы питания и стабилизации. Так как параметры используемых транзисторов известны, то расчет сводится к определению коэффициентов  включения и элементов связи  транзистора с контуром и нахождению коэффициента усиления.

     Рассчитаем  коэффициенты включения транзистора  в контур УРЧ  и следующего транзистора по формулам:

      , ,

     где - эквивалентное затухание контура УРЧ, которое известно из предварительного расчета, ;

      - собственное конструктивное  затухание контура УРЧ,  ;

      - характеристическое сопротивление  контура УРЧ,  Ом;

      - выходное сопротивление транзистора  УРЧ,  _Ом;

      - входное сопротивление транзистора  смесителя преобразователя частоты,  _Ом. 
 

     Тогда коэффициенты включения транзисторов в контур УРЧ  и равны:

     

     

 

     Найдем  резонансный коэффициент усиления УРЧ:

     

     где - крутизна транзистора на рабочей частоте;

      - эквивалентное резонансное  сопротивление контура УРЧ.

     Для расчета  используем следующую формулу:

     

       Ом.

     Тогда коэффициент усиления УРЧ равен:

      .

     После расчета коэффициента усиления проверим каскад УРЧ на устойчивость. Для  этого сравним полученный коэффициент  усиления каскада  с устойчивым коэффициентом усиления . Должно выполняться условие: .

     Вычислим  устойчивый коэффициент усиления:

      ,

     где - коэффициент запаса устойчивости;

      - рабочая частота (обычно устойчивость  проверяется на верхней частоте  диапазона и поэтому  );

      - проходная емкость транзистора,  например, для схемы с общим  эмиттером это емкость между  электродами коллектор - база.

      ;

     

     

     Условие устойчивости выполняется. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.3. Расчет преобразователя частоты (ПЧ)

 

     В последнее время все большее  распространение получают преобразователи  частоты на полевых транзисторах благодаря некоторым преимуществам  перед биполярными транзисторами: более высокое входное и выходное сопротивление, более низкий коэффициент  шума, меньше различных нелинейных явлений и искажений приемника  и т.д. Преобразователи частоты  на полевых транзисторах наиболее часто  строятся по схеме с общим истоком  для сигнала, т.е. с подачей напряжения сигнала на затвор, а напряжения гетеродина на исток полевого транзистора.

     

     Рис. 6. Схема преобразователя частоты на полевом транзисторе 

     Расчет  преобразователя частоты сводится: