Выбор и обоснование структурной схемы приемника

2. Выбор и обоснование структурной схемы приемника

 

2.1 Выбор и обоснование схемы входной цепи приемника

 

В диапазоне УКВ для ТВ приемников в качестве антенны чаще всего применяют пару несимметричных телескопических штырей. Выбираем двухконтурную входную цепь с внешнеемкостной связью с антенной. Входная цепь с такой связью характеризуется большим коэффициентом передачи по напряжению и высокой избирательностью, и с другой стороны большой неравномерностью коэффициента передачи в диапазоне частот. Так как коэффициент перекрытия диапазона небольшой (К_пд =1.089), то внешнеемкостная связь с антенной является наиболее оптимальной для получения большого коэффициента передачи.

Для уменьшения неравномерности коэффициента передачи в диапазоне частот, связь с транзистором преобразователя выбираем внутриемкостную.

 

2.2 Выбор и обоснование схемы УРЧ

 

В качестве УРЧ выбираем однотранзисторную схему с общим эмиттером. Данная схема позволяет получить максимальное усиление номинальной мощности при малом уровне собственных шумов.

 

2.3 Выбор и обоснование схемы преобразователя частоты

В ТВ приемниках в УКВ – диапазоне рационально использовать транзисторные преобразователи частоты. Для уменьшения взаимной связи между цепями гетеродина и сигнала, а также обеспечения более высокой стабильности напряжение сигнала подаем на базу транзистора (смесителя), а напряжение гетеродина – на эмиттер. В качестве нагрузки смесителя используем двухконтурную избирательную систему, которая включена в цепь коллектора транзистора смесителя.

2.4 Выбор и обоснование схемы ограничителя амплитуды и детектора

В качестве амплитудного ограничителя и детектора сигнала используем ИМС К174УР1. Микросхема предназначена для использования в телевизионных супергетеродинных приемниках. Типовая схема включения ИМС К174УР1, структурная схема и ее параметры приведены в приложении Б.

2.5 Выбор и обоснование схемы тракта УНЧ

Предварительный УНЧ включен в состав ИМС К174УР1. В виду того, что выходная мощность приемника не задана (может быть любой) зададимся мощностью на выходе равной пятнадцати ваттам P_{ВЫХ НЧ} = 15 Вт на нагрузку 4 Ом. В качестве оконечного усилителя мощности низкой частоты применяем ИМС К174УН11. типовая схема включения ИМС К174УН11 и ее параметры приведены в приложении Б.

3. Расчет схемы электрической принципиальной 3.1 Расчет входной цепи

Максимально допустимую добротность контура Q_П рассчитываем по формуле

где = 3 дБ – ослабление на краях полосы пропускания (в разах)

Необходимую добротность контура Q_и рассчитываем по формуле

Согласно таблице 5.3 [2] принимаем возможную конструктивную добротность контура Q_к=100

Так, как Q_и=225 ≤ Q_к=250 ≤ Q_п=1146, принимаем эквивалентную добротность контура на максимальной частоте , равной Q_{э max} = 230

Эквивалентную добротность контура на минимальной частоте , (Q_{э min}) рассчитываем по формуле

При эскизном расчете были определены , , , , .

Индуктивность катушки контура L1 рассчитываем по формуле

Емкость подстроечного конденсатора С4 выбирается из условия

Выбираем подстроечный конденсатор С4 типа КТ4–23–12/80 пФ±10%

Характеристическое сопротивление контура на максимальной частоте , рассчитываем по формуле

Коэффициент включения транзистора преобразователя m2 рассчитываем по формуле

где  – входное сопротивление транзистора VT1

Емкость конденсатора связи C5 с транзистором VT1 рассчитываем по формуле

где С_11пр – входная емкость транзистора VT2

Выбираем конденсатор С5 типа К10–7в-М47–1600 пФ±10%

Согласно [8] выбираем емкость антенны С_А = 15 пФ, согласно [2] выбираем емкость конденсатора связи с антенной С3 = 15 пФ.

Выбираем конденсатор С3 типа К10–7в-М47–15 пФ±10%

Емкость вносимую антенной С_Авн рассчитываем по формуле

Эквивалентные емкости контура с учетом влияния емкости антенны рассчитываем по формулам

-  для начала диапазона

-  для середины диапазона

-  для конца диапазона

- 

Коэффициенты передачи напряжения рассчитываем по формулам

-  для начала диапазона

-  для середины диапазона

-  для конца диапазона

Так как рассчитанные значения коэффициентов передачи напряжения во всем диапазоне больше значения взятого в эскизном то расчет первого контура входной цепи считаем законченным.

Расчет коэффициентов включения контура автотрансформатора.

Расчет коэффициента D

Расчет коэффициента включения

Расчет коэффициента включения

Проверка условия К₀ ≤ К_УСТ

Так как условие К₀ ≤ К_УСТ выполняется, то расчет второго контура считаем завершенным.

3.2 Расчет УРЧ

Используем транзистор типа КТ372А;

I_к0=1 мкА – обратный ток коллектора;

I_к=10 мА – ток коллектора;

Е_пит=15 В-напряжение источника питания;

U_кэ=6 В-напряжение коллектор-эмиттер в рабочем режиме;

T_max=273+50=323 K – максимальная рабочая температура;

T_min=273–40=213 K – минимальная рабочая температура;

T₀=273+20=293 K – средняя рабочая температура.

Изменение обратного тока коллектора _ΔI_к0 рассчитываем по формуле

Тепловое смещение напряжения базы _ΔU_Б рассчитываем по формуле

где φ = 1.8 мВ/К

Допустимую нестабильность тока коллектора _ΔI_к рассчитываем по формуле

Сопротивление резистора R10 рассчитываем по формуле

Выбираем значение резистора R10 равное 56 Ом.

Мощность рассеиваемую на резисторе R10 рассчитываем по формуле

Выбираем резистор R10 типа С2–23–0.125–56 Ом ± 10%.

Сопротивление резистора R9 рассчитываем по формуле

Выбираем ближайшее номинальное значение резистора R9 равное 910 Ом.

Мощность рассеиваемую на резисторе R9 рассчитываем по формуле

Выбираем резистор R9 типа С2–23–0.125–910 Ом ± 10%.

Сопротивление резистора R6 рассчитываем по формуле

Выбираем ближайшее номинальное значение резистора R6 равное 1.6 кОм.

Сопротивление резистора R7 рассчитываем по формуле

Выбираем ближайшее номинальное значение резистора R7 равное 62 Ом.

Выбираем резистор R6 типа С2–23–0.125–1.6 кОм ± 10%

резистор R7 типа С2–23–0.125–62 Ом ± 10%.

Емкость разделительного конденсатора С10 рассчитываем по формуле

где f_{min сп} = f ^'_min – П – нижняя частота спектра

R_{11 пр}= – входное сопротивление транзистора в режиме преобразования

Емкость разделительного конденсатора С10 рассчитываем по формуле

Выбираем конденсатор С10 типа К10–7в-М47–120 пФ±10%.

Коэффициент включения контура в цепь коллектора транзистора VT3 m1 и в цепь базы VT4 m2 рассчитываем по формуле

Индуктивность контура рассчитываем по формуле

Емкость контура рассчитываем по формуле

3.3 Расчет элементов фильтра питания

Расчет элементов фильтра питания производим по формулам

Выбираем резисторы  типа С2–23–0.125–910 Ом± 10%

Конденсатор  выбираем К10–7в-М47–62 пФ±10%.

3.4 Расчет преобразователя частоты

Сопротивление резистора R22 рассчитываем по формуле

Выбираем значение резистора R22 равное 56 Ом.

Мощность рассеиваемую на резисторе R22 рассчитываем по формуле

Выбираем резистор R22 типа С2–23–0.125–56 Ом ± 10%.

Сопротивление резистора R21 рассчитываем по формуле

Выбираем ближайшее номинальное значение резистора R21 равное 910 Ом.

Мощность рассеиваемую на резисторе R21 рассчитываем по формуле

Выбираем резистор R9 типа С2–23–0.125–910 Ом ± 10%.

Сопротивление резистора R19 рассчитываем по формуле

Выбираем ближайшее номинальное значение резистора R19 равное 2.8 кОм.

Сопротивление резистора R20 рассчитываем по формуле

Выбираем ближайшее номинальное значение резистора R20 равное 110 Ом.

Выбираем резистор R19 типа С2–23–0.125–2.8 кОм ± 10%

резистор R20 типа С2–23–0.125–62 Ом ± 10%.

Емкость разделительного конденсатора С25 рассчитываем по формуле

где f_{min сп} = f ^'_min – П – нижняя частота спектра

R_{11 пр}= – входное сопротивление транзистора в режиме преобразования

Выбираем конденсатор С25 типа К10–7в-М47–120 пФ±10%.

Емкость контура рассчитываем по формуле

Коэффициент включения контура в цепь коллектора транзистора VT3 m1 и в цепь базы VT4 m2 рассчитываем по формуле

3.5 Расчет гетеродина

Так как коэффициент перекрытия диапазона маленький (К_пд =1.089), то сопряжение контуров входной цепи и гетеродина производим на средней частоте диапазона

Среднюю частоту контура гетеродина f_{г ср} рассчитываем по формуле

Все емкости контура остаются как в контуре входной цепи: С2 – КПЧ‑3Б-С_min=4 пФ, С_мах=20пФ, Сд=36 пФ.

Среднюю эквивалентную емкость контура гетеродина рассчитываем по формуле

Индуктивность контура гетеродина L2 рассчитываем по формуле

Для расчета элементов гетеродина задаемся критическим режимом работы и принимаем:

транзистор КТ372А;

ξ = 0.85 – коэффициент использования по напряжению;

Θ_э = 85⁰ – угол отсечки эмиттерного тока;

α₀ = 0.3, α₁ = 0.48 – коэффициенты Берга;

U_кэ0 = 6 В, I_э = 4 мА.

Амплитуду импульса тока эмиттера рассчитываем по формуле

Амплитуду напряжения возбуждения на базе рассчитываем по формуле

Напряжение смещения рассчитываем по формуле

Напряжение на контуре рассчитываем по формуле

Коэффициент связи рассчитываем по формуле

Расчет индуктивности связи L3 производим по формуле

где M=0.2 – взаимная индуктивность

k_СВ=0.1 – коэффициент связи

Коэффициент включения коллектора гетеродина в контур рассчитываем по формуле

Коэффициент включения нагрузки в контур гетеродина рассчитываем по формуле

Расчет разделительных конденсаторов С6, С34

Конденсатор С6 выбираем равным конденсатору С34 К10–7в-М47–270 пФ±10%.

Ток базы рассчитываем по формуле

Расчет сопротивления автосмещения R4 производим по формуле

Выбираем резистор R4 типа С2–23–0.125–1.4 кОм ± 10%

Конденсатор С8 выбираем К10–7в-М47–270 пФ±10%.

3.6 Расчет Элементов УРЧ

Выбираем резистор  типа С2–23–0.125–56 Ом ± 10%.

Выбираем резистор  типа С2–23–0.125–820 Ом ± 10%.

Выбираем резистор  типа С2–23–0.125–1.8 кОм ± 10%.

Выбираем резистор  типа С2–23–0.125–68 Ом ± 10%.

Конденсатор C13, С17, С19, С22, С25, С27 выбираем К10–7в-М47–6.8 нФ±10%.

3.7 Расчет цепи контроля питания

В качестве элемента позволяющего визуально контролировать наличие питающего напряжения, а также контролировать включение питания радиоприемного устройства выбираем диод светоизлучающий АЛ307А с параметрами: U_ПИТ=2.5 В, I_Д=10 мА

Исходя из этих параметров рассчитываем ограничительное сопротивление по формуле

Выбираем резистор R41 типа С2–23–0.125–1.3 кОм ± 10%.

Перечень принятых сокращений

 

АРУ – Автоматическая регулировка усиления

УПЧ – Усилитель промежуточной частоты

УРЧ – Усилитель радиочастоты

УНЧ – Усилитель низкой частоты

АО – Амплитудный ограничитель

ОУ – Оконечное устройство

УКВ – ультракороткие волны

ЧМ – частотная модуляция

АМ – амплитудная модуляция

ИМС – интегральная микросхема

Список использованной литературы

1 Богданович Б.М., Окулич Н.И. «Радиоприемные устройства: Учебное пособие для ВУЗов», Под общей редакцией Богдановича Б.М. – Мн.: Высш. шк., 1991 – 428 с.

2 Екимов «Расчет и конструирование транзисторных радиоприемников». М., «Связь», 1972.

3 Радиоприемные устройства: Методические указания по курсовому проектированию. – Л.: СЗПИ, 1988.

4 «Проектирование радиоприемных устройств: Учебное пособие для вузов». Под ред. А.П. Сиверса. М., «Сов. радио», 1976.

5 Булычев А.Л., Галкин В.И., Прохоренко В.А., «Аналоговые интегральные схемы: Справочник» – 2-е изд., переработанное и дополненное – Мн: «Беларусь», 1993 – 382 с.

6 «Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник». Под ред. Б.Л. Перельмана – М.: Радио и связь, 1981.

7 «Полупроводниковые приборы. Диоды высокочастотные, диоды импульсные, оптоэлектронные приборы: Справочник». Под ред. А.В. Голомедова. – М.: Радио и связь, 1988 – 592 с.

8  Баркан В.Ф., Жданов В.К. «Радиоприемные устройства: Учебник для техникумов» – 5-е изд. перераб. и доп. – М., «Сов. радио», 1978 – 464 с.

9  Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. Т. 2.–М.: КубК-а, 1997 – 640 с.: ил.

Приложение А

(справочное)

Основные электрические параметры транзистора КТ372А

граничная частота коэффициента передачи транзистора fT ≥ 2400 ГГц;

граничное напряжение коллектор – эмиттер U_КЭ = 15 В;

статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ h_21Э = (13);

емкость коллектора С_К ≤ 0.65 пФ;

емкость эмиттера С_э ≤ 1.2 пФ;

обратный ток коллектора I_к0 = 10 мкА;

постоянная времени цепи обратной связи τ_К ≤ 7.5 пс;

постоянный ток эмиттера I_Э ≤ 10 мА.

Рисунок А.1. Входная и выходная ВАХ транзистора

Приложение Б

(справочное)

Типовые схемы включения используемых ИМС и их параметры

Б. 1 Функциональная схема ИМС К174УР3

1 – Амплитудный ограничитель;

2 – Частотный детектор;

3 – Предварительный УНЧ.

Б.2 Типовая схема включения ИМС К174УР3 и ее параметры

Назначение выводов: 1, 3, 12 – напряжения питания (-Uп); 2 – второй вход амплитудного ограничителя; 5 – управление коэффициентом передачи; 6 – выход амплитудного ограничителя; 7, 9 – к опорному контуру; 8 – выход ЗЧ; 10 – выход амплитудного ограничителя; 11 – питание (+Uп); 13 – блокировка выхода; 4, 14 – 1‑ый вход амплитудного ограничителя.

Электрические параметры

Номинальное напряжение питания……………………………… 15 В ± 5%

Ток потребления…………………………………………………≤ 22 мА

Коэффициент подавления амплитудной модуляции…………………….≥ 56 дБ

Коэффициент гармоник при Uп = 6 В, U_BX= 0.5 мВ……………………..≤ 2%

Выходное сопротивление………………………………………………≥ 1.5 кОм

Управляющий ток по выводу 7…………………………………….0.05 ÷ 1 мА

Выходное напряжение НЧ при U_вх = 0.5 В…………………………≥ 100 мВ

Предельно допустимые режимы эксплуатации

Напряжение питания……………………………………………………5 ÷ 18 В

Амплитуда входного сигнала……………………………………≤ 300 мВ

Рисунок Б. 3 – Зависимость коэффициента подавления АМ от входного напряжения

Типовая схема включения ИМС К174УН11 и ее параметры

Рисунок Б.4 – Типовая схема включения ИМС К174УН11

Назначение выводов: 1 – напряжение питания (+Uп); 3, 12 – Вывод задания режима; – выход; 5 – напряжение питания (-U_П); 8 – обратная связь; 7 – вход; 9, 10 – коррекция выхода.

Электрические параметры

Номинальное напряжение………………………………………….…15 В ± 10%

Максимальная амплитуда входного напряжения………………….. ≤ 10 В

Ток потребления при U_П=12 В……………………………………….≤ 100 мА

Выходная мощность при Rн = 4 Ом, U_П=15 В……………………15 Вт

Коэффициент гармоник при Рвых = 15 Вт, f_ВХ = 1 кГц…………≤ 1%

Диапазон рабочих частот…………………………………………30 ÷ 20–10³ Гц

Входное сопротивление при U_П=12 В, f_ВХ = 1 кГц …………………≥ 10 кОм