Разработка детектора высокочастотного излучения (стр. 2 из 6)
Существует несколько способов схемотехнического решения этой проблемы:
Работа прибора по принципу сканирования радио эфира;
Мониторинг помещений на предмет наличия новых включений;
Широкополосное детектирование электрического поля.
Лучшим решением станет прибор принцип действия, которого основан на широкополосном детектировании электрического поля. Этот принцип дает возможность обнаружения радиопередающих устройств с любыми видами модуляции. Важным фактором, определяющим конструктивно-технологические особенности прибора, является ее рабочий диапазон частот. В зависимости от диапазона частот устройства предъявляются различные требования к его конструктивному оформлению и технологии изготовления. С ростом частот повышаются требуемые точность изготовления, качество обработки деталей, чистота применяемых материалов и т.д. Целью работы является создание устройства работающего на основании принципа широкополосного детектирования электрического поля в диапазоне частот от 0,1 до 900 МГц, в диапазоне 5-300 МГц чувствительность прибора должна быть максимальной. Прибор должен обладать 2-х позиционной системой звуковой сигнализации.
1. Анализ технического задания
Разрабатываемое устройство - детектор высокочастотного излучения способен помочь человеку обнаружить негативное излучение.
Приборы, выполняющие данные функции, можно также применить при ремонте различных радиотехнических устройств, например, для контроля высокочастотного излучения радио и сотовых телефонов. С их помощью можно дистанционно контролировать излучение импульсных источников питания, а также строчных разверток телевизоров и мониторов, также можно определить местонахождения электронных "жучков" и других видов электромагнитного поля высокой частоты.
Рассмотрим несколько конкретных существующих устройств и проведем их сравнительную характеристику:
Скоростной поисковый приемник СКОРПИОН v.3; [1]
Стрелочный индикатор поля СИРИУС; [1]
Детектор поля D-006. [2]
Детальная характеристика каждого устройства приведена в таблице 1.1.
Таблица 1.1 Характеристики конкурирующих устройств. [1,2]
| Параметрыустройств | Скоростной поисковый приемник СКОРПИОН v.3 | Стрелочный индикатор поля СИРИУС | Детектор поля D-006 | Разрабатываемоеустройство |
| Внешний вид |  |  |  | |
| Нижний предел - диапазона частот, МГц. | 30 | 20 | 50 | 0,1 |
| Верхний предел + диапазона частот, МГц. | 2000 | 2000 | 800 | 900 |
| Потребляемый ток, мА. - | 200 | 40 | 30 | 30 |
| Стоимость, грн. - | 5000 | 700 | 550 | 100 |
| Питание, В. - | 12 | 9 | 9 | 9 |
Проведем сравнительный анализ устройств. Для этого воспользуемся методом выбора по матрице параметров [4].
Оценку устройств будем проводить по параметрам приведенным в таблице 1.1.
Составляем матрицу параметров:
Параметры в матрице X должны быть приведении к такому виду, чтобы большему значению параметра соответствовало лучшее качество устройства. Параметры, не удовлетворяющие такому условию (нижний предел диапазона частот, потребляемый ток, стоимость, питание) пересчитываются по такой формуле:
, (1.1)Пересчитав эти параметры, получаем матрицу Y:
После этого параметры матрицы Y нормируют по такой формуле:
, (1.2)В результате нормирования получим матрицу A:
Для обобщенного анализа системы параметров вводят оценочную функцию:
, (1.3)Где bj - весовой коэффициент и
. Причем, что все параметры равнозначны поэтому bjдля всех параметров будет равным 0,2.Определим оценочные функции используя формулу 1.3 и представим их в матричном виде):
По полученным значениям оценочной функции можно сказать, что разрабатываемое устройство лучше конкурентов так как ему соответствует минимальное значение оценочной функции.
2. Структурная схема
 |
Структурная схема (рис 2.1) состоит из трех блоков:
В первом блоке должен приниматься и усиливаться высокочастотный сигнал. Для приема высокочастотного сигнала целесообразно применить антенну, а для его усиления необходимо использовать высокочастотный усилитель.
Во втором должен находится высокочастотный детектор, который срабатывает при поступлении высокого уровня сигнала; компаратор, для сравнения двух сигналов, а также генератор низкочастотных импульсов для формирования звукового сигнала.
Третий блок предназначен для вывода сигнала, получаемого со второго блока на наушник.
3. Функциональная схема
На основании анализа структурной схемы устройства можно составить функциональную схему:
 |
3.1 Высокочастотный усилитель (ВУ)
Задачей ВУ является усиление сигнала поступающего на антенну, в диапазоне от 1 до 1000МГц. Поскольку диапазон частот достаточно широк, будем использовать широкополосный усилитель. Существует несколько усилителей данного типа: однокаскадные, двухкаскадные и трехкаскадные. В нашем случае целесообразно использовать однокаскадный широкополосный усилитель. У него простая конструкция и самая маленькая элементная база, что в свою очередь увеличит надежность прибора.
3.2 Высокочастотный детектор
Высокочастотный детектор должен определять сигнал поступающий на него. Если уровень сигнала поступившего на детектор достаточно высок, то он должен пропустить его. Для решения этой задачи можно использовать обычный полупроводниковый диод, либо диод Шотки. Отличительная, особенность диода Шотки по сравнению с полупроводниковыми диодами других типов - низкий уровень ВЧ шумов, поэтому в схеме будем использовать диод Шотки.
3.3 Компаратор
Задачей компаратораявляется сравнение двух сигналов. В нашем случае для сравнения подадим на него сигнал с антенны и сигнал с генератора прямоугольных импульсов (пункт 3.4). Компараторы делятся на цифровые и аналоговые. В схеме используем аналоговый компаратор (АК), потому что в схеме реализованы только аналоговые сигналы. АК в свою очередь можно реализовать:
на интегральной микросхеме операционного усилителя;
на специализированной микросхеме аналогового компаратора.
Выбираем первый вариант. Используем в схеме компаратор на операционном усилителе, это самый дешевый и простой способ.
3.4 Низкочастотный генератор прямоугольных импульсов
Предназначен для создания звукового сигнала, который реагировал бы на высокочастотное усиление. Существует несколько вариантов схемного выполнения генератора прямоугольных импульсов:
- на дискретных элементах;
- на логических элементах;
- на интегральной микросхеме операционного усилителя (ИМС ОУ);
Для генерации звука используем ИМС ОУ. Поскольку компаратор (пункт 3.3) тоже собран на ОУ то целесообразно для этих целей использовать одну микросхему.
3.5 Низкочастотный усилитель
Используется для усиления низкочастотных импульсов подаваемых на наушник или аудиоколонки. Используем самый простой однокаскадный усилитель. Это увеличит надежность схемы и уменьшит стоимость.
4. Схема электрическая принципиальная
На основании анализа функциональной схемы составляем схему электрическую принципиальную (ДК43.418214.001Е3).
Схема состоит из пяти функционально связанных узлов:
усилителя высоких частот (собранного на транзисторе VT1), рассчитанного на работу с источником сигнала до 50 Ом (рис 4.1).
Рис 4.1 Схема однокаскадного широкополосного усилителя [5]
детектора высоких частот или выпрямителя основаного на диоде Шотки VD1.
компаратора (на операционном усилители N1в составе микросхемы), перестраиваемого по частоте генератора прямоугольных импульсов низкой частоты (на операционном усилителе N3, N4, N5 в составе микросхемы DA1и транзисторе VT3).
ключевого усилителя низкой частоты на транзисторе VT2 (рис.4.2).
Рис 4.2 Усилитель низкой частоты [5].
Сигнал снимается с антенны (WA), поступает на высокочастотный усилитель реализованный на транзисторе VT1. Если уровень сигнала высокий срабатывает детектор ВЧ излучений (открывается диод VD1) выполненный на диоде Шотки. Диод включает компаратор в микросхеме D1 которая отвечает за формирование НЧ импульсов останавливая при этом генератор НЧ импульсов.
Уровень сигнала, подаваемого на компаратор с детектора, регулируется подстроечным резистором R9, который позволяет принудительно снизить чувствительность устройства. Порог срабатывания компаратора изменяется переменным резистором R10, который устанавливает начальную частоту генерации генератора НЧ. Индикация работы устройства осуществляется светодиодом VD2.