Разработка и расчёт радиоприёмного устройства УКВ диапазона с ЧМ (стр. 2 из 3)

Sе_зк = 44 дБ =10^44/20 = 158,489 раз

По формуле (8):

Тогда для выполнения условия (6) Qэ принимаю равным Qэ = 35.

1.4 Выбор и расчет селективных систем тракта промежуточной частоты

Целью данного раздела проектирования является определение типа и числа резонансных систем тракта промежуточной частоты (ТПЧ). И для того, чтобы это обеспечить применяют фильтры сосредоточенной селекции (ФСС), называемые также фильтрами сосредоточенной избирательности (ФСИ).

Расчет ТПЧ начнем с ФСС.

1.4.1 Выбор и расчет ФСС

В приемниках разных групп сложности, имеющих как средние, так и высокие качественные показатели, применяются многозвенные ФСС на LC-элементах. Схема включения такого многоконтурного фильтра приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Возможная схема ФСС

В этой схеме каждый контур фильтра с учетом элементов связи настроен на среднюю частоту полосы пропускания, т.е. на промежуточную частоту f_пр.

Для получения качественно возможного коэффициента прямоугольности АЧХ используют фильтры с характеристиками Чебышева. Однако, с целью уменьшения всплесков АЧХ в полосе пропускания и уменьшения нелинейности ФЧХ используем ФСС с максимально гладкой АЧХ, т.е. с характеристикой Баттерворта [4]:

σ (α) =

ⁿ, (9)

где

v - параметр, определяющий σ_{п -} неравномерность АЧХ на краях полосы пропускания;

n - число контуров ФСС.

α = Δf / П - обобщенная расстройка; (10)

Δf_ск = 300 кГц [4], П_{ПЧ чм} = 150 кГц [7, c.24]

Тогда по (10): α = 2 ∙ 300 / 150 = 4

Допустимую неравномерность 14 дБ в диапазоне УКВ всего тракта по звуковому давлению диапазона воспроизводимых частот следует распределить таким образом, чтобы на тракт промежуточной частоты приходилась неравномерность АЧХ в полосе пропускания не более 6 дБ, поэтому возьмем σ_п = 3 дБ = 1,41 (разах). Неравномерность АЧХ на краях полосы пропускания равна [1]:

σ_п =

=> v = σ_п² - 1= 1,41²-1=0,9881 ≈ 1,

Для приемников ЧМ расстройку соседнего канала принимаем равной Δf_ск = ±300 кГц. [4]

Переведем заданную селективность из дБ в разы: Se_ск = 33 дБ =10^33/20 = 44,668

Необходимое число контуров, при неравномерности АЧХ в полосе σ_п = 3 дБ, при v =1 и α > 1, находим:

n≥ lgSe_ск /lgα = lg44,668 /lg4 = 2,74 ≈ 3

Выбираем 3 контура.

ПФ можно реализовать, если [3, c.213]:

(11)

f_пр = 10,7∙10⁶ Гц,

Конструктивное затухание:

Нормированные значения затуханий [3]:

(12)

Выберем Д< 0.5 = 0,2

Тогда Д₁= А - (n - 1) ∙Д = 2 - (3 - 1) ∙ 0,2 = 1,6

где А=2, при n =3 [3, c.213].

Из рисунка 7.10 [3] определяем при Д=0,2 нормированные значения коэффициентов связи:

К₁₂=1,8; К₂₃=0,87; К₃₄=0,6; К₄₅0,48; К₅₆=0,35; К₆₇=0,88.

Абсолютные значения коэффициентов связи и затухания [3]:

k_{i, i+1}=K_{i, i+1}*П / f_пр, d₁=Д₁*П / f_пр. (13)

d₁=1,6

0,022

Задаваясь эквивалентной емкостью С_1э = С_2э = 500 пФ, находим С₁₂ = k₁₂ ∙ C_1э

пФ,

Тогда С₁ = С_э - С₁₂

пФ

Эквивалентное затухание контура:

ρ = 1/ (ω_пр * С_э) = 1/ (2 ∙ π ∙ 10,7 ∙ 500 ∙ 10^-6) = 29,749 Ом,

тогда при

Резонансный коэффициент включения равен [3]:

(14)

1.5 Выбор средств обеспечения усиления линейного тракта приемника

В линейном тракте приемника ЧМ требуется обеспечить необходимое усиление полезного сигнала.

В приемнике ЧМ сигналов при применении отдельного диодного амплитудного детектора амплитуда сигнала, подводимого ко входу детектора имеет величину порядка 0,2 - 0,4 В, т.е. U_{вх. д} =0,3 В.

Амплитуда сигнала на входе приемника при задании чувствительности по напряженности поля Е в точке приема определяется соотношением [4]:

U_{вх. пр-ка}=Е∙h_д∙

, (15)

где h_д - действующая высота (длина) приемной антенны, для штыревых антенн диапазона УКВ можно принять значение h_д ≈ 0,1÷0,2 м, h_д = 0,15 м.

U_{вх. пр-ка}=3 * 10^-6 ∙√2= 4,24 мкВ.

При этом требуемый коэффициент усиления рассчитываем по формуле:

К_отр = U_{вх. д} / U_{вх. пр-ка} = 0,3∙ 10⁶ /4,24 = 70,71 ∙10³ (16)

Проверим, достигается ли в линейном тракте приемника требуемое усиление принимаемого сигнала. Для этого рассчитаем общий коэффициент усиления линейного тракта как произведение коэффициентов усиления его отдельных каскадов [4], т.е.

К_о = К_ВЦ * К_УРЧ * К_ПЧ * К_ФСС * К_УПЧ,

Обычно К_вц = 0,5-0,7

К_УРЧ =3-10

К_ПЧ = 1

К_ФСС =0,5-0,7

К_УПЧ = 10^{3 -} 10⁵

К_о = 0,5 ∙ 4 ∙ 1 ∙ 0,5 ∙ 10⁵ = 10⁵

Надо выполнить условие: К_о > К_отр., т.е.10⁵ > 7 ∙ 10⁴ выполняется.

2. Входные цепи

2.1 Схема и расчет входной цепи

В диапазоне УКВ используются электрически настроенные (диполи) и ненастроенные штыревые телескопические антенны, и связь входного контура с антенной - трансформаторная или внешнеемкостная.

Приближенная эквивалентная схема штыревой антенны представляет собой ЭДС Еа, влюченный последовательно с емкостью Са, приведена на рис.3.

Рис.3 Приближенная эквивалентная схема штыревой антенны

Эквивалентная емкость штыревой антенны С_А имеет малую величину, порядка нескольких пикофарад. Емкость С_А зависит от длины штыря антенны приемника в может быть определена по следующей приближенной формуле:

С_А ≈ 10 ∙ l (17)

где l - длина штыря в метрах.

При отсутствии заземления корпуса приемника емкость штыревой антенны несколько увеличивается и в зависимости от размеров корпуса приемника может иметь значения от 3 до 10 пФ.

Действующая высота штыревой антенны приближенно равна длине штыря l, т.е. h_д ≈ l = 0,15 м. ЭДС Е_А равна [4]:

Е_А = Е * h_д ≈ Е * l = 3 ∙ 0,15 = 0,45, (18)

где Е - напряженность поля.

Рис.4 Эквивалентная схема штыревой антенны в диапазоне УКВ

Выполним расчет входной цепи с внешнеёмкостной связью по схеме:

Рис. 5 Схема входной цепи с внешнеемкостной связью с антенной и внутриемкостной связью с транзистором.

Для настройки контура входной цепи используем секцию блока конденсаторов.

Вычисляем максимально допустимую емкость входной цепи:

(19)

где k_пд = f_omax/ f_omin= 108/88 = 1,227 - коэффициент перекрытия поддиапазона;

С_кmах и C_kmin - максимальная и минимальная емкости выбранного блока конденсаторов, которые выбираются из следующих соображений.

Начальная емкость контура:

, где

С_L= 3.5 пФ - собственная емкость катушки контура,

С_м = 5.10 пФ - емкость монтажа,

С_п = 2.20 пФ - емкость подстроечного конденсатора,

С_вх - входная емкость транзистора следующего каскада,

С_вых - выходная емкость транзистора каскада,

р₁=1, р₂ = 0,3.0,5 - коэффициенты подключения транзисторов к контуру.

Обычно на коротких и метровых волнах С₀ = 5.10 пФ.

Пусть С_kmin= 4 пФ и выполняется условие

, тогда

= 11,09 пФ

Таким образом, по формуле 19:

Определяем индуктивность контура по формуле [5, c.159]

(20)

где Lизмерено в микрогенри; f - в мегагерцах и С - в пикофарадах.

ρ_к =2*π* f_о*L_к = 2∙π∙108 ∙10⁶∙0,155∙10^-6 = 105,13 Ом

Параметры антенны C_Аmax= 10 пФ и C_Аmin= 3 пФ, R_А = 300 Ом

Эквивалентное затухание контура входной цепи d_эр = 0,022, собственное затухание контура d=0.01 тогда находим наибольшую емкость связи с антенной С_свА∆f, при которой разброс емкости антенны вызывает допустимую расстройку входного контура приемника, полагая, что расстройки, обусловленные разбросом емкостей антенны и входа УРЧ, одинаковы [5]: