Реферат: Расчет ЧМ РПУ на ИМС

--PAGE_BREAK--Краткие выводы:


1.       Основным достоинствомприемников частотно-моду­лированных колебаний является их высокая помехоустой­чивость.

2.       Приемники ЧМ колебаний предназначены для прие­ма сигналов в диапазоне ультракоротких волн и характери­зуются широкой полосой пропускания высокочастотного канала.

3.       Приемники частотно-модулированных колебаний в основном строятся по супергетеродинной схеме, в составе которой в отличие от схем приемников амплитудно-модулированных колебаний имеются амплитудный ограничитель (когда требуется) и частотный детектор.

4.       Главное преимущество супергетеродинного приемника заключается в том, что он позволяет  обеспечить устойчивый прием слабых сигналов в условиях интенсивных помех.

5.       Более высокая чувствительность (Uвхmin=0,1-450мкВ) и большая выходная мощность супергетеродинного приемникаотличает его от других приемников.
Несмотря на указанное преимущество, супер­гетеродинные приемники имеют некоторые недостатки:
1.       В первую очередь главным недостатком этой схемы является большая сложность и трудность обеспечения постоянной промежуточной частоты fпр.

2.       Наличие паразитного дополнительного канала при­ема, называемого зеркальным или каналом симметричной станции. Частота зеркаль­ного канала fзкотличается от частоты принимаемого сигнала fcна удвоенное значение промежуточной частоты. Таким образом, супергетеродинный приемник будет одновременно принимать радио­станции, работающие на частотах fcи fзксимметрично расположен­ных относительно частоты гетеродина fг. <img width=«708» height=«197» src=«ref-1_449398909-2341.coolpic» v:shapes="_x0000_s1076 _x0000_s1077 _x0000_s1078 _x0000_s1079 _x0000_s1080 _x0000_s1081 _x0000_s1082 _x0000_s1083 _x0000_s1084 _x0000_s1085 _x0000_s1086 _x0000_s1087 _x0000_s1088 _x0000_s1089 _x0000_s1090 _x0000_s1091 _x0000_s1092 _x0000_s1093 _x0000_s1094 _x0000_s1095 _x0000_s1096 _x0000_s1097 _x0000_s1098 _x0000_s1099 _x0000_s1100">
Рисунок 2 – Ось частот, используемая в работе супергетеродинного ЧМ приемника.
     

        1. Выбор блок-схемы приемника.

        В принципе возможны два различных подхода к проектированию УКВ-ЧМ приемника. Один использует однократное, другой – двойное преобразование частоты. При относительно высокой промежуточной частоте большинство транзисторов обладают небольшим устойчивым усилением да и крутые скаты резонансной кривой получить затруднительно. Это является недостатком однократного преобразования. Двукратное преобразование с низкой второй промежуточной частотой исключает эту трудность. Дополнительным преимуществом двукратного преобразования является то обстоятельство, что общее усиление приемника распределяется по нескольким частотам. При этом заметно уменьшается опасность самовозбуждения приемника через различные паразитные связи. Для тесного монтажа в малогабаритных приемниках указанное преимущество особенно важно.

       Однако во всеволновых вещательных приемниках, содержащих также тракт АМ, применение двукратного преобразования является обычно неоправданным из-за сложности тракта ЧМ, так как невозможно использовать комбинированные каскады АМ-ЧМ. Поэтому двукратное преобразование частоты можно рекомендовать, если требуется получить показатели приемника выше, чем для первого класса, т.е.<img width=«33» height=«24» src=«ref-1_449401250-225.coolpic» v:shapes="_x0000_i1027">> 36 дБ,   крутизна ската <img width=«23» height=«23» src=«ref-1_449401475-214.coolpic» v:shapes="_x0000_i1028">> 0,25 дБ/кГц.

        По заданию к данному расчету, эти параметры равны:
<img width=«33» height=«24» src=«ref-1_449401250-225.coolpic» v:shapes="_x0000_i1029">= 23дБ

<img width=«23» height=«23» src=«ref-1_449401475-214.coolpic» v:shapes="_x0000_i1030">= 0,24 дБ/кГц
       Следовательно, для  упрощения схемы приемника, выбирается схема с однократным преобразованием частоты.
<img width=«688» height=«240» src=«ref-1_449402128-4261.coolpic» v:shapes="_x0000_s1035 _x0000_s1036 _x0000_s1070 _x0000_s1037 _x0000_s1039 _x0000_s1040 _x0000_s1041 _x0000_s1042 _x0000_s1043 _x0000_s1046 _x0000_s1047 _x0000_s1048 _x0000_s1049 _x0000_s1050 _x0000_s1051 _x0000_s1052 _x0000_s1054 _x0000_s1056 _x0000_s1057 _x0000_s1058 _x0000_s1059 _x0000_s1060 _x0000_s1061 _x0000_s1062 _x0000_s1066 _x0000_s1067 _x0000_s1068 _x0000_s1069 _x0000_s1071 _x0000_s1072 _x0000_s1075">

Рисунок 3 – Упрощенная блок-схема ЧМ приемника с однократным преобразованием  

                     частоты.
2.      Предварительный расчет усиления ЧМ на ИМС приемника.

       Требуемый коэффициент усиления напряжения от входа приемника до входа частотного детектора определяется по формуле [1]:
К`общ =  Kзап * Uвхчд / Uвхmin                                                                       (1),
где Kзап – коэффициент запаса, Kзап <img width=«57» height=«21» src=«ref-1_449406389-241.coolpic» v:shapes="_x0000_i1031">

Uвхчд – входное напряжение ЧД, В

Uвхmin– чувствительность РПУ, мкВ
      В качестве частотного детектора выбирается дробный детектор, согласно условию, что Uвхчд <img width=«37» height=«21» src=«ref-1_449406630-225.coolpic» v:shapes="_x0000_i1032">В.                                                   
Расчет формулы (1):

К`общ. =  Kзап * Uвхчд / Uвхmin  = <img width=«71» height=«44» src=«ref-1_449406855-288.coolpic» v:shapes="_x0000_i1033"> = <img width=«25» height=«21» src=«ref-1_449407143-204.coolpic» v:shapes="_x0000_i1034">

      Согласно найденному К`общ и заданному частотному диапазону в дальнейшем будет выбираться необходимый набор ИМС, обеспечивающий все функции РПУ, исключая избирательность.
          
         3. Для обеспечения избирательности <img width=«33» height=«24» src=«ref-1_449407347-225.coolpic» v:shapes="_x0000_i1035"> рассчитывается резонансная система, которая должна включаться до смесителя.

         3.1 Определение ширины полосы пропускания ЧМ РПУ на ИМС.

         3.1.1 Определение индекса модуляции <img width=«29» height=«19» src=«ref-1_449407572-209.coolpic» v:shapes="_x0000_i1036"> по формуле:
<img width=«76» height=«41» src=«ref-1_449407781-315.coolpic» v:shapes="_x0000_i1037">                                                                                                             (2),
где <img width=«31» height=«21» src=«ref-1_449408096-228.coolpic» v:shapes="_x0000_i1038">  — девиация частоты, кГц

<img width=«23» height=«19» src=«ref-1_449408324-207.coolpic» v:shapes="_x0000_i1039"> — верхняя (максимальная) частота модуляции, кГц
Расчет формулы (2):
<img width=«139» height=«44» src=«ref-1_449408531-441.coolpic» v:shapes="_x0000_i1040">= 10,7

         

     

          3.1.2 Исходя из условия <img width=«60» height=«19» src=«ref-1_449408972-238.coolpic» v:shapes="_x0000_i1041">, ширина полосы пропускания определяется по формуле:
<img width=«132» height=«25» src=«ref-1_449409210-362.coolpic» v:shapes="_x0000_i1042">                                                                                                (3),
Расчет формулы (3):
<img width=«311» height=«25» src=«ref-1_449409572-542.coolpic» v:shapes="_x0000_i1043"> кГц
         Обычно входной контур преселектора выполняют широкополосным с настройкой на fср, определяемую по формуле:
fср <img width=«113» height=«41» src=«ref-1_449410114-327.coolpic» v:shapes="_x0000_i1044">                                                                                              (4),
где fср – средняя частота рабочего диапазона приемника, МГц

fmin– минимальная частота рабочего диапазона приемника, МГц

fmax– максимальная частота рабочего диапазона приемника, МГц
Расчет формулы (4):
fср <img width=«281» height=«41» src=«ref-1_449410441-572.coolpic» v:shapes="_x0000_i1045"> МГц
     

3.2      Входная цепь, как правило,  имеет фиксированную настройку на среднюю

частоту fср рабочего диапазона, а полоса пропускания входной цепи равна ширине диапазона ffmin– fmax. Затухание входной цепи dвх. ц. определяется по формуле:
dвх.ц. <img width=«113» height=«44» src=«ref-1_449411013-341.coolpic» v:shapes="_x0000_i1046">                                                                                        (5),
Расчет формулы (5):
 dвх.ц. <img width=«253» height=«44» src=«ref-1_449411354-604.coolpic» v:shapes="_x0000_i1047"> 0,032
что соответствует затуханию на краях полосы в 3 дБ.
          3.3 Избирательность по зеркальному каналу, которую обеспечивает одиночный контур (ОК), рассчитывается по формуле:
<img width=«204» height=«45» src=«ref-1_449411958-532.coolpic» v:shapes="_x0000_i1048">                                                                               (6),
где <img width=«48» height=«24» src=«ref-1_449412490-235.coolpic» v:shapes="_x0000_i1049">  — эквивалентное затухание одиночного контура = dвх. ц.

fпр – промежуточная частота, МГц
Расчет формулы (6):
<img width=«547» height=«48» src=«ref-1_449412725-1037.coolpic» v:shapes="_x0000_i1050"> дБ
          3.4 Избирательность, обеспечиваемая ОК не достаточна, т.е. <img width=«47» height=«24» src=«ref-1_449413762-238.coolpic» v:shapes="_x0000_i1051">< <img width=«33» height=«24» src=«ref-1_449407347-225.coolpic» v:shapes="_x0000_i1052">. Следовательно, рассчитывается недостающая избирательность <img width=«52» height=«24» src=«ref-1_449414225-240.coolpic» v:shapes="_x0000_i1053"> по формуле:
<img width=«149» height=«24» src=«ref-1_449414465-340.coolpic» v:shapes="_x0000_i1054">                                                                                               (7),
где <img width=«33» height=«24» src=«ref-1_449407347-225.coolpic» v:shapes="_x0000_i1055">  — заданная избирательность по зеркальному каналу, дБ

<img width=«47» height=«24» src=«ref-1_449413762-238.coolpic» v:shapes="_x0000_i1056"> — избирательность, обеспечиваемая одиночным контуром, дБ
Расчет формулы (7):
<img width=«308» height=«24» src=«ref-1_449415268-519.coolpic» v:shapes="_x0000_i1057"> дБ
<img width=«52» height=«24» src=«ref-1_449414225-240.coolpic» v:shapes="_x0000_i1058"> возможно обеспечить либо резонансной нагрузкой УРЧ, либо в качестве входной цепи выбирают ДПФ.
          3.5 Затухание контура в нагрузке УРЧ определяется по формуле:
<img width=«369» height=«45» src=«ref-1_449416027-774.coolpic» v:shapes="_x0000_i1059">                                        (8),
предварительно переведем <img width=«52» height=«24» src=«ref-1_449414225-240.coolpic» v:shapes="_x0000_i1060">в разы по формуле:
<img width=«205» height=«43» src=«ref-1_449417041-476.coolpic» v:shapes="_x0000_i1061">                                                                                  (9),
Расчет формулы (9):
<img width=«285» height=«43» src=«ref-1_449417517-561.coolpic» v:shapes="_x0000_i1062">0,875
Расчет формулы (8):
<img width=«685» height=«91» src=«ref-1_449418078-1550.coolpic» v:shapes="_x0000_i1063">

полученное затухание реально, т.к по условию оно реально, если > 0,01. Следовательно,

<img width=«52» height=«24» src=«ref-1_449414225-240.coolpic» v:shapes="_x0000_i1064">обеспечивается резонансной нагрузкой УРЧ.
          Далее, решается вопрос о выборе схем последующих каскадов и выбираются соответствующие ИМС.
          4. Выбор ИМС, используемой в качестве УВЧ, преобразователя, УПЧ, ЧД а так же предварительного УЗЧ.

          В виду того, что в требуемом к расчету диапазоне рабочих частот, очень затруднительно согласовывать отдельные каскады на ИМС, из-за устаревшей элементной базы, в качестве УВЧ, преобразователя, УПЧ, ЧД а так же предварительного УЗЧ, применяется ИМС К174ХА34 (аналог TDA7021) [3].

          ИМС К174ХА34 включает в себя так же фильтр промежуточной частоты (см. структурную схему на рисунке 4). Так же необходимо заметить, что недостающие 1,5 дБ, составляющие <img width=«52» height=«24» src=«ref-1_449414225-240.coolpic» v:shapes="_x0000_i1069"> (которые не обеспечиваются входной цепью и должны обеспечиваться, по расчету, одиночным контуром), обеспечиваются  внутри ИМС.

          К174ХА34 имеет следующие характеристики:
          Электрические параметры:
Номинальное напряжение питания, <img width=«63» height=«24» src=«ref-1_449420108-245.coolpic» v:shapes="_x0000_i1070">, В ……………………………………...…… 3

Ток потребляемый, <img width=«39» height=«24» src=«ref-1_449420353-221.coolpic» v:shapes="_x0000_i1071">, мА, при <img width=«63» height=«24» src=«ref-1_449420108-245.coolpic» v:shapes="_x0000_i1072"> = 3 не более …………………………………6,3

Выходное напряжение НЧ, мВ, при <img width=«63» height=«24» src=«ref-1_449420108-245.coolpic» v:shapes="_x0000_i1073"> = 2,7, <img width=«31» height=«23» src=«ref-1_449421064-219.coolpic» v:shapes="_x0000_i1074">= 69 МГц не менее …………..… 80

Коэффициент ослабления амплитудной модуляции, <img width=«31» height=«23» src=«ref-1_449421283-219.coolpic» v:shapes="_x0000_i1075">, дБ не менее ……………...…… 30

Коэффициент гармоник, <img width=«27» height=«23» src=«ref-1_449421502-217.coolpic» v:shapes="_x0000_i1076">, % не более …………………………………………………… 2,5

Отношение сигнал/шум, <img width=«28» height=«24» src=«ref-1_449421719-214.coolpic» v:shapes="_x0000_i1077">, дБ не менее …………………………………………………… 40
          Предельно допустимые данные:
<img width=«40» height=«24» src=«ref-1_449421933-217.coolpic» v:shapes="_x0000_i1078">, В, минимальное ……………………………………………………………...………… 1,8

                максимальное …………………………………………………………………………. 6

Напряжение входное, <img width=«32» height=«23» src=«ref-1_449422150-214.coolpic» v:shapes="_x0000_i1065">,  минимальное ……………...………… ……………………. 10 мкВ

                                                максимальное ………………………………………………… 1 мВ

Диапазон частот входного сигнала, МГц, <img width=«44» height=«21» src=«ref-1_449422364-217.coolpic» v:shapes="_x0000_i1066">…………..……………………………...… 1,5                                                                                  

                                                                        <img width=«47» height=«21» src=«ref-1_449422581-228.coolpic» v:shapes="_x0000_i1067">…….……………………………………… 110
          Назначение выводов:
1, 2 – фильтр нижних частот

3 — общий

4 – питание (UCC)

5 – контур гетеродина

6, 13, 16 – блокировка

7, 8, 10, 11 – фильтр промежуточной частоты

9 – уровень напряжения поля

12 – вход высокой частоты

14 – выход звуковой частоты

15 – вход обратной связи 

         

         Структурная схема ИМС К174ХА34 приведена на рисунке 4, страница 15. Схема включения ИМС К174ХА34 приведена на рисунке 5, страница 16.

   

         Данная схема имеет полный набор функций ЧМ РПУ, однако не обеспечивает заданной для расчета выходной мощности. Поэтому необходимо выбрать ИМС в качестве УЗЧ, которая бы удовлетворяла заданным параметрам.
<img width=«648» height=«510» src=«ref-1_449422809-41225.coolpic» v:shapes="_x0000_i1068">
Рисунок 4 – Структурная схема ИМС К174ХА34.
          5. Выбор ИМС, используемой в качестве оконечного УЗЧ.

          5.1 Предварительный расчет УЗЧ. Определение коэффициента усиления УЗЧ по формуле:
 <img width=«83» height=«47» src=«ref-1_449464034-327.coolpic» v:shapes="_x0000_i1079">                                                                                                             (10),
где <img width=«40» height=«23» src=«ref-1_449464361-222.coolpic» v:shapes="_x0000_i1080"> — выходное напряжение УЗЧ, В.

<img width=«47» height=«24» src=«ref-1_449464583-229.coolpic» v:shapes="_x0000_i1081"> — выходное напряжение предыдущего каскада, В.
Выходное напряжение УЗЧ производится по формуле:
<img width=«127» height=«27» src=«ref-1_449464812-355.coolpic» v:shapes="_x0000_i1082">                                                                                                   (11),
где <img width=«25» height=«23» src=«ref-1_449465167-216.coolpic» v:shapes="_x0000_i1083"> — сопротивление нагрузки, Ом.

<img width=«39» height=«23» src=«ref-1_449465383-226.coolpic» v:shapes="_x0000_i1084">  — выходная мощность УЗЧ, Вт.

         

Расчет формулы (11):
<img width=«220» height=«27» src=«ref-1_449465609-459.coolpic» v:shapes="_x0000_i1085">В
Расчет формулы (12):
<img width=«187» height=«47» src=«ref-1_449466068-483.coolpic» v:shapes="_x0000_i1086">

         
          5.2 Выбор ИМС в качестве оконечного УЗЧ.

          ИМС в качестве оконечного УЗЧ выбирается исходя из требуемой выходной мощности, величины сопротивления нагрузки, а следовательно и коэффициента усиления. Для данной схемы  ЧМ РПУ целесообразно использовать ИМС К174УН4А [2].

          К174УН4А имеет следующие характеристики:
           Электрические параметры:
Номинальное напряжение питания, <img width=«63» height=«24» src=«ref-1_449420108-245.coolpic» v:shapes="_x0000_i1087">, В ……………………………………..…… 9

Ток потребляемый, <img width=«39» height=«24» src=«ref-1_449420353-221.coolpic» v:shapes="_x0000_i1088">, мА, при <img width=«63» height=«24» src=«ref-1_449420108-245.coolpic» v:shapes="_x0000_i1089"> = 9 В не более …...……………………..…… 10

Коэффициент усиления по напряжению, <img width=«27» height=«24» src=«ref-1_449467262-217.coolpic» v:shapes="_x0000_i1090">, при <img width=«32» height=«23» src=«ref-1_449422150-214.coolpic» v:shapes="_x0000_i1091"> = 100 мВ, <img width=«63» height=«24» src=«ref-1_449420108-245.coolpic» v:shapes="_x0000_i1092"> = 9 В …. ………………………………………………………………………………………………… 4…40

Выходная мощность,<img width=«39» height=«23» src=«ref-1_449465383-226.coolpic» v:shapes="_x0000_i1093">, Вт, при <img width=«63» height=«24» src=«ref-1_449420108-245.coolpic» v:shapes="_x0000_i1094"> = 9 В, <img width=«25» height=«23» src=«ref-1_449465167-216.coolpic» v:shapes="_x0000_i1095">= 4 Ом, <img width=«27» height=«23» src=«ref-1_449421502-217.coolpic» v:shapes="_x0000_i1096">    продолжение
--PAGE_BREAK--