Устройства приема и обработки сигнала

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе произведен расчет телевизионного РПУ. Рассчитанная схема приёмника обеспечивает параметры, указанные в техническом задании: ослабление по зеркальному каналу не менее 40 дб, ослабление по соседнему каналам не менее 2,5 дб, коэффициент шума линейного тракта – 4,5, что в 1,5 раза меньше допустимого для данной схемы.
В результате выполнения проекта был получен ценный опыт разработки радиоприемных устройств, получены навыки в расчете различных каскадов РПУ, также были закреплены знания, аналоговой и цифровой схемотехники.
По полученному заданию была проделана работа в полном объеме. Разработанное устройство удовлетворяет всем пунктам технического задания.

...

Содержание


ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1.1.Расчет полосы пропускания приемника 9
1.2. Расчет допустимого коэффициента шума. 9
2. РАСЧЕТ ВХОДНОЙ ЦЕПИ ПРИЕМНИКА. 14
3.РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЯ РАДИОЧАСТОТЫ 18
4. РАСЧЕТ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ. 22
5.РАСЧЕТ УПЧ. 25
5.1. Расчет усилителя на ИМС 29
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 33
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 34

ВВЕДЕНИЕ

Основная задача проектирования радиоприемного устройства (РПУ) заключается в обеспечении его работоспособности с параметрами, указанными в техническом задании.
Разработка любого радиотехнического устройства начинается с внешнего этапа, когда происходит обоснование внешних (выходных) параметров. Второй этап – внутреннее проектирование сводится к определению необходимых характеристик составных частей, обеспечивающих внешние заданные параметры. Такой подход осуществляется на любом уровне – устройство, блок, узел и т. д.
Таким образом, последовательность проектирования РПУ представляется следующим образом:
• по имеющимся исходным данным выбирается метод обработки сигнала и синтезируется структурная схема всего устройства с определением требований к основным частям;
• синтезируются ст руктурные схемы отдельных функциональных блоков;
• осуществляется синтез структурных схем функциональных узлов с разработкой требований к отдельным звеньям, интегральным микросхемам и т. д.;
• выбирается элементная база и рассчитывается принципиальная схема функциональных узлов, оценка допусков на параметры интегральных схем;
• разработка конструкции отдельных узлов (микроблоков, микросборок) и устройства в целом.
Целью данного курсового проекта является разработка радиоприемного устройства телевизионного сигнала.
При проектировании профессиональных телевизионных РПУ характерна следующая последовательность действий:
1. Выбор и обоснование структурной схемы РПУ.
В результате анализа существующих структурных схем аналогичных РПУ выбирается наиболее полно отвечающая техническому заданию с обоснованием принятого решения.
2. Расчет структурной схемы РПУ.
Он включает в себя расчет необходимой полосы пропускания, коэффициента прямоугольности главного тракта приема, определение запаса полосы пропускания с учетом неточности и нестабильности частот настройки передатчика и приемника, выбор типов фильтров в трактах промежуточных частот, выбор количества преобразований частоты и номиналов промежуточных частот.
3. Разбивка заданного диапазона частот на поддиапазоны.
В результате расчета определяется: способ разбивки на поддиапазоны, число поддиапазонов, граничные частоты поддиапазонов – номинальные и фактические.
4. Выбор типов смесителей и детекторов.
В результате анализа различных видов смесителей и прикидочных расчетов определяются: вид нелинейного элемента в смесителе; тип схемы преобразователя; способ включения нелинейного элемента и вид его связи с цепями сигнала, гетеродина и промежуточной частоты; тип фильтра в нагрузке смесителя; динамические диапазоны преобразователя по сигналу и помехе или допустимые напряжения сигнала и помехи на входе смесителя; примерные коэффициенты шума и усиления по мощности.
В результате анализа различных типов детекторов и прикидочных расчетов определяются следующие их показатели: типы детекторов для различных видов работ; вид нелинейного элемента; номинальное значение напряжения входного сигнала; коэффициент передачи, крутизна детекторной характеристики или уровень выходного напряжения; входное сопротивление.
5. Распределение избирательности и усиления по трактам.
6. Определение состава тракта сигнальной частоты.
Задачами проектирования структурной схемы тракта являются: выбор типов электронных приборов и схем их включения; ориентировочный выбор параметров контуров; предварительный выбор вида и степени связи входных контуров с антенной и первым каскадом приемника; определение структуры тракта из условия обеспечения заданных техническими условиями чувствительности и избирательности; уточнение распределения избирательности и усиления между элементами тракта.
7. Определение состава тракта промежуточной частоты.
В результате расчета структурных схем должны быть получены следующие данные: выбраны типы полупроводниковых приборов в каскадах усилителей промежуточных частот и схемы их включения; выбраны типы схем –усилителей и числа каскадов; определены основные параметры избирательных систем и степени связи избирательных систем с усилительными каскадами; определены число каскадов в тракте и необходимые параметры одиночного каскада.
8. Электрический расчет принципиальной схемы РПУ
 

13, рис.1.3;- действующая частота приемной антенны; Дж/град – постоянная Больцмана;- эффективная шумовая полоса приёмника; - стандартная температура приемника; - внутренне сопротивление приемной антенны. Рис.2 График зависимости температуры антенны приёмника от частоты.Подсчитаем допустимый коэффициент шума приемника: Вычислим ожидаемый коэффициент шума приемника, для этого воспользуемся формулой :, где:Nвц, Nувч, Nпч, Nупч – коэффициенты шума входной цепи, УРЧ, преобразователя частоты и УПЧ соответственно;KРвц, KРурч, Kрпч – коэффициенты передачи мощности входной цепи, УРЧ и преобразователя частоты; Во входной цепи используем внутриемкостную связь с антенной и транзистором: , В УРЧ используем схему на транзисторе с общим эмиттером:, Для транзистора КТ355А: , В преобразователе частотыиспользуем схему на транзисторе с общим эмиттером: , Для транзистора КТ382А: , - коэффициент шума широкополосного усилителя промежуточной частоты, где - коэффициент передачи мощности антенного фидера.Так как то выбранная схема удовлетворяет по коэффициенту шума1.3. Выбор средств обеспечения усиления линейного тракта.Преселектор обеспечивает ослабление зеркального канала и частично ослабление соседнего канала.Выбираем схему преселектора №3. Рис. 3 Структурная схема линейного тракта.Построение тракта последней ПЧ основано на двух принципах, справедливых для любых радиоприемников: первый заключается в распределении селективности и усиления между всеми каскадами УПЧ, второй — в разделении между каскадами этих функций. С точки зрения качества функционирования приемника второй принцип является безусловно перспективным. При этом необходимая селективность (по сигналу и соседнему каналу) создается фильтром сосредоточенной селекции (ФСС), включаемым после смесителя, а требуемое усиление обеспечивается последующими каскадами УПЧ со слабой избирательностью. Такая система, как показывает практика, является наиболее подходящей по большинству основных показателей, чем система с распределенной избирательностью. В частности даже ФСС на LC- элементах с п контурами с точки зрения основного параметра— селективности оказывается лучше, чем система каскадно-соединенных К одинаковых фильтров с п/К количеством контуров в каждом [2]. Особенно эффективным оказывается использование в современных радиоприемниках различных малогабаритных высококачественных фильтров, выпускаемых в настоящее время в широком ассортименте промышленностью. Построение УПЧ по первому принципу допустимо лишь в простых радиовещательных радиоприемниках, также для радиолокационных и телевизионных приемникахДля построения тракта промежуточной частоты используем наиболее перспективный принцип разделения функции усиления и избирательности между каскадами УПЧ. В этом случае необходимая селективность (в основном по соседнему каналу) создается фильтром сосредоточенной селекции (ФСС), включенном после смесителя, а требуемое усиление обеспечивается каскадами усиления со слабой избирательностью.Для выбранного преселектора вычисляем обобщенную растройку для краев полосы пропускании приемника.Для обеспечения избирательности по соседнему каналу будем использовать УПЧ с ФСИ.Для работы детектора в линейном режиме обычно берут напряжения на входе детектора .(Трофимов, стр.27)Распределим коэффициент усиления преселектора:Коэффициент усиления, который нужно получить от УПЧ: 2. РАСЧЕТ ВХОДНОЙ ЦЕПИ ПРИЕМНИКА. Для входной цепи используем схему с индуктивной связью с антенной и транзистором[1]. Рис. 4. Схема входной цепи с индуктивной связью с антенной и транзисторомНайдем коэффициент перекрытия по частоте всего диапазона:Выбираем блок переменных конденсаторов. (Рекомендуется за исходную брать минимальную частоту диапазона fmin= 198 МГц)СНmin=7 пФ, СНmах=210 пФ двухсекционный блок конденсаторов КПЕ-3Ориентировочные емкости монтажа и катушек:См=5 пФ, CL=3 пФ собственная емкость катушки контура.Проверим данное соотношение, -суммарная паразитная емкость пФ (1,18)2≤ (210пФ+8пФ)/(7пФ+8пФ) 1.39 ≤ 14.5, неравенство выполняется, значит применение этого элемента настройки возможно.Затухание эквивалентного контура dэр= 0.02Максимально допустимая емкость ВЦ: пФВычислим индуктивность контура: мкГнНаходим индуктивность связи с антенной:- минимальная емкость антенны - коэффициент удлинения антенны, с ростом которого падает коэффициент передачи ВЦ, но растет его равномерность по диапазону Определим коэффициент связи с антенной и коэффициент включения входной цепи к входу УРЧ для получения требуемой избирательности по зеркальному каналу Slзк так, чтобы на крайних частотах диапазона были равны суммы затуханий, вносимых антенной и входом УРЧ.,где Вычисляем коэффициент связи с антенной, обеспечивающий допустимую растройку контура ВЦ. При этом полагаем, что антенна и вх. ёмкость УРЧ вносят одинаковую растройку, причем суммарная расстройка не превышает половины полосы пропускания. Полагаем также, что при регулировке мы компенсируем среднее изменение L по диапазону. Тогда некомпенсированным остается лишь влияние случайных отклонений Cа при эксплуатации. Для этого берем допустимую растройку контура антенной:Сравниваем и выбираем из условий: , , , где - конструктивно выполнимый коэффициент связи, равный 0,5÷0,6 для катушек с универсальной намоткой и 0,4÷0,5 для катушек с однослойной намоткой. Итак, kсв а≤0.4 , kсв а≤0.047, kсв а≤0.039. Выбираем коэффициент связи kсв а≤0.039.Выбираем индуктивность связи так, чтобы она совместно с ёмкостью образовывала контур, настроенный на частоту выше при верхней настройке гетеродина: Вычисляем коэффициент связи между катушками L и Lсв вх , необходимый для получения mвх , определенного ранееНаходим емкость подстроечного конденсатора:пФОпределяем коэффициент передачи ВЦ для f0maxи f0min: где - частота настройки входной цепи. 3.Расчет усилителя радиочастоты. Рис.5 Схема однокаскадного УРЧ на дискретных элементахLk2 и Ck2 служат резонансной нагрузкой УРЧ; емкости Ср1, Ср2 разделяют по постоянному току рассматриваемый каскад от предыдущего и последующего. Резистор Rэ осуществляет термостабилизацию каскада, создавая отрицательную обратную связь по постоянному току, СЭ- устраняет отрицательную обратную связь по переменному току. Резистор Rф и конденсатор Сф образуют развязывающий фильтр. Делитель Rд1 и Rд2 обеспечивают подачу прямого смещения на эмиттерный переход транзистора, т.е. обеспечивает выбранный режим УРЧ по постоянному току. Через блокировочный конденсатор Сб напряжение сигнала подается непосредственно на эмиттерный переход транзистора, минуя делитель.Расчет элементов, обеспечивающих режим УРЧ.В качестве активного элемента выбираем транзистор КТ355А , где - граничная частота крутизны характеристики в схеме с ОЭ, при которой падает до уровня 0,7 от своего низкочастотного значения, а - максимальная частота принимаемых сигналов.1500МГц ≥ 312 МГц, условие выполняется.Справочные данные транзистора КТ 355 А n-p-n типа:Таблица 1. Тип транзистораСтруктураUкбо,ВUкэmax,ВIкmaxмАРкmaxмВтh21эIкб0мкАfrp,МГцКТ 355Ап-р-п2020 5015080-100≤115003300МГц3,760 ncОпределяем изменение обратного тока коллектора:Находим тепловое смещение напряжения базы:Рассчитываем необходимую нестабильность коллекторного тока:Вычисляем сопротивление резисторов: Рассчитаем емкости конденсаторов:Сэ=Сб=500ω0Rэ=5006.28∙206∙106∙56=500∙10-672446,2=6,9 нФСф=50ω0Rф=506.28∙206∙106∙150=257 пФkу=0.9- требуемый коэффициент устойчивости,Выбираем трехсекционный блок конденсаторов СНmin=12 пФ, СНmах=495 пФВыбираем коэффициент подключения контура к транзистору:m1=0.2m2≤m2зк=dэр-d2πf0maxL-m12gвыхgвхm2≤m2зк=0.02-0.016.28∙206∙106∙488∙10-6-0.22∙25∙10-37.17∙10-3=0.37m2=0.37Резонансный коэффициент усиления каскада УРЧ на макс. частоте:K0=Y21m1m2ω0maxLdэр=10-2∙0.37∙0.2∙6.28∙206∙106∙488∙10-60.02≈2335,8Определяем устойчивый коэффициент усиления, при kу=0.9.К0<КустВычисляем емкость подстроечного конденсатора:Сп=Ссхmin-Скmin-m12Свых-m22Свх2-С1Ссхmin=1/(ω0maxL) = 1/((2∙3.14∙206∙106)∙488∙10-6) = 158 пФ – минимальная емкость контура каскадаСкmin - минимальная емкость конденсатора настройкиСп=158пФ-4пФ-0.22∙4пФ-0.372∙5пФ-3пФ=151пФОпределяем коэффициент шума при настройке входного контура на частоту f0:При оптимальном согласовании, подбирая m1вх и m2вх можно снизить коэффициент шума до величины: 4. РАСЧЕТ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ. Рис.6 Схема преобразователя частоты на дискретных элементах Выберем транзисторный преобразователь частоты с внешним гетеродином. В таком преобразователе сигнал от входной цепи поступает к базе биполярного транзистора смесителя, включенного по схеме с ОЭ. При таком включении входная проводимость смесителя для напряжения сигнала получается меньшей, чем в схеме с ОБ. В качестве активного элемента используем транзистор КТ 382А n-p-n типа.Справочные данные транзистора КТ 382А n-p-n типа: Таблица 2. Тип транзистораСтруктураUкбо,ВUкэmax,ВIкmaxмАРкmaxмВтh21эIкб0мкАfrp,МГцКТ 382Ап-р-п1520 40100 60-200≤ 0,518003150 ncРассчитаем элементы питания транзистора: КТ 382АПараметры рабочей точки:Iк0= 11 мАUкэ0=12ВUп=15 ВG – параметры для данного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером:g11=ΔIб∆Uбэ=0.1∙10-30,03=3.33мСмg22=ΔIк∆Uкэ=11∙10-30,8=13.75мСм Допустимое изменение тока коллектора:∆Ik0=0.1∙Ik0=0.1∙11∙10-3=1.1 мАИзменение обратного тока коллектора:∆Ik0*≈∆Ik0*∙e0.1∆t-1=5∙10-6∙16.82=84.1мА Определяем тепловое смещение напряжения базы:∆Uэб=γТmax-Tmin=1.8мВК∙362-213К=2.6 ВРассчитываем необходимую нестабильность коллекторного тока:∆Ik=IkТmax-TminТ0=25∙10-3∙362-213290=5.61 мАВычисляем сопротивление резисторов:Rэ=∆Uэб+10…20∆Ik0*g111∆Ik0=2.6+10∙11∙10-33.33∙10-35.61∙10-3=6.4 Ом Находим сопротивление фильтра:Rф=Eп-UкэIк-Rэ=15-1211∙10-3-6.4=75 ОмНаходим сопротивления делителя:Rд2=10…20Eпg11∙Rэ∙Iк=10∙153.33∙10-3∙6.4∙11∙10-3=55 кОмRд1=10…20Eпg11(Eп-Rэ∙Iк)=10∙153.33∙10-315-6.4∙11∙10-3=1.