Радиоприемник

5 Заключение
Современные системы проектирования, такие как Microcap и Proteus обладают широкими возможностями для проектирования и симуляции собственных устройств, а также для изучения процессов, происходящих в различных электрических цепях. В ходе данной работы усовершенствован механизм высокочастотного тракта. Произведены анализы работоспособности схемы в различных эксплуатационных условиях. Устройство является работоспособным при нормальных условиях эксплуатации

...

1 Задание 3
2 Описание электрической схемы и работы устройства. 3
3 Расчет Высокочастотной части и моделирование 6
4 Проектирование печатной платы 24
5 Заключение 28
6 Список использованной литературы 29

1 Задание
Название устройства: Радиолюбительский приемник «Юность 102» прямого усиления СВ-диапазона с много каскадным ВЧ и много каскадным НЧ. Основные характеристики: диапазон принимаемых частот - 520 1600 кГц; источник питания 9 В; чувствительность 400 мкВ (ГОСТ 5651 – 76 приемника переносного 3 класса); выходная номинальная мощность 80 мВт; максимальная мощность 150 мВт; диапазон воспроизводимых звуковых частот: 350 4000 Гц.
Исходная схема электрическая принципиальная устройства:

В каскаде с ОБ можно применить эмиттерную стабилизацию, а можно коллекторную стабилизацию ток. Эмиттерную стабилизацию настраивать тяжелее, она обладает наилучшими характеристиками по стабильности режима транзистора. Но в ряде случаев, включая наш случай (относительно, не высокая частота работы, не высокие требования по чувствительности), достаточно коллекторной стабилизации. Схема на рисунке 4Рисунок 4 - 1 часть УРЧИспользуем частично методику [1] для выбора положения рабочей точки транзистора и расчета элементов цепи смещения по постоянному току.Напряжение питания E = 9 В (по начальному условию). Минимальное напряжение в рабочей точке транзистора равно:U0=Uкэ нас+Uвых+Uнест=0,75+0,04+1,6=2,39 В,Где Uкэ нас=0,75 В – напряжение коллектор-эмиттер насыщения транзистора (рисунок 5 и [4]);Uвых=Uвх*Ку=400∙10-6∙100=0,04 В – предполагаемая амплитуда синусоидального сигнала на выходе каскада усилителя (Ку – коэффициент усиления по напряжению взятый 100 в связи с подключением транзистора с общей базой, где обеспечивается высокий коэффициент передачи по напряжению); Uнест- допустимая нестабильность в рабочей точке в диапазоне рабочих температур (выбрана по рекомендации [1]). Чтобы сдвинуть рабочую точку правее по ВАХ присвоим значение U0=4,5 В. Рисунок 5 – ВАХ транзистора 2N699Величина резистора в цепи коллектора Rк:Rк=E-Uэ-U0-UвыхImin+UвыхRн=9-0,9-4,5-0,043∙10-3+0=1560 Ом,где Uэ – напряжение в эмиттере, которое берем 10 % от E [1];Imin – минимальный ток транзистора (его величиной задались, чтобы исключить попадание рабочей точки транзистора в нелинейную область характеристик при малых токах).Ток в рабочей точке:I0=Imin+UвыхRк+UвыхRн=3∙10-3+0,041560=3,025 мА,где UвыхRн≫0, так как используем эмиттерный повторитель с большим входным сопротивлением, поэтому последний член опускаем.В эмиттерной цепи назначим Rэ=50 Ом, так как собственное сопротивление эмиттера транзистора маленькое (почему мы и выбрали схему с ОБ) специально для подключения входной цепи (ВЦ) (описывалось выше) и параллельно подключать большое сопротивление смысла не имеет. Напряжение на эмиттере для открытия перехода эмиттер-база найдем:Uэ=I0∙Rэ=3,025∙10-3∙50=151 мВПроверим рассчитанные данные УРЧ на работоспособность в Microcap. Синусоидальный источник запустим с частотой 1 МГц (как раз примерно середина рабочего диапазона частот) с амплитудой сигнала 0,01 мА. Результаты моделирования на Рисунке 6 и 7. Рисунок 6 – Схема электрическая принципиальная с результатами динамического моделирования в Microcap.Рисунок 7 – Зависимость амплитуды сигнала от времени на входе и на выходе УРЧ1Как видно из рисунков, примерно рассчитанные значения совпадают. R4 – эквивалент нагрузки, R3 – подобрали без расчета. Числа зеленые – номиналы и названия элементов; числовые значения розовые – напряжения; синие – значение тока и направление. Также синим цветом на схеме (рисунок 6) отмечены названия узлов (например, in, out1). Узлы нам нужны, чтобы указать программе, в каком месте показывать какие требуется, величины.Теперь нам требуется «прицепить» к выходу УРЧ1 эмиттерный повторитель, как запланировали.На рисунке 3 изображена схема с эмиттерным повторителем.В качестве VT2 выбран подходящий по параметрам транзистор 2N1132[5]. Сопротивление коллектора эмиттерного повторителя выберем 2000 Ом. ВАХ транзистора из Microcap изображена на рисунке 8. Моделирование динамических характеристик на рисунке 9. Моделирование временных характеристик на рисунке 10. Как видим на рисунках, всё работает.Рисунок 8 – ВАХ транзистора 2N1132Рисунок 9 - Схема электрическая принципиальная с результатами динамического моделирования в Microcap.Рисунок 10 – Зависимость амплитуды сигнала от времени на входе УРЧ1, на выходе УРЧ1 и на выходе УРЧ1 вместе с эмиттерным повторителем.Теперь следует адаптировать оставшиеся часть схемы, которая была изначально у приемника «Юность 102».Из исходного рисунка 1 «прицепляем детекторную часть» на диоде V5 и транзисторе V6. Получилась рабочая схема на рисунке 11. Как видно диоды и транзистор работают. На вход подали амплитудно-модулированный сигнал через эквивалент антенны обсуждаемый ранее. Емкости конденсаторов подобраны экспериментально. На рисунке точки съема сигналов.Рисунок 11. Схема высокочастотного тракта для моделированияНа рисунке 12 показан амплитудно-модулированный сигнал изменяющиеся по амплитуде во времени до детектора и после детектора в точках согласно рисунка 11. Рисунок 12. Зависимость амплитудно-модулированного сигнала от времени.Чтобы снять другие характеристики, подключим импульсный сигнал с широким спектром. Рисунок 13. Меняются названия узлов автоматически, поэтому снова изобразим схему на рисунке 14 – как она выглядит во время снятия АЧХ.Рисунок 13 – Временная характеристика импульсного сигнала на входе Рисунок 14 – Схема с импульсным источником сигналаАЧХ и ФЧХ входной цени (ВЦ) изображены на рисунке 15. Несколько кривых это результат разных значений емкости С8 ВЦ.Рисунок 15 – АЧХ и ФЧХ фильтра входной цепиИз рисунков, примерно на частоте 1,6 МГц коэффициент передачи стремится к нулевому значению. Фазовый сдвиг в нашем диапазоне радиочастоты практически отсутствует. Спектр принимаемого канала 3650 Гц (из формулировки задания). Ширина требуемой полосы частот 1080 кГц. Максимальное число потенциальных каналов прием:Nпот=1080∙1033650≈295.Изменение фазы в пределах одного канала:∆φ=57295=0,19 град.Такое значение не существенно и незаметно человеческому уху (по заданию: прием звукового сигнала). Понаблюдаем как ведет себя биполярный транзистор VT1 (1 транзистор, рисунок 15) при изменении температуры от 20 до 100 градусов Цельсия. Наблюдаемые величины – ток и напряжения на коллекторе транзистора (выход). Но нужно еще не забывать, что мы нагрели все элементы и сняли характеристику на одном элементе.Рисунок 16 – Зависимости напряжения и тока на коллекторе биполярного транзистора УРЧ от температурыПереходные процессы в транзисторе VT1 (рисунок 15) показаны на рисунке 17. На рисунке выходной сигнал источника (7), вход сигнала транзистора (in) и что получаем на выходе транзистора (out1).