Разработка и расчет функциональной схемы радиовещательного супергетеродинного приемника

Кф – коэффициент передачи фильтра;

Y21э – выходная проводимость транзистора;

g11э – активная составляющая входной полной проводимости, последующего усилителя.

 

Выходное сопротивление преобразователя [1, стр. 195]

 

Так как Rвых > rф необходимо шунтировать выход преобразователя сопротивлением Rш [1, стр. 195]

 

принимаем с учетом номинального ряда Е24: Rш=390000 Ом.

Коэффициент включения ФСС [1, стр. 195]

. 

Вычисляем элементы ФСС [1, стр. 195]

 

принимаем С12=1,3 пФ.

Емкость внутренних контуров ФСС [1, стр. 195]     

 

принимаем С13 = 76 пФ.

Емкость первого контура ФСС [1, стр. 195]

, 

принимаем С11 = 36 пФ.

Индуктивность катушек внешних контуров ФСС [1, стр. 195]

. 

         Полученный коэффициент больше минимально необходимого, принятого в предварительном расчете.

 

Обеспечение режима работы.

Примем напряжение на сопротивлении фильтра питания

UR4=1,5 В.

Сопротивление фильтра при токе коллектора Iк=3 мА

, 

принимаем по номинальному ряду Е24 R4=510 Ом.

Емкость конденсатора в цепи фильтра определяется из условия

, 

принимаем по номинальному ряду Е12 С10=220 пФ.

Постоянное напряжение на сопротивлении в цепи эмиттера

. 

Сопротивление в цепи эмиттера при токе Iэ»Iк=3 мА

, 

принимаем по номинальному ряду Е24 R3=2.7 кОм.

Емкость шунтирующего конденсатора в цепи эмиттера определяется из условия

, 

принимаем по номинальному ряду E24 C9=130 нФ.

Постоянный ток базы

. 

Сопротивления в цепи базы

, 

принимаем по номинальному ряду Е24 R1=R2=75 кОм.

2.2 Расчет детектора.

2.2.1. Описание принципа работы, функционального  назначения и схемы диодного детектора.

Детектированием называется процесс преобразования входных модулированных колебаний в колебания, модулирующего сигнала. В зависимости от вида модуляции соответственно различают амплитудное, частотное и фазовое детектирование. Схемы, осуществляющие детектирование, называют детекторами. Детекторы обязательно применяются в приёмниках различного назначения, а также широко применяются в средствах измерения, в системах АРУ, АПЧГ и др.

Для приёма амплитудно-модулированных колебаний необходим амплитудный детектор. Чаще всего применяются амплитудные детекторы на полупроводниковых диодах. Схемы на полупроводниковых диодах бывают параллельными и последовательными.

Модулированный сигнал Uвх д с частотой fпр подается на вход детектора. За счет нелинейного сопротивления диода VD1 происходит отсечка полупериода колебаний напряжения Uвх д. Фильтр звуковой частоты выделяет постоянную составляющую, изменяющуюся по закону модулирующего сигнала. Резистор R11 обеспечивает регулировку амплитуды сигнала на входе УЗЧ. Такое построение схемы позволяет обеспечить надежную работу системы АРУ и УПЧ, не ухудшая чувствительности приемника, т.к. при нулевом смещении детектор начинает работать уже при самых малых сигналах. Детектор сигнала приемника выполнен на точечном полупроводниковом диоде типа Д9Б. Схема диодного детектора приведена на рис. 9.

 
2.2.2. Расчет детектора.

Исходные данные:

1. диапазон частот модулирующего сигнала Fн–Fв, Гц  400–3000
2. амплитудно-частотные искажения Мн, Мв  1,1
3. максимальный коэффициент модуляции mmax  0.8
4. входное сопротивление первого каскада УЗЧ Rвх, Ом 1.103
5. амплитуда входного сигнала Uвх д, В 0,7

Требуется определить:

1. тип активного элемента;
2. параметры элементов схемы;
3. полный коэффициент передачи фильтра К’д;
4. коэффициент фильтрации kф.

 

Параметры диода Д9Б [5, стр. 356, табл. П1-6]:

1. прямая проводимость Y21, См 10.10-3
2. обратная проводимость Y12, См 0,025.10-6
3. максимальная частота fmax, Гц 80.106
4. емкость перехода анод–катод Сак, Ф 1.10-12

Сопротивление прямой передачи диода [5, стр. 170, 8-8]

 (49)

Для приближения характеристик детектора к идеальным принимаем полное сопротивление нагрузки детектора постоянному току (R=R10+R11) из расчета R > 30.Ri=30.100=3000 Ом, то есть R=10000 Ом. При таком значении R внутренний коэффициент усиления детектора mд » 1.

Сопротивления резисторов схемы (рис. 9) в соответствии с рекомендациями [5, стр. 179] из номинального ряда Е24 для R10 и R11 определяется:

R10=(0,2¸0,3).R=0,25.10000=2500, R10=2,4 кОм;

R11=(0,7¸0,8).R=0,7.10000=7000, R11=6,8 кОм;

Пересчет полного сопротивления нагрузки

R=R10+R11=2400+6800=9200 Ом.

Внутреннее сопротивление детектора [5, стр. 173]

. 

Коэффициент передачи детектора [5, стр. 174]

. 

Емкость конденсатора первого фильтра:

а) минимальное значение С18=20.Сак=20.1=20.10-12 Ф;

б) предельное значение из условия отсутствия искажения из-за инерционности нагрузки [5, стр. 176]

 

в) предельное значение из условия обеспечения амплитудно-частотных искажений [5, стр. 174]

, 

С учетом полученных пределов и номинального ряда Е12 [4, стр. 45, табл. 17] выбираем емкость конденсатора С18=2700.10-12 Ф.

Емкость конденсатора С19 определяется из условия , что его сопротивление на промежуточной частоте много меньше сопротивления резистора R1, то есть

   , 

С учетом номинального ряда Е12 [4, стр. 45, табл. 17] выбираем емкость конденсатора С19=3,3.10-9 Ф.

Емкость разделительного конденсатора [5, стр. 176]

, 

С учетом номинального ряда Е12 [5, стр. 45, табл. 17] выбираем емкость конденсатора Сp=4,7.10-6 Ф.

 

Полный коэффициент передачи детектора [5, стр. 179]

. 

Коэффициент фильтрации [5, стр. 180]

, 

Напряжение на входе У3Ч [5, стр. 169]

. 

Мощность сигнала на входе первого каскада УЗЧ

. 

 

         2.3. Расчет усилителя звуковой частоты    (УЗЧ).

  2.3.1. Описание принципа работы и функциональное назначение.

Предварительный УЗЧ собран на транзисторе VT4 по резистивной схеме с ОЭ.

В каскадах усиления на резисторах чаще всего используется схема включения транзистора с общим эмиттером, дающая наибольшее усиление мощности входного сигнала. Такой каскад отличается значительной температурной нестабильностью, что объясняется зависимостью от температуры неуправляемого тока Iко и коэффициента усиления по току.

Установка рабочей точки и ее термостабилизация осуществляется с помощью делителя напряжения R12, R13 и цепи обратной связи Rэ=R14.

Величина тока базы, определяющего рабочую точку, зависит от напряжения Uбэ между базой и эмиттером. Это напряжение численно равно разности падений напряжений: Uбэ=UR13-UR14.

Если под влиянием изменения температуры ток базы увеличивается, то одновременно возрастает и ток, протекающий через резистор R12, что приведет к увеличению тока, протекающего через резистор R14. С возрастанием падения напряжения на резисторе величина напряжения уменьшается, что приводит к снижению изменений тока базы.

Функциональное назначение предварительного УЗЧ – усиление звуковой частоты и передача ее в следующий каскад для еще большего усиления.

 

2.3.2. Расчет предварительного резистивного  УЗЧ.

Исходные данные:

1. напряжение источника питания Еист, В 9
2. амплитуда напряжения на нагрузке, равная амплитуде входного напряжения последующего каскада  Uн=Uвх, В 0,5

3. амплитуда тока в нагрузке, равная амплитуде входного тока с учетом величины тока проходящего через цепь смещения последующего каскада Iн=Iвх, А 1.10-3

4. диапазон усиливаемых частот Fн–FВ, Гц 300÷3400
5. допустимые амплитудно-частотные искажения на границах диапазона частот Мн=Мв 1

Требуется определить:

1. тип транзистора;
2. режим работы по постоянному току;
3. элементы цепи стабилизации рабочей точки;
4. элементы схемы;
5. коэффициенты передачи по току, напряжению и мощности;

Схема каскада предварительного усиления показана на рис. 10.

Выбираем тип транзистора таким образом, чтобы допустимое напряжение между коллектором и эмиттером было больше напряжения источника питания, т.е. чтобы выполнялось условие [1, стр. 287]

Uкэ доп > Eист. 

Граничная частота транзистора при включении по схеме с ОЭ должна быть больше верхней частоты диапазона [1, стр. 287]

fh21э > Fв. 

Выбираем транзистор ГТ402:

Uкэ доп = 15 В  >  Eист = 9 В.

fh21э = 10.106 Гц  > Fв = 3400 Гц.

Параметры транзистора ГТ402 [2, стр. 249-250]:

1. режим измерения Uк=5 В; Iк=1 мА;
2. коэффициент передачи по току в схеме с ОЭ h21э  30
3. диапазон рабочей температуры DТ, °С -60 ÷ +70
4. выходная полная проводимость в схеме с ОБ h22б, См 3,3.10-6
5. входное сопротивление в режиме малого сигнала h11э, Ом 220
6. граничная частота усиления fгр, Гц 10.106
7. емкость коллекторного перехода Ск, Ф  60.10-12
8. обратный ток коллектора Iкбо, А  20.10-6

Предельные эксплуатационные параметры:

9. напряжение между коллектором и эмиттером Uкэ max, В 25
10. напряжение между базой и эмиттером Uбэ max, В 5
11. ток коллектора Iк max, А 500.10-3
12. мощность на коллекторе Рк max, Вт 600.10-3

 

Минимальным нелинейным искажениям соответствует А режим работы транзистора. Усилитель должен работать без отсечки коллекторного тока.

Минимальное значение тока коллектора [1, стр. 287]

Iк min = (5¸10).Iкбо=5.20.10-6=1.10-4 А, Iк min =0,1 мА. 

Постоянная составляющая тока коллектора [1, стр. 287]

Iко > Iн + Iк min=1.10-3 +1.10-4=1,1.10-3 мА, Iко=2 мА. 

Минимальное напряжение между коллектором и эмиттером [1, стр. 287]

Uкэ min ³ 0,8÷1 В,  Uкэ min=1 В. 

Напряжение между коллектором и эмиттером [1, стр. 288]

Uкэо > Uн + Uкэ min =0,5+1 = 1,5 В, Uкэо=5 В. 

 

 

Постоянный ток базы определяется по выходной характеристике транзистора (рис. 7) Iбо=0.03 мА.

Напряжение на сопротивлении в цепи эмиттера [1, стр. 288]

URэ=(0,15¸0.2).Е=0,17.9»1,5 В. 

Сопротивление в цепи коллектора [1, стр. 288]

, Rк = 1,2 кОм. 

Элементы цепи стабилизации рабочей точки [2, стр. 91]

;

; 

,

где h21б - коэффициент передачи транзистора в схеме с ОБ,

; 

DТ - диапазон рабочих температур, DТ=70°– (-60°)=50°С;

s - необходимый коэффициент стабильности коллекторного тока, s = 2.

,  Rэ=400 Ом;

, 

,  R13=15 кОм.

Сопротивление нагрузки

Rн=Uн/Iн=0,4/1.10-3=400 Ом. 

Коэффициент передачи по току [1, стр. 269]

. 

Коэффициент передачи по напряжению [1, стр. 270]

, 

.

Коэффициент передачи по мощности

Кр= Кi.*Кu=97.13»1000. 

Мощность, потребляемая от источника питания

Pист = Iк . Eист = 1,1.10-3.9=9,9.10-3 Вт

Коэффициент полезного действия

% = 10 %

 

3. ПРИНЦИП РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ  СХЕМЫ

 

Магнитная антенна преобразует колебания электромагнитного поля в колебания электрического тока. Во входной цепи ТРЧ происходит первичная селекция сигнала с несущей частотой fн, равной частоте собственных колебаний контура. Основная задача входной цепи обеспечить избирательность приемника по помехе с зеркальной частотой. С входной цепи выделенный сигнал с частотой fн поступает на смеситель. На другой вход смесителя поступает гармоническое напряжение с частотой fг с гетеродина. В смесителе происходит перемножение и усиление этих двух напряжений с образованием двух комплементарных частот: разностной fг - fн и суммарной fг + fн. В фильтре сосредоточенной селекции (ФСС) из всех частот выделяется промежуточная частота fпр = fг - fн. Основная задача ФСС обеспечить избирательность по помехе от соседних станций (с частотами fн ± 20 кГц для АМ). Выделенный сигнал усиливается до уровня необходимого для нормальной работы детектора (около 1 В). Усиленный сигнал детектируется в детекторе  и фильтруется фильтром звуковых частот. Тракт звуковой частоты (ТЗЧ), состоящий из АУЗЧ1, АУЗЧ2 и АУЗЧ вых, усиливает информационный сигнал до уровня обеспечивающего нормальную работу выходного устройства В.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам расчета была разработана схема радиовещательного супергетеродинного приемника (П-1 и П-2). Применение дискретных элементов обуславливает использование ручного труда для сборки приемника. Приемник получается большого размера и потребляет много энергии с не высоким коэффициентом полезного действия. Применение механической перестройки по диапазону и регулировки громкости требует разработки специальных редукторов и других вспомогательных механических устройств. Все это делает разработанный приемник эстетически и технически устаревшим, и его серийное производство экономически не выгодным.