Разработка технических требований к проектируемому устройству

Содержание

1.Аннотация. 3

2.Анализ ТЗ.. 4

3. Разработка технических требований к проектируемому устройству.. 10

4.Схемотехнические расчёты.. 11

5.Расчет температурных допусков. 23

6.Обоснование выбора элементной базы.. 26

7.Заключение. 27

8.Приложение. 28

9.Список литературы.. 30


Аннотация

Целью данного курсового проекта является расчет и проектирование схемы контура гетеродина радиоприемника. В ТЗ представлены исходные данные и схема двухдиапазонного контура гетеродина с перестройкой КПЕ.

Гетеродин представляет собой маломощный генератор электрических колебаний, применяемый для преобразования частот сигнала. Гетеродин создаёт колебания вспомогательной частоты, которые смешиваются с поступающими извне колебаниями высокой частоты, в результате чего получается постоянная разностная (промежуточная) частота. Гетеродин должен иметь высокую стабильность частоты и незначительные по амплитуде гармонические колебания.

 


Анализ ТЗ

Гетеродином называется перестраиваемый автогенератор, используемый в схеме преобразователя частоты супергетеродинного радиоприемника.

Любой усилитель электрических колебаний, применяемый для усиления принятого сигнала в радиоприемниках, может эффективно работать только в узком диапазоне частот. Чтобы расширить диапазон приема, в радиоприемниках и применяют гетеродин. На специальное устройство - смеситель - подают предварительно усиленный по высокой частоте принятый сигнал и сигнал с гетеродина. На выходе смесителя получают сигнал на промежуточной частоте.

Основные требования, предъявляемые к гетеродину:

•генерация колебания необходимой частоты и перестройка частоты в заданном диапазоне;

•высокая стабильность частоты колебаний генератора;

•обеспечение необходимой амплитуды напряжения;

•постоянство амплитуды генерируемых колебаний;

•минимальный уровень высших гармоник в выходном напряжении.

Простейшие схемы гетеродинов представляют собой однокаскадные генераторы с самовозбуждением.

Транзисторные гетеродины

Основные схемы генераторов с самовозбуждением, которые могут использоваться в качестве гетеродинов супергетеродинных приемников:

•генераторы с трансформаторной обратной связью;

•генераторы с индуктивной обратной связью;

•генераторы с емкостной обратной связью;

•генераторы на LC-элементах с эмиттерной обратной связью;

•двухтактные генераторы;

•гетеродины с кварцевой стабилизацией частоты;

•гетеродины на интегральных микросхемах.

 

Генераторы с трансформаторной обратной связью

Колебательный контур в схеме автогенератора с трансформаторной связью может включаться либо во входную, либо в выходную цепь транзистора. Особенностью гетеродина с трансформаторной связью является то, что обратная связь осуществляется с помощью трансформатора, первичная обмотка которого вместе с конденсатором образует колебательный контур, включенный в выходную цепь транзистора и определяющий частоту генерации схемы.

Рис.1 Генератор с трансформаторной обратной связью

 

Генераторы с индуктивной обратной связью

Рис. 2 Генератор с индуктивной обратной связью

В отличие от схемы с трансформаторной обратной связью в схемах с индуктивной обратной связью трансформатор заменен катушкой LК с отводом.

Индуктивность этой катушки вместе с емкостью параллельно включенного конденсатора С определяет резонансную частоту возбуждения генератора.

 

 

Генераторы с емкостной обратной связью

На рис.3 показана схема генератора с емкостной обратной связью и однополярным источником питания.

Особенностью генератора с емкостной обратной связью является наличие емкостного делителя напряжения, который определяет коэффициент передачи цепи обратной связи.

Рис.3 Генератор с емкостной обраной связью
В схеме выходное напряжение между коллектором и общей шиной формируется на конденсаторе С1, в то время как напряжение обратной связи (между базой и общей шиной) — на конденсаторе С2.

Генераторы на LC-элементах с эмиттерной обратной связью

Схема автогенератора с эмиттерной обратной связью на основе дифференциального каскада приведена на рис.4.

Рис.4 Генератор на LC-элементах
Напряжение на базе транзистора VT1 синфазно напряжению на коллекторе транзистора VT2. Возникающая при непосредственном соединении этих электродов обратная связь является положительной, коэффициент петлевого усиления генератора пропорционален крутизне характеристик используемых транзисторов. Он может регулироваться в определенных границах путем изменения тока эмиттеров.

Двухтактные генераторы

Применение в генераторах двухтактных схем увеличивает их мощность и повышает коэффициент полезного действия. Использование дифференциальных каскадов позволяет проектировать гетеродины для связной и радиотехнической аппаратуры на частотах до 500 МГц. Двухтактные генераторы большой мощности имеют меньшие амплитуды высших гармоник выходного сигнала.

Гетеродины с кварцевой стабилизацией частоты

Высокую стабильность частоты обеспечивают кварцевые гетеродины с внешним подключением резонаторов. Электрический кварцевый резонатор (пьезокристалл) ведет себя как колебательный контур с высокой добротностью, в котором энергия электрического поля преобразуется в энергию механических колебаний.

Гетеродины на интегральных микросхемах

Интегральные схемы, которые применяются в гетеродинах радиоприемных устройств, можно разделить на следующие три типа:

1.ИМС, в состав которых входят универсальные высокочастотные усилители;

2.ИМС, которые содержат специализированные активные элементы, выполняющие функции генераторов с внешним подключением резонатора;

3.многофункциональные ИМС, в состав которых входят кроме активных элементов гетеродина также и другие узлы радиоприемного устройства.

Для возникновения колебаний необходимо, чтобы внешний колебательный контур был настроен на частоту кварцевого резонатора.

Частоту колебательного контура можно также выбирать как целое, кратное резонансной частоте колебаний кварца, и возбудить тем самым резонатор на соответствующей кратной гармонике.

Этот метод применяется для получения частот, превышающих собственную частоту колебаний кварца (обычно свыше 100 МГц).

Супергетеродинный радиоприёмник

Супергетеродинный радиоприёмник (супергетеродин) — один из типов радиоприёмников, основанный на принципе преобразования принимаемого сигнала в сигнал фиксированной промежуточной частоты с последующим её усилением.

Рис. 5 Схема супергетеродинного радиоприемника

Колебательный контур гетеродина перестраивается одновременно с входным контуром смесителя — конденсатором переменной ёмкости (КПЕ) или варикапом.

Одно из главных преимуществ супергетеродина: цепи усилителя промежуточной частоты настроены всегда на одну и ту же постоянную частоту. Гетеродин настраивают так, чтобы для каждой принимаемой частоты его ток, складываясь с током антенны, давал всегда одну и ту же результирующую частоту, равную промежуточной.

Примеры схем гетеродинов на биполярном транзисторе изображены на рис. 6, а и б.

 


 

Разработка технических требований к проектируемому устройству

Класс любого бытового радиовещательного приемника опреде­ляется большим количеством электрических и акустических пара­метров, а также различными потребительскими функциями. Ос­новными параметрами, характеризующими качество работы радио­приемника и регламентируемыми стандартами ГОСТ 5651 — 76 и ГОСТ 20842 — 75, являются: «диапазоны принимаемых частот (волн); реальная чувствительность; селективность по соседнему и зер­кальному каналам и на частоте, равной промежуточной; диапа­зон воспроизводимых звуковых частот; коэффициент гармоник; действие автоматической регулировки усиления (АРУ), уровень фона.»

Таблица 1. Технические требования к радиоприёмному устройству

Диапазон принимаемых частот 0,15-0,41 МГц (СВ)
Значение промежуточной частоты 0,11 МГц
Конструктивная добротность контура
Вид перестройки контура КПЕ
Выходная мощность усилителя 100 мВт
Категория размещения 4 (Работа в помещениях с регулируемым климатом-жилые дома)
Климат Умеренный
Температурный диапазон,°С + 1 - + 35
Степень жесткости I

 

4.Схемотехнические расчёты

На рисунке 7 представлена расчетная схема двухдиапазонного контура гетеродина с перестройкой КПЕ

 

Начнем с расчета цепи питания усилительного каскада.

В данной схеме частотно-избирательной цепи в качестве усилительного прибора использован биполярный транзистор, включенный по схеме с ОЭ при фиксированном потенциале базы и эмиттерной температурной стабилизацией, в которой реализована отрицательная обратная связь (ООС) по току (рис.8).

Рис.8.Схема усилительного каскада на биполярном транзисторе с ООС по току.

Расчет производится в следующем порядке:

1) Выбор транзистора. В данном ТЗ был предложен транзистор КТ312.

2) Выбор режима работы транзистора в усилительном каскаде. Для получения минимальных нелинейных искажений обычно используется режим класса А, в котором рабочая точка транзистора выбирается посередине нагрузочной прямой, построенной на выходных характеристиках транзистора Iк=f(Uкэ), где Iк — ток коллектора; Uкэ - падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер в рабочей точке.

2.1) Первоначально определяется рабочая область режима транзистора.

Сверху она ограничивается предельным значением тока коллектора Iк.max, справа — предельным значением напряжения на коллекторе Uкэ.max. На графике (рис. 9) проводятся соответствующие ограничивающие линии, параллельные осям координат.

2.2) Затем по формуле

строится вспомогательная линия максимальной мощности Pк.max, рассеиваемой на коллекторе транзистора. Эта линия имеет вид гиперболы, ограничивающей сверху рабочую область режимов транзистора.

 

Таблица 2. Зависимость Iк=f(Uкэ) для транзистора типа КТ312А, Pк.max=200мВт

,В 1,67
,мА 13,3

 

2.3) Рассчитывается величина напряжения питания:

Uп = (0,6…0,8)Uкэ.max=0,7*20=14 В Uп=15 В (2)

Выбирается ближайшее стандартное значение Uп из ряда: 5,0; 6,0; 9,0; 12,6; 15; 24; 27 В. Полученное значение Uп отмечается на горизонтальной оси Uкэ.

2.4) Рассчитывается величина максимальной амплитуды напряжения на коллекторе:

Полученное значение Uтк.max выбирается в качестве рабочего напряжения коллектор-эмиттер Uкэ.р; Uкэ.р = Uтк.max. При этом значение Uтк.max не должно быть менее величины Uвых - амплитуды напряжения на выходе усилителя и на нагрузке.

2.5)Рассчитывается максимальное амплитудное значение коллекторного тока, А:

Полученное значение Iк выбирается в качестве рабочего значения коллекторного тока: Iк.р = Imк.

2.6) Откладываем на оси Iк графика (рис. 9) полученное значение Iк.р и проводим перпендикуляр к оси Iк до пересечения с перпендикуляром, восстановленным из точки Uкэ.р.

 

Рис.9. Входные и выходные характеристики транзистора КТ312A.

3)Проводится расчет по постоянному току, заключающийся в определении значений элементов схемы R1, R2, Rэ и Rк.

3.1) Находится точка пересечения нагрузочной характеристики с осью Iк (рис.5). Эта точка определяет значение тока насыщения Iк.н:

 

Отсюда

(7)

3.2) Так как рабочая точка нагрузочной прямой лежит на выходной характеристике при (см. рис.9),то номинальное значение тока базы .

Или рабочее значение тока базы можно найти по формуле

3.3) Рассчитывается сумма сопротивлений делителя R1+R2 :

Где -ток делителя.

3.4) Рассчитывается величина сопротивления R2 :

где падение напряжения на базе рассчитывается по формуле:

,причем номинальное падение напряжения на переходе база-эмиттер считать =0,5 В.

Величина падения напряжения на сопротивлении рассчитывается по формуле:

3.5) Рассчитывается величина сопротивления R1 :

4) Рассчитываем значение ёмкости C2 :