Эскизный расчет курсового проекта

Приемники непрерывных сигналов

1. Разбиение диапазона частот на поддиапазоны

1.Коэффициент перекрытия диапазона (показывает во сколько раз максимальная несущая частота входного сигнала больше минимальной ):

(1)

где - максимальная и минимальная несущая частота входного сигнала.

2.Выбор элементов перестройки контуров приемника

Для контуров с сосредоточенными параметрами перестройку по частоте можно осуществлять:

конденсатором переменной емкости =2,5-3

катушкой переменной индуктивности =1,4-3

варикапом =2,3-2,7

где - максимальные значения коэффициентов перекрытия диапазона различными реактивными элементами контуров.

3.Так как >, то приемник однодиапазонный.

2.Полоса пропускания линейного тракта приемника

Полоса пропускания линейного тракта приемника:

=+(2)

где - ширина спектра полезного сигнала, равная:

(3)

( - верхняя частота модуляции),

- запас по полосе, обусловленный нестабильностью передатчика, равный:

(4)

(- относительная нестабильность частоты передатчика)

(5)

Если /<1,2 , то расширение полосы пропускания приемника за счет нестабильности частоты передатчика незначительно и принимаем полосу пропускания линейного тракта приемника равной П. Если же />1,2 расширение полосы существенно и требует введения системы ЧАП. В этом случае:

(6)

где =10-35 –коэффициент передачи системы ЧАП.

(7)

Так как /<1,2, то останавливаемся на введение системы ЧАП

3. Выбор структуры преселектора для обеспечения требуемой избирательности

В данном разделе выбираются фильтры преселектора, позволяющие обеспечить требуемое подавление двух основных паразитных каналов приемника - зеркального и канала прямого прохождения.

Приводимый расчет предполагает знание промежуточной частоты приемника. Задаемся промежуточной частотой проектируемого приемника:

(8)

(- средняя несущая частота входного сигнала) для КВ диапазона (3МГц - 30МГц) и УКВ диапазона (30МГц - 300МГц);

(9)

Далее последовательно для каждого из паразитных каналов находим структуру преселектора.

А) Определение структуры преселектора, обеспечивающей подавление зеркального канала.

Находим обобщенную расстройку зеркального канала:

(10)

где - частота зеркального канала.

(11)

Эквивалентное затухание контуров тракта сигнальной (высокой) частоты dэсч выбирается из таблицы 1.

(12)

Таблица 1

Для наименьшего из полученных в многодиапазонных приемниках (худший вариант) и требуемого подавления зеркального канала находим по рис.1, вид избирательной системы, подавляющей паразитный зеркальный канал. На этом рисунке номер кривой соответствует виду фильтровой системы преселектора:

1 – ОКК (одиночный колебательный контур),

2 – ДПФ (двойной полосовой фильтр),

3 – два ОКК,

4 – ДПФ и ОКК,

5 – три ОКК,

6 – два ДПФ,

7 – ДПФ и два ОКК,

8 – два ДПФ и один ОКК,

9 – три ДПФ,

10 – ДПФ при и ОКК с

Рис.1

Б) Определение структуры преселектора, обеспечивающей подавление канала прямого прохождения.

Находим обобщенную расстройку канала прямого прохождения:

(13)

Обычно обобщенная расстройка канала прямого прохождения много больше обобщенной расстройки зеркального канала, то есть <<. Это говорит о том, что паразитный канал прямого прохождения расстроен относительно полезного сигнала гораздо сильнее по сравнению с зеркальным каналом. В этом случае можно утверждать, что выбранная ранее избирательная система для подавления зеркального канала надежно подавит и паразитный канал прямого прохождения.

4. Выбор структуры УПЧ

В данном разделе выбираются фильтры УПЧ, позволяющие обеспечить требуемое подавление соседнего канала.

Для выбора фильтров необходимо выяснить по техническому заданию величину требуемого подавления и рассчитать коэффициент прямоугольности требуемой АЧХ УПЧ:

(14)

где - расстройка по соседнему каналу

Наиболее широкое распространение в каскадах УПЧ получили ФСС (фильтры сосредоточенной селекции), параметры которых приведены в таблице 2.

Выбирая ФСС надо учитывать, что его подавление должно быть не меньше требуемого по ТЗ, а коэффициент прямоугольности - не больше требуемого. Выбрав фильтр и определив по таблице 2 его коэффициент , определяем частоту, на которой ФСС будет работать:

(15)

где - эквивалентное затухание контуров на первой промежуточной частоте (Таблица 1).

(16)

Таблица 2

Вид фильтра	Число LC контуров	Коэффициент	Число каскадов
			1	2
ФСС	ЧетыреLC контура		2,2	1,3
			3,7	1,7
			0,35	0,385
ФСС	ПятьLC контуров		1,8	1,2
			2.7	1.5
			0,35	0.385
ФСС	ШестьLC контуров		1,52	1,15
			2,2	1,3
			0.35	0,385

5.Выбор количества преобразований частоты в приемнике

При выборе структуры преселектора в третьем разделе была выбрана первая промежуточная частота приемника, при выборе структуры УПЧ – вторая. Так как , приемник выполняется с двойным преобразованием частоты с .

6. Допустимый коэффициент шума приемника

Нахождение максимально допустимого коэффициента шума приемника производится по формуле (17):

где - чувствительность приемника,

к =1,39дж/град – постоянная Больцмана,

=293К – температура по Кельвину,

=1,1П – шумовая температура приемника,

(18)

- сопротивление антенны.

- отношение сигнал/шум на входе детектора, производится по формуле (19):

где - отношение сигнал/шум на выходе детектора. В формулу (19) подставляется в разах по напряжению;

- пик-фактор сигнала;

- максимальный индекс Ам сигнала;

- полоса пропускания УНЧ;

(20)

7. Коэффициент шума приемника

Коэффициент шума приемника определяется через коэффициенты шума отдельных каскадов приемника по формуле:

(21)

где - коэффициенты шума входной цепи , усилителя сигнальной частоты и преобразователя частоты соответственно,

- коэффициенты передачи по мощности входной цепи и усилителя сигнальной частоты.

Коэффициенты шума и коэффициенты передачи по мощности отдельных каскадов приемника приведены в таблице 3.

Таблица 3

Вид каскада	Коэффициент шума	Максимальный коэффициент усиления по мощности
Одноконтурная входная цепь		1/(1+а)
Усилитель на транзисторе: с общим эмиттером с общей базой - по каскодной схеме
Преобразователь частоты: на транзисторе с общим эмиттером на транзисторе с общей базой - на тунельном диоде	5…12	10…30

В Таблице 3:

а – коэффициент, который равен для диапазонных приемников а=0,5;

- коэффициент шума выбранного транзистора, который в справочниках задается в дБ, а в формулу (12) подставляется в разах по мощности;

- параметры транзистора.

В Приложении 1 приведены некоторые наиболее широко используемые транзисторы. В приложении 2 – формулы для расчета параметром этих транзисторов. В Приложении 3 перевод дБ в разы.

Проверкой правильности выбора транзистора служит выполнение условия:

(22)

Выбираем транзистор КТ3127А с параметрами:

Параметры биполярных транзисторов

Тип транзистора	(МГц)	(Ом)		(пФ)	(пС)	Шт (дБ)	(Ом) (Ом)
КТ3127А	600	6	150	1	10	5	5 10

Шт=5дБ=3,2раз ;

Найдем коэффициенты шума входной цепи , усилителя сигнальной частоты и преобразователя частоты соответствен:

=1/0,5=2 (23)

2 Шт=2∙3,2=6,4 (24)

4 Шт=4∙3,2=12,8 (25)

Найдём коэффициенты передачи по мощности входной цепи и усилителя сигнальной частоты:

1/(1+а)= 1/(1+0,5)=0,67 (26)

= (27)

Обратная проводимость транзистора определяется по формуле:

= ????? (28)

Найдём прямую проводимость (крутизну) транзистора:

== (29)

= (30)

Коэффициент шума приемника по формуле (31):

=

условие выполнено, транзистор выбран правильно.

8. Расчет коэффициента усиления приемника и распределение усиления по каскадам

Обобщенная структурная схема приемника приведена на рис.3

Рис.3

1.Расчет числа каскадов тракта сигнальной частоты

Для этого вычисляется требуемое усиление:

(32)

где - чувствительность проектируемого приемнока,

- напряжение на входе первого преобразователя частоты, равное 30…40мкВ для биполярных транзисторов (БТ).

Определим необходимое число каскадов N в тракте сигнальной частоты, обеспечивающее требуемое усиление:

(33)

где - уточненный коэффициент передачи входной цепи ( - коэффициент, определяемый по таблице 4)

= (34)

- коэффициент усиления усилителя сигнальной частоты равняется коэффициенту устойчивого усиления транзистора. Формулы для расчета приведены в таблице 5.

==17,33 (35)

Таблица 4

Вид входной цепи	Тип транзистора в УСЧ
ОКК ОКК	Полевой транзистов Биполярный транзистор	10 100
ДПФ ДПФ	Полевой транзистов Биполярный транзистор

В таблице 4 - параметр связи между контурами ДПФ.

Таблица 5

Вид усилительного каскада	Тип транзистора	Схема включения транзистора
На одном транзисторе	Биполярный	С общим эмиттером С общей базой
На одном транзисторе	Полевой	С общим истоком С общим затвором
Каскодная схема	Биполярные	--
Каскодная схема	Полевые	--

=> неверно, поэтому перехожу на каскадную схему включения, у которого:

Или же можно взять 2 каскада на одном транзисторе

40<270

= (36)

Выходная проводимость транзистора:

(37)

Тогда коэффициент усиления усилителя сигнальной частоты равняется:

(38)

N=1

2. Определить число каскадов тракта первой промежуточной частоты.

Число каскадов тракта первой промежуточной частоты N определяется по аналогии с первым пунктом данного раздела: сначала определяется необходимое усиление в этом тракте, а уже затем необходимое число каскадов. Обобщенная формула вычислений:

(39)

где напряжение на входе второго преобразователя частоты, равное 300…400мкВ для биполярных транзисторов (БТ).

= (40)

Найдём прямую и обратную проводимости транзистора:

== (41)

= (42)

коэффициент усиления усилителя сигнальной частоты равняется:

(43)

N=1

Необходимо отметить, что чем ниже частота , тем выше коэффициент устойчивого усиления транзисторов.

3. Определить число каскадов тракта второй промежуточной частоты.

Вычисления проводятся по формуле:

(44)

где - напряжение на входе детектора, равное (0.5…1)В для АД, СД, ЧД (с настроенными или расстроенными контурами ) и (30…50)мВ для дробного ЧД;

=5…10 – коэффициент запаса.

Берем транзистор КТ 342 В

= (45)

Найдём прямую и обратную проводимости транзистора:

== (46)

= (47)

коэффициент усиления усилителя сигнальной частоты равняется:

(48)

N=4

4.Определить усиление в тракте низкой частоты.

Коэффициент усиления в тракте низкой частоты равняется:

(49)

где =2…5 – коэффициент запаса,

=(0,8…0,9)

= (50)

Определяем напряжение в нагрузке:

=В (51)

В тракте низкой частоты для обеспечения необходимого усиления целесообразно использование микросхем, некоторые из которых приведены в Приложении 4.

Параметры и схемы включения микросхем серии К226, предназначенные для усиления низкой частоты.

Таблица 4.

Серии МС		(кГц)
К 226 УН1А,Б,С	250…350	0, 2…100	+12,-6

Входная емкость микросхемы не 226 превышает 20пФ.

9. Определение числа каскадов приемника, охватываемых АРУ

В ТЗ приведен коэффициент регулирования АРУ, показывающий динамический диапазон изменения входного и выходного сигнала. Для проведения дальнейших расчетов эти динамические диапазоны надо перевести дБ по напряжению и вычислить динамический диапазон АРУ:

(52)

Число охватываемых каскадов N равняется:

(53)

где - динамический диапазон регулировки одного каскада

(54)

- число охватываемых каскадов АРУ

10.Составление структурной схемы проектируемого приемника

Обобщенная структурная схема приемника приведена на рис.4

Рис.4

Особенности построения структурной схемы приемника следующие:

в диапазонном приемнике необходимо показать сопряженную перестройку каскадов ВЦ, УСЧ и Г приемника;

около каждого вида устройства показать их количество N=? и тип фильтров (ОКК; ДПФ, ФСС), а также тип микросхемы;

ввести АРУ и показать какое количество усилительных каскадов охватывает система АРУ;

показать ЧАП или ФАП промежуточной частоты, уменьшающий запас по полосе приемника, если расчеты показали, что он необходим;

вместо Д, показанного на рис.4, необходимо ввести конкретный вид этого детектора:

для АТ сигналов – АД,

для ЧТ сигналов – ЧД ( перед «обычным» ЧД необходим ограничитель),

для сигналов с ОМ – СД (синхронный детектор). Обычно СД – это ФД, который формирует выходной сигнал с учетом не только разности фаз входных колебаний, но и их амплитуд. Для работы любого ФД необходимо опорное колебание. Для ОМ колебаний с остатком несущей опорное колебание выделяется в ФОН (фильтр остатка несущей) и поддерживается системой ФАП (рис.5). Для ОМ колебаний с полностью подавленной несущей опорное колебание формируется в высокостабильном генераторе (рис.6). Как следует из рисунков, перед СД ставится ФБП (фильтр боковой полосы), выделяющий спектр полезного сигнала, содержащийся в боковой полосе.

Рис. 5

Рис.6

Приложение 1

Параметры биполярных транзисторов

Тип транзистора	(МГц)	(Ом)		(пФ)	(пС)	Шт (дБ)	(Ом) (Ом)
КТ 342 В	300	200	400	4	700	7	5 50
КТ 306 А	500	30	30	5	500	15	30 100
КТ 306 Б	650	30	60	5	500	15	30 100
КТ 3126 А	500	7	100	2,5	15	8	5 6
КТ 3127 А	600	6	150	1	10	5	5 10
КТ 316 А	600	17	60	3	50	10	15 16,7
КТ 316 Б,В	800	17	120	3	50	10	15 16,7
КТ 316 Г	600	17	100	3	150	10	15 50
КТ 316 Д	800	17	300	3	150	10	15 50
КТ 3128 А	800	7	150	1	5	5	6 5
КТ 397 А	800	25	300	1,3	40	6	20 30,8
КТ 3109 А	800	8	15	1	10	6	7 10
ГТ 311 А	770	8	70	1,8	50	8	8 27,8
ГТ 311 Б	1500	8	80	1,5	100	5,1	8 66,7
ГТ 311 Г	1500	8	60	1,5	75	5,1	8 50
ГТ 311 Д	1500	7	110	1,5	75	5,1	8 50
ГТ 329 А	1200	22	100	2	15	4	10 7,5
Т 341 А	1950	60	60	1	10	4,5	30 10
КТ 382 А	2250	3	330	2	6	3	3 3
КТ 382 Б	2250	3	330	0,7	5,5	4,5	3 2,8
КТ 372 А	2400	20	10	1	9	3,5	8 9
КТ 372 Б	3000	20	10	1	9	3,5	8 9
КТ 371 А	3600	10	200	1,2	10	5	8 8,3
Т 362	4800	5	200	1	10	4	8 10
ГТ 362 Б	4800	5	200	0,5	30	4	8 6
КТ 391 А	7000	8	150	0,7	3,7	4,5	7 5,3
КТ 391 Б	7000	8	150	1	3,7	4,5	7 5,3
КТ 368 А	7000	6	300	1,7	15	3,3	5 2,8
КТ 368 Б	7000	6	300	1,7	15	2,8	5 2,8
КТ 3115 А-2	7500	9	20	0,6	9	5	7 15
КТ 3124 А-2	8000	6	200	0,6	2,5	5	5 4,2
КТ 610 А	10000	12	300	4,1	55	6	10 13,4
КТ 610 Б	7000	12	300	4,1	22	6	5,4

Приложение 2

Параметры транзисторов на частотах ниже 500 МГц.

При включении транзисторов в усилительный каскад по схеме с общим эмиттером параметры транзистора приведены в таблице 1, где:

- прямая проводимость (крутизна) транзистора,

- обратная проводимость транзистора,

- выходная проводимость транзистора,

- входная проводимость транзистора.

Таблица 1

Параметры транзистора	Расчетные формулы

где

,

При включении транзисторов в усилительный каскад по каскадной схеме (ОЭ-ОБ) параметры транзисторов приведены в таблице 2.

Таблица 2

Параметры транзистора в схеме с ОЭ	Параметры транзистора в схеме с ОЭ ОБ

Приложение 3

Таблица отношений напряжений и мощностей

N (дБ)			N (дБ)			N (дБ)
0	1,0	1,0	2,1	1,27	1,62	7,0	2,2	5,02
0,1	1,012	1,024	2,2	1,29	1,66	8,0	2,5	6,31
0,2	1,024	1,048	2,3	1,31	1,7	9,0	2,8	8,0
0,3	1,035	1,07	2,4	1,32	1,74	10,0	3,2	10,0
0,4	1,047	1,09	2,5	1,34	1,8	11,0	3,58	13,0
0,5	1,06	1,12	2,6	1,35	1,82	12,0	4,0	16,0
0,6	1,07	1,14	2,7	1,365	1,86	13,0	4,5	20,0
0,7	1,085	1,17	2,8	1,38	1,9	14,0	5,02	25,1
0,8	1,097	1,2	2,9	1,4	1,95	15,0	5,67	31,0
0,9	1,11	1,23	3,0	1,42	2,0	16,0	6,31	40,0
1,0	1,12	1,26	3,1	1,437	2,048	17,0	7,1	51,0
1,1	1,135	1,29	3,2	1,45	2,096	18,0	8,0	64,0
1,2	1,148	1,3	3,3	1,47	2,14	19,0	8,96	80,0
1,3	1,161	1,3	3,4	1,486	2,18	20,0	10	100
1,4	1,17	1,3	3,5	1,5	2,24	30,0	32
1,5	1,19	1,4	3,6	1,52	2,28	40,0	100
1,6	1,2	1,4	3,7	1,54	2,34	50,0	320
1,7	1,22	1,48	3,8	1,557	2,4	60,0
1,8	1,23	1,52	3,9	1,57	2,46	70,0
1,9	1,245	1,55	4,0	1,6	2,5	80,0
2,0	1,26	1,6	5,0	1,8	3,2	90,0
			6,0	2,0	4,0	100.0

Приложение 4

Параметры и схемы включения микросхем серии К 226, предназначенные для усиления низкой частоты

Серии МС		(кГц)
К 226 УН1А,Б,С	250…350	0,2…100	+12,-6
К 226 УН2А,Б,С	25…35	0,02…100	+12,-6
К 226 УН3А,Б,С	270…330	0,02…100	+6,-9
К 226 УН4А,Б,С	9…11	0,02…100	+6,-9
К 226 УН5А,Б,С	90…100	0,02…100	+12,-6

Входные емкости вышеперечисленных микросхем не превышают 20пФ.