Постановка задачи

1 Постановка задачи

В данном курсовом проекте необходимо разработать схему электрическую принципиальную двухдиапазонного переносного УКВ приёмника на двух интегральных микросхемах.

Также необходимо разработать печатную плату и рассмотреть принципы настройки приёмника. Описание его работы и методика выбора отдельных функциональных узлов.

Двухдиапазонный переносной УКВ приёмник должен обладать следующими техническими характеристиками:

- Диапазон принимаемых частот:

- УКВ 1, МГц. 65,8…74;

- УКВ 2, МГц. 88…108;

- Реальная чувствительность, мкВ.  10;

- Селективность по зеркальному каналу, дБ. 40;

- Максимальная выходная мощность УЗЧ, Вт. 2;

- Диапазон частот, воспроизводимых УЗЧ, Гц. 63…20000;

- Напряжение питания, В.  9;

- Потребляемый ток при средней громкости, мА. 50;

2 Электрическая часть

2.1 Разработка структурной схемы

Для реализации поставленной задачи курсового проекта мною предложена следующая структурная схема супергетеродинного УКВ приёмника, которая содержит в себе следующие блоки (рисунок 1).

Рисунок 1 – Структурная схема супергетеродинного УКВ приёмника.

1.   ВЦ – входная цепь

2.   УРЧ – усилитель радиочастоты

3.   ПЧ – Преобразователь частоты

3.1  С – Смеситель

3.2  Г – Гетеродин

4.   УПЧ – усилитель промежуточной частоты

5.   Д – детектор

6.   БН – блок настройки

7.   УНЧ – Усилитель низкой частоты

8.   ВУ – воспроизводящее устройство

9.   БП – Блок питания

Входная цепь предназначена для выделения заданного сигнала высокой частоты из всех сигналов, поступающих из антенны, при этом заметно ослабляются сигналы других станций и различных помех. Во входной цепи осуществляется предварительная начальная избирательность приёмника.

Усилитель радиочастоты производит усиление выделенного колебания высокой частоты и ослабление других сигналов и помех. То есть, усилитель радиочастоты обеспечивает избирательность приёмника. Усилитель радиочастоты должен обеспечить оптимальный уровень сигнала для детектора.

Преобразователь частоты предназначен для преобразования сигнала высокой частоты, усиленного усилителем радиочастоты в колебания промежуточной частоты. Для преобразования частоты требуется вспомогательное напряжение. Для получения этого напряжения используется маломощный генератор гармонических колебаний – гетеродин, который является составной частью преобразователя частоты. При совместном действии напряжения сигнала и напряжения гетеродина в смесителе образуется сложное колебание – биение, из которого контуру выделяется разностная частота.

Усилитель промежуточной частоты производит усиление разностной частоты, преобразованной преобразователем частоты, при этом увеличивается чувствительность и избирательность.

Детектор осуществляет преобразование выделенных модулированных колебаний в низкочастотный сигнал.

Блок настройки предназначен для подстройки опорной частоты гетеродина, тем самым, осуществляя настройку на нужную частоту диапазона.

Усилитель низкой частоты необходим для усиления по мощности сигнала для лучшей работы воспроизводящего устройства, при этом усилитель низкой частоты не должен искажать формы сигнала, если это специально не предусмотрено.

Воспроизводящее устройство предназначено для воспроизведения сигнала звуковой частоты, усиленного усилителем низкой частоты.

2.2 Разработка отдельных узлов

2.2.1 Входная цепь

Антенна – это неотъемлемая часть радиоприёмного устройства, предназначенная для приёма радиоволн путём преобразования колебаний электромагнитного поля в токи высокой частоты. Она оказывает значительное влияние на свойства входной цепи. Существует множество типов приёмных антенн, которые зависят от назначения приёмника и того диапазона волн, в котором он работает. Геометрические размеры антенны связаны с длиной волны, которую принимает приёмник. Для эффективной работы необходимо, чтобы её размеры были соизмеримы с половиной или, хотя бы, с чётвертью длины волны.

Так как разрабатываемый мною приёмник работает в диапазоне ультракоротких волн, то я посчитал целесообразным применить в приёмнике одноштыревую телескопическую антенну. Основное преимущество такой антенны – простота конструкции.

На рисунках 2 и 3 приведены схемы входных цепей с штыревой антенны.

Рисунок 2 – Входная цепь с штыревой антенной

Для разрабатываемого мною радиоприёмного устройства я применил схему входной цепи, которая состоит из самой антенны и конденсатора, который одновременно является и конденсатором связи с УРЧ (рисунок 2). Для уменьшения влияния антенны на контур, конденсатор связи выбирают достаточно малым (единицы-десятки пФ).

Рисунок 3 – Схема входной цепи при автотрансформаторной связи

На рисунке 3 показана схема входной цепи при автотрансформаторной связи антенны с контуром.

Автотрансформаторное включение позволяет эффективно осуществить согласование антенны со входом первого каскада.

В схеме входной цепи присутствует варикапная сборка, к центральному выводу которой через резистор R1 поступает сигнал с ПЧ, при помощи которого производится начальная подстройка ВЦ на заданную частоту, в результате чего улучшаются свойства ВЦ и приёмника в целом.

Преимуществом автотрансформаторной связи является малая зависимость коэффициента передачи от частоты.

2.2.2Усилитель радиочастоты

Усилитель радиочастоты – это устройство, предназначенное для усиления сигналов по напряжению или по мощности на несущей частоте без существенных изменений спектра принимаемых сигналов.

Различают резонансные усилители радиочастоты, в которых в качестве нагрузки служат одиночные или связанные системы контуров, и апериодические, нагрузкой которых являются резисторы.

Также бывают УРЧ однокаскадные и многокаскадные. Мой УРЧ собран по однокаскадной схеме на одном транзисторе, включённом по схеме с общим эмиттером. Что приводит к более упрощённой схеме по сравнению с многокаскадными, это не приводит к сильным изменениям основных параметров усилителя.

Благодаря своеобразному включению резистора R1, который играет роль обратной связи, производится автоматическая регулировка усиления в моём УРЧ (рисунок 4). Конденсатор С2 – разделительный, исключает прохождение постоянной составляющей в последующие каскады.

Рисунок 4 – Однокаскадный транзисторный усилитель, схема с общим эмиттером.

Схемы с общим эмиттером обладают следующими достоинствами:

1.   Большое входное сопротивление и малое выходное. Это позволяет создавать многокаскадные УРЧ, так как не шунтируется сопротивление нагрузки предыдущего каскада из-за большого входного сопротивления УРЧ.

2.   Схемы обладают большими значениями коэффициента усиления по напряжению и по току.

Существенным недостатком схем УРЧ с общим эмиттером является то, что они имеют ограниченное действие по частоте, так как возникновение паразитных связей приводит к самовозбуждению.

Различают также УРЧ, включённые по схеме с общей базой (рисунок 5).

Рисунок 5 – Однокаскадный транзисторный усилитель, схема с общей базой.

Схема с общей базой используется в основном в усилителях высокой частоты. Эта схема УРЧ имеет достаточно высокую граничную частоту.

Но, в отличие от УРЧ, собранного по схеме с общим эмиттером, такая схема не позволяет использовать большое сопротивление нагрузки в предыдущем каскаде, так как входное сопротивление данного каскада включено параллельно сопротивлению нагрузки предыдущего и оказывает на него шунтирующее влияние. Это является существенным недостатком УРЧ с общей базой.

Существуют также каскадные схемы УРЧ, в которых сочетаются произвольные включения схем с общей базой и общим эмиттером (рисунок 6).

Рисунок 6 – Сочетание схем транзисторных усилителей, включенных по схеме с общей базой и с общим эмиттером.

Сочетание различных схем включения транзисторов в одном каскаде УРЧ улучшает его характеристика.

Транзистор VT1 включён по схеме с общим эмиттером, VT2 – с общей базой. Преимуществом такой схемы УРЧ является то, что она применяется во всех диапазонах, включая УКВ.