Московский техникум космического приборостроения

Московский техникум космического приборостроения

 

 

Приемник однополосных сигналов

 

Пояснительная записка

 

 

Разработал: Батусов В. Е.

Дата

 

Проверил: Гордеева М. К.

 

Дата

 

Москва. 2016г.

 

Введение

Преимущества однополосной радио связи. Передача АМ- сигналов имеет два основных недостатка: низкую эффективность использования мощности радиопередатчика и достаточно широкую полосу частот модулированного колебания. Действительно широкую полосу частот модулированного колебания. Действительно, мощность боковых полос спектра АМ- колебания, составляет в предельном случае только 1/8 максимальной мощности, отдаваемой передатчиком, а ширина спектра этого колебания в два раза больше ширины спектра передаваемого сообщения. Расширение спектра модулированного колебания приводит к уменьшению числа радиостанций, работающих в определенном частотном диапазоне, что при «тесноте в эфире» является большим недостатком. Кроме того, для высококачественного приема модулированных колебаний радиоприемник должен иметь ширину полосы пропускания,равную ширине спектра этого колебания, а чем шире полоса пропускания, тем существеннее сказываются всевозможные помехи приему.

От этих недостатков удается избавиться путем применения однополосной модуляции (ОМ),при которой осуществляют передачу не всего спектра АМ -колебания, а только одной боковой его полосы.При этом ширина спектра излучаемого передатчиком колебания становится равной ширине спектра передаваемого низкочастотного сообщения,т.е. уменьшение вдвое, а исключения из спектра радиосигнала составляющей несущей частоты позволяет лучше использовать мощность передатчика.В результате максимальный уровень боковой полосы можно поднять в четыре раза. Сужение полосы пропускания в приемника помимо увеличения числа работающих в данном диапазоне частот радиопередатчиков улучшает отношение сигнал/помеха. Чем больше по уровню сигнал относительно помехи,тем легче воспроизвести его с заданной верностью. Поэтому в системе передачи с ОМ можно обеспечить заданное качество воспроизведения передаваемого сообщения при меньшей мощности передатчика. Кроме того,в таких системах в меньшей степени проявляются селективные замирания, которые при АМ могут вызвать значительное уменьшение амплитуды несущей или изменение ее фазы, что приводит к искажению применяемого сигнала,а в некоторых случаях – и к прекращению приема. Это эквивалентно выигрышу по мощности передатчика еще примерно в четыре раза.

Системы связи с ОМ нашли широкое применение в радиосвязи; в подвижных радиостанциях низовой радиосвязи в КВ-диапазоне, магистральных линиях и многоканальных системах связи,для дальней передачи программ радиовещания.

Структурная схема с ОМ нашли широкое применение в радиосвязи:

В подвижных радиостанциях низовой радиосвязи в КВ-диапазоне, магистральных линиях и многоканальных схемах связи,для дальней передачи программ радиовещания.

 

1)Устройство структурной схемы приемника;

Полосовой фильтр выполнен на 1L1,1L2,1L3,1C4,1C2-1C4. Далее сигнал поступает на истоковый повторитель на 1T1. Далее вся обработка осуществляется самой ИМС, то есть преобразование в ПЧ (500 кГц) и усиление на ПЧ. Контур 1C24,1L11 – нагрузка ИМС TDA1083. Чтобы с этой нагрузки снять полное или максимальное напряжение ПЧ, применен истоком повторитель на 1T4.Далее сигнал поступает на смесительный детектор на двух диодах 1D3,1D4, где смешивает опорного гетеродина 500кГЦ. После простейшего ФНЧ 1C31, 1C29,1R19 вход УНЧ ИМС TDA 1083.То есть нужно подобрать по минимум шумов и по максимуму усиления ИМС TDA 1083.

В схему введена регулировка усиления ПЧ. На схеме путем изменения потенциала на 16 выводе ИМС TDA 1083. При U=0 ИМС TDA 1083 полностью закроется,а 16 вывод около +Uпит/2 получается максимальный коэффициент усиления по ПЧ. Внутренняя структура ИМС TDA 1083 такова, что АРУ действует постоянно, так как она не отключаема. Регулировать порог срабатывания АРУ можно включением между выводом ИМС TDA 1083 и массой подстроечного резистора 1R17 номиналом около 22 кОм.

 

3.1)Преимущества сужение излучаемой полосы частот в два раза по сравнению с AM сигналом позволяет уменьшить полосу пропускания приемника вдвое. Благодаря этому напряжение шумов на выходе приемника уменьшается в у~n раз, что соответствует выигрышу в отношении сигнал — шум в два раза по мощности.

Следующее важное преимущество однополосной модуляции— отсутствие несущей частоты и, как следствие, отсутствие интерференционных свистов при приеме однополосных сигналов. Это позволяет станциям располагаться не через 3 кгц, а через 2 кгц. При этом, хотя и будут прослушиваться помехи от соседних станций, разборчивость при одинаковой силе сигналов все же останется достаточной для уверенного приема, так как частотный спектр мешающих станций будет искажен до неузнаваемости и сигналы их вследствие неразборчивости будут мешать мало.

Поскольку любительская радиосвязь ведется на коротких волнах, нельзя не считаться с возможностью замирания радиосигналов. Замирания общего характера (более часто встречающиеся), когда все спектральные составляющие сигнала изменяются пропорционально, одинаково влияют на прием AM и SSB сигналов. Но при избирательных замираниях, когда изменение спектральных составляющих сигнала происходит неодновременно, однополосная модуляция имеет значительные преимущества перед AM.

При избирательных замираниях может иметь место ослабление несущей по отношению к уровню боковых полос, что равносильно углублению модуляции. Приемник AM сигналов с системой автоматическая регулировка усиления, увеличивающей усиление при уменьшении уровня несущей, дает при этом увеличение громкости приема. Падение уровня несущей ниже суммарного уровня боковых полос приводит к относительной перемодуляции, огибающая AM сигнала искажается, возникают значительные нелинейные искажения, возрастающие с уменьшением уровня несущей Если несущая полностью исчезнет, на выходе детектора останутся лишь четные гармоники частот модуляции, нелинейные искажения достигают предела и сигнал становится практически неразборчивым. При приеме SSB(однополосный приемник с приемной модуляцией,далее по тексту) такое явление исключено, ибо несущая вырабатывается в самом приемнике, и условия распространения радиоволн не оказывают никакого влияния на ее уровень.

Избирательным замираниям, однако, может подвергаться не только несущая AM сигнала, но и боковые полосы. При этом происходит поворот фазы колебаний верхней боковой относительно нижней. Поэтому НЧ составляющие после детектора оказываются не в фазе и складываются геометрически, а не арифметически, как при их синфазности. В наиболее неблагоприятном случае они оказываются в противофазе и сигнал на выходе детектора становится равным нулю на значительной части звукового спектра. Поскольку в обеих боковых полосах имеется множество составляющих с разным сдвигом фаз и разной степенью понижения уровня, сложение НЧ составляющих после детектора приближается к суммированию случайных колебаний. Поскольку при приеме SSB каждый звуковой компонент получается в результате детектирования одного ВЧ компонента боковой, здесь фазовый сдвиг компонентов боковой не играет роли. В условиях сильных избирательных замираний применение SSB дает выигрыш по напряжению в n*2 раз, а по мощности в два раза.

Бели учесть, что за счет сужения полосы пропускания приемника уменьшается вероятность попадания в эту полосу частот сигналов мешающих станций, эффективность канала связи еще более увеличивается. Поскольку помехи от соседних станций в переполненных любительских диапазонах представляют серьезную проблему, это преимущество SSB связи приобретает особое значение. Статистическая обработка данных, полученных при изучении распределения силы сигналов мешающих станций в KB диапазонах, показывает, что это преимущество SSB связи эквивалентно выигрышу по мощности примерно до 6 дб (в два раза) для случая, когда мешающие сигналы имеют сравнительно узкий спектр. Выигрыш этот несколько уменьшается для помех с более широким спектром сигнала, когда вероятности появления мешающего сигнала в каждом из соседних каналов SSB связи (шириной 3 кгц) уже не оказываются более независимыми, так как если помеха имеет достаточно широкий спектр, переход на соседний канал (или перемена верхней боковой на нижнюю без перестройки несущей) не всегда дает избавление от помехи.

К этим преимуществам однополосного приема следует добавить такое важное достоинство, как ослабление (влияния помех перекрестной модуляции. Перекрестная модуляция наблюдается тогда, когда при наличии на входе приемника двух сигналов разных частот амплитуда выходного напряжения одного из сигналов зависит от амплитуды другого сигнала, причем влияние это взаимное. Перекрестная модуляция заметно снижает реальную избирательность приемника. Когда один из сигналов модулирован по амплитуде, перекрестная модуляция проявляется в том, что амплитуда другого сигнала будет изменяться в соответствии с огибающей модулированного сигнала, т. е. происходит перенос модуляции. В случае приема AM сигналов перекрестная модуляция вызывает следующее явление: в паузах модуляции принимаемого сигнала прослушивается модуляция мешающего сигнала, которая при исчезновении несущей желаемого сигнала также исчезает. При приеме однополосных сигналов благодаря отсутствию несущей такое явление, разумеется, исключено.

Еще одно важное преимущество приема SSB заключается в том, что синхронному SSB детектору свойственна частотная избирательность, позволяющая принимать слабые сигналы в условиях помех от сильных соседних сигналов. Наиболее слабые принимаемые сигналы любительских радиостанций имеют величину порядка нескольких десятых долей (0,1—0,5) микровольта, тогда как наиболее сильные могут доходить до нескольких милливольт, а то и более, т. е. отличаются по силе в тысячи раз. Вследствие загруженности диапазонов в любительских условиях часты случаи, когда слабую станцию приходится принимать в непосредственном соседстве по частоте с сильными сигналами мешающих станций.

Обычный диодный детектор AM сигналов при не очень малых входных напряжениях является линейным детектором, т. е. выходное напряжение его пропорционально входному. Если на линейный детектор с выхода усилителя ПЧ подаются два AM сигнала равной амплитуды, разнесенных по частоте достаточно далеко, чтобы биения между их несущими не были слышны (15—20 кгц), то на выходе детектора получаются НЧ колебания от детектирования обоих сигналов, т. е. будет слышна модуляция как одного, так и другого сигнала, хотя мешающий сигнал весьма удален по частоте. Если разность межд\ несущими находится в пределах звукового диапазона, на выходе детектора появятся еще и сильные колебания соответствующей звуковой частоты. Поэтому, в частности, рекомендуется в связных радиотелефонных приемниках применять усилители НЧ с частотной характеристикой, ограниченной сверху частотой около 3 кгц (хотя бы простейший LC фильтр).

Если же амплитуда одного из AM сигналов, подаваемых на линейный детектор, будет, например, в два раза меньше амплитуды другого, то эффект подавления сильным сигналом модуляции слабого сигнала будет уже заметен. Происходит это явление именно благодаря свойствам линейного детектора. При дальнейшем (возрастании амплитуды одного из сигналов модуляция более слабого полностью подавляется, и на выходе детектора остаются только звуковые колебания от сильного сигнала.

Если принимаемый AM сигнал является сильным, а мешающий слабым, это свойство линейного детектора является весьма ценным, поскольку увеличивает реальную избирательность приемника. Но если желаемый AM сигнал слаб, это свойство линейного детектора оборачивается негативной стороной. Появление по соседству более сильной (в три-четыре раза) мешающей станции приводит к полному исчезновению желаемого сигнала после детектора. Прослушивается только передача мешающей станции. К несчастью, такое «неприятное соседство» в любительских диапазонах явление обычное; к тому же радиолюбителя-коротковолновика наиболее привлекают дальние, а потому (в общем случае) и более слабые сигналы, что еще более усложняет дело. Избирательность же приемников обычно недостаточна для ослабления сильных соседних сигналов до такого уровня, чтобы они не мешали приему слабых AM сигналов.

Недостатки: низкое быстродействие и высокая цена.

Разновидности структурных схем.

В бортовых PC(радио станция,далее по тексту) используются приемники супергетеродинного типа. В диапазоне MB обычно осуществляется однократное преобразование частоты, в диапазоне ДКМВ — трехкратное. При трехкратном преобразовании достигается сужение полосы пропускания УПЧ(устройство промежуточной частоты) до 3,2 кГц при ОМ и до 140 Гц при амплитудном телеграфировании.

В усилителях промежуточной частоты (УПЧ) применяют кварцевые и электромеханические фильтры, обладающие частотной характеристикой практически прямоугольной (П-образной) формы и позволяющие реализовать высокую избирательность по соседнему каналу. Использование преселекторов и надлежащий выбор первой промежуточной частоты позволяют обеспечить хорошую избирательность по зеркальному каналу.

Расстояния между передатчиком и приемником, а значит, и амплитуды входных сигналов могут изменяться в широких пределах, поэтому в состав приемников включаются эффективные системы АРУ. Ослабление влияния изменений коэффициента модуляции сигнала достигается с помощью систем автоматической регулировки громкости (АРГ), представляющих собой системы автоматического управления усилением сигнала по низкой частоте.

В авиационных радиоприемниках (для примера рассмотрим радиостанцию «Ядро»)используются различные схемы подавителей шумов (ПШ), обеспечивающие запирание низкочастотного тракта при отсутствии полезного сигнала или при слишком низком его уровне. Кроме элементов схемы ПШ, к основному тракту радиоприемника относится амплитудный детектор АД и УНЧ2. Сигналы с выхода амплитудного детектора через УНЧ1 подводятся к фильтрам низких ФНЧ и высоких ФВЧ частот, пропускающим полосы частот 200...800 и 800... 1400 Гц соответственно. Полоса 200...800 Гц содержит основную энергию телефонного сообщения, в полосу 800... 1400 Гц попадают в основном составляющие спектра шумов. Выходные колебания ФНЧ и ФВЧ выпрямляются детекторами Д1 и Д2, и постоянные напряжения, пропорциональные средним значениям амплитуд звукового сигнала и шума, поступают в схему сравнения их уровней ССУ, которая формирует напряжение, управляющее ключом подавителя шума. Логика работы ССУ такова. Если отношение уровней сигнала к шуму превосходит 3, ключ никакого влияния на УНЧ2 не оказывает. Если же сигнал превышает шум менее чем втрое, ключ ПШ КПШ формирует сигнал, запирающий УНЧ2, и на выход приемника ни сигнал, ни шум не проникают. Таким образом, ПШ обеспечивает нормальное функционирование приемника при достаточно высоком уровне сигнала. При низком уровне сигнала, когда разборчивость речи сильно понижается и чувствуется мешающее действие шума, утомляющего оператора, приемник запирается.

 

Создать простой и в тоже время относительно качественный приемник, который можно было бы собрать на одной ИМС и настроить.

В качестве ФОС решено было выбрать ЭМФ. Применён ЭМФ с нижней боковой.

Схема включения ИМС(интегральная микросхема) TDA имеет некоторые особенности. А именно:

1. Вместо внутреннего гетеродина ИМС применен внешний ГПД (генератор по диапазоном) далее всего на 2-х транзисторах. Преимущество данного схемотехнического решения состоит в том, что получается полная развязка ИМС от ГПД. Это дало возможность полностью исключить частотную девиацию внутреннего гетеродина при приёме мощных станций, которую не удавалось побороть никакими другими решениями при использовании внутреннего гетеродина.

2. Для улучшения соотношения сигнал/шум я сознательно отказался от использования внутреннего АМ детектора, который можно было использовать как «смесительный», подав на 14-ю ножку ИМС TDA 1083, сигнал опорного генератора 500 кГц через небольшую емкость. Было решено использовать простейший балансный смесительный детектор на двух диодах 1 D 3,1D4. Даже при использовании неподобранных диодов, такой детектор обеспечивает заметно лучшее качество демодуляции при минимальном шуме.

Кратко о структурной схеме приемника:

Полосовой фильтр выполнен на 1 L1, 1L2, 1L3, 1C2-1C4. Далее сигнал поступает на истоковый повторитель на 1Т1. Многие радиолюбители, почему-то пренебрегают использованием такой схемы согласования. А между прочим каскад на 1Т1 обладает 100% -ой ООС по напряжению, что благотворно сказывается на его «динамических» характеристиках. А также позволяет снять «полное» напряжение с ДПФ, согласовав тем самым выход ДПФ с входом ИМС TDA 1083. Далее вся обработка сигнала осуществляется самой ИМС т.е. преобразование в ПЧ (500 кГц) и усиление на ПЧ. Контур 1С24, 1 L 11 – нагрузка усилителя ПЧ ИМС TDA 1083. Чтобы с этой нагрузки снять «полное» или максимальное напряжение ПЧ, опять применен истоковый повторитель на 1Т4. Далее сигнал поступает на смесительный детектор на двух диодах 1 D 3,1D4, где смешивается с сигналом опорного гетеродина 500 кГц. После простейшего ФНЧ 1С31, 1С29,1 R 21 сигнал через регулятор громкости 1R19 поступает на вход УНЧ ИМС TDA1083. Подкорректировать усиление УНЧ ИМС TDA 1083 можно меняя номинал резистора 1 R 16. Исключение его совсем из схемы может привести к самовозбуждению УНЧ ИМС TDA 1083. Т.е. нужно подобрать «золотую» середину – по минимуму шумов и по максимуму усиления TDA 1083.

Внутренняя структура ИМС TDA 1083 такова, что АРУ действует постоянно т.е. она не отключаема.

Схема опорного гетеродина 500 кГц.

 

Микросхема К174ХА10

К174XA10 представляет собой многофункциональную микросхему радиоприемного АМ - тракта, выполняющую функции преобразования частоты, усиления сигналов высокой, промежуточной и низкой частоты, демодуляции AM - сигналов. Предназначена для применения в малогабаритных радиоприемных устройствах.

 

Корпус типа 238.16-2. Масса не более 1,5 г.

 

 

 

 

 

Функциональный состав:

I - усилитель промежуточной частоты AM—ЧМ-тракта;

II - усилитель высокой частоты и смеситель;

III - стабилизатор;

IV - гетеродин АМ - тракта;

V - демодулятор AM - ЧМ — тракта;

VI - усилитель низкой частоты.

 

 

Назначение выводов:

1 - вход 1 усилителя промежуточной частоты;

2 - вход 2 усилителя промежуточной частоты;

3 - общий вывод;

4 - выход смесителя;

5 - вывод контура гетеродина;

6 - вход 1 усилителя высокой частоты;

7 - вход 2 усилителя высокой частоты и переключение режимов AM;

8 - выход AM - демодулятора;

9 - вход усилителя низкой частоты;

10 - вывод обратной связи усилителя низкой частоты (может выполнять функции блокировки усилителя);

11 - общий вывод усилителя низкой частоты;

12 - выход усилителя низкой частоты;

13 - питание (+Uп);

14 - вход демодулятора;

15 - выход усилителя промежуточной частоты;

16 - блокировка АРУ, выход АПЧ.

Принципиальная схема супергетеродинного радиоприемника на микросхеме К174ХА10.

 

 

5. Расчетная часть

 

5.1 Расчет входного усилительного каскада на полевом транзисторе.

 

 

Усилительный каскад на полевом транзисторе с ОИ

Среди усилительных каскадов, выполненных на полевых транзисторах, наиболее широкое применение получил каскад, в котором полевой транзистор включен по схеме с общим истоком. На рисунке 2.29 приведена принципиальная схема наиболее распространенного варианта каскада с ОИ с цепью автосмещения, служащей для обеспечения режима работы полевой транзистор по постоянному току.

Рассмотрим схему рисунка 2.29, где изображен полевой транзистор с p-n переходом и n-каналом. Анализ каскадов на других типах полевой транзистор будет отличаться лишь в незначительных деталях.

 

 

В отсутствие входного сигнала каскад работает в режиме покоя. С помощью резистора задается напряжение смещения , которое определяет ток покоя стока .

Координаты рабочей точки определяются соотношениями:

,

где - граница области управляемого сопротивления на выходных статических характеристиках транзистора (рисунок 2.30), ;

,

где - сопротивление нагрузки каскада по переменному току;

,

где - напряжение отсечки, - ток стока при (либо при для ПТ в режиме обогащения, см. рисунок 2.33 в подразделе 2.10).

С помощью резистора , помимо задания необходимого напряжения смещения, в каскад вводится ООС, способствующая термостабилизации (у ПТ как и у БТ наблюдается сильная температурная зависимость параметров), на частотах сигнала эта ОС устраняется путем включения .

Нетрудно показать, что каскад с ОИ, как и каскад с ОЭ, инвертирует входной сигнал.

Для расчета параметров усилительного каскада по переменному используют малосигнальную эквивалентную схему полевого транзистора.

Выражения для эквивалентных Y-параметров ПТ, включенного по схеме с ОИ

,

,

,

.

Где з, с, и соответственно затвор, сток и исток ПТ; t- время пролета носителей, .

Граничную частоту единичного усиления ПТ можно оценить по формуле:

.

Пересчет эквивалентных Y- параметров для других схем включения ПТ осуществляется по тем же правилам, что и для БТ.

 

Московский техникум космического приборостроения

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана»

Утверждено

На заседании предметной комиссии

 

«

»

г.

 

Задание

 

Для курсового проектирования по	междисциплинарному курсу МДК 02.01«Технология
настройки и регулировки радиотехнических систем и блоков»

 

учащийся отделения	210306 «Радиоаппаратостроение»	курса		группы	ТР62-13
тов.	Батусов Василий Евгеньевич
(фамилия, имя, отчество)
Тема задания	Произвести предварительный расчет приемника однополосных сигналов на
микросхемах и по результатам выполненного расчета составить электрическую структурную
и принципиальную схему ОПС, выполнить окончательный расчет предварительного УРЧ и
УВЧ каскадов и произвести расчет надежности.
Срок окончания:

 

Курсовой проект на указанную тему выполняется учащимся техникума в следующем объеме:

1. Пояснительная записка. Составляется согласно разделу №3 методического пособия по курсовому проектированию.

2. Расчетная часть проекта

2.1. Произвести предварительный расчет заданного приемника.

2.2. Произвести окончательный расчет предварительного УРЧ и УВЧ.

2.3. Произвести расчет надежности.

3. Графическая часть проекта

3.1. Схема электрическая структурная РПУ УКВ и FMдиапазона на микросхемах.

3.2. Схема электрическая принципиальная РПУ УКВ и FM диапазона на микросхемах.

3.3. Перечень элементов.

 

Дата выдачи

Преподаватель

(Гордеева М.К.)

 

 

Содержание.

 

	Стр.
Введение……………………………………………………………………..
1. Параметры проектируемого ЧМ радиоприемника…………………….
2. Предварительный расчет приемника однополосных сигналов диапазона на микросхемах
3. Выбор и обоснование электрической структурной схемы ОПР………………………..………………
3.1. Разновидности электрических структурных схем РПУ по диапазону принимаемых волн……………………………………… ……………………
3.2. Электрическая структурная схема РПУ УКВ диапазона.…...........
3.3. Электрическая структурная схема РПУ FMдиапазона………...…
3.4. Принцип работы электрической структурной схемы РПУ УКВ и FM диапазона на ИМС………………………………………………
4. Выбор и обоснование электрической принципиальной схемы предварительного УРЧ и УВЧ…………………………………………..
4.1. Разновидности и назначение УРЧ…………………………………
4.2. Выбор и обоснование электрической принципиальной схемы предварительного УРЧ………………………………………………
4.3. Выбор и обоснование электрической принципиальной схемы УВЧ.......................................................................................................
5. Расчетная часть…………………………………………………………..
5.1. Расчет электрической принципиальной схемы предварительного УРЧ………..…………………………………............................……..
5.2. Расчет электрической принципиальной схемы УВЧ……………...
6. Расчет надежности……………………………………………………….
Заключение…………………………………………………………………..
Список использованной литературы……………………………………….