Содержание
стр.
1 Исходные данные для курсового проектирования 3
2 Доопределение недостающих параметров 3
3 Расчет структурной схемы и общих параметров радиоприемного устройства 3
4 Расчет смесителя 6
5 Расчет усилителя промежуточной частоты (УПЧ) 11
6 Расчет частотного детектора 18
7 Моделирование тракта приемного устройства 20
8 Вывод 24
9 Список использованных источников 25
Исходные данные для курсового проектирования
В данном проекте рассчитываются смеситель, УПЧ и детектор. Остальные элементы радиоприемного усторйства обозначаются только на структурной схеме.
Модуляция сигнала – частотная
Несущая частота сигнала fн выбирается самостоятельно
Частота информационного сигнала fc=9 кГц
Промежуточная частота fпч=3,6 МГц
Индекс модуляции ψ=4
Смеситель выполняется на МОП транзисторах (схема Гильберта), частотный детектор – на расстроенных контурах.
Доопределение недостающих параметров
fн=24 МГц
Ea=15 мкВ
Для расчета необходимого коэффициента усиления тракта УПЧ, шумовых параметров УПЧ необходимо задать чувствительность приемника. Значение Ea=15 мкВ выбрано, исходя из требований к устройствам связи КВ диапазона[2]. Другие недостающие параметры будут доопределяться далее по мере расчета схем.
Расчет структурной схемы и общих параметров радиоприемного устройства
Расчет производился по методикам, описанным в [1] и [2]. При этом недостающие параметры определялись по [2] или самостоятельно.
Предварительный выбор структурной схемы производится исходя из условия обеспечения частотной избирательности по соседнему каналу. Полоса пропускания линейного тракта проектируемого приемника должна быть достаточно узкой, чтобы в нее не попадали составляющие частотных спектров сигналов соседних радиостанции. Расчеты показывают, что уже при fн>540 кГц условие 
для схем прямого усиления с ВЦ в виде одиночного колебательного контура не выполняется[2]. Таким образом, приемник будет выполнен по супергетеродинной схеме (рисунок 1).
Рисунок 1 – Обобщенная структурная схема приемного устройства
Полоса пропускания 
линейного тракта приемника на уровне -3 ДБ должна обеспечивать беспрепятственное прохождение составляющих частотного спектра принимаемого сигнала с запасом на доплеровский сдвиг несущей из-за взаимного перемещения приемника и передатчика, нестабильность частот и неточность настроек:
, (1.2)
где 
- доплеровский сдвиг; 
и 
- нестабильности частот сигнала и гетеродина; 
и 
- неточности настроек частот гетеродина и УПЧ[2]. Параметры, описанные выше, взяты также из [2].
Согласно расчетам, полоса пропускания линейного тракта ΔF_polosa должна быть равной приблизительно 513 кГц.
Далее был произведен расчет шумовых параметров линейного тракта. При этом были определены необходимые шумовые параметры транзисторов, а также определена структура линейного тракта. Рассчитанный по формулам коэффициент шума линейного тракта N_lt сравнивается со своим предельным значением N_pr.
При выполнении условия N_lt<N_pr рассматриваемая структура линейного тракта обеспечивает заданную чувствительность и может быть принята в качестве предварительной схемы, что и было сделано.
Линейный тракт согласно расчету представляет входной фильтр, 2 каскада УРЧ.
Коэффициенты шума транзисторов согласно расчету были выбраны не более 3 Дб для УРЧ и ПрЧ, и не более 4,5 Дб для УПЧ. Для всех трех случаев подходит транзистор BC413. Его параметры приведены в [3].
Расчет линейного тракта, исходя из необходимого ослабления зеркального канала и канала приема по ПЧ не производился, так как было оговорено, что входная цепь успешно их отфильтровала, и на вход ПрЧ подается спектр, не содержащий частоты зеркального канала и частоты приема по ПЧ.
Расчет тракта ПЧ был также проведен по методике, описанной в [2] и [1], и приведен ниже.
По его результатам при выбранном ослаблении соседнего канала σск и других доопределенных параметрах решено было использовать схему УПЧ с разделением селективных и усилительных свойств. Также решено было использовать в качестве фильтрующего элемента полосовые LC фильтры. Также дополнительно подтвердилось решение о выборе двухкаскадного УРЧ, так как это позволило более равномерно распределить усиление по всему линейному тракту и тракту ПЧ. Таким образом, возможно обобщить необходимые параметры к тракту ПЧ:
Коэффициент усиления по напряжению УПЧ Кu=22
Напряжение на выходе УПЧ Uвых=0,1..0,2 В
Ослабление по соседнему каналу σск=12 Дб
Полоса пропускания ΔF=45 кГц
Фильтрующий элемент – полосовой LC фильтр.
Разнос соседних каналов согласно[1] Δfск=10 кГц
Таким образом, исходя из результатов предварительного проектирования, структурная схема приемного устройства представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Структурная схема радиоприемного устройства
Расчет смесителя
Смеситель согласно техническому заданию необходимо выполнить по схеме Гильберта на МОП транзисторах. Решено было использовать 0.4 мкм КМОП технологию, и методику расчета преобразователя частоты, взятую из [4]. Расчет приведен ниже.
По результатам расчета коэффициент передачи смесителя по напряжению Ku = 12 Дб (16 раз). Коэффициент шума составил 6,5 Дб. Моделируемая схема смесителя представлена на рисунке 3 и рисунке 4. Токи плеч дифкаскадов имеют отклонение от расчетных значений не более чем на 10%. На рисунке 5 изображен сигнал с выхода смесителя, снимаемый с узлов 2 и 8. На рисунке 6 представлен спектр выходного колебания с частотой ПЧ при подаче на вход тестового сигнала амплитудой 10 мВ. Амплитуда гетеродина 300 мВ. Как видим, выходной сигнал имеет паразитную модуляцию с частотой гетеродина. Спектр входного тестового сигнала с несущей частоты 24 МГц переместился на частоту ПЧ 3.6 МГц. Коэффициент усиления Ku = 10 Дб. Частота гетеродина подавлена более чем на 30 Дб.
Рисунок 3 – Схема смесителя
Рисунок 4 – Схема смесителя с указанием потребляемых токов
Рисунок 5 – Напряжение на выходе смесителя
Рисунок 6 – Спектр сигнала с выхода смесителя
