1.3 Обоснование выбора блока настройки

1.3.1 Определяем коэффициент перекрытия диапазона с запасом на перекрытие:

К_пд = _, (1.3)

Где: f_max - максимальная частота диапазона, МГц; f_min - минимальная частота диапазона, МГц.

Исходя из моих данных:

=

В диапазоне УКВ применяются варикапы ( КВ – 104, КВ – 109, КВ – 111). Для обоснования выбора типа варикапа рассчитывают его коэффициент перекрытия по ёмкости:

= , (1.4)

где Св.макс. и Cв.мин. – максимальное и минимальное значение варикапа.

С_о – паразитная ёмкость схемы, которую можно принять: УКВ – Со  15 пФ

Для устранения нелинейности ЧИЦ с варикапом применяют встречно - последовательное соединение двух варикапов.

Исходя из расчёта приведённого выше , выбираем варикап серии КВ – 104Д .

Из справочника выписываем его параметры:

U_обрmin – 1В

U_обрmax – 10В

Элемент настройки имеет следующие достоинства:

1. высокую прочность и надёжность, так как отсутствует влияние механических воздействий.

2. возможность достижения практически любой заданной избирательности по зеркальному каналу.

3. возможность и лёгкость осуществления программного управления, автопоиска.

4. уменьшение габаритов электрической части приёмника.

5) высокую скорость перестройки

1.4 Определение полосы пропускания приёмника

1.4.1 Определяем требуемую полосу пропускания приёмника:

П = 2 F_макс ( 1+ М_чм + ) , (1.5)

где М_чм – индекс модуляции.

F_макс – максимальная частота модулированного колебания, определяется по формуле:

М_чм = = = 4,348 ,(1.6)

где fг - девиация частоты гетеродина.

Полагая, что в радиоприёмном устройстве в процессе работы точно настраивается на частоту принимаемого сигнала, допускается, что Пнс = 0

П = 11,5( 1+ 4,3478261+ ) = 170,95832 КГц

1.5 Расчёт радиочастотного тракта.

Задаёмся конструктивной добротностью контура входной цепи:

УКВ диапазон Q_к = 160

За счёт шунтирующего действия первого каскада, эквивалентная добротность падает и определяется:

, (1.7)

_{где & - коэффициент шунтирования, значение которого задаётся равной & = 0,3}

_{После чего мы можем рассчитать:}

1.5.1 Определяем избирательность по зеркальному каналу Sз.к , которую может обеспечить входная цепь на максимальной частоте диапазона:

= , (1.8)

где fпр – промежуточная частота

= = 29,889 дБ

S _{з.к. раз} > S _{з.к. треб}

Так как Sз.к.рас. больше Sз.к.треб. , то контур входной цепи обеспечивает нужную избирательность по зеркальному каналу.

1.5.2 Определяем избирательность по соседнему каналу, которую может обеспечить входная цепь:

= , (1.9)

где Δf = 9кГц – расстройка для соседнего канала:

= = 1.523 дБ

S_c.к. = 20ln(1) = 0 дБ

1.5.3 Определяем частотные искажения на минимальной кастоте диапазона вносимой входной цепью:

= , (1.10)

_{где П – полоса пропускания приёмника.}

= = 1,123

2. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

ПРИЕМНИКА

2.1 Обоснование выбора элементной базы высокочастотной части приемника

По заданию данного курсового проекта необходимо спроектировать приемник на ИМС 174-ой серии, поэтому из справочника выбираем ИМС К174ХА34.

2.1.1 Описание ИМС К174ХА34

Интегральная схема представляет собой радиоприемное устройство для приема и обработки сигналов с частотной модуляцией и предварительного усиления демодулированных сигналов низкой частоты. Обеспечивает прием радиовещательных ЧМ - стереорадиосигналов и позволяет создавать совместно с ИС КР174ХА51 миниатюрные экономичные стереофонические радиоприемники с низким напряжением питания.

В состав микросхемы входят УВЧ, смеситель, УПЧ с активным фильтром, детектор, УНЧ, блок бесшумной настройки, гетеродин и стабилизатор напряжения. Настройка на принимаемую станцию осуществляется путем изменения частоты настройки LC-контура гетеродина с помощью конденсатора переменной емкости или вариометра.

ИМС К174ХА34 имеет ряд оригинальных схемотехнических решений: низкая промежуточная частота <70 кГц) и система частотной синхронизации обеспечивают малые нелинейные искажения; использование в тракте УПЧ активных фильтров без катушек индуктивности позволило создать ИС, содержащую все необходимые элементы на одном кристалле, с минимальным числом внешних навесных элементов. Единственными намоточными элементами в этом УКВ ЧМ-приемнике являются катушки индуктивности входного и гетеродинного контуров.

Выполнена по БИКМОП - технологии.

Содержит 277 интегральных элементов.

Конструктивно оформлена в полимерном корпусе типа 238.18-3.

Масса не более 1,5 г.

Таблица 2.1 Электрические параметры ИМС К174ХА34

Номинальное напряжение питания	3В
Ток потребления при UП = 9В, Т = +25°С, не более:	10мА
Выходное напряжение сигнала низкой частоты при Uп = 2,7В, Uвх = 1мВ, fвх-69МГц, f = 50кГц, fm = 1кГц: T = +25° С, не менее: типовое значение: Т = -25 и +70° С:	60 мВ
	105 мВ
	50 мВ
Входное напряжение ограничения при Uп = 2,7 В, fвx = 69 МГц, f = 50 кГц, fm - 1 кГц, Т = +25° С, по уровню -ЗдБ: не более: типовое значение:	15 мкВ
	6 мкВ
Коэффициент ослабления амплитудной модуляции при Uн = 2, 7B, Uвх =1мB, fвх = 69MГц, f = 50кГц, fm = 1кГц, m = 30%, Т= + 25°С, не менее:	30дБ
Коэффициент гармоник при Uп = 2, 7 В, Uвx = 1мВ, fвх = 69МГц, f = 50кГц, fm = 1кГц: Т = + 25° С, не более: типовое значение:	2, 5%
	0, 5%
Коэффициент гармоник при Un = 9В, fвх = 1МГц, fпч =465 кГц, fм=1кГц, m= 0,8, T = +25° С, не более: при UВХ = 5 ∙105мкВ: при UВХ = 3∙104 мкВ:	0, 5%
Отношение сигнал-шум при Uп = 2, 7B, Uвх = 1мВ, Uвх = 69МГц, f = 50кГц, fm- 1 кГц, Т= + 25° С не менее: типовое значение:	40 дБ
	52 дБ

Предельные эксплуатационные данные:

Напряжение питания 2,7... 3,3В

Максимальное входное напряжение 1В

Диапазон частот входного сигнала 1, 5… 110МГц

Температура окружающей сре­ды -10...+70⁰ С

Типовая схема включения изображена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 Типовая схема включения ИМС К174ХА34

Рисунок 2.2 Функциональная схема ИМС К174ХА34

Назначение выводов: 1,2 — подключение фильтра нижних частот; 3 — общий (-Un); 4 — напряжение питания (+Un); 5 — подключение контура гетеродина; 6 — подключение контура гетеродина и блокировочного конденсатора; 7,8,12,13 — подключение конденсатора активного фильтра промежуточной частоты; 9, 10 — не используются; 11 — выход сигнала уровня напряженности поля; 14,15 — входы усилителя высокой частоты; 16 — выход сигнала звуковой частоты; 17 — вход сигнала обратной связи усилителя звуковой частоты (не инвертирующий вход дифференциального каскада УНЧ); 18 - подключение блокировочного конденсатора (инвертирующий вход дифференциального каскада УНЧ)

Конструкция К174ХА34 имеет ряд оригинальных схемотехнических решений, которые позволили создать монолитную ИС, содержащую все необходимые элементы на одном кристалле, с минимальным числом внешних навесных элементов для построения УКВ ЧМ-приемника, в котором единственными намоточными элементами являются катушки индуктивности входного и гетеродинного контуров.

К таким конструктивным особенностям относятся: построение тракта УПЧ на активных RC-фильтрах(промежуточная частота снижена до 70 кГц); применение корреляционной системы бесшумной настройки для подавления паразитных сигналов и помех в процессе настройки приемника; введение системы частотной синхронизации, которая снижает значение девиации частоты с 75 до 15 кГц и обеспечивает малые нелинейные искажения принимаемого сигнала при низких значениях промежуточной частоты, меньших по абсолютной величине значений девиации частоты передающей радиостанции (в этой схеме f - 70 кГц при fm - 75 кГц). Рассмотрим принципиальную электрическую схему миниатюрного УКВ ЧМ-приемника. Входной сигнал с антенны поступает на согласующий широкополосный входной контур L1, пропускающий только полосу частот УКВ широкополосный входной контур L1, пропускающий только полосу частот УКВ радиовещания, и далее через выводы 14 и 15 — на вход высокочастотного усилителя (X) и затем на смеситель (XI). Смеситель выполнен по схеме двойного балансного преобразователя с симметричными входами.

Гетеродин (XII) имеет симметричный выходной сигнал, а его частота определяется внешним навесным контуром L2C14C15, подключенным к выводам 4 и 5, и двумя встречно включенными варикапами, находящимися на кристалле интегральной схемы. Варикапы служат для получения отрицательной обратной связи по частоте в системе частотной синхронизации. Питание гетеродина осуществляется напряжением от стабилизатора (IX). С выхода смесителя сигнал промежуточной частоты 70 кГц поступает на активный фильтр (XV, XVI) и усилитель-ограничитель (XIII), который одновременно является активным RC- фильтром нижних частот, срезающим паразитные частоты гетеродина принимаемых станций и их комбинационные составляющие.

Усиленный сигнал промежуточной частоты поступает на частотный демодулятор (П) и далее через усилитель (I) и управляемый электронный выключатель системы бесшумной настройки (V) на предварительный усилитель низкой частоты (ГУ, VIII), выход которого подключен к выводу 16 интегральной схемы.

Система бесшумной настройки образована двумя фазовыми демодуляторами (Ш и VI), коррелятором (VII) и управляемым электронным выключателем (V). Выключатель (V) открывает тракт звуковых частот только при наличии сигнала принимаемой радиостанции и достаточном уровне этого сигнала. Наличие полезного сигнала устанавливается как появление корреляционного отклика между выходами двух фазовых демодуляторов, а его уровень определяется сравнением с напряжением встроенного в состав коррелятора генератора шума.

В состав системы частотной синхронизации входят ЧМ-демодулятор звукового сигнала (II), усилитель (I) и фильтр нижних частот на его входе (конденсатор С 17, подключенный к выводу 1). Напряжение с выхода усилителя поступает на варикапы в составе гетеродина (XII), создавая отрицательную обратную связь по частоте, уменьшающую в 5 раз девиацию частоты принимаемого сигнала.

Рассмотрим подробнее функциональные узлы интегральной схемы и расчетные соотношения, определяющие выбор номиналов навесных элементов. Активный фильтр промежуточной частоты двухкаскадный.

Первый каскад представляет собой активный фильтр нижних частот второго порядка (схема Сален-Ки), частота среза которого определяется внешним конденсатором С4, внутренними резисторами R8R9 и конденсатором С2. При R8 = R9 частота среза Fср=1/2R8C2C4

При выбранных значениях С4 = 3300пф, С2 = 150пФ, R8=R9 = 2.2 кОм частота среза равна 95 кГц, а добротность системы Q=0,5(C4/C2)=2,1.

Второй каскад представляет активный полосовой фильтр второго порядка. Частота нижнего среза определяется номиналами внутреннего резистора R12 и внешнего конденсатора С8: fcp,н = 1/2 R12C8, а верхнего fcp.в = l/2RllC9.

При выбранных значениях С8 = 330 пф, С9 = 0,1 мкф, R11 = R12 -4,7 кОм частота нижнего среза равна 7,2 кГц, а верхнего 103 кГц.

На выходе активного фильтра промежуточной частоты подключен пассивный фильтр нижних частот, состоящий из внутренних резистора R10 и конденсатора СЗ. Частота среза этого фильтра определяется как fcp = 1/2C3R10, и при выбранных номиналах его элементов СЗ - 150 пФ и R10 - 12 кОм равна 88, 4 кГц. Таким образом, весь фильтр промежуточной частоты состоит из фильтра нижних частот четвертого порядка и фильтра верхних частот первого порядка.

При использовании в процессе преобразования принимаемого сигнала низких значений промежуточной частоты (в нашем случае 70 кГц) при девиациях частоты больших, чем значение самой промежуточной частоты (75 кГц), неизбежно возникают сильные искажения низкочастотного сигнала на выходе ЧМ-демодулятора. Поэтому при преобразовании входных сигналов в сигналы промежуточной частоты в ИС К174ХА34 предусмотрена возможность уменьшения значения девиации частоты при помощи системы частотной синхронизации. Состав этой системы показан на рисунке. Система частотной синхронизации использует выходное напряжение звуковой частоты на выходе ЧМ-демодулятора для смещения частоты гетеродина в противофазе отклонению частоты сигнала. Принцип действия системы пояснен на рисунке. При выбранных значениях коэффициентов передачи и преобразования элементов системы частотной синхронизации девиация частоты сигнала промежуточной частоты уменьшается с75 до 15 кГц, т. е. в 5 раз.

Эффективность работы системы может быть охарактеризована величиной гармонических искажений низкочастотного сигнала на выходе интегральной схемы; при девиации частоты 22, 5 кГц коэффициент гармоник не превышает 0,7%, а при девиации частоты 75 кГц не более 2, 3%. Коэффициент сжатия девиации частоты определяется крутизной преобразования ЧМ-демодулятора и вольт-фарадной характеристики варикапов гетеродина и может быть определен как отношение коэффициентов преобразования разомкнутой цепи системы частотной синхронизации к замкнутой:

Ксжатия = 1+ D • b, где D = -3,6 В/МГц — крутизна преобразования ЧМ-демодулятора; b = A1Sfo/2Co — коэффициент обратной связи; A1 = -1,06 —коэффициент передачи цепи обратной связи; S — крутизна вольт - фарадной характеристики варикапа: Со - Свнешн + Спар + Сд -49 пФ; fo - 96 МГц.