Amplitudinės moduliacijos radijo imtuvas

Turinys

ANOTACIJA 1

ĮVADAS 2

UZDUOTIES ANALIZĖ 4

PARENGTINIS SKAIČIAVIMASIR SANDAROS SCHEMOS SUDARYMAS. 6

Tranzistorių parinkimas 11

Tarpinio dažnio trakto selektyviosios sistemos parinkimas 13

ELEKTRINĖS SCHEMOS PAKOPŲ SKAIČIAVIMAS. 15

Įėjimo grandinės skaičiavimas. 15

Heterodino kontūro elementų skaičiavimas 18

PASKAIČIUOTO IMTUVO PARAMETRŲ ATITIKIMAS UŽDUOTIES REIKALAVIMAMS. IŠVADOS. 19

GRAFINĖ DALIS 20

ANOTACIJA

Šitas kursinis skirtas sumoduliuoti ir apskaičiuoti amplitudinės moduliacijos radijo imtuvą. Iš pradžių buvo atliktas parengtinis skaičiavimas, ir nustatėm imtuvo pagrindinius parametrus. Paskui buvo sudaryta sandaros schema, kuri parodyta 3.6 punkte ir pirmame lape priedo. Paskui remiantis struktūrine schema buvo sudaryta elektros principinę schemą, sschema parodyta antrame lape priedo. Elementų sąrašas parodytas trečiame lape priedo.

Summary

This project has been designed and calculate Amplitude Modulation(AM) radio receiver. At first I calculate basic receiver parameters, after technical data and parameters for units. After I build structural scheme, its shown in 3.6 task. Later according to structural scheme was build electric principal scheme, diagram shown at addition sheet (1). Cell list is in addition sheet (2).

Carry out from calculation that I made could be seen that results are ccorrect

1.ĮVADAS

Radio imtuvų raidos istorija

Mokslininkui Faradėjui nustačius elektromagnetinės indukcijos dėsnį, susikūrė labai svarbi technikos šaka – elektronika. Šiandieninė radiotechnika, radiolokacija egzistuoja todėl, kad fizika atskleidė elektromagnetines bangas ir sukūrė jų savybes aiškinančius teorinius pagrindus.

1895 m. Gegužės 7 d. Peterburge Rusų fizikos-chemijos ddraugijos posėdyje A. Popovas demonstravo, kaip veikia „prietaisas elektriniams virpesiams aptikti ir registruoti“. Šio prietaiso išradimas ir buvo tas lemtingas žingsnis, kurį reikėjo žengti, kad būtų perduodami per atstumą elektriniai signalai be laidų.

Popovo pasiūlytas prietaisas turėjo įtaisą, keičiantį elektromagnetinių bangų energiją aukštojo dažnio srovių energija (antena) , įtaisą, keičiantį aukštojo dažnio signalus žemojo dažnio signalais, t. y. jautrų sinchroniškai veikiantį koherirį, kurio savybės automatiškai atsistato. Šiuo prietaisu buvo galima priimti signalus per atstumą be laidų, kitaip tariant, jį buvo galima panaudoti radio ryšiui.

1899 m. A. Popovo padėjėjai P. Rybkinas ir D. Trockis surado būdą, kaip priimti telegrafo signalus telefono principu. Telegrafo aparatą pakeitus telefonu, gerokai padidėjo imtuvo jautrumas silpniems signalams ir radio ryšio nuotolis.

Radio imtuvų istoriją galima skirstyti į šiuos pperiodus: iki lempinį, lempinį ir šiuolaikinį, kuriam būdinga tranzistoriai ir mikroschemos.

Iki lempiniu periodu buvo tobulinamas A. Popovo radio imtuvas. Jau 1900-ųjų metų pradžioje kohereris buvo pakeistas elektrolitiniu, o vėliau – jautresniu kristaliniu detektoriumi. Į imtuvą buvo įjungti derinimo elementai ir tarpinis kontūras, dėl to padidėjo jo selektyvumas. Palaipsniui buvo gerinamos virpesių grandinių elementų elektrinės savybės. Patobulinus siunčiamąją ir priimamąją aparatūrą, padidėjo radio ryšio galimybės.

1911 m. Lapkričio 11 d. pirmą kartą buvo užmegztas radio ryšys tarp lėktuvo ir žemės. Pirmojo pasaulinio kkaro pradžioje, vadovaujant N. Papaleksiui, buvo sukurta dvipusio radijo ryšio tarp lėktuvo ir žemės stoties.

Nuo 1918 m. pradėta plačiai naudoti vadinamoji regeneracinė schema, gerokai padidinusi radio imtuvų jautrumą ir selektyvumą. Tokie imtuvai buvo naudojami daugiau kaip dvidešimt metų.

1918 m. Armstrongas užpatentavo superheterodininio imtuvo schemą. Pirmieji šio imtuvo pavyzdžiai buvo labai gremėzdiški ir turėjo nemažai trūkumų. Ketvirtojo dešimtmečio pradžioje buvo sukurtos naujos labai tobulos daugiatinklės lempos, padėjusios išvengti daugelio superheterodininių imtuvų trūkumų. Nuo to laiko superheterodininė schema tampa daugumos radio imtuvų pagrindu.

Elektroninės lempos pakeitė ne tik imtuvų schemas, bet ir apskritai visą radiotechniką.

Per pastaruosius 35 metus dirbama vis su naujais, aukštesniais elektromagnetinių virpesių dažniais. Per ketvirtąjį dešimtmetį atlikti išsamūs teoriniai elektromagnetinių virpesių ir radioelektronikos tyrimai, todėl penktajame dešimtmetyje jau naudojamasi praktiškai platesniu dažnių diapazonu – ultratrumposiomis bangomis. Šeštajame ir septintajame dešimtmetyje pradėti įsisavinti infraraudonųjų ir optinių bangų diapazonai.

Remiantis šiuolaikinės fizikos pasiekimais, plačiai vystoma puslaidininkių elektronika. Penktojo dešimtmečio gale ir šeštojo pradžioje buvo sukurti pirmieji puslaidininkiniai stiprintuviniai prietaisai: taškiniai (1948 m.) ir plokštuminiai (1949-1950 m.) tranzistoriai, kurie buvo mažesni ir patvaresni už elektronines lempas ir vartojo mažiau elektros energijos. Labiau paplito įvairių rūšių plokštuminiai tranzistoriai. Tranzistorinių imtuvų schemos tobulėjo labai panašiai, kaip ir lempinių stiprintuvų: buvo kuriamos tiesioginio stiprinimo imtuvų, regeneracinės ir ssuperheterodininės schemos. Šiuolaikiniai tranzistoriniai imtuvai daugiausia yra superheterodininiai.

Iš puslaidininkių elektronikos atsirado dar viena kokybiškai nauja kryptis kurti naujus priėmimo ir informacijos apdorojimo būdus ir įrenginius – mikroelektronika. Tai elektronikos sritis, susijusi su mikroelektrodinių gaminių gamybos ir taikymo problemomis. Šiems gaminiams būdingas aukštas integracijos laipsnis ir ypatingas elektriškai sujungtų elementų schemų bei puslaidininkinių prietaisų kompaktiškumas.

Paskutiniame dešimtmetyje, eksponentiškai didėjant integrinių schemų (IS) fiziniam dydžiui ir integracijos laipsniui, nuolat keičiasi jų projektavimo metodai. Vyraujančiomis tampa visiškai arba iš dalies užsakomos komplementinės metalo, oksido ir puslaidininkio struktūros (KMOP) IS bei programuojamos loginės struktūros. Dabartinis automatizuotojo projektavimo stilius -hierarchinė keliamų reikalavimų, išorinių ir vidinės elgsenos analizės, funkcinės struktūros, loginių elementų sujungimo sąrašo ir baigiama konstrukcinių elementų išdėstymu ir trasavimu IS topologijos sukūrimu.

Kokybinis ir kiekybinis integrinių schemų raidos šuolis, kai tranzistorių skaičius integrinėje schemoje siekia 5. 7 milijonus elementų, o minimalus leistinas matmuo yra apie 0,00025-0,0005 mm, skatina integruoti projektavimo ir technologinius procesus, kurti kokybiškai naujas projektavimo metodikas. Mikroelektronikos technologiniai procesai ypač sparčiai ėmė tobulėti įdiegus integruotąją integrinių schemų technologiją. Tai leido pakeisti požiūrį į gaminamos integrinių schemų grupės dydį. Prieš keliolika metų pagal gamybos sąnaudas ir kainą optimaliomis buvo laikomos kelių šimtų tūkstančių integrinių schemų grupės, o įdiegus šiuolaikinius technologinius metodus jau apsimoka gaminti ir mmažas (iki dešimties mikroschemų) serijas.

2. UZDUOTIES ANALIZĖ

Imtuvas projektuojamas pagal techninė užduotį, kuri atspindi pagrindinius jo rodiklius. Tačiau techninėje užduotyje nebūna daugelio reikalavimų, keliamų atskiroms imtuvo pakopoms ir grandims. Šiuos papildomus reikalavimus galima nustatyti atlikus parengtinius skaičiavimus. Taigi radijo imtuvo projektavimą patogu suskirstyti į tokius etapus:

1) parengtinio skaičiavimo

2) galutinio skaičiavimo

3) elektros principinės schemos sudarymas

Parengtiniu skaičiavimu nustatoma apitiksli radio imtuvo schema, parenkamas ir pagrindžiamas pakopų skaičius, kiti duomenys reikalingi atskirų pakopų ir grandžių elektriniam skaičiavimui. Parengtinis skaičiavimas yra orientacinio pobūdžio ir atliekant galutinį skaičiavimą kai kurie sprendimai gali būti pakeisti.

Galutinį skaičiavimą sudaro atskirų grandžių ir pakopų parametrų ir elementų parametrų skaičiavimai.

Baigiamasis projektavimo etapas – imtuvo bendrųjų charakteristikų skaičiavimas ir tikslus principinės elektrinės schemos sudarymas, sužymint kiekvieno panaudoto elemento parametrus.

Projektavimui turime trumpų bangų imtuvą. Dėl netolygaus radijo stočių išdėstymo per visą trumpų bangų (TB) diapazoną, TB diapazonas suskaidomas į padiapazonius. Taigi mano radijo imtuvas dirbs (3,95-7,5) MHz dažnių diapazone.

Šiuolaikiškuose imtuvuose integrinės grandinės paprastai naudojamos šitokioms funkcijoms: radio dažnio virpėsiams stiprinti, moduliuotiems virpesiams detektuoti, garsinio dažnio virpesiams stiprinti.

Mikroschemos sudarytos iš dvipolių ir lauko tranzistorių, pastovios varžos rezistorių ir nedidelės talpos kondensatorių . Plačiai naudojamos K224, K237, K174, K148, K157, K112 ir kitokiu serijų IS.

Viena paprasčiausiu yra mikroschema K2YC242. Su ja galima kontroliuoti

vienos pakopos aperiodinio arba rezonansinio stiprintuvo, maišytuvo arba heterodino schemą. 9 išvadų mikroschemą K2YC242 sudaro vienas silicio tranzistorius, keturi rezistoriai ir trys kondensatoriai. Stiprintuvas su šia mikroschema gali veikti (0,15-33) MHz dažniais

Integrinis grandynas K17XA10, apibudinamas kaip daugiafunkcinė AM-DM imtuvo mikroschema. Ji skirta dažnio keitimui, radio, tarpinio ir garsinio dažnio signalų stiprinimui, AM-DM signalų detekcijai. Ji naudojama miniatiūriniuose trečios sudėtingumo grupės imtuvuose.

Toks integrinis grandynas panaudotas imtuve „Selga 309″.

3. PARENGTINIS SKAIČIAVIMASIR SANDAROS SCHEMOS SUDARYMAS.

3.1 Signalinio dažnio trakto selektyvinės sistemos parametrų parinkimas.

Signalinio dažnio ttrakto (SDT) selektyvikė sistema užtikrina imtuvo selektyvumą veidrodinio kanalo atžvilgiu ir formuluoja bendrą rezonansinę charakteristiką. SDT selektivinės sistemos parametrai yra kontūrų skaičius ir jų kokybė (Qe). Šie parametrai nustatomi, naudojantis selektyvumų veidrodinio kanalo atžvilgiu Sev ir pralaidumo juosta.

SDT kontūrų kokybė skaičiuojama taip, kad vienu metu būtų patenkinamos dvi sąlygos;

1) užtikrintas selektyvumas veidrodinio kanalo atžvilgiu Sev ir

2) pralaidumo juosta būtų nesiauresnė kaip 2AFsd

Pradžioje priimame kad turime tik vieną kontūrą, tada n=l (vienkontūrė įėjimo grandinė) , ir neturi jokios įtakos skaičiavimams.

Kontūro kokybė QQev prie kurios užtikrinamas selektyvumas veidrodinio kanalo atžvilgiu, apskaičiuojama:

Qev apskaičiuojama aukščiausiam padiapazonio dažniui, nes tuomet kontūro rezonansinė kreivė yra bukiausia. Qev

Apskaičiuosime kontūro kokybę Qej, kuri užtikrina pralaidumo juostą:

Qej skaičiuojama žemiausiam padiapazonio dažniui, nes tuomet kontūro rezonansinė kreivė smailiausia, o juosta ssiauriausia.

Cia Mk – kontūro dažninių iškraipymų koeficientas,

Kontūro dažninių iškraipymų koeficiento orientacinė reikšmė parenkama taip:

( 150 -s- 400 ) kHz diapazone Mk= (0,6 – 0,8)

( 500 + 3000 ) kHz diapazone Mk= (0,7 – 0,9)

aukštesniame negu 3000 kHz Mk= (0,9 – 0,95)

Todėl parenkame Mk=0,9

SDT pralaidumo juosta 2AFsd platesnė už duotąją imtuvo juosta 2AF.

Po to patikriname selektyvumą veidrodinio kanalo atžvilgiu, esant žemiausiam ir aukščiausiam dažniams, Qe(min) ir Qe(max) reikšmėmis.

Čia fs ribinis padiopazonio dažnis, imamas tas (min) arba (max) kuris artimesnis tarpiniam dažniui ft, Qe kontūro kokybė, esant dažniui fs.

Palyginus gauta Set reikšmę su duotajai užduotyje matome kad gauta Set yra mažesnė, tai įėjimo grandinėje arba aperiodiniame RDS reikia įjungti atitinkama filtrą, kurio induktyvumas

lygus:

Parenkame 0,4 mH.

Čia talpa Cf parenkama (200 – 600)pF.

Parenkame 330 ppF, su leistina nuokrypa 20%.

3.1 Tranzistorių parinkimas

Visoms aukštojo dažnio pakopoms reikia parinkti tranzistorius FT 310A, kurių parametrai

šitokie: h2ie=20 + 70, h11b=38Q, h22b=3uS, Ck=4pF,Tk=300ps, |h2ie|=8, kai fmat=20MHz, Uk=-5V, Ik=lmA.

Apskaičiuojame ribinį dažnį:

h11 38

fY21e= fmat*|h2le *———— = 20*8*—————— = 80MHz

r_b 75

Čia r_b=300/4=75 O

Kadangi fmax Seg(sk); 34,8dB>27,23dB

Paskaičiavus Seg(b)yra žymiai didesne už Seg(sk). Iš to aišku kad galima prijungti tik vieną TDS pakopą su pavieniu filtru.

5. ELEKTRINĖS SCHEMOS PAKOPŲ SKAIČIAVIMAS.

5.1 Įėjimo grandinės skaičiavimas.

Apskaičiuojame talpuminio ryšio įėjimo grandinę.

Pradiniai duomenys:

1) Dažnių diapazonas fmin – fmax kHz,

2) Tranzistoriaus įėjimo parametrai gne, CCne, kai pirmoji pakopa – RDS.

3) Ekvivalentinio kontūro kokybė Qe=20.

4) Ekvivalentieji antenos parametrai; LA=20 ĮiH, C=100 pF, RA=100Q, PA=1,2 -koeficientas, įvertinantis antenos parametrų klaidą.

5) Pirmosios imtuvo pakopos įėjimo varža Rįn, talpa Cįn

6) Selektyvumas veidrodinio kanalo atžvilgiu Sev= 14,46

Reikia paskaičiuoti

1) Įėjimo kontūro parametrus. Ckmax – Ckmin, L, Cp,Cr, LT.

2) Nustatomas įėjimo grandinės perdavimo koeficientai.

3) Įėjimo grandinės kontūro rezonansinis selektyvumas Sev(x).

4) Selektyvumą veidrodinio kanalo atžvilgiu.

Skaičiavimas:

Diapazono dažnio perderinimo koeficientas:

Diapazono kontūro talpos perderinimo koeficientas:

čia Ckmax=210 pF; Ckmw=7 pF (pasirinktas kintamojo kondensatoriaus blokas KHE-3 ), o parazitinė talpa Co trumpiems bangoms pasirenkama iš lentelės 30 pF.

Kadangi kc>ka, tai diapazonas ištisai perderinamas, ir skirstyti į padiapazonius nereikia. Apskaičiuojame įėjimo grandinės induktyvumą:

čia Qe – ekvivalenčioji kontūro kokybė; PA – koeficientas, įvertinantis antenos parametrų sklaidą.

Parenkama Cr= 10 pF.

Apskaičiuojama ekvivalenčioji ryšio talpa:

čia Re(min)=Rb(min)-Qe=27Pi * fdmin * Lk = 2 – 3.14 * 3,95 *10-6 * 37 * 10-6 * 20=18,36 kOm – yra ekvivalenčioji kontūro rezonansinė varža, esant žemiausiam diapazono dažniui; Rin – pirmosios pakopos įėjimo varža

Rįn_ l/g11e= 1/0,64 mS=1562,5

Apskaičiuojamas ryšio induktyvumas:

Lr[uH]=pb-Lk=0,29-37=10,73 uH.

Nustatome įėjimo grandinės perdavimo koeficientą, esant minimaliam diapazono dažniui:

Nustatome įėjimo grandinės perdavimo koeficientą, esant maksimaliam diapazono dažniui:

Apskaičiuojame įėjimo grandinės kontūro rezonansinės kreivės selektyvumą Sev(x), esant aukščiausiam diapazono dažniui, nes esant šiam dažniui, sunkiausia slopinti veidrodinio kanalo ssignalą:

kontūro išderinimas, Koeficientas:

Skaičiavimo rezultatai surašomi į lentelę 2:

Lentelė 2 – įėjimo grandinės kontūro rezonansinė kreivė ir selektyvumas Sev(x).

Išderinimas

,kHz

300

500

1000

0,06

0,11

0,33

0,55

3,3

5,5

Sev

1,01

1,05

1,14

3,45

5,56

11,05

Sev, dB

0,08

0,42

1,14

10,8

14,9

20,87

Sev(dB)=201gSev.

Pagal lentelės 2 rezultatus galima pabraižyti įėjimo grandinės kontūro rezonansinės selektyvumo kreivės dalis:

Talpinio ryšio su antena įėjimo grandinės kontūro rezonansinės selektyvumo kreivės dalis. Iš rezonansinės selektyvumo kreivės nustatome selektyvumą veidrodinio kanalo atžvilgiu, esant

Af=930 kHz: Sev=20,2 dB > 20 dB. Užduoties sąlyga įvykdyta.

5.2. Heterodino kontūro elementų skaičiavimas

Pradiniai duomenys;

1) Darbo dažnių diapazonas famin -fdmax=(3,9 5 – 7,5) MHz

2) Tarpinis dažnis ft=465 kHz

3) Įėjimo grandinės talpa Csch

4) Kintamojo bloko maksimali talpa Ckmax

5) Įėjimo grandinės induktyvumas L. Tai vienas iš apitikslių heterodino kontūro elementų grafinių skaičiavimo metodas.

Skaičiavimas:

Apskaičiuojame maksimalią heterodino kontūro talpą: Cmax= Ckmax+Csch=210+51,8=261,8 PF

Čia Ckmax – maksimali kintamojo kondensatoriaus bloko talpa, CSCh – schemos talpa lygi įėjimo grandinės talpai.

Apskaičiuojame pagalbinį koeficientą n=ft / fvid=465/5725=0,08

fmax + fmin

čia fvld= —————= (7,5+3,95)72=5,725 MHz

Apskaičiuojame heterodino kontūro induktyvumą: Lh=aL=0,9*5,76=5,18 uH

Koeficiento reikšmę randame iš grafiko 6.25 pav.(„Radijo imtuvai“). L – įėjimo grandinės induktyvumas.

6.26 pav. grafike randame nuoseklaus kondensatoriaus talpą: C2=1800pF Pasirenkame kondensatorių 1800 pF su leistina nuokrypa ± 5%.

6.27 pav. grafike randame lygiagretaus kondensatoriaus talpą: C3=1900pF Pasirenkame kondensatorių 2000 pF su leistina nuokrypa ± 5%.

6. PASKAIČIUOTO IMTUVO PARAMETRŲ ATITIKIMAS UŽDUOTIES REIKALAVIMAMS. IŠVADOS.

Užduoties reikalavimai ir gauti paskaičiuoto imtuvo parametrai pateikti llentelėje: Lentelė 3.

Lentelėje.

Parametro pavadinimas

Duota

Gauta

Priimamų dažnių diapazonas fsmin – fsmax MHz

3,95-7,5

Jautrumas EA ju V

100

Selektyvumas veidrodinio kanalo atžvilgiu Sev dB

20,2

Selektyvumas gretutinio kanalo atžvilgiu Seg dB

34,76

Selektyvumas tarpinio dažnio atžvilgiu Set dB

Moduliacijos signalo dažnių diapazonas fz-fa kHz

0,8-4

Leistini dažniniai iškraipymai M dB

ARS įėjimo signalo kitimas delta Kin dB

Išėjimo galia W

0,5

0.5

Palyginus gautus rezultatus su užduoties rezultatais galima sakyti kad užduotis atlikta. Išvados:

Tai aišku kad padarius apskaičiuotą radijo imtuvą, reikiamų rezultatų negausim, nes nebuvo apskaičiuoti tokie parametrai kaip parazitinės talpos, induktyvumai elementų ir spausdintinės plokštės. Kad nesusidarytų grįžtamieji ryšiai tarp kontūrų reikia ekranuoti kai kuriuos elektros principinės schemos mazgus. Taip pat nebuvo atsižvelgiama į tokius vidinius triukšmus kaip šiluminiai, tranzistorių triukšmus ir t.t. Gėriau būtų naudoti integrinius grandynus, būtų ir paprastesnė, mažesnė elektros principinė schema, ir geresni išėjimo rezultatai gaubusi, ir paskaičiuoti lengviau. Turbūt todėl visa šiuolaikinė elektronika padaryta iš mikroprocesorių ir mikrovaldyklių.

7. INFORMACIJOS ŠALTINIAI.

1) Barkanas V., Ždanovas V. Radijo imtuvai. – V.: Mokslas, 1982.

2) Mickūnienė I. Radio imtuvų kursinio projektavimo ir skaičiavimo metodika – V.: Mokslas, 1991.

3) ACCEL 15.0 – kompiuterinė programa skirta sudarinėti ir tirti elektros principines schemas.

4) Electronics WorkBench 5.12 – kompiuterinė programa skirta sudarinėti ir tirti elektros principines

schemas.

5) Microsoft Word 2000 – kompiuterinė programa skirta redaguoti tekstą.

6) Microsoft Excel 2000 – kompiuterinė programa skirta duomenų apdorojimui.

7) Konspektas „Radijo sistemos ir aparatūra“.

GRAFINĖ DALIS

1. Struktūrinė schema

2. Elektros principinė schema

3. Elementų sąrašas

Zona Žymuo Pavadinimas Kiekis Nuoroda

Dinaminė galvutė

BA1 GD – 0,15W – 8 1

Kondensatoriai

C1 Tesla 510pF5

C2 Tesla (5 – 385)pF 1

C3, C4 Tesla 20pF5 2

C5 Tesla 120 pF10 1

C6 Tesla 4,3nF5 1

C7 Tesla 0,022 F10 1

C8 Tesla 0,1 F10 1

C9 Tesla 10mFx10V20 1

C10 Tesla 330mFx10V20 1

C11 Tesla 120 pF10 1

C12 Tesla 100mFx10V20 1

C13, C14 Tesla 33mFx10V20 2

C15 Tesla 0,1mF10 1

C16 Tesla 1000mFx10V20 1

Mikroschema

DA1 TEA5551T 1

DA2 AN7116 1

Potenciometras

R1 PT 125 22K 1

Rezistorius

R2 HC 125 30K5 1

VIKO 65301T201 012

Keit Lapas Dokumento Nr. Parašas Data

Studentas V. Netikša Mažagabaritinis TB imtuvas su mikroschemomis

Elementų sąrašas Raidė Lapas Lapų

Vertino R. Urbonavičius K 24 1

RA00B