Проектування і розрахунок структурної схеми радіоприймача
Москва 2005 р.
Введення
Техніка радіомовлення на УКХ з частотною модуляцією (ЧМ) почала розвиватися з 30-х років, коли були виявлені висока перешкодостійкість і висока якість сигналу при цьому виді модуляцію. Частотна модуляція відноситься до широкосмуговим видам модуляції, при яких випромінювана передавачем смуга частот набагато перевищує смугу частот модулюючого сигналу. Відбувається як би В«ОбмінВ» смуги на відношення сигнал-шум, який може досягати на виході ЧС детектора від -70 до -80 дБ. У зв'язку з цим максимальну девіацію частоти радіомовних передавачів встановлюють рівною 60 кГц (в РФ) або 75 кГц (в США). Смуга частот, займана станцією в ефірі, виходить більше 100 кГц, тому мовлення з ЧС ведеться тільки на УКВ. Ширина радіомовного УКХ діапазону в РФ (65, 8 - 73 МГц) втричі перевершує сумарну ширину ділянок, відведених для радіомовлення в діапазонах ДВ, СВ, і КВ.
Ультракороткі хвилі слабко огинають земну поверхню, а так само перешкоди, що зустрічаються на шляхи їх розповсюдження. Тому радіус дії УКХ ЧМ передавачів зазвичай перевершує 70 - 100 км. Навіть в зоні В«радіовидимостіВ» зустрічаються області глибокої В«тініВ» зі слабкою напруженістю поля. Тим не менш, УКВ радіомовлення повністю виправдано у містах і густонаселених місцевостях, де побудована густа мережа УКХ радіостанцій і ретрансляторів. Епізодично можливий і дальній прийом УКХ станцій, обумовлених сверхрефракціей радіохвиль в тропосфері або інших причин, наприклад, віддзеркаленням від спорадичних іоносферних утворень.
Одночасно з кількісним розвитком мережі УКВ мовлення відбувався і якісний процес - безперервне вдосконалення техніки УКХ прийому. Сверхрегенератора застосовувалися раніше, увазі їх ви
ключної простоти, були повністю замінені супергетеродинного приймача. Класична структурна схема супергетеродинного приймача, що включає УВЧ, перетворювач частоти, ППЧ з великим коефіцієнтом підсилення, обмежувач, частотний детектор (ЧД) і УПЧ існує без помітних змін вже понад півстоліття. Змінювалася лише елементна база - лампи поступилися місцем транзисторам, потім інтегральним мікросхемам, з розвитком стерео мовлення додався стерео декодер. Ця ж структурна схема використовується і у віх сучасних УКХ приймачах, що випускаються промисловістю.
Спроби поліпшити якість роботи і завадостійкість приймача ЧМ призвели до удосконалення всіх перерахованих елементів структурної схеми приймача. Були створені малошумні високочастотні каскади з великим динамічним діапазоном, тракти ПЧ з монолітними п'єзокерамічними фільтрами УНЧ з великою вихідною потужністю і пренебрежимо малими частотними і нелінійними спотвореннями. У найменшій мірі цей процес торкнувся В«класичнийВ» частотний дискримінатор (ЧД) або детектор відносин.
Робилися пошуки нових технічних рішень, що поліпшують УКХ прийом. Основні винаходи були зроблені в кінці 30-х років, однак, через слабкий розвиток техніки вони довго не отримували розповсюдження. До цим винаходам відносяться негативна зворотний зв'язок за частотою (Чеффі, 1937), що стежить фільтр (Вінницька, 1940), приймач з синхронно-фазових ЧД (Кросбі, 1938). Якщо перші два винаходи лише покращують параметри приймача ЧМ, причому, основні вузли структурної схеми, включаючи ЧД, залишаються незмінними, то синхронно-фазовий детектор відрізняється принципово - у ньому використовується техніка синхронного детектування ЧС сигналу.
Синхронний прийом був відомий ще раніше - піонерами застосування цієї техніки для детектування АМ сигналів були Бельсіз, у Франції та Момот, в СРСР, набагато випередили в своїх роботах рівень техніки того часу. Однак, практичне розвиток техніка синхронного прийому отримала лише з появою систем фазової автопідстроювання частоти (ФАПЧ), що забезпечують синхронізацію гетеродина приймача.
Система ФАПЧ включає: фазовий детектор, фільтр нижніх частот, підсилювач та керований напругою гетеродин. У процесі роботи фазовий детектор виробляє сигнал помилки стеження. Цей сигнал, пройшовши через фільтр і підсилювач, підлаштовує частоту гетеродина під частоту сигналу до точного їх збігу. Якщо частота вихідного сигналу модулювати, то керуюча напруга змінюється в такт з модуляцією, тобто є продетектірованного сигналом.
В даний час системи ФАПЧ знайшли застосування в самих різних областях техніки: в синтезаторах частоти для виділення потрібної гармоніки зі складного спектру, в різних стежать системах, в ланцюгах синхронізації телевізійних приймачів і навіть в пристроях стабілізації частоти обертання диска електропрогравачів.
Що стосується систем зв'язку, то виділення несучих, тактових і синхронізуючих частот здійснюється найчастіше системами ФАПЧ. Так, наприклад, в наземних станціях супутникової системи зв'язку В«ОрбітаВ» для демодуляції ЧМ сигналу використовується система ФАПЧ.
До ідеї використання зворотного зв'язку по частоті (ОСЧ) стежать фільтрів (СФ) і синхронно-фазових детекторів (СФД) для радіомовного ЧС прийому повернулися в 60-х роках, коли можливості вдосконалення В«класичногоВ» тракту ПЧ і ЧД приймача були практично вичерпані. Теоретичними роботами було показано, що ОСЧ і СФ у разі широкосмугових, а СФД, у разі порівняно вузькосмугових (Типу радіомовних) ЧМ сигналів практично реалізують потенційну, тобто гранично можливу перешкодостійкість ЧМ приймача.
Промисловий зразок приймача ЧМ і СФД був випущений фірмою Кортінг (ФРН) і показаний на виставці 1953 Він не отримав розповсюдження через складність і дорожнечі лампової схеми. З появою транзисторів і інтегральних мікросхем виготовити ЧС детектор з ФАПЧ стало набагато простіше. У новому приймачі тієї ж фірми «ѳнтектор 1500В» СФД забезпечує придушення АМ більше 60 дБ і суттєво покращує селективність по сусідньому каналу.
1. Розрахунок Y - параметрів транзистора
У даному розділі необхідно знайти Y-параметри для вибраного режиму роботи транзистора і його робочої частоти на підставі довідкових даних в міллісімменсах у вигляді (Формі) суми активної (G xx ) і ємнісний (B xx = щC xx ) складових.
Проектування і розрахунок структурної схеми радіоприймача почнемо з вибору транзистора.
Вибір транзистора проводиться на основі таких міркувань:
1. Гранична частота транзистора повинна бути більше, ніж 20 * f p
2. Тип транзистора - біполярний
В результаті цілеспрямованого перебору різних марок транзистора, в якості транзистора був обраний біполярний транзистор марки КТ-368
Розрахунок Y-параметрів транзистора проводився на основі програми RPUYP.
Вихідні дані:
Робоча частота сигналу: F = 40 МГц
Робоча частота транзистора: 40 МГц
Тип транзистора: n-p-n
h21 = 100
f гр = 900 МГц
ф до = 15 псек.
З до = 1.7 пФ
I до = 5 мА
W = 3 (коеф. технологічності)
Результати розрахунку:
G 11 = 3.5 мСм
G 21 = S = 177 мА/В
G 22 = 0.25 мСм
Таким чином, для подальших розрахунків знадобляться наступні дані: G 22 = 0.25 мСм
2. Розрахунок допустимого коефіцієнта шуму приймача
Методика розрахунку орієнтована на досягнення приймачем максимальної чутливості, обмеженою лише власними шумами та, відповідно не враховує впливу на антену зовнішніх перешкод, які у багатьох випадках істотні (Наприклад, в порівняно низькочастотних діапазонах). Тому знайдений допустимий коефіцієнт шуму повинен перевищувати фактичний (який буде знайдений в наступному розділі).
При заданій ЕРС E ...
