№ 4952

621.396.62(07)

М 545

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ

И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего ЮЖНЫЙ

ФЕДЕРАЛЬНЫЙ

профессионального образования

УНИВЕРСИТЕТ

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Методические указания по курсовому проектированию

УСТРОЙСТВ И ТЕЛЕВИДЕНИЯ

КАФЕДРА РАДИОПРИЁМНЫХ

радиовещательных приёмников

И ТЕЛЕВИДЕНИЯ

Для студентов ФБФО и дневной формы обучения по направлениям 210400 Радиотехника и 210700 Инфокоммуникационные технологии и системы связи РТФ Таганрог УДК 621.396.62 (07.07) В.С. Плаксиенко, Н.Е. Плаксиенко. Методические указания по курсовому проектированию радиовещательных приемников. – Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2012. – 64 с.

В указаниях приведены варианты заданий на курсовые проекты, изложена методика эскизного расчёта структурной и принципиальной схем радиоприёмных устройств. Приведена методика расчета основных параметров радиоприемных устройств. Приложения содержат справочную информацию по элементам радиоприемных устройств и по оформлению проекта.

Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 210400 Радиотехника, и по направлению Инфокоммуникационные технологии и системы связи при изучении дисциплины Основы приема и обработки сигналов.

Табл. 23. Ил. 21. Библиогр: 31 назв.

Рецензент: Ю.В. Юханов, д-р техн. наук, профессор ТТИ ЮФУ.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ………………………………………..…………. Общие указания по выполнению курсового проекта ….. 1.

Содержание курсового проекта и правила его 2.

оформления …….………………………………….……… Пояснительная записка курсового проекта ……..……… 2.1. Графическая часть курсового проекта …………..……… 2.2. Анализ технического задания ………………….….…….. 3.

Методические указания по выполнению эскизного 4.

расчёта радиоприёмника …………………………..….….. Выбор структурной схемы приёмника ………….….…… 4.1. Разделение диапазона частот на поддиапазоны …..…….

4.2. Расчёт полосы пропускания линейного тракта 4.3.

приёмника …………………………………………..….….. Выбор первых каскадов, обеспечивающих требуемую 4.4.

чувствительность приёмника ……………………..……... Выбор средств обеспечения избирательностей 4.5.

приёмника ……………………………………………...….. Определение избирательности по зеркальному каналу...

4.5.1. Определение избирательности по каналу прямого 4.5.2.

Выбор средств обеспечения избирательности по 4.5.3.

Расчёт требуемого усиления линейного тракта.

Проверка осуществимости АРУ ………………………………..

Проектирование принципиальной электрической Выбор схемы входной цепи радиоприемника ………………… 5.2.

5.2.1. Расчет одноконтурной входной цепи независимо от вида связи контура с антенной и с нагрузкой ….….…… 5.2.2. Расчет одноконтурной входной цепи с трансформаторной связью с антенной и автотрансформаторной связью с нагрузкой ……………………………………..….……...

5.2.3. Расчет одноконтурной входной цепи с трансформаторной связью с антенной и нагрузкой ……………………... 5.2.4. Расчет одноконтурной входной цепи с внешнеемкостной связью с антенной и внутриемкостной связью с нагрузкой ………………………………..………………… 5.2.5. Расчет одноконтурной входной цепи с комбинированной связью с антенной и трансформаторной связью с нагрузкой ……………………..…….………..…………… 5.2.6. Расчет одноконтурной входной цепи с внешнеемкостной связью с антенной и автотрансформаторной связью с нагрузкой …………………………………..…………….

5.2.7. Расчет одноконтурной входной цепи с магнитной 5.2.8. Расчет входной цепи с двухконтурным полосовым Выбор микросхем и электронных приборов …….……… 5.3.

Описание работы принципиальной электрической 5.4.

Библиографический список...………………………..…...

ВВЕДЕНИЕ

Основной целью курсового проекта является закрепление и расширение теоретических знаний по радиоприёмным устройствам, а также приобретение навыков работы с литературой, построения расчёта и изображения схем. Курсовое проектирование позволяет развить навыки самостоятельного решения сложных комплексных задач на основе творческого подхода.

Настоящее методическое пособие должно дать студентам чёткое представление о целях и задачах учебного проектирования радиоприёмных устройств, содержании и объёме курсового проекта, правилах его оформления и защиты.

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮКУРСОВОГО

ПРОЕКТА

1.1. Курсовой проект представляет собой пояснительную записку и два чертежа стандартного формата.

1.2. Задание для расчёта выдаётся преподавателем.

1.3. Студент должен:

- выбрать и обосновать структурную схему радиоприемного устройства (РПрУ), наилучшим образом удовлетворяющую требованиям технического задания;

- выполнить эскизный расчёт;

- рассчитать входную цепь и cоставить принципиальную схему радиовещательного приёмника;

- описать работу разработанной принципиальной схемы - подготовить и представить руководителю проекта на проверку пояснительную записку и необходимые чертежи, отвечающие требованиям ЕСКД.

2. СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТАИ ПРАВИЛА ЕГО

ОФОРМЛЕНИЯ

Курсовой проект включает в себя пояснительную записку и графическую часть.

2.1. Пояснительная записка курсового проекта Пояснительная записка к курсовому проекту должна содержать:

- Лист замечаний.

- Техническое задание.

- Содержание.

- Введение.

- Анализ технического задания.

- Эскизный расчет радиоприемника.

2.1. Выбор структурной схемы РПрУ.

2.2. Разделение диапазона частот на поддиапазоны.

2.3. Расчет полосы пропускания линейного тракта РПрУ.

2.4. Выбор первых каскадов, обеспечивающих требуемую чувствительность РПрУ.

2.5. Выбор средств обеспечения избирательностей РПрУ.

2.6. Расчет требуемого усиления линейного тракта РПрУ.

2.7. Проверку осуществимости АРУ.

3. Проектирование принципиальной электрической схемы РПрУ.

3.1.Расчет входной цепи РПрУ.

3.2. Выбор микросхем и электронных приборов для построения принципиальной электрической схемы РПрУ.

3.3. Описание работы принципиальной электрической схемы - Заключение.

- Список использованной литературы.

- Приложения (схема электрическая структурная РПрУ, схема электрическая принципиальная РПрУ, перечень элементов принципиальной электрической схемы РПрУ справочные данные по использованным микросхемам и полупроводниковым приборам).

Лист замечаний необходим преподавателю для записи недочетов проекта, выявленных при проверке пояснительной записки.

Варианты технических заданий на проектирование радиоприёмников аналоговых сигналов приведены в табл.

2.1.Каждое задание содержит следующие данные для АМ-и ЧМтрактов радиоприемника:

- тип РПрУ (стационарный, переносной, автомобильный);

- диапазон частот, в которомдолжен работать проектируемый радиоприемник;

ЗК ПК СК

ЗК ПК СК

ЗК ПК СК

- чувствительность проектируемого радиоприемника;

- избирательность, которую должен обеспечить проектируемый радиоприемник;

- нижнюю Fн и верхнюю Fв частоты модуляции (диапазон воспроизводимых частот);

- данные для расчета системы АРУ:диапазон изменения входного сигнала ;диапазон изменения сигнала на выходе - неравномерность кривой верности всего РПрУп, включая усилитель низкой частоты (УНЧ) и громкоговоритель;

- выходную мощность радиоприемника РВЫХ.

В содержании перечисляются наименования разделов и подразделов с указанием страниц. Введению и заключению номера не присваиваются.

Во введении, ознакомившись с научно-технической литературой по теме проекта, необходимо проанализировать принципы построения и особенности аналогичных (согласно типу радиоприемника, указанному в ТЗ) промышленных радиоприёмных устройств, а также указать перспективы их развития.

Анализ технического задания выполняется в соответствии с рекомендациями, приведенными в разд. 3 данного пособия.

Эскизный расчет радиоприемника выполняется в соответствии с рекомендациями, приведенными в разд. 4 данного пособия.

Проектирование принципиальной электрической схемы радиоприемника выполняется в соответствии с рекомендациями, приведенными в разд. 5 данного пособия.

Заключение должно содержать оценку результатов проектирования с точки зрения их соответствия требованиям технического задания. Отмечаются достоинства спроектированного приемника или его узлов.

Список использованной литературы приводится в соответствии с требованиями ЕСКД.

Приложения включают:

- схему электрическую структурную радиоприемника, - схему электрическую принципиальную радиоприемника, - перечень элементов принципиальной электрической схемы радиоприемника (см. прил.1), - справочные данные по использованным микросхемам и полупроводниковым приборам.

2.2. Графическая часть курсового проекта Графический материал должен содержать схему электрическую структурную (ГОСТ 2.701 – 84/СТ СЭВ 651 – 77. Схемы, виды и типы. Общие требования) и схему электрическую принципиальную (ГОСТ 2.701 – 75. Правила оформления электрических схем).

Графическая часть курсового проекта выполняется на листах бумаги стандартного формата А3 в соответствии с ГОСТ 2. 08 (СТ СЭВ 1181 – 78). Обозначения на чертежах должны быть выполнены в соответствии со стандартами.

3. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

В результате анализа технического задания необходимо дать ответы на следующие вопросы:

- в каком диапазоне волн (ДВ, СВ, КВ, УКВ) должен работать проектируемый радиоприемник;

- какой вид сигнала (моно или стерео);

- к какой группе сложности относится радиоприемник;

- какое питание необходимо для данного типа РПрУ;

- какой тип антенны следует применить.

Программам звукового радиовещания отведены следующие диапазоны:

ДВ (длинные волны) 148,0 235,0 кГц;

СВ (средние волны) 525 1605 кГц;

КВ (короткие волны) 3,95 12,10 МГц;

УКВ (ультракороткие волны):

В диапазоне УКВ1 в России применяется система стереовещания с полярной модуляцией, а в диапазоне УКВ2 – с пилоттоном.

Согласно требованиям, изложенным в Государственном стандарте (ГОСТ 5651–89. Аппаратура радиоприемная бытовая, общие технические условия), стационарные и переносные приемники разделяются на три группы сложности (0 – высшая, 1, 2).

Согласно требованиям, изложенным в Государственном стандарте (ГОСТ 17692–89. Приемники радиовещательные автомобильные, общие технические условия), автомобильные приемники разделяются на три группы сложности (1, 2, 3).

В табл.3.1 приведены нормы ГОСТ 5651–89 для стационарных и переносных радиоприемников и нормы ГОСТ 17692–89 для автомобильных радиовещательных приемников по чувствительности для приемников различных групп сложности.

Стационарные приемники Переносные приемники Автомобильные приемники Селективность по зеркальному каналу приемника с однократным преобразованием частоты полностью определяется избирательностью тракта радиочастоты. В табл. 3.2 приведены нормы ГОСТ5651 89 и ГОСТ 17692–89 селективности по зеркальному каналу для приемников различных групп сложности.

Стандартные значения промежуточных частот для радиовещательного приемника составляют:

в тракте АМ 465 2 кГц; 1,84 0,008 МГц, в тракте ЧМ 10,7 0,1 МГц.

Стационарные приемники Переносные приемники Автомобильные приемники Как правило, применяется одно преобразование частоты: в тракте АМ fпр= 465 кГц, в тракте ЧМ fпр= 10,7 МГц. В приемниках высшей группы сложности в отдельных случаях применяют двойное преобразование частоты, причем в тракте АМ на КВ fпр1 = 1,84 МГц и fпр2 = 465 кГц, а в тракте ЧМ fпр1 = 10,7 МГц и fпр2 = 465 кГц.

В табл. 3.3 приведены нормы ГОСТ 5651-89 и ГОСТ 17692– 89 селективности по промежуточной частоте для приемников различных групп сложности.

Нормы селективности по промежуточной частоте по группам сложноДиапазон Стационарные приемники Переносные приемники Автомобильные приемники В табл. 3.4 приведены нормы ГОСТ 5651–89 для стационарных и переносных радиоприемников и нормы ГОСТ 17692–89 для автомобильных радиовещательных приемников селективности по соседнему каналу для приемников различных групп сложности.

По виду питания стационарные и переносные приемники могут быть сетевые, батарейные или универсального питания. Питание автомобильных приемников осуществляют от аккумулятора (12 В).

При анализе ТЗ необходимо также выбрать тип антенны.

Стационарные приемники Переносные приемники Автомобильные приемники Стационарные радиовещательные приемники обычно на ДВ, СВ и КВ работают от наружной антенны. В приемниках 2-й и 3-й групп сложности на ДВ и СВ могут применяться встроенные ферритовые (магнитные) антенны, при этом ферритовая антенна может работать как катушка индуктивности входного контура. В диапазоне УКВ, помимо внешних антенн, могут применяться петлевые вибраторы и штыревые телескопические антенны.

В переносных приемниках используют встроенные магнитные антенны для приема ДВ и СВ, штыревые телескопические –для приема на КВ и УКВ и наружные антенны для приема на ДВ, СВ, КВ и УКВ.

В автомобильных приемниках применяют штыревые телескопические или активные антенны.

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

ЭСКИЗНОГО РАСЧЁТА РАДИОПРИЁМНИКА

4.1. Выбор структурной схемы радиоприёмника На основе анализа ТЗ выбирают структурную схему радиоприёмника. В ТЗ заданы избирательности по зеркальному и прямому каналам, следовательно, радиотракт приемника должен содержать преобразователь частоты. Таким образом, для построения радиоприемника подходит супергетеродинная схема с однократным преобразованием частоты.

Рекомендуется изобразить типовую схему супергетеродинного приёмника с однократным преобразованием частоты, предназначенного для приёма сигналов монофонического вещания с амплитудной и частотной модуляциями, а также пояснить назначение всех узлов, входящих в его структурную схему.

4.2. Разделение диапазона частот на поддиапазоны Диапазон рабочих частот приёмника разделяют на поддиапазоны в том случае, если коэффициент перекрытия диапазона где fmax– максимальная частота сигнала, fmin– минимальная частота сигнала, больше коэффициента перекрытия диапазона применяемых резонансных систем с переменной настройкой.

Разбивка заданного диапазона на поддиапазоны производится, если При разделении диапазона рабочих частот приемника на поддиапазоны по способу равных коэффициентов поддиапазона kПД, задаваясь коэффициентом перекрытия поддиапазона (для ДВ и СВkПД 2, для КВ и УКВ kПД 1,5), определяют необходимое число поддиапазонов по формуле [3]:

где fmax– максимальная частота сигнала, fmin– минимальная частота сигнала.

Полученное число округляют до большего целого и принимают зачисло поддиапазонов. Затем определяют расчетный коэффициент перекрытия каждого поддиапазона [3]:

и разбивают диапазон приемника на поддиапазоны без перекрытия, 1-й поддиапазон: f1min = fmin …f1max = kПДf1min;

2-й поддиапазон: f2min = f1max… f2max = kПДf2min; (4.4) N-й поддиапазон: fNmin = f(N-1) max …fNmax = fmax.

Для обеспечения перекрытия данных поддиапазонов необходимо раздвинуть крайние частоты поддиапазонов на 1 3 %. Для рассчитываемого n-го поддиапазона:

Коэффициент перекрытия поддиапазона с запасом:

4.3. Расчёт полосы пропускания линейного тракта приёмника Необходимая полоса пропускания линейного тракта П определяется реальной шириной спектра принимаемого сигнала ПС с запасом fЗАП:

Ширина спектра радиочастот:

для АМ-сигналов для ЧМ-сигналов где FВ – верхняя (максимальная) частота модуляции сигнала, mЧМ – индекс частотной модуляции где fД – девиация частоты.

Девиация частоты в диапазоне УКВ1 – 50 кГц, а в диапазоне УКВ2 – 75 кГц.

Значение fЗАП зависит от относительной нестабильности частот принимаемого сигнала С и гетеродина Г приёмника, относительной погрешности настройки приёмника (настройки частот гетеродина) П и усилителя промежуточной частоты (УПЧ) ПР:

где fГ–частота гетеродина fПР– промежуточная частота, в тракте АМ fпр= 465 кГц, в тракте ЧМ fпр= 10,7 МГц.

Значение Г можно определить по табл. 4.1.

Многодиапазонный однокаскадный с плавной перестройкой Однодиапазонный однокаскадный с плавной перестройкой Однодиапазонный однокаскадный без перестройки fc – максимальная частота сигнала, С–нестабильность передатчика.

Нестабильность передатчикаСГ.Выбирают для 0-й и для 1-й групп сложностиС= 0,01 Г, для 2-й и для 3-й групп сложностиС= 0,1 Г.

При ручной настройке с индикацией по звуку ошибки малы и стремятся к нулю, поэтому принимают П= 0.

Величина ПР зависит от температурного коэффициента катушки индуктивности контуров тракта ПЧ:

для 0-й группы сложности ПР = 0,0003, для 1-й группы сложности ПР = 0,0006, для 2-й группы сложности ПР = 0,001, для 3-й группы сложности ПР = 0,003.

Если необходимая полоса пропускания линейного тракта П существенно больше реальной ширины спектра принимаемого сигнала ПС (т.е. П > (1,5 2)ПС),то в этом случае применяют автоподстройку частоты гетеродина (АПЧ), так как принятых мер стабилизации частоты гетеродина будет недостаточно.

Необходимая полоса пропускания линейного тракта приёмника с АПЧ где kАПЧ – коэффициент АПЧ.

Обычно для устойчивой работы АПЧ выбирают kАПЧ = 20, причём верхняя граница значений соответствует довольно сложной системе АПЧ [2].

4.4. Выбор первых каскадов, обеспечивающих требуемую В диапазонах ДВ, СВ, КВ чувствительность приёмника ограничена внешними помехами (промышленными и атмосферными) и собственными шумами.

Для получения требуемой чувствительности с входа внешней антенны ЕА0 коэффициент шума приёмника не должен превышать значения NД. В связи с тем, что коэффициент шума приёмника растёт с увеличением частоты, вычислять допустимый коэффициент шума NД следует на максимальной частоте сигнала. Если реальная чувствительность задана в виде величины ЭДС сигнала в антеннеЕА:

где ПШ – шумовая полоса линейного тракта k – постоянная Больцмана;

Т0 = 290 К – стандартная температура приёмника;

hД – действующая высота приёмной антенны;

RА – внутреннее сопротивление приёмной антенны.

Параметры антенны hД и RА выбираются из табл. 4.2.

Автомобильная шты- ДВ, СВ, КВ ревая * Примечание: l – длина антенны.

Напряжённость поля внешних помех ЕП определяют из графика, приведённого на рис. 4.1.

В соответствии с [1] требуемое входное отношение сигнал/помеха при АМ определяется по формуле где ВЫХ– минимально допустимое отношение сигнал/помеха на выходе приёмника. При АМ в радиовещательных приёмниках ВЫХ = 20дБ(10 раз);

kП = 2 – пик-фактор модулирующего сообщения, т. е. отношение максимального значения напряжения к действующему;

mА = 0,3 – максимальный коэффициент модуляции сигнала;

ПВЫХ = 1,1FВ– полоса пропускания УНЧ.

Величину ВХ при ЧМ рассчитывают по формуле где ВЫХ = 26 дБ (20 раз);

Формула (4.15) справедлива для ВХ 10 дБ (3,16 раза). Если получаем ВХ < 3,16 раза, то принимаем ВХ = 3,16.

Обычно в диапазонах ДВ, СВ, КВ уровень внешних помех на входеприёмника оказывается больше приведённого к входу уровня шумов приёмника, поэтому получаем NД< 0. Следовательно, чувствительность приёмника ограничена внешними помехами, поэтому бесцельно снижать коэффициент шума приёмника путём введения УРЧ только для этой цели. В этом случае, с точки зрения обеспечения заданной чувствительности, первым каскадом приёмника после входной цепи может быть преобразователь частоты.

4.5. Выбор средств обеспечения избирательностей приёмника В супергетеродинной схеме РПрУ преселектор, состоящий из входной цепи (ВЦ) и усилителя радиочастоты (УРЧ), определяет избирательность приёмника по зеркальному каналу ЗК и по каналу прямого прохождения (по промежуточной частоте)ПК.

Основная избирательность по соседнему каналу обеспечивается в усилителе промежуточной частоты.

4.5.1. Определение избирательности по зеркальному каналу Распределим заданную в ТЗ неравномерность кривой верности приемникаП, т.е. неравномерность частотной характеристики всего приёмника по звуковому давлению, по каскадам приёмника.

Неравномерность линейной части приёмника в пределах установленной полосы частот П определяется по формуле [3]:

где П – заданная неравномерность частотной характеристики примника;

УНЧ – неравномерность частотной характеристики УНЧ (в области верхних звуковых частот);

А – неравномерность частотной характеристики акустической системы (громкоговорителя);

Д– неравномерность частотной характеристики детектора.

Вычисление ЛТ по формуле (4.16) производим, учитывая рекомендуемые в [2] значения:

Ослабление в преселекторе на границах его полосы пропускания определяем по формуле [ 2]:

где ПЧ =(3 4) дБ – неравномерность частотной характеристики преобразователя частоты.

В соответствии с [1] различают пять основных структур построения преселектора радиовещательных приёмников, которые представлены на рис. 4.2, где К – одиночный резонансный контур;

Э – усилительный элемент.

Приведенные структуры построения преселектора радиовещательных приёмниковмогут обеспечить следующие значенияизбирательности по зеркальному каналу: