Переносной радиовещательный приемник второй группы сложности

 

ВВЕДЕНИЕ

Радиоприемник является одним из наиболее распространенных радиотехнических устройств, значение которого в экономической, социальной и культурной жизни людей огромно. Более того, любая система радиосвязи немыслима без соответствующего радиоприемного устройства. А в любой системе радиосвязи всегда есть задача осуществить надежный и уверенный прием информации. Современные РПрУ, несмотря на незначительные габариты и вес, зачастую представляют собой достаточно сложные технические устройства, требующие квалифицированных специалистов по проектированию таких систем и поддержанию их высоких эксплуатационных характеристик.

Помимо традиционных задач усиления, фильтрации, преобразования и детектирования сигнала в радиоприемнике производиться обработка, поиск и обнаружение сигнала, синхронизации по несущей, адаптация и так далее. Наряду с аналоговыми способами обработки сигнала в РПрУ в последнее время широко применяется цифровая обработка сигнала. Успехи микроэлектроники позволяют выполнить почти все основные узлы радиоприемника в виде интегральных микросхем, тем самым существенно уменьшить габариты радиоприемника, расширить его функции и увеличить надежность.

В данном курсовом проекте необходимо разработать РПрУ второй группы сложности. Цель курсового проектирования - овладеть необходимыми навыками в построении бытовых радиоприемников. Основной задачей курсового проекта является разработка бытового радиоприемника согласно заданным параметрам.

1. ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ПОСТРОЕНИЯ СТРУКТУРНЫХ СХЕМ РПрУ СИСТЕМ РАДИОВЕЩАНИЯ

Современные РПрУ строятся по супергетеродинной схеме с однократным или двукратным преобразованием частоты, наибольшие распространение в переносных РПрУ получили супергетеродинные схемы с однократным преобразованием.

Примером переносного радиовещательного приемника 2 группы сложности может послужить радиоприемник «Океан-214».

.

Рисунок 1- Схема электрическая структурная радиоприемника «Океан-214»

Радиоприёмник «Океан-214» предназначен для приёма сигналов радиовещательных станций следующих диапазонов: ДВ, СВ, КВ с АМ и УКВ с ЧМ; выполнен по супергетеродинной схеме с однократным преобразованием частоты с раздельными трактами приёма АМ и ЧМ сигналов и с общим трактом промежуточной частоты. Для приема станций в диапазонах ДВ и СВ в приемнике имеется внутренняя антенна, для КВ и УКВ - внешняя.

РПрУ состоит из следующих блоков: блок УКВ; блок КСДВ; блок УРЧ-ПЧ; блок ЗЧ; блок питания. В блоке УКВ расположены ВЦ, УРЧ, одноэлектродный смеситель, гетеродин. Блок КСДВ включает в себя: магнитную антенну WA1; колебательные контура входной цепи, усилителя радиочастоты и гетеродина для ЧМ сигналов. Блок УРЧ-ПЧ содержит: УРЧ (для диапазонов ДВ, СВ, КВ); УПЧ; АД; ЧД; схемы АРУ; схему АПЧГ (совместно с блоком УКВ); гетеродин для АМ сигналов. Блок ЗЧ состоит из: транзисторного каскада УЗЧ; ИМС УЗЧ с АРУ; выпрямителя и стабилизатора напряжения питания. В блок питания входит система понижающих трансформаторов с 220/110 В до требуемых значений.

В РПрУ организована система АПЧ гетеродина ЧМ тракта. Представляет собой электронную разностную ЧАПЧ. Переключатель SA1.2 позволяет включать/выключать систему АПЧГ.

Тракт ПЧ и преселектор АМ охвачены цепями АРУ, которая является обратной усиленной эстафетной режимной с отдельным детектором. В блоке ЗЧ применена ИМС К174УН7. Данная ИМС является усилителем мощности низкой частоты с номинальной выходной мощностью 4.5 Вт при нагрузке 4 Ом. Условное графическое обозначение и цоколёвка приведены на рисунке 6, а основные параметры в таблице 1. На VT7, VT8 блока УЗЧ собран стабилизатор питающего напряжения.

В качестве зарубежного РПрУ было решено рассмотреть «Tecsun PL-600».

Радиоприемник «Tecsun PL-600» появился в продаже в 2008 году и является ярким представителем современного радиоприемников. Он обладает рядом достоинств и высокими характеристиками по сравнению с другими аналогичными РПрУ. Tecsun PL600 - супергетеродинный приемник с разделенным трактом приема АМ и ЧМ сигналов. В качестве особенностей схемотехники можно выделить двукратное преобразование частоты для АМ - fпч1 = 55.845 МГц и fпч2 = 455 КГц; однократное преобразование частоты для ЧМ - fпч1 = 10.7 МГц; наличие цифрового синтезатора частоты. Обобщенная структурная схема радиоприемника представлена на рисунке 2.

Для ЧМ сигналов:

)ТРЧ широкополосный не перестраиваемый. Наличие аттенюатора для ослабления сигнала в зоне уверенного радиоприема.

)ТПЧ представлен интегральным преобразователем выполненном на ИМС TA7358AP с промежуточной частотой fпч = 10.7 МГц. Связь со смесителем трансформаторная. УПЧ2 выполнен на транзисторе, нагрузкой является ПКФ. Цифровой синтезатор частоты выполнен на ИМС LC7213M.

)Т3Ч представлен ИМС TA2057. Это частотный и амплитудный детектор, а так же в этой ИМС находятся активные фильтры, обеспечивающие избирательность по зеркальному каналу.

Для АМ сигналов:

)ТРЧ широкополосный не перестраиваемый.

)Первый смеситель - транзисторный балансный, нагрузкой являться колебательный контур связанный с перестраев

)Т3Ч представлен ИМС TA2057. Это частотный и амплитудный детектор, а так же в этой ИМС находятся активные фильтры, обеспечивающие избирательность по зеркальному каналу.

Основные параметры рассматриваемого РПрУ представлены в таблице 2.

Таблица 1 - Основные технические характеристики РПрУ «Tecsun PL-600»

Диапазон принимаемых частотУКВДВСВКВДиапазон частот, кГц87250 - 108420144 - 419508 - 16201588 - 26532Реальная чувствительность (при дБ), мВ/м0,00261,20,320,035Избирательность по соседнему каналу, дБ-5959-Избирательность по зеркальному каналу, дБ44587250Максимальная выходная мощность, Вт:при питании от батареи:1,88при питании от сети:6,5

Рисунок 2 - Структурная схема РПрУ «Tecsun PL-600»

2. ПРОЕКТИРОВАЧНЫЙ РАЗДЕЛ

2.1 Выбор и обоснование исходных данных для расчета

На основании проведенного анализа особенности и построения структурных схем бытовых радиовещательных приемников второй группы сложности решено реализовать разрабатываемый радиоприемник по схеме супергетеродинного типа с однократным преобразованием частоты. При выборе структурной схемы РПрУ учитываем следующие требования технического задания: обеспечение заданной чувствительности и избирательности.

Анализируя ГОСТ 5651-89 выбираю исходные данные, которые приведены в таблице 3.

Таблица 2 - Результаты анализа

Основные параметрыЗначения параметровЗаданное значениеЗначение в соответствии с ГОСТ 5651-89Принятое значение для расчетаЕАМ, мкВ200По ТУ200ЕЧМ, мкВ40По ТУ40Sск, дБ46По ТУ46Sзк, дБ46По ТУ46dп, дБ9По ТУ9

Разобьем заданные диапазоны частот на поддиапазоны и представим результат в виде таблицы:

Таблица 3 - Диапазоны частот для разрабатываемого РВП

АМ (0,15-12,1 МГц)ДВ148-408 кГцСВ <#"justify">Составим вариант предполагаемой структурной схемы разрабатываемого РПрУ, указав на ней все необходимые схемы регулировок и управления. Данный радиоприемник будем разрабатывать с применением современных аналоговых ИМС без цифрового синтезатора частоты. В качестве фильтров сосредоточенной селекции будут применяться малогабаритные ФСС. Структурная схема разрабатываемого РВП представлена на рисунке 5.

Рисунок 3 - Структурная схема разрабатываемого РПрУ

2.2 Предварительный расчет электрической структурной схемы

.2.1 Выбор типа параметров и числа контуров в ТРЧ

В качестве колебательных контуров ТРЧ буду применять одиночные параллельные колебательные контура с электронной перестройкой по диапазону. Для расчета принимаю число контуров в ТРЧ nc = 2. Распределяем заданное ослабление по отдельным трактам РПрУ. Результаты представлены в таблице 4.

Таблица 4. - Распределение заданного ослабления на краях полосы пропускания по основным трактам радиоприёмника

Заданное значение dп, дБОсновные тракты РПРУТРЧТПЧТЗЧ9522

dпТРЧ = 5 дБ = 105/20 = 1,778 раз

Для обеспечения перекрытия заданных поддиапазонов при изменении величины напряжений источников питания, изменении температуры и т. д. раздвигаем крайние частоты поддиапазонов на 3 %.

fmin = 0,97 * fmin

fmax = 1,03 * fmax

fзк.max=fmax+2*fПЧ

fпч(АМ) = 465 + 2 кГц

fпч(ЧМ) = 10,7 + 0,5 МГц

где fmin, fmax - частоты диапазона с обеспечением производственного запаса, Гц

fmin- минимальная частота диапазона, Гц

fmax- максимальная частота диапазона, Гц

Произведем расчет для СВ диапазона:

кГц

кГц

fзк.max = fmax ± 2·fпч, кГц

fзк.max = 2588,7, кГц

Для остальных диапазонов расчет полностью аналогичен. Результаты расчетов представлены в таблице 5

Таблица 5 - Значения частот для рассматриваемых диапазонов

Диапазонfmin, кГцfmax, кГцfmin, кГцfmax, кГцfзк.max, кГцДВ150405145,5417,151343,1СВ526,51606,5510,71654,72588,7КВ3593062005752,163867316КВ471007300688775198469КВ5940097009118999110925КВ61160012100112521246313397УКВ16590074000639237622097620

Определим максимально допустимую добротность контуров ТРЧ для диапазона СВ по формуле:

П0,7 = 2·7,2·103 = 14,4 кГц

Qп =

Определим необходимую добротность контуров Qи для диапазона СВ, которая обеспечит заданную избирательность по зеркальному каналу:

Qи =

Sзк = 46 дБ = 199,526 раз

Qи =

Определяем возможную эквивалентную конструктивную добротность для диапазона СВ с учетом шунтирующего действия усилительных элементов:

Qэк = ? ?Qк

? = 0,5…0,8

Таблица 6 - Значения конструктивной добротности для диапазонов

ДиапазонЗначение конструктивной добротности для контуров без сердечника, QкДВ10 - 50 еденицСВ40 - 100 единицКВ60 - 150 единицУКВ100 - 200 единиц

Выбираем значения ? = 0,5 и Qк = 40

Qэк= 0,5*40 = 20

Результаты расчетов трех значений должны соответствовать следующему неравенству:

Qи < Qэк < Qп

12,63 < 20 < 31,28

Так как, полученные значения соответствуют неравенству, делаем предварительный вывод, что расчет выполнен верно.

Принятое значение Qэк должно быть обеспечено на частоте f* путем выбора соответствующей величины связи контура с усилительным элементом, т.к. при уменьшении частоты настройки ТРЧ происходит увеличение добротности.

f* для диапазонов:

f* СВ = 1 МГц

f* ДВ = 200 кГц

f* КВ, УКВ =

Произведем расчет для диапазона СВ:

Qэк.fmin=

Qэк.fmin=

Qэк.fmin= 1/0,038 = 26,3

Результат расчета Qэк должен соответствовать следующему неравенству:

Qэк.fmin ‹ Qп

,3 ‹ 31,28

По результатам расчета для диапазона СВ принимаю:

nc = 2 Qк = 40 Qэк = 20

Для остальных диапазонов расчет проводится аналогично представленному выше расчету. В качестве исходных данных используются таблицы 6 и 5. Результаты расчетов для других диапазонов представлены в таблице 7.

Таблица 7 - Расчетные данные

ДиапазонQиQэкQпQэк.fminДВ2,76,38,597,69СВ12,632031,2826,3КВ327,7950253,6239,71КВ451,263569,7217,4КВ570,990703,3100КВ677,995763,3111УКВ-126,1105844,2125

.2.2 Выбор типа и параметров элементов для электронной перестройки контуров

В качестве элементов перестройки контуров будут применяться варикапы. Выберем варикап, который бы подходил предварительно по своим параметрам к заданным исходным данным.

Исходные данные:

.Uист.пит. = 1,5; 3; 4,5; 6; 9; 12 В

2.Uист.пит. = Eк

Кпд =

3.fгр = (15…20)

Кпд=

Элементом перестройки для КВ диапазона будет являться варикап 2В102Е, параметры которого приведены в таблице 8.

Таблица 8 - Параметры варикапа 2В102Е

ПараметрЗначениеCmin, пФ25Cmax, пФ37Uпит, В4

Кпд = = 1,2

Таблица 9 - Значения Кпд и Кпд для диапазонов

ДиапазонКпдКпдДВ2,83СВ3,23,1КВ31,11,2КВ41,11,2КВ51,11,2КВ61,11,2УКВ-11,11,1

КпдКпд

,1 1,2

Произведем проверочный расчет правильности выбора варикапа. Составим эквивалентную электрическую схему входной цепи.

Рисунок 4 - Эквивалентная электрическая схема входной цепи

Таблица 10 - Ориентировочные значения емкостей

ДиапазонСВКВУКВСL5 - 15 пФ4 - 10 пФ4 - 10 пФCм5 - 20 пФ8 - 10 пФ5 - 10 пФCвн10 - 15 пФ5 - 10 пФ4 - 10 пФCп8 - 15 пФ8 - 15 пФ8 - 15 пФ

Определяем эквивалентную емкость схемы Ссх, включаемую параллельно емкости варикапа.

Ссх = См + СL + Свн + Сп

Ссх = 9 + 5 + 6+ 9 = 29

Определяем требуемую емкость схемы Сэ, при которой выбранный варикап обеспечивает перекрытие данного диапазона.

Определяем дополнительную емкость Сд, которую необходимо включить в контур для получения заданного перекрытия.

Сд = Сэ - Ссх

34 пФ - 29 пФ = 5пФ

Сд = (0…20) пФ, значит варикап выбран верно.

На основании проведенного расчета принимаю варикап 2В102Е для диапазонов КВ3, КВ4, КВ5 и КВ6

Таблица 11 - Параметры выбранных варикапов для диапазонов и найденные значения емкостей.

ДиапазонТип варикапаСmin, пФCmax, пФUпит, ВСд, пФСсх, пФСэ, пФСВMV140317,51754163046ДВКВ105А4006004186078КВ 32В102Е2537452934КВ 4КВ 5КВ 6УКВ-1КВ104А901204253055

2.2.3 Выбор типа и параметров избирательной системы в ТРЧ

Для обеспечения заданной избирательности по соседнему каналу выберем из технической литературы пьезокерамические фильтры. Так как по условию задания не оговаривается использование додетекторной регулировки полосы пропускания, разрабатывать ее не будем.

Для ТПЧ ЧМ выбираем фильтр L10.7 MA5. Его параметры представлены в таблице 11

Таблица 11 - Параметры L10.7 MA5

Средняя полоса пропускания, МГцШирина полосы пропускания на уровне 6 дБ, кГцИзбирательность дБ, не менееRвх, кОмRвых, кОм10,76± 0,3280±505022

Для ТПЧ АМ выбираем фильтр ФП1П-044. Его параметры представлены в таблице 12

Таблица 12 - Параметры ФП1П-044

Средняя полоса пропусканияШирина полосы пропускания на уровне 6 дБ, кГцИзбирательность дБ, не менееRвх, кОмRвых, кОм465±25,8±14622

На рисунке 5 представлено условно-графическое обозначение выбранных пьезокерамических фильтров.

Рисунок 5 - УГО пьезокерамического фильтра

2.2.4 Выбор типа и параметров усилительных элементов для приемно-усилительного тракта

Основой для разрабатываемого приёмника будет ИМС большой степени интеграции зарубежного производства - TEA5711. Данная микросхема позволяет реализовать АМ и ЧМ тракт. Ниже представлены структурная схема и УГО ИМС, а так же ее основные параметры.

Рисунок 6 - УГО ИМС TEA5711

Рисунок 7 - Схема электрическая структурная ИМС TEA5711

Таблица 13 - Основные параметры ИМС TEA5711

Uип, ВIпот., мАСвх, пФUвых, мВКг, %Eа, мкВ (не хуже)Rвх, кОм2...7,515122500,41,5...32

Произведем расчет необходимого усиления:

UвхУРС = mA*Eaр * hд

Eap - реальная чувствительность радиоприемника, В/м;

hg - действующая высота антенны, м;

m- коэффициент включения магнитной антенны. m= 0,5…0,8

K0УРС =

Кзап. = 1,5…1,8

КоУРС = 1,8*(1.5*10-6/1.95*10-5) = 0.11< 3

При таком соотношении не требуются дополнительные УРС.

2.3 Выбор и обоснование принципиальных схем отдельных каскадов и блоков радиовещательного приемника

радиоприемник коммутация усилительный

2.3.1 Выбор и обоснование принципиальной схемы входной цепи

Выбираем следующие условия для составления электрической принципиальной схемы входной цепи:

) Связь антенны с ВЦ - автотрансформаторная;

) Связь ВЦ с УРС - емкостной делитель;

) Способ перестройки селектора - электронный.

Исходя из выбранных условий составим электрическую принципиальную схему (рисунок 22).

Рисунок 8 - Принципиальная электрическая схема входной цепи.

2.3.2 Выбор и обоснование принципиальной схемы приемно-усилительного тракта

При построении радиовещательного приемника используется ИМС TEA5711, которая отличается большой степенью интеграции. Данная ИМС имеет в составе цепи АРУ для поддержания постоянства уровня выходного сигнала при изменении входного. Избирательность по зеркальному каналу приема обеспечивают фильтры ПКФ. Ниже представлена схема включения данной ИМС:

Рисунок 9 - Типовая схема включения TEA5711.

2.3.3 Выбор и обоснование принципиальной схемы УЗЧ

Для регулировки громкости используется ИМС TDA8196. Это миниатюрный мостовой усилитель мощности низкой частоты с электронным регулятором громкости. Применяется в переносной и стационарной бытовой аппаратуре среднего и высокого класса. Регулировка громкости происходит при нажатии на кнопку SB1. Основные характеристики приведены в таблице 45.

Рисунок 10 - УГО TDA8196

Таблица 14 - Основные характеристики ИМС TDA8196

ПараметрОбозначениеЗначениеЕдиница измеренияПримечаниеНапряжение питанияUпит.12В-Ток потребленияTпотр.1мАВ режиме ожиданияВходное сопротивлениеRвх.50кОм-Полоса частот-20-20000Гц-Максимальное напряжение на выходеUвых.макс.1.5ВUвых. = 1В, F = 1 кГцКоэффициент гармоникKr0.05%-Коэффициент шумов на выходеKшума50дБ-Минимальное сопротивление нагрузкиR нагр.мин.10кОм-

Рисунок 11 - Типовая электрическая схема включения ИМС TDA8196

2.4 Выбор и обоснование принципиальных схем блоков регулировки и управления РВП

.4.1 Выбор и обоснование схемы блока коммутации

В качестве коммутатора буду использовать микросхему К590КН14. Она является коммутирующей матрицей 4*4 со схемой управления, предназначенная для переключения аналоговых или цифровых сигналов. В зависимости от комбинации цифровых сигналов на управляющих входах микросхема осуществляет любую из 16 возможных комбинаций вход/выход. Дополнительный вход E служит для управления всеми каналами микросхемы. На этот вход необходимо подавать уровень логического нуля.

Рисунок 12 - УГО микросхемы К590КН14

Таблица 15 - Электрические параметры ИМС К590КН14

Uип, ВIутечки., нАIвх. низ ур., мкАIвх. высур., мкАIпот, мкАRв открсост, Ом12700,20,22000100Приведенная ниже таблица показывает коды для коммутации диапазонов:

Таблица 16 - Таблица истинности ИМС К590КН14

АдресВыборАВСD1000X1 Y10010X2Y20100X3 Y30001X4 Y4

Две микросхемы К590КН14 будем использовать для коммутации входных цепей, а еще две ИМС К590КН14 для коммутации контуров гетеродинов в зависимости от выбранного диапазона.

Блок управления собран на основе микросборки К04КП024.Управление микросборкой осуществляется по ее входам Х1-Х7, сигналы индикации снимаются с выходов Y1 - Y7, а управление коммутатором реализуется по выходам Y8-Y13. Микросборка К04КП024 представляет собой многостабильный триггер и набор электронных ключей, связанных со всеми выходами.

Рисунок 13 - Типовая электрическая схема ИМС К04КП024

Таблица 17 - Электрические параметры ИМС К04КП024

Uип, ВIпот., мАIком., мАКол-во каналов1260?0,37

2.4.2 Выбор и обоснование схемы блока настройки РВП на рабочую частоту

Выбор необходимого диапазона осуществляется с помощью блока управления. Блок управления, выполненный на К04КП04, коммутирует входные цепи и контура гетеродинов соответствующих диапазонов. Настройка РВП на рабочую частоту осуществляется переменным резистором, путем изменения напряжения на варикапах ВЦ и контуров гетеродинов. Изменение напряжения на варикапе приводит к смещению рабочей точки на вольтфарадной характеристики варикапа, что в свою очередь, приводит к изменению его емкости. При измени емкости варикапа начинает изменяться резонансная частота колебательных контуров. Таким образом происходит настройка на рабочею частоту.

Заметим так же, что для настройки на рабочую частоту можно использовать и цифровой синтезатор частоты. Однако это приведет к усложнению электрической принципиальной схемы разрабатываемого РВП. Помимо ИМС выполняющей функции синтезатора частоты потребуются микроконтроллер и блок цифровой индикации. Применение цифрового синтезатора частоты имеет свои преимущества, например автоматическая настройка на рабочую частоту или «запоминание» каналов, но было решено использовать наиболее простой вариант.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе курсового проекта была разработана структурная и принципиальная схема бытового РВП с учетом требования ГОСТа и заданных условий. Были выбраны необходимые ИМС, разработана схема коммутации диапазонов. Информация об элементной базе взята из специализированной литературы и из Интернет-публикаций радиолюбителей. Основные цели и задачи курсового проекта выполнены.

ЛИТЕРАТУРА

1Цифровой стереоприемни : журнал «Радиолюбитель», апрель 2001. - 107с.

Обозначения буквенно-позиционные в электрических схемах : ГОСТ 2.710-81 ЕСКД. - Введ. 1983-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 1982.

Современные интегральные усилители: справочное издание, «Эксмо», Москва 2008 - 65-67с. / C. Р. Баширов, А. С. Баширов.

Обозначения условные графические в электрических схемах. Элементы цифровой техники : ГОСТ 2.743-91 ЕСКД. - Введ. 1993-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 1992.

Общие требования к текстовым документам : ГОСТ 1.105-95 ЕСКД. - Введ. 1997-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 1996.

Стандарт предприятия. Курсовое и дипломное проектирование : СТП ВГКС 1.01-2005. - Введ. 2005-01-01. - Минск : ВГКС, 2004. - 107 с.

ВВЕДЕНИЕ Радиоприемник является одним из наиболее распространенных радиотехнических устройств, значение которого в экономической, социальной и культурной

Больше работ по теме: