КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине: Радиотелевизионная аппаратура»
Разработка схемы радиоприемника
Аннотация
Пояснительная записка содержит 35 страниц, в том числе 18 рисунков, 5 источников, 2 приложения. Графичская часть выполнена на 3 листах формата А2.
Курсовой проект содержит схему структурную УКВ приемника на микросхеме К174ХА2 и операционном усилителе К174УН3, описание разработки платы печатной и методику настройки. Так же охарактеризована элементная база данного радиоприемника.
Помимо этого, пояснительная записка содержит подробный анализ работы схемы электрической принципиальной радиоприемника.
Содержание
Введение
1 Постановка задачи
2 Электрическая часть
2. 1 Разработка структурной схемы
2. 2. Разработка отдельных узлов
2. 2. 1 Входная цепь
2. 2. 2 Усилитель радиочастоты
2. 2. 3 Преобразователь частоты
2. 2. 4 Коррелятор
2. 2. 5 Усилитель промежуточной частоты
2. 2. Детектор
2. 2. 7 Усилитель звуковой частоты
2. 2. 8 Воспроизводящее устройство
2. 3 Работа схемы электрической принципиальной
2. 4 Характеристика элементной базы
2. 4. 1Микросхема К174ХА2
2. 4. 2Операционный усилитель на микросхеме К174УН3
2. 4. 3 Варикап КВ102Б
2. 4. 4Стабилитрон КС168
3 Разработка платы печатной
4 Методика настройки радиоприёмника
Заключение
Список использованных источников
Приложение - А Схема электрическая принципиальная приемника
Приложение - Б Плата печатная
Введение
Изобретение радио является одним из величайших достижений человеческой культуры конца девятнадцатого столетия. Появление этой новой отрасли техники не было случайностью. Оно подготовлялось поем предшествующим развитием науки и отвечало требованиям эпохи. Как правило, первые шаги во вновь зарождающихся областях техники неизбежно бывают связаны с предыдущими научными и техническими достижениями, относящимися иной раз к различным разделам человеческих знаний и практики. Однако в каждой новой технической области всегда можно найти определенную физическую основу. Такой физической основой для возможности появления радиотехники послужило электромагнитное поле. Учение об этом поле, до того как оно нашло себе техническое применение, разрабатывалось многими выдающимися учеными на протяжении почти полустолетия.
А. С. Попов родился 16 марта 1859 года в поселке Турьииские Рудники на Северном Урале (ныне г. Краснотурьинск Свердловской области). Сынсвященника, он учился в Далматовском духовном училище и Пермской духовной семинарии. Но, как и многие семинаристы, тяготевшие к науке, он вышел из семинарии после окончания общеобразовательных классов и 18-летним юношей поступил на физико-математический факультет Петербургского университета. С увлечением отдаваясь научным занятиям, А. С. Попов вскоре обратил на себя внимание профессоров университета, среди которых были крупнейшие физики того времени (Ф. Ф. Петрушсвский, И. Г. Егоров и др. ). Блестящие способности А. С. Попова позволили ему еще студентом исполнять обязанности ассистента профессора на лекциях. Окончив университет в 1882 году, Александр Степанович по материальной необеспеченности не смог принять предложение остаться при кафедре физики для подготовки к профессорскому званию и занял место преподавателя физики в кронштадтском Минном офицерском классе и в Минной школе. Сюда А. С. Попова влекла возможность вести научноисследовательскую работу в первоклассном по своему оборудованию физическом кабинете класса.
А. С. Попов работал вскоре после великих открытий Фарадея и Максвелла, начавших новую эпоху электротехники. В 1867 году английский физик Максвелл вывел из своих чисто теоретических трудов заключение о существовании в природе электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света.
Он утверждал, что видимые волны света являются только частным случаем электромагнитных волн, известным потому, что эти волны люди могут обнаруживать и искусственно создавать. Теория Максвелла была встречена с большим недоверием, но своей глубиной и теоретической завершенностью привлекла к себе внимание многих физиков.
Дата этого доклада признана теперь днем рождения радио. Первым корреспондентом А. С. Попова в его опытах по осуществлению радиосвязи была сама природа — разряды молний. Первый радиоприемник А. С. Попова, а также изготовленный им летом 1895 года «грозоотметчик» могли обнаруживать очень дальние грозы. Это обстоятельство и навело А. С. Попова на мысль, что электромагнитные волны можно обнаружить при любой дальности источника их возбуждения, если источник обладает достаточной мощностью. Такое заключение дало Попову право говорить о передаче сигналов на дальнее расстояние без проводов. В качестве источника колебаний в своих опытах А. С. Попов пользовался герцевским вибратором, приспособив для его возбуждения давно известный физический инструмент — катушку Румкорфа. Будучи замечательным экспериментатором, своими руками изготовляя всю необходимую аппаратуру, Попов усовершенствовал приборы своих предшественников. Однако решающее значение имело то, что Попов к этим приборам присоединил вертикальный провод — первую в мире антенну и таким образом полностью разработал основную идею и аппаратуру для радиотелеграфной связи. Так возникла связь без проводов с помощью электромагнитных волн, так в изобретении А. С. Попова зародилась современная радиотехника. Возможно, что если бы Попов был только ученым-физиком, то па этом дело бы и остановилось, но Александр Степанович был, кроме того, инженером-практиком и загнал нужды военноморского флота. Еще в январе 1896 года в статье А. С. Попова, опубликованной в «Журнале Русского физико-химического общества», были приведены схемы и подробное описание принципа действия первого в мире радиоприемника. А в марте изобретатель продемонстрировал передачу сигналов без проводов на расстояние 250 м, передав первую в мире радиограмму из двух слов «Генрих Герц». В том же году в опытах на кораблях была достигнута дальность радиосвязи сначала на расстояние около 640 м, а вскоре и на 5 км.
Позже, в июне 1896 года итальянец Г. Маркони сделал в Англии патентнуюзаявку на аналогичное изобретение, но сведения об его опытах и приборахбеспроволочного телеграфирования были опубликованы лишь через год — в июне 1897 года. Умелая реклама, большой интерес Англии к возможностям осуществления святи без проводов позволили Маркони в 1897 году основать специальную фирму («Компания беспроволочного телеграфа и сигнализации») с капиталом 100 тыс. фунтов стерлингов. Дальность радиосвязи в это время в опытах Маркони не превосходила дальности, достигнутой Поповым.
Своими опытами Морское министерство, организовал даже небольшоепроизводство своих приборов в мастерских лейтенанта Колбасьева и упарижского механика Дюкрете, который в дальнейшем стал главным поставщиком его приборов. Когда в ноябре 1899 года у острова Гогланд сел на мель броненосец «Генерал-адмирал Апраксин», то по поручению Морского министерства Попов организовал первую в мире практическую радиосвязь. Между г. Котка и броненосцем на расстоянии около 50 км в течение трех месяцев было передано свыше 400 радиограмм. После успешной работы радиолинии Гогланд — Котка Морское министерство первым в мире приняло решение о вооружении всех судов русского военно-морского флота радиотелеграфом как средством постоянного вооружения. Под руководством Попова началось изготовление радиоаппаратуры для вооружения кораблей. Одновременно с этим А. С. Попов создал первые армейские полевые радиостанции и провел опыты по радиосвязи в Каспийском пехотном полку. В мастерской кронштадтского порта, организованной А. С. Поповым в 1900 году, были изготовлены радиостанции для вооружения мерных кораблей (крейсер «Поник», линкор «Пересвет» и др. ), отправляемых на Дальний Восток для укрепления 1-й Тихоокеанской эскадры. Русский флот получил па вооружение радиотелеграфную аппаратуру ранее английского флота. Английское адмиралтейство только в феврале 1901 года заказало первые 32 станции, а вопрос о массовом радиовооружении кораблей решило лишь в 1903 году. Кроме России, Англии и Германии, в других странах Европы, а также в США не велось самостоятельных разработок в области радио, и поэтому эти страны оказались в большей или меньшей зависимости от общества Маркони. Оно сумело обеспечить себе монополию почти во всем мире и сохраняло ее вплоть до первой мировой войны. Технические возможности небольшой мастерской в Кронштадте и парижской мастерской Дюкрете были слабы, для того чтобы спешно вооружить вторую русскую эскадру, уходившую на Дальний Восток. Поэтому большой заказ на изготовление радиоаппаратуры для кораблей эскадры был передан германской фирме «Телефункен». Недобросовестно изготовленная этой фирмой аппаратура часто отказывала в работе. А. С. Попов, командированный в Германию для наблюдения за ходом поставки аппаратуры, писал 26 июня 1904 года: «Приборы не были никому сданы и никто не обучен обращению с ними. Ни на одном корабле нет схемы приемных приборов». Известно, что заслуги А. С. Попова благодаря настояниям общественности были высоко оценены.
В 1898 году ему была присуждена премия Русского технического общества, присваиваемая раз в три года за особо выдающиеся достижения. В следующем году Александр Степанович получил диплом почетного инженера-электрика. Русское техническое общество избрало его своим почетным членом. Когда, в 1901 году, Попову предложили профессуру в Работы А. С. Попова имели большое значение для последующего развития радиотехники. Изучая результаты опытов на Балтике в 1897 году по прекращению связи между кораблями «Европа» и «Африка» в моменты прохождения между ними крейсера «Лейтенант Ильин», Попов пришел к заключению о возможности с помощью радиоволн обнаруживать металлические массы, то есть к идее современной радиолокации. возбудителя незатухающих колебанию. Через год (в 1903—1904 годах) в лаборатории Попова уже были поставлены опыты радиотелефонирования, демонстрировавшиеся в феврале 1904 года на III Всероссийском электротехническом съезде. В Минном офицерском классе Попов проработал около 18 лет и оставил там службу лишь в 1901 году, когда был приглашен занять кафедру физики в Петербургском электротехническом институте. В октябре 1905 года он был избран директором этого института.
За кратковременную деятельность и области радиотехники (менее 10 лет) А. С. Попов добился очень больших результатов, использовав все достиженияфизики своего времени. Понадобились долгие годы и соединенные усилия многих ученых и инженеров, чтобы развить изобретение А. С. Попова и довести его до того расцвета, свидетелями которого мы являемся теперь. Всю эту огромную работу можно рассматривать как историю овладения человеком спектром радиоволн, начало которому положили труды А. С. Попова. /2/
В данном курсовом проекте разработать схему электррическу-принципиальную, плату печатную УКВ приемника на микросхеме К174ХА2.
1 Постановка задачи.
В данном курсовом проекте мне было предложено разработать схему электрическую принципиальную печатную плату электрической принципиальной радиоприемника К174ХА2, а также произвести сборку и настройку радиоприемника. Данный радиоприёмник должен обладать следующими техническими характеристиками:
- диапазон принимаемых частот, МГц.....................................65-73;
- отношение сигнал/шум 26дБ. не более мкВ/м..............................4;
- диапазон рабочих частот ЗЧ, Гц..........................................10000;
- чувствительность, мкВ...........................................................6;
- выходное напряжение ЗГ, мВ...............................................100;
- коэффициент нелинейных искажений, % не более........................3;
2 Электрическая часть
2. 1 Разработка структурной схемы
На рисунке 1 изображена структурная схема приёмника СВ
диапазона.
Рисунок 1 - структурная схема приёмника
Входная цепь (ВЦ) - выделяет заданный сигнал высокой частоты из всех сигналов поступающих из антенны.
Усилитель радиочастоты (УРЧ) - предназначен для увеличения амплитуды мощности на несущей частоте.
Смеситель (С) - в его основу входит не линейный элемент -при совместном действии сигнала станции и сигнала гетеродина на нелинейных элементах образуются сложные колебания.
Гетеродин (Г) - это генератор синусоидальных колебаний с постоянной частотой и амплитудой.
Коррелятор(КОР) - производит управление системой бесшумной настройки.
Усилитель промежуточной частоты (УПЧ)-Для усиления частот.
Детектор(Д)- служит для получения напряжения, изменяющегося в соответствии с законом изменения частоты входного сигнала.
Усилитель звуковой частоты(УЗЧ)-предназначен для усиления звуковой частоты.
Воспроизводящее устройство(ВУ)-преобразует низкочастотный сигнал в информацию как правило понятную человеку.
2. 2 Разработка отдельных узлов
2. 2. 1 Входная цепь
ВЦ выделяет заданный сигнал высокой частоты из всех сигналов поступающих из антенны, при этом заметно ослабляются сигналы других радиостанций и различных помех. Во входной цепи определяется начальная избирательность приемника. ВЦ - это промежуточная цепь между самой антенной и первым каскадом приемника.
Входная цепь должна обеспечить:
- максимальную передачу мощности полезного сигнала;
- максимальное поглощение шумов (помех);
- максимальную избирательность при заданной полосе пропускания.
Входные цепи классифицируются:
-по способу построения:
а)избирательные;
б)апериодические;
-по способу настройки:
а)ВЦ со ступенчатой настройкой;
б)ВЦ с плавной настройкой;
в)ВЦ с комбинированной настройкой.
-по конструкции:
а)ВЦ с сосредоточенными параметрами;
б)ВЦ с распределенными параметрами.
В схеме представленного мной приемника использована магнитная антенна.
Магнитная антенна представляет собой ферритовый сердечник круглого или прямоугольного сечения на который наматывается катушка индуктивности. Выполняя схемы необходимо строго следовать маркам ферритов и размерам стержней. Для ДВ диапазона рекомендуется ферриты: Ф600, Ф1000; для СВ диапазона - Ф400, Ф600.
Магнитные антенны широко применяются в современных приемниках на ДВ и СВ диапазонах. Преимущество магнитной антенны в том, что при малых геометрических размерах она обеспечивает достаточно большую действующую высоту, что позволяет использовать их в переносных приемниках.
Для биполярных каскадов обычно применяются частичное включение колебательных контуров (автотрансформаторная связь показана на рисунке 2). При этом сохраняется избирательность и полоса пропускания частот. /1/
Важно выбрать оптимальную связь, чтобы коэффициент передачи энергии и избирательность была наибольшими.
Рисунок 2 - Схема автотрансформаторной связи.
Схема простой связи магнитной антенны с первым каскадом показана на рисунке 3. Контур может полностью подключен только если следующий каскад имеет большое входное сопротивление. Ключ SA1 служит для переключения диапазонов. Поэтому здесь настройка более плавная и мягкая. Настройка осуществляется за сет переменного конденсатора СЗ, конденсатор С2 построечный. Недостатком является то, что при использовании нескольких конденсаторов увеличиваются потери, а значит добротность падает.
Рисунок 3 - Схема простой связи.
В данном курсовом проекте Входная цепь собрана по схеме емкостной связи.
Рисунок 4-Входная цепь с емкостной связью.
2. 2. 2 Усилитель радиочастоты
Усилители радиочастоты похожи на другие усилители. Они отличаются, главным образом, диапазоном рабочих частот, занимающим область от 10 до 30 мегагерц. Существуют два класса усилителей радиочастоты: перестраиваемые и неперестраиваемые. Основной функцией неперестраиваемого усилителя является усиление, а его амплитудночастотная характеристика должна занимать как можно более широкий диапазон радиочастот. В перестраиваемом усилителе высокое усиление должно достигаться в узкой области частот или на отдельной частоте. Обычно, когда говорят об усилителях радиочастоты, подразумевают, что они являются перестраиваемыми, если не оговорено другое. В радиоприемных устройствах усилители радиочастоты служат для усиления сигнала и выделения сигнала, соответствующей частоты. В передающих устройствах усилители радиочастоты служат для усиления сигнала на определенной частоте перед его подачей в антенну. В основном, приемные усилители радиочастоты являются усилителями напряжения, а передающие усилители радиочастоты являются усилителями мощности. В приемных цепях усилитель радиочастоты должен обеспечивать достаточное усиление приемного сигнала, обладать низким собственным шумом, обеспечивать хорошую избирательность и иметь плоскую амплитудно-частотную характеристику на выбранных частотах. На рисунке 5 представлена схема усилителя радиочастоты.
Рисунок №5-усилитель радиочастоты, используемый в радиоприемнике с амплитудной модуляцией.
Конденсаторы С1 и С4 настраивают антенну и выходной трансформатор Т1 на одну и ту же частоту. Входной сигнал с помощью индуктивной связи подается на базу транзистора Q1. Транзистор Q1 работает, как усилитель класса А. Конденсатор С4 и трансформатор Т1 обеспечивают высокое усиление по напряжению на резонансной частоте для цепи коллекторной нагрузки. Трансформатор имеет отвод для обеспечения хорошего согласования импедансов с транзистором. Усилитель радиочастоты использемый в высокочастотном тюнере показан на рисунке 6.
Рисунок №6-Усилитель радиочастоты, используемый в телевизионном высокочастотном тюнере.
Цепь настраивается катушками индуктивности L1A; L1B и L1C. При повороте ручки переключателя каналов в цепь включается новый набор катушек. Это обеспечивает усиление в необходимой полосе частот для каждого канала. Входной сигнал попадает в перестраиваемую цепь, состоящую из L1A, С1 и С2. Транзистор Q1 работает, как усилитель класса А.
Выходная коллекторная цепь представляет собой двойной перестраиваемый трансформатор. Катушка L1B настраивается конденсатором С4, а катушка — L1C конденсатором С7 Резистор R2 и конденсатор С6 образуют развязывающий фильтр, предотвращающий попадание радиочастот в блок питания и их взаимодействие с другими цепями. В радиоприемниках с амплитудной модуляцией входной радиосигнал преобразуется в сигнал постоянной промежуточной частоты. После этого используется усилитель промежуточной частоты с фиксированной настройкой для увеличения уровня сигнала до необходимой величины. Усилитель промежуточной частоты — это одночастотный (узкополосный) усилитель. Обычно для усиления сигнала до необходимого уровня используются два или три каскада усиления промежуточной частоты. Чувствительность приемника определяется усилением усилителя промежуточной частоты. /2/
В данном курсовом проекте Усилитель радиочастоты собран внутри интегральной микросхемы К174ХА2.
2. 2. 3 Преобразователь частоты
Преобразователь частоты является основной частью супергетеродинного приемника.
Преобразователь частоты нужен, чтобы изменить частоту сигнала при сохранении спектра сигнала, то есть амплитудные и фазовые составляющие спектра не изменяются.
Преобразователь частоты состоит из смесителя и гетеродина.
Гетеродин - это маломощный автогенератор синусоидальных сигналов с постоянной амплитудой и стабильной частотой.
В смесителе выделяется промежуточная частота Бпч = fс-fг из сложных биений, образованных при совместном действии напряжения сигнала и напряжения гетеродина.
Схема супергетеродинного радиоприемника используется, чтобы преобразовывать вспомогательную частоту в НЧ-диапазон, при этом возникает много рядом расположенных несущих частот в 27-мегагерцевом диапазоне. Уровень высокой частоты при полосе частот постоянен. Сигнал приемника упрощает согласование входа для устройств частных и служебных диапазонов частот. Антенный провод длиной 6 футов (1, 8 м) присоединяется со стороны эмиттера транзистора Q1 к катушке RFC и проводом длиной 9 футов (2, 8 м) со стороны батареи как противовес. Со схемой, работающей в среднем диапазоне, она может закрепляться вертикально на дереве, если имеется возможность ее выключать или удалять батарею, если юна не используется. Схема потребляется примерно 0, 5 мА от 9-вольтовой батареи питания. Схема супергетеродинного радоприемника показана на рисунке 7.
Рисунок №7-Схема супергетеродинного радоприемника.
Преобразователь выполнен на двух спаренных дифференциальных каскадах VT1, VT3, VT4, VT6. Режим по постоянному току транзисторов задается стабилизатором напряжения R1, VD1-VD4. Смещение через резисторы R6, R7 подается на транзисторы дифференциальных пар, а через резисторы R8, R9 на транзисторы VT2, VT5. Подбором сопротивления резистора между выводами 2 и 3 интегральной микросхемы. Данный преобразователь имеет крутизну преобразования не менее 4, 5 мА/В и коэффициент шума не более 8 дБ.
Регулировка приемника сводится к настройке контура гетеродина -установке границ диапазона. Частоту настройки гетеродина определяют элементы С13 и L1. Настройка на станции осуществляется переменным
Рисунок 8 - Схема преобразователя частоты на интегральной микросхеме К174ПС1
В схеме приведенной на рисунке 8 показан преобразователь частоты на интегральной микросхеме К174ПС1 широко применяемый в УКВ - диапазоне.
конденсатором С13. /4/
В данном курсовом проекте преобразователь частоты входит в состав микросхемы, что позволяет уменьшить размеры приемника, улучшить его технические характеристики, что позволяет увеличить надежность приемника.
2. 2. 4 Коррелятор
Коррелятор — специализированное устройство для автоматического вычисления корреляционных функций и взаимных корреляционных функций стационарных случайных процессов
Коррелятор, определяющий некоторую совокупность значений корреляционной функции, соответствующую определенному интервалу изменения ее аргумента (временных задержек), и снабженный измерительным прибором для отсчетов этих значений, обычно называют коррелометром. Коррелятор, обеспечивающий автоматическую регистрацию графиков корреляционной функции (коррелограмм) на носителях информации, называется коррелографом. При аппаратном вычислении корреляционных функций стационарных случайных процессов предполагается, что процессы обладают свойством эргодичности. Это позволяет использовать в корреляторах усреднение по времени. /5/
2. 2. 5 Усилитель промежуточной частоты
Усилители промежуточной частоты предназначены для усиления сигналов промежуточной частоты и обеспечения селективности по соседнему каналу. Усилители промежуточной частоты работают на фиксированной частоте и содержат несколько каскадов усиления. УПЧ усиливают принимаемый сигнал до величины, необходимой для нормальной работы детектора.
На рисунке 9 представлена схема усилителя промежуточной частоты на основе последовательно-балансной транзисторной структуры.
Рисунок 9 - Схема усилителя промежуточной частоты на основе последовательно-балансной транзисторной структуры
Коэффициент усиления устройства - около 60 дБ. Усилитель устойчив к сомовозбуждению и обладает хорошими динамическими характеристиками.
Малое число деталей и небольшой потребляемый ток позволяют использовать его в малогабаритных переносных радиостанциях.
Усилитель собран на транзисторах VT1-VT3. Ток покоя всех трех транзисторов устанавливается автоматически и зависит от сопротивления резистора R3. На входе усилителя включен параллельный колебательный контур L1C2, а в цепь эмиттера VT3 - последовательный контур L3C7. Нагрузкой служит кольцевой балансный смеситель на диодах VD1-VD4. Согласование входного сопротивления кольцевого балансного смесителя с входным сопротивлением усилителя осуществляется трансформатором Т1. Цепь R5С5 защищает устройство от помех по цепи питания. На рисунке 10 представлена схема УПЧ. /1/
Рисунок №10-схема УПЧ
Входной сигнал, поступающий на первичную обмотку трансформатора, выделяется во йторичной обмотке, которая совместно с конденсатором С1 образует резонансный контур L2C1 высокой добротности, настроенный на частоту сигнала. Для согласования выходного сопротивления контура с входным сопротивлением транзистора напряжение снимается с части вторичной обмотки трансформатора. Напряжение АРГ поступает к нижнему выводу контура через R1С2-цепь, которая отфильтровывает ВЧ-составляющие, содержащиеся в выходном напряжении детектора АРГ. Напряжение АРГ создает необходимое прямое смещение базы (положительное для транзистора n — р — n-типа). Если внутренние емкости транзистора имеют малое реактивное сопротивление для усиливаемых сигналов, то в усилителе-может возникнуть паразитная автогенерация. Для ее устранения в усилителях промежуточной и высокой частоты используют нейтрализующий конденсатор, через который поступает дополнительный сигнал с величиной амплитуды, равной амплитуде сигнала, вызвавшего автогенерацию. При этом схема нейтрализации рассчитывается так, чтобы этот добавочный сигнал был сдвинут по фазе на 180° по отношению к сигналу, явившемуся причиной автогенерации. В схеме, показанной на рис. ЗЛ, нейтрализующий конденсатор С3 включен между нижним вывод-ом резонансного контура в цепи коллектора и базой транзистора. Емкость конденсатора С3 выбирается такой величины, чтобы обеспечить необходимую для эффективной нейтрализации амплитуду сигнала. Заметим, что источник питания подключен к отводу от середины катушки индуктивности из колебательного контура.
В данном курсовом проекте усилитель промежуточной частоты входит в состав микросхемы. Это позволяет повысить чувствительность и избирательность, то есть получить резонансную кривую близкую к прямоугольной.
2. 2. 6 Детектор
Детектором называют устройство служащее для получения напряжения, изменяющегося в соответствии с законом изменения частоты входного сигнала.
На рисунке 11 представлен ЧМ детектор на трех элементах 2И-НЕ
Рисунок 11 - Схема частотного детектора на трех элементах 2И-НЕ
Частотно-модулированный сигнал промежуточной частоты подается на формирователь импульсов (инвертор D1), а с него — на элемент совпадения D3 и на инвертор D2. Когда на выходе 01 низкий логический уровень, конденсатор С2 медленно заряжается через входное сопротивление элемента D3, а когда высокий — быстро разряжается через D2. Таким образом, фронт импульса с выхода D1 поступает на верхний по схеме вход элемента D3 с некоторой задержкой по отношению к фронту импульса, пришедшего на второй вход D3.
При этом длительность импульсов на выходе детектора пропорциональна задержке фронта, а их постоянная составляющая -модулирующему сигналу.
Если средняя частота сигнала промежуточной частоты — 500 к Гц, конденсатор С2 должен иметь емкость 50.., 150 пф. При меньшем значении ПЧ используют конденсатор с большей емкостью. В любом случае его необходимо подбирать, чтобы напряжение НЧ было максимальным. В ЧМ детекторе можно использовать, например, микросхему К155ЛАЗ.
В данном курсовом проекте детектор находится внутри микросхемы, что позволяет улучшить его детекторную характеристику и поэтому практически отсутствуют искажения сигнала. /4/
Принцип работы большинства ЧД основан на преобразовании частотно-модулированного напряжения в амплитудно-частотно-модулированное с последующим амплитудным детектированием. В качестве преобразователя частотно-модулированного напряжения в амплитудно-частотно-модулированное используется любая линейная система, коэффициент передачи которой зависит от частоты. Поскольку выходное напряжение таких детекторов зависит не только от частоты, но и от амплитуды входного напряжения, их иногда называют также частотно -амплитудными детекторами. Если требуется устранить влияние амплитуды входного напряжения, перед такими детекторами включается амплитудный ограничитель.
Основная идея схемы преобразовательной части детектора может быть пояснена с помощью АЧХ колебательного контура показана на рисунке 12. Рабочая точка ЧД может быть выбрана как на правом, так и на левом скате АЧХ контура.
Рисунок 12- частотно-фазовый детектор на микросхеме 174УР3.
2. 2. 7. Усилитель звуковой частоты
Первая схема - самая простая - двухкаскадный УЗЧ с однотактным выходным каскадом представлена на рисунке 13.
Рисунок 13- двухкаскадный УЗЧ с однотактным выходным каскадом.
Схема собрана на двух маломощных транзисторах. На транзисторе VT1 собран каскад предварительного усиления, на транзисторе VT2 -оконечный каскад. Режимы транзисторов по постоянному току подбираются (во время налаживания) резисторами R1 и R3. Несколько слов о включении резистора R1. Резистор включен в цепь нагрузки для повышения температурной стабильности каскада. Такое включение уменьшает температурную зависимость коллекторного тока от температуры (у транзисторов есть одна неприятная особенность - при повышении температуры увеличивается коллекторный ток, что может привести к увеличению коллекторного тока до недопустимых величин и приводит к потере работоспособности каскада). Данный усилитель обладает невысокой выходной мощностью - порядка 20 - 30 милливатт и требует применения высокоомной нагрузки для выходного каскада. Для согласования низкого сопротивления динамической головки с относительно высоким выходным сопротивлением оконечного каскада применен согласующий выходной трансформатор. В данной схеме в качестве нагрузки выходного каскада можно применить абонентский громкоговоритель (например "ОБЬ"). Выходной каскад здесь собран по так называемой схеме "А". Эта схема обладает высокой линейностью, хорошим усилением, но невысокой экономичностью, так как ток покоя выходного каскада выбран довольно большой (можно посчитать мощность, потребляемую усилителем от источника питания Р=I(потребления)*U(питания)=9(В)*10(МА)=90 милливатт, что, при выходной мощности 20 милливатт соответствует КПД всего около 20%). На рисунке 13 приведена схема УЗЧ на операционном усилителе.
Рисунок 13-УЗЧ на операционном усилителе.
В данной схеме усиление напряжения производится операционным усилителем А1, а транзисторы используются для согласования высокого выходного сопротивления микросхемы с низким сопротивлением звуковой катушки громкоговорителя. Настройка данной схемы сводится к подбору при помощи R4 нужного коэффициента усиления (чем меньше этот резистор -тем больше коэффициент усиления). Данная схема имеет коэффициент усиления около 130 при выходной мощности 200 милливатт. Величина сопротивления резисторов R1, R2 может быть от 100 до 200 килоом, но она должна быть одинаковой. В качестве транзисторов можно использовать практически любую комплементарную пару, но обязательно - либо оба кремниевые, либо оба - германиевые. /1/
В данном курсавом проекте УЗЧ входит к состав интегральной микросхемы К174ХА2.
2. 2. 8 Воспроизводящее устройство
Громкоговоритель или акустическая система - пассивный преобразователь предназначенный для излучения звука в окружающее пространство.
Акустические системы делят в зависимости от используемого оформления на два основных вида - это открытые и закрытые.
Головка - самостоятельный узел громкоговорителя, предназначенный для преобразования электрического сигнала звуковой частоты в акустический, и содержащий все необходимые для того преобразования элементы.
Головки различны по способу преобразования энергии и их связи с окружающим пространством. В настоящее время наиболее распространено электродинамическое преобразование, по способу связи различают диффузорные и рупорные конструкции. Кроме того головки бывают широкополосными, низко, средне и высокочастотные.
Параметры громкоговорителей:
- чувствительность (отдача);
- диапазон воспроизводимых частот;
- неравномерность АЧХ;
- номинальная мощность;
- коэффициент нелинейных искажений;
- форма частотной характеристики.
Чувствительность - это звуковое давление развиваемое им в некоторой определенной точке при подведении к его зажимам напряжения 1В. Существует множество различных воспроизводящих устройств, например низкочастотный динамик 50ГД-2-25, динамик высокой частоты 10ГДВ-2-16.
В данном курсовом проекте в роли воспроизводящего устройства служит широкополосный динамик 0. 25 ГД-19 8Ω. /2/
2. 3 Работа схемы электрической принципиальной
Сигнал с антенного контура поступает на УРЧ, построенный из двух частей: первая часть резисторный УРЧ на биполярном транзисторе; вторая часть УРЧ встроенный в микросхему. Затем сигнал с частотой ƒс поступает на смеситель, куда одновременно поступает сигнал с частотой гетеродина -ƒг. Контур гетеродина в данной схеме подключается как внешний элемент. На выходе смесителя формируется разностный сигнал с частотой ƒпр. ПКФ отфильтровывает комбинационные составляющие частоты выходного тока преобразователя частоты. После ПКФ сигнал с ƒпр поступает на УПЧ, где сигнал получает основное усиление до детектора. В детекторе происходит преобразование ВЧ модулированного сигнала в НЧ. Преобразованный сигнал поступает на вход усилителя звуковой частоты, выполненный на ИМС К174УН3, который обеспечивает необходимый коэффициент усиления по напряжению, и усилителя. УЗЧ усиливает преобразованный сигнал до величины необходимой для нормальной работы динамика. /5/
2. 4 Характеристика элементной базы.
2. 4. 1. Микросхема К174ХА2
К174ХА2 представляет собой полупроводниковую интегральную микросхему 3-й степени интеграции. Она содержит 34 транзистора, 21 диод, и 57 резисторов.
Электрические параметры:
- общая ёмкость при обратном напряжении 25В, f=10 МГц, 4, 3.....7 пФ;
- коэффициент перекрытия по ёмкости при обратном напряжении 1, 5... 25В, не менее...........................................7, 6;
- постоянный обратный ток при обратном напряжении 25 В, не более.........0, 5мкА;
-напряжение питания, в В......................................................13. 2;
-максимальное напряжение синфазных сигналов, в В....................5. 5;
-максимальная амплитуда выходного напряжения, в В...................1. 5;
-амплитуда тока в нагрузке разового сигнала, в В.........................1. 45;
-максимальная длительность выходного импульса, в мС.................30;
-активное сопротивление нагрузки, в Ом....................................3. 2;
Предельные эксплуатационные данные:
- постоянное обратное напряжение.........................................20В;
- температура окружающей среды...................................-35... +100;
Микросхема представляет собой усилитель мощности низкой частоты с номинальной выходной мощностью 2Вт при нагрузке 4 Ом. Выбор принимаемой частоты осуществляется с схемой шумопонижения, которая исключает приём сигналов шума.
Внешний вид микросхемы К174ХА2 представлены на рисунке 14.
Рисунок №14-внешний вид микросхемы К174ХА2.
Структурная схема микросхемы К174ХА2 приведена на рисунке 15.
Назначение выводов: 1 -вход 1-го усилителя высокой частоты; 2 - вход 2- го усилителя высокой частоты; 3 — вход усилителя АРУ; 4. 5, 6 — выводы гетеродина; 7—выход усилителя промежуточной частоты; 8 — общий вывод, питание (-Un); 9 — вход усилителя АРУ усилителя промежуточной частоты; 10 — выход усилителя индикации; 11; 13 —вывод усилителя промежуточной частоты; 12 — вход усилителя промежуточной частоты; 14 — вход стабилизатора напряжения, питание ( Un); 15, 16 - выходы смесителя.
В ИМС К174ХА2 симметричный резисторный каскад УРЧ построен на транзисторах Т1 и Т2 (см. рисунок 2. 2). Напряжение сигнала на эти транзисторы (выводы 1 и 2) подаётся симметрично с помощью катушки L2, связанной с контуром входной цепи. Напряжение питания подается на резисторы R6 и R7 эмиттера Т6, на базу которого подано напряжение, стабилизированное с помощи цепочки R6, Д16-Д21. Транзистор Т6 работают как буфер, уменьшающий нагрузку цепочки диодов. Напряжение питания на коллекторе Т1 и Т2 подается через резисторы R2 и R4 с эмиттера Т16, на базу которого тоже подается стабилизированное напряжение с цепочки R55, Д16-Д21, однако, несколько больше, чем на базу Т6 (приблизительно на 1, 3-1, 5 В). Подобно Т6, Т16 служит буфером. В проводе эмиттера Т1 и Т2 включены резисторы R10 и R11; они создают отрицательную обратную связь по постоянному току, стабилизирующую режим. Диоды Д1 -Д4 служат для АРУ; при слабом сигнале Д1 и Д2 заперты и не шунтируют выход каскада, а диоды ДЗ и Д4 открыты, так что отрицательная обратная связь по переменному току мала; при сильном сигнале Д1 и Д2 открываются и сильно шунтируют выход каскада, а диоды ДЗ и Д4 запираются, так что в каскаде появляется сильная отрицательная обратная связь по переменному току; в результате усиление каскада уменьшается. На транзисторах ТЗ-Т5 построен УПТ, предназначенный для усиления положительного напряжения, поступающего с детектора системы АРУ на вывод 3. С выхода УРЧ ( с коллектора Т1 и Т2 ) усиленное напряжение сигнала подается на сигнальный вход смесителя( попарно соединенные друг с другом базы транзисторов Т8, Т9 и Т7-Т10). Гетеродинным выходам смесителя служат базы Т11 и Т 12. Постоянное напряжения на базе Т7-Т10, как и напряжения сигнала, подаются непосредственно с коллектора Т1 и Т2, питание же на базы Т11 и Т12 и на непосредственно соединенные с ними базы транзисторов гетеродина Т15 и Т14 подаётся через резисторы R17 и R18 с дополнительной стабилизацией цепочки R20, Д13-Д15. Дополнительная стабилизация напряжения нужна, конечно, не для смесителя, а для гетеродина. Напряжения питания на коллекторе Т7- Т10 подаются с выводов 15 и 16 через подключенные к этим выводам элементы нагрузки. Это два конура промежуточной частоты с катушками L6 и L8; с первого из них колебаний через ПКФ подаётся на вход УПЧ (вывод 12), а со второго на самостоятельный детектор АРУ УРЧ, выход которого соединён с выводом 3 ИМС. Гетеродин, как уже упоминалось, сроится на транзисторах Т14 и Т15, На коллектор Т15 напряжения питания подается непосредственно с источника без предварительной стабилизации. На коллектор Т14 то же напряжение подается через катушку колебательного контура L3 (схема питания последовательная, включение контура автотрансформаторное). Напряжения обратной связи подается на базы транзисторов (вывод 4. 5) с помощью катушки L4. Такая схема построения гетеродина позволяет при несимметричном включении колебательного контура реализовать преимущество двухтактной системы- подавления (существенное ослабление) четных гармоник. Каждый из первых трёх каскадов построен на четырех транзисторах: Т23-Т26, Т27-ТЗО и Т31-ТЗЗ. Два из четырёх транзисторов (Т24 и Т25 в первом каскаде) включены по схеме ОЭ, а за ними следует два (Т23 и Т26), включенных по схеме с ОК (эмиттерные повторители). Такая схема позволяет без помощи разделительных конденсаторов избежать постепенного повышения потенциалов от каскада к каскаду. База Т25 (вывод 11) с помощью внешнего конденсатора соединяется с корпусом, что исключает обратную связь через R43, R56 по переменному току. Такая же связь через R22; R42 устраняется соединением с корпусом через внешний конденсатор средней точки между этими двумя резисторами. Диоды Д7-Д12, подобно диодам ДЗ и Д4 в каскаде УРЧ, служат для АРУ путём изменения глубины отрицательной обратной связи: с усилением сигнала зги диоды запираются и глубина обратной связи растёт. Управление этими диодами осуществляется через УПТ, построенный на транзисторах Т17 -Т19 на базу Т17 (вывод 9) подаётся постоянное напряжение с выхода детектора. Транзистор Т34 служит для индикации настройки. В провод его эмиттера последовательно с R57 можно включить внешний микроамперметр. По мере усиления сигнала и вызываемого этим уменьшения эмиттерного тока Т17 и, соответственно, падения напряжения на R32, потенциал базы Т34 повышается и эмиттерный ток растет, что и регистрируется микроамперметромВыходной каскад УПЧ построен на Т20 и Т21. Резистор R52 стабилизирует режим. Резисторы R53 и R54 выравнивают распределение тока между транзисторами и создают отрицательную обратную связь, уменьшающую нелинейные искажение. Коллектор Т21 соединён с корпусом, а в провод коллектора Т20 (вывод 9) включается выходной контур промежуточной частоты с катушкой L5, с которым связан детектор. Стабилизированное напряжения питания УПЧ снимается с эмиттера Т13, на базу которого, как и на базу T16, подается стабилизированное напряжение с цепочки R55, Д16 -Д21. /1/
2. 4. 2 Операционный усилитель К174УН3
Микросхема К174УН3 -представляет собой усилитель мощности низкой частоты с номинальной выходной мощностью 4, 5 Вт на нагрузке 4 Ом. Усилитель имеет встроенную тепловую защиту и защиту от коротких замыканий на выходе. Предназначена для использования в автомобильной и стационарной бытовой звуковоспроизводящей аппаратуре. Корпус типа 1501Ю. 5-1. Масса не более 2, 5 г. На рисунке 16 показана функциональная схема. /5/
Рисунок 16- Внешний вид К174УН3
Функциональный состав:
1)I—устройство защиты от перегрузок;
2)II—предварительный усилитель;
3)III—управляющий каскад;
4)IV— мощный выходной каскад;
5)V—тепловая защита.
Назначение выводов:
1) 1 неинвертирующий вход;
2) 2 инвертирующий вход;
3) 3 общий, минус напряжения питания (— Uп);
4) 4 выход;
5) 5 питание, плюс напряжения питания (+Uп).
Электрические параметры:
1) Номинальное напряжение питания.................................13, 5В;
2) Ток потребления....................................................10.. 80мА;
3) Номинальная выходная мощность, не менее......................4, 5Вт;
4) Коэффициент усиления напряжения, не менее...................40дБ;
5) Выходное напряжение..........................................3, 6.... 4, 6В;
6) Входное напряжение.............................................20... 50мВ.
2. 4. 3 Варикоп КВ102Б
Варикап КВ102Б- кремниевый, эпитаксиально-планарный, подстроечный. Предназначен для применения в селекторах телевизионных каналов с электронным управлением. Выпускаются в пластмассовом корпусе с гибкими ленточными выводами. Маркируются цветной точкой у положительного вывода КВ 102Б - синей, КВ 102Б - желтой. Масса варикапа не более 0, 069 г. Внешний вид приведен на рисунке17.
Рисунок 17- Внешний вид варикапа КВ102Б.
Электрические параметры:
1) общая ёмкость при обратном напряжении 25В, f=10 МГ ц, 4, 3... 6 пФ;
2) коэффициент перекрытия по ёмкости при обратном напряжении 1, 5. 25В, не менее..7, 6;
3) добротность при обратном напряжении 25 В f=50 МГц, не менее:
а)КВ121А..........................................................200;
б)КВ121Б...........................................................150;
4) постоянный обратный ток при обратном напряжении 28 В, не более...........0, 5мкА;
Предельные эксплуатационные данные:
1) постоянное обратное напряжение.......................................30В;
2) температура окружающей среды.................................-40... +100.
2. 4. 4 Стабилитрон КС168
Стабилитрон КС168-кремниевый, диффузионно-сплавны, малой мощности. Предназначен для стабилизации напряжения 4, 7 В в диапазоне токов стабилизации 1... 37, 5 мА. Выпускаются в стеклянном корпусе с гибкими выводами. Тип стабилитрона и схема соединения электродов с выводами приводятся на корпусе. Допускается условная маркировка стабилитронов цветным кодом. Масса стабилитрона не более 0, 6 г. Внешний вид стабилитрона показан на рисунке18. /5/
Рисунок 18-Внешний вид стабилитрона КС168.
Технические параметры:
1)Номинальное напряжение стабилизации: .......................................4, 7В
2)Разброс напряжения стабилизации: ...................................4, 2... 5, 2В;
3)Температурный коэффициент напряжения стабилизации: .........-0, 07 %/°С;
4)Дифференциальное сопротивление стабилитрона: ........................150 Ом;
5)Минимально допустимый ток стабилизации: .................................1 мА;
6)Максимально допустимый ток стабилизации: ...........................26, 5 мА;
7)Максимально-допустимая рассеиваемая мощность на стабилитроне: ...........0, 125Вт;
8)Рабочий интервал температуры окружающей среды: ............-60... +125°С.
3 Разработка печатной платы
Разработку печатной платы производим на компьютере в программе Sprint Layout 4. 0 или 5. 0 с выполнением макросов элементов. Благодаря выполнению макросов получаем оптимальный вариант выполнения печатной платы и печатных проводников. Макросы определяют габаритные размеры деталей и необходимые расстояния между деталями для удобного их расположения на плате.
Моделирование начинаем с задания размеров платы, а также с проверки существующих макросов для своих деталей. Для выбранного макроса проверяем размеры корпуса и шаг выводов. Если нет подходящего макроса, то выполняем его.
Затем выводим на печать полученный эскиз платы. Для печати необходимо использовать только лазерный принтер и глянцевую бумагу. После этого из пластины одностороннего фольгированного стеклотекстолита вырезаем заготовку печатной платы, накладываем эскиз платы на заготовку и нагреваем с помощью утюга, медленно проглаживая около 1 минуты. Далее плату опускаем в ванночку с водой на некоторое время, пока бумага не размокнет. После того как бумага размокнет сдираем ее.
После заготовки платы готовим раствор для травления, который получаем из 150 граммов хлорного железа и 0, 5 литра воды. Травление производим в пластмассовой ванночке, в которую наливаем приготовленный раствор. Процесс травления продолжается 20 - 30 минут. После травления промываем плату в воде и снимаем с нее краску ацетоном или другим растворителем. Полученные соединительные дорожки защищаем мелкой наждачной шкуркой. Затем лудим соединительные дорожки с помощью маломощного паяльника и припоя с флюсом.
При разработке учитываем следующие технические требования:
- плата должна соответствовать ОСТ 4. 077. 000;
- шаг координатной сетки 2. 5 мм;
- минимальная ширина проводника 1 мм;
- минимальное расстояние между проводниками 1 мм.
- формы контактных площадок произвольные;
- предельные отклонения размеров между двух любых отверстий 0. 2мм;
- маркировать краской шрифт 2. 5 по 10. 0Ю. 007; /1/
4 Методика настройки
Перед началом настройки необходимо проверить качество монтажа и пайки, после этого подать питание на приемник.
Методика настройки сводится к установлению резонансной частоты в контуре L1C13. Настройка на станции осуществляется переменным конденсатором С13, путем изменения его ёмкости в диапазоне от 8 до 30 пФ.
При включении питания приемник начинает принимать некоторый диапазон и поэтому чтобы установить нужную полосу частот, надо с помощью неметаллического подходящего предмета, например, палочки из эбонита, сдвигать или раздвигать витки катушки L1. Если с помощью этого не удается установить нужный диапазон частот, то надо поменять количество витков в катушке. Когда границы полосы частот будут установлены настройку можно считать законченной. /2/
Заключение
В данном курсовом проекте разработаны схема электрическая принципиальная, чертеж платы печатной и схемы, методика настройки СВ радиоприемника. Параметры приемника полностью соответствуют предложенным в задании. Приемник является переносным.
Список использованных источников
1. Головин, О. В. Радиоприемные устройства: учебник для техникумов / О. В. Головин - М.: Горячая линия - Телеком, 2002. - 384 с.: ил.
2. Супрун, Б. К. Радиопередающие и радиоприемные устройства и измерение их параметров / Б. К. Супрун, В. И. Хиленко. - М.: Издательство стандартов, 1988. - 247 с.: ил.
2. Интернет.http: radiokot. ru.
3. One-Chip-FM-Radio. -Elector, 1983, т. 14, № 6.
4. К. М. Петухов. Справочник — Маломощные транзисторы и их зарубежные аналоги. М. Том 4. «КУ6К — а», 1997.
Скачать курсовую: