Таблица 7
Сигнал от входного устройства или УРЧ подают между выводами 7 и 8 ИМС, при этом один из них может быть “заземлен“ по переменному току через блокировочный конденсатор.
Схема допускает построение преобразователя частоты либо с совмещенным гетеродином на транзисторах, входящих в ИМС, либо с внешним гетеродином.
При работе от отдельного гетеродина его напряжение подается между выводами 11 и 13 ИМС (базы нижних транзисторов, которые в этом случае выполняют функции генераторов тока, управляемых напряжением гетеродина). При этом выводы 10 и 12 ИМС (эмиттеры этих транзисторов) соединяют непосредственно, либо через небольшое сопротивление.
При подсоединении к выводам ИМС внешних элементов необходимо следить за тем, чтобы по постоянному току выводы не были соединены с источником постороннего постоянного напряжения, либо с корпусом.
В зависимости от способа подключения согласующего контура (СК) к выходу ИМС реализуется либо балансная, либо кольцевая схема преобразователя частоты. В первом случае СК подключен несимметрично либо к выводу 2, либо к выводу 3 ИМС. Во втором случае СК подключен симметрично между выводами 2 и 3 ИМС.
Несимметричное подключение СК к ИМС позволяет включить в свободный вывод еще один СК, настроенный на fПЧ АМ тракта, либо на fПЧ ЧМ тракта. В первом случае снимаемое с этого контура напряжение можно подать на отдельный детектор АРУ для УРЧ. Второй вариант позволяет иметь один преобразователь частоты для всех диапазонов приемника.
Параметры ИМС в режиме преобразования частоты приведены в таблице7. При построении преобразователя частоты на ИМС К174ПС1 обычно не возникает проблем с получением нужного коэффициента усиления. На этапе эскизного расчета рекомендуется принять коэффициент передачи преобразователя частоты K0 ПР = 20...30 при работе в диапазонах ДВ, СВ и КВ и K0 ПР = 4...6 при работе в диапазоне УКВ.
Таким образом из вышеописанных обоснований получим следующую структурную схему приёмника:
Рисунок 6
Структурная схема приёмника состоит из:
- антенна внутренняя с ферритовым сердечником;
- входная цепь, в которую входит блок конденсаторов;
- усилитель радиочастоты;
- преобразователь частоты;
- гетеродин;
- фильтр сосредоточенной селекции;
- усилитель промежуточной частоты;
- детектор;
- усилитель звуковой частоты;
4. Выбор и обоснование принципиальной
электрической схемы.
4.1. Расчёт контура входной цепи:
Рисунок 7
- Определяется индуктивность катушки контура
L=2530 / (509.6*103) 2*22.2*10 -9=226 мкгн
- Выбираем тип подстроечного конденсатора, исходя из:
Сп ср ≤ Сдоб
Сдоб = 7,2 пф → Сп ср = 6 пф
- Определяем ёмкость уравнительного конденсатора
Су = Сдоб – Сп ср = 7,2 – 6 = 1,2 пф
Так как Су < 0,5Сп ср т.е. 1,2 < 3, то уравнительный конденсатор не ставится.
4.2. Расчёт усилителей радиочастоты и промежуточной частоты.
Рисунок 8
Полный расчёт преобразователя частоты слагается из расчёта элементов контура гетеродина и смесительной части.
Расчёт элементов контура гетеродина.
Расчёт элементов контура гетеродина производится из условий обеспечения сопряженной настройки контуров при помощи одной ручки.
Исходные данные:
- f min = 520 кгц; f max = 1605 кгц.
- f пр = 465 кгц;
- Индуктивность контура входной цепи и УВЧ L = 226 мкГн
Определим:
- Индуктивность гетеродинного контура Lг;
- Ёмкость конденсаторов.
Расчёт:
- Выбираем переменный конденсатор и принимаем ёмкость схемы равной значению Ссх для контуров входной цепи и УВЧ, значит С = Ссх =20 пф
- Находим вспомогательный коэффициент
n = fпр/fср , где
fср = (fmax+fmin)/2 = (1605 +520)/2 = 1062,5
n = 465 / 1062,5 = 0,438
3. Определяем Смах = С к мах+Ссх, где С к мах = 260 пф
С мах гет. = 260+20 = 280 пф
4. Определяем индуктивность контура гетеродина:
Lг = L*α , значение а = 0,6 (согласно справочным данным)
Lг = 226*0,6 = 135,6 мкГн
5. Определяем ёмкость последовательного конденсатора (согласно справочным данным) С= 500пф
6. Определяем ёмкость параллельного конденсатора (согласно справочным данным) С= 6 пф
4.3. Расчет смесительной части ПЧ.
Определяем коэффициенты включения фильтра:
m1= √R22/R = √110/20 = 2,35
m2= √Rвх2/R = √200/20 = 3,11
Т.к. m1>1, то примем значение m1=1 и установим на вход ФСС дополнительный шунтирующий резистор Rш = (R*R22)/(R22 – R) = (20*110)/(110-20)=24 Ом.
Ёмкости звеньев фильтра
С1 = 159/fпр*R=159/0,465*20=17 пф
С2 = (318*103 / Пр*R) – 2*С1 = (318*103 /22,9*20) – 2*17 = 0,69*103- 34 ≈ 656 пф
С3 = 0,5*С2 – m12*C22 = 0.5*656 – 11,8*5,5 = 328 – 64,9 ≈ 263 пф
С4 = 0,5*С2 – m22*Cвх = 345 – 250 = 78 пф
Индуктивность звеньев фильтра
L1 = Пр*R / 4*π* fпр2 = 22,9*20 / 4*3,14*0,4652 = 458 / 2,72 = 168,4 мкГн
L2 = 2*L1 = 168,4*2 = 336,8 мкГн
4.4. Расчёт схемы гетеродина.
Расчёт смесительной части:
4.1. Определяем параметры транзистора в режиме преобразования частоты.
Sпр = 0,3*S = 0.3*26 = 8 ма/в
Rвх пр = 2*R11 = 2*3,8 = 7,6 кОм
Rвых пр = 2*R22 = 2*110 = 220 кОм
Свых = С22 = 11,8 пф Свх = С11=25,8 пф
4.2. Коэффициент шунтирования контура ψу = 0,91
4.3. Определяем конструктивное и эквивалентные затухания широкополосного контура:
δк = ψ / Qэ = 0,91 / 18 = 0,0505
δэ = 1 / Qэш = 1 / 18 = 0,0556
4.4. Определяем характеристическое сопротивление контура
ρ = 0,5*Rвых пр *( δэ – δк) = 0,5*220*(0,0051) = 0,561 кОм
4.5. Определяем коэффициент включения контура со стороны фильтра
m2 ≈ 1
4.6. Эквивалентная ёмкость схемы
Сэ = 159/0,465*0,561 = 611,5 пф
4.7. Ёмкость контура
С2 = Сэ – Свых пр = 611,5 – 11,8 = 599,7 ≈ 600 пф
4.8. Определяем действительную эквивалентную ёмкость схемы:
С’э = С2 + Свых пр = 600 + 11,8 = 611,8 =612 пф
4.9. Индуктивность контура:
L4 = (2,53*104)/(0,4652*612) = 25300/132 = 192 мкГн
4.10. Действительное характеристическое сопротивление контура:
ρ’ = 159/0,465*С’э = 159 / 0,465*612 = 159/284,58 = 0,558 кОм
4.11. Резонансный коэффициент преобразователя:
Ко = (8*0,558*18*0,1) / 4 = 2
4.12. Индуктивность катушки связи с фильтром, приняв kсв = 0,4:
L5 = L4*(m22/ k2св) = 192*(0,01/0,16) = 12 мкГн
Расчёт гетеродинной части.
4.13. Частоту гетеродина принимаем выше частоты сигнала.
fср = (f’мах+f’min)/2 = (1605+520) / 2 = 1062,5 кГц
4.14. Эквивалентная ёмкость переменного конденсатора на fср:
Сэ ср = (Сэ мах + Сэ мин) / 2 = (5+260)/2 = 132,5 пф
4.15. Индуктивность контура гетеродина
fг ср = fср + fпр = 1,0625 + 0,465 = 1,5275 Мгц
L2 = (2,53*104) / fг2 ср*Сэ ср = 25300 / 2,33*132,5 = 81,9 ≈ 82 мкГн
4.16. Величину стабилизирующую эммитерный ток примем равной R7 = 1 кОм
4.17. Полное сопротивление контура гетеродина при резонансе на максимальной частоте:
R ос мах = (Qк*103) / 2*π* f’мах* Сэ мин = 105 / 6,28*1,605*5 = 2 Мом
4.18. Определяем коэффициент связи с колебательным контуром:
m = 0.0482
4.19. Определяем величины емкостей контура на максимальной частоте поддиапозона:
а) вспомогательные ёмкости:
С1 = 15 пф
С2 = (Сэ мин*(1+ kсв)) / m = 5*(1+0,4) / 0,0482 = 107,88 пф ≈ 110 пф
С3 = (Сэ мин*(1+ kсв)) / (m* kсв) = 5*(1+0,4) / 0,0482*0,4 = 26,9 пф ≈ 30 пф
С’1 = (С2*С3) / (С2+С3) = 3300/140 = 23,57 ≈ 25 пф
б) действительные ёмкости контура:
С9 = С2 – С22 = 110 – 11,8 = 98,2 пф ≈ 100 пф
С10 = С3 – С11 = 30 – 25,8 = 4,2 пф ≈ 5 пф
С11 = (С1*С’1) / (С’1-C1) = 15*25 / 25-15 = 37,5 пф
4.20 Задавшись коэффициентов связи между катушками L2 и L3, m3 = 0,1 и kтк = 0,3 получим:
L3 = L2*m23 / k2тк = 82 * 0,01/0,09 = 9,11 мкГн
4.5. Расчёт детектора АМ сигнала.
Исходными данными для расчёта всех детекторов является:
- значение промежуточной частоты fпч = 465 кгц
- значения нижней и верхней частот модуляции
- допустимые амплитудные искажения на нижних и верхних частотах модуляции Мн=Мв=1,1..1,2
- входное сопротивление (R вх узч) и ёмкость выбранной ИМС УЗЧ (С вх узч = 25 пф)
Определяем сопротивление нагрузки:
Rн = 2*0,3*4,6 = 2,76 кОм
Рисунок 10.
Определим значения R1 и R2 по графику на рисунке 10.
Получаем R2 = 1,4 кОм. примем как = 1,2 кОм
Определяем R1 = Rн – R2 = 2,76 – 1,2 = 1,56 кОм ≈ 1,5 кОм
Общее сопротивление нагрузки переменному току
Rн = R1 + (R2*Rвх н) /(R2 +Rвх н) = 1,5+0,79 = 2,3 кОм
Сопротивление нагрузки постоянному току:
Rн = R1+R2 = 1,5+1,2 = 2,7 кОм
Величина эквивалентной ёмкости шунтирующей нагрузку детектора
Сэ = (2,4*105) / (4*2,7) = 14,8*103 пф
Величина ёмкости С2, обеспечивающая фильтрацию на промежуточной частоте
С2 = (0,8*103) / (fпр*R2) = 1,43*103 пф
принимаем С2 = 6800 пф.
На рис.11 представлена электрическая схема возможного построения тракта УПЧ на специализированных ИМС, в которых предусмотрена АРУ УПЧ. К таким микросхемам относятся ИМС серии К157ХА2
Рисунок 11
ИМС содержит три каскада усиления сигналов и УПТ АРУ. Первые два каскада идентичны, построены на дифференциальных парах транзисторов. Между эмиттерами транзисторов встречно включены пары диодов, сопротивление которых изменяется под действием напряжения, поступающего от УПТ АРУ. При изменении регулирующего напряжения изменяется глубина обратной связи, что приводит к изменению коэффициента усиления УПЧ. Эффективность регулирования такова, что при изменении входного напряжения от 1 до 100 мВ выходное напряжение изменяется не более, чем в три раза.
Выходной нерегулируемый каскад имеет несимметричный выход 8, к которому подключается резонансная нагрузка. При подсоединении нагрузки надо следить, чтобы вывод 8 (коллектор транзистора V9) по постоянному току был соединен с корпусом.
Входное сопротивление ИМС практически равно характеристическому сопротивлению выпускаемых промышленностью ПКФ (приблизительно 3 кОм), что позволяет подсоединить ПКФ непосредственно ко входу ИМС без согласующего трансформатора или контура. Для обеспечения нормального режима работы каскада по постоянному и переменному токам выводы 2 и 3 должны быть соединены с корпусом с помощью внешних конденсаторов.
4.6. Усилитель низкой частоты.
Динамическая головка проектируемого приемника выбирается из условия обеспечения номинальной выходной мощности и заданного диапазона воспроизводимых частот. Для УЗЧ следует выбрать ИМС отечественного производства: К174УН7, К174УН8, К174УН9, К174УН15, КФ174УН17 и т.п. или аналогичные схемы производства зарубежных фирм. Выбранная ИМС должна обеспечивать номинальную выходную мощность не ниже указанной в ТЗ при минимально возможном токе покоя. Предпочтительны ИМС, не требующие большого числа дополнительных элементов.
В каскаде УНЧ я взял микросхему ИМС К174УН4Б, которая представляет собой усилитель мощности низкой частоты с номинальной выходной мощностью 1,5 Вт на нагрузке 4 Ом. Как раз такая мощность задана мне для приемника. Микросхема состоит из входного каскада, согласующего каскада, каскада усиления напряжения и выходного каскада.
Входной каскад выполнен по схеме дифференциального усилителя с несимметричным входом. С него сигнал через эмиттерный повторитель на транзисторе поступает на усилитель напряжения и далее на квазикомплементарный выходной каскад, выполненный на составных транзисторах. Начальное смещение на базах транзисторов выходного каскада для работы в режиме АВ задается транзисторами. Входное напряжение, подводимое к микросхеме укладывается в ее характеристики. Так перемножая чувствительность 107 мкВ на усиления каскадов получим, что входное напряжение будет равно Uвх микр =0,43 В.
Электрические параметры:
1. Ток потребления Iпот. Не более 30 мА.
2. Коэффициент усиления по напряжению 80 – 120.
3. Коэффициент гармоник при Pвых =1,5 Вт не более 11.
4. Входное сопротивление Rвх =10 кОм.
5. Полоса воспроизводимых частот от 30 Гц до 10 кГц.
6. Выходная мощность Pвых = не менее 1,5 Вт.
Предельные эксплуатационные параметры:
1. Напряжение питания не более 13,2 В.
2. Входное напряжение не более 1 В.
3. Сопротивление нагрузки не менее 3,2 Ом.
Рисунок 13.
На рисунке 13 приведена электрическая схема УНЧ на ИМС К174УН4Б.
Общая электрическая схема собрана в основном на ИМС отечественной разработки.
ПрЧ собран на основе микросхемы К174ПС1;
УПЧ собранно на микросхемах К157ХА2
УНЧ основан на ИМС К174УН4Б.
Все данные микросхемы имеют аналоги и по сей день выпускаются отечественной промышленностью. Питание всей схемы осуществляется от источника постоянного напряжения = 9 ±0,3 В. Для обеспечения питания можно воспользоваться аккумуляторной батареей типа «Крона» или 4 пальчиковыми батареями. Также возможно подключение стационарного источника питания.
Печатная плата, собранная по данной схеме, может иметь размеры способные поместится в карманном приёмнике. Основную часть объёма приёмника займёт динамик и магнитная антенна.
Литература.
- Кульский А.Л. «КВ-приёмник мирового уровня», изд. «Наука и Техника», 2000 г. #"#">#"#">http://www.radiostation.ru/index.html - Радиовещательные технологии.
