Описание принципиальной схемы разрабатываемого супергетеродинного приемника

Входной контур

Сигнал с антенны приходит на емкость С . Она нужна для связи с антенной. С емкости С сигнал идет на входной контур, который состоит из катушки индуктивности L=500 нГ, конденсаторов С =22 пФ С =40пФ и шунтирован сопротивлением R =10кОм.

Входной контур нужен для того чтобы пропускать нужные нам 2 частоты f1=26950 и f2=27100,а остальные не пропускать. Характеристиками контура являются собственная и резонансная частоты. Собственная частота зависит от емкости, ее можно регулировать подстроечным конденсатором С9.С уменьшением емкости частота колебаний в контуре возрастает. Наиболее сильные колебания в контуре приемника возникают только в момент резонанса. Резонанс- это частота при которой достигается максимум напряжения.

Еще одной важной характеристикой является добротность. Добротность показывает во сколько раз напряжение на контуре больше входного напряжения.

По конструктивным соображениям выберем суммарную емкость C=50пФ и вычислим величину L по формуле .

Отсюда следует, что L=500нГн

После этого в собранной в Multisim 10 схеме получим реальную резонансную кривую. Для этого возьмем частоты:24000,24500,25000,25500,26000,26500,26600,26700,26800,26850,26900,26950,27000,27100,27200,27300,27400,27500 при входном напряжении1мкВ и измерим амплитуду. Графики, полученные в программы Multisim 10, приведены в приложении 1.

График резонансной кривой построим в Microsoft Excel.

Из графика следует, что полоса пропускания .Это нас устраивает.

При резонансной частоте амплитуда колебаний в контуре в Q раз превышает амплитуду внешней ЭДС, отсюда из графика получим Q=45.

Повторитель на микросхеме HA1-2539-5

Теперь нужно подключить усилительные каскады так, чтобы они не влияли на входной контур. Для этого возьмем операционный усилитель на микросхеме HA1-2539-5. Выход усилителя соединим с инверсным входом и получим отрицательную обратную связь.

Входное сопротивление будет большим, а выходное маленьким. Тогда усилитель подключенный таким образом будет работать как повторитель, что даст возможность подключить усилительные каскады, не влияя на входной контур.

Было проверено, что подключение без повторителя снижает добротность Q и понижает избирательность.

Усилитель на микросхеме HA1-2539-5

Теперь, когда поставили повторитель, можем усиливать сигнал. К повторителю через сопротивление R10=200 Ом подключим операционный усилитель на микросхеме HA1-2539-5, работающий как инвентирующий усилитель.

Рисунок

Выход соединим с инвертирующим входом, используя сопротивление R6=3.8 кОм. Образуется отрицательная обратная связь, которая и определяет коэффициент усиления рассчитываемый по формуле:

Ку=-(Rоос/Rвх)

Знак минус говорит о том, что выходной сигнал инвертирован.

Из формулы получим что Ку=-19

С первого усилительного каскада сигнал поступает на второй усилительный каскад собранный на микросхеме HA1-2539-5.Коэффициент усиления будет Ку=-19.

Затем ко второму усилительному каскаду через конденсатор С4=15пФ подключим колебательный контур аналогичный входному контуру, состоящий из катушки индуктивности конденсаторов и шунтирован сопротивлением. Колебательный контур нужен для того чтобы усилить сигнал и отсечь боковые частоты. С колебательного контура сигал поступает на вход повторителя собранного на микросхеме HA1-.аналогичного описанного нами ранее.На этом усиление по высокой частоте окончено и нам нужно преобразовать высокую частоту в промежуточную,Первым элементом осуществляющим это преобразование будет смеситель. Опишем основные функции смесителя

Главным предназначением смесителей является перемножение двух сигналов, один из которых входной, другой — сигнал с гетеродина, с целью получения на выходе промежуточной частоты (ПЧ). Частоту гетеродина возьмем 25400кГц. В качестве гетеродина берем кварцевый генератор.

Гетеродин - маломощный генератор электрических колебаний, применяемый для преобразования частот сигнала.

Образование промежуточной частоты с одновременным подавлением колебаний других частот, но с сохранением передаваемого сообщения представляет собой довольно сложный физический процесс.

В общем случае преобразование частоты можно рассматривать как результат перемножения двух высокочастотных напряжений:

напряжения входного сигнала

и напряжение гетеродина

В результате такого перемножения на выходе преобразователя получается напряжение вида:

,

где А - коэффициент, зависящий от параметров преобразователя.

Перейдем к описанию работы смесителя в нашем приемнике

Радиосигнал с повторителя подаётся на вход смесителя. Смеситель, собранный на транзисторах Q1 и Q2, выполнен по каскодной схеме ОЭ-ОБ, т.е. последовательное соединение ОЭ-ОБ. Каскодные усилители примечательны тем, что в каскадах почти полностью развязаны входная и выходная цепи, т.к. база транзистора каскада с ОБ имеет неизменный потенциал. Следовательно, не проявляется эффект Миллера. Эффект Миллера — увеличение эквивалентной ёмкости. Поскольку входное сопротивление каскада с ОБ ничтожно мало, каскад с ОЭ работает в режиме короткого замыкания на выходе (т.е. работает как каскад с ОК), обеспечивая такое же усиление, как идеализированный каскад с ОЭ. Входное сопротивление на высоких частотах выше, т.к. существенно уменьшается входная ёмкость каскада. Благодаря этому смеситель имеет большое выходное сопротивление, что позволяет включить контур C13=330пФ, C12=133 пФ, L2=26 мкГ, R151 кОм, настроенный на промежуточную частоту, в коллекторную цепь транзистора Q1. На второй вход смесителя подаётся сигнал с гетеродина. Таким образом, на выходе смесителя образуются сигналы с частотой, равной сумме и разности частот принимаемой радиостанции и гетеродина. Режимы работы транзисторов смесителя по постоянному току определяются сопротивлением резисторов R1 и R2.

В программе Multisim 10 был сделан подбор напряжения питания каскада смесителя для получения наибольшего значения напряжения на выходе усилителя промежуточной частоты.

При питании 2,5 В смеситель выдает наибольшее напряжение промежуточной частоты.

Осциллограммы выходного напряжения в зависимости то напряжения питания смесителя приведены в приложении 2

Наибольший сигнал будет при U=2.5В

С выхода колебательного контура сигнал поступает на вход повторителя, собранного на микросхеме HA1.Ее применение аналогично С выхода повторителя сигнал поступает на RC фильтр низких частот (ФНЧ), который подавляет высокие частоты. А с ФНЧ – на усилительные каскады, собранные на микросхемах HA1 по схеме инвертирующих усилителей.Коэффициент усиления третьего усилительного каскада Ку3=-10, а четвертого – Ку=-30.

В результате получим усиленный сигнал промежуточной частоты, который подадим на частотный детектор на выходе, которого мы хотим получить напряжение разных знаков в зависимости от частоты принимаемого сигнала.

Рисунок детектора

Контуры C15 L3 и C18 L5 настроим на частоты f1 и f2, одна из которых f1=1700, а другая f2=1550. В контуре, собственная частота которого равна частоте подаваемого на детектор сигнала амплитуда колебаний возрастет и, наоборот, в контуре, собственная частота которого не совпадает с амплитудой колебаний сигнала, амплитуда уменьшается. Высокочастотное напряжение имеющееся на контурах выпрямляется диодами, сглаживается конденсаторами и вычитается друг из друга.Вследствие этого появляется напряжение на выходе частотного детектора, причем знак зависит от частоты приходящей на детектор. На выходе получаем:

Продетектированный низкочастотный сигнал поступает..

Описание элементов примененных в конструкции приемников

Микросхема HA1-2539-5

HA1-2539-5 представляет собой широкополосной, монолитный операционный усилитель с высокой скоростью нарастания выходного напряжения. Он был спроектирован и построен с производством Intersil Высокочастотный Биполярный Диэлектрический Процессом Изоляция и особенности динамики параметров никогда раньше можно получить по-настоящему дифференциальное устройство.

При скорости нарастания 600V/μs и 600 МГц полосой усиления

продукт, HA-2539 идеально подходит для использования в видео и

Усилителя ВЧ проекты, в закрытых усиления контура 10 или больше. Полный ± 10В колебание в сочетании с выдающимися параметрами переменного тока

и дополняется высоким коэффициентом усиления разомкнутого контура делает

устройства, используемые в высокоскоростных систем сбора данных.

Особенности

Очень высокая скорость нарастания выходного напряжения. 600V/µs

Открытый коэффициент контура.......................... 15 кВ / V

Широкое усиления пропускной способностью (А.В. ≥ 10).............. 600MHz

Частотный диапазон......................... 9,5 МГц

Низкая напряжение смещения........................... 8mV

Шум Входное напряжение...................... 6nV / √ Гц

Колебания выходного напряжения........................ ± 10 В

• Монолитная Биполярная Диэлектрическая Конструкция

Применения

• Импульсный и видео Ampl

• Широкополосные усилители

• Высокоскоростные Образец удержании схемы

• Беспроводные Осцилляторы

Распиновка

Конденсаторы

Конденса́тор — двухполюсник с определённым или переменным значением емкости и малой проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.

Конденсатор является пассивным электронным компонентом. В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок. Практически применяемые конденсаторы имеют много слоёв диэлектрика и многослойные электроды, или ленты чередующихся диэлектрика и электродов, свёрнутые в цилиндр или параллелепипед со скруглёнными четырьмя рёбрами (из-за намотки).

Основная классификация конденсаторов проводится по типу диэлектрика в конденсаторе. Тип диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность ёмкости, величину потерь и др.

По виду диэлектрика различают:

Конденсаторы вакуумные (между обкладками находится вакуум).

Конденсаторы с газообразным диэлектриком.

Конденсаторы с жидким диэлектриком.

Конденсаторы с твёрдым неорганическимдиэлектриком: стеклянные (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклоплёночные), слюдяные, керамические, тонкослойные из неорганических плёнок.

Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком: бумажные, металлобумажные, плёночные, комбинированные — бумажноплёночные, тонкослойные из органических синтетических плёнок.

Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Такие конденсаторы отличаются от всех прочих типов, прежде всего большой удельной ёмкостью. В качестве диэлектрика используется оксидный слой на металлическом аноде. Вторая обкладка (катод) — это или электролит (в электролитических конденсаторах), или слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых), нанесённый непосредственно на оксидный слой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги или спечённого порошка. Время наработки на отказ типичнного электролитического конденсатора 3000-5000 часов при максимально допустимой температуре, качественные конденсаторы имеют время наработки на отказ не менее 8000 часов при температуре 105°С. Рабочая температура — основной фактор, влияющий на продолжительность срока службы конденсатора. Если нагрев конденсатора незначителен из-за потерь в диэлектрике, обкладках и выводах, (например, при использовании его во времязадающих цепях при небольших токах или в качестве разделительных), можно принять, что интенсивность отказов снижается вдвое при снижении рабочей температуры на каждые 10 °C вплоть до +25 °C. При работе конденсаторов в импульсных сильноточных цепях (например, в импульсных источниках питания) такая упрощённая оценка надёжности конденсаторов некорректна и расчёт надёжности более сложен.

Твердотельные конденсаторы — вместо традиционного жидкого электролита используется специальный токопроводящий органический полимер или полимеризованный органический полупроводник. Время наработки на отказ ~50000 часов при температуре 85°С. ЭПС меньше чем у жидко-электролитических и слабо зависит от температуры. Не взрываются.

Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей ёмкости:

Рис. Постоянные конденсаторы

Постоянные конденсаторы — основной класс конденсаторов, не меняющие своей ёмкости (кроме как в течение срока службы).

Рис. Переменные конденсаторы

Переменные конденсаторы — конденсаторы, которые допускают изменение ёмкости в процессе функционирования аппаратуры. Управление ёмкостью может осуществляться механически, электрическим напряжением (вариконды, варикапы) и температурой (термо­конденсаторы). Применяются, например, в радиоприёмниках для перестройки частоты резонансного контура.

Рис. Керамический подстроечный конденсатор

Подстроечные конденсаторы — конденсаторы, ёмкость которых изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Их используют для подстройки и выравнивания начальных ёмкостей сопрягаемых контуров, для периодической подстройки и регулировки цепей схем, где требуется незначительное изменение ёмкости.

В зависимости от назначения можно условно разделить конденсаторы на конденсаторы общего и специального назначения. Конденсаторы общего назначения используются практически в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ним относят наиболее распространённые низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования. Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и другие конденсаторы.

Также различают конденсаторы по форме обкладок: плоские, цилиндрические, сферические и другие.

Подстроечный конденсатор высокочастотных колебательных контуров.

В качестве его выбран подстроечный керамический конденсатор марки СТС-0520

Подстроечный керамический конденсатор СТС-0520 выбран в связи с малыми размерами и независимостью его емкости от температуры(МП0).Независимость от температуры важна для работы без настройки в изменяющихся температурных режимах. Предназначен для работы в высокочастотных устройствах, контурах, кварцевых резонаторах.

Технические параметры

Тип	СТС-0520
Рабочее напряжение,В
Емкость мин.,пкФ	4.8
Емкость макс.,пкФ
Температурный коэффициент емкости(ТКЕ)	n750
Рабочая температура,С	-30…85
Добротность Qмин.
Размер корпуса,мм
Цена,р

Керамические конденсаторы

Конденсатор К10-43а

Конденсаторы К10-43а - прецизионные керамические конденсаторы. Предназначены для работы в цепях постоянного, переменного токов и в импульсных режимах. Конденсаторы изготавливают в соответствии с АДПК.673511.005 ТУ; ОЖО.460.165 ТУ;

ОЖО.460.165 ТУ ОЖО.460.183 ТУ; ОЖО.460.165 ТУ ПО.070.052.

Рис. К10-43а:правильной формы, изолированные керамические конденсаторы, исполнение — всеклиматическое.

Параметры и характеристики:

Тип диэлектрика	МП0;
Диапазон емкости	10 пФ...0,0442 мкФ;
Номинальное напряжение	50В
Климатическая категория	-60/125/21*;
Тангенс угла потерь	10 пФ<Сном≤50 пФ 1,5(150/Сном)×10^-4 Сном>50 пФ не более 0,0015;
Сопротивление изоляции	не менее 10000 МОм;
Температурный коэффициент емкости	(0±30) ×10^-6/ °С;

С11=19пф,с10=40пф,С4=15пф,с340пф,C13=330пф,С7=86пф,С2=86пф

Конденсаторы К10-17А

Конденсаторы К10-17а правильной формы, изолированные керамические конденсаторы, исполнение — всеклиматическое.

Характеристики	М47
Допускаемое отклонение емкости от номинальной	Сх≤2,2 пФ: ±0,25 пФ Сх>2,2 пФ: ± 5 %1, ±10 %, ±20 %
Номинальное напряжение, В
Климатическая категория	-60/125/21^2
Тангенс угла потерь	Сх≤10 пФ не норм.; 10 пФ <Сх≤50 пФ 1,5(150/ Сх)×10^-4; Сх>50 пФ не более 0,0015;
Сопротивление изоляции	Сх≤0,025 мкФ не менее 10 ГОм; Сх>0,025 мкФ Rиз.·Сх не менее 250 с

С22=1мкф,C16=10 нф,C5=60пф,С6=86пф

EC24-R47Mдроссель ВЧ, 0.47мкГн

Постоянные индуктивности EC24-R47M представляют собой миниатюрную катушку с ферритовым сердечникам, размещенную в изолирующем корпусе с двумя выводами.
Применяются в радио-, электронной технике.

Тип:	EC24
Номинальная индуктивность:	0.47 мкГн
Допуск номинальной индуктивности:	20%
Максимальный постоянный ток:	0.7 А
Активное сопротивление:	0.17 Ом
Добротность:
Диапазон температур:	-20...+100 °C
Способ монтажа:	в отверстие
Длина корпуса:	10 мм
Диаметр (ширина)корпуса:	3 мм

L1=500nH,L4==500nH,

Дата добавления: 2015-07-08