Быстрый поиск

Реферат: Модернизация лабораторного стенда для исследования характеристик АМ-ЧМ приемника

arctg α2= gэ1/p2к

arctg α2=15,6*10-6 /0,01=0,0156

Этому углу соответствует линия 2 на рисунке 2.1.2. Для точки Б получаем Iкмакс=16 мА, Iбмакс=0,35 мА.Максимальная амплитуда входного сигнала, с которой начинается ограничение, равна:

Uмвх.л=0,5(Uбб-Uбв)=0,5(0,9-0,4)=0,25 В.

Rб=(6-0,8)/((16-2,2)*10-3)*25=10 кОм

Амплитуда напряжения на коллекторном контуре определяется по формуле:

Umвых.л=ркY21 Uмax.вх /gэ1

Umвых.л=0,1*0,033*0,25/15,6*10-6=5,3 В

Когда амплитуда входного сигнала превышает Uмax.вх, транзистор работает с отсечкой обоих полупериодов, и выходной сигнал соответствует уравнению

Umвых.н=Umвых.л Н(Umвх.н/Umвх.л)

где Umвых.н – амплитуда напряжения на выходе ограничителя, В при входной амплитуде Umвх.н, В;

Umвых.л – максимальная амплитуда напряжения на входе, В, при работе в линейном участке;

Н(Umвх.н/Umвх.л) – коэффициент, определяемый по рисунку 2.1.3. Он представляет собой часть амплитудной характеристики ограничителя, работающего в нелинейном режиме.

Пороговое напряжение ограничителя, при котором он еще работает в линейном режиме, определяется по формуле:

Uпор=1,5Umвх.л=1,5*0,25=0,375 В

При отношении Umвх.н/Umвх.л равном двум, находим по рисунку 2.1.3 величину Н. Н=1,25. Следовательно, напряжение на выходе ограничителя составит

Umвых.н=Umвых.л Н(Umвх.н/Umвх.л)=5,3*1,25=6,62 В

Проведя ряд аналогичных вычислений для разных значений входного напряжения, заносим результаты в таблицу 2.1.1.

Таблица 2.1.1

Uвх, В	0,25	0,35	0,5	0.75	1
Н	1	1,15	1,25	1,26	1,27
Uвых, В	5,3	6,1	6,6	6,68	6,73

По этим данным строим график зависимости Uвых=f(Uвх). График этой функции приведен на рисунке 2.1.4. Окончательная принципиальная схема с указанием номиналов деталей приведена в Приложении 2.

Рисунок 2.1.3 – График для нахождения коэффициента Н

Uвых,В
7
6
5
4
3
2
1
									Uвх,В

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Рисунок 2.1.4 – Зависимость Uвых=f(Uвх)

2.2 Расчет частотного детектора

В качестве частотного детектора выбираем частотный детектор с фазовым детектированием, как простой в настройке и не критичный к параметрам применяемых элементов. принципиальная схема частотного детектора приведена на рисунке 2.2.1. Рассчитаем все элементы данной схемы. Методика расчета взята из [14].

Зададим следующие характеристики для расчета:

- номинальная рабочая частота детектора fo=465 кГц;

- максимальная девиация частоты Δfмакс=50 кГц;

- верхняя частота модуляции Fмакс=10 кГц;

Параметры транзистора КТ339А выходного каскада УПЧ (амплитудного ограничителя, рассчитанного выше):

- выходное сопротивление R’вых=1,8Rвых=1,8*1,1=2 кОм;

-
емкость коллекторного перехода Ск=10 пФ;

Рисунок 2.2.1 – Принципиальная схема частотного детектора

- ток коллектора Iк=2,2 мА (см. расчет амплитудного ограничителя);

Входные параметры усилителя постоянного тока:

- входное сопротивление Rвх=1 МОм;

- входная емкость Свх=1000 пФ.

1) Задаемся оптимальной величиной обобщенного коэффициента связи контуров β=1.

2) Определяем максимальную величину обобщенной расстройки:

αмакс=0,5 β=0,5

3) Эквивалентная добротность контуров определяется по формуле:

Qэ=4,65*105*0,5/(2*5*104)=2,32

4) Величина конструктивного коэффициента связи равна:

kсв= β/Qэ=1/2,32=0,1

5) Выбираем диоды КД522, их крутизна Sд=5мА/В и емкость Сд=1,0 пФ.

6) Принимаем сопротивления нагрузки R2=R3=10 кОм, емкость монтажа См=5 пФ и собственная добротность контуров Qк=150.

7) Величины емкостей нагрузки диодов (в пикофарадах) равны;

C3=C4=(4…5)*105/(FмаксR2)

где Fмакс – максимальная частота модуляции в килогерцах;

R1 – сопротивление нагрузки в килоомах.

C3=C4=4,5*105/(10*10)=4500 пФ

Выбираем стандартное значение 4,7 нФ, условие

C3=C4≥Сд*10-См=10-5=5 пФ при этом соблюдается.

8) Определяем угол отсечки токов диодов по формуле:

9) Коэффициент передачи детекторов по напряжению вычисляется по формуле:

Кд=cos θ=cos 0,57=0,84

10) Определяем собственное и резонансное эквивалентные сопротивления контуров:

Rк=2пfoL1Qк=2*3,14*465000*0,12*10-3*150=52,6 кОм

Rэ=2пfoL1Qэ=2*3,14*465000*0,12*10-3*2,32=813 Ом

11) Коэффициент включения контура в коллекторную цепь транзистора:

mвх=1,55, принимаем mвх=1.

12) Находим значение функции φ(αмакс, β):

13) Определяем максимальное напряжение на выходе дискриминатора:

Uвыхд=0,33IкRэm2вкКд φ(αмакс, β)

Uвыхд =0,33*2,2*0,813*1*0,84*0,169=83,8 мВ

14) Емкость С1 находим по формуле:

С1=(3…5)*104/(foRэ)=80 нФ

Выбираем стандартный конденсатор 100 нФ.

15) Индуктивность L3 дросселя определяется как

L3=(10…20)L1=10*0,12=1,2 мГн

16) Находим емкость резонансного контура:

Ск=2,53*104/(f2o L1) – m2вкCвых - Cм=1960 пФ

Выбираем стандартное значение 2200 пФ.

Для увеличения крутизны выходного напряжения применяется усилитель постоянного тока с изменяемым коэффициентом усиления от 2 до 12, собранный на операционном усилителе К548УН1Б. Полная принципиальная схема частотного детектора приведена в Приложении 3.

2.3 Расчет системы автоподстройки частоты

Для расчета системы автоматической подстройки частоты непрерывного типа используется методика, приведенная в [12].

Исходными данными для расчета системы являются:

- номинальное значение частоты принимаемого сигнала fос=4500 кГц;

- изменение частоты сигнала fс по каким-либо причинам на величину Δfс=fc-foc=100 кГц;

- допустимая остаточная ошибка системы АПЧ Δfо=5 Гц;

- статическая характеристика регулятора частоты (приведена на рисунке 4.2.1)

- крутизна статической характеристики регулятора частоты Sрч=30 кГц/В;

- граничные значения изменения частоты гетеродина fг1, fг2, управляющего напряжения Uупр1 и Uупр2, определяющие диапазон перестройки частоты гетеродина 2Δfг=Δfг1+Δfг2

и диапазон изменения управляющего напряжения

ΔUупр=ΔUупр1 +ΔUупр2

Δfг1=110 кГц, Δfг2=70 кГц; 2Δfг=180 кГц

ΔUупр1=3,5 В; ΔUупр2=2,4 В; ΔUупр=5,9 В

- номинальное значение частоты гетеродина fог и напряжение (опорное напряжение) Uор на регуляторе частоты, fог = 4400 кГц при Uор=2 В.

Чтобы обеспечить заданную в техническом задании остаточную ошибку Δfо=5кГц при начальной расстройке Δfнач=40 кГц, коэффициент подстраивающего действия системы АПЧ должен равняться:

К= Δfнач/Δfо=30/5=6

Для выбранного гетеродина известна крутизна регулятора частоты (определяется экспериментально из графика рис.4.2.2)

Sрч=30 кГц/В

На основании рассчитанного коэффициента подстройки К определяется требуемое значение крутизны частотного детектора системы АПЧ:

Sчд=(К-1)/ Sрч=(6-1)/30=0,17 В/кГц

Экспериментальное определение крутизны Sчд=0,2 В/кГц было проведено в пункте 4.2. Как видно, эта величина превышает необходимую, поэтому в систеие АПЧ можно применить данный частотный детектор.

Определим основные параметры системы АПЧ.

1) Полоса схватывания ПАЧ определяется по формуле:

Псх=0,8 √ 4IкSрчКдdэminfчд/Ск

Псх =0,8*√4*2,2*0,2*0,84*0,01*465000/2200*10-12=56 кГц

Частоты, соответствующие экстремумам статической характеристики частотного детектора:

f1,2=fчд(1±0,5dэmin)=465*(1±0,5*0,27)=257 кГц и 400 кГц

Полоса удержания определяется по формуле:

Пу=0,46*Ск*П3сх/(Iк*Sрч*Кд)

Пу=0,46*10-12*(56000)3/(2,2*0,2*0,84)=218570 кГц

2.4 Указания к проведению модернизации

Для подключения системы АПЧ к лабораторному стенду необходимо провести следующие изменения в принципиальной схеме стенда (см. Приложения 1-4):

1. Собрать расчитанные в п.п.2.1-2.3 схемы;

2. Подключить питание к от стенда;

3. Параллельно варикапной матрице КВС111А (VD1) подключить варикап КВ104Г для увеличения крутизны регулировки частоты гетеродина;

4. Аноды варикапов подключаются к общему проводу (см. Приложение 4) через параллельно соединенные резистор номиналом 100кОм и конденсатор емкостью 0.033 мкФ для подключения к ним сигнала управления от частотного детектора;

5. Отключить полосовой фильтр Z1, вместо него подключить конденсатор емкостью 1000 пФ для увеличения полосы пропускания усилителя промежуточной частоты.

3 Разработка методик проведения лабораторных работ

3.1 Разработка методики исследования амплитудного ограничителя и частотного детектора

Рекомендуемая методика проведения исследования амплитудного ограничителя при проведении лабораторной работы следующая.

1) Расчетная часть – предполагает проведение студентами теоретического расчета амплитудного ограничителя. Студенту необходимо рассчитать и построить амплитудную характеристику амплитудного ограничителя с шунтирующими диодами и амплитудную характеристику транзисторного ограничителя. Методические указания к расчетам изложены ниже.

Характеристики амплитудного ограничителя с шунтирующими диодами рассчитывается в следующем порядке:

- задаваясь рядом значений косинуса угла отсечки токов шунтирующих диодов cos θ = 1 ; 0,96 ; 0,92 ; 0,88 ; 0,84 ; 0,8 и, зная напряжение запирания диодов Uз, определить соответствующие амплитуды выходного напряжения ограничителя

Uвых.огр. = Uз / cos θ

- рассчитать для выбранных углов отсечки cos θ входное сопротивление двух шунтирующих диодов 0,5R’, пользуясь формулой:

R’=

и приведенными в таблице 3.1.1 значениями

Здесь Sд – крутизна характеристики прямого тока диода.

Таблица 3.1.1

cos θ	1	0,96	0,92	0,88	0,84	0,8
	∞	314	78,5	43,7	27,3	20

- по заданным dэ1, Сэ1 и fo рассчитать сопротивление первого контура Rэ1, затем рассчитать значения R’э, d’э, и β1 для всех выбранных значений cos θ по формулам: