Radijo sistemos bei aparatūra

1. ĮVADAS Kiekvieno mokslo uždavinys – rasti metodus, kurios taikydami žmonės galėtų iš anksto numatyti, kaip vyks vienas ar kitas reiškinys. Kitaip sakant, mokslas privalo padėti numatyti ateitį ir paaiškinti praeitį. Tik tuomet gamtos reiškinius galima panaudoti žmonių labui. Pavyzdžiui, jeigu chemikai nebūtų ištyrę, kas vyksta, reaguojant įvairioms medžiagoms, tai neturėtume šių dienų chemijos pramonės, kuri aprūpina žmones daugybe reikalingų jiems medžiagų. Jeigu nebūtų ištirta, kaip elgiasi augalai, kaip jie maitinasi ir auga, būtų sunku vystyti žemės ūkį, negalėtume numatyti, kokį derlių gausime, pasėję tas ar kitas sėklas, vienaip ar kitaip paruošę dirvą. Visa dabartinė technika remiasi ateities numatymu. Inžinierius, konstruodamas kokią nors mašiną, iš anksto įsivaizduoja, kaip ji dirbs, nes jis naudojasi mokslo duomenimis. Radioelektronika – viena iš pagrindinių mokslų šakų, kur tyrimai fizikiniai rieškinei, elektromagnetinių bangu sklydimo faktoriai, elektros principinės schemos. Kintamoji elektros srovė, tekėdama laidu, sukuria kintamąjį elektrinį ir magnetinį laukus, arba elektromagnetine lauką. Šis elektromagnetinis laukas sklinda laisvoje erdvėje tolyn nuo laido šviesos greičiu. Sklindantis elektromagnetinis laukas vadinamas elektromagnetine, arba radijo banga. Elektromagnetinis laukas yra forma judančios materijos, kuriai būdinga masė ir energija. Elektromagnetinio lauko egzistavimą įrodo jau tai, kad ją priima radijo imtuvai. Radijo bangos pagrindinis parametras yra jos ilgis. Bangos ilgių laikomas atstumas, kurį banga nusklinda per vieną virpesio periodą. Radijo imtuvo viena iš pagrindinių dalių: antena. Antena yra elektronikos sistemos įtaisas laisvai sklindančioms radijo bangomis spinduliuoti arba priimti. Laisvai sklindančiomis vadinamos tokios radijo bangos, kurių kelyje nėra jas nukreipiančių įtaisų. Jeigu radijo banga nukreipimą pagal elektrai laidžius arba dielektrinius kūnus, kuriose ji žadina, tai sakoma, kad ji yra susieta su šiais kūnais. Šitokia susietų bangų nukreipimo sistema vadinama fideriu. Fideris jungia anteną su likusia elektronikos dalimi. Pagal darbo bangos ilgį antenos skirstomos į miriametrinų, kilometrinų, hektometrinų, dekametrinų, metrinų ir mikrobangų antenas. Bangos ilgis lemia antenos tipą ir konstrukcijos ypatumus. Pagal tarptautinį radijo ryšių reglamentą radijo bangos suskirstytos į devynis diapazonus: nuo miriametrinių iki decimilimetrinių. Kuriant prietaisą, kuris sugebės priimti radijo bangas, reikia žinoti tų bangų savybes. Vidutiniosios ( 100 - 1000 m ) paviršinės bangos žymai smarkiau slopinamos Žemės paviršiuje ir todėl netoli sklinda. Priklausomai nuo spinduliavimo galingumo jos gali pasiekti 1000–1500km. Vidutinių bangų diapazone į priėmimo vieta gali kristi du spinduliai, nusklidę skirtingus kelius. Kadangi jonizacijos stiprumas nenutrūkstamai kinta, tai kinta ir erdvinio spinduliavimo kelias, o tuo pačiu ir bangos fazė. Kadangi kampas tarp vektorių Eerdv ir Epav kinta, tai kinta ir atstojamojo elektrinio lauko stiprumas. Šis reiškinis vadinimas fedingu. Plačiausiai naudojamos bangos, kurių ilgis nuo 100 km iki 10 m. 2. UŽDUOTIES ANALIZĖ Kursiniame darbe bus padarytas parengtinis imtuvo skaičiavimas, imtuvo pakopų schemų parinkimas, pagrindimas ir principinės schemos sudarymas, elektrinės schemos pakopų skaičiavimas. Pagal kursinio projekto duomenis ( E = 1,0 mV/m ) imtuvas bus projektuojamas su vidine feritine antena. Ši antena duoda imtuvui savo savybes. Imtuvas bus mažų gabaritų, turės didelį kryptingumą, negu su paprasta antena. Šiuolaikiniuose imtuvuose plačiai pritaikomos integrines mikroschemos dėl savo paprastumų, geros kokybes ir ekonomiškumų, todėl garsiniam dažniu trakte bus panauduota mikroschema. Tarpiniam dažnių trakte bus panauduotas sutelktos selekcijos filtras, kuris gali būti pjezomechaninis arba pjezokeraminis. 3. PARENGTINIS IMTUVO SKAIČIAVIMAS IR SANDAROS SCHEMOS SUDARYMAS. 3.1. Radijo dažnio trakto selektyviosios sistemos parametrų parinkimas. Nustatome įėjimo grandinės kokybę Qe, kuri turi būti apskaičiuojama taip, kad ji patenkintų dvi sąlygas: a) užtikrintų selektyvumą Sev ir b) suformuotų pralaidumo juostą, ne siauresnę kaip 2Fsdt. Priimame, kad yra vienas rezonansinis kontūrų skaičius, tada n =1. Qev apskaičiuojama aukščiausiam padiapazono dažniui, nes tuomet rezonansinė kreivė bus bukiausia. Randame signalo dažnio trakto praleidžiamųjų dažnių juostą: F = FA = 4,5 kHz fsp – leistinių kontūro sutapdinimo paklaidos, Fsp = (15) = 1 kHz fn = (0,51)10-3fh = 0,510-3 (525+465) = 0,495, kur fh = fdiap + ft Qej skaičiuojama žemiausiam padiapazono dažniui, nes tuomet kontūro rezonansinė kreivė bus smailiausia. Iškraipymų koeficientas Mk parenkamas 0,65. Kokybę Oej užtikrina pralaidumo juostą. Iš sąlygos Qej  Qe  Qev, kai Qej = 51,14, Qev = 41,51 parenkame Qe = 42 ir šią reikšmę palyginame su kokybės reikšme, esant aukščiausiam dažniui: Qe(max) = 42. Pasirenkame savąją kokybę Q = 53. Tuomet ir Apskaičiuojame ekvivalentinį kontūrų slopinimą žemiausiam dažniui de(min): Apskaičiuojame ekvivalentinį kontūrų slopinimą aukščiausiam dažniui Qe(min): Patikriname sąlygą: Qej =51,14 Qe(min) = 47,123 ; Qe(max) = 42  Qev = 41,51. Kadangi abi sąlygos tenkinamos, tai tolesniems skaičiavimams parenkame: Q = 53, Qe(max)=42, Qe(min) = 47. Patikriname selektyvumą veidrodinio kanalo atžvilgiu: a. esant fs max : b. esant fs min : Sev(min) = 49,93 dB (314 karto)  Sev = 40 dB  Sev(max) = 39,97dB (99,76 karto). Salyga išpildyta. Apskaičiuojam trakto selektyvumą gretimojo kanalo atžvilgiu SegSDT: Apskaičiuojam dažninius iškraipymus MSDT: Patikriname selektyvumą tarpinio dažnio ft atžvilgiu diapazono darbo taške: Kur fs min = 525 kHz Kadangi gautoji Set reikšmė (20,1dB) mažesnė už techninėse sąlygose nurodytą selektyvumo Set reikšmę (26dB), tai išėjimo grandinėje reikia jungti filtrą, kurio induktyvumas lygus: Talpa Cf parenkama 400 F. 3.2. Tarpinio dažnio trakto selektyviosios sistemos parametrų parinkimas TDT selektyvioji sistema nulemia imtuvo selektyvumą gretutinio kanalo atžvilgiu ir drauge su RDT formuoja imtuvo rezonansinę kreivę. Selektyvumas Seg(sk), kuriam skaičiuojama TDT selektyvioji sistema, parenkamas su ( 15 25 ) % atsarga dėl savo netikslumo įtakos, taip pat įvertinamas SegRDT. Apskaičiuojame selektyvumą gretutinio kanalo atžvilgiu: Selektyvumas Seg(sk) = 34 dB ( numatoma 2 dB atsarga, nes užduoties Seg = 32 dB ). TDT pralaidumo juosta 2F = 9 kHz. Parenkamas pjezomechaninis filtras (ПФI-4-3), kurio selektyvumas gretutinio kanalo atžvilgiu, esant 10 kHz išderinimui yra 34 dB. Grandžių skaičius m=3, darbo dažnis 4652 kHz, slopinimas pralaidumo juostos kraštuose 12 dB, vardinis įėjimo laidumas 0,5 mS, vardinis išėjimo laidumas 1 mS. 3.3. Imtuvo aukšto dažnio trakto pakopų skaičiaus nustatymas ADT pakopų skaičių lemia siekiamas imtuvo jautrumas. Aukštojo dažnio trakto (ADT) pakopų skaičius lemia siekimas imtuvo jautrumas. Realusis imtuvo jautrumas įvertinamas minimalia signalo galia, sukuriančia detektoriaus įėjime normaliąją galią, esant duotam signalo ir triukšmo santykiui (standartinis šio santykio didumas yra 20 dB arba 100 kartų galios atžvilgiu), kai moduliacijos koeficientas m=0,3. Imtuvo jautrumą mažino jo vidiniai savieji triukšmai, ypač pirmųjų pakopų tranzistorių triukšmai. Projekto užduotyje imtuvo triukšmų koeficientas Ntr ne duotas ir ADT pakopų nustatomas atižvelgiant tik į duotai imtuvo jautrumą E=1,0 mV/m. Parenkama detektoriaus įėjimo įtampa Ud: tiesinės detekcijos atveju nešančiojo dažnio amplitudę Ud diodinio detektoriaus įėjime parenkam 0,5 V, perdavimo koeficientas Kd=0,5. Parenkamas diodinis (tiesinis) detektoriaus tipas. Tranzistorinių imtuvų detektoriams naudojami puslaidininkiniai diodai, sukeliantys mažiausius netiesinius iškraipymus. Naudojamos tiek nuosekliojo, tiek lygiagrečiojo diodinio detektoriaus schemos. Tačiau nuosekliojo detektoriaus schema naudojama dažniau, nes turi didesnę įėjimo varžą. KfADT stiprinimo koeficientas su 1,5-2 kartų stiprinimo atsarga (dėl tranzistorių parametrų sklaidos) radijo imtuvui su vidinė feritine antena apskaičiuojamas taip: Čia Uin=EKE=Ehef minQepb =10,01420,1=0,042 mV – signalo įtampos amplitudė imtuvo 1-ojo tranzistoriaus įėjime arba įėjimo grandinė su feritine antena kontūro išėjime; E- signalo elektrinio lauko stiprumas priėmimo vietoje; hef – feritinės antenos mažiausias efektinis aukštis (parenkama hef =(0,003  0,015)m IB ir VB);Qe - įėjimo kontūro ekvivalenčioji kokybė didžiausiajam diapazono dažniui fd max (konstrukcinė kontūrinės ritės su feritine antena kokybė Qk=(200300); pb=(0,10,2) – įėjimo kontūro įjungimo į pirmosios pakopos tranzistoriaus bazę koeficientas. Esant feritinei antenai, tikėtinas ADT stiprinimo koeficientas nustatomas, parinkus visų pakopų stiprinimo koeficientus taip: K’fADT=KRDS·Kk·KTDS(1)·KTDS(2)= 991515=18225 Aperiodinis RDS stiprinimo pakopos stiprinimo koeficientas KRDS= (210) vidutinėms bangoms parenkamas 9. Dažnio keitiklio su trijų grandžių SSF stiprinimo koeficientas Kk= (8 10) parenkamas 9. Aperiodinio TDS stiprinimo koeficientas KTDS(1)= (1015) parenkamas 15. Antrosios TDS pakopos stiprinimo koeficientas, rezonansinis, su vienu kontūru KTDS(2)= 15. Sąlyga K’fADT(18225) > KfADT(17857) išpildyta parinkus aperiodinį ir rezonansinį tarpinio dažnio stiprintuvus. 3.4. ASR schemos parinkimas Automatinis stiprinimo reguliavimas (ASR) - tai automatinis imtuvo stiprinimo koeficientų kitimas, kintant signalo įtampai jo įėjime. Šiuo atveju stiprinimas reguliuojamas, automatiškai paduodant į pakopų grandines reguliavimo įtampą. . ASR įtakoje keičiantis tranzistoriaus nuolatinės srovės režimui,keičiasi tranzistoriaus parametrai, kinta pakopos stiprinimo koeficientas, įėjimo ir išėjimo varžos ir talpos. Tai pablogina ASR veikiamos pakopos suderinimą su prieš ir po einančiomis grandinėmis, išderintų ir įėjimo, ir RDS įėjimo rezonansines sistemas. Todėl tranzistoriniuose imtuvuose pakopomis dažniausiai būna aperiodinės ir plačiajuostės TDS pakopos. Tranzistorių parametrų keitimas šių pakopų dažnines charakteristikas mažiau keičia. Radiofoniniuose imtuvuose dažniausiai naudojama ASR sistema su grįžtamuoju ryšiu. Įtampa automatiniam reguliavimui paduodama į pirmąją aperiodinę TDS pakopą. Apskaičiuojame stiprinimo koeficiento kitimą: čia kU(in)=30 dB (32 kartų) - įėjimo įtampos kitimas; kU(iš)=10 dB (3,17 kartai) - išėjimo įtampos kitimas. Nustatom reguliuojamų TDS pakopų skaičių: čia kK(1) = 15 yra priimtas vienos reguliuojamos pakopos stiprinimo koeficiento kitimas. Imtuvo ADT parengtinio skaičiavimo kokybiniai rodikliai surašomi į lentelę: 3.4.1 lentelė Imtuvo ADT parengtinio skaičiavimo kokybiniai rodikliai Pakopos Tranzistorius (diodas) Apkrova Parametrai - - - Qe Sev, dB Seg, dB Set, dB K Įėjimo grandinė - Virpesių kontūras 42 40 32 20,1 0,5 RDS ГT309Б Rezistorius - - - - 9 Dažnio keitiklis ГT309Б PMF (m=3) - - 34 - 9 ATDS(2) ГT309Б Rezistorius - - - - 15 RTDS(2) ГT3089Б Vienas kontūras 42 - - - 9 Detektorius Д9B Rezistorius ir kondensatorius - - - - 0,5 3.5. Garsinio dažnio trakto selektyviosios schemos parinkimas ir pagrindimas Radijo imtuvų GDT sudaro pradinio įtampos stiprinimo pakopos ir galios stiprinimo pakopos, sukuriančios reikiamą signalo galią garsiakalbyje. Detektoriaus išėjimo įtampos nepakanka galios stiprinimo pakopai valdyti, todėl GDT trakte naudojamos pradinio stiprinimo pakopos. Garsinio dažnio traktui naudojama mikroschema. Tai galios stiprinimo žemo dažnio stiprintuvas. Mikroschemos PC1212C charakteristikos: Įtampos stiprinimo koeficientas Ku=45dB; Maitinimo įtampa 6V Maksimali išėjimo galia Piš=1W Apkrovos varža Rl 4 Naudojama srovė Imin=7 mA Imax=25 mA Darbo temperatūros diapazonas T= nuo 0 iki 70C Dažnių darbo diapazonas 0,03-20 kHz Pagal duotus parametrus matuosi, kad ši mikroschema pilnai atitinka reikalavimams ir todėl ji bus panauduota imtuvuose. 3.6. Imtuvo sandaros schemos sudarymas 4. IMTUVO PAKOPŲ SCHEMŲ PARINKIMAS, PAGRINDIMAS IR PRINCIPINĖS SCHEMOS SUDARYMAS Vidutinių bangų radijo imtuve įėjimo grandinė sujungia imtuvo anteną ir atskiria naudingą signalą. Projekto užduotyje duotas diapazonas yra vidutinių bangų (VB), tai naudojama feritinė antena. Įėjimo grandinė sudaryta iš induktyvumo ritės ir kintamosios talpos kondensatorių. Jos paskirtis – padidinti priimto signalo įtampos didį. RDS stiprina radijo dažnio signalą. Radijo dažnio stiprintuvo paskirtis – padidinti realųjį jautrumą arba signalo su triukšmu santyki. Taip pat jis turi padidinti Sev, Set ir dalinai Seg gretutinio kanalo atžvilgiu. Kursiniame darbe RDS buvo parinktas aperiodinis ir jo apkrova yra rezistorius. Prie RDS prijungti nuosekliai užtvarinis filtras, kuris užtikrina selektyvumą tarpinio dažnio atžvilgiu. Dažnių keitiklio paskirtis – keisti priimtąjį moduliuotos amplitudės tarpiniu dažniu taip, kad signalo gaubtinės forma nepakistų. Dažnių keitiklis buvo parinkamas su sutapdintu heterodinu, nes radijo imtuvas turi vieną diapazoną. Dažnių keitiklio apkrova yra pjezomechaninis filtras, kuris užtikrina selektyvumą gretutinių stočių atžvilgiu. Tarpinio dažnio stiprintuvas reikalingas stiprinti tarpinio dažnio signalo įtampa iki reikiamos normaliam detektoriaus darbui. Taip pat jis padidina selektyvumą gretutiniam kanalui. Tarpinio dažnio selektyviąją sistemą sudaro dažnių keitiklis (DK) ir sutelktos selekcijos filtras. Pjezomechaninis filtras (PMF) buvo pasirinktas dėl to, kad jio pralaidumo juosta 2F ir selektyvumas gretutinio kanalo atžvilgiu pilnai atitinka apskaičiuotam duomenims. Garsiniam dažnių trakte buvo pasirinkta mikroschema PC1212C dėl panaudojamo paprastumo ir savo geru savybių. Ji stiprina žemo dažnio signalus ir turi reikalinga išėjimo galia. Automatinio stiprimo reguliavimo ( ASR ) paskirtis yra automatiškai keisti imtuvo pakopų stiprinimo koeficientą, kai keičiasi signalo įtampa imtuvo įėjimose. Kad sudaryti savotiška neigiama grištama ryši įtampa automatiniam reguliavimui paduodama į pirmąją aperiodinę TDS pakopą. Tam tikslui buvo panauduota sudaryta iš RC elementų grandine. Keisti moduliuotos amplitudes virpesius garsinio dažnio virpesiais buvo parinktas diodinis detektorius todėl, kad diodai sukelia mažus netiesinius iškraipymus. 5. ELEKTRINIS SCHEMOS PAKOPŲ SKAIČIAVIMAS 5.1. Įėjimo grandinės skaičiavimas 5.1.1. Kintamųjų kondensatorių bloko parinkimas. Radijo imtuvui suderinti priimamos stoties signalo dažniui naudojami vienos ar dviejų sekcijų kintamieji kondensatoriai su kietu dielektriku, taip pat vienos ar dviejų sekcijų kondensatoriai su oriniu dielektriku. Parinkus kintamųjų kondensatorių bloką, būtina patikrinti, ar su juo galima gauti reikiamą perderinimą visuose projektuojamojo imtuvo diapazonuose. Parenku kondensatorių КПE-3, kurio bloko sekcijos talpa Ckmin= 7pF, Ckmax= 180pF, dielektriko rūšis – kietasis. VB perderinimo koeficientas: čia Ckmax – maksimali; Ckmin – minimali kintamojo kondensatoriaus bloko talpa; Ce – ekvivalenčioji schemos talpa, kuriai esant, pasirinktasis kondensatoriaus blokas užtikrina reikiamą diapazono perderinimo koeficientą. Ce===44,3 Ce0, tai kontūro schemos talpa apskaičiuojama taip: C0=Cm+CL+Cin; 30=15+10+ Cin; Cin=5pF. Montažo talpa Cm = 15pF. Savoji kontūro ritės talpa CL= 10pF. Tranzistoriaus į kontūrą įnešama talpa Cin. Kontūro schemos talpa C0=30pF. Nustatome, ar reikia talpos Cpap kondensatoriaus. Cpap= Ce - C0=44,3-30= 14,3pF. Kadangi Cpap0, tai kintamojo kondensatoriaus blokas parinktas teisingai, ir į kontūrą būtina įjungti papildomos paderinimo talpos Cpap kondensatorių. Parenkamas КПК–1, jo vardinės talpos diapazonas 625pF. Apskaičiuojamos ekvivalenčiosios kontūro talpos kitimo ribos kiekviename diapazone CeVB= (Ckmin+ CeVB)…( Ckmax+ CeVB)=(7+44,3)…(180+44,3)= 51,3...224,3. Kintamojo kondensatoriaus blokas, kurio Ckmin= 7pF, Ckmax= 180pF parinktas teisingai. 5.1.2 Įėjimo grandinės su magnetine antena skaičiavimas VB perderinimo koeficientas kd =2,09. Diapazono talpos paderinimo koeficientas: Ckmin=7pF, Ckmax=180pF - parinktojo kintamojo kondensatoriaus bloko talpos; Parazitinė schemos tapla C0=Cpvid­+ Cm+CL+Cin=15+15+10+5 =45pF. Vidutinė paderinamojo kondensatoriaus talpa Cpvid=15pF. Pilnoji minimali ekvivalenčioji kontūro talpa: Cemin= Cmin+ C0=7+30= 37pF. Apskaičiuojamas kontūro induktyvumas: Lk===565,11H. Kontūro jungimo prie pirmojo tranzistoriaus bazės koeficientas: pb ===0,712, kur Remin­=RbminQe=2fdminLkQe=6,28525100056510-642=78k Nustatomas kontūro ryšio ritės induktyvumas: Lrb= Lkpb=5650,712= 402H. Parenkame antenos šerdį ir jos parametrai =600; 600HH tipo šerdis;lš=160mm; dš=8mm. Iš santykio ==20, nustatoma efektinė magnetinės šerdies skverbtise=95. Apskaičiuojame kontūrinės ritės vijų skaičių: w===39, kur L’=0,015, kai Lk=565H. Apvijos skersmuo D=1,1dš=8,8mm; ml=0,4(priėmus=0,2); pl=0,9(priėmus=0,2); gl===0,82 Apskaičiuojame ryšio ritės vijų skaičių wr= pbw=0,71239=27,76 Kontūrinės ritės Lk apvijai rekomenduotina panaudoti licendratą 96x0,06mm, o ryšio ritei Lr laidą ПЕШЛО x 0,12mm. Nustatomas antenos efektinis aukštis: hef=2wsSšQe= =6,282,543910-49542=0,434m Kur S=D2=3,14(8,810-3)2=2,5410-4 m2 ir max===571,4m. Apskaičiuojame pirmojo tranzistoriaus įėjimo įtampos didumą: Uin=EAhef pb=10000,4340,712=309V. 5.2. Radijo dažnio stiprintuvo skaičiavimas 5.2.1 Aukštojo dažnio trakto (ADT) tranzistorių parinkimas Parenkant tranzistorius, pirmiausia dėmesys kreipiamas į tranzistoriaus kritiškojo arba ribinio dažnio didumą. Parinktojo tranzistoriaus fT turi buti didesnis už fdmax. Duotas projekte fmax= 1100kHz - fT turi būti didesnė už 1100kHz. Imtuvo ADT parenkamas pnp struktūros tranzistorius ГТ309Б, kur Uk=5v; Ik=1mA; h11b=38; h22b=0,5mS; fT=120MHz; Ck=7,5pF; k=500s; h21e­=150. Patikrinimas tranzistoriaus: fy21e= fT=120=68,5MHz, kur rbb===66,6 Koeficientai: a===0,022 b===0,013 Kadangi a=0,022K0

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!