Расчет структурной схемы ЧМ (ФМ) приемников: Методические указания к расчету курсового проекта

К РАСЧЕТУ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ЧМ (ФМ) ПРИЕМНИКОВ

Перед началом расчета рекомендуется прочесть данное описание от начала до конца.

Расчет курсового проекта проводится в следующем объеме: полностью выбор, обоснование и расчет структурной схемы ЧМ (ФМ) приемника, выбор стандартных фильтров на промежуточные частоты, выбор и расчет принципиальной схемы преселектора, смесителя и тракта ПЧ. Принципиальные схемы ограничителя, детектора и УНЧ выбрать, но не рассчитывать, требуется лишь обеспечить общее усиление сигнала от уровня чувствительности, заданного в т.з., до величины 1,5…2 В, достаточной для нормальной работы детектора. Затем следует выбрать готовые современные микросхемы приемника ЧМ сигнала и синтезатора частоты и адаптировать свой курсовой проект под использование этой элементной базы (с точки зрения усиления, чувствительности, избирательности и т.д.). Чертеж «классической» схемы приемника достаточно привести в пояснительной записке к курсовому проекту. Чертеж схемы с использованием микросхем необходимо оформить на листе А1 в соответствии с ЕСКД. Чертеж узла (платы) привести на миллиметровой бумаге.

Поскольку фазовая модуляция чаще всего представляет собой частотную с введенными на передатчике предыскажениями, расчет ФМ приемника следует проводить по методике, аналогичной расчету ЧМ приемника. Тип модуляции становится важен только в детекторе.

Ориентировочно структурную схему ЧМ приемника можно изобразить следующим образом:

Выражение для ЧМ сигнала (модуляция одним тоном) записывается следующим образом:

,

где – амплитуда сигнала,  – несущая частота, – модулирующая частота, причем , – индекс модуляции, – максимальная девиация частоты, – функция Бесселя 1-го рода n-го порядка. Как видно из формулы, спектр ЧМ сигнала бесконечен. Безусловно, на практике пропускают ограниченное число составляющих, однако даже при этом спектр остается весьма широким. Это основная причина, почему ЧМ вещание осуществляется на высоких частотах (УКВ). Отсюда же следует другая неприятная особенность ЧМ приемников: из-за широкой полосы не удается реализовать каскады с большим коэффициентом усиления, поэтому приходится ставить несколько усилительных каскадов.

При расчете ЧМ приемников первым делом следует определиться с полосой пропускания. Она же в свою очередь определяется преимущественно полосой тракта ПЧ, поскольку контуры преселектора намного широкополоснее, чем фильтры сосредоточенной селекции (ФСС) в тракте ПЧ. Число составляющих спектра ЧМ сигнала, которые следует пропустить, рассчитывается из формулы Манаева: – по уровню ≥1% от немодулированной несущей. Считается, что коэффициент нелинейных искажений (гармоник) продетектированного сигнала при таком допущении составляет . В принципе, это качество ЧМ вещания, приемлемое для художественного восприятия (музыка и т.д.). Для связных приемников требования к нелинейным искажениям мягче, поэтому можно воспользоваться приближенной формулой , обеспечивающей . Далее считаем полосу: . Смысл этих выкладок: подобрать такую девиацию , чтобы при заданных параметрах К_Г и F_max рассчитанное значение П укладывалось в заданную расстройку (разнесение) между соседними каналами с учетом запаса на нестабильность несущей и гетеродина, а также на склон АЧХ избирательных систем приемника (входных контуров и ФСС). Если девиация в т.з. уже указана, считайте, что это число является требованием к детектору, так как при такой девиации требуемая полоса может оказаться шире, чем расстройка между соседними каналами. Если так и оказалось, задайтесь меньшим значением девиации и повторите расчет полосы.

Чтобы учесть нестабильность частоты, необходимо рассчитать ее по формуле ,  где под корнем стоят квадраты абсолютных нестабильностей частоты, обусловленных различными факторами:

1) – нестабильность несущей. То, что в скобках – задано в т.з.

2) – нестабильность частоты гетеродина. Пока не выбрана и рассчитана его принципиальная схема, этой нестабильностью можно задаться приблизительно: , где – относительная нестабильность на градус Цельсия, – заданный диапазон температур, – максимальная частота гетеродина. Задаемся . При последующем выборе современной элементной базы обратить внимание на обеспечиваемую синтезатором нестабильность частоты: задана в диапазоне температур или же на градус Цельсия.

Если в схеме несколько преобразований частоты, то и под корнем должно быть столько же слагаемых нестабильностей гетеродина! Промежуточные частоты определить ориентировочно, исходя из них посчитать максимальные значения частот  для всех гетеродинов, которые и использовать в расчете нестабильности частоты.

3) – нестабильности избирательных систем (контуров и ФСС). Аналогично п.2, число слагаемых под корнем равно количеству избирательных систем в схеме. Однако, поскольку контуры входной цепи и УРЧ в пределах полосы слабоизбирательны (т.к. их цель – подавление дополнительных каналов), а ФСС используются высококачественные, этими слагаемыми можно пренебречь.