|
|
Содержание |
|
|
|
Стр. | |
|
|
Введение |
|
|
1 |
Обзор существующих типов радиоприемников и выбор типа для разрабатываемой конструкции. |
4 |
|
1.2 |
Выбор приемника |
7 |
|
2 |
Разработка структурной электрической схемы приемника |
13 |
|
3 |
Разработка функциональной электрической схемы приемника |
15 |
|
4 |
Расчет колебательных контуров |
|
|
|
Расчет трансформатора |
|
|
|
Расчет последовательного колебательного контура |
|
|
4 |
Выбор элементов для разрабатываемого приемника |
|
|
5 |
Разработка принципиальной электрической схемы приемника |
15 |
|
5.1 |
Разработка входной цепи |
18 |
|
5.2 |
Разработка повторителя |
20 |
|
5.3 |
Разработка усилителей высокой частоты |
22 |
|
5.4 |
Разработка высокочастотного колебательного контура УВЧ |
23 |
|
5.5 |
Разработка повторителя |
24 |
|
2.5 |
Разработка смесителя |
29 |
|
2.6 |
Разработка колебательного контура промежуточной частоты |
33 |
|
2.7 |
Разработка повторителя |
34 |
|
2.8 |
Разработка усилителей промежуточной частоты |
35 |
|
2.8.1 |
Разработка детектора |
36 |
|
2.9 |
Разработка формирователя сигнала |
38 |
|
2.9.1 |
|
38 |
|
7 |
Расчет последовательного колебательного контура |
56 |
|
8 |
Обзор существующих типов антенн и выбор типа для разрабатываемой конструкции. |
56 |
|
8.1 |
Расчет антенны |
57 |
|
6 |
Экономическая часть |
|
|
6.1 |
Разработка сетевого графика |
|
|
6.2 |
Расчет себестоимости разработки дипломного проекта |
|
|
6.2.1 |
Общие положения |
|
|
6.2.2 |
Расчет затрат на основные материалы |
|
|
6.2.3 |
Расчет затрат на изделия внешней поставки |
|
|
6.2.4 |
Транспортно- заготовительные расходы |
|
|
6.2.5 |
Расчет основной заработной платы |
|
|
6.2.6 |
Расчет средств по статье «Страховых взносов на основную заработную плату» |
|
|
6.2.8 |
Расчет средств по статье «Накладные расходы» |
|
|
6.3 |
Экономическая эффективность |
|
|
7 |
Безопасность и экологичность |
|
|
7.1 |
Анализ основных источников опасности |
|
|
7.2 |
Требования безопасности к производственным ирабочим помещениям |
|
|
7.3 |
Требования к обслуживающему персоналу |
|
|
7.4 |
Микроклимат производственных помещений |
|
|
7.5 |
Освещенность производственных помещений |
|
|
7.6 |
Экологичность проекта |
|
|
7.7 |
Основы электробезопасности |
|
|
7.8 |
Пожарная безопасность при эксплуатации ПЭВМ |
|
|
7.9 |
Оказание первой помощи при поражении электрическим током |
|
|
7.10 |
Дерево событий |
|
|
|
Заключение |
|
|
|
Перечень сокращений |
|
|
|
Список литературы |
|
|
|
ПРИЛОЖЕНИЕ А |
|
|
|
ПРИЛОЖЕНИЕ Б |
|
|
|
ПРИЛОЖЕНИЕ В |
|
Аннотация
Пояснительная записка к дипломному проекту " Разработка приемника радиолинии связи между оборудованием удаленного светофора и диспетчерским пунктом " содержит:
115 лист;
51 рисунков;
27 таблиц;
5 приложений;
7 плакатов.
Ключевые слова: супергетеродинный приемник, входной колебательный контур, смеситель, промежуточная частота, детектор, операционный усилитель, волновой канал, повторитель.
В дипломном проекте разработан супергетеродинный приемник, принимающий сигналы на двух частотах 26970 кГц и 27120 кГц. Для приемника разработана антенна типа укороченный волновой канал.
В технико-экономической части разработан сетевой график выполнения дипломного проекта, проведен расчет себестоимости разработки и цены предприятия на разработку данного дипломного проекта, а также проведен расчет экономической эффективности разработки.
Себестоимость разработки данного дипломного проекта составила 125 176,1рублей.
ANNOTATION
Explanatory note to the diploma project "Development of the receiver radio link between the equipment and remote traffic control tower" contains:
- 115 sheet;
- 51 drawings;
- 27 tables;
- 5 applications;
- 7 posters.
Keywords: superheterodyne receiver, the input oscillation circuit, mixer, intermediate frequency detector, operational amplifier, the wave channel repeater.
In the capstone project designed superheterodyne receiver receiving signals on two frequencies 26970 kHz and 27120 kHz. Receiver antenna designed for the type of shorter wave channel.
The feasibility of the developed network schedule graduation project and the calculation of the cost price of the enterprise development and for the development of this diploma project, and calculated the cost-effectiveness of development.
The cost of developing this diploma project was 125 176.1 rubles.
Введение
Радиоприемным устройством (РПУ) называют такое радиотехническое устройство, которое предназначено для приёма радиосигналов и преобразования их к виду, позволяющему использовать передаваемое сообщение.
В радиопередающем устройстве сообщение преобразуется в соответствующий ему модулирующий сигнал. Этот сигнал модулирует высокочастотное колебание. С помощью передающей антенны происходит преобразование энергии радиосигнала, т.е. модулированного высокочастотного электрического колебания, в энергию электромагнитного поля. В виде радиоволн поле распространяется в окружающем антенну пространстве. При этом радиоволна может рассеиваться, поглощаться, отражаться от неоднородностей среды, преломляться и т.д. В результате энергия радиоволны в месте приема оказывается значительно меньше, чем вблизи передающей антенны. С помощью приемной антенны происходит обратное преобразование энергии электромагнитного поля высокой частоты в энергию электрического колебания. В результате цепи приемной антенны создается ЭДС радиосигнала, являющегося источником входного воздействия для РПУ.
Радиоприем сопровождается действием на радиоканал различных радиопомех, а также искажением сигнала. Радиопомехи и искажения сигнала могут привести к недопустимым искажениям в передаваемом сообщении.
Под помехами понимаются все действующие на РПУ колебания, которые мешают приему полезного сообщения и приводят к его искажению.
Радиопомехи могут возникать вне РПУ, т.е. в среде распространения радиоволн (внешние помехи) и внутри него (внутренние помехи). Совокупность всех помех определяет электромагнитную обстановку (ЭМО) в месте приема.
Выделяют три составных части РПУ: 1) приемная антенна; 2) РПУ или радиоприемник, в котором осуществляется необходимые преобразования сигнала, используемого для передачи соответствующего сообщения; 3) выходное (оконечное) устройство (ОУ), в котором происходит преобразование сигнала в сообщение или обработка сигнала с целью его дальнейшего использования. Это устройство может входить в состав РПУ или быть автономным.
Радиосигнал, несущий полезную информацию, как правило, на выходе РПУ не является единственным и доминирующим по уровню мощности. Этот сигнал обычно мал и содержится в смеси с помехами, создаваемыми другими, одновременно работающими радиопередатчиками, а также источниками различных излучений. Передаваемое сообщение соответствует модулирующему колебанию и в явном виде во входном радиосигнале не содержится. Поэтому в РПУ необходимо осуществить: 1) выделение полезного сигнала из смеси его с помехами; 2) выделение модулирующей функции; 3) различные преобразования полезного сигнала с целью достижения возможности и удобства его использования. Таким образом, РПУ выполняет ряд функции.
Функция избирательности (селективности) - это функция выделения полезного сигнала из смеси «сигнал плюс помеха», в соответствии с некоторым различием их физических свойств и характеристик. А именно: 1) частотным; 2) пространственным; 3) поляризационным; 4) временным; 5) амплитудным и другими.
Функция чувствительности - это способность приемника принимать слабые сигналы. Чувствительность определяется величиной сигнала, поступающего на вход приемника.
Функция демодуляции (детектирования) - эта функция РПУ, обратная модуляции в радиопередатчике. Она направлена на выделение модулирующего колебания из колебаний радиосигнала высокой частоты, используемого в радиосистеме для передачи полезной информации.
Функция усиления полезного сигнала обусловлена тем, что его уровень на входе РПУ, как правило, недостаточен для нормальной работы ОУ. Поэтому сигналы приходиться усиливать.
Функция частотного преобразования радиосигнала предполагает преобразование области частот принимаемых сигналов в некоторую другую, заранее выбранную частотную область, где обеспечиваются наилучшие условия их обработки. Эта функция осуществляется в частотно-преобразовательных устройствах.
Функция адаптации (приспособления) к изменяющейся ЭМО предполагает изменение параметров РПУ с целью обеспечения заданного или максимально возможного в данных условиях приема качества работы РПУ. Необходимость в адаптации связана с изменением характеристик, как полезного сигнала, так и помех.
Радиоприемные устройства различаются по следующим принципам классификации:
Области применения: для звукового радиовещания, телевидения, радиосвязи, радиолокации, радионавигации, радиоизмерений, радиоастрономии и т.д. Каждой области приложения радиотехники соответствует своя радиосистема и входящее в её состав РПУ.
Диапазону частот: НЧ, СЧ, ВЧ, ОВЧ, УВЧ и СВЧ. Радиовещательные приемники в зависимости от диапазона длин волн бывают ДВ, СВ, КВ и УКВ. Характерно, что РПУ различных диапазонов имеют структурные, схемные и конструктивные отличия, строятся на различной компонентной базе, и поэтому обычно выполняются, как самостоятельные устройства. Однако иногда возможно объединение (частичное или полное) РПУ разных диапазонов.
Построения приёмного тракта: детекторные радиоприемники, радиоприемники прямого усиления, радиоприемники прямого преобразования, регенеративные радиоприемники, сверхрегенеративные радиоприемник и супергетеродинные радиоприемники.
Виду принимаемых сигналов: непрерывных и дискретных.
Виду принимаемой информации: радиотелефонные, кодированных сообщений, телевизионные (прием подвижных изображений), фототелеграфные (прием неподвижных изображений) и др. Иногда в одном РПУ предусмотрен прием информации различных видов (условно «универсальные» РПУ, широко применяемые в радиосвязи).
Виду модуляции принимаемого радиосигнала: с АМ; ЧМ; и ФМ,
Условной «дальности действия» РПУ, входящего в определенную радиотехническую систему.
Месту установки РПУ: стационарные, переносные (носимые), мобильные (на подвижных сухопутных объектах), бортовые (для работы на судах, самолетах, спутниках космической связи, управляемых ракетах и снарядах и т.д.).
Способу питания: от сети переменного тока, гальванических батарей и аккумуляторов, солнечных батарей, с «универсальным» питанием, т.е. от нескольких источников.
Способу управления: с ручным, частично или полностью автоматическим, дистанционным, комбинированным управлением.
Массогабаритным характеристикам и др.
1 Обзор существующих типов радиоприемников и выбор типа для разрабатываемой конструкции
1.1Детекторный радиоприемник — это самый простой, базовый, вид радиоприёмника. На рисунке 1.1 изображена схема электрическая структурная детекторного радиоприемника.
Рисунок 1.1 - Схема электрическая структурная детекторного приемника.
Детекторный радиоприемник не имеет усилительных элементов и не нуждается в источнике электропитания — использует исключительно энергию принимаемого радиосигнала. Состоит из колебательного контура, к которому подключены антенна и заземление, и диодного детектора, выполняющего демодуляцию амплитудно-модулированного сигнала. Сигнал звуковой частоты с выхода детектора, как правило, воспроизводится высокоомными наушниками. Настройка приёмника на частоту радиостанции производится изменением индуктивности контурной катушки или ёмкости конденсатора (последний может отсутствовать, его роль выполняет ёмкость антенны).
Настроенный контур на частоту принимаемой радиостанции, выделяет высокочастотный АМ - сигнал. Затем сигнал детектируется (т.е. преобразовывает ВЧ электрические колебания, в колебания НЧ) с помощью диода. С детектора сигнал идет на выходное устройство.
Немногие важные достоинства детекторного приёмника — он не требует источника питания, очень дешев и может быть собран из подручных средств.
К недостаткам детекторных приемников следует отнести: низкую чувствительность и избирательность, слабый уровень воспроизведения сигнала.
Радиоприемник прямого усиления — состоит из колебательного контура, нескольких каскадов усиления высокой частоты, квадратичного амплитудного детектора, а также нескольких каскадов усиления низкой частоты. На рисунке 1.2 изображена схема электрическая структурная приемника прямого усиления.
Рисунок 1.2 - Схема электрическая структурная приемника прямого усиления
В приемнике прямого усиления селекция и усиление радиосигналов происходят на частоте принимаемого сигнала. При этом к радиочастотному тракту радиоприемника предъявляются высокие и противоречивые требования. Этот тракт должен иметь высокое устойчивое усиление при малых собственных шумах. Полоса пропускания должна соответствовать спектру принимаемого сигнала. Для равномерного усиления высоких и низких частот принимаемого сигнала форма АЧХ радиочастотного тракта должна быть близка к прямоугольной. Наконец, все перечисленные параметры должны сохранять неизменность как при перестройке внутри принимаемого диапазона, так и при переключении диапазонов. В радиоприемнике прямого усиления удовлетворить этим требованиям невозможно.
Преимущества радиоприемника прямого усиления:
- относительная простота;
- отсутствие побочных каналов приема и комбинация помех;
- простыми методами можно добиться большого динамического диапазона;
- широкая полоса пропускания;
- высокая надежность;
- малый уровень собственных шумов. Недостатки: - Широкая полоса пропускания, плохая избирательность по соседнему каналу; - Склонность к самовозбуждению; - Трудности с демодуляцией ЧМ и сигналов с одной боковой; - Большая погрешность установки частоты приема; - С ростом частоты увеличивается уровень собственных шумов.
Радиоприемник прямого преобразования — еще называемый гетеродинным — радиоприемник, в котором радиосигнал непосредственно преобразуется в сигнал звуковой частоты с помощью маломощного генератора (гетеродина), частота которого равна (почти равна) или кратна частоте принимаемого сигнала. По сходству принципа действия такой приёмник иногда называют супергетеродином с нулевой промежуточной частотой. На рисунке 1.3 изображена схема электрическая структурная приемника прямого преобразования.
Рисунок 1. 3 - Схема электрическая структурная приемника прямого преобразования
Приемник обязательно содержит преобразователь частоты, состоящий из смесителя и гетеродина. В приемнике прямого преобразования входной сигнал сразу преобразуется в сигнал звуковой частоты. Перед смесителем этого приемника должна быть включена входная цепь, обеспечивающая оптимальное согласование с антенной, и не обязательно усилитель сигналов, поступающих от антенны. После смесителя обязательны фильтр, выделяющий полезную (низкочастотную) часть спектра преобразованных сигналов, и усилитель сигналов звуковой частоты — УЗЧ.
Принципиальным недостатком простого приемника прямого преобразования является наличие двух каналов приема — в сигнал звуковой частоты, выделяемый фильтром, превращаются как сигнал, превышающий по частоте сигнал гетеродина на резонансную частоту фильтра, так и сигнал, который имеет частоту, меньшую частоты гетеродина на эту же величину. Известны способы ослабления одного из каналов приема и фазовым методом, но их сложность лишает приемник прямого преобразования его основного достоинства — простоты.
Основное усиление в приемнике прямого преобразования осуществляется в УЗЧ, так как получить большое усиление на частоте сигнала затруднительно. Современные полупроводниковые приборы, имеющие малый уровень низкочастотных шумов, позволяют получить необходимое для любительского KB приемника усиление в УЗЧ, но практическая реализация такого усилителя, особенно в приемниках, питаемых от сети переменного тока, задача сложная.
Регенеративные — это радиоприёмники с положительной обратной связью в одном из каскадов усиления радиочастоты. Обычно прямого усиления, но известны и супергетеродины с регенерацией как в УРЧ, так и в УПЧ. Отличается от приёмников прямого усиления более высокой чувствительностью (ограничена шумами) и избирательностью (ограничена устойчивостью параметров), пониженной устойчивостью работы.
Сверхрегенератор (его ещё называют суперрегенератор) - это совершенно особый вид усилительного, или усилительно-детекторного устройства, обладающий при исключительной простоте уникальными свойствами, в частности, коэффициентом усиления по напряжению до 105...106.
Сверхрегенератор работает с выборками входного сигнала, взятыми в определённые моменты времени. Затем происходит усиление выборки во времени, и через какой-то промежуток снимается выходной усиленный сигнал, часто даже с тех же зажимов или гнёзд, к которым подведён и входной. Пока совершается процесс усиления, сверхрегенератор не реагирует на входные сигналы, а следующая выборка делается только тогда, когда все процессы усиления завершены. Именно такой принцип усиления и позволяет получать огромные коэффициенты, вход и выход не надо развязывать или экранировать - ведь входные и выходные сигналы разнесены во времени, поэтому не могут взаимодействовать.
Супергетеродинные радиоприемники — один из типов радиоприёмников, основанный на принципе преобразования принимаемого сигнала в сигнал фиксированной промежуточной частоты (ПЧ) с последующим её усилением. Основное преимущество супергетеродинного приемника в том, что усиление сигнала осуществляется на сравнительно низкой промежуточной частоте, что значительно уменьшает опасность самовозбуждения и позволяет увеличить коэффициент усиления, а, следовательно, и чувствительность приемника [7]. На рисунке 1.4 изображена схема электрическая структурная супергетеродинного приемника.
Рисунок 1.4 – Схема электрическая структурная супергетеродинного приемника
Входная цепь и усилитель радиочастоты (УРЧ), аналогичные таким же цепям в приемнике прямого усиления, осуществляют предварительную селекцию (преселекцию) и усиление принимаемого сигнала. Колебательные контуры этих цепей перестраиваются по частоте и, при необходимости, переключаются на разные диапазоны. Затем сигнал поступает на вход смесителя, на второй вход которого подается напряжение со специального генератора гармонических сигналов, называемого гетеродином. Частота гетеродина также перестраивается, причем таким образом, что она все время отличается от частоты принимаемого сигнала на одну и ту же величину. На выходе смесителя, который является параметрической или нелинейной цепью, появляются напряжения с частотами, равными сумме и разности частот принимаемого сигнала и гетеродина. Каждая из этих частот модулирована передаваемым сигналом. Одна из них, обычно разностная, и является промежуточной частотой. Эта промежуточная частота далее усиливается усилителем промежуточной частоты – УПЧ. В УПЧ происходит основное усиление сигнала, одновременно формируется необходимая форма АЧХ, соответствующая спектру принимаемого сигнала. Затем производится детектирование и усиление звукового сигнала.
1.2 Выбор приемника
1.2.1 В нашем случае оптимальным является приемник, построенный по супергетеродинной блок-схеме. Основное усиление супергетеродинного приемника осуществляется на сравнительно низкой промежуточной частоте, что значительно уменьшает опасность самовозбуждения и позволяет увеличить коэффициент усиления, а, следовательно, и чувствительность приемника. Он наиболее прост в отладке и стабилен.
2 Разработка электрической структурной схемы приемника
Рисунок 2.1 – Схема электрическая структурная разрабатываемого приемника
На рисунке 2.1 изображена схема электрическая структурная разрабатываемого приемника, в которой:
Входная цепь – (состоит из трансформатора емкости и колебательного контура);
УВЧ – усилитель высокой частоты (на микросхемах);
Смеситель – смеситель (выполнен на транзисторах, подключенных по каскодной схеме);
Гетеродин – генератор электрических колебаний (используется для преобразования частоты сигнала);
УПЧ – усилитель промежуточной частоты (на микросхемах);
Детектор - балансный детектор (состоит из катушек индуктивности, сопротивлений и конденсаторов);
Формирователь уровня – формирователь уровней сигналов COM- порта.
3 Разработка электрической функциональной схемы приемника
Рисунок 3.1 – Электрическая функциональная схема приемника
На рисунке 3.1 изображена функциональная электрическая схема приемника, в которой:
- Антенна - антенна типа «Волновой канал» двухэлементная;
- Входной контур - высокочастотный колебательный контур (состоит из катушки индуктивности, постоянного керамического и подстроечного конденсатора, сопротивления);
- Повторитель 1 - электронное устройство, имеющее большое входное сопротивление и маленькое выходное (на микросхеме);
- УВЧ 1- усилитель высокой частоты (на микросхеме);
- УВЧ 2 - усилитель высокой частоты (на микросхеме);
- Выходной контур УВЧ – выходной высокочастотный колебательный контур (состоит из катушки индуктивности, постоянного керамического и подстроечного конденсатора, сопротивления);
- Повторитель 2 - электронное устройство, имеющее большое входное сопротивление и маленькое выходное (на микросхеме);
- Смеситель – устройство, в котором получается разностная частота (выполнен на транзисторах, подключенных по каскодной схеме);
- ФНЧ 1 - фильтр низких частот (состоит из конденсаторов и сопротивлений);
- Гетеродин - генератор электрических колебаний (будет выбрана микросхема цифрового генератора);
- Контур ПЧ – контур промежуточной частоты (состоит из катушки индуктивности, постоянного керамического и подстроечного конденсатора, сопротивления);
- Повторитель 3 - электронное устройство, имеющее большое входное сопротивление и маленькое выходное (на микросхеме);
- ФНЧ 2 – фильтр низких частот (состоит из конденсаторов и сопротивлений);
- УНЧ 1- усилитель низкой частоты (на микросхеме);
- УНЧ 2 – усилитель низкой частоты (на микросхеме);
- Детектор – устройство, которое восстанавливает нужный нам сигнал (состоит из катушек индуктивности, сопротивлений и конденсаторов);
- Формирователь уровней - усилитель который усиливает до 10 В (на микросхеме).
Для разрабатываемого приемника нужно сделать расчеты и подобрать соответствующие элементы с определенными характеристиками для частоты 27 мГц.