Радиоприемное устройство для сценического монитора типа In-Ear

(5.27)Полоса пропускания контура определяется по формуле (5.17):.3)Коэффициент усиления каскада по мощности:, (5.28)где Gвх2=4 мСмGвх=2,75мСмК0=124)Избирательность усилителярассчитывается по формуле (5.18), гдеD,дБ=20lgDДанные по характеристике избирательности сведены в таблицу 5.3.Характеристика избирательности приведена на рис 5.5.В таблице 5.3. f0=167,2МГцТабл. 5.3 – Характеристика избирательности усилителя радиочастоты.,МГцDD, дБ0-4-0,6781,211,660-3-0,5071,120,980-2-0,3371,060,510-1-0,1681,010,0900100+10,1671,010,090+20,3331,050,420+30,4981,120,980+40,6621,191,515)Расчет ослабления зеркальной помехи на промежуточной частоте и комбинационной помехи.Расчет производится в наихудших точках поддиапазона по формуле (4.18) с подстановкой в выражение соответствующих значений частот.,где= 10,7МГц=167,2МГц=150МГцQЭ=14Данные по расчетам ослабления побочных каналов приема сведены в таблицу 5.4.Табл. 5.4 – Ослабление побочных каналов приема усилителя радиочастоты.ОслаблениеЗеркальной помехиПомехи на fпчКомбинационные помехи, МГц0+-2пчпч 10,7г+-0,5пч188,6145,8155,35144,653,38-3,847-217,87-2,06-4,071D3,523,97217,872,294,19D,дБ10,931246,767,2012,446)Расчет характеристик избирательности преселектора.Характеристика избирательности преселектора.Характеристика избирательности преселектора, определяется по формуле:Dпрес=Dвх+Dупч, (5.29)гдеDвх и Dурч, соответственно, характеристики избирательности входного устройства и усилителя радиочастоты, рассчитанные по формуле (5.18) и данные по которым сведены в таблицы 5.1 и 5.3.Характеристика избирательности преселектора построена на рис 5.5.Рис. 5.5 – Характеристики избирательности усилителя радиочастотыРасчет ослабления побочных каналов приема в преселектореОбщее ослабление зеркальной помехи, помехи на промежуточной частоте и комбинационной помехи в преселекторе приемника рассчитывается по формулам:Dзкпр=Dзквх+Dзкурч,Dпчпр=Dпчвх+Dпчурч,Dкппр=Dкпвх+Dкпурч,гдеиспользуемые ослабления рассчитаны ранее и сведены в таблицы 5.2. и 5.5.Табл. 5.5.Характеристика избирательности преселектора и ослабление побочных каналов приема в преселекторе., МГцD, дБослаблениеD, дБ0-45,52Зеркальной помехи26,670-33,590-21,8728,830-10,43Помехи на98,56000+10,430+21,71Комбинационные помехи18,770+33,520+45,3229,73Рис. 5.5 – Характеристика избирательности преселектора.5.3. Расчет кварцованного гетеродина.Гетеродин I является неперестраиваемым. Будучи кварцованным и настроенным на частоту fг1 = 50×3= 150, он осуществляет перенос частот принимаемых каналов в частотный диапазон, в котором функционирует ИМСTDA7088T.Для гетеродина I выбираем одноконтурную схему гармонического автогенератора с кварцем между коллектором и базой (рис. 5.6). Выбор обусловлен тем, что резонаторы обладают более высоким стабилизирующим действием (наряду с более высокой стабильностью собственных параметров) по сравнению с резонаторами, работающими на основной частоте. Расчет проводим по методике, изложенной в [12].Исходные данные для расчета: мощность в нагрузке: Pн=0,1мВт, fк=50МГц,Рис. 5.6 – Схема гетеродина I.Транзистор КТ368А с параметрами:= 500МГц,= 50,r’б=40 Ом,Ска=Скп=1 пФIкмакс=15 ВU’=0,7 В,Pкмакс=150мВт (при );Параметры кварцевого резонатора:Rк=50Ом,С0=5пФ,Qкв=Ркв = 2 мВтТак как автогенератор с повышенной стабильностью частоты работает в недонапряженном режиме с недоиспользованием активного элемента, как по току, так и по напряжению, то:iкм≤(0,5…0,8)Iкимакс,Uk0≤(0,4…0,5)Uкэмакс,гдеIкимакс, Uкэмакс – допустимые значения коллекторного тока и напряжения.Выбираем:iкм = 0,5Iкимакс;iкм = Uк0=0,1×Uкэмакс;Uк0 = 0,1×15=1,5В.Выбираем коэффициент, оценивающий степень связи колебательного контура с нагрузкой: a=0,1.Мощность, рассеиваемая на кварце и отдаваемая транзистором (Pr=0):Отсюда: .Рг – мощность, расходуемая на активном сопротивлении колебательной системы.Поскольку Ркв≤Рквд(Ркв=2мВт), то можно продолжить расчет.Аппроксимированные параметры транзистора:;Нормированная частота колебаний.(5.30)Рассчитываем параметры колебательной системы:Емкость С1э, С2 определяется по формулам: æ(5.31), (5.32)где æ=При этом: (, , , - нормированная статистическая емкость кварцевого резонатора (С0) æ=- крутизна положительного тока, усредненного за период колебаний.Тогда по (5.31) и (5.32) определяем емкости:Сопротивление:Индуктивность L1 и емкость С1 определяем из условия: , где n, n-2 – номера выбранной для возбуждения и ближайшей низшей гармоники.Принимаем Тогда:При известном С1 определяем L1:Поправка к частоте колебаний V: æ)+ æ)+(Относительная разница между частотами fи fkопределяется по формуле:В тех случаях, когда она мала, можно пользоваться приближенной формулой:,где Для точной настройки выполним одну из емкостей (С2) переменной, чтобы обеспечить ее вариации на % от выбранного значения.6) Находим режимные параметры активного элемента.Гармонические составляющие тока коллектора и амплитуда напряжения на базе:(5.33)Амплитуда напряжения на коллекторе:(5.34)гдеТогда по (3.34):Мощности, подведенная к коллекторной цепи и рассеиваемая:Постоянная составляющая тока базы и смещения на базе:7) Для улучшения стабильности частоты и мощности, в автогенераторе кроме внешнего применяют автоматическое смещение от тока эмиттера. C ростом сопротивления автосмещенияRэего стабилизирующее действие увеличивается, а энергетические показатели ухудшаются.В качестве компромиссного решения выбирают: Rэ=100-500Ом.Принимаем Rэ=300Ом.Сопротивление R5 определим из соотношения Rб = (1-2)X2 = 31,2…62,4Ом;Возьмем Rб=50Ом8) Напряжение источника питания и напряжение в токе соединения R1, R2, Rб(ЕД):Ток через делитель:Сопротивление делителя в цепи питания:5.5. Расчет смесителя.Преобразователь частоты супергетеродинного радиоприемника осуществляет функцию перемещения спектра принимаемого сигнала по частоте. Это перемещение происходит в преобразователе без изменения ширины спектра и с сохранением(в первом приближении) закона модуляции. Преобразователь частоты рассматривается как элемент линейной части супергетеродинного приемника: он обеспечивает практически линейную зависимость между амплитудой промежуточной частоты и амплитудой напряжения сигнала.При преобразовании частоты на смеситель подаются одновременно напряжение сигнала и гетеродина.Преобразователь частоты выполняем на биполярных транзисторах КТ368А. Кроме того смеситель строим по схеме каскадного усилителя ОЭ-ОБ.Принципиальная схема всего преобразователя изображена на рис.5.7.В схеме преобразователя частоты принимаемый сигнал подается в цепь базы первого транзистора, то есть когда для напряжения сигнала схема смесителя является схемой с ОЭ. В этом случае, так же как и в усилительных схемах, получается больший коэффициент передачи преобразователя.Напряжение гетеродина может подаваться как в цепь базы(смеситель по отношению к этому напряжению работает по схеме с общим эмиттером), так и в цепь эмиттера, что соответствует схеме с общей базой. Так как недостатки схемы с подачей напряжения гетеродина в цепи эмиттера возрастают с увеличением рабочей частоты, а эта частота абонентского приемника велика (например,f=167,2 МГц), то используем первую схему. При этом требуется при прочих равных условиях меньшая мощность, так как входное сопротивление схемы с общим эмиттером больше, чем схемы с общей базой. Связь между гетеродином и смесителем осуществляется через конденсатор с весьма небольшой емкостью.Расчет смесителя I аналогичен расчету усилителя радиочастоты с учетом того, что параметры усилителя надо заменить на параметры преобразования частоты. Y-параметры можно определить на основании опытных данных, полученных при измерении параметров преобразования современных полупроводниковых триодов, которые в режиме преобразования имеют следующие усредненные значения [11]:Параметры усиления транзистора приведены в главе 2;Тогда: т.е. Внешние параметры Yвхэ-б, Yвыхэ-бкаскадного усилителя определяются по тем же формулам, что и для усилителя радиочастоты:См=0,05мСмКоэффициент усиления преобразователя частоты на резонансной частоте рассчитывается по формулам (5.22), (5.23) с подстановкой:- модуль крутизны первого транзистора. - выходная проводимость первого транзистора.G0 – собственная резонансная проводимость контура, включенного в коллекторную цепь второго транзистора.Gвх2 – входная проводимость последующего каскада.P1 – коэффициент включения цепи коллектора второго транзистора в контурP2– коэффициент включения цепи базы последующего транзистора.Для определения коэффициентов трансформации Р1и Р2необходимо определить параметры контура.Рис. 5.7 – Схема преобразователя частотыМинимальная эквивалентная емкость контура рассчитывается по формулам (5.24), где входящие в нее значения емкостей выбираются такие же, как и в разделе 5.1:Смин = 5пФ; CL=1пФ; CM = 2пФ; Cnср= 1,3пФ;Cвых = 0,13пФ – выходная емкость усилительного прибора;Cвх2 = 10пФ – входная емкость следующего каскада (МС TDA7088T).При определении Сэминзначения Р1 и Р2 задаются ориентировочно:- максимальная емкость контура, где Кпд – рассчитывается по формуле (5.9) (Кпд = 1,03)- средняя эквивалентная емкость контура.Индуктивность контура рассчитывается по формуле (5.12):Коэффициент трансформации рассчитывается по формуле:(5.35)гдеСэ=10,2пФGвых= 0,05мСмQ= 100∆Fn= 12МГцF0 = 10,7Так как Р1>1, то контур может быть включен непосредственно в выходную цепь усилительного прибора (Р1=1).Коэффициент трансформации Р2: (5.36)гдеGвх2 = 0,35мСм – входная проводимость следующего каскада (МС TDA7088T). - проводимость резистора утечки цепи входа усилительного прибора , которая должна быть порядка: Тогда по формуле (5.36):Рассчитанный коэффициент Р2 реализуется в виде соответствующего отвода от катушки индуктивности контура:В результате по (5.23) и (5.22):Определение эквивалентной добротности и полосы пропускания:(5.37)Полоса пропускания контура определяется по формуле (5.17):Коэффициент усиления каскада по мощности(5.38)гдеК0 = 27,3Gвх2 = 0,35мСмGвх = 1,79мСмПринципиальная схема приемника представлена на рисунке 5.8.Рисунок 5.8 – Принципиальная схема приемника6. Конструкция радиоприемника.В дипломной работе разрабатывается, в частности, абонентский радиоприемник, предназначенный для работы в составе комплекса звукоусиления с беспроводной многоканальной системой персонального мониторинга.Данное изделие выполняется полностью на печатной плате и предназначено для работы в нормальных климатических условиях, а именно:Диапазон рабочих температур -5 ÷ +40 0СДиапазон предельно допустимых температур -40 ÷ +60 0СВоздействие повышенной влажности (при температуре 25 0С) 80 %Воздействие пониженного давления 6,1×104 ПаМеханические условия:Диапазон частот 10÷30 ГцДлительность удара 5÷10 мсУдарное ускорение 9,8 м/с2Виброускорение 10,7 м/с2Конструктивно приемник состоит из следующих частей:Корпус;Батарейный отсек;Плата радиоприемника.Корпус приемника выполнен из ударопрочного полистерола с отсеком для трех аккумуляторов, выполненных в размерах элементов питания типа «АА», расположенном внутри корпуса.Приемник выполнен на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1мм. Габаритные размеры печатной платы 56х51мм. Для размещения схемы в таких габаритах печатной платы в ней широко использованы бескорпусные элементы: конденсаторы типов К10-69, К10-57, К50-22 . Плата крепится с помощью винтов на трех стойках в корпусе габаритами 100х60х20мм.На лицевой стороне приемника, а также на ручках регулятора громкости и переключателе каналов нанесены соответствующие надписи. Ручки регулятора громкости и переключателя каналов размещены на лицевой стороне приемника, там же установлен и светодиод индикатора разряда батарей.На задней стороне приемника смонтирован специальный зацеп для крепления на карман.Предполагаемая компоновка приемника отвечает требованиям эргономичности.Основными особенностями приемника являются его малые габариты, низковольтное питание (3,75 В), малое энергопотребление, а также диапазон принимаемых частот, лежащих выше радиовещательного диапазона УКВ (162,0167,2МГц).Технические характеристики абонентского приемника:- габаритные размеры 100х60х20 мм- вес устройства – 130 г.- диапазон частот – 162,0167,2 МГц - количество каналов - 6- наушники – 180 Ом- питание устройства – 3,75 В (три аккумулятора по 1,25 В)- условия эксплуатации:* температура окружающей среды от 0 до +35;* относительной влажности воздуха до 90%;* в помещениях и на открытом воздухеВид лицевой и задней панелей, а также органы управления показаны нарисунке 6.1.Рисунок 6.1 – Внешний вид корпусаОбозначения:Регулятор громкости и выключатель питания;Гнездо для подключения головных телефонов Индикатор разряда батарей Кнопка переключения каналов ;Зацеп для крепления на одежде;Батарейный отсек.Конструкция регулятора громкости позволяет легко оценить величину уровня громкости по нанесенным на регулятор и панель приемника четким окрашенным канавкам с высоким контрастом канавка/панель.Конструкция переключателя каналов позволяет легко осуществить выбор нужного канала. Визуально, выбранный канал можно оценить по цифрам нанесенным на переключатель.Работа с органами управления приемника возможна без визуального контроля, так как регулировки приемника можно осуществить на ощупь, контролируя слуховым восприятием, благодаря выпуклой конструкции регулятора громкости и переключателя каналов, поэтому эксплуатация приемника возможна как при высокой, так и при низкой освещенности.Абонентский приемник имеет зацеп для крепления на одежде, который позволяет участнику конференции свободно перемещаться без ограничения в свободе движений.Конструкция крышки батарейного отсека позволяет легко, руками открыть ее, но вместе с тем обеспечивает малую вероятность случайного открытия, так как требуется приложение усилий в двух взаимно перпендикулярных плоскостях на малую площадку.Индикатор разряда батарей, выполненный на светодиоде, позволяет судить о выходе аккумуляторов из строя.Приемник рассчитан на прием информации по шести каналам. В качестве приемной антенны используется телефонный кабель наушников, подключаемый к выходу приемника рассчитанного на нагрузку 32Ом.Приемник выполнен в корпусе из ударопрочного полистирола, производство которого выполняется предприятием химической промышленности. Приемник выполнена на одной печатной плате, что значительно упрощает его изготовление, а также повышает надежность.Для того чтобы убедиться в надежности функционирования системы персонального мониторинга (в частности абонентского приемника) на частотах выбранных каналов, необходимо на месте эксплуатации аппаратуры учитывать наличие в эфире других источников радиоволн, создающих помехи. Последнее обстоятельство может иметь место, так как рабочие частоты абонентских приемников выделены ГКРЧ на вторичной основе.Эксплуатацией приемника может заниматься любой человек, прошедший краткий инструктаж по использованию устройства.Инструкция по эксплуатации приемника:Подключить источник электропитания.Подключить наушники выходу устройства.Выбрать канал приема сигнала.Отрегулировать громкость.Ремонт абонентского приемника может выполнить только квалифицированный специалист.ЗаключениеВ дипломной работе выполнен анализ технических решений, применяемых для систем сценического мониторинга типа In-Ear , разработаны: концептуальная структурная схема беспроводной системы персонального мониторинга, абонентский радиоприемник для аппаратуры мониторинга. Последний используется для приема сформированного на микшерном пульте звукового сигнала по одному из шести радиоканалов на частотах 162,0167,2МГц.Произведены детальные расчеты основных узлов разрабатываемого радиоприемника, а именно: входного устройства, усилителя радиочастоты, гетеродина и первого смесителя. Эксплуатацией данного радиоприемника может заниматься любой человек, без специальной подготовки, что отвечает требованиям быстрого размещения системы мониторинга на нужном объекте.ЛитератураАлексеев Ю.П. Бытовая радиоприемная и звуковоспроизводящая аппаратура. Справочник. –М. Радио и связь, 1991, 1994гг.Введение в эргономику. Под ред. В.П. Зинченко. –М: Сов радио, 1979Гончаров Н.Р. Охрана труда на предприятиях связи. –М.: Связь. 1971.ГОСТ 5651-89. Устройства радиоприемные бытовые. Общие технические условия.Калихман С.Г., Левин Я.М. Радиоприемники на полупроводниковых приборах. Теория и расчет. –М.: Связь, 1979.Кузнецов М.А., Сенина Р.С. Радиоприемники АМ, ОМ, ЧМ сигналов. Пособие по проектированию. –С-Пб.:СПбГУТ, 1998.Макаров О.В. и др. Руководство по курсовому проектированию радиоприемников. – СПб.: ЭИС, 1992.Методические указания по выполнению дипломных проектов и дипломных работ. –Л.:ЛЭИС, 1983.Методические указания по технико-экономическому обоснованию дипломных проектов. Под ред. Цатуровой Р.Г. –Л.:ЛЭИС, 1985Гофшелев В.Д. и др. Основы проектирования радиоприемников. –Л.: «Энергия», 1977.Методические указания к дипломному проектированию по охране труда для специальностей 0702 и 0708. Овчинников С.А., Гусева Е.Н. – Л.:ЛЭИС, 1986Методические указания по графическому оформлению курсовых и дипломных пректов. Бахирева Л.Н. и др. – Л.:ЛЭИС, 1987.Проектирование радиопередающих устройств СВЧ. Учебное пособие для ВУЗов /Уткин. Г.М. и др. –М.: Сов. Радио, 1979Радиовещание и электроакустика. Учебник для ВУЗов/ Выходец А.В., Гитлиц М.В., Ковалгин Ю.А. и др.; под ред. Гитлица М.В. –М.: Радио и связь,1989.Сапожнов М.А. Электроакустика. –М.: Связь, 1978.Справочник по радиовещанию / А.В. Выходец, Захарин В.М., Рудый Е.М. и др.; Под ред. Выходец А.В. –Киев: Техника, 1981Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник. Под ред. Перельмана Б.Л. –М.: Радио и связь, 1981.Шапиро Д.Н. Основы теории и расчета усилителей высокой частоты. –М.:Связьиздат, 1962.Шуминин М.С., Козырев В.Б., Власов В.А. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков. –М.: Радио и связь, 1987.Журнал «Звукорежиссер» 2008 №5 Журнал «Звукорежиссер» 2013 №3