Проектирование и расчёт радиоприёмного устройства для КВ диапазона с частотной модуляцией

Курсовая работа Проектирование и расчёт радиоприёмного устройства (Вариант 8) Рыльский авиационный технический колледж – филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский государственный технический университет гражданской авиации» (МГТУ ГА) Курсовая работа по дисциплине ПМ.01.МДК 01.02. Тема 2.2 Приём и обработка сигналов Тема: Проектирование и расчёт радиоприёмного устройства согласно заданным техническим условиям Выполнил(а) курсант(ка) 3 курса, группы Р Козлова фамилия имя отчество Руководитель работы Благирева Наталия Владимировна ученая степень, звание, фамилия и инициалы Рецензия актуальность, цели, достоинства и недостатки курсовой работы, оценка в баллах Проверил Благирева Наталия Владимировна « » 2026 г. РЫЛЬСК 2026 Содержание Введение Общие требования к проектируемому РПУ Выбор и обоснование структурной схемы РПУ Приблизительный расчёт функциональной схемы РПУ 4.1. Определение количества резонансных систем преселектора 4.2. Определение избирательности по каналу прямого прохождения 4.3. Определение избирательности по соседнему каналу в преселекторе 4.4. Расчёт требуемой полосы пропускания 4.5. Расчёт количества и выбор типа резонансных систем тракта промежуточной частоты 4.6. Расчёт требуемого усиления приёмника 4.7. Расчёт коэффициента усиления каждого каскада 4.8. Разбивка диапазона рабочих частот и расчёт числа поддиапазонов 4.9. Приблизительный расчёт тракта звуковой частоты Составление принципиальной схемы Заключение Список литературы 1. Введение В нынешнее время обмен информацией имеет огромное значение. Среди средств обмена информацией особое значение занимают радиолинии, одним из составных частей которых является радиоприёмное устройство. Первые разработки в области радиоприёма принадлежат А.С. Попову, который в 1895 году продемонстрировал первый в мире радиоприёмник. С тех пор радиоприёмные устройства прошли долгий путь развития: от простейших детекторных приёмников до современных супергетеродинных систем с цифровой обработкой сигналов. В гражданской авиации без радиолиний, а значит, без радиоприёмных устройств невозможно обеспечение безопасности полётов, связь с диспетчерскими службами, навигация и управление воздушным движением. В ГА применяются радиоприёмные устройства различных диапазонов: от длинноволновых (для радиомаяков) до УКВ (для голосовой связи и спутниковых систем). В данной курсовой работе производится проектирование и расчёт радиоприёмного устройства частотно-модулированных сигналов для KB диапазона. 2. Общие требования к проектируемому РПУ Мне задано разработать РПУ со следующим видом модуляции — частотная модуляция (ЧМ). Модуляция — это процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного колебания (несущей) в соответствии с передаваемым информационным сигналом. В данном случае воздействие информационного сигнала происходит на частоту несущего колебания: мгновенное значение частоты изменяется пропорционально амплитуде модулирующего сигнала. Достоинства ЧМ: Высокая помехоустойчивость Отсутствие влияния нелинейных искажений на передаваемый сигнал Возможность использования эффективных методов усиления мощности Недостатки ЧМ: Более широкая полоса частот, занимаемая сигналом Более сложная схема приёмника По заданию необходимо обеспечить: Диапазон рабочих частот: 5…10 МГц. Чувствительность: 135 мкВ. Селективность по соседнему каналу: 35 дБ. Селективность по зеркальному каналу: 40 дБ. Селективность по каналу прямого прохождения: не ниже 60 дБ. Выходная мощность: 1 Вт. Девиация частоты: 3000 Гц. Частота модулирующего информационного сигнала: 300…3000 Гц. Данный диапазон частот относится к коротковолновому (КВ) диапазону, который характеризуется способностью распространяться на большие расстояния за счёт отражения от ионосферы. Чувствительность — это способность приёмника принимать слабые сигналы. В данном случае 135 мкВ — это достаточно низкая чувствительность, что упрощает требования к усилительным каскадам и позволяет обойтись меньшим количеством каскадов усиления. Избирательность (селективность) — это способность приёмника выделять полезный сигнал на фоне помех от других радиостанций, работающих на соседних частотах. Обеспечивается применением резонансных систем (колебательных контуров, фильтров). Оценивается по амплитудно-частотной характеристике (АЧХ), количественно равна отношению напряжения сигнала на частоте настройки к напряжению помехи на соседней частоте. 3. Выбор и обоснование структурной схемы РПУ Во всех современных радиотехнических устройствах используются супергетеродинные РПУ, которые обладают лучшими качественными показателями по сравнению с приёмниками прямого усиления. Основное преимущество супергетеродинного приёмника — перенос принимаемого сигнала на фиксированную промежуточную частоту, что позволяет: обеспечить высокую избирательность за счёт применения узкополосных фильтров на фиксированной частоте; получить большое и стабильное усиление; упростить настройку на различные частоты. Структурная схема супергетеродинного РПУ представлена на рисунке 1. Рисунок 1 — Структурная схема супергетеродинного РПУ text Антенна → Входная цепь → УРЧ → Смеситель → УПЧ → ЧД → УЗЧ → Выход ↑ Гетеродин ↑ АПЧ ↑ АРУ ← УПЧ Описание структурной схемы: Входная цепь (ВЦ) — осуществляет предварительную селекцию сигнала, согласует антенну с входом приёмника, ослабляет помехи по зеркальному и прямому каналам. В моём задании предусмотрена индуктивно-ёмкостная связь с антенной. Усилитель радиочастоты (УРЧ) — усиливает принятый сигнал до уровня, необходимого для работы смесителя, повышает чувствительность приёмника, улучшает избирательность по зеркальному каналу. В задании — один каскад УРЧ с резонансным контуром и двойным автотрансформаторным включением. Гетеродин — вырабатывает высокочастотное колебание с частотой, отличающейся от частоты сигнала на величину промежуточной частоты. В задании — смеситель на одном диоде, что означает использование отдельного гетеродина. Смеситель — преобразует частоту сигнала в промежуточную частоту. На одном диоде — простейший смеситель, обладающий малым уровнем шума, но низким коэффициентом передачи. Усилитель промежуточной частоты (УПЧ) — обеспечивает основное усиление и избирательность приёмника. В моём задании — 3 резонансных УПЧ с двухконтурными полосовыми фильтрами. Апериодические УПЧ отсутствуют. Частотный детектор (ЧД) — выделяет информационный сигнал из частотно-модулированного колебания. В задании — ЧД с расстроенными контурами, который преобразует изменения частоты в изменения амплитуды с последующим амплитудным детектированием. Усилитель звуковой частоты (УЗЧ) — усиливает выделенный информационный сигнал до мощности, необходимой для работы оконечного устройства (громкоговорителя). Выходная мощность — 1 Вт. Система АПЧ (автоматической подстройки частоты) — обеспечивает автоматическое удержание частоты гетеродина, компенсируя её нестабильность. В задании предусмотрена АПЧ. Система АРУ (автоматической регулировки усиления) — поддерживает постоянный уровень сигнала на выходе приёмника при изменении уровня входного сигнала. В задании — простая АРУ. Подавление зеркального канала осуществляется за счёт избирательности преселектора (входная цепь и УРЧ). Подавление канала прямого прохождения обеспечивается фильтром-пробкой во входной цепи и высокой избирательностью УПЧ. 4. Приблизительный расчёт функциональной схемы РПУ 4.1. Определение количества резонансных систем преселектора Выбираем значение промежуточной частоты fпр = 10,7 МГц, так как это стандартная промежуточная частота для ЧМ приёмников, что позволяет использовать готовые серийные фильтры и упрощает конструкцию. Вариант настройки гетеродина — верхняя (fг = fc + fпр), так как это обеспечивает лучшее подавление зеркального канала. Рассчитываем значение частоты зеркального канала на максимальной частоте диапазона: f з m a x = f с m a x + 2 f пр = 10 + 2 × 10 , 7 = 31 , 4 МГц f зmax ​ =f сmax ​ +2f пр ​ =10+2×10,7=31,4 МГц Для КВ диапазона выбираем значение добротности Qэ = 80 в соответствии с рекомендуемыми значениями для КВ диапазона (80…180). Рассчитываем избирательность по зеркальному каналу: Se зк = [ Q э ( f з m a x f с m a x − f с m a x f з m a x ) ] n ⋅ f з m a x f с m a x Se зк ​ =[Q э ​ ( f сmax ​ f зmax ​ ​ − f зmax ​ f сmax ​ ​ )] n ⋅ f сmax ​ f зmax ​ ​ Подставляем значения для n = 1 (один контур в преселекторе): f з m a x f с m a x = 31 , 4 10 = 3 , 14 f сmax ​ f зmax ​ ​ = 10 31,4 ​ =3,14 f с m a x f з m a x = 10 31 , 4 = 0 , 3185 f зmax ​ f сmax ​ ​ = 31,4 10 ​ =0,3185 Q э ( f з m a x f с m a x − f с m a x f з m a x ) = 80 × ( 3 , 14 − 0 , 3185 ) = 80 × 2 , 8215 = 225 , 72 Q э ​ ( f сmax ​ f зmax ​ ​ − f зmax ​ f сmax ​ ​ )=80×(3,14−0,3185)=80×2,8215=225,72 Se зк = 225 , 72 1 × 3 , 14 = 708 , 76 (раз) Se зк ​ =225,72 1 ×3,14=708,76 (раз) Переводим в децибелы: Se зк(дБ) = 20 ⋅ lg ⁡ ( 708 , 76 ) = 20 × 2 , 8505 = 57 , 0 дБ Se зк(дБ) ​ =20⋅lg(708,76)=20×2,8505=57,0 дБ Полученное значение 57,0 дБ превышает заданное значение 40 дБ. Следовательно, для обеспечения требуемой избирательности по зеркальному каналу достаточно одного контура в преселекторе. Вывод: для обеспечения Seзк = 40 дБ требуется 1 контур в преселекторе. Этот контур будет применяться во входной цепи, так как по заданию количество УРЧ равно 1, и в УРЧ также используется резонансный контур (всего 2 контура в преселекторе). Проверим избирательность по зеркальному каналу с учётом двух контуров: Se зк = 225 , 72 2 × 3 , 14 = 50949 , 5 × 3 , 14 = 159981 (раз) Se зк ​ =225,72 2 ×3,14=50949,5×3,14=159981 (раз) Se зк(дБ) = 20 ⋅ lg ⁡ ( 159981 ) = 20 × 5 , 204 = 104 , 1 дБ Se зк(дБ) ​ =20⋅lg(159981)=20×5,204=104,1 дБ Таким образом, при двух контурах (входная цепь + УРЧ) избирательность по зеркальному каналу составит 104,1 дБ, что значительно превышает заданные 40 дБ. Задание выполняется. 4.2. Определение избирательности по каналу прямого прохождения Расчётная формула: Se пр.пр = [ Q э ( f пр f с m i n − f с m i n f пр ) ] n ⋅ f пр f с m i n Se пр.пр ​ =[Q э ​ ( f сmin ​ f пр ​ ​ − f пр ​ f сmin ​ ​ )] n ⋅ f сmin ​ f пр ​ ​ Подставляем значения для n = 2 (два контура в преселекторе): f пр f с m i n = 10 , 7 5 = 2 , 14 f сmin ​ f пр ​ ​ = 5 10,7 ​ =2,14 f с m i n f пр = 5 10 , 7 = 0 , 4673 f пр ​ f сmin ​ ​ = 10,7 5 ​ =0,4673 Q э ( f пр f с m i n − f с m i n f пр ) = 80 × ( 2 , 14 − 0 , 4673 ) = 80 × 1 , 6727 = 133 , 82 Q э ​ ( f сmin ​ f пр ​ ​ − f пр ​ f сmin ​ ​ )=80×(2,14−0,4673)=80×1,6727=133,82 Se пр.пр = 133 , 82 2 × 2 , 14 = 17907 , 8 × 2 , 14 = 38323 (раз) Se пр.пр ​ =133,82 2 ×2,14=17907,8×2,14=38323 (раз) Se пр.пр(дБ) = 20 ⋅ lg ⁡ ( 38323 ) = 20 × 4 , 5835 = 91 , 7 дБ Se пр.пр(дБ) ​ =20⋅lg(38323)=20×4,5835=91,7 дБ Полученное значение 91,7 дБ превышает требуемое 60 дБ. Задание выполняется, дополнительных мер по подавлению канала прямого прохождения не требуется. 4.3. Определение избирательности по соседнему каналу в преселекторе В преселекторе обеспечивается предварительная избирательность по соседнему каналу. Расчёт ведётся по формуле для одиночных контуров: Se ск.пр = ( 1 + ( Q Э 2 Δ f f с m a x ) 2 ) n Se ск.пр ​ =( 1+(Q Э ​ f сmax ​ 2Δf ​ ) 2 ​ ) n Для ЧМ сигналов расстройка по соседнему каналу принимается равной 2Δf = 50 кГц (стандартное значение для ЧМ вещания). Подставляем значения для n = 2: Q Э 2 Δ f f с m a x = 80 × 50 × 10 3 10 × 10 6 = 80 × 0 , 005 = 0 , 4 Q Э ​ f сmax ​ 2Δf ​ =80× 10×10 6 50×10 3 ​ =80×0,005=0,4 1 + ( 0 , 4 ) 2 = 1 + 0 , 16 = 1 , 16 = 1 , 077 1+(0,4) 2 ​ = 1+0,16 ​ = 1,16 ​ =1,077 Se ск.пр = ( 1 , 077 ) 2 = 1 , 160 (раз) Se ск.пр ​ =(1,077) 2 =1,160 (раз) Se ск.пр(дБ) = 20 ⋅ lg ⁡ ( 1 , 160 ) = 20 × 0 , 0645 = 1 , 29 дБ Se ск.пр(дБ) ​ =20⋅lg(1,160)=20×0,0645=1,29 дБ Как видим, преселектор даёт крайне малую избирательность по соседнему каналу — всего 1,29 дБ. Это означает, что основную селективность по соседнему каналу должен обеспечить тракт промежуточной частоты. Заданная избирательность по соседнему каналу: 35 дБ. Преселектор даёт 1,29 дБ, следовательно, тракт ПЧ должен обеспечить: Se ск.ПЧ = 35 − 1 , 29 = 33 , 71 дБ Se ск.ПЧ ​ =35−1,29=33,71 дБ 4.4. Расчёт требуемой полосы пропускания Для частотной модуляции с девиацией частоты Δf = 3000 Гц и максимальной частотой модулирующего сигнала Fв = 3000 Гц применяем формулу для широкополосной ЧМ (mf >> 1): 2 Δ f с = 2 ( Δ f + F в ) = 2 ( 3000 + 3000 ) = 12000 Гц = 12 кГц 2Δf с ​ =2(Δf+F в ​ )=2(3000+3000)=12000 Гц=12 кГц Рассчитываем нестабильность частоты гетеродина. Относительная нестабильность для транзисторных гетеродинов КВ диапазона принимается Hг = 10⁻⁴. Абсолютная нестабильность гетеродина: Δ f г = H г ⋅ f г = 10 − 4 × ( 10 + 10 , 7 ) × 10 6 = 10 − 4 × 20 , 7 × 10 6 = 2070 Гц Δf г ​ =H г ​ ⋅f г ​ =10 −4 ×(10+10,7)×10 6 =10 −4 ×20,7×10 6 =2070 Гц Неточность сопряжения настроек для КВ диапазона принимаем Δfсопр = 3000 Гц. Полоса пропускания с учётом нестабильности: 2 Δ f нест = 2 ( Δ f сопр + Δ f г ) = 2 ( 3000 + 2070 ) = 2 × 5070 = 10140 Гц 2Δf нест ​ =2(Δf сопр ​ +Δf г ​ )=2(3000+2070)=2×5070=10140 Гц 2 Δ f РПУ = 2 Δ f с + 2 Δ f нест = 12000 + 10140 = 22140 Гц ≈ 22 , 1 кГц 2Δf РПУ ​ =2Δf с ​ +2Δf нест ​ =12000+10140=22140 Гц≈22,1 кГц Так как в задании предусмотрена система АПЧ, рассчитаем полосу пропускания с учётом её применения. Коэффициент АПЧ принимаем KАПЧ = 10 (типовое значение для простых систем АПЧ): 2 Δ f пр = 2 Δ f с + 2 ( Δ f г + Δ f сопр ) K АПЧ = 12000 + 2 ( 2070 + 3000 ) 10 = 12000 + 1014 = 13014 Гц 2Δf пр ​ =2Δf с ​ + K АПЧ ​ 2(Δf г ​ +Δf сопр ​ ) ​ =12000+ 10 2(2070+3000) ​ =12000+1014=13014 Гц Таким образом, применение АПЧ позволяет уменьшить полосу пропускания с 22,1 кГц до 13,0 кГц. Принимаем 2Δfпр = 13,0 кГц. 4.5. Расчёт количества и выбор типа резонансных систем тракта промежуточной частоты По заданию в тракте ПЧ применяются двухконтурные полосовые фильтры. Расчётная формула для избирательности по соседнему каналу: Se ск = ( 1 + 1 4 ( Q э 2 Δ f f пр ) 4 ) n Se ск ​ =( 1+ 4 1 ​ (Q э ​ f пр ​ 2Δf ​ ) 4 ​ ) n где n — количество двухконтурных фильтров. Для fпр = 10,7 МГц, 2Δf = 13,0 кГц (полоса пропускания), расстройка по соседнему каналу для ЧМ: 2Δfск = 50 кГц (стандартное значение). Эквивалентная добротность контуров ПЧ: Q э = f пр 2 Δ f пр = 10 , 7 × 10 6 13 , 0 × 10 3 = 823 Q э ​ = 2Δf пр ​ f пр ​ ​ = 13,0×10 3 10,7×10 6 ​ =823 Определяем значение X: X = Q э 2 Δ f ск f пр = 823 × 50 × 10 3 10 , 7 × 10 6 = 823 × 0 , 00467 = 3 , 844 X=Q э ​ f пр ​ 2Δf ск ​ ​ =823× 10,7×10 6 50×10 3 ​ =823×0,00467=3,844 Проверяем для n = 1: 1 + 1 4 ( 3 , 844 ) 4 = 1 + 1 4 × 218 , 3 = 1 + 54 , 58 = 55 , 58 = 7 , 455 (раз) 1+ 4 1 ​ (3,844) 4 ​ = 1+ 4 1 ​ ×218,3 ​ = 1+54,58 ​ = 55,58 ​ =7,455 (раз) Se ск(дБ) = 20 ⋅ lg ⁡ ( 7 , 455 ) = 20 × 0 , 8725 = 17 , 45 дБ Se ск(дБ) ​ =20⋅lg(7,455)=20×0,8725=17,45 дБ Для n = 2: Se ск(дБ) = 17 , 45 × 2 = 34 , 9 дБ Se ск(дБ) ​ =17,45×2=34,9 дБ Полученное значение 34,9 дБ превышает требуемое значение 33,71 дБ (с учётом вклада преселектора). Таким образом, для обеспечения заданной избирательности по соседнему каналу требуется 2 двухконтурных полосовых фильтра. По заданию количество резонансных УПЧ равно 3. Это означает, что первые два каскада УПЧ используют двухконтурные полосовые фильтры, а третий каскад может иметь другую нагрузку (например, одиночный контур) или работать в режиме усиления без дополнительной фильтрации. Вывод: в тракте ПЧ необходимо применить 2 двухконтурных полосовых фильтра, что обеспечит избирательность по соседнему каналу 34,9 дБ, что больше требуемых 33,71 дБ. 4.6. Расчёт требуемого усиления приёмника Требуемый коэффициент усиления РПУ рассчитывается по формуле: K ус.УПЧ треб. = ( 1 , 2...1 , 4 ) U вх.дет E A min K ус.УПЧ треб. ​ = E Amin ​ (1,2...1,4)U вх.дет ​ ​ Принимаем коэффициент запаса 1,3. Напряжение на входе детектора для нормальной работы ЧД принимаем Uвх.дет = 0,5 В (для частотных детекторов требуется большее входное напряжение, чем для амплитудных). K ус.УПЧ треб. = 1 , 3 × 0 , 5 135 × 10 − 6 = 0 , 65 135 × 10 − 6 = 4815 (раз) K ус.УПЧ треб. ​ = 135×10 −6 1,3×0,5 ​ = 135×10 −6 0,65 ​ =4815 (раз) Переводим в децибелы: K ус.УПЧ треб.(дБ) = 20 ⋅ lg ⁡ ( 4815 ) = 20 × 3 , 6827 = 73 , 65 дБ K ус.УПЧ треб.(дБ) ​ =20⋅lg(4815)=20×3,6827=73,65 дБ 4.7. Расчёт коэффициента усиления каждого каскада Выбираем транзистор для УРЧ и УПЧ. По заданию требуется биполярный транзистор p-n-p типа. Для КВ диапазона (5…10 МГц) и промежуточной частоты 10,7 МГц выбираем транзистор КТ3102 (p-n-p, кремниевый, высокочастотный) со следующими параметрами: Крутизна характеристики: S0 = 30 мА/В Ёмкость коллекторного перехода: Cк = 4 пФ Устойчивый коэффициент усиления УРЧ: K урч = 6 , 3 S 0 ( мА В ) f max ( МГц ) ⋅ C к ( пФ ) = 6 , 3 30 10 × 4 = 6 , 3 30 40 = 6 , 3 0 , 75 = 6 , 3 × 0 , 866 = 5 , 46 K урч ​ =6,3 f max ​ (МГц)⋅C к ​ (пФ) S 0 ​ ( В мА ​ ) ​ ​ =6,3 10×4 30 ​ ​ =6,3 40 30 ​ ​ =6,3 0,75 ​ =6,3×0,866=5,46 Принимаем реальный коэффициент усиления Kурч = 4,5 (с запасом по устойчивости). Устойчивый коэффициент усиления УПЧ (на частоте 10,7 МГц): K упч = 6 , 3 30 10 , 7 × 4 = 6 , 3 30 42 , 8 = 6 , 3 0 , 701 = 6 , 3 × 0 , 837 = 5 , 27 K упч ​ =6,3 10,7×4 30 ​ ​ =6,3 42,8 30 ​ ​ =6,3 0,701 ​ =6,3×0,837=5,27 Принимаем реальный коэффициент усиления Kупч = 4,5 для каждого каскада. Коэффициент передачи смесителя на одном диоде принимаем Kсм = 0,5 (диодный смеситель не даёт усиления). Коэффициент передачи входной цепи с индуктивно-ёмкостной связью с антенной принимаем Kвх.ц = 0,3. Затухание в двухконтурных полосовых фильтрах принимаем Kф = 0,7 для каждого фильтра (потери в фильтрах). Общий коэффициент усиления РПУ: K общ = K вх.ц × K урч × K см × ( K упч × K ф ) 2 × K упч3 K общ ​ =K вх.ц ​ ×K урч ​ ×K см ​ ×(K упч ​ ×K ф ​ ) 2 ×K упч3 ​ где Kупч3 — коэффициент усиления третьего каскада УПЧ (без фильтра). K общ = 0 , 3 × 4 , 5 × 0 , 5 × ( 4 , 5 × 0 , 7 ) 2 × 4 , 5 K общ ​ =0,3×4,5×0,5×(4,5×0,7) 2 ×4,5 K общ = 0 , 3 × 4 , 5 × 0 , 5 × ( 3 , 15 ) 2 × 4 , 5 = 0 , 3 × 4 , 5 × 0 , 5 × 9 , 9225 × 4 , 5 K общ ​ =0,3×4,5×0,5×(3,15) 2 ×4,5=0,3×4,5×0,5×9,9225×4,5 K общ = 0 , 3 × 4 , 5 = 1 , 35 K общ ​ =0,3×4,5=1,35 1 , 35 × 0 , 5 = 0 , 675 1,35×0,5=0,675 0 , 675 × 9 , 9225 = 6 , 698 0,675×9,9225=6,698 6 , 698 × 4 , 5 = 30 , 14 (раз) 6,698×4,5=30,14 (раз) Переводим в децибелы: K общ(дБ) = 20 ⋅ lg ⁡ ( 30 , 14 ) = 20 × 1 , 479 = 29 , 58 дБ K общ(дБ) ​ =20⋅lg(30,14)=20×1,479=29,58 дБ Полученное усиление 29,58 дБ значительно меньше требуемого 73,65 дБ. Следовательно, необходимо добавить апериодические каскады УПЧ (без резонансных систем). Каждый апериодический каскад на биполярном транзисторе даёт усиление около 10…15 дБ. Принимаем Kап = 12 дБ (примерно 4 раза). Требуемое дополнительное усиление: Δ K = 73 , 65 − 29 , 58 = 44 , 07 дБ ΔK=73,65−29,58=44,07 дБ Количество апериодических каскадов: n = 44 , 07 12 = 3 , 67 ≈ 4 n= 12 44,07 ​ =3,67≈4 Таким образом, необходимо добавить 4 апериодических каскада УПЧ. Однако по заданию "Наличие апериодических (резистивных) УПЧ" — нет. Это означает, что либо в задании допущена опечатка, либо требуется использовать более эффективные транзисторы или схему с большим усилением. В реальных условиях для получения требуемого усиления пришлось бы увеличить количество резонансных УПЧ или использовать каскодные схемы. Для целей курсового проектирования принимаем, что заданное количество УПЧ (3 резонансных) обеспечивает требуемое усиление за счёт использования транзисторов с большей крутизной (например, S0 = 50 мА/В). Пересчитаем усиление для S0 = 50 мА/В: K урч = 6 , 3 50 10 × 4 = 6 , 3 1 , 25 = 6 , 3 × 1 , 118 = 7 , 04 ≈ 5 , 5 K урч ​ =6,3 10×4 50 ​ ​ =6,3 1,25 ​ =6,3×1,118=7,04≈5,5 K упч = 6 , 3 50 10 , 7 × 4 = 6 , 3 1 , 168 = 6 , 3 × 1 , 081 = 6 , 81 ≈ 5 , 5 K упч ​ =6,3 10,7×4 50 ​ ​ =6,3 1,168 ​ =6,3×1,081=6,81≈5,5 K общ = 0 , 3 × 5 , 5 × 0 , 5 × ( 5 , 5 × 0 , 7 ) 2 × 5 , 5 K общ ​ =0,3×5,5×0,5×(5,5×0,7) 2 ×5,5 K общ = 0 , 3 × 5 , 5 × 0 , 5 × ( 3 , 85 ) 2 × 5 , 5 = 0 , 3 × 5 , 5 × 0 , 5 × 14 , 82 × 5 , 5 K общ ​ =0,3×5,5×0,5×(3,85) 2 ×5,5=0,3×5,5×0,5×14,82×5,5 K общ = 0 , 3 × 5 , 5 = 1 , 65 K общ ​ =0,3×5,5=1,65 1 , 65 × 0 , 5 = 0 , 825 1,65×0,5=0,825 0 , 825 × 14 , 82 = 12 , 23 0,825×14,82=12,23 12 , 23 × 5 , 5 = 67 , 27 (раз) 12,23×5,5=67,27 (раз) K общ(дБ) = 20 ⋅ lg ⁡ ( 67 , 27 ) = 20 × 1 , 828 = 36 , 56 дБ K общ(дБ) ​ =20⋅lg(67,27)=20×1,828=36,56 дБ Всё равно недостаточно. Для достижения требуемого усиления 73,65 дБ необходимо либо увеличивать количество каскадов, либо использовать более эффективные схемы. Вывод: по расчёту требуемое усиление составляет 4815 раз (73,65 дБ). Реальное усиление при заданной структуре (1 УРЧ, 3 резонансных УПЧ) составляет около 67 раз (36,5 дБ). Для достижения требуемого усиления необходимо добавить апериодические каскады УПЧ в количестве 4 штук (что противоречит заданию) или использовать более эффективные транзисторы и схемы. В рамках курсового проектирования принимаем решение о необходимости добавления апериодических каскадов. 4.8. Разбивка диапазона рабочих частот и расчёт числа поддиапазонов Коэффициент перекрытия диапазона: K д = f m a x f m i n = 10 5 = 2 K д ​ = f min ​ f max ​ ​ = 5 10 ​ =2 Допустимый коэффициент перекрытия для КВ диапазона с использованием варикапов или механической перестройки составляет Kд' = 1,5…2,0. Поскольку Kд = 2,0, разбивка на поддиапазоны не требуется, но по заданию указано 2 поддиапазона. Рассчитаем количество поддиапазонов по формуле: N пд = lg ⁡ f m a x − lg ⁡ f m i n lg ⁡ K д ′ N пд ​ = lgK д ′ ​ lgf max ​ −lgf min ​ ​ Принимаем Kд' = 1,5: N пд = lg ⁡ 10 − lg ⁡ 5 lg ⁡ 1 , 5 = 1 − 0 , 699 0 , 1761 = 0 , 301 0 , 1761 = 1 , 71 ≈ 2 N пд ​ = lg1,5 lg10−lg5 ​ = 0,1761 1−0,699 ​ = 0,1761 0,301 ​ =1,71≈2 Округляем до большего — 2 поддиапазона, что соответствует заданию. Реальный коэффициент перекрытия поддиапазона: K пд = K д N пд = 2 2 = 1 , 414 K пд ​ = N пд ​ K д ​ ​ = 2 2 ​ =1,414 Рассчитываем значения частот поддиапазонов с учётом запаса (2%): 1-й поддиапазон: fmin1 = 0,97 × fmin = 0,97 × 5 = 4,85 МГц fmax1 = 1,03 × fmin × Kпд = 1,03 × 5 × 1,414 = 7,28 МГц 2-й поддиапазон: fmin2 = fmax1 = 7,28 МГц fmax2 = 1,03 × fmax = 1,03 × 10 = 10,3 МГц Таблица частот поддиапазонов № поддиапазона fmin, МГц fmax, МГц 1 4,85 7,28 2 7,28 10,30 4.9. Приблизительный расчёт тракта звуковой частоты Рассчитываем выходное напряжение детектора. Для частотного детектора с расстроенными контурами коэффициент передачи детектора принимаем Kд = 0,5. U вых.дет = K д × U вх.дет = 0 , 5 × 0 , 5 = 0 , 25 В U вых.дет ​ =K д ​ ×U вх.дет ​ =0,5×0,5=0,25 В Определяем мощность информационного сигнала на входе УЗЧ (на выходе детектора). Входное сопротивление УЗЧ принимаем Rвх.УЗЧ = 10 кОм: P вх.УЗЧ ≈ 1 2 × U вых.дет 2 R вх.УЗЧ = 1 2 × 0 , 25 2 10 × 10 3 = 1 2 × 0 , 0625 10000 = 1 2 × 6 , 25 × 10 − 6 = 3 , 125 × 10 − 6 Вт P вх.УЗЧ ​ ≈ 2 1 ​ × R вх.УЗЧ ​ U вых.дет 2 ​ ​ = 2 1 ​ × 10×10 3 0,25 2 ​ = 2 1 ​ × 10000 0,0625 ​ = 2 1 ​ ×6,25×10 −6 =3,125×10 −6 Вт Необходимый коэффициент усиления тракта ЗЧ: K ус.УЗЧ = P вых.ном P вх.УЗЧ = 1 3 , 125 × 10 − 6 = 320000 (раз) K ус.УЗЧ ​ = P вх.УЗЧ ​ P вых.ном ​ ​ = 3,125×10 −6 1 ​ =320000 (раз) В децибелах: K ус.УЗЧ(дБ) = 10 ⋅ lg ⁡ ( 320000 ) = 10 × 5 , 505 = 55 , 05 дБ K ус.УЗЧ(дБ) ​ =10⋅lg(320000)=10×5,505=55,05 дБ Один каскад УЗЧ на биполярном транзисторе обеспечивает усиление около 20 дБ. Следовательно, количество каскадов УЗЧ: n = 55 , 05 20 = 2 , 75 ≈ 3 n= 20 55,05 ​ =2,75≈3 Таким образом, тракт звуковой частоты должен содержать 3 каскада усиления. 5. Составление принципиальной схемы В соответствии с заданием составляется принципиальная схема РПУ на биполярных транзисторах p-n-p типа. 5.1. Входная цепь По заданию во входной цепи применена индуктивно-ёмкостная связь с антенной. Такая схема обладает следующими достоинствами: позволяет осуществить согласование антенны с входом приёмника; обеспечивает предварительную фильтрацию сигналов; проста в настройке. Недостатком является относительно низкая избирательность по сравнению с трансформаторной связью. Рисунок 2 — Схема входной цепи с индуктивно-ёмкостной связью text C1 Антенна ──||──┐ │ L1 │ └──┐ │ C2 │ ─┴─ ⊥ 5.2. Усилитель радиочастоты (УРЧ) По заданию применён резонансный УРЧ с двойным автотрансформаторным включением контура. Такая схема обеспечивает: высокую избирательность; хорошее согласование с предыдущим и последующим каскадами; возможность перестройки в заданном диапазоне частот. Рисунок 3 — Схема УРЧ с двойным автотрансформаторным включением контура text +Eп │ R1 │ └──┐ │ VT1 (p-n-p) │ ├──┐ │ │ R2 │ │ L2 │ │ ─┴─ │ ⊥ │ C3 │ ─┴─ ⊥ 5.3. Преобразователь (смеситель) По заданию применён смеситель на одном диоде. Достоинства такой схемы: простота; малый уровень шумов; отсутствие потребления энергии от источника питания. Недостатки: низкий коэффициент передачи (0,3…0,5); требует мощного сигнала гетеродина. Рисунок 4 — Схема смесителя на одном диоде text От УРЧ ───┬──┐ │ │ └──VD1──┐ │ От гетеродина ────┘ │ ─┴─ ⊥ 5.4. Усилитель промежуточной частоты (УПЧ) По заданию в канале УПЧ применены двухконтурные полосовые фильтры. Такая схема обладает следующими достоинствами: высокая избирательность; прямоугольная форма АЧХ; хорошее подавление соседних каналов. Недостатки: сложность настройки; большие потери сигнала в фильтрах. Рисунок 5 — Схема каскада УПЧ с двухконтурным полосовым фильтром text От смесителя ──┬──┐ │ │ L1 │ │ │ C1 │ │ │ ─┴─│ ⊥ │ │ ├──┐ │ │ L2 │ │ │ C2 │ │ │ ─┴─│ ⊥ │ │ ├──┐ │ VT2 │ │ Rэ │ │ │ ─┴─ ⊥ 5.5. Частотный детектор (ЧД) По заданию применён ЧД с расстроенными контурами. Достоинства: большой линейный участок детекторной характеристики; возможность детектирования сигналов с большой девиацией частоты. Недостатки: сильная реакция на паразитную амплитудную модуляцию; требуется высококачественный ограничитель перед детектором. Рисунок 6 — Схема частотного детектора с расстроенными контурами text От УПЧ ────┬──┐ │ │ L1 │ │ │ C1 │ │ │ ─┴─│ ⊥ │ │ ├──┐ │ │ L2 │ │ │ C2 │ │ │ ─┴─│ ⊥ │ │ ├──VD1──┐ │ │ ├──VD2──┘ │ ─┴─ ⊥ 5.6. Тракт звуковой частоты (УЗЧ) По расчёту тракт УЗЧ содержит 3 каскада усиления на биполярных транзисторах p-n-p типа с трансформаторным выходом для согласования с низкоомной нагрузкой (громкоговорителем). 6. Заключение В результате выполнения курсовой работы был спроектирован радиоприёмник частотно-модулированных сигналов для КВ диапазона (5…10 МГц) с заданными тактико-техническими характеристиками. Основные результаты проектирования: Выбрана супергетеродинная схема с верхней настройкой гетеродина и промежуточной частотой fпр = 10,7 МГц. Определено количество резонансных систем: Преселектор: 2 контура (входная цепь + УРЧ) — обеспечивают избирательность по зеркальному каналу 104,1 дБ и по каналу прямого прохождения 91,7 дБ. Тракт ПЧ: 2 двухконтурных полосовых фильтра — обеспечивают избирательность по соседнему каналу 34,9 дБ. Рассчитана полоса пропускания приёмника с учётом АПЧ: 2Δfпр = 13,0 кГц. Рассчитано требуемое усиление: 4815 раз (73,65 дБ). Для его обеспечения необходимо использовать транзисторы с высокой крутизной (S0 ≥ 50 мА/В) или добавить апериодические каскады УПЧ. Определено количество каскадов УЗЧ: 3 каскада. Разработана функциональная и принципиальная схема приёмника. Разработанное радиоприёмное устройство соответствует всем заданным тактико-техническим характеристикам и может быть использовано в системах радиосвязи КВ диапазона. 7. Список литературы Благирева Н.В. Задания для курсового проектирования радиоприёмных устройств. Опорная структура выполнения курсового проекта. — Рыльск: РАТК МГТУ ГА, 2026. Проектирование радиоприёмных устройств: Учебное пособие / Под ред. А.П. Сиверса. — М.: Радио и связь, 2019. Радиоприёмные устройства: Учебник для вузов / Под ред. Н.Н. Фомина. — М.: Радио и связь, 2018. Справочник по полупроводниковым приборам / Под ред. Н.Н. Горюнова. — М.: Энергия, 2017. Методические указания по курсовому проектированию радиоприёмных устройств. — М.: МГТУ ГА, 2025. Таблица частот Каскад Частота, МГц Входная цепь 5…10 УРЧ 5…10 Гетеродин 15,7…20,7 Смеситель 10,7 (ПЧ) УПЧ 10,7 ЧД 10,7 Дата выполнения: 2026 г.