Разработка радиоприемного усройства для информационно-измерительной системы автомобиля

Изобретение радио великим русских ученым Поповым А.С. в 1985 году явилось одним из величайших открытий науки и техники. Этому предшествовали разработки английского физика Максвелла по теории существования электромагнитных волн, а в 1888 году немецкий ученый Герц доказал экспериментально существование электромагнитных волн.

Дальнейшие разработки в области радиотехники (1904 год – изобретение английским ученым Флемингом двухэлектродной лампы, 1906 год – Форест изобрел трехэлектродную лампу) позволили повысить качество как радиоприемных, так и радиопередающих средств. Целью данного дипломного проекта является разработка универсального радиоканала, который обеспечит прием универсальных приемных массивов и речевой информации. Для достижения этой цели предполагается разработать функциональную схему общего тракта приема и обосновать с детальным конструкторский и технологическим расчетами основные узлы унифицированного радиотехнического устройства – радиостанции. Выбор конкретных типов элементов и конкретной схемы радиоприемного устройства обуславливается общими требованиями к автоэлектронике вообще, а это в свою очередь связано с довольно тяжелыми условиями эксплуатации: высокая температура, широкий диапазон изменения температуры, повышенная влажность.

Современный радиоканал должен обладать высокой степенью надежности и долговечности, сопоставимой со сроком эксплуатации либо самого автомобиля, либо соответствующей станции (поста), срок его службы должен быть не менее 15 лет (если на автомобиле, то не менее 700 тысяч километров пробега.

Разрабатываемый процесс его производства не должен подразумевать высокую трудоемкость, выбранная схема должна быть достаточно технологичной. Масса-габаритные параметры разрабатываемого устройства должны быть по возможности не большими.

Производство разрабатываемого радиоканала приема в будущем может быть налажено без особых трудностей при наличии малогабаритных элементов по технологии поверхностного монтажа. 1.1 Анализ схем построения радиоприемных трактов 1.1.1 Этапы развития и современное состояние ИИС и радиоканалов дистанционных управлений, измерений и связи Под информационной измерительной системой (ИИС) транспортных средств понимается совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и других вспомогательных технических средств для получения измери тельной информации, ее преобразования, обработки с целью представле ния потребителю, в том числе для ввода в АСУТП, в требуемом виде, либо ав томатического осуществления логических функций измерения, контро ля, диагностики, идентификации и т. п. В зависимости от выполняемых функций ИИС реализуются в виде: - измерительных систем (ИС); - систем автоматического контроля (САК); - систем технической диагностики (СТД); - систем распознавания образов (идентификации) (СРО); - телеизмерительных систем (ТИС). В СТД, САК, СРО измерительная система входит как подсистема.

Назначение любой информационно-измерительной системы, необ ходимые функциональные возможности, технические характеристики и другие в решающей степени определяются объектом исследования, для которого данная система создается.

Назначение информационно-измерительной системы можно опреде лить как целенаправленное оптимальное ведение измерительного про цесса и обеспечение смежных систем высшего уровня достоверной ин формацией.

Исходя из этого основными функциями информационно-измерительной системы является — получение измерительной информации от объекта исследования, ее обработка, передача, представление информации опера тору или ЭВМ, запоминание, отображение и формирование управляю щих воздействий.

Измерительные информационные системы оптимизируют по многим частичным критериям та ким, как точность, помехоустойчивость, надежность, пропускная спо собность, адаптивность, сложность, экономичность и др.

Измерительные информационные системы обычно классифицируют по различным признакам, основными их которых являются : 1 По разновидности входных величин (таблица 1.1): Таблица SEQ Таблица * ARABIC 1 .1 - Классификация ИИС

Упрощенная схема взаимодействия основных компонентов ИИС представлена на рисунке 1.2. SHAPE * MERGEFORMAT

Математическое, программное и информационное обеспечение вхо дит в состав только ИИС, ИВК и ИИУС с цифровым вычислительным комплексом.

Математическое обеспечение — это модели и вычислительные алго ритмы.

Программное обеспечение гарантирует конкретную реализацию вы числительных алгоритмов и алгоритмов функционирования системы и охватывает круг решений, связанных с разработкой и эксплуатацией про грамм.

Информационное обеспечение определяет способы и конкретные формы информационного отображения состояния объекта исследования в виде документов, диаграмм, графиков, сигналов для их представления обслуживающему персоналу и ЭВМ для дальнейшего использования в управлении. Всю систему в целом охватывает метрологическое обеспечение.

Технические средства ИИС составляют основу системы и состоят из следующих блоков: 1) множества первичных измерительных преобразователей (датчи ков); 2) множества вторичных измерительных преобразователей; 3) устройство нормализации сигналов (УНС); 4) кодирующих, декодирующих устройств; 5) множества элементов сравнения и мер; 6) блока цифровых устройств; 7) множества элементов описания — норм; 8) множества преобразователей сигнала, средств отображения, памя ти и др. Блоки 1 ...7 используются в цифровых ИИС, а 1, 2, 5 и 8 — в аналого вых ИИС. При наличии в составе ИИС ЭВМ информация к ЭВМ может посту пить непосредственно от устройств обработки и (или) хранения. В развитии измерительных информационных систем можно отметить ряд поколений [4]. Первое поколение — формирование концепции ИИС и системная организация совместной автоматической работы средств получения, обра ботки и передачи количественной информации.

Системы первого поко ления — это системы в основном централизованного циклического полу чения измерительной информации с элементами вычислительной техни ки на базе дискретной полупроводниковой техники. Этот период (конец 50-х — начало 60-х годов) принято называть периодом детерминизма, так как для анализа в ИИС использовался хорошо разработанный аппарат аналитической математики.

Второе поколение — использование адресного сбора информации и обработку информации с помощью встроенных ЭВМ. Элементную базу здесь представляют микроэлектронные схемы малой и средней степени интеграции. Этот период (70-е годы) характерен решением целого ряда вопросов теории систем в рамках теории случайных процессов и математической статистики, поэтому его принято называть периодом стохастич ности.

Третье поколение — широкое введение в ИИС БИС, микропроцессо ров и микропроцессорных наборов, микроЭВМ и промышленных фунцкиональных блоков, совместимых между собой по информационным, метрологическим, энергетическим и конструктивным характеристикам, а также созданием распределенных ИИС. Этот период характерен тем, что появились адаптивные ИИС. Четвертое поколение — появление гибких перестраиваемых про граммируемых ИИС в связи с развитием системотехники и вычислитель ной техники. В элементной базе резко возрастает доля интегральных схем большой и сверхбольшой степени интеграции. Пятое поколение набирает силу и входит в жизнь народного хозяйст ва — это интеллектуальные и виртуальные измерительные информаци онные системы, построенные на базе ПЭВМ и современного математиче ского и программного обеспечения [4]. Поскольку области применения измерительных информационных си стем весьма обширны — это промышленное и сельскохозяйственное производство, медицина и космос, искусство и научный эксперимент, АСУТП и АСУ, связь и вычислительные системы — математические мо дели объектов столь же разнообразны.

Однако методы математического моделирования позволяют одинаковыми формулами представлять раз личные по своей природе объекты и использовать для исследования и ре шения задач оптимизации и синтеза ИИС электронно-вычислительные машины и ПЭВМ. Различают три основных метода получения математических моделей исследования ИИС: - аналитический; - экспериментальный; - экспериментально-аналитический. В последние годы при создании ИИС широко используется математи ческое моделирование, реализующее цепочку: объект — модель — вы числительный алгоритм — программа для ПЭВМ — расчет на ПЭВМ — анализ результатов расчета — управление объектом исследования.

Алгоритм измерения может быть представлен словесно, аналитиче ски, графически или сочетанием этих методов.

Последовательность действий при этом не произвольна, а реализует тот или иной метод решения задачи. Во всех случаях она должна быть настолько точно сформулирова на, чтобы не осталось места для различных двусмысленностей. Так, оценку измеряемой величины можно представить (1.1) где Р — оператор, представляющий алгоритм измерений; — сигнал, несущий информацию о значении измеряемой величины; — мера или образцовая величина, лежащая в основе операции сравнения. Для совместных и совокупных измерений в ИИС часто используют много мерные и аппроксимирующие системы и в первую очередь многоканальные ИИС параллельного действия.

Многоканальные ИС параллельного действия — это один из наиболее распрос траненных видов ИИС, обладающих наи более высокой надежностью и более высо ким быстродействием при одновременном получении информации, воз можностью подбора средств измерений к замеряемым величинам, что может исключить унификацию сигналов.

Однако они имеют повышен ные сложность и стоимость (рисунок 1.3). В отличие от ИС параллельного действия схема мультиплицированной системы (рисунок 1.4) включает только одну общую меру для всех кана лов. В этих системах измерительная величина сравнивается с линейно из меняющейся величиной. При фиксированных моментах начала развертки и равенствах и хи может быть определен интервал времени t x , пропорцио нальный значению хь. В многоканальной системе возникают трудности в разделении сигналов от элементов сравнения. В этом случае прибегают к специальным мерам. а – аналоговая мера; б – цифровая мера Рисунок 1.3 - Структурная схема многоканальной измерительной схемы . Можно указать следующие основные способы построения телеизме рительной системы: ПП —первичные преобразователи; ООН — блок обработки и отображения информации; КП — контрольные пункты; ПКС — преобразователи кодов и сигналов; КС — канал связи Рисунок 1.4 - Структурная схема телеизмерительной системы - по виду модуляции: интенсивные (тока, напряжения), времяимпулъ сные (ВИМ и ШИМ), частотные (ЧИМ и ЧМ), кодоимпулъсные (двоич ные и недвоичные), цифровые и адаптивные; - по виду телеизмеряемого параметра: аналоговые и цифровые; - по числу каналов связи: одноканальные и многоканальные; - по характеристике каналов связи: проводные и радиоканальные; - по виду телеизмерения: непрерывные; по вызову; по выбору. При этом могут производиться телеизмерения текущих, статисти ческих и интегральных значений параметров.

Каналы бывают совмещенные, симплексные и дуплексные.

Установлены следующие классы точно сти устройств телеизмерений: 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0. Сравнительная оценка систем телеизмерений ведется: - по реально достижимой минимальной погрешности; - помехоустойчивости; - надежности системы; - возможности работы с различными каналами связи; - стоимости; Наиболее помехоустойчивые — это системы кодоимпульсных телеизмерений. Для передачи информационных массивов информационно-измерительных систем необходимо иметь радиоканал передачи и приема информации 1.1.2 Анализ схем построения радиоприемных трактов 1.1.2.1 Структурные схемы радиоприемных устройств, их анализ Простейший радиоприемник может быть представлен структурной схемой изображенной на рисунке 1.5. Данная схема представляет собой структурную схему радиоприемника прямого усиления.

Приемник прямого усиления характеризуется тем, что выделение и усиление, принимаемого сигнала осуществляется непосредственно на частоте сигнала. 1 – Входная цепь; 2 – усилитель радиочастоты; 3 – детектор; 4 – усилитель звуковой частоты; СЭП – система электропитания.

Рисунок 1.5 – Структурная схема приемника прямого усиления Определим назначение основных каскадов радиоприемника и требования, предъявляемые к ним.

Радиочастотный сигнал от антенны через соединительный фидер поступает во входную цепь 1. Входная цепь (ВЦ) содержит резонатор, настраиваемый на частоту принимаемого сигнала. Она предназначена для обеспечения высокой частотной избирательности принимаемого сигнала и ослабления действия помех различного происхождения, действующих на выходе приемной антенны. Кроме того, входная цепь выполняет роль согласующего устройства, которое обеспечивает поступление максимального по уровню сигнала, от антенны к усилителю радиочастоты 2 , Усилитель радиочастоты (УРЧ) предназначен также для решения задачи частотной избирательности принимаемого сигнала. Кроме того, в УРЧ сигнал должен быть усилен до значения, обеспечивающего нормальную работу следующего блока радиоприемника - детектора 3, а также обеспечивает избирательность по зеркальному каналу.

Детектор предназначен для осуществления процесса детектирования (демодуляции), заключающегося в преобразовании сигналов радиочастоты с цель» воспроизведения управляющих колебаний, которыми модулирован сигнал, излучаемый радиопередающим устройством.

Различают детекторы амплитудные, частотные и фазовые.

Уровень сигнала (по мощности или по напряжению), снимаемого с детектора, является недостаточным для обеспечения нормальной работы оконечного устройства.

Поэтому обычно после детектора колебания подаются на усилитель звуковой (УЗЧ) частоты 4, который усиливает выходное напряжение с детектора до уровня, необходимого для нормального функционирования оконечного устройства.- При этом в качестве оконечного устройства может быть использован громкоговоритель, телефон, электроннолучевая трубка и т.д.

Система питания (СЭП) предназначена для подачи питающих напряжений на активные элементы каскадов радиоприемника. В приемнике прямого усиления иногда такие каскады, как УРЧ и УЗЧ, могут отсутствовать. Такой радиоприемник обычно называют детекторным.

Приемники прямого усиления были очень широко распространены до 30-х годов текущего столетия.

Однако из-за присущих им серьезных недостатков они находят ныне очень ограниченное применение. К этим недостаткам относятся: - малая селективность, то есть малое ослабление сигналов соседних радиостанций по сравнению с сигналом станции, на которую настроен приёмник.

Поэтому этот тип приёмников удобно использовать только для мощных радиостанций, работающих в длинноволновом или средневолновом диапазоне (из-за особенностей распространения волн в ионосфере длинноволновые и средневолновые сигналы не могут распространятся слишком далеко, поэтому приёмник принимает только ограниченное число местных станций). Из-за этого недостатка приёмники прямого усиления не производятся промышленностью и в основном используются только в радиолюбительской практике; - невозможность обеспечить требуемую частотную избирательность, так как по мере повышения частоты принимаемых сигналов полоса пропускания приемника будет возрастать, а избирательность уменьшаться; - невозможность обеспечить высокую чувствительность радиоприемника, что связано с трудностями достижения больших значений коэффициента усиления его каскадов.

Отмеченные недостатки могут быть практически устранены в так называемом супергетеродинном радиоприемнике.

Структурная схема супергетеродинного приемника показана на рисунке 1.6 Из сопоставления структурных схем супергетеродинного приемника и приемника прямого усиления следует, что супергетеродинный приемник отличается от приемника прямого усиления наличием трех дополнительных каскадов: преобразователя частоты 3, 7 и усилителя промежуточной частоты. 1 – входная цепь; 2 – усилитель радиочастоты; 3 – смеситель; 4 – усилитель промежуточной частоты; 5 – детектор; 6 – усилитель звуковой частоты; 7 – гетеродин; СЭП – система электропитания Рисунок 1.6 – Структурная электрическая схема супергетеродинного приемника Преобразователь частоты преобразует несущую частоту принимаемого сигнала в другую, более низкую промежуточную частоту. Он состоит из двух основных устройств: смесителя 3 и гетеродина 7 . Смеситель представляет собой нелинейный элемент (биполярный транзистор, полевой транзистор, полупроводниковый или параметрический диод). Выбор типа смесителя определяется конкретными требованиями к радиоприемнику.

Гетеродин представляет собой маломощный генератор, работающий на частоте . Как правило, это автогенератор, выполненный на транзисторах, туннельных диодах, клистронах. В выходной цепи преобразователя частоты образуется множество колебаний с комбинационными частотами (1.2) где m = 1,2,3,...; n = 1,2,3,...; - частота сигнала, Гц. Одно из этих колебаний используется в качестве колебания промежуточной частоты f п , равной (1.3) Эти колебания выделяются на нагрузке смесителя, представляющей собой резонансную систему, настроенную на частоту , и поступают на усилитель промежуточной частоты (УПЧ). Усилитель промежуточной частоты предназначен для усиления сигнала промежуточной частоты и обеспечения необходимой избирательности по отношению к сигналам радиопередатчиков, работающих в соседних радиоканалах.

Поскольку обычно , то на относительно низкой частоте легче обеспечить большое усиление сигнала и сформировать фильтры с узкополосной частотой характеристикой требуемой формы. В радиоприемниках, работающих в некотором диапазоне частот, стремятся обеспечить постоянство промежуточной частоты. Таким образом, в супергетеродинном приемнике имеются все условия как для увеличения коэффициента усиления всего приемного тракта, так и для получения гораздо лучшей избирательности.

Однако супергетеродинные приемники не лишены и некоторых недостатков. В частности, при фиксированной настройке на частоту сигнала они способны принимать не только полезные сигналы, но и сигналы, имеющие другие частоты.

Основной паразитный побочный канал приема носит название зеркального канала (канала симметричной станции). Смысл зеркального канала можно пояснить с помощью рис. 1.7. Как можно видеть из представленного рисунка, частота зеркального канала отстоит от частоты гетеродина вправо на величину промежуточной частоты Рисунок 1.7 – Принцип образования зеркального канала От частоты сигнала частота отличается на удвоенное значение промежуточной частоты.

Колебания на частоте преобразуются, так же как и колебания с частотой , в колебания промежуточной частоты Другими словами, радиоприемник оказывается настроенным на две частоты - и симметрично расположенные относительно частоты гетеродина . После преобразования колебания на частоте окажутся в пределах полосы просекания УПЧ и будут мешать приему полезного сигнала на частоте. С целью устранения мешающего действия зеркальной помехи, принимают специальные меры: - выбирают значение промежуточной частоты достаточно большим, так как в этом случае подавление колебаний в цепях преселектора будет тем больше, чем дальше эта частота отстоит от резонансной частоты колебательной системы; - применяют преселектор, обладающий достаточно большой избирательностью. Кроме указанного недостатка, для супергетеродинного приемника характерны и некоторые другие: - гетеродин может создавать помехи близко расположенным радиоприемным устройствам. Этот недостаток может быть устранен применением экранировки с цепей развязки; - возникновение так называемых комбинационных частот за счет образования биений между несколькими промежуточными частотами.

Основная мера исключения этого недостатка - выбор соответствующего режима работы смесителя и снижение уровня гармонических составляющих гетеродинного напряжения. В настоящее время все радиоприемники строятся по принципу супергетеродинного приемника с несколькими преобразованиями частоты. С усилителя промежуточной частоты 8 сигнал промежуточной частоты поступает (в зависимости от вида модуляции) в один из частных трактов, предназначенных для приема, выделения и усиления различных видов сигналов. 1.1.2.2 Особенности построения радиоприемных устройств При решении задач обеспечения управления и связи в настоящее время используется большое количество типов радиоприемников.

Совместно с радиопередатчиками они образуют радиостанции очень малой, малой и средней мощностей.

Широкое применение находят также радиоприемники, выполненные в виде самостоятельных функциональных устройств. На рисунке 1.8 представлена обобщенная структурная схема связного радиоприемного устройства. С приемной антенны радиосигнал через устройство согласования и коммутации 1 поступает в общий тракт радиоприемника, где происходит его выделение и усиление в усилителе радиочастоты 2. с последующим переносом из области несущей частоты в область промежуточных частот. Рисунок 1.8 - Обобщенная структурная схема связного радиоприемного устройства Для обеспечения высокой стабильности рабочей радиочастоты приема в радиоприемниках применяют специальные устройства стабилизации частоты.

Гетеродины 4 и 7 . совместно с устройством стабилизации частоты 9 образуют гетеродинное устройство.

Современные гетеродинные устройства строятся на принципах цифровых синтезаторов частот.

Стабилизация частоты в них осуществляется системой фазовой автоподстройки частоты, имеющей каналы грубой и точной подстройки. Для обеспечения оперативного управления радиоприемником и контроля его узлов предусматривается устройство управления и контроля 15. Как правило, радиоприемные устройства имеют местное и дистанционное управление. При местном управлении приемник управляется с передней панели, при дистанционном - с пульта дистанционного управления.

Контроль может быть трех видов: обобщенный, сквозной и стрелочный.

Обобщенный контроль позволяет непрерывно следить за состоянием основных каскадов радиоприемника.

Сквозной контроль позволяет оценивать состояние тракта усиления и выделения сигналов и качество настройки отдельных каскадов с помощью тестовых сигналов.

Стрелочный контроль позволяет определять место неисправности с точностью до блока.

Система питания 14 позволяет осуществлять электропитание каскадов радиоприемника как от источников постоянного тока, так и от сети переменного тока.

Широкое применение в современных связных радиоприемниках микроэлектронной элементной базы позволяет автоматизировать процессы перестройки приемных трактов на заданные - рабочие частоты, осуществлять автоматическую электронную коммутацию поддиапазонов, Автоматически контролировать точность настройки и т.п. Для выбора схем построениям РПУ осуществлен патентный поиск и анализ основных схем построения РПУ. 1.2 Результаты патентных исследований 1.2.1 Анализ авторских свидетельств и патентов по радиоприемникам Таблица 1.3 - Справка о поиске

Рассмотрим радиоприемник прямого преобразования сигналов.

Приемник включает в себя средство ввода, содержащее антенну и блокирующий фильтр, выход которого подсоединен к усилителю.

Входной сигнал разделяется и смешивается с синфазным и квадратурным фазовым сигналом, генерируемым гетероди ном в схеме смесителя соответственно.

Выходной сигнал каждой схемы смесителя подается на фильтр низких частот и на вход схемы ограничения.

Выходной сигнал каж дого фильтра низких частот подается на вход схемы сумматора соответственно, первый из которых сконструирован для суммирования синфазного и квадратурного фазовых сигналов, а второй приспособлен для вычитания синфазного и квадратурного фазовых сигна лов, для генерирования соответствующего выходного сигнала, имеющего оси, являющи еся промежуточными к осям синфазного и квадратурного фазовых сигналов. Эти сигна лы вместе с синфазным и квадратурным фазовыми сигналами проходят через схему ограничения соответственно на схему деко дера для восстановления данных.

Выходные сигналы схем ограничения представляют собой сигналы, квантованные на восемь возможных фазовых состояний, разделенных 45°. Когда входной сигнал является GFSK (частотное манипулирование по Гауссу) модулированным, то вектор будет всегда пересекать по меньшей мере одну ось, поэтому направление может быть установлено перед восстановлением данных.

Техниче ский результат - создание приемника прямого преобразования для использования с сигналами фазовой модуляции, который не требует регулировки усиления. 1 с. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Настоящее изобретение относится к радиоприемнику прямого преобразования для использования в радиосистемах.

Известно использование прямого преоб разования в радиоприемниках, которые избегают объемных и дорогих фильтров ПЧ. Использование РЧ-фильтров также значительно упрощается, и весь радиоприемник может быть объединен в единственную микросхему. На практике одним из основных препят ствий успешной реализации прямого преоб разования, особенно в цифровом коммуникационном оборудовании, является потребность в автоматической регулировке усиления (АРУ). В приемнике прямого преобразования АРУ должно быть получено из полосы частот модулирующих сигналов, что часто делает его слишком медленным для применения с импульсными сигналами, обычно применяемыми в современных циф ровых системах. На рисунке 1.9 изображена функциональная электрическая схема, которая часто используется в приемниках поискового вызова (пейджинговых) с малой скоростью передачи данных, и включает в себя антенну 2, соединенную с входом блокирующего фильтра 4, выход которого подсоединен ко входу усилителя 6. Выходной сигнал усилителя подается на вход смесителей 8, 10 соответственно, которые принимают на второй вход выходной сигнал гетеродина 12. Смеситель 8 принимает сигнал, который отличается по фазе от сигнала гетеродина 12 на 0°, а смеситель 10 принимает сигнал, который отличается по фазе от сигнала гетеродина 12 на 90°. Выходы смесителей 8 и 10 подаются соответственно на вход фильтров низких частот 14, 16, выходы которых подсоединены к ограничителям 18, 20 соответственно.

Выходной сигнал ограничителя 18 является синфазным сигналом I , а выходной сигнал ограничителя 20 является квадратурным фазовым сигналом Q . Описанная схема, таким образом, не требует никакого АРУ. Рисунок 1.9 – Функциональная электрическая схема пейджингового приемника Если входные сигналы приемника являются частотно-манипулированными ( FSK , ЧМн) сигналами, это может быть представлено в векторном виде так, как изображено на рисунке 1.10. Диаграмма на рисунке 1.10 а) изображает, что входной сигнал может иметь любой фазовый угол, в то время как выходные сигналы после резкого ограничения - сигналы I и Q - являются квантованными в любом из четырех возможных состояний, как изображено на рисунке 1.10 б ) . Рисунок 1.10 – а) диаграмма изменения входного сигнала; б) диаграмма изменения выходного сигнала, в зависимости от входного Для того, чтобы демодулировать ЧМсигнал, необходимо установить направление поворота вектора. Это является открытым (простым) в пейджинговых системах, где индекс модуляции является высоким, поэтому вектор будет вращаться несколько периодов для каждого бита данных.

Ограни ченные выходные сигналы I и Q затем становятся импульсами прямоугольной фор мы со сдвигом фазы на 90° друг к другу, или опережающими или запаздывающими, в зависимости от направления вращения. С помощью сравнения ограниченных сигналов I и Q на фазочувствительном детекторе (например, D -триггере) может быть опреде лена полярность разности фаз, а следовательно, может быть восстановлена модуляция.

Однако в более спектрально эффективных схемах с низким индексом модуляции, например схемах частотной манипуляции по Гауссу ( GFSK ), вектор может вращаться до 50° на бит данных. Это означает, что вектор может оставаться целиком в одном квадран те, поэтому изменений в выходных сигналах ограничителей нет. В этом случае данные являются невосстанавливаемыми.

Задачей рассматриваемого изобретения является создание приемника прямого преобразования для использования с сигналами фазовой модуляции, который не требует АРУ. Согласно настоящему изобретению создан приемник, содержащий средство для приема входного сигнала, переданного через радиосреду, средство для генерации синфазного и квадратурного фазовых сигналов из принятого входного сигнала и средство для генерации синфазного и квадратурного фа зовых выходных сигналов в форме импульсов сильно ограниченных сигналов, отличающий ся тем, что приемник включает в себя схемное средство, сконструированное для генерации дополнительных осей, являющихся промежуточными к осям синфазного и квадратурного фазовых сигналов, из которых генерируются импульсные сильно ограниченные сигналы, и средство декодирования, сконструированное для приема импульсов сильно ограниченных сигналов и сконструи рованное для генерации данных, соответст вующих принятому радиосигналу. Это схемное средство может включать в себя схемы первого и второго сумматоров, первая из которых предназначена для суммирования синфазного и квадратурного фазовых сигналов, из которых второй сконструирован для вычитания синфазного и квадратурного фазовых сигналов, посредст вом этого генерируя сигналы, имеющие оси, которые являются промежуточными к осям синфазного и квадратурного фазовых сигна лов.

Схемное средство может включать в себя радиометрический сумматор для генерации восьми осей, промежуточных к осям синфаз ного и квадратурного фазовых сигналов.

Формула изобретения имеет вид: 1. Приемник прямого преобразования для преобразования входного радиочастотного сигнала, содержащий антенное средство для приема входного сигнала, переданного через радиосреду, первое схемное средство для генерирования синфазного и квадратурногофазовых сигналов из принятого входного сигналов, второе схемное средство для приема синфазного и квадратурного фазовых сигналов и генерирования множества сигна лов, имеющих оси, промежуточные к осям синфазного и квадратурного фазовых сигна лов, имеющих оси, промежуточные к осям синфазного и квадратурного фазовых сигна лов, средство для генерирования выходных синфазного, квадратурного и множества сигналов, имеющих оси, промежуточные к осям синфазного и квадратурного фазовых сигналов, в форме пакета импульсов сильно ограниченных сигналов, средство декодиро вания для приема пакетов импульсов сильно ограниченных сигналов и для генерирования сигналов данных, соответствующих принято му входному сигналу, содержащее логиче скую схему для выдачи выходного сигнала, представляющего одно из, по меньшей мере, восьми возможных фазовых состояний при нятого входного сигнала при использовании, по меньшей мере, двух сигналов, которые имеют оси, промежуточные к осям синфаз ного и квадратурного фазовых сигналов, и средство для вычитания предыдущего векто ра, представляющего входной сигнал, из текущего вектора для генерирования последовательности положительных или отрицательных импульсов в зависимости от знака фазового сдвига. 2. Приемник прямого преобразования по п.1, в котором последовательность импульсов подана на схему усреднения, а выходной сигнал из схемы усреднения подан на схему ограничения, предназначенную для выделения данных из этой последовательности. 3. Приемник прямого преобразования по п.2, в котором второе схемное средство содержит первую и вторую схемы сумматора, которые предназначены для суммирования синфазного и квадратурного фазовых сигналов и для вычитания синфазного и квадратурного фазовых сигналов в любом отношении для генерирования двух сигналов, которые имеют оси, промежуточные к осям синфазного и квадратурного сигналов.

Приемник прямого преобразования по любому из пп.1-3, в котором средство декодирования представляет собой декодер частотно-манипулированных (ЧМн) сигналов. 4. Приемник прямого преобразования по п.1, в котором последовательность импульсов подана на схему усреднения, а выходной сигнал из схемы усреднения подан на каждую из трех схем принятия решения, которые предназначены для определения амплитуды и полярности фазового сдвига принятого входного сигнала, причем выходной сигнал из каждой схемы принятия решения образует входные сигналы в выходную логическую схему, которая гене рирует выходные сигналы данных. 5. Приемник прямого преобразования по п.5, в котором второе схемное средство представляет собой радиометрический сум матор, предназначенный для генерирования множества фазовых сигналов, которые имеют оси, промежуточные к осям синфазного и квадратурного сигналов. 6. Приемник прямого преобразования по п.б, в котором средство декодирования предназначено для генерирования выходного сигнала, представляющего одно из шестнад цати возможных фазовых состояний принятого сигнала при использовании шести сигналов, которые имеют оси, промежуточные к осям синфазного и квадратурного сигналов. 7. Приемник прямого преобразования по любому из пп.5-7, в котором средство декодирования представляет собой декодер я/4 - относительной квадратурной фазовой манипуляции (тг/4-ОКФМн). Рассматриваемый вид РПУ не обеспечивает требуемой избирательности по заданным исходным данным.

Рассмотрим второе РПУ. Используемое для области радиотехники.

Сущность изобретения по А.С. № 2072631 С1 радиоприемного устройства, состоит в том, что оно со держит линейный тракт, включающий входную цепь и регулируемый усилитель промежуточной части, выполнен в виде последо вательно соединенных элемента с регулиру емым коэффициентом передачи и элемента с постоянным коэффициентом передачи, амплитудный детектор и усилитель низкой частоты, а также последовательно соединен ные усилитель цепи автоматической регулировки усиления (АРУ) и фильтр АРУ, включение между дополнительным выходом амплитудного детектора и управляющим входом элемента с регулируемым коэффици ентом передачи, который выполнен в виде широкополосного двухкаскадного усилителя с непосредственными связями, 1-й каскад которого выполнен в виде усилителя на тиристоре, включенном по схеме с общим эмиттером, с резистором в цепи эмиттера транзистора, 2-й - в виде усилителя на тиристоре, включенном по схеме с общим эмиттером, с цепью последовательной отри цательной обратной связи по постоянному току и цепью параллельной отрицательной обратной связи по напряжению, шунтирующего элемента, включенного параллельно выходу преобразователя частоты линейного тракта и выполненного в виде двух параллельных цепей, одна из которых содержит последовательное соединение 1-го диода, параллельно которому включен 1-й резистор, и 2-го резистора, а 2-я - 2-й диод, причем 1-й и 2-й диоды включены встречно, точка соединения вторых резистора и диода подключена к входу широкополосного двухкаскадного усилителя через 1-й разделительный конденсатор, Г-образного делителя напряжения, подключенного к выходу широкополосного двухкаскадного усилителя через 2-й разделительный конденсатор, в продоль ном плече которого включен 3-й резистор, а в поперечном - параллельно соединенные цепи, одна из которых содержит 3-й диод, другая - последовательно соединенные 4-й резистор и 4-й диод, причем 3-й и 4-й диоды включены встречно, и делителя напряжения, выполненного в виде последовательно соеди ненных 5-го резистора и 6-го резистора, параллельно которому включен конденсатор, причем отвод делителя, образованный точкой соединения 5-го резистора с шестым, под ключен к другому выводу резистора в цепи эмиттера транзистора 1-го каскада широко полосного двухкаскадного усилителя, при этом точка соединения первых диода и резистора, другой вывод 5-го резистора и точка соединения четвертых резистора и диода является управляющим входом элемента с регулируемым коэффициентом передачи. Такое радиоприемное устройство при осуществлении его должно обладать линейной регулировочной характеристикой. 2 ил.

Изобретение относится к области радио техники и может быть использовано в радиоприемных устройствах различного на значения.

Известно приемное устройство, в котором перед детектором АРУ включен усилитель промежуточной частоты.

Недостатком уст ройства является ухудшение устойчивости работы УПЧ [1]. Известно приемное устройство, в котором при изменении уровня входного сигнала в больших пределах выходная мощность изме няется незначительно, при этом нелинейные искажения остаются примерно одинаковыми во всем диапазоне регулирования [2]. Недостатком устройства является то, что на участках, соответствующих началу и концу регулировочной характеристики, искажения резко возрастают.

Наиболее близким по технической сущ ности к предлагаемому радиоприемному устройству является радиоприемное устрой ство с обратной АРУ. В этом устройстве выпрямленное напряжение сигнала с детектора АРУ подается на вход фильтра АРУ, который отфильтровывает переменную составляющую выходного напряжения детекто ра.

Постоянная составляющая этого напряжения подается на вход усилителя АРУ, а затем поступает на УПЧ, в котором осуществляется регулировка коэффициента усиления по напряжению [3]. Недостатком известного радиоприемного устройства явля ется нелинейность регулировочной характе ристики, иначе говоря, зависимости коэффициента усиления по напряжению от величины управляющего напряжения, т. е. К и =* F ( Uynp ). Эта характеристика по форме имеет вид падающей кривой.

Техническим результатом изобретения является обеспечение линейности регулиро вочной характеристики. Это достигается тем, что в радиоприем ном устройстве, содержащем последовательно соединенные линейный тракт, амплитудный детектор и усилитель низкой частоты, а также последовательно соединенные усилитель цепи автоматической регулировки уси ления (АРУ) и фильтр АРУ, включенные между дополнительным выходом амплитуд ного детектора и управляющим входом регулируемого усилителя промежуточной ча стоты линейного тракта, регулируемый уси литель промежуточной частоты выполнен в виде последовательно соединенных элементов с регулируемым коэффициентом передачи, управляющий вход которого является управляющим входом регулируемого усилителя промежуточной частоты, и избирательного усилителя с постоянным коэффициентом передачи, элемент с регулируемым коэффи циентом передачи выполнен в виде широкополосного двухкаскадного усилителя с непосредственными связями, 1-ый из каскадов выполнен в виде усилителя на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, с резистором в цепи эмиттера транзистора, 2-ой - в виде усилителя на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, с цепью последовательной обрат ной связи по постоянному току и цепью параллельной отрицательной обратной связи по напряжению, шунтирующего элемента, включенного параллельно выходу преобразо вателя частоты линейного тракта и выполненного в виде двух параллельных цепей, одна из которых содержит последовательное соединение первого диода, параллельно которому включен 1-ый резистор и 2-го резистора, а 2-ая - 2-ой диод, причем 1-ый и 2-ой диоды включены встречно, точка соединения вторых резистора и диода подключена к входу широкополосного двух каскадного усилителя через 1-ый раздели тельный конденсатор, Г-образного делителя' напряжения, подключенного к выходу широ кополосного двухкаскадного усилителя через 2-ой разделительный конденсатор, в продоль ном плече которого включен 3-ий резистор, а в поперечном - параллельно соединенные цепи, одна из которых содержит 3-ий диод, другая последовательно соединенные 4-ый резистор и 4-ый диод, причем 3-ий и 4-ый диоды включены встречно, и делителя напряжения, выполненного в виде последо вательно соединенных 5-го резистора и б-го резистора, параллельно которому включен конденсатор, причем отвод делителя, обра зованный точкой соединения 5-го резистора с 6-ым, подключен к другому выводу резистора в цепи эмиттера транзистора 1-го каскада широкополосного двухкаскадного усилителя, при этом точка соединения первых резистора и диода является управля ющим входом элемента с регулируемым коэффициентом передачи. На рисунке 1.11 приведена электрическая принципиальная схема радиоприемного устройства; на рисунке 1.12 - его регулировочная характеристика. Рисунок 1.11 - Принципиальная э лектрическая схема радиоприемного устройства Рисунок 1.12 - Регулировочная характеристика радиоприемного устройства Радиоприемное устройство (рисунок 1.11) содер жит входную цепь 1, избирательный усилитель 2 с постоянным коэффициентом передачи, амплитудный детектор 3 с дополнительным выходом, усилитель низкой час тоты (квантователь) 4, усилитель цепи АРУ 5. Выходная цепь 1 выполнена широкопо лосной.

Избирательный усилитель 2 с постоянным коэффициентом передачи состо ит из широкополосных усилителей, соеди ненных с помощью резонансных фильтров, или представляет собой каскадное соединение операционных усилителей с частотно зависимыми отрицательными обратными связями.

Амплитудный детектор 3 может быть выполнен по схеме как диодного, так и транзисторного детектора.

Усилитель низкой частоты 4 представляет соединение усилите лей на биполярных транзисторах с резистив ными нагрузками или пороговое устройство, выполненное, например, по схеме компаратора сигналов.

Усилитель цепи АРУ 5 представляет собой усилитель постоянного тока, выполненный, например, на операци онном усилителе с отрицательной обратной связью по одной из известных схем и подключенный к дополнительному выходу детектора. Между входной цепью 1 и избирательным усилителем 2 с постоянным коэффициентом передачи включен элемент с регулируемым коэффициентом передачи в виде широкополосного двухкаскадного усили теля с непосредственными связями на биполярных транзисторах б и 7, причем первый из каскадов выполнен по схеме с общим эмиттером с цепью параллельной отрицательной обратной связи по напряжению через резистор 9. Режим работы двухкаскадного широкополосного усилителя по постоянному току обеспечивается с помощью делителя напряжения питания на резисторах 10, 11 в цепи базы транзистора 6, резистором 12 в его эмиттерной цепи, резистором 13, конденсатором 14 в цепи эмиттера транзистора 7, а также сопротивлением резистора 15, образующим вместе с емкостью конденсатора 16 фильтр нижних частот в цепи питания.

Нагрузкой широко полосного двухкаскадного усилителя является резистор 17 в коллекторной цепи второго каскада на транзисторе 7. База транзистора 6 через разделительный конденсатор 18 и коллектор транзистора 7, через разделитель ный конденсатор 19 и развязывающий резистор 20 подключены соответственно к шунтирующим элементам, каждый из которых выполнен в виде двух параллельных цепей, одна из которых содержит соответст венно последовательно соединенные резисто ры 21 и 22, параллельно резистору 22 включен диод 23 и резистор 24, резистор 25, параллельно которому включен диод 26, а вторая - соответственно диод 27 и диод 28. Диоды 23 и 27, а также 26 и 28 включены встречно.

Управляющее напряжение с выхода усилителя цепи АРУ подается на шунтиру ющие элементы через фильтры нижних частот, образованные резисторами 29, 30, 31 и конденсаторами 32, 33, 34 и 35. Последний шунтирует резистор 12 в эмиттерной цепи транзистора 6 для предотвращения отрица тельной обратной связи по переменному току.

Работа РПУ заключается в следующем.

Известно, что форма вольт-амперных характеристик электронно-дырочных перехо дов, в частности полупроводниковых диодов такова, что последние могут рассматриваться как несимметричные нелинейные элементы.

Следовательно, широкополосный двухкаскад ный усилитель, содержащий на входе и выходе шунтирующие элементы с использованием полупроводниковых диодов, диффе ренциальные сопротивления которых изменяются под действием управляющего напряжения, обеспечивает регулировку ко эффициента усиления по напряжению. Кри вая, иллюстрирующая в самом общем виде характер изменения сопротивления практи чески всех видов нелинейных элементов, представлена в [4 ]. Однако, помимо наличия' на входе и выходе широкополосного двухка скадного усилителя в качестве элементов регулировки шунтирующих элементов с использованием нелинейных делителей управляющего напряжения в эмиттерной цепи транзистора 6 имеется делитель управляющего напряжения, выполненный на резисто рах 12 и 30 и обеспечивающий регулировку коэффициента усиления по напряжению методом обратной режимной регулировки усиления, при котором последняя произво дится изменением тока эмиттера.

Поскольку регулировки коэффициента усиления по напряжению с помощью применения шунти рующих элементов, содержащих полупровод никовые диоды, и использования методов обратной режимной регулировки изменением тока эмиттера независимы, то их можно рассматривать отдельно друг от друга, а суммарное значение регулировки коэффици ента усиления по напряжению определить, как (1.4) где - суммарное значение регулировки коэффициента усиления по напряжению; - значение регули ровки коэффициента усиления по напря жению шунтирующего элемента на входе усилителя; - значение регулировки коэффициента усиления по напряжению шунтирующего элемента на выходе усилителя. В связи с этим при увеличении сигнала на входе широкополосного двухкаскадного усилителя возрастает значение управляющего напряжения и, как отмечено ранее, уменьшается дифференциальное сопротивле ние диодов в цепях шунтирующих элементов, следствием чего является изменение коэффициентов передачи, а следовательно, и коэффициента усиления по напряжению так, как показано на кривой 1 (рисунок 1.12) при отключенных диодах 23 и 26 и иллюстрируется кривой 2 (рисунок 1.12) при подключенных диодах 23 и 26. При этом следует отметить, что разомкнута цепь подачи управляющего напряжения в эмиттерную цепь транзистора 6 широкополосного двухкаскадного усилите ля.

Зависимость коэффициента усиления по напряжению широкополосного двухкаскадно го усилителя при подаче управляющего напряжения в эмиттерную цепь транзистора 6 и отключении диодов 27, 28 приведена в виде кривой 3 (рисунок 1.12). Поскольку управляющее напряжение подается одновременно как на диоды шунтирующих элементов, так и в эмиттерную цепь транзистора первого каскада широкополосно го двухкаскадного усилителя, то суммарное значение регулировки коэффициента усиления по напряжению иллюстрируется кривой 4 (рисунок 1.12). Следует отметить, что поскольку управляющее напряжение подается на диоды шунтирующих элементов и в эмиттерную цепь транзистора первого каскада широкопо лосного двухкаскадного усилителя через автономные RC -фильтры, то при уменьшении значения сопротивления резистора 30 фильтра в эмиттерной цепи транзистора первого каскада широкополосного двухкаскадного усилителя происходит изменение (увеличение или уменьшение) тока управления в цепи эмиттера транзистора первого каскада ранее указанного усилителя, а следовательно, сдвиг его регулировочной характеристики. Это позволяет обеспечить суммарную регулировочную характеристику коэффициента усиления по напряжению всего радиоприемного устройства с высокой степенью линейности.

Формула изобретения имеет вид: ра адиоприемное устройство, содержащее последовательно соединенные линейный тракт, амплитудный детектор и усилитель низкой частоты, а также последовательно соединенные усилитель цепи автоматической регулировки усиления (АРУ) и фильтр АРУ, включенные между дополнительным выходом амплитудного детектора и управляющим входом регулируемого усилителя промежу точной частоты линейного тракта, отличающееся тем, что регулируемый усилитель промежуточной частоты выполнен в виде последовательно соединенных элемента с регулируемым коэффициентом передачи, управляющий вход которого является управляющим входом усилителя промежуточной частоты, и избирательного усилителя с постоянным коэффициентом передачи, элемент с регулируемым коэффициентом пере дачи выполнен в виде широкополосного двухкаскадного усилителя с непосредствен ными связями, первый из каскадов выполнен в виде усилителя на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, с резистором в цепи эмиттера транзистора, второй - в виде усилителя на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, с цепью последовательной отрицательной обратной связи по постоянному току и цепью параллельной отрицательной обратной связи по напряжению, шунтирующего элемента, включенного параллельно выходу преобразо вателя частоты линейного тракта и выполненного в виде двух параллельных цепей, одна из которых содержит последовательное соединение первого диода, параллельно которому включен первый резистор, и второго резистора, а другая - второй диод, причем первый и второй диоды включены встречно, точка соединения вторых резистора и диода подключена к входу широкополосного двухкаскадного усилителя через первый разделительный конденсатор, Г-образного делителя напряжения, подключенного к выходу широкополосного двухкаскадного уси лителя через второй разделительный конден сатор, в продольном плече которого включен третий резистор, а в поперечном - парал лельно соединенные цепи, одна из которых содержит третий диод, другая - последова тельно соединенные четвертый резистор и четвертый диод, причем третий и четвертый диоды включены встречно, и делителя напряжения, выполненного в виде последо вательно соединенных пятого резистора и шестого резистора, параллельно которому включен конденсатор, причем отвод делите ля, образованный точкой соединения пятого резистора с шестым, подключен к другому t выводу резистора в цепи эмиттера транзи стора первого каскада широкополосного двухкаскадного усилителя, при этом точка соединения первых диода и резистора, другой вывод пятого резистора и точка соединения четвертых резистора и диода является управляющим входом элемента с регулиру ющим коэффициентом передачи. РПУ данного типа не обеспечивает высокой стабильности и постоянного уровня сигнала на выходе, при резких изменениях сигнала на входе.

Исходя из вышеизложенного анализа, с учетом достоинств и недостатков данных РПУ в результате патентного поиска разрабатываем функциональную схему приемника.

Структурная схема информационно-измерительной системы автомобиля представлена на рисунке 1.12. 1.3 Выбор и обоснование функциональной электрической и принципиальной электрической схемы радиоприемного тракта Функциональная электрическая схема разрабатывается перед проектированием и расчетом принципиальной схемы радиоприемника и отражает общие принципы его работы, позволяет уяснить роль и назначение отдельных каскадов.

Рассчитывается число поддиапазонов тракта приема способом равных частотных интервалов (1.5) где (1.6) Важным этапом проектирования является выбор номиналов промежуточных частот радиоприемника.

Значения промежуточных частот могут быть определены с помощью соотношений (1.7) (1.8) где (1.9) где приемника равна в диапазоне частот от 20 до 40 МГц); ( n =4). Из ряда стандартных значений промежуточных частот принимаем: Определяется число каскадов УПЧ2. Число каскадов УПЧ2 можно определить зная, что коэффициенты усиления каскада УРЧ и коэффициент усиления 1-го каскада УПЧ2 равны (1.10) Для нормального функционирования приемника должно выполнятся условие: где (1.11) где - число каскадов усиления УПЧ2. При и условие Функциональная электрическая схема радиоприемника (рисунок 1.13), позволяющая реализовать перечисленные выше требования по частотной избирательности и стабильности частоты, представлена на рисунке.

Входная цепь, состоящая из приемной антенны и входного фильтра, обеспечивает настройку радиоприемника на заданную рабочую частоту. С данного устройства сигнал поступает на усилитель радио частоты, который обеспечивает выполнение заданного требования по избирательности относительно зеркального канала и осуществляет предварительное усиление принимаемого сигнала. В первом и во втором смесителях преобразование частоты радиосигнала соответственно в сигналы первой и второй промежуточных частот. В первом и втором усилителях промежуточной частоты осуществляется усиление сигналов первой и второй промежуточной частоты по напряжению. Здесь же реализуются заданные требования по избирательности относительно соседнего канала приема. Со второго усилителя промежуточной частоты сигнал поступает на детектор.

Детектор для сигнала двоичной частотной телеграфии состоит из кварцевых фильтров, амплитудных детекторов, схемы выбора максимального по амплитуде сигнала, ключевых схем «И» и шифратора.

Последний каскад УПЧ работает в режиме ограничения, на выходе этого каскада сигналы разделяются кварцевыми фильтрами. После кварцевых фильтров в каждой ветви стоит амплитудный детектор, который выделяет огибающую выходного сигнала фильтра.

Напряжения с выходов всех амплитудных детекторов поступает на схему выбора максимального по амплитуде сигнала, которая по максимуму амплитуды выносит решение в пользу одного из четырех равновероятных сигналов.

Одновременно обмен управления и синхронизации вырабатывает стробирующие сигналы для ключевых схем «И», которые пропускают унитарный сигнал с выхода СВМ на двоичный шифратор, преобразующий унитарный сигнал в параллельный двухрядный двоичный код.

Каждый разряд, полученный таким образом информации с выхода шифратора, отдается своему усилителю (источнику тона, управляемого напряжением), а затем и получателю информации. Для обеспечения оперативного, местного, дистанционного или стрелочного контроля узлов РПУ имеет в своем составе устройство контроля (схему контроля). Для обеспечения соответствия тактико-техническим требованиям всех характеристик РПУ применена ручная регулировка усиления. А для сохранения заданного постоянства выходного напряжения приемника и исключения тем самым недопустимых перегрузок его каскадов в условиях изменения интенсивности принимаемых сигналов используется автоматическая регулировка усиления. Выбор принципиальной электрической схемы преобразователя частоты Транзисторные преобразователи частоты супергетеродинных радиоприемников применяются до частот порядка 300 МГц, так как позволяет получить сравнительно большой коэффициент передачи.

Известны схемы транзисторных преобразователей частоты с совмещенным и с отдельным гетеродинами. В профессиональных радиоприемниках используется только последние, поскольку они позволяют получить более высокую стабильность частоты гетеродина и оптимальный режим работы смесителя. По способу включения смесительного транзистора различает схемы преобразователей с общей базой и общим эмиттером.

Наиболее часто используются схемы с общим эмиттером, поскольку они позволяет получить большой коэффициент усиления и обладает меньшей входной проводимостью. Для уменьшения взаимной связи между целями гетеродина и смесителя, а также для повышения стабильности работы преобразователя частоты целесообразно напряжение сигнала подавать в цепь базы, а напряжение гетеродина - в цепь эмиттера. Для уменьшения шунтирования контуров сигнала и гетеродина транзистором применяется частичное подключение контура к транзистору.

Принципиальная схема преобразователя частоты на транзисторе с общим эмиттером и отдельным гетеродином приведена на рисунке 1.17 При проектировании транзисторных преобразователей частоты необходимо учитывать» что нелинейный режим их работы наступает при сравнительно малых напряжениях входного сигнала (5...7 мВ). С увеличением напряжения гетеродина возрастают постоянные токи базы и коллектора смесительного транзистора, что приводит к из менение его входной и выходной проводимостей.

Поэтому стремление увеличить коэффициент усиления преобразователя путем увеличения напряжения гетеродина может привести к значительному шунтирование и расстройке контуров преобразователя.

Учитывая это, а также то обстоятельство, что с уменьшением напряжения гетеродина улучшается избирательность по симметричным каналам, напряжение гетеродина следует выбирать не более (0,05...0,15)В. Выбираем принципиальную электрическую схему преобразователя частоты с отдельным гетеродином, представленную на рисунке 1.17. Недостатком преобразователей с внутренним гетеродином перед преобразователями с отдельным гетеродином, заключается в том, что параметры преобразователя с внутренним гетеродином значительно хуже параметров преобразователя с отдельным гетеродином, так как невозможно одновременно обеспечить оптимальные режимы для смесителя и для гетеродина. Если они выполнены на одном транзисторе.

Поэтому в современных радиоприемниках. Как правило, используются преобразователя частоты с отдельным гетеродином. Такой тип преобразователя позволяет обеспечить оптимальный режим работы смесителя и высокую стабильность работ гетеродина. Выбор принципиальной электрической схемы детектора частоты Для детектирования частотно-модулированных сигналов в ос новном используются три типа ЧМ-детекторов: 1) дифференциальный со связанными и настроенными в резонанс на промежуточную частоту контурами; 2) дифференциальный с расстроенными контурами; 3) дробный. Все три типа детекторов содержат преобразователь частотной мо дуляции, преобразующий изменения частоты ЧМ-сигнала в пропорци ональные частоте изменения амплитуды сигнала, и два одинаковых, обычно диодных, амплитудных детектора. Для устранения паразитной амплитудной модуляции ЧМ-сигналов в состав преобразователей моду ляции вводятся амплитудные ограничители. При строгом подборе ам плитудных детекторов дробный детектор в меньшей степени подвер жен влиянию паразитной амплитудной модуляции, чем дифференциаль ный.

Однако на практике обычно не удается добиться строгого подобия амплитудных детекторов.

Поэтому введение в состав дробного детектора специального ограничителя амплитуд значительно улучшает качество приема.

Наиболее широкое применение дробные детекторы находят в ве щательных приемниках, так как позволяют уменьшить требуемый коэф фициент усиления УПЧ (он работает при отсутствии ограничителя амплитуды и требует меньших амплитуд сигналов на входе преобразователя модуляции). Частотные детекторы с расстроенными контурами находят меньшее применение, так как они сложнее в устройстве. На рисунке 1.14 изображена принципиальная схема дробного час тотного детектора. Связь контуров выполняется здесь с помощью катушки связи L З . Резистор R 5 ухудшает добротность катушки связи, для устранения резонансных явлений в цепи связи. Он также способствует уменьшению импульснах помех, проникающих на вход детектора через цепь связи.

Главное отличие этой схемы от схемы дифференциального детектора со связанными контурами заключается в способе получения выходного напряжения и в нали чии стабилизирующего напряжения на конденсаторе С5 , которое и определяет постоянное значение напряжения на конденсаторах C 6 и C 7. Напряжение низкой частоты будет появляться на выходе детектора только тогда, когда изменится отношение продектированных напряжений на конденсаторах С 6 и C 7 , а это отношение изменится лишь при изменении частоты ЧМ-сигнала. Рисунок 1.14 – Принципиальная электрическая схема дробного детектора частоты Исходя из вышеизложенного выбираем дифференциальный частотный детектор, принципиальная схема которого изображена на рисунке 1.21. Произведем расчет основных элементов принципиальной схемы РПУ. 1.4 Расчет основных элементов принципиальной схемы радиоприемного тракта 1.4.1 Расчет блока входной цепь Принципиальная электрическая схема входной цепи представлена на рисунке 1.15. Рисунок 1.15 - Принципиальная электрическая схема входной цепи Входная цепь осуществляет передачу радиочастотного сигнала от антенно-фидерной системы к входу первого каскада радиоприемника.

Именно расположение входной цепи между выходом антенно-фидерной системы и входом первого каскада приемника обусловило ее название.

Входная цепь предназначена: - для предварительного выделения полезного сигнала из всех совокупностей сигналов и помех, создаваемой в приемной антенне; - для передачи с наименьшими потерями и искажениями энергии полезного сигнала от антенны к входу первого каскада. В общем случае ВЦ представляет собой пассивный четырехполюсник, содержащий резонансную систему и элементы связи. В зависимости от диапазона частоты резонансная система входной цепи выполняется на сосредоточенных или распределенных элементах и состоит из одного или нескольких колебательных контуров или резонаторов.

Элементы связи служат для связи антенно-фидерной системы с контуром или резонатором входной цепи, а так же для связи между контурами входной цепи и первым каскадом приемника.

Входные цепи классифицируются: - по диапазону рабочих частот и способу перестройки: - с плавной перестройкой; - дискретной перестройкой; - по виду избирательности: - с общим каскадом; - многокаскадные.

Рассчитывается коэффициент передачи для первого поддиапазона волн.

Наибольший коэффициент передачи входной цепи определяется по формуле (1.12) где - параметры антенной цепи с учетом элемента связи антенны с входным контуром; - входная проводимость первого каскада, См. В метровом диапазоне волн наиболее целесообразно применять несимметричные вибраторы, что бы собственная частота антенной цепи ниже минимальной частоты поддиапазона. (1.13) где - индуктивность антенны, Гн; - емкость антенны, Ф; - частота, Гц. В этом случае выходная проводимость антенной цепи (1.14) где - сопротивление антенной цепи, Ом. - затухание.

Сопротивление антенной цепи в радиоприемной схеме входной цепи Значит можно записать (1.15) где - минимальная частота, Гц; - индуктивность, Гн; - емкость антенной цепи, Ф. Отсюда (1.16) где - емкость антенной цепи, Ф. (1.17) так как средняя частота поддиапазона мало отличается от минимальной частоты, то с небольшой погрешностью можно записать (1.18) где - средняя частота; - емкость антенной цепи, Ф; - собственное затухание катушки связи, 0,13; См; - затухание катушки связи, 0,01; - эквивалентное затухание катушки связи, 0,025. Катушку связи обычно наматывают тонкой проволокой, поэтому ее собственное затухание получается равным 0,025-0,035, принимая получаем (1.19) 1.4.2 Расчёт усилителя радиочастоты Усилитель радиочастоты – это усилитель радиочастотных сигналов, обеспечивающий необходимое усиление, а также подавление помех по зеркальным каналам прием.

Принципиальная электрическая схема представлена на рисунке 1.15. Рисунок 1.15 – Принципиальная электрическая схема усилителя радиочастоты Будем предварительно полагать полное включение контура в цепь коллектора (р 1 =1) и неполное к входу следующего каскада с р 2 » 0,15. В качестве активного элемента в схеме автогенератора будет применен биполярный транзистор КТ 315Б. Примем собственную ёмкость катушки С L =3пФ; среднюю ёмкость подстроечного конденсатора С п =10пФ; ёмкость монтажа С м =10пФ состоящей ёмкости монтажа в цепи коллектора С м1 =5пФ и в цепи базы С м2 =5пФ; минимальную ёмкость контурного конденсатора С мин =7пФ. Ёмкость контура без учёта переменной ёмкости будет равна: С S =С п +С L +р 1 2 (С м1 +С 22 )+р 2 2 (С м2 +С 11 )=10+3+(5+10)+ +0,15 2 (5+50) » 29 пФ. Минимальная индуктивность L min = (0.2..0.3) мкГн Вычислим сопротивления цепи питания транзистора, полагая что: - допустимое падение напряжения на сопротивлении фильтра коллекторной цепи D U R Ф =1В; - требуемый коэффициент стабильности коллекторного тока g =1,5 3; - интервал температур в градусах Цельсия, в пределах которого должна обеспечиваться температурная компенсация коллекторного тока D Т=80 ° С. Тогда сопротивление R 1 , Ом, вычисляется по формуле (1.20) где Принимаем R 1 =510Ом, ОЛМ-0,125-510 Ом +/-5% Определим мощность рассеивания на резисторе R 1 по формуле (1.21) Сопротивление R 3 , Ом, определяется по формуле (1.22) где коэффициент стабильности коллекторного тока, 2; Принимаем R 3 =6,2 кОм, ОЛМ-0,15-6,2 кОм +/-10% Определим мощность рассеивания R 3 по формуле (1.23) Сопротивление R 2 , Ом, определяется по формуле (1.24) где Принимаем R 2 =620 Ом, ОЛМ-0,015-620 кОм +/-5% Определим мощность рассеивания R 2 по формуле (1.25) Шунтирующую ёмкость С 1 , нФ, предотвращающую образование отрицательной обратной связи вычислим по формуле (1.26) где - частота сигнала, 2,182 МГц Принимаем С 1 =22нФ, КСО 22 нФ, 8В +/-10% Сопротивление фильтра R ф , Ом, вычислим по формуле (1.27) где Принимаем R ф =160 Ом, ОМЛ-0,125-160 Ом +/-5% Ёмкость С 2 , нФ, должна удовлетворять неравенству: (1.28) где - частота, 30 МГц; Принимаем С 2 =100нФ, КСО 100 нФ, 8В +/-10%. Определим индуктивность контурной катушки L 1 по формуле (1.29) где Принимаем 150 мкГн.

Вычислим параметры эквивалентной схемы каскада по формуле: G 1 = g вых + g 12 + g c х , (1.30) где g вых – выходная проводимость, 4,5мкСм; g 12 – проходная проводимость, 3мкСм; g c х – проводимость, 0мкСм. G 1 = g вых + g 12 + g c х =4,5+3+0=7,5мкСим G 2 = g вх + g c х , (1.31) где g вх – входная проводимость, 0,21мСм; g c х – проводимость схемы, G 2 = g вх + g c х =0,21*10 -3 +(7500) -1 +(3600) -1 =0,62 мкСм, Рассчитывается максимально возможный коэффициент усиления каскада K ом по формуле (1.31) где 0уст =2,5 – условие выполняется.

Теперь рассчитаем коэффициенты включения по формулам: (1.32) (1.33) (1.34) Проверяется необходимое ослабление зеркального канала и сравнивается с исходным в задании где Компоновочный расчет печатной платы усилителя радиочастоты Суммарная установочная площадь элементов, расположенных на печатной плате, S уст , мм 2 , определяется по формуле (1.35) где - установочная площадь i -го элемента, мм 2 ; Площадь печатной платы 2 , определяется по формуле (1.36) где - суммарная установочная площадь элементов, 1235 мм 2 . Соотношение сторон принимаем равным 1:1, сторна А=50 мм, сторона B =50 мм. Масса печатной платы, m п.п , г, определяется по формуле (1.37) где - масса платы, г; - масса i -го элемента (1.38) где - объем платы, м 3 ; - плотность платы, - объем платы Массогабаритные характеристики элементов представлены в таблице 1.5 Таблица 1.5 - Характеристики элементов

Тип элемента	Номинал	2	m , г
Конденсаторы	C 1 – 20 нФ	96,2	2
С2 – 100 нФ
С3 – 36 нФ
Резисторы	R1 – 510 Ом	86,4	2
R2 – 610 Ом	86,4
R3 – 6,2 кОм	216
R4 – 160 Ом	86,4
Трензистор	КТ315Б	22,4	2
Катушка индуктивности	L1 – 150 мкГн	164	3

Таблица 1.7 - Параметры транзистора КТ 315Б

Конденсатор С 1 служит для блокировки резистора R 3 на рабочей частоте, что исключает отрицательную обратную связь.

Дроссель L к включен для того, чтобы не зашунтировать трёхточку через источник питания E к . Расчёт автогенератора по постоянному току Задаём постоянную составляющую коллекторного тока I К0 ,напряжение между коллектором и эмиттером Е КЭ и напряжение на эмиттере Е Э исходя из рекомендаций [7], в которых I К0 = (3 …10) mA , Е КЭ = (3…10) B и Е Э = (2…3) B . I К0 = 5 mA , Е КЭ = 7 B и Е Э = 2 B . Сопротивление R 3 , Ом, автосмещения в эмиттерной цепи определяется по формуле R 3 =Е Э / I К0 , (1.3 9 ) где Е Э – напряжение эмиттера, 2В; I К0 – постоянная составляющая коллекторного тока, 5мА. R 3 =Е Э / I К0 = 2/ 5 10 -3 = 400 Ом.

Принимаем стандартное значение сопротивления R 3 = 430 Ом. ОЛМ-0,125-430 Ом +/-5% Напряжение источника питания E K , В, определяется по формуле E K = Е КЭ + Е Э , (1. 40 ) где Е КЭ – напряжение между коллектором и эмиттером, 7В; Е Э – Е Э – напряжение эмиттера, 2В. E K = Е КЭ + Е Э = 7 + 2 = 9 B . Ток базы, I Б0 , мкА, определяется по формуле I Б0 = I К0 / 0 , (1.4 1 ) где I К0 – постоянная составляющая коллекторного тока, 5мА 0 – коэффициент передачи тока транзистора, 100 I Б0 = I К0 / 0 =5 10 –3 / 100 = 50 мкА. Ток делителя напряжения цепи фиксированного смещения I ДЕЛ , мА, определяется по формуле I ДЕЛ = (10…20) I Б0 , (1.4 2 ) где I Б0 – ток базы, 50 мкА. I ДЕЛ = (10…20) I Б0 = 10 50 10 -6 = 500 мА. Сопротивление делителя напряжения R ДЕЛ , кОм, определяется по формуле R ДЕЛ = R 1 + R 2 = E K / I ДЕЛ , (1.43) где E K – напряжение источника питания, 9В; I ДЕЛ – ток делителя, 0,0005 мА. R ДЕЛ = R 1 + R 2 = E K / I ДЕЛ = 9 / 500 10 -6 = 18 кОм Напряжение смещения на базе транзистора Е Б , В, определяется по формуле Е Б = Е Э +0,7, (1.4 4 ) где Е Э – напряжение эмиттера; Е Б = Е Э +0.7 = 2 + 0,7 = 2,7 В Значение сопротивления R 1 , кОм, определяется по формуле R 1 = Е Б / I ДЕЛ , (1.4 5 ) где E Б – напряжение базы I ДЕЛ – ток делителя, 0,0005мА R 1 = Е Б / I ДЕЛ = 2.7 / 500 10 -6 = 5.4 кОм Значение сопротивления R 2 , кОм, определяется по формуле R 2 = R ДЕЛ – R 1 , (1.4 6 ) где R ДЕЛ – сопротивление делителя, 18 кОм; R 1 – сопротивление, 5,4 кОм. R 2 = R ДЕЛ – R 1 = 18 – 5,4 = 12,6 кОм.

Выбираем стандартные значения сопротивлений R 1 и R 2 : R 1 = 5,6 кОм, ОЛМ-0,125-5,6 кОм +/-5% R 2 = 12 кОм. ОЛМ-0,125-12 кОм +/-5% Расчёт автогенератора по переменному току Определяем крутизну транзистора S = , (1.4 7 ) где - высокочастотное сопротивление базы; - сопротивление эмиттерного перехода; - коэффициент усиления по току в режиме покоя; Высокочастотное сопротивление базы = К / С К , (1.4 8 ) где К – постоянная времени цепи обратной связи, 500 10 -12 с; С К – ёмкость коллекторного перехода, 7 10 -12 Ф. = К / С К = 500 10 -12 / 7 10 -12 = 71,43 Ом.

Сопротивление эмиттерного перехода , Ом, определяется по формуле = 26 / I К0 , (1.4 9 ) где I К0 – постоянная составляющая коллекторного тока, = 26 / I К0 = 26 / 5 = 5.2 Ом, S = 100 / ( 71.43 + 100 5.2) = 169 мА/В. Задается коэффициент регенерации G P = (3…7) = 5 и управляющее сопротивление R У , Ом, определяется по формуле R У = G P / S = 5 / 169 10 -3 = 29.6 Ом, (1. 50 ) где G P – коэффициент регенерации, 5; Задается коэффициент обратной связи автогенератора К ’ ОС = С 3 / С 2 = 1 и реактивное сопротивление емкости С 3 , Ом, определяется по формуле X 3 = = = 27.5 Ом, (1.5 1 ) где - управляющее сопротивление, 29,6 Ом; - сопротивление кварцевого резонатора, 25.5 Ом; - Коэффициент обратной связи, 1. Сопротивление кварцевого резонатора, которое находится по формуле r кв = 1 / C k Q k = 1 , (1.5 2 ) где C k - емкость кварцевого резонатора; Q k – додротность кварцевого резонатора. r кв = 1 / C k Q k = 1 / 2 3.125 10 6 1 10 -15 2 10 6 = 25.5 Ом.

Емкости конденсаторов С 2 , С 3 , нФ, определяются по формуле С 2 = С 3 = 1 / кв X 3 , (1.5 3 ) С 2 = С 3 = 1 / кв X 3 = 1 / 2 3.125 10 6 27.5 = 1.85 нФ. Стандартное значение: С 2 = С 3 = 2 нФ. Емкость блокировочного конденсатора, С 1 , нФ, определяется по формуле С 1 = (10…20) , (1.5 4 ) где - сопротивление эмиттерного перехода, 5,2 Ом. С 1 = (10…20) = 20 / 2 3.125 10 6 5.2 = 196 нФ. стандартное значение С 1 = 220 нФ. Индуктивность блокировочного дросселя L k , мкГн, определяется по формуле L k = (20…30) , (1.5 5 ) L k = (20…30) = 20 27.5 / 2 3.125 10 6 = 28 мкГн.

Определим необходимость применения дросселя L Б из условия R 1 R 2 / ( R 1 + R 2 ) (20…30) X 2 , если оно не выполняется, то дроссель необходим.

Проверка 5.6 10 3 12 10 3 25 27.5 67200 687.5 Условие выполняется, следовательно, дроссель не нужен. 1.4.4 Расчет преобразователя частоты В диапазоне УКВ широкое применение в радиоприемниках в настоящее время получили транзисторные преобразователи частоты с отдельным гетеродином.

Преимущество подобных ПЧ перед другими заключается в том, что они позволяют получить большой коэффициент передачи, а также высокую стабильность частоты колебаний гетеродина. По способу включения смесительного транзистора различают схемы с общей базой (ОБ) и общим эмиттером (ОЭ). Чаще применяются схемы с ОЭ, т.к. они обладают меньшей входной проводимостью.

Причем, для обеспечения меньшей взаимной связи между цепями гетеродина и сигнала целесообразно напряжение сигнала подавать в цепь базы, а напряжение гетеродина - в цепь эмиттера.

Характерной особенностью транзисторных преобразований частоты является то, что нелинейный режим в их работе наступает при сравнительно малых напряжениях входного сигнала (порядка 5-7 мВ). С увеличением амплитуды напряжения гетеродина, поступающего на смесительный транзистор, возрастают постоянные токи базы и коллектора последнего. На рисунке 1.17 представлена принципиальная схема транзисторного ПЧ с отдельным гетеродином.

Следует отметить, что входная и выходная проводимость транзистора в большей степени зависит от токов базы и коллекторов.

Поэтому стремление увеличить коэффициент усиления преобразователя путем увеличения напряжения гетеродина может привести к шунтированию и расстройке входного и выходного контуров ПЧ. Поэтому на практике напряжение гетеродина следует выбирать не более (0,05 - 0,15)В. На транзисторе VT 1 собран смеситель.

Колебательный контур L 1 C 1 настроен на частоту сигнала f c , выходной контур L 2 C 5 настроен на промежуточную частоту. Рисунок 1.17 – Принципиальная электрическая схема смесителя с отдельным гетеродином На транзисторе VT 2 собран гетеродин.

Основными требованиями, предъявляемыми к гетеродинам являются: обеспечение необходимой величины напряжения, постоянство амплитуды, возможность перестройки частоты.

Исходными данными для расчета ПЧ являются: - Средняя частота F c = 30 МГц; - Первая промежуточная частота F np = 12,5 МГц; - Затухание входного контура - Затухание выходного контура - нагрузкой ПЧ является 1-й каскад УПЧ, собранный на транзисторе ГТ313Б; - входная проводимость - входная емкость - преобразование должно осуществляться на 1-й гармонике частоты гетеродина.

Порядок расчета схемы: 1. Выбираем транзистор КТ315Б, который на f r =250 МГц имеет приемлемые значения параметров для заданных условий. 2. По статической характеристике транзистора [7] определяем: - максимальное напряжение на базе и напряжение коллекторного тока 3. Выбираем угол отсечки коллекторного тока Рассчитывается напряжение гетеродина и напряжение смещения на базу (1.5 6 ) где - максимальное напряжение на базе, 0,35 В; - напряжение коллекторного тока, 0,15В; (1.5 7 ) где - максимальное напряжение на базе, 0,35 В; - напряжение смещения на базу. По графику I K = f ( U БЭ ) определяем максимальное значение тока коллектора Рассчитывается среднее значение и амплитуда тока первой гармоники по формулам (1.5 8 ) где - максимальный ток коллектора, 4мА; - эквивалентное затухание, 0,4; , (1.5 9 ) где - максимальный ток коллектора, 4мА; - затухание выходного контура, 0,54; Параметры транзистора в режиме преобразования Рассчитываем элементы выходного контура ПЧ. Оптимальное значение эквивалентной емкости (1. 60 ) где - выходная проводимость, 1мСм; - затухание выходного контура; - затухание входного контура; Собственная емкость контура (1.6 1 ) где - оптимально значение эквивалентной емкости, 35 пФ; - выходная емкость, 3,6пФ; - выходная проводимость, 1мСм; входная проводимость, 3мСм; - входная емкость, 50пФ. Индуктивность контура L , мГн, определяется по формуле , (1.6 2 ) где - частота сигнала, 30 Мгц; - эквивалентная емкость, 35пФ. . Коэффициент трансформации P 2 , определяется по формуле (1.63) где - входная проводимость, 7мСм; Определяется коэффициент усиления ПЧ по формуле (1.6 4 ) где - входная проводимость, 7 мСм; - затухание выходного контура, 0,01; - затухание входного контура, 0,25. 1.4.5 Расчет усилителя промежуточной частоты 1 Принципиальная электрическая схема усилителя промежуточной частоты 1 изображена на рисунке 1.18. Рисунок 1.18 – Принципиальная электрическая схема усилителя промежуточной частоты 1 Фильтры сосредоточенной селекции из связанных колебательных контуров дают лучшую селективность по сравнению с усилителем с двумя связанными контурами в каждом каскаде (при равном числе контуров), если эквивалентное затухание удовлетворяет уравнению Для промежуточной частоты 465 кГц при эквивалентном затухании 0,01 минимально осуществимая полоса пропускания фильтра будет более 13 кГц, что ограничивает применение таких фильтров.

Фильтры с пьезокерамическими и магнитострикционными колебательными системами лишены этого недостатка, так как обладают значительно меньшим эквивалентным затуханием своих резонаторов.

Коэффициент усиления каскада с ФСС определяется формулой (1.6 5 ) где - коэффициент ослабления сигнала ФСС; Коэффициенты вычисляются по формулам: (1.6 6 ) где - входная проводимость ФСС, См; - выходная проводимость, См. (1.6 7 ) где - входная проводимость ФСС, См; - проводимость нагрузки ФСС, См. Если один или оба коэффициента окажутся больше единицы, то принимают каждый из них равным единице и из этих же уравнений вычисляют шунтирующую проводимость С ФСС обычно принимают (1.6 8 ) где - входная проводимость ФСС, См; - промежуточная частота, Гц.

Емкость этих конденсаторов должна соответствовать расчетному значению с погрешностью менее (1.6 9 ) где - входная проводимость ФСС. (1. 70 ) где (1.7 1 ) где - промежуточная частота, Гц. (1.7 2 ) где Рассчитаем выходные параметры преобразователя частоты типа ФСС обеспечивающий полосу пропускания 20 МГц при промежуточной частоте 12,5МГц на транзисторе ГТ313Б в рабочей точке В следующем каскаде применим транзистор ГТ308В ( и Проверим выполнение неравенства Находим параметр Определим Что бы иметь возможно больший коэффициент усиления каскада, примем Из и Получаем Для Коэффициент усиления каскада вычисляют по формуле что допустимо.

Положим собственную емкость катушек равной 2пФ, тогда емкость конденсатора равна (1.7 3 ) Емкости конденсаторов второго и третьего контуров будет равна 85пФ. По таблице выбираем конденсатор типа КПК-2 емкостью 6-60 пФ для 1 и 4-го контуров емкостью 10-100 пФ для второго и третьего. 1.4.6 Расчет блока смесителя Принципиальная электрическая схема смесителя представлена на рисунке 1.19. Рисунок 1.19 – Принципиальная электрическая схема смесителя При расчете задается промежуточная частота и диапазон рабочих частот.

Определяется полоса пропускания тракта промежуточной частоты - При расчете каскада уточняется режим работы прибора, и вычисляются параметры элементов схемы, обеспечивающие его, выбирается метод сопряжения настройки гетеродинного контура и рассчитываются его элементы, выбирается схема стабилизации режима работы электронных приборов, рассчитываются параметры всех ее элементов. Диоды Д9В ( Приемники, подводящие к диодам напряжение гетеродина равным 0,25В. По соответствующему рисунку находим Внутренняя проводимость диодов по формуле (1.7 4 ) где - табличный статистический коэффициент, 0,9; - пересчетный коэффициент, 25 1/В 2 . Входная и выходная проводимость диодов, См, определяется по формуле (1.7 5 ) где - проводимость, 33833,8 мкСм; Индуктивности (1.7 6 ) где Коэффициенты связи для наименьшей проводимости контура . При максимальной частоте он имеет вид (1.7 7 ) где - проводимость связи, 6мкСм; - проводимость контура, 0,0015 См ; (1.7 8 ) где - проходная проводимость, 28мкСм; - проводимость контура, 0,0015 См ; Коэффициент связи между гетеродином и катушкой вычисляем по формуле (1.7 9 ) где - напряжение, 0,25В; - напряжение коллектор-эмиттер, 4В. что выполнимо при выбранном типе катушек.

Коэффициент трансформации (1. 80 ) где - проводимость контура, 0,9; - коэффициент преобразования, 0,273. 1.4.7 Расчет блока усилителя промежуточной частоты 2 Для расчета однокаскадного усилителя промежуточной частоты на транзисторе нам потребуются следующие исходные данные: - собственное затухание контура УПЧ - граничные частоты диапазона - полоса пропускания - промежуточная частота - избирательность УПЧ по соседнему каналу Принципиальная электрическая схема усилителя промежуточной частоты 2 изображена на рисунке 1.20 Рисунок 1.20 - Принципиальная электрическая схема усилителя промежуточной частоты 2 На основании справочных данных выбираем для УПЧ2 транзистор типа ГТ308А. В рабочем диапазоне частот параметры транзистора можно считать частотно-независимыми и при тока коллектора и напряжении коллектор-эмиттер По таблице 1.7 определяем граничные значения емкости переменных конденсаторов.

Таблица 1.7 – Граничные значения емкостей переменных конденсаторов

	,3	0,3 – 1,5	1,5 – 6,0	6,0 – 30,0	> 30,0
	450 – 750	250 – 500	150 – 250	50 – 150	30 – 50
	12 – 25	10 – 15	8 – 12	6 – 10	3 – 7

Рассчитываем резонансный коэффициент усиления каскада УПЧ2 на максимальной частоте поддиапазона (1.9 5 ) где - коэффициент трансформации0,81; (1.9 6 ) Находим емкость подстроечного конденсатора (1.9 7 ) где - собственная емкость катушки контура, Так как и включаем в контур конденсатор постоянной емкости 1.4.8 Расчет частотного детектора Принципиальная электрическая схема частотного детектора изображена на рисунке 1.21. Рисунок 1.21 - Принципиальная электрическая схема частотного детектора Исходные данные для расчета: - эквивалентное затухание контура УПЧ - собственное затухание контура УПЧ - промежуточная частота приемника - низшая частота модуляции - высшая частота модуляции. - максимальный индекс частной модуляции - крутизна характеристики транзистора выходного каскада УПЧ - индуктивности катушек фильтра выходного каскада УПЧ - нагрузкой детектора является вход УЗЧ на транзисторе КТ215Г с параметрами - выходное сопротивление транзистора выходного каскада УПЧ По справочным данным выберем полупроводниковые диоды типа Д9Б с параметрами: Необходимая величина обобщенного коэффициен та связи, обеспечивающая линейный участок характеристики детектора (1.9 8 ) где максимальный индекс частной модуляции, 7; - высшая частота модуляции, - эквивалентное затухание контура УПЧ, - собственное затухание контура УПЧ, Требуемое входное сопротивление детектора, обеспечивающее заданное затухание второго контура при полном подключении к нему диодов (1.9 9 ) где - промежуточная частота, 30 МГц; - затухание входного контура УПЧ, - затухание выходного контура, 0,01. Принимаем R вхд =3,3 кОм, ОЛМ-0,125-510 Ом +/-5% Необходимое сопротивление нагрузки детектора (1. 100 ) Принимаем R 3,4 =7,5 кОм, ОЛМ-0,125-510 Ом +/-5% Коэффициент подключения детектора и транзистора к первому контуру из условия обеспечения выравнивания добротностей контуров фильтра УПЧ m 1 , определяется по формуле (1.10 1 ) Коэффициент связи между катушками фильтра УПЧ по формуле (1.10 2 ) где - высшая частота модуляции, - сопротивление нагрузки, 7,2 кОм. Ёмкости конденсаторов, шунтирующих сопротивления нагрузки детектора из условия обеспечения минимальных нелинейных искажений, обусловленных инерционностью детектора на высшей частоте модуляции Угол отсечки тока диода (1.10 3 ) где - сопротивление нагрузки, 7,2 кОм. Крутизна характеристики детектора (1.10 4 ) где - синус угла отсечки диода, 0,17 Внутреннее сопротивление детектора (1.10 5 ) Коэффициент передачи детектора (1.10 6 ) Эквивалентное сопротивление контура фильтра УПЧ (1.10 7 ) где - промежуточная частота, 465 кГц; - эквивалентное затухание контура УПЧ, Общий коэффициент передачи детектора с учетом усиления выходного каскада УПЧ (1.10 8 ) где - сопротивление эмиттера, 5,2 кОм; - коэффициент передачи детектора, 0,9; - выходная характеристика. Емкость конденсатора связи (1.10 9 ) где - промежуточная частота, 30 МГц; - сопротивление эмиттера, 5,2 кОм. Величину дросселя Емкость разделительного конденсатора (1.1 10 ) Выберем по ГОСТу 1.4.9 Расчёт схемы усилителя звуковой частоты Принципиальная электрическая схема усилителя звуковой частоты представлена на рисунке 1.22 Рисунок 1.22 Принципиальная электрическая схема усилителя звуковой частоты Исходные данные для расчёта: - полоса рабочих частот - допустимый коэффициент частотных искажений - максимально допустимая температура - напряжение источника питания - амплитуда переменного тока и напряжения на нагрузке - сопротивление нагрузки - емкость нагрузки - режим усиления класса «А». Выбор транзистора Транзистор выбираем по следующим максимальным показателям: По электрической прочности: По предельной частоте усиления Предельно допустимая частота усиления должна быть возьмем транзистор КТ215Г. Для него Температура среды должна не превышать максимально допустимой температуры транзистора По всем перечисленным предельным параметрам выбранный мной транзистор удовлетворяет условиям.

Параметры транзистора записываем в таблицу 1.8 Таблица 1.8 – Параметры транзистора КТ215Г

Тип транзистора, структура	В	м A	мкА	мВт	МГц		пФ
КТ215Г n-p-n	40	5 0		50	5	40…120	50	-40…+85

Значения коэффициентов усиления для различных типов антенн, применяемые в УКВ радиосвязи, и величины коэффициентов полезного действия (КПД) фидеров приведены в таблице 1.9. Таблица 1.9 - Значения коэффициентов усиления для различных типов антенн

Тип антенны
Штырь 1,5 м	0	0,6
Штырь 4 м (на автомобиле)	2	0,8

Множитель определяется по формуле (1.12 5 ) где - длина рабочей волны, 7,5м, - протяженность трассы радиосвязи, 80000 м . Множитель зависит от протяженности трассы d , высоты подъема антенны Н, длины волны и электрических параметров почвы (величины диэлектрической постоянной и проводимости На рисунке 1.23 приведены зависимости Рисунок 1.23 – Зависимость W p от дальности связи По рисунку 1.23 принимаем Дополнительный множитель Используя график 1.24 можно определить величину дополнительного затухания для требуемой вероятности по местоположению П[%] на данной частоте связи f . При этом следует иметь ввиду, что для обеспечения вероятности по местоположению П=50% (т.е. радиосвязь с достоверностью приема сигналов не хуже заданной на данном расстоянии от передатчика возможна лишь в 50% пунктов на местности) множитель Рисунок 1.24 – Зависимость По рисунку 1.24 определяем значение множителя (при П=99,9%) Если радиостанции развернуты не на открытой местности, а в лесу, то следует также учесть дополнительные потери Согласно экспериментальным данным, при расположении одного из корреспондентов в лесу с лиственным покровом Принимаем Множитель характеризует ослабление УКВ сигналов за счет замираний, возникающих на открытых трассах большой протяженности ( d > 30 км ) вследствие временных изменений атмосферной рефракции.

Величину обычно определяют по эмпирическим зависимостям На рисунке 1.25 представлены графики f =30 МГц. Рисунок 1.25 – Зависимотсь Принимаем Подставив полученные значения в выражение и получим значение суммарного затухания на трассе. 3. Если при заданных требованиях достоверности приема сигналов (качеству связи) известна величина соответствующей минимально необходимой мощности сигнала на входе приемника где - мощность сигнала на входе приемника радиолинии или с учетом, что (1.12 6 ) Вводя понятие энергетического потенциала радиолинии (1.12 7 ) где М – величина, равная отношению мощности сигнала на входе приемника (без учета ослабления на трассе) к минимально необходимой мощности сигнала на входе приемника. Условие достоверного приема сигналов можно представить в виде (1.12 8 ) - условие выполняется. Так как ослабление на трассе в общем случае является случайной величиной, то эффективность УКВ радиосвязи можно количественно оценить вероятностью связи не хуже заданной: (1.12 9 ) Данное условие выполняется, значит, вероятность связи равна 1. 1.5 Описание конструкции разработанного устройства Принципиальная электрическая схема радиоприемного устройства представлена на рисунке 1.23. Спецификация к принципиальной электрической схеме представлена в приложении (см.

Приложение А) Конструкция РПУ выполнена в виде отдельного блока, который состоит из корпуса и типовых элементов замены, которые включают в себя отдельные субблоки станции: платы входной цепи, УРЧ, гетеродина, смесителя, УПЧ1, ЦПЧ2, ЧД и УЗЧ, а также плату высокостабильного источника питания и блока питания. Сам корпус находится на амортизационной раме. С правой стороны от мест выемки тезов располагаются органы переключения установки частоты, переключатель режима работы, а также устройство контроля исправности блоков, переключатель подключения антенны.

Радиоприемник функционирует следующим образом: входная цепь осуществляет передачу радиочастотного сигнала с антенно-фидерной системы ко входу первого каскаду усиления радиоприемника, в нашем случае это усилитель радиочастоты. Также входная цепь обеспечивает необходимую избирательность радиоприемника по зеркальному каналу и по каналу промежуточной частоты, осуществляет предварительную фильтрацию помех.

Усилитель радиочастоты осуществляет усиление принимаемого сигнала на его несущей частоте, без предварительного преобразования. УРЧ предназначен для уменьшения коэффициента шума приемника с целью достижения заданной чувствительности, усиление принимаемого сигнала до уровня, обеспечивающего качественной функционирование последующих каскадов. Далее сигнал, усиленный усилителем радиочастоты, поступает на вход преобразователя частоты, который осуществляет перенос полосы радиочастот, занимаемой сигналом, в другую часть частотного спектра, т.е выделяет первую промежуточную частоту (12,5 МГц) путем вычитания из несущей частоты, частоты гетеродина 1, которая меняется в диапазоне от 7,5 до 27,5 МГц, потом она поступает на усилитель промежуточной частоты 1, в котором сигнал усиливается до необходимого уровня. Затем усиленный сигнал с частотой 12,5 МГц поступает на вход смесителя 2, где происходит выделение второй промежуточной частоты путем вычитания из первой промежуточной частоты, постоянной частоты кварцевого автогенератора равной 12,035 МГц. Далее сигнал с частотой 465 кГц поступает на вход усилителя промежуточной частоты 2, в котором он усиливается до величины, необходимой для нормальной работы детектора. Кроме задачи усиления сигнала, УПЧ предназначен также для обеспечения избирательности по соседнему каналу. В детекторе происходит детектирование частоты, которая поступает на усилитель звуковой частоты, а затем на оконечное устройство. Рисунок 1.23 – Принципиальная электрическая схема радиоприемного устройства Далее сигнал, усиленный усилителем радиочастоты, поступает на вход преобразователя частоты, который осуществляет перенос полосы радиочастот, занимаемой сигналом, в другую часть частотного спектра, т.е выделяет первую промежуточную частоту (12,5 МГц) путем вычитания из несущей частоты, частоты гетеродина 1, которая меняется в диапазоне от 7,5 до 27,5 МГц, потом она поступает на усилитель промежуточной частоты 1, в котором сигнал усиливается до необходимого уровня. Затем усиленный сигнал с частотой 12,5 МГц поступает на вход смесителя 2, где происходит выделение второй промежуточной частоты путем вычитания из первой промежуточной частоты, постоянной частоты кварцевого автогенератора равной 12,035 МГц. Далее сигнал с частотой 465 кГц поступает на вход усилителя промежуточной частоты 2, в котором он усиливается до величины, необходимой для нормальной работы детектора. Кроме задачи усиления сигнала, УПЧ предназначен также для обеспечения избирательности по соседнему каналу. В детекторе происходит детектирование частоты, которая поступает на усилитель звуковой частоты, а затем на оконечное устройство. 1.7 Выводы В ходе проектирования радиоприемного устройства для информационно-измерительной системы автомобиля был произведен анализ схем построения радиоприемных трактов.

Осуществлен патентный поиск. По итогам патентного поиска была выбрана и обоснована функциональная схема РПУ, которая имеет двойное преобразование частоты.

Выбраны номиналы промежуточных частот таким образом, чтобы помеха по зеркальному каналу была наименьшей.

Произведен расчет основных элементов принципиальной схемы радиоприемника. Во входной цепи рассчитан коэффициент передачи В УРЧ рассчитаны коэффициент усиления и параметры ЭРЭ. Проведен расчет автогенератора по постоянному и переменному токам. При расчет ПЧ1 проведены расчеты входного и выходного контуров, коэффициент трансформации Коэффициент усиления каскада УПЧ1 Коэффициент трансформации смесителя Резонансный коэффициент усиления каскада УПЧ2 При расчете детектора рассчитан коэффициент подключения детектора 2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 2.1 Анализ технологичности конструкции устройства Технологичной называют конструкцию, которая , отвечая всем требованиям по эксплуатации , обеспечивает и изготовление (в конкретных условиях производства) с оптимальными затратами времени, труда и материалов, при использовании наиболее прогрессивных, экономически оправданных методов производства с применением средств механизации и автоматизации, при сохранении или улучшении требуемого качества продукции (ГОСТ 14.201-83) [17]. Технологичность конструкции различают производственную, эксплуатационную, ремонтную и технологичность при техническом обслуживании, технологичность детали и сборочной единицы, а также технологичность конструкции по процессу изготовления, форме поверхности, размерам и материалам.

Отработка конструкции РЭА на технологичность предполагает выполнение следующих взаимосвязанных задач: - обеспечение технологичности конструкции РЭА; - управление уровнем технологичности РЭА на стадии разработки конструкторской документации (КД). Обеспечение технологичности конструкции РЭА – функция подготовки производства, предусматривающая взаимосвязанные решения конструкторских и технологических задач на стадии проектирования, конструирования, ТПП, изготовления, испытания опытных образцов, переданных на повышение производительности труда, достижение оптимальных трудовых и материальных затрат, сокращение времени на производство, техническое обслуживание и ремонт изделия. Для проведения целенаправленной систематической работы по повышению технологичности конструкции РЭА необходимо уметь оценивать уровень технологичности.

Различают качественные и количественные показатели технологичности РЭА: 1) качественная оценка - надежность; - рациональность компоновки; - простота конструкторских решений; - удобство монтажа и регулировки; - эксплуатационная пригодность; - ремонтои контроле-пригодность; - взаимозаменяемость; - эргономика и экология. 2) количественная оценка а) общие показатели - трудоемкость; - себестоимость. б) частные показатели (ГОСТ 14.201-83 [17], ГОСТ 14.202-83 [18], ГОСТ 14.203-83 [19]) 2.1.1 Качественная оценка технологичности Качественная оценка технологичности РЭА – это сопоставление элементов конструкции с рекомендуемыми.

Качественные показатели, как правило, используют на ранних этапах разработки, конструирования и конструкторско-технологической обработки КД. Важной качественной характеристикой является рациональность компоновки. В процессе компоновки прорабатываются структура прибора, его размеры, размер его узлов.

Завершается процесс компоновки разработкой комплекса КД на прибор.

Распределение элементов производят с учетом основных критериев: - минимальная длина связей между элементами; - размерность расположения элементов на плате.

Первый шаг: выделяют сильно греющиеся элементы и располагают их ближе к краю и дальше друг от друга для уменьшения влияния на тепловой режим других элементов. Так же элементы, имеющие значительные вес и габариты, устанавливают вблизи мест закрепления платы с целью уменьшения амплитуды вибрации платы.

Второй шаг: в ближайшую позицию к каждому установленному элементу будут помещаться те элементы, которые имеют максимальное число связей с ним.

Третий шаг: устанавливаются следующие элементы, имеющие максимальное число связей с уже установленными.

Четвертый шаг: улучшение начального размещения с целью достижения минимального значения длины связей.

Важной качественной характеристикой является надежность. На плате разъемные и неразъемные соединения являются в монтажной цепи критическими местами в отношении надежности.

Количественно надежность характеризуется: интенсивностью отказов, временем безотказной работы, периодом нормальной эксплуатации.

Поэтому на этапе проектирования было уделено большое внимание обеспечению и прогнозированию надежности.

Применение полупроводниковых приборов в схемах регулирования напряжения позволило создать регулятор напряжения для генераторов большой мощности. В таких регуляторах нет ни контактов, ни пружин, в них полностью отсутствуют подвижные изнашивающиеся детали.

Надежность бесконтактно-транзисторного регулятора напряжения стоит на высоком уровне, так как величина вероятности безотказной работы составляет 0,96 на десятки тысяч часов работы. Кроме того, он обладает высокой виброустойчивостью и вибропрочностью и не нуждается в периодической регулировке в процессе эксплуатации.

Конструкция разработанного регулятора напряжения скомпонована рационально, в частности, электрорадиоэлементы размещены равномерно по площади печатной платы с учетом минимально допустимых расстояний между ними и их тепловых характеристик.

Приведенные доводы убеждают в технологичности прибора с качественной точки зрения. 2.1.2 Количественная оценка Количественная оценка состоит в определении комплексного показателя технологичности и сравнения его с нормативами для определенного типа устройств с учетом серийности.

Таблица 2.1 - Расчет частных показателей комплексного показателя технологичности изготовления усилителя радиочастоты

Таблица 2.2 – Нормативный показатель технологичности для РЭА

Данный усилитель предполагается производить по технологии навесного монтажа и пайки волной припоя.

Промышленное освоение новых материалов, полупроводниковых приборов и технологических процессов способствовало бурному развитию техники печатных плат.

Печатные платы имеют большие конструктивные преимущества, прежде всего это компактность изделий автотракторного электрооборудования, малая масса.

Наряду с преимуществами им присущи и определенные недостатки, такие как высокая чувствительность к ударам и вибрациям, плохая ремонтопригодность и некоторые другие.

Печатная плата представляет собой пластину из изоляционного материала, на поверхность которой нанесены участки токопроводящего рисунка, определенного конструкторским чертежом. Две основные функции печатных плат - это механическая основа для крепления радиоэлементов и их коммутация. В изделиях автотракторного электрооборудования применяются два типа печатных плат - односторонние и двусторонние.

Производство односторонних печатных плат более дешево. В моем дипломном проекте для проектируемого усилителя радиочастоты была разработана односторонняя печатная плата.

Применяемые сегодня на производстве технологии сборки односторонних печатных плат позволяют получить высокое качество изготовления приборов автотракторной электроники.

Разработанная печатная плата адаптирована к современным технологическим процессам на производстве.

Печатная плата с навесными элементами называется печатным узлом. В данном дипломном проекте был разработан технологический процесс сборки печатного узла проектируемого регулятора напряжения, включающий в себя 12 основных операций: облуживание паяльных поверхностей, гибка выводов, формовка, комплектование, маркирование, установка, пайка, промывка, контроль, настройка, пайка тепловым контактом и ремонт. В каждой операции используется оборудование и приспособление, выполняющее определенные функции.

Оборудование служит для преобразования энергии, к примеру, для преобразования электрической энергии в тепловую.

Приспособление нужно для обеспечения заданного положения детали.

Например, в операции пайки в качестве оборудования используется автоматическая линия для пайки, а также термометр, в качестве приспособления - рабочий стол, на котором происходит сама операция, и тара, куда укладывается готовая продукция, В операции установки радиоэлементов используется антистатический браслет и антистатическая пластина, служащие для снятия зарядов статического электричества, которые неизбежно накапливаются в процессе установки радиодеталей на плату; кроме того, в этой операции в качестве приспособления используется пинцет, которым захватываются устанавливаемые радиоэлементы и бокорезы - инструмент, используемый для отрезания излишков выводов радиоэлементов после установки их на плату. Таким образом, разработанный технологический процесс представляет собой систему взаимосвязанных действий по получению готовой продукции - печатного узла для последующей его установки в усилитель радиочастоты. 2.2.2 Выбор вида технологического процесса Технологические процессы классифицируются: 1) По методу разработки и применения: - единичные; - типовые; - групповые. 2) По назначению: - рабочие; - перспективные. 3) По степени детализации технологических документов: - маршрутные; - операционные; - маршрутно-операционные. В качестве вида ТП сборки и монтажа платы усилителя радиочастоты был выбран рабочий типовой маршрутно-операционный ТП. В соответствии с ГОСТ 14.301-83 [20], типовой технологический процесс разрабатывается для изготовления в конкретных производственных условиях типового представителя группы изделий, обладающих общими конструктивно-технологическими признаками. К типовому представителю группы изделий относят изделие, обработка которого требует наибольшего количества основных и вспомогательных операций, характерных для изделий, входящих в эту группу.

Типовой ТП применяется как информационная основа при разработке рабочего ТП. Рабочий ТП применяется для изготовления конкретного изделия в соответствии с требованиями рабочей технической документации. По степени детализации технологических документов выбран маршрутно-операционный технологический процесс, т.к. производство серийное, он позволяет отдельные операции описывать без переходов и режимов, при описании остальных операций с переходами и режимами. Любой техпроцесс, в том числе и маршрутно-операционный, состоит из операций, а операции из переходов.

Операция – это законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте, одним или группой рабочих, а так же в условиях безлюдной технологии.

Переход – это часть операции, характеризующаяся постоянством применяемого инструмента и поверхностей, образуемых обработкой или соединением при сборке.

Маршрутно-операционные карты (ГОСТ 31.118-82 форма 1 и 1б) заполняются определенным образом. Слева ставится шифр вида текста: - А – номер и наименование операции; - Б – оборудование; - О – операция (переход); - Т – приспособление, инструмент; - Р – режим (температура, время, усилие и т. д.). Справа на всю строку идет текст, соответствующий шифру. 2.2.3 Технологический процесс сборки усилителя радиочастоты Перечень операций технологического процесса сборки регулятора напряжения представлен в таблице 2.3. Таблица 2.3 Технологический процесс сборки усилителя радиочастоты

Определение и назначение режимов обработки ведется одновременно с оформлением операционных карт (маршрутно-операционных карт), и в дальнейшем режимы используются для нормирования технологических операций. Трудоёмкость изготовления деталей находится в прямой связи с режимами обработки.

Поэтому на основе методик и стандартов по расчету режимов обработки определяются оптимальные значения режимов. При назначении режимов следует ориентироваться на прогрессивные методы обработки и возможности оборудования. В технологические карты заносятся значения режимов, обеспечиваемые оборудованием, для чего рассчитанные режимы сверяют с паспортом оборудования и выбирают ближайшее меньшее число (если режимы изменяются дискретно). Подготовка электрорадиоэлементов включает рихтовку, зачистку, формовку, обрезку и лужение проводов, размещение компонентов в технологической таре в количестве, достаточном для выполнения производственного задания.

Рихтовка необходима для выпрямления контактов электрорадиоэлементов, которые были (или могли быть) деформированы на предыдущей операции входного контроля или во время транспортировки с завода-изготовителя или внутри цеха, а так же для обеспечения заданного размера выводов.

Операции формовка и обрезка необходимы для задания выводам электрорадиоэлементов определённой формы, чтобы обеспечивалась их установка на печатную плату, а так же фиксация электрорадиоэлементов в монтажных отверстиях.

Рихтовка, формовка, зачистка и обрезка выводов конденсаторов, диодов и транзисторов осуществляются на групповой технологической оснастке, представляющей собой штамп (формующий и отрезающий) с пневматическим приводом и набором сменных элементов.

Производительность автоматического оборудования для комплексной подготовки электрорадиоэлементов составляет 50 эл/мин.

Рихтовка и формовка резисторов осуществляется на гибочном отдельном штампе. Для платы регулятора напряжения применим одноступенчатый технологический процесс пайки. Выбор припоя для пайки платы выполнен на основе анализа характеристик ряда припоев.

Припой ПОС 63 имеет более высокие характеристики растекания, однако он менее освоен на предприятиях радиопромышленности, чем припой ПОС 61. Припой ПОС 61 обладает хорошей жидкотекучестью, смачивает поверхности соединяемых материалов, растекаясь по ним, проникает в узкие зазоры и образовывает с соединяемыми материалами сплав, обеспечивающий прочную связь в зоне спая. Для пайки платы примем припой ПОС 61. Для улучшения паяемости электрорадиоэлементов к контактным площадкам их выводы облуживают припоем. При лужении происходит соединение припоя с основным металлом, что обеспечивает лучшую пайку при сборке.

Процессы лужения выполняются вручную электропаяльниками (лужение монтажных проводов, шнуров) и механизированным способом.

Характеристиками режима пайки являются температура и время пайки.

Температура пайки может быть вычислена с помощью формулы (2.2) где – температура пайки; – температура плавления. (2.3) где – температура паяльника.

Рассчитаем температуру паяльника для припоя ПОС 61 по формуле (2.4) (2.5) Температура для автоматической пайки волной припоя рассчитывается по формуле (2.6) Таким образом, температура жала паяльника не должна превышать 283 ° С. Оптимальный диапазон температур t =250±10°С. Так как в устройстве применяются полупроводниковые электрорадиоэлементы, то выбираем следующие оптимальные параметры режимов и марки присадочных материалов: марка флюса ФКТ, припой ПОС 61 (Т пл = 183 С), температура лужения 240…245 С. Флюс марки ФКТ обладает следующими свойствами: 1) очищает поверхность деталей и припоя от присутствующих на них окислов и защищает паяемое соединение от воздействия окружающей среды во время пайки; 2) способствует смачиванию поверхности деталей расплавленным припоем; 3) сохраняет свои свойства и не меняет своего состава от нагрева при пайке. По температурному интервалу активности (150…300 ° С) флюс ФКТ (ГОСТ 19250-73 [21]) относится к низкотемпературным. Для установки пайки волной припоя основными режимами являются: высота волны припоя и флюса, форма волны, скорость конвейера, температура припоя, температура подсушки и подогрева платы перед пайкой. Так как проектируемое устройство содержит полупроводниковые элементы, то температура подсушки флюса составляет 60…70 ° С. Температура подогрева платы – 60…80 С. Это вызвано следующими соображениями: при соприкосновении жидкого флюсующего состава с расплавленным припоем происходит бурное вскипание растворителя с образованием значительного количества газов и паров, которые оттесняют расплавленный припой от зоны пайки и приводят к пористости монтажных соединений. Эти температуры косвенно зависят от скорости движения конвейера. При увеличении скорости движения конвейера увеличивается производительность, но уменьшается время пайки, а при этом уменьшается фактическая температура подогрева платы и время подсушки флюса.

Уменьшение скорости конвейера ведет к обратным последствиям. Таким образом, оптимальная скорость движения конвейера определяется (2.7) где L = 40 мм – длина волны припоя; N = 1 – число каналов; Т ф = 3 с – фактическое время пайки. Скорость движения конвейера составляет 0,8 м/мин. Время пайки, кроме того, зависит от толщины и длины платы, ширины гребня волны припоя, контактирующей с поверхностью платы, то есть от формы волны припоя.

Режимы для групповой пайки выбирались по ГОСТ 21930-76 [22] 1) температура припоя ПОС 61: 240…250 ° С; 2) угол входа и выхода движения платы: 8…10 ° ; 3) форма волны со вторичной волной (для удаления остатков припоя и “сосулек”); 4) скорость движения: 0,8 м/мин; 5) время нахождения вывода электрорадиоэлемента в припое: 1,25 с. Для ручной пайки проволоки и операции допайки используется припой ПОС 61 (температура паяльника рассчитана ранее). Время допайки для полупроводниковых приборов составляет не более с, не менее 5 с перерыв между пайками (если воздействуем на одном месте), для остальных элементов При воздействии на чувствительные элементы ставится теплоотвод (например, пинцет). Пайка припоем ПОС 61, как говорилось ранее, выполняется с канифольным флюсом.

Известно, что флюс для низкотемпературной пайки должен иметь температуру плавления на 20…30 ° С меньше, чем припой. Для реализации необходимого условия флюсовой пайки в канифоль добавляют активаторы. Одним из активных флюсов является композиция ФКТ, температура работы которого составляет 130…300 ° С. Флюс состоит из (% по массе): - канифоль сосновая марки А и Б: 10,00…20,00; - трибутилфосфат: 0,01…0,10; - этиловый спирт: 89,89…76,90. Так как флюс ФКТ содержит смолы, то снятие его остатков осуществляется спирто-бензиновой смесью при комнатной температуре. В процессе сборки и монтажа печатные платы часто подвергаются воздействию влаги (промывка от флюса, нанесение лакового покрытия). Для ускорения процесса сушки применяется воздушная сушка в сушильном шкафу. После промывки операция сушки проводится без применения каких-либо специальных устройств: время сушки 10…15 мин., температура сушки t = 20…30 ° С. Таким образом, мы обосновали все режимы обработки изделия в технологическом процессе сборки и монтажа. Выбор метода изготовления печатных плат Все многообразие методов изготовления печатных плат представлено на рисунке 2.1. Рисунок 2.1- Классификация методов изготовления печатных плат Методом изготовления печатный платы усилителя радиочастоты выбран субтрактивный химический метод, который применяется при изготовлении односторонних печатных плат, гибких печатных кабелей.

Сущность: травление фольги по изображению с непроводящих участков.

Достоинства: простота изготовления, высокая разрешающая способность.

Недостатки: нет металлизации отверстий, эффект подтравливания.

Травление - это окислительно-восстановительный процесс, применяемый для удаления меди с непроводящих участков.

Проводящий рисунок защищен краской, фоторезистом, сплавом олово-свинец и др.

Применяют травильный раствор на основе хлорного железа РеС1 2 или хлорной меди СиС1 2 , если защита - краска или фоторезист; персульфат аммония (NН2) 2 S 2О8, если защита - сплав олова со свинцом, перекись водорода, если защита - никель.

Скорость травления 40 мкм/мин с последующим снижением до 5 мкм/мин.

Среднее время процесса - 10 - 30 мин.

Протравленные платы немедленно промывают протечной, горячей, холодной, затем сушат. При изготовлении печатных плат химическим субтрактивным методом осуществляется: 1. Нарезка заготовок. 2. Получение базовых отверстий. 3. Получение рисунка схемы - нанесение маски для защиты будущих проводников и контактных площадок. 4. Травление меди с проблемных мест. 5. Удаление защитной маски. 6. Образование необходимых монтажных и технологических отверстий. 7. Обработка платы по контуру (штамповка, фрезеровка). 8. Маркировка. 9. Нанесение защитного покрытия. 10. Контроль.

Односторонние печатные платы изготавливают чаще всего на одностороннем фольгированном диэлектрике субтрактивным химическим методом (рисунок 2.2). Минимальную ширину проводников определяют из условия достаточного сцепления проводников с диэлектриком. 1- диэлектрическое основание; 2- медная фольга ( h ф. - толщина фольги); 3 - защитный слой (фоторезист, краска); t - ширина проводника; t 1 - эффективная ширина проводника; t Ш - величина в фотоальбоме; авеличина подтравливания; а1- величина уменьшения сцепления.

Рисунок 2.2 - Технология травления фольгированного гетинакса 2.5 Выводы При проведении количественной оценки технологичности РЭА сделан вывод, что рассматриваемая плата усилителя радиочастоты является технологичной для серийного производства.

Технологический процесс производства разработанного усилителя радиочастоты выбран с учётом рассмотренных технологий производства других, аналогичных, освоенных производством усилителей радиочастоты.

Данный усилитель предполагается производить по технологии навесного монтажа и пайки волной припоя. В качестве вида ТП сборки и монтажа платы усилителя радиочастоты был выбран рабочий типовой маршрутно-операционный ТП . Методом изготовления печатной платы выбран субтрактивный химический метод, указаны его достоинства и недостатки. 3 Организационно-экономический раздел 3.1 Планирование технической подготовки производства радиоприемного устройства для информационно-измерительной системы автомобиля с разработкой календарного графика 3.1.1 Содержание стадий технической подготовки производства Техническая подготовка производства – совокупность взаимосвязанных процессов, обеспечивающих конструктивную и технологическую готовность предприятия к выпуску разрабатываемой системы диагностирования автомобиля.

Техническая подготовка производства включает в себя: – конструкторскую подготовку производства (КПП) ; – технологическую подготовку производства (ТПП) ; – организационную подготовку производства (ОПП). 3.1.2 Конструкторская подготовка производства Конструкторская подготовка производства (КПП) – совокупность процессов конструирования новых изделий, разработка конструкторской документации, ее корректировка и испытание опытных и новых изделий. КПП состоит из следующих стадий: – техническое задание; – техническое предложение; – эскизный проект; – разработка рабочей документации. 3.1.2.1 Определение трудоемкости разработки рабочей документации 1. Определение числа чертежных листов и текстовой документации, приведенных к формату А4. Расчет числа чертежных листов и текстовой документации (количество листов взято приблизительно), приведенных к формату А4 показан в таблице 3.1 Таблица 3.1 - Расчет числа чертежных листов

Чертежи разрабатываемой конструкции функционального узла относятся ко 1-ой группе сложности (простые радиотехнические и электромеханические узлы и блоки на базе типовых унифицированных конструкций) и к группе новизны Н-2 (конструкции, воспроизводящие существующие изделия с конструктивной и размерной переработкой отдельных блоков, узлов, деталей и элементов (заимствован принцип)). Текстовая техническая документация относится ко 1-ой группе сложности (простые радиотехнические и электромеханические узлы и блоки на базе типовых унифицированных конструкций) и группе новизны Н-1(конструкции, модифицирующие существующие изделия новыми кон структивными размерами и соблюдением идентичности решения задач изделием (заимствован принцип и конструктивная часть разработки ) . Общая трудоемкость разработки рабочей документации (нормо-часы или н-ч) (3.1) где l i – число листов, приведенных к формату А4, шт.; t i – трудоемкость, н-ч.

Результаты расчета трудоемкости сведены в таблицу 3.2. Таблица 3.2 - Результаты расчета трудоемкости

Приняты следующие коэффициенты усложнения по отдельным признакам сложности функционального узла с учетом практического опыта: К изд =1,2 – тип аппаратуры – специальная гражданская и наземная ; К сх.эл =1,2 – схема электрическая (11-10 каскадов); К кон =1 – для наибольшей конструктивной переработки; k tex =1 – для типовой технологии; К р.н =1,2 – регулировка и настройка заводская; К исп =1,2 – вид испытаний – заводской стендовый. Средняя норма проверки нормоконтролером технических документов в листах, приведенных к формату А4, за восьмичасовой рабочий день составляет 30 листов оригиналов и 60 листов подлинников (ГОСТ 2.111-68)[23] (3.4) Результаты определения трудоемкости стадий КПП сведены в таблицу 3.3. Суммарная трудоемкость КПП функционального узла: Т КПП =1297,42 н-ч.

Таблица 3.3 - Результаты определения трудоемкости

Группа сложности зависит от количества условных (приведенных) размеров. Она определена путем сложения общего количества размеров детали, которые необходимо выдержать при обработке.

Проектируемый функциональный узел имеет девять оригинальных деталей (таблица 3.4). (3.5) где - число размеров. выполненных по третьему классу точности (7 квалитет); Таблица 3.4 - Количество наименований оригинальных деталей

Результаты определения трудоемкости разработки технологической документации на механическую обработку деталей сведены в таблицу 3.5 Таблица 3.5 - Результаты определения трудоемкости

Составление сетевого графика произведено в следующей последовательности: – определен перечень событий и работ; – построен сетевой график; – рассчитаны параметры сетевого графика; – произведен анализ сетевого графика и его оптимизация. При расчете сетевой модели графическим методом определены следующие параметры: 1) t pi – ранний из возможных сроков наступления события i; 2) t pj – ранний из возможных сроков наступления события j; 3) t п i – поздний из допустимых сроков наступления i; 4) t п j – поздний из допустимых сроков наступления j; 5) Р i – резерв времени наступления события j; 6) Р п ij – полный резерв времени работы i - j ; 7) P cij – свободный резерв времени работы i - j ; 8) продолжительность критического пути.

Ранний из возможных сроков наступления события t pi – это срок, необходимый для выполнения всех работ, предшествующих данному событию t pi = t [ L max(I-i) ], (3.9) где t - время, L max(I-i) - максимальный путь от исходного до данного события; I - исходное событие; i - данное событие.

Поздний из допустимых сроков t п i – такой срок наступления события, превышение которого вызовет задержку завершающего t пi = t [L кр ] – t [L max(i-C) ], (3.10) где L кр – длительность критического пути, L max(i-C) – максимальный путь от данного события до завершающего, С – завершающее событие.

Резерв времени события определен как разность между поздним и ранним сроками наступления события Р i = t п i – t pi . (3.11) Полный резерв времени работы – это максимальное количество времени, на которое можно увеличить продолжительность данной работы, не изменяя длительности критического пути Р п ij = t п j – t pi – Т ij , (3.12) где Т ij – длительность работы i - j . Свободный резерв времени работы – является частью полного резерва и определяется временем, на которое можно увеличить продолжительность данной работы, не изменяя сроков начала последующей работы Р cij = t п j – t pi – Т ij . (3.13) Прохождение критического пути определено от исходного события к завершающему (работа принадлежит критическому пути в том случае, если ее начальное и конечное события имеют нулевой резерв времени, и она не имеет резервов). Перечень событий и работ приведен в таблице 3.9. Построенный сетевой график технической подготовки производства функционального узла (до оптимизации) и его параметры показаны на рисунке 3.1. Рассчитанные параметры сетевого графика также приведены в таблице 3.10. В соответствии с расчетом длина критического пути составила – 93 дня. 3.1.6 Оптимизация сетевого графика После расчета сетевого графика произведена его оптимизация (упрощенный метод) за счет перераспределения исполнителей с работ подкритического пути, имеющего минимальные резервы времени, на работы критического пути, которые могут выполняться работниками тех же специальностей.

Таблица 3.9 - Порядок составления технического отчета

Коэффициент напряженности работы (пути k н ij ) – это отношение продолжительности несовпадающих (заключенных между одними и теми же событиями) отрезков пути, одним из которых является путь максимальной продолжительности, проходящий через данную работу, а другим – критический путь. Он позволяет определить степень трудности выполнения в срок каждой группы работ некритического пути. Если совпадающую с критическим путем величину отрезка пути обозначить Т L кр , длину критического пути – Т L кр , а протяженность максимального пути, проходящего через данные работы – Т L мах , то коэффициент напряженности данного пути ( 3.14 ) 1. Напряженным участком работ является путь, проходящий через работы 2-3,3-4 и 4-5. Работа 2-5 имеет свободный резерв времени.

Следовательно, с этой работы можно перевести часть исполнителей на однородную работу (2-3). На участке 2-5 занято 2 человека, на участке 2-3 – 2 человека. В этом случае трудоемкость работ Т ц ij = W pij T ij , (3.15) где W pij – количество исполнителей, Т ij – продолжительность работы в днях, Т ц(2-5) = W p (2-5) T (2-5) =2 12=24 чел.-дн., Т ц(2-3) = W p (2-3) T (2-3) =2 11=22 чел.-дн., Количество исполнителей (х), которых можно перевести с работы 2-5 на работу 2-3, увеличив продолжительность 2-5 на 3 дня: Тогда новая продолжительность (2-3) а новая продолжительность (2-5) 2. Напряженным участком работ является путь, проходящий через работы 9-11, 11-12, 12-13, 13-14 и 14-16. Работа 9-10 имеет свободный резерв времени.

Следовательно, с этой работы можно перевести часть исполнителей на однородную работу (11-12). На участке 9-10 занято 2 человека, на участке 11-12 – 1 человек. В этом случае трудоемкость работ: Т ц(9-10) = W p (9-10) T (9-10) =2 2=4 чел.-дн., Т ц(11-12) = W p (11-12) T (11-12) =1 2=2 чел.-дн., Количество исполнителей (х), которых можно перевести с работы 9-10 на работу 11-12, увеличив продолжительность 9-10 на 1 день: Тогда новая продолжительность (11-12) а новая продолжительность (9-10) 3. Напряженным участком работ является путь, проходящий через работы 13-15,15-16, но нет исполнителей, которых можно было перевести с однородных работ на этот путь.

Перечень событий и работ после оптимизации сетевого графика приведен в таблице 3.11. Сетевой график технической подготовки производства функционального узла (после оптимизации) показан на рисунке 3.2. Рассчитанные параметры сетевого графика после оптимизации приведены в таблице 3.12. В результате оптимизации удалось сократить продолжительность работ на 4 дня, т.е. на 4,3 %, т.к. новая продолжительность критического пути составила 89 дней. Таблица 3.12 - Порядок составления технического отчета

Капиталовложения в оборудование рассчитываются: (3.17) где – капиталовложения в оборудование, приобретаемое со стороны или изготавливаемое предприятием (балансовая стоимость), руб.; – затраты на энергетическое оборудование, руб.; – затраты на подъемно-транспортное оборудование, руб.; – капиталовложения в средства контроля и управления технологическим процессом, руб.

Таблица 3.14 - Перечень необходимого оборудования

Расчет затрат на сырье и основные материалы представлен в таблице 3.15. Таблица 3.15 - Расчет затрат на сырье и основные материалы

Наименование, марка	Норма расхода, кг/м/л	Цена за 1 кг/м/л, руб.	Величина отходов, кг	Цена отходов за 1 кг , руб.	Цена, руб.
Пластмасса	0,10	130	0,016	60	13,00
Стеклотекстолит	0,02	550	0,001	50	10,45
Вата	0,05	15	-	-	0,75
Латекс	0,01	10	-	-	0,10
Итого					68,15

Наименование группы основных фондов	Восстановительная стоимость основных фондов руб.	Норма амортизационных отчислений , %	Коэффициент занятости основных фондов,	Годовая сумма амортизационных отчислений, руб.
1. Здание	5 83 00,00	2,6	0,011	20,53
2. Производст-венное оборудование	124 15,00	12,0	0,011	2,19
3. Энергети-ческое оборудование	24 43,00	6,4	0,011	0,23
4. Подъемно-транспортное оборудование	18 07,25	15,0	0,011	0,41
5. Инструменты и приспособления	11 60,00	20,0	0,011	0,34
6. Производст-венный и хозяйственный инвентарь	82 27,00	12,5	0,011	1,51
7. Средства контроля и управления технологическим процессом	14 65,80	11,5	0,011	0,25
Итого				25,46

Расчет расхода воды на бытовые нужды ведется на основе следующих данных: для хозяйственных-санитарных нужд – 10 л . на каждого работающего в смену.

Размер платы за воду составляет 4,64 руб. за (3.44) где V – наружный объем здания, Расход пара на отопление из расчета 1 кг на 1 л воды Расход воды, потребляемой за 1 смену для санитарно бытовых нужд (3.45) где – количество рабочих в смену на производство детали, чел. Расход пара на производственные нужды из расчета 0,6 л/ч на 1 станок: (3.46) где – принятое количество станков; – продолжительность смены, – коэффициент использования оборудования, Общий расход воды равен (3.47) Плата за воду составляет (3.49) где – число рабочих дней в году, – стоимость воды, руб. Цеховые расходы (3.50) Общезаводские расходы (3.51) Прочие производственные расходы (3.52) где К – коэффициент, учитывающий затраты этого вида расходов в общих затратах, К=0,005. Производственная себестоимость (3.53) Внепроизводственные расходы (3.53) где – норматив внепроизводственных расходов, Полная себестоимость (3.54) Таблица 3.20 - Калькуляция затрат

Выполнена его оптимизация. В результате оптимизации удалось сократить продолжительность работ на 4 дня, т.е. на 4,3 %, новая продолжительность критического пути составила 89 дней. При расчете экономических показателей определили точку самоокупаемости. Доход от производства изделия начинается после изготовления 73 единиц, что соответствует затратам равным 111240,7 рублей.

Уменьшились капиталовложения по сравнению с базовым вариантом, стала ниже себестоимость и цена на проектное изделие, срок окупаемости у проектного изделия составляет 2,6 года, что почти на полгода меньше, чем у базового.

Проектируемый прибор имеет более высокую чувствительность по сравнению с базовым.

Вследствие этого можно сделать вывод, что выпуск проектируемого варианта выгоднее, чем базового. 4 Раздел «Экология и безопасность жизнедеятельности» 4.1 Актуальность вопроса безопасности и экологичности при производстве радиоприемных устройств В технологическом процессе производства полупроводниковых радиоприемных устройств имеется ряд вредных факторов для здоровья человека. В частности в технологии производства присутствуют операции, связанные с пайкой - как объемной, так и с помощью «волны» припоя и обычной пайкой радиоэлементов и перемычек, а также их лужением. Все вышеописанные процедуры связанны с возможностью поражения электрическим током, пожароопасны и могут привести, без соответствующей проработки вопросов безопасности и экологичности, к отклонению от нормы допустимых параметров воздушной среды в рабочих зонах. В связи с этим необходимо наличие местной вентиляции на рабочих местах» для создания приемлемых метеорологических условий. А также организация и устройство отсосов от укрытий. Это связанно ещё и с тем, что на находящейся в этом же цеху линии, по набору полупроводниковых элементов на плату используется паста-припой, в которой, в качестве компонентов содержится очень мелкие частицы металла, используемого в качестве припоя (фактически пыль) и флюс, связывающий эти частички. При долгом нахождении на воздухе флюс начинает испаряться и помимо того, что сам выделяется в воздушную среду, ещё и перестаёт связывать частички металла, которые в виде пыли могут быть подхвачены воздушным потоком и попасть в организм человека. Всё это также приводит к необходимости организации дополнительной вентиляции на сборочных столах.

Методы снижения неблагоприятного влияния производственного микроклимата регламентируются «Санитарными правилами по организации технологических процессов и гигиеническими требованиями к производственному оборудованию» и осуществляются комплексом технологических, санитарно-технологических, организационных и медико-профилактических мероприятий . Помимо всего прочего производство радиоприемных устройств связанно с применением высоких температур.

Ведущую роль в профилактике вредного влияния высоких температур, инфракрасного излучения принадлежит технологическим мероприятиям: замена старых и внедрение новых технологических процессов и оборудования, способствующих оздоровлению неблагоприятных условий труда.

Производственное освещение также играет большую роль, т.к. производимые работы связанны с малоразмерными объектами. В частности производственное освещение должно обеспечивать отсутствие в поле зрения работающего резких теней.

Необходимо обеспечить равномерное распределение яркости на рабочей поверхности.

Естественное и искусственное освещение в помещениях регламентируются нормами СНиП 23-05-95 [24] в зависимости от характера производимых работ, системы и вида значение освещения, фона, контраста объекта с фоном.

Немалое значение для нормальных условий труда, и как следствие повышения эффективной деятельности и снижение травматизма имеют: правильное расположение и компоновка рабочего места, обеспечение удобной позы и свободы движения, использование оборудования, отвечающего требованиям эргономики.

Поскольку большая часть работ связанна с использованием электрических приборов и оборудования, большую роль в обеспечении безопасности играет вопрос грамотной изоляции и заземления их токопроводящих частей и обеспечение их автоматического отключения при «пробое» на корпус.

Актуальным является также применение Экобиозащитной техники (ограждения, боксы и т.д.). На участке присутствуют источники пылеи газо-выделения, производство предполагает наличие побочных продуктов (металлического лома и выбракованных изделий). При операции промывки трафарета для нанесения припой пасты в воду попадают примеси. Таким образом, при производстве радиоприемных устройств необходимо обеспечить безопасность человека.

Данные вопросы безопасности буду рассмотрены далее. 4.2 Анализ мероприятий по обеспечению безопасности при производстве радиоприемных устройств На участке сборки радиоприемных устройств в целях улучшения условий труда и повышения его безопасности следует предусмотреть возможность исключения или уменьшения следующих факторов: - выделение вредных веществ на операциях пайки и лужения (токсичные газы, в частности оксид углерода и фтороводород), аэрозоли (свинец и его соединения) в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 [25] ; - концентрация металлической пыли на операции формовки в соответствии с ГОСТ 12.1.005 – 88 [25]; - температура воздуха в холодный и переходный времена года в соответствии с ГОСТ 12.1.005 - 88 [25]; - скорость движения воздуха в холодный и переходный времена года в соответствии с ГОСТ 12.1.005- 88 [25]; - температура воздуха в 13 часов самого жаркого месяца на операциях пайки в соответствии с ГОСТ 12.1.005 - 88 [25]; - скорость движения воздуха в 13 часов самого жаркого месяца на операциях пайки в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 [25]; - относительная влажность движения воздуха в 13 часов самого жаркого месяца на операциях пайки в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 [25] ; - уровень звука на участке в соответствии с ГОСТ 12.1.003 -88 [25] ; - поддержание на рабочих местах соответствующего уровня освещенности, в соответствии с СНиП 23-05 – 95 [24] ; - Скорость движения воздуха в 13 часов самого жаркого месяца на операциях склеивания в соответствии с ГОСТ 12.1.005 - 88 [25] ; - Относительная влажность движения воздуха в 13 часов самого жаркого месяца на операциях склеивания в соответствии с ГОСТ 12.1,005-88 [25] ; - Температура воздуха в 13 часов самого жаркого месяца на операциях склеивания в соответствии с ГОСТ 12.1.005 – 88 [25] . 4.3 Разработка мероприятий, по обеспечению безопасности, повышению нормальных условий выполняемых работ При разработке мероприятий, направленных на улучшение условий труда и выполнение требований техники безопасности и производственной санитарии прилагается проводить следующие мероприятия: - на операции зачистки проводов образуется медная пыль, которая относиться ко 11-му плану опасности высокоопасных веществ по ГОСТ 12.1.007-76 [26] . В целях исключения пыли меди прелагается использовать электротермический способ зачистки.

Выделяемые при этом пары окиси углерода относящиеся к IV -му классу опасности высокоопасных веществ являются менее опасными веществами па сравнению с пылью меди; - в целях увеличения безопасности работы при операции пайки «волной» целесообразно применять защитный колпак с блокировкой включения.

Установка предлагаемой защиты не требует больших материальных и трудовых затрат; - на операции сушки, вещества, выделяющиеся при высыхании являются вредными, предлагается организовать локальный отсос; - с целью снижения температуры воздуха на рабочем месте у агрегата, который осуществляет пайку волной и проведение ее величины в соответствие с ГОСТ 12.1.005-88 [27] предлагается применить теплоизоляцию. В качестве теплоизоляции может быть применен асбест, стеклоткань и т.д; - уровень звука от оборудования участка значительно ниже фона. В целях улучшения условий труда предлагается установить шумозащитные перегородки, что удовлетворяет требованиям ГОСТ 12.1.003-83 [28] ; - на операции пайки электрованна для пайки находится на уровне 80 см от пола.

Предлагается поднять ванну на уровень 110 см, что будет соответствовать норме высоты расположения рабочей поверхности при выполнении работы стоя при росте человека 175 см; - цеховая аптека для оказания доврачебной помощи содержит в себе настойку йода и вату.

Предлагается укомплектовать аптечку набором медикаментов для оказания первой медицинской помощи; - при обрезке скруток провода применяются механические ножницы без ограждения.

Предлагается оградить опасную зону глухим кожухом; - отходы от обрезки ссыпаются на край станка и в тарный ящик. О тводить отходы в тарный ящик при помощи желоба; - на операции пайки и лужения оловянно-свинцовыми припоями в воздух рабочей зоны выделяются вредные пары свинцовых соединений.

Предлагается ввести вытяжную вентиляцию ; - опасная зона шлифовального станка не ограничена.

Предлагается установить легкосъемный заградительный кожух из оргстекла, что позволяет наблюдать за процессом ; - для повышения безопасности труда при эксплуатации прессового оборудования предлагается использовать в системе управления КПО электронную систему на бесконтактных элементах модификации БУБ- 1М; - с целью снижения производственного шума на пути его распространения и удовлетворение требований ГОСТ 12.1.003- 83 [28] о допустимом уровне шума, предлагается целесообразным при составлении технологической планировки производственных участков выделить наиболее шумное оборудование в отдельное шумоизолированное помещение; - дверцы шкафов электрооборудования всего технологического оборудования участка не имеют блокировочной системы включения.

Предлагается установить блокировочное устройство не позволяющее включать оборудование при отрытой дверце по требованиям «правилам технической безопасности и производственной санитарии при обработке холодных металлов»; - для повышения комфортности при произведении наборочных работ, где освещенность на рабочем месте составляет 1254 лм, предлагается применять систему комбинированного освещения (общего плюс местного), причем освещенность рабочей поверхности* создаваемая светильниками общего освещения с системе комбинированного, составляет 10% нормированной, что удовлетворяет нормам СНиП 23-05-95 [24] для производимых зрительных работ; - на постоянных рабочих местах в холодных и переходных периоды года по данным завода температура составляет 18 - 19°С. Предлагается для обеспечения оптимального микроклимата на рабочих местах установить дополнительные кондиционеры в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.005-88 [27]; - в целях оздоровления воздушной среды на рабочем месте у места объёмной пайки, намазки пастыприпоя, предлагается применить местную вытяжную вентиляцию для отсоса ядовитых веществ, что соответствует требованиям ГОСТ 12.1.005-88 [27]; - на всех дверцах электрооборудования технологического оборудования нанести фаской знак «молния. Таким образом, при строгом соответствии данным мероприятиям по улучшению условий труда, будет обеспечена безопасность выполняемых работ. 4. 4 Расчёт систем, обеспечивающих безопасность человека Целью разрабатываемого мероприятия является приведение и поддержание воздуха рабочей зоны на вышеперечисленных операциях в соответствии с ГОСТ 12.1.005-76 [29] . Вентиляцию предлагается выполнить по типу вытяжного шкафа с вертикальным удалением воздуха.

Расход воздуха при наличии в шкафу источников тепловыделений рассчитывается по формуле (4.1) где F = (1,2-1,4) *4 = 6,72 м 2 - площадь рабочего проема шкафа. Н = высота рабочего проема шкафа, 1,4 м, Q -количество тепловыделений в шкафу, 860 ккал/час. (4.2) где N = мощность источника тепла, 15 кВт , п ринимаем L T = 9500 м 3 /ч. Для работ, при которых выделяется различные пары и газы скорость всасывания воздуха (средняя по сечению проема) должна иметь легкость в следующем диапазоне: V 0 =0,3…0,5 м/с (4.3) где м 3 /ч.

Выбираем круглые воздуховоды из листовой стали толщиной d =280 мм; на участке №4 - d =355мм. Длина участков №1…3 l =1,5м; участка №4 1=15м. По таблице скоростей движения воздуха в воздуховодах в магистрали до 12 м/с. В ответвлениях до 6м/с.

Принимаем для участков 1,2,3 V =6 м/с и для участка 4 V =10

Рисунок 4.1 - Схема вытяжного шкафа R - п отери давления на трение на 1 м воздуховода, кгс/м 2 скоростное динамическое давление, кгс/м R и - определяется по таблицам в зависимости от V и d . Для участков №1…З R = 0,512 кгс/м 2 = 1,491 Н/м 2 = 2,2 [кгс/м 2 ] = 21,582 Н/м 2 Для участка №4 R = 0,293 кгс/м 2 = 2,874 Н/м 2 = 6,12 [кгс/м 2 ] = 60,037 Н/м 2 - сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке: Для участков №1…3 = 2,2 Для участка №4 = 3,6 - потери давления на местное сопротивление. Для участков №1… =4,84 Для участка №4 = 22,038 Общие потери давления, P , [Н/м 2 ] : Р = + Н = 0,228-3 + 4,395 + 41,627 = 46,725 кгс/м 2 или Р = 458,382 Н/м 2 Сведем данные расчеты в таблицу 4.1 Таблица 4.1 – Параметры вытяжного шкафа

Участок		R			P , Н/м 2
кгс/м 2	Н/м 2	кгс/м 2	Н/м 2	кгс/м 2	Н/м 2
1 …3	2,2	21,582	0,512	1,491	2,2	4,84	46,725	458,382
4	6,12	60,037	0,293	2,874	3,6	22,038

Разработанная вентиляция обеспечит оздоровление воздуха в рабочей зоне на рассмотренных операциях в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 [25] и не потребует больших материальных затрат.

Разработанная вентиляция проста в управлении и обслуживании. Таким образом, произведен расчет параметров вытяжного шкафа и выбор электродвигателя с вентилятором. 4.5 Анализ пожарной безопасности на участке производства радиоприемных устройств Производство радиоприемных устройств связанно с определённым риском возникновения пожара, т.к на участке некоторые операции связанны с легко воспламеняющимися жидкостями. Так на операции по промывке изделий, с целью удаления флюса, используется горючая жидкость. Также возможно воспламенение лакокрасочных и протирочных материалов.

Участок в соответствии с СНиП11-2-80 [30] относится к категории В - пожароопасные т.к. на участке имеют место легковоспламеняющиеся жидкости.

Здание построено из кирпича, имеет 2 степень огнестойкости.

Ширина проходов составляет от 1,2 до 7,5 метров, . Стены помещения также из кирпича и по нормам СНиП 11-А5-62 [31] относятся к несгораемым, имеют предел огнестойкости около двух с половиной часов.

Колонны изготовлены из стали, по СНиП 11-А5-62 [31] также относятся к несгораемым.

Предел их огнестойкости составляет около часа. СНип устанавливают для помещений класса В следующие нормы первичных c редств пожаротушения: Ёмкость с песком, высота 1,5м; ширина 1м; длина 0,5м.-1 шт.

Огнетушители ручные, наполненные углекислым газом ОУ -2,ОУ- 5, ОУ-8. - 4шт.

Огнетушители пенные, химические, жидкостные-4 шт. В целях повышения пожарной безопасности в цехе необходимо установить следующие информационные знаки: У входа: «не курить!», «Осторожно - легко воспламеняющиеся вещества». Около места нахождения средств тушения пожара - «Не загораживать проход! ». В местах нахождения огнетушителей - «Огнетушитель». В соответствии со СНиП 11-М2-62 [31] , на участке имеется схема эвакуации, план помещения с обозначенными на нем экстренными выходами. На схеме должны присутствовать также расстояния в метрах до выходов. Эти расстояния не должны превышать 75м.

Непосредственно на участке расстояния до выхода меньше.

Обогрев в холодное время года осуществляется паровым отоплением.

Величины температуры на поверхности обогревателей не более 110° С. Температура на поверхности равна приблизительно 100° , что соответствует норме. В соответствующих местах должны быть размещены плакаты с наглядной информацией по пользованию средствами пожаротушения, телефоны пожарной охраны, фамилия ответственного за противопожарную безопасность, план эвакуации и т. д. Таким образом, техника пожарной безопасности, при выполнении норм и правил будет обеспечена в полном объеме. 4.6 Анализ экологичности техпроцесса производства радиоприемных устройств Технологический процесс производства радиоприемных устройств напрямую связан с применением свинца, в связи с чем хотелось бы отметить следующий факт: в России постепенно увеличивается численность контингентов, имеющих профессиональный контакт со свинцом. По данным Российского информационно-аналитического центра Госкомсанэпиднадзора России, случаи хронической свинцовой интоксикации зафиксированы в 14 отраслях промышленности России.

Ведущими по числу случаев 'сатурнизма' являются: электротехническая промышленность (производство аккумуляторов), приборостроение, полиграфия, цветная металлургия. В электротехнической промышленности, цветной металлургии и машиностроении интоксикация обусловлена превышением ПДК свинца в воздухе рабочей зоны в 20 и более раз. По результатам официальной статистики среди профессиональных интоксикаций свинцовая занимает первое место. Так, в 1994 г. среди всех острых и хронических профессиональных отравлений удельный вес свинцовой интоксикации составил 11,7%. Количество пострадавших составило 7,5 чел. на 10 000 работающих, из них 3,54 -с утратой трудоспособности.

Удельный вес свинцовой интоксикации в структуре профессиональных отравлений, диагностированных в России, увеличился с 9,4% в 1991 г. до 11,6% в 1995 г. Таким образом, технологический процесс производства радиоприемных устройств не достаточно экологичен, для чего далее будет произведен выбор схемы очистки газов от парообразных и газообразных примесей. 4.7 Выбор схемы очистки газов от парообразных и газообразных примесей Газы в промышленности обычно загрязнены вредными примесями, поэтому очистка широко применяется на заводах и предприятиях для технологических и санитарных (экологических) целей.

Промышленные способы очистки газовых выбросов от газои парообразных токсичных примесей можно разделить на три основные группы: 1) абсорбция жидкостями; 2) адсорбция твердыми поглотителями ; 3) каталитическая очистка. В меньших масштабах применяются термические методы сжигания (или дожигания) горючих загрязнений, способ химического взаимодействия примесей с сухими поглотителями и окисление примесей озоном.

Абсорбция жидкостями применяется в промышленности для извлечения из газов диоксида серы, сероводорода и других сернистых соединений, оксидов азота, паров кислот ( HCI , HF , H 2 SO 4), диоксида и оксида углерода, разнообразных органических соединений (фенол, формальдегид, летучие растворители и др.). Абсорбционные методы служат для технологической и санитарной очистки газов. Они основаны на избирательной растворимости газои парообразных примесей в жидкости (физическая абсорбция) или на избирательном извлечении примесей химическими реакциями с активным компонентом поглотителя (хемосорбция). Абсорбционная очистка -непрерывный и, как правило, циклический процесс, так как поглощение примесей обычно сопровождается регенерацией поглотительного раствора и его возвращением в начале цикла очистки. При физической абсорбции (и в некоторых хемосорбционных процессах) регенерацию абсорбента проводят нагреванием и снижением давления, в результате чего происходит десорбция поглощенной газовой примеси и ее концентрированной некоторые формулы для расчета абсорбционных и хемосорб ционных процессов приведены в гл. 4. Показатели абсорбционной очистки: степень очистки (КПД) и коэффициент массопередачи к зависят от растворимости газа в абсорбенте, технологического ре жима в реакторе ( w , T , р) и от других факторов, например от равновесия и скорости химических реакций при хемосорбции. В хемосорбционных процессах, где в жидкой фазе происходят химические реакции, коэффициент массопередачи увеличивается по сравнению с физической абсорбцией.

Большинство хемосорбционных процессов газоочистки обратимы, т. е. при повышении температуры поглотительного раствора химические соединения, образовавшиеся при хемосорбции, разлагаются с регенерацией активных компонентов поглотительного раствора и с десорбцией поглощенной из газа примеси: Этот прием положен в основу регенерации хемосорбентов в циклических системах газоочистки.

Хемосорбция в особенности применима для тонкой очистки газов при сравнительно небольшой начальной концентрации примесей. 1 — абсорбер; 2—десорбер; 3—теплообменник; 4—холодильник Рисунок 4.2 - Схема установки для абсорбционно-десорбционного метода - разделения газов: Абсорбенты, применяемые в промышленности, оцениваются по следующим показателям: 1) абсорбционная емкость, т. е. раство римость извлекаемого компонента в поглотителе в зависимости от температуры и давления; 2) селективность, характеризуемая соот ношением растворимостей разделяемых газов и скоростей их аб сорбции; 3) минимальное давление паров во избежание загрязнения очищаемого газа парами абсорбента; 4) дешевизна; 5) отсутствие коррозирующего действия на аппаратуру. В качестве абсорбентов применяют воду, растворы аммиака, едких и карбонатных щелочей, солей марганца, этаноламины, масла, суспензии гидроксида кальция, оксидов марганца и магния, сульфат магния и др.

Очистная аппаратура аналогична уже рассмотренной аппаратуре мокрого улавливания аэрозолей.

Наиболее распространен насадочный скруббер, применяемый для очистки газов от диоксида серы, сероводорода, хлороводорода, хлора, оксида и диоксида углерода, фенолов и т. д. В насадочных скрубберах скорость массообменных процессов мала из-за малоинтенсивного гидродинамического режима этих реакторов, работающих при скорости газа w г = 0,02…0,7 м/с.

Объемы аппаратов поэтому велики и установки громоздки. Для очистки выбросов от газообразных и парообразных примесей применяют и интенсивную массообменную аппаратуру — пенные аппараты, безнасадочный форсуночный абсорбер, скруббер Вентури, работающие при более высоких скоростях газа.

Пенные абсорберы работают при w г = 1-н! м/с и обеспечивают сравнительно высокую скорость абсорбционно-десорбционных процессов; их габариты в несколько раз меньше, чем насадочных скрубберов. При достаточном числе ступеней очистки (многополочный пенный аппарат) достигаются высокие показатели глубины очистки: для некоторых процессов до 99,9%. Особенно перспективны для очистки газов от аэрозолей и многоступенчаты и очистные реакторы (особенно скрубберы) имеют большие объемы. Любой процесс мокрой абсорбционной очистки выхлопных газов от газои парообразных примесей целесообразен только в случае его цикличности и безотходное. Но и циклические системы мокрой очистки конкурентоспособны только тогда, когда они совмещены с пылеочисткой и охлаждением газа. 4.8 Выводы Рассмотрена актуальность обеспечения безопасности и экологичности при производстве радиоприемных устройств.

Произведен анализ условий труда на участке сборки радиоприемных устройств.

Разработаны мероприятия, обеспечивающие нормальные условия труда для рабочих, а также мероприятия, направленные не повышение уровня их безопасности.

Рассчитан вытяжной шкаф.

Предложены меры по улучшению состояния пожарной безопасности.

Технологический процесс производства радиоприемных устройств не достаточно экологичен. Для повышения экологичности технологического процесса предложена установка для абсорбционно-десорбционного метода разделения газов.

Заключение В данном дипломном проекте, в соответствии с заданием, спроектирован радиоприемный канал с разработкой радиоприемного устройства и с электрическим расчетом составных блоков. При обосновании и выборе структурной схемы радиоприемника, сделан анализ возможных схем радиоприемника, сформулирован критерий, по которому может быть выбрана схема проектируемого устройства.

Важнейшими параметрами были выбраны: чувствительность и избирательность канала. После выбора схемы электрической структурной радиоприемника обоснованы параметры не указанные в задании на дипломное проектирование. На этапе разработке функциональной электрической схемы установлены общие принципы функционирования отдельных блоков и всего радиоприемника в целом.

Уяснена роль и назначение его отдельных элементов. В процессе анализа радиоприемника определены не только его каскады в целом, но и место отдельных каскадов тракта радиочастот; тракта промежуточных частот и тд. На основе схемы функциональной электрической была разработана схема принципиальная электрическая всего радиоприемника. На этом этапе, на основе электрического расчета, также были выбраны полупроводниковые элементы, используемые в схеме.

Разработанное радиоприемное устройство целесообразно использовать в народном хозяйстве, так как его характеристики удовлетворяют требованиям, предъявляемым к радиоприемным каналам, используемым как для повышения безопасности дорожного движения на дорогах, так и для управления грузопотоками.

Технологический процесс производства разработанного усилителя радиочастоты выбран с учётом рассмотренных технологий производства других, аналогичных, освоенных производством усилителей радиочастоты.

Данный усилитель предполагается производить по технологии навесного монтажа и пайки волной припоя. В качестве вида ТП сборки и монтажа платы усилителя радиочастоты был выбран рабочий типовой маршрутно-операционный ТП. Методом изготовления печатной платы выбран субтрактивный химический метод, указаны его достоинства и недостатки. В организационно-экономическом разделе роизведено планирование технической подготовки производства РПУ. Составлен сетевой график.

Выполнена его оптимизация. В результате оптимизации удалось сократить продолжительность работ на 4 дня, т.е. на 4,3 %, новая продолжительность критического пути составила 89 дней.

Список использованной литературы 1. З.Н. Музыка «Радиоприемные устройства, часть 1», ХВКИУ, 1971. 2. В.И. Злобин «Радиопередающие и радиоприемные устройства», Серпухов МО, 1984 г. – 100 с. 3. В.И. Злобин, Ю.И.Ильин, В.П. Смирнов «Проектирование радиоприемников», МО, 1986г. – 120 с. 4. Информационно-измерительная техника и технологии: учебникик для вузов/ В.И. Калашников, С.В. Нефедов, А.Б. Путилин и др.; Под ред. Г.Г. Реннева. – М.: Высшая школа, 2002 г. – 454 с.: ил. 5. Баркан В.Ф. Жданов В.К. «Радиоприемные устройства» М: Советское радио, 1978 г. – 155 с. 6. Борков Н.В. «Расчет радиоприемников. Радио и Связь» М: Советское радио, 1981 г. – 190 с. 7. Катаранов Б.А. 'Электроника', Серпухов, МО, 1999г. – 292 с . 8. Катаранов Б . А . П а л а женко А . В . Сиротинский И . Л . Э лектроника, пособие к практическим занятиям, Серпухов СВИРВ, 2000г. - 100стр 9. «Проектирование радиоприемных устройств» под ред. А.П. Сиверса.

Учебное пособие для вузов. М., «Сов. Радио» 1976 г. – 256 с. 10. Князев А.Д. и др. «Конструирование радиоэлектронной и электронно-вычеслительной аппаратуры с учетом элекромагнитной совместимости», М:, “Радио и связь” 1989г, 224 стр. 11. Терещук Р. М., Фукс Л. Б. Малогабаритная радиоаппаратура: Справочник радиолюбителя – Киев: Наукова думка. – 1967 г. – 190 с. 12. Хиленко В.И., Малахов Б.М., «Радиоприемные устройства» Москва, «Радио и связь», 1991 г. – 278 с. 13. Радиоприёмные устройства: Учебник для вузов под редакцией Н.Н.Фомина - М.: Радио и связь, 1996 г. – 230 с. 14. Разработка структурной схемы радиоприёмного устройства: Учебное пособие по курсовому проектированию.

Сидоров В. М. -М.: типография ВЗЭИС, 1988 г. – 120 с. 15. Расчет технико–экономических показателей радиотехнических устройств – методические указания к курсовому и дипломному проектированию – М.: ВЗЭИС, 1982 г. – 145 с. 16. Справочник по учебному проектированию приемно-усилительных устройств под редакцией М.К.Белкина - К: « Высшая школа »,1982г. 17. ГОСТ 14.201-83 «Обеспечение технологичности конструкции изделий. Общие требования». 18. ГОСТ 14.202-73 «Правила выбора показателей технологичности изделий». 19. ГОСТ 14.203-83 «Правила обеспечения технологичности конструкций сборочных единиц». 20. ГОСТ 14.301-83 «Общие правила разработки и применения технологических процессов». 21. ГОСТ 19250-73 «Флюсы паяльные.

Классификация». 22. ГОСТ 21930-76 «Режимы групповой пайки». 23. ГОСТ 2.111-68 «Нормоконтроль» 24. СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение» 25. ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны». 26. ГОСТ 12.1.007-76 «Вредные вещества.