Курсовая работа: Разработка конструкции цифрового FM-приемника

ВВЕДЕНИЕ

Нашу жизнь не возможно представить без радио и радиосодержащей аппаратуры. А началось это с того как в 1887 г. своими экспериментами немецкий физик Г.Р. Герц (1857 - 1894) доказал справедливость гипотезы Дж.К. Максвелла (1831 - 1879) о существовании электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света (называемых теперь радиоволнами), многие изобретатели в разных странах занялись вопросом использования этих волн для беспроволочной передачи сигналов. Немалый вклад внесли в это французский физик Э. Бранли (1844 - 1940), а также английский ученый О. Дж. Лодж (1851 - 1940). Первая в мире радиопередача была осуществлена в России знаменитым изобретателем и ученым А.С. Поповым (1859 -1906). В 1888 г. ученый узнал об открытиях Герца и немедленно приступил к их воспроизведению. В 1889 г. в одной из своих лекций, Попов впервые указал на возможность использования электромагнитных волн для передачи сигналов на расстояние без проводов. Огромное значение для дальнейшего развития электросвязи имело появление на рубеже ХIХ и ХХ вв. электронных ламп. В 1883 г. Эдисон обнаружил, что стеклянная колба вакуумной лампочки накаливания темнеет из-за распыления материала нити. Впоследствии было установлено, что причиной этого "эффекта Эдисона" является испускание электронов раскаленной нитью лампочки (явление термоэлектронной эмиссии). В 1904 г. английский ученый Дж. Э.Флеминг (1849 -1945) изобрел вакуумный диод (двух электродную лампу) и применил его в качестве детектора (преобразователя частот электромагнитных колебаний) в радиотелеграфных приемниках. В 1906 г. американский конструктор Ли де Форест (1873 - 1961) создал трехэлектродную вакуумную лампу - триод (аудион Фореста), которую можно было использовать не только в качестве детектора, но и усилителя слабых электрических колебаний. Спустя 4 года инженеры Либен, Рейкс и Штраус в Германии сконструировали триод с сеткой в виде перфорированного листа алюминия, помещенной в центре баллона. Однако первые приборы имели слабый коэффициент усиления. Необходимы были дополнительные изыскания, чтобы превратить триод в настоящий усилитель. Этим новым устройством была регенеративная схема (1912) американского радиотехника Э.Х. Армстронга (1890 -1954). Это был чувствительный приемник и первый немеханический генератор чистых непрерывных синусоидальных сигналов. Регенеративная схема Армстронга была быстро принята промышленностью. В 1915 г. между Нью-Йорком и Сан-Франциско была установлена трансконтинентальная телефонная связь с применением регенеративных ретрансляторов. В современной радиоэлектронике вы не обнаружите ни одной лампы их заменили транзисторы а транзисторы в свою очередь заменили микросхемы и микроконтроллеры. Что позволило в значительной мере уменьшить размеры и вес радиоаппаратуры. Современные цифровые радиоприемники УКВ диапазона размером всего несколько сантиметров. Широкое используются радиоприемники в автомобилях. В связи с этим радиоприемники должны быть хорошо защищены от электромагнитного, механического, температурного воздействия. Элементная база должна быть подобрана таким образом что бы при воздействии внешних факторов параметры оставались в заданных пределах.  В данной курсовой работе произведем разработку цифрового FM приемника обладающим следующими возможностями:

- плавная настройка на станцию;

- энергонезависимая память на 20 радиостанций;

- электронная регулировка тембра звучания в пределах ± 10 дБ, с шагом 2 дБ.

Так же в данной работе произведем автоматизированное проектирование печатной платы, и корпуса радиоприемника с использованием современным пакетов прикладных программ. Что позволит ускорить процесс разработки и производства данного изделия.

1. РАЗРАБОТКА РАЗВЕРНУТОГО ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ И ФОРМУЛИРОВАНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ЧАСТНЫХ ТРЕБОВАНИЙ К КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ

Введение

В данном разделе описываем приемлемый конечный результат предстоящего процесса проектирования, независимый от проектных характеристик, которые могут свободно изменяться в зависимости от условий эксплуатации.

Основание для разработки

Основанием для разработки служит задание по курсовому проектированию выданное 03 января 2009г. на тему: "Разработка конструкции цифрового FM-приемника"

Источник разработки

Источником разработки является схема электрическая принципиальная (Приложение №1)

Технические требования

Климатическое исполнение О. Общеклиматическое исполнение.

Для макроклиматических районов на суше, кроме макроклиматического района с очень холодным климатом (концентрация хлоридов - 0,3 - 300 мг/м2·сут., сернистого газа - не более 250 мг/м2·сут.).

Диапазон рабочих температур при эксплуатации минус 60...+50 °С для 1-й категории. Для данного изделия категория 2 , диапазонам рабочих температур при эксплуатации +50…-60°С

Вариант исполнения : наземная, возимая.

Годовой выпуск 5000 шт/год

Конструкция цифрового FM-приемника должна обеспечивать: удобство эксплуатации, возможность ремонта, доступ ко всем элементам, узлам, требующим регулирования.

Для антикоррозионной защиты поверхность деталей, сборочных единиц и блока в целом применять гальванические и лакокрасочные покрытия.

Габаритные размеры 110×70мм

Напряжение питания от внешнего источника +10В…+15В

Предусмотреть возможность охлаждения элементов, защищенность от пыли и влаги.

Конструктивные параметры:

- масса устройства не более 0,4 кг;

- габаритные размеры не более 120´100´45 мм;

- изделие не создает мощных радиопомех.

2. ОБЗОР АНАЛОГИЧНЫХ РАЗРАБОТОК И АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ КОНСТРУКЦИИ

SONY ICF-SW7600G

Цифровой радиоприемник серии "WORLD BAND RECEIVER", диапазоны FM stereo/MW/SW/LW, память на 100 станций, ЖК дисплей с подсветкой, индикатор настройки, телескопическая антенна. Made in Japan!

GRUNDIG Yacht Boy P2000

Цифровой радиоприемник, FM-stereo/MW/ SW-1/SW-2, шаг настройки 50kHz(FM), 10kHz(MW), 5kHz(AM), часы/таймер, память на 20 станций, ЖК дисплей с подсветкой, телескопическая антенна, питание AC/DC 4.5V. Размеры 142x92x35 мм, вес 330 гр.

Si4704/05

Усовершенствованный FM радиоприемник Si4704/05 является наиболее продвинутым портативным решением из предлагаемых в настоящий момент на рынке, сочетая в себе

встроенную поддержку антенны, цифровой аудио выход, повсеместно поддерживает диапазон FM частот, а также имеет чрезвычайно гибкую FM функциональность при простом интерфейсе управления.

Основные характеристики:

- Поддерживаемый диапазон FM частот (64–108 МГц)

- Поддерживает интегрированную антенну

- Настройка радио

- Автоматический контроль частоты и автоматический регулятор усиления.

- Настраиваемое моно/стерео.

Области применения:

Сотовые телефоны,MP3 плееры, "Карманные компьютеры", электронные записные книжки, портативное радио, аэронавигация, автомобильные устройства, бытовая электроника.

Si4708/09

Si4708/09 представляет собой самый миниатюрный FM радиоприемник, являющийся продолжением семейства Si4700 FM радиоприемников и сочетающий в себе дальнейшее упрощение применения, а также привлекательность благодаря добавлению функции приема FM радио в мобильные устройства.

Основные характеристики:

Поддерживаемый диапазон FM частот (76–108 МГц)

Автоматический контроль частоты и автоматический регулятор усиления, защита от перегрузки, измерение мощности сигнала, цифровой радиоприемник низко-промежуточной частоты

Области применения:

- сотовые телефоны;

- MP3 плееры;

- "Карманные компьютеры", электронные записные книжки;

- портативное радио;

- аэронавигация;

- автомобильные устройства;

- бытовая электроника;

- USB FM радио.

3. АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

Согласно технического задания данное устройства эксплуатируется в салоне автомобиля ,монтируясь на передней панели приборов, с температурой окружающей среды минус 60…+50°С относительной влажностью 98%.

Устройство должно быть эргономичным, выдерживать линейное ускорение 6g, вибранагрузки, проста в использовании. В устройстве должен быть предусмотрен теплоотвод от нагревающихся элементов - это требование достигнем выполнением корпуса из металла. Приемник должен обслуживаться одним человеком - регулировку и настройку выведем на переднюю панель прибор. Для антикоррозионной защиты поверхность деталей, сборочных единиц и блока в целом применять гальванические и лакокрасочные покрытия.

Вся коммутация с внешними устройствами будет осуществляться с помощью разъемов.

Для предотвращения устройства от внешних воздействий и механических повреждений будет использоваться корпус из ударопрочной стали марки 85 ГОСТ 28250-89. Необходимо будет провести на механические воздействия и удары и тепловой расчеты, чтобы определиться с использованием дополнительных средств защиты и систем охлаждения.

Для охлаждения элементов будем использовать радиатор из алюминиевого сплава.

4. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ И ЕГО СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ

4.1 Выбор и обоснование методов конструирования, структуры конструкции и разработка компоновочной схемы изделия

В данном курсовом проекте разрабатываем изделие невысокой функциональной сложности, поэтому, за основную компоновочной схемы можем принять многоблочную централизованную схему.

Выбираем модульный метод конструирования .Одним из достоинств модульного метода конструирования является возможность использования при проектировании изделий РЭУ конкретных систем базовых конструкций, обеспечивающих возможность применения типовых (унифицированных) конструкций модулей, их конструктивную входимость по всем иерархическим уровням, конструктивно-технологическую преемственность возможных решений при модернизации; совместимость и единство художественно-конструктивного решения; использование современной и перспективной технологии производства изделий РЭУ.

Модулем нулевого уровня будут являться электронные компоненты.

Модулем первого уровня является печатная плата с расположенными на ней радиоэлементами. Компоновку элементов на печатной плате разбиваем по блокам, это делается для улучшения ремонтопригодности, снижения электромагнитных помех на другие элементы.

Модулем второго уровня является корпус изделия, выполненный из стали и пластиковой фальшь панели. Части корпуса скреплены между собой винтом М3.На основание корпуса крепиться плата-А1, с лицевой части основания крепим ЖК- индикатор, плату- А2, для придания эстетики изделию устанавливаем фальшь панель.

4.2 Выбор и обоснование применяемой элементной базы

Первоначальным этапом при проектировании проекта является выбор элементной базы для проектируемого радиоэлектронного устройства. На данном этапе выбирается тип, размер радиоэлемента, удовлетворяющий поставленным задачам электрических характеристик, по устойчивости к механическим и климатическим воздействиям, и принятия решения о частичной замене или полной замене предложенных в задании на проект.

При выборе типа резисторов руководствуются рядом требований к их электрическим, конструктивным характеристикам и эксплуатационным показателям:

─ номинального значения сопротивления;

─ допустимая мощность рассеивания;

─ класс точности допустимая погрешность основного параметра;

─ коэффициент температурной зависимости сопротивления;

─ уровень собственных шумов;

─ массогабаритные размеры;

─ возможность формовки выводов для использования в печатном монтаже в том числе монтажа автоматически;

─ показатели устойчивости к климатическим воздействиям ;

─ показатели устойчивости к механическим воздействиям ;

─ показатели надежности.

Таблица 4.2.1 Характеристика чип резисторов RС-0805.

Рисунок 4.2.1 Внешний вид и геометрические размеры чип резистора.

Рисунок 4.2.2 Внешний вид и геометрические размеры подстрочного резистора.

При выборе типа конденсаторов руководствуются рядом требований к их электрическим, конструктивным характеристикам и эксплуатационным показателям:

─номинальное рабочее напряжение

─частотный диапазон в котором работает конденсатор.

─тангенс угла диэлектрических потерь

─зависимость емкости от рабочего напряжения

Керамический бескорпусной конденсатор 0805.

Технические характерисктики.

Температурный диапазон – 55…+125°С

Рабочее напряжение 50В

Предельное отклонение 5%

Рисунок 4.2.3 Геометрические размеры бескорпусного конденсатора 0805.

В данном устройстве применяются электролитические конденсаторы одного типа – TANTAL

Таблица 4.2.2 Характеристики конденсаторов TANTAL[9]

Рисунок 4.2.4 Внешний вид и геометрические размеры электролитического конденсатора TANTAL

Интегральный усилитель мощности звуковой частоты TDA2005.

Рисунок 4.2.5 Внешний вид и габаритные размеры TDA2005

Технические характеристики TDA2005:

Напряжение питания 18 В.

Потребляемый ток 3.5 A.

Пиковый потребляемый ток 4.5 A.

Выходная мощность = 90°C 20 Вт.

Диапазон рабочих температур -40…+150 °C.

Звуковой контроллер TEA6320

Рисунок 4.2.6 Звуковой контроллер TEA6320

Таблица 4.2.3 Габаритные размеры звукового контроллера TEA6320.

Технические характеристики TEA6320

Напряжение питания 9 В.

Потребляемый ток 26 мА.

Предел регулировки низкой частоты -15…+15dB

Предел регулировки высокой частоты -12…+12dB

Рабочая температура -40…+85°C

Интегральный радио тюнер TSA6057

Рисунок 4.2.7 Звуковой контроллер TSA6057

 Таблица 4.2.4 Габаритные размеры TSA6057.

Технические характеристики TSA6057:

Напряжение питания pin 3 +5В.

pin 16 +9В.

Потребляемый ток 21мА.

Рабочая температура -30…+85°C.

Алфавитно-цифровой ЖК-модуль DV16100 фирмы Data_Vision

Рисунок 4.2.8 Алфавитно-цифровой ЖК-модуль

Таблица 4.2.5 электрические параметры ЖК-модуля DV16100

Кварцевый резонатор

Технические характеристики:

Точность настройки ±0,003%;

Температурная стабильность ±0,005%

Частота 14,3181 МГц

Емкость Ск 30 рF

Сопротивление Rk 40 Ом

Рисунок 4.2.9

Неполярные конденсаторы

При выборе типа и типоразмера конденсаторов руководствуются следующим рядом показателей, специфических именно для конденсаторов:

- номинальное рабочее напряжение (постоянного, переменного тока или импульсное);

- частотный диапазон, в котором работает конденсатор;

- тангенс угла диэлектрических потерь;

- температурный коэффициент емкости.

Неполярные керамические чип-конденсаторы размера 0805. Внешний вид конденсатора и его размеры приведены на рисунке 10 [6].

Рисунок 4.2.10 – Внешний вид и геометрические размеры конденсатора 0805

Параметры диода SMBJ7.5CA

Рисунок 4.2.11 диод SMBJ7.5CA

Uвкл-7.5В

Разъем 5557-5569(90) auto connector

Рисунок 4.2.11 Разъем 5557-5569