TDA7000. Cílem tohoto experimentu je zkonstruovat FM přijímač s integrovaným obvodem TDA7000 a

Transkript

1 4. Experiment s FM přijímačem TDA7000 (návod ke cvičení z X37LBR) Cílem tohoto experimentu je zkonstruovat FM přijímač s integrovaným obvodem TDA7000 a ověřit jeho základní vlastnosti. Nejprve se určí prvky mezifrekvenčního zesilovače a proměří se jeho amplitudová přenosová charakteristika. Následně se zapojí kompletní FM přijímač a provede se měření jeho základních parametrů. Úkol měření. Seznamte se s funkcí a vnitřní strukturou obvodu TDA Určete hodnoty součástek C 7, C 8, C 0, C, C 2 mezifrekvenčního zesilovače. 3. Sestavte mezifrekvenční zesilovač a změřte jeho amplitudovou přenosovou charakteristiku. 4. Sestavte základní zapojení přijímače FM. 5. Změřte citlivost přijímače FM. 6. Změřte závislost amplitudy a činitele harmonického zkreslení výstupního signálu na velikosti vstupního vysokofrekvenčního signálu. Výsledky porovnejte s katalogovými údaji. Přístrojové vybavení pracoviště Generátor vysokofrekvenčního signálu SML02 Milivoltmetr BM52 RC generátor harmonického signálu BM524 Měřič harmonického zkreslení BM543 Osciloskop BM566 Stabilizovaný napájecí zdroj Přípravek s nepájivým polem a IO TDA7000 Revize.0.0 z 9. března 2008

2 Doporučená literatura [] Horevaj, M., Matějka, Š.: Vysokofrekvenční měření. Praha, ČVUT 2002, s [2] Philips Semiconductors, Eindhoven: TDA7000 FM radio circuit [3] Rohde, U. L., Whitaker, J., Bucher, T. T. N.: Communications Receivers. New York, McGraw-Hill 997. Obsah dokumentu Stručný popis obvodu TDA Postup měření 5 2. Výpočet aktivního mezifrekvenčního filtru přijímače Měření amplituduvé přenosové charakteristiky mf filtru Měření dalších parametrů přijímače

3 Stručný popis obvodu TDA7000 Úloha 4 Experiment s FM přijímačem TDA7000 Integrovaný obvod TDA7000 je určen ke konstrukci monofonního přijímače rozhlasových signálů v pásmu velmi krátkých vln 87,5 MHz až 08 MHz. Předpokládá se jeho použití v nenáročných přenosných přijímačích. Integrovaný obvod TDA7000 obsahuje všechny základní obvody přijímače FM vysokofrekvenční vstupní obvody směšovač a místní oscilátor mezifrekvenční zesilovač demodulátor obvody tichého ladění Na obrázku je uvedeno blokové schéma IO TDA7000 včetně všech externích součástek a číslování vývodů pouzdra. Význam jednotlivých vývodů IO a součástek k nim připojených bude stručně vysvětlen v následujících odstavcích Obrázek. Pouzdro integrovaného obvodu TDA7000 Vývody 3 a 4 náleží vstupnímu obvodu přijímače. Obvykle se zde připojuje preselekční filtr typu pásmová propust, který vybírá přijímané pásmo VKV a vhodně přizpůsobuje impedanci antény 3

4 X37LBR Laboratoř rádiové komunikační techniky k vstupním obvodům přijímače. Nejčastěji je preselekční filtr realizován jako zatlumeným rezonanční obvod LC. Evropské pásmo VKV leží na kmitočtech od 87,5 MHz do 08 MHz, čemuž odpovídá jakost rezonančního obvodu Q = 4. V našem případě je však rezonanční obvod vynechán. Vf signál je přiveden přes vazební kondenzátor C 3 = 220 pf a mezi vývod 4 a zem je připojen blokovací kondenzátor C 4 = 220 pf, který musí být dobře uzemněný a nesmí mít vazbu s obvody napětím řízeného ocsilátoru ani výstupem mf zesilovače. Indukčnost L rezonančního obvodu napětím řízeného oscilátoru VCO (vývody 5 a 6) má doporučenou hodnotu 56 nh, kondenzátor C P se volí podle rozsahu přijímače FM a typu ladicího proměnného kondenzátoru. Bezprostředně k vývodu 5 je připojen kondenzátor C 5 blokovací kondenzátor napájecího napětí 4,5 V proti vývodu 6. Dále je vhodné blokovat napájecí napětí elektrolytickým kondenzátorem menší kapacity. Vývody 7, 8, 9, 0, a 2 náleží mezifrekvenčnímu filtru/zesilovači a hodnoty kondenzátorů C 7, C 8, C 0, C se vypočtou podle doporučeného tvaru přenosové charakteristiky mezifrekvenčního zesilovače se šířkou pásma přibližně 70 khz. K vývodu 5 je připojen kondenzátor C 5. Je to blokovací kondenzátor dalšího stupně mezifrekvenčního zesilovače/omezovače, doporučená hodnota C 5 = 00 nf. K vývodům 7 a 8 jsou připojeny kondenzátory C 7 a C 8. Jsou to fázovací kapacity demodulátoru (C 7 = 330 pf) a detektoru šumu (C 8 = 220 pf). Detektor šumu ovládá obvod tichého ladění (MUTE). K vývodu je připojen kondenzátor C (typická hodnota 50 nf), který určuje časovou konstantu obvodu tichého ladění. Odpor R L (doporučená hodnota 22 kω) je zatěžovací odpor nízkofrekvenčního výstupu a spolu s kondenzátorem C 2, připojeným k vývodu 2, určují deemfázi obvodu s časovou konstantou 40 µs. K vývodu 3 je připojen kondenzátor C 3 (22 nf), který určuje prahovou úroveň šumového napětí pro aktivaci obvodů tichého ladění. Při nepoužití obvodů tichého ladění se může vynechat. K vývodu 4 je připojen kondenzátor C 4. Je to filtrační kondenzátor řídicího napětí VCO. Jistou zvláštností integrovaného přijímače TDA7000 je, že jeho demodulátor pracuje s kmitočtovým zdvihem pouhých 5 khz, což umožňuje zvolit netradičně nízký mezifrekvenční kmitočet v řádu desítek kilohertzů. Mezifrekvenční filtr je potom možné sestavit s aktivními obvody ARC namísto obvyklých keramických filtrů. Požadovanou kompresi kmitočtového zdvihu zajišt uje smyčka frekvenční synchronizace FLL, která je tvořena směšovačem, mf zesilovačem, FM demodulátorem a napět ově řízeným oscilátorem (obr. 2). f rf f mf U af f o C pf #$ L C P %%& '!" Obrázek 2. Smyčka frekvenční synchronizace Konverzní zisk otevřené smyčky FLL je D = 3, 6 V/MHz, uzavřené smyčky potom G = D/( + βd) = 0,68 V/MHz (f o = 96 MHz). () Modulační kompresní činitel k dostaneme jako podíl D/G k = (3, 6 V/MHz)/(0, 684 V/MHz) = 5, (2) 4

5 Úloha 4 Experiment s FM přijímačem TDA7000 změna kmitočtu oscilátoru změna mezifrekvenčního kmitočtu f o = f rf ( /k), (3) f mf = f rf /k. (4) Například pro f rf = 75 khz je f o = 60 khz, f mf = 5 khz. 2 Postup měření 2. Výpočet aktivního mezifrekvenčního filtru přijímače Celkové schéma mezifrekvenčního zesilovače je na obrázku 3. Skládá se ze tří dílčích filtrů, z nichž první je dolní propust (zapojení Sallen-Key) s doporučenou mezní frekvencí 94 khz. Externí kondenzátory C 7 a C 8 určují vlastnosti tohoto filtru. U mf R a 2k2 R p R a 2k2 4k7 R b 4k C 8 g C 7 22k C U mf V R b C 0 2k R c TDA7000 C 2 dolní propust pásmová propust dolní propust Přenos filtru je dán vztahem Obrázek 3. Mezifrekvenční filtr v IO TDA7000 A SK = ( + g j ω ω 0 Q ), (5) ω2 ω0 2 kde Q = 2 ω 0 = C7 C 8, (6) R a C7 C 8. (7) Hodnoty kondenzátorů C 7 a C 8 vypočteme podle vztahů (6) a (7), doporučená velikost Q je 2,5. Druhá sekce filtru je tvořena pásmovou propustí s vnějšími kapacitami C 0 a C. Jeho přenos je dán vztahem po úpravě A P P = + jωc 0 R b jωc R b + jωc R b + jωc, (8) 0R b +jωc 0 R b A P P = f d ) ( ). (9) f h ( + j f j f d fh f + 5

6 X37LBR Laboratoř rádiové komunikační techniky Pro mezní frekvence f h a f d tohoto filtru platí f h = f d = 2πR b C 0, (0) 2πR b C. () Pro příjem rozhlasového signálu v pásmu VKV FM výrobce doporučuje volit mezní frekvence f h = 03 khz, f d = 0,3 khz. Hodnoty kondenzátorů C 0 a C vypočteme podle vztahů (0) a (). Poslední část filtru tvoří integrační RC článek. Je to dolnofrekvenční propust s doporučenou mezní frekvencí 88,4 khz. Pro přenos integračního článku a mezní frekvenci platí A DP = + jωc 2 R c = f DP = + j ω ω DP, (2) 2πC 2 R c. (3) 2.2 Měření amplituduvé přenosové charakteristiky mf filtru Výslednou charakteristiku mezifrekvenčního filtru lze proměřit, pokud k IO nepřipojíme kmitavý obvod oscilátoru a na vf vstup přijímače nepřivedeme žádný signál. Budicí signál z RC generátoru (U mf ) připojíme na vývod 7 IO přes pomocný rezistor R p = 22 kω. Generátor s rezistorem R p tvoří proudový zdroj budící rezistor R a = 2,2 kω ve vnitřní struktuře integrovaného obvodu, charakteristika filtru je narušena pouze minimálně. Voltmetr připojíme na výstup 2 IO. Typický průběh výsledné přenosové charakteristiky je na obrázku 4. U O /U I [db] f [khz] Obrázek 4. Typický průběh normované přenosové charakteristiky mezifrekvenčního filtru 2.3 Měření dalších parametrů přijímače Pro měření parametrů přijímače s IO TDA7000 použijeme doporučené katalogové zapojení na obr.. Vstupní signál se přivede přes oddělovací kondenzátor 220 pf na vývod 3; vývod 4 je přes kondenzátor 220 pf připojen na záporný pól napájecího napětí. Tiché ladění lze připojit a odpojit pomocí odporu R mezi vývodem a kladným napětím napájecího zdroje 4,5 V. 6

7 Úloha 4 Experiment s FM přijímačem TDA7000 Citlivost U obvodu TDA7000 se citlivost měří na zatěžovacím odporu 22 kω při modulačním kmitočtu khz a frekvenčním zdvihu 75 khz. Obvod tichého ladění je vypnut. Vyhledem k poměrně komplikovanému měření pořadovaného odstupu signál-šum na výstupu 2 IO, stanovíme citlivost přijímače jako takové vf vstupní napětí, při němž právě dochází ke ztrátě synchronizace smyčka FLL (a to at již v důsledku přítomnosti silného rušícího vysílače FM nebo šumu). Charakteristika vstup výstup a harmonické zkreslení Podmínky jsou stejné jako v předchozím případě. Měříme závislost úrovně výstupního detekovaného signálu a jeho činitele harmonického zkreslení na úrovni vstupního vf signálu. Typické charakteristiky jsou nakresleny na obrázku 5. Obrázek 5. Závislost některých parametrů přijímače na úrovni vstupního signálu 7