Проектирование контура гетеродина
Расчет контура гетеродина производится в следующем порядке.
1. Разбивка общего диапазона рабочих частот на поддиапазоны
Определяется коэффициент перекрытия поддиапазона kпд входного контура.
, (16)
где Cэmax= Cmax + Спост ; Cэmin = Cmin + Спост – соответственно, максимальная и минимальная результирующие емкости контура, пФ; Спост – составляющая емкости сигнальных контуров.
Диапазоны возможных значений Спост приведены в табл. 3.
Таблица 3
Диапазон волн | Километровые | Гектометровые | Декаметровые | Метровые |
Длины волн | 10…1 км | 1000… …100 м | 100…10 м | 10…1 м |
Диапазон частот, МГц | 0,03…0,3 | 0,3…3 | 3…30 | 30…300 |
Спост, пФ | 60…90 | 40…60 | 30…45 | 25…35 |
В табл. 4 представлены примерные значения емкостей переменных и подстроечных конденсаторов, требуемые для различных диапазонов частот.
Таблица 4
Диапазон частот, МГц | Емкость конденсатора переменной емкости, пФ | Емкость подстроечного конденсатора, пФ | ||
Cmin | Cmax | Cпmin | Cпmax | |
0,03…0,3 | 15…30 | 450…750 | 2…5 | 15…25 |
0,3…3 | 12…25 | 250…500 | 2…3 | 10…20 |
3…30 | 7…15 | 50…250 | 2…3 | 8…13 |
30…300 | 3…7 | 10…50 | 0,6…1,5 | 2…5 |
В соответствии с таблицами Спост=60 пФ, Cmin=12 пФ, Cmax=250 пФ,
Cпmax=10 пФ, Cпmin=3 пФ
Cэmax= Cmax + Спост = 310 пФ ; Cэmin = Cmin + Спост= 72 пФ
=
Разбивка на поддиапазоны общего диапазона частот требуется, если выполняется неравенство
Следовательно разбивка на поддиапазоны не требуется.
Рассчитываются граничные частоты поддиапазонов контуров гетеродина по формулам:
fminг = fmin + fпр; (17)
fmaxг = fmax + fпр. (17а)
fminг=0,15+0,11=0,26 МГц; fmaxг=0,41+0,11=0,52 МГц
По формуле (18) рассчитывается коэффициент перекрытия поддиапазона гетеродина.
(18)
2. Рассчитываются значения емкостей С3, С2 и С1э, входящих в состав контура входной цепи радиоприемника.
Подстроечный конденсатор С3 со средней емкостью Сп.ср служит для выравнивания начальной эквивалентной емкости контура. Значение Сп.ср рассчитывается по формуле:
=
, (19)
где Спmin и Спmax – соответственно, минимальная и максимальная емкости подстроечного конденсатора. Их значения берутся из табл. 4.
Значение емкости С2 рассчитывается по формуле [36]:
, (20)
где Сv = Cmax – Cmin – переменная часть емкости конденсатора переменной емкости; kпд – коэффициент перекрытия поддиапазона Сv=238 пФ
Коэффициент HС представляет отношение производных от емкости настроечного конденсатора переменной емкости С по управляющему параметру х при минимальной fimin и максимальной fimax частотах поддиапазона:
. (21)
=95. (22)
=84,7 пФ
Значение емкости С1э рассчитывается по формуле:
(23)
где ;
3. Рассчитываются значения С3 г. и С1э.г.
С1э.г = С1э=0,57 пФ; (24)
С2г = С2=84,7 пФ; (25)
С3г = Ск.гmin – =6,5 пФ, (26)
где
=
; (27)
; (28)
; (29)
Сmin и Cmax – минимальная и максимальная емкости КПЕ.
Величина емкости дополнительного конденсатора С1г рассчитывается по формуле:
С1г = С1э.г – С м – СL= С1э.г + С пост=0,57+60=60,57 пФ, (30)
где Сми СL – емкости монтажа и катушки индуктивности соответственно.
4. Рассчитывается необходимая индуктивность контура гетеродина на минимальной частоте поддиапазона fiгmax , мкГн:
=
, (30)
где fгmax выражается в МГц; Ск.гmin – в пФ.
5. Рассчитывается допустимый коэффициент включения p2г контура в коллекторную цепь усилительного прибора:
(31)
где Uткmax – максимальное значение амплитуды напряжения на коллекторе транзистора; Iткmin – минимальная амплитуда первой гармоники коллекторного тока (при минимальной температуре эксплуатации, минимальном значении параметра h21Е на минимальной частоте); – отношение наибольшего значения напряжения на коллекторе транзистора к наименьшему значению; rэ.к – минимальное значение сопротивления эквивалентного колебательного контура.
Значение kU находится из следующего выражения:
(32)
где – относительное отклонение тока эмиттера вследствие отклонения коэффициента усиления тока эмиттера от среднего значения до максимального;
– относительное отклонение тока эмиттера вследствие повышения температуры окружающей среды от 20 °С до наибольшего значения
;
b 0,1¼0,15 – параметр стабилизации эмиттерного тока b=0,1;
kпд.г – коэффициент перекрытия поддиапазона контура гетеродина.
Величины и
рассчитываются по формулам:
(33)
(34)
где R1 и R2 – сопротивления делителя, включенного в цепь базы транзистора; Rэ – сопротивления нагрузки в цепи эмиттера; Iэ 1¼10 мА – постоянная составляющая тока эмиттера при отсутствии генерации, среднем значении h21б и комнатной температуре; DT =
– 20 °С – температура перегрева транзистора; t = 7 для кремниевых транзисторов.
Величина тока эмиттера Iэ, А, задается соотношением
(35)
где Uкэ.р = (Uп – 1)/2 – среднее напряжение на переходе коллектор-эмиттер, определяющее рабочую точку транзистора, В; Pвых = (0,5¼0,7)Pкmax – величина выходной мощности, рассеиваемой в нагрузке, Вт; Uп – напряжение источника питания, В, которое определяется из выражения
Uп = (0,6¼0,8)Uкэmax=15В.
Выбирается ближайшее стандартное значение Uп из ряда: 5,0; 6,0; 9,0; 12,6; 15; 24; 27 В.
Исходя из формулы определения значения тока насыщения Iк.н. (рис.5), находим значения Rэ и Rк:
(36)
Отсюда (37)
Значение сопротивления делителя R2, Ом, можно оценить по формуле:
(38)
где номинальное значение тока базы Iб.р. оценивается из соотношения:
.
Величина сопротивления резистора R1, Ом, рассчитывается по формуле:
. (39)
Значение максимального значения амплитуды напряжения на коллекторе транзистора Uткmax, В, рассчитывается по формуле:
Uткmax = 0,9(Uп – IэmaxRэ – 0,5)=0,9(15-13,1*10-3*200-0,5)=11,6 В. (40)
Величина Iэmax рассчитывается из выражения:
(41)
Значение Iткmin рассчитывается по формуле:
(42)
Величина сопротивления эквивалентного колебательного контура rэ.к, Ом, рассчитывается по формуле:
(43)
где Lк.г – индуктивность катушки контура гетеродина, мкГн; fiгmin выражается в МГц; Qэ – добротность эквивалентного контура.
Величина Qэ рассчитывается из выражения:
(44)
где Qк – конструктивная добротность контура (заданная в ТЗ).
6. Вычисляется величина индуктивности L2г, подключаемой к коллекторной цепи транзистора:
, (45)
где kсв 0,9 – коэффициент связи между катушкой L2г и всей катушкой контура (кроме L1г).
7. Рассчитывается коэффициент включения контура в цепь эмиттер-база p1г, необходимый для получения выбранного значения Uтэmin (в пределах 0,05…0,10 мВ):
(46)
8. Вычисляется индуктивность L1г:
(47)
9. Рассчитывается разделительная емкость Срг, пФ:
=
(48)
где Iткmin выражается в мА, Uтэmin – в мВ, fiгmin – в МГц.
10. Рассчитывается емкость блокировочного конденсатора Сбл:
(49)
11. Рассчитывается емкость Срк, пФ:
(50)
где fiг min выражается в МГц.
12. Расчет коэффициента усиления каскада по напряжению:
Без обратной связи. Для каскада, включенного по схеме с ОЭ , на средних частотах коэффициент усиления по напряжению определяется формулой:
где
С учетом обратной связи. Для каскада , включенного по схеме с ОЭ , коэффициент усиления по напряжению с учетом обратной связи определяется формулой: