На тему: «Проектирование приёмника профессиональной радиостанции с однополосной модуляцией». 3 страница

Для определения параметра нелинейности необходимо рассчитать g₂₁₀*R, где g₂₁₀ значение проводимости прямой передачи(крутизны) в исходной рабочей точке, R – суммарное сопротивление в цепи эмиттера или истока транзистора, обуславливающее отрицательную обратную связь по переменному току.

Параметры α, r_б’, r_и’ берутся из справочных данных на транзистор. При их отсутствии принимаются средние значения α=0.97, r_б’ = r_и’ = 50 Ом.

Значение g₂₁₀ для биполярного транзистора принимается равным g₂₁₀ = 30* I₀, где I₀ – постоянная составляющая тока транзистора в исходном режиме.

4блок. Пересчёт параметров транзистора при изменении режима или введении резистора обратной связи.

При изменении режима по постоянному току в первом приближении можно считать, что изменяется только проводимость прямой передачи. Её новое значение определяется пропорциональным пересчётом:

для БТ: g₂₁₀ = g_210нач*(I₀/I_0нач), где g_210нач – значение параметра в начальном режиме (при I_0нач).

При введении резистора обратной связи заметно изменяются также входная и выходная проводимости. Новые значения параметров АП1:

= g₂₁ = g₂₁₀/F, g_вх = g₁₁₀/F, g_вых = g₂₂₀/F, где F = 1 + g₂₁₀*R – глубина ООС, индекс «0» имеют параметры при отсутствии обратной связи.

Коррекцию параметров АП1 рекомендуется начать с введения резистора в эмиттерную цепь. Если при этом становится меньше 3…5 мСм, следует изменить режим по постоянному току.

Рассчитываем новое значение g_гопт = (3…10)g_вх и повторяем расчёт входного устройства.

5блок. Расчёт напряжения шума АП1.

При rэ < r’_б используем справочные данные K_шмин и g_гопт и определяем K_шАП1 в реальной схеме:

, где g_г – эквивалентная проводимость генератора, известная из расчёта входного устройства.

Рассчитываем квадрат суммарного напряжения шума на входе АП1, создаваемого транзистором и проводимостью g_г:

, где k = 1.38*10^-23 Дж/К, T₀ = 293 К, - полоса пропускания тракта ПЧ приёмника.

Рассчитываем получившееся значение U_швх1 = .

3.3. Расчёт

Использовав при проектировании метод последовательного приближения и проведя несколько циклов расчётов получаем, что условия требования ТЗ по двухсигнальной избирательности и шумам АП1 будут выполнены при использовании транзистора КТ339, в эмиттерную цепь которого включён резистор ООС r_э = 6 Ом. Параметры транзистора КТ339 без учёта влияния r_э были приведены в пункте 1.8. Следовательно необходимо пересчитать параметры АП1 с учётом r_э.

4блок. Пересчёт параметров транзистора:

R = r_э + r’_б *(1 – α) = 6 + 30*(1 – 0.97) = 6.9 Ом,

g₂₁₀ = 30*I₀ = 30*2*10^-3 = 0.06 См,

g₂₁₀*R = 6.9*0.06 = 0.414,

F = 1 + g₂₁₀*R = 1 + 0.414 = 1.414,

= g₂₁₀/F = 0.06 /1.414 = 0.042 См,

g_вх = g_110/F = 0.7*10^-3/1.414 = 0.495 мСм,

g_гопт = (3…10)*g₁₁ = 10*0.7*10^-3 = 4.95 мСм,

g_вых = g₂₂₀/F = 12*10^-6/1.414 = 8.487 мкСм.

Пересчитанные параметры транзистора были использованы при расчёте входного устройства. Режим работы транзистора по постоянному току был изменён(I₀ = 2 мА) для уменьшения глубины ООС и уменьшения напряжения шума транзистора.

2блок. Рассчитанные параметры входного устройства:

Результаты расчёта:

f_макс = 29.12 МГц,

K_0вх = 0.735,

Q_вх = 150,

= 194.1 кГц.

3блок. Рассчитываем K_им2,1 на f_макс.

f_п1 = f_0макс + 200*10³ = 29.12*10⁶ + 0.2*10⁶ = 29.32 МГц,

f_п2 = f_0макс + 400*10³ = 29.12*10⁶ + 0.4*10⁶ = 29.52 МГц,

U_Ап1 = 20 мВ,

U_Ап2 = 30 мВ.

Стандартный испытательный сигнал U_ст = 1 мВ.

1/В².

На f_макс определяем напряжение сигнала и помех на входе АП1:

U_свх = U_ст*K_0вх = 0.001*0.735 = 0.808 мВ,

U_п1вх = U_Ап1*K_0вх* = 20*10^-3*0.735*0.438 = 6.432 мВ,

U_п2вх = U_Ап2*K_0вх* = 30*10^-3*0.735*0.237 = 5.23 мВ,

0.2417%.

5блок. Расчёт U_швх1:

U_швх1 = В,

U_швх1 = < = В.

4. Расчет УРЧ и общих характеристик преселектора

4.1. Порядок расчета

Каскады УРЧ выполняют, как правило, на дискретных транзисторах. В УРЧ находят применение как биполярные (БТ), так и полевые (ПТ) транзисторы. Будем использовать схему на биполярном транзисторе, транзистор включен по схеме с общим эмиттером:

Рис. 4. Схема УРЧ на биполярном транзисторе.

Сигнал поступает на базу транзистора от контура входного устройства с коэффициентом включения . Проводимость, которую транзистор «видит» со стороны источника сигнала, – . Эти параметры известны из расчёта входного устройства. Колебательный контур в нагрузке транзистора выполнен по схеме колебательного контура входного устройства, перестраивается в том же диапазоне частот и имеет те же параметры , , , , . Эквивалентные параметры и связи колебательного контура с внешними цепями и будут определены при расчёте.

Исходными данными для расчёта являются также параметры транзистора в режиме, выбранном ранее при расчёте структурной схемы с учётом требований многосигнальной избирательности (с учётом сопротивления резистора , если он будет использоваться):

- модуль проводимости прямой передачи;

- проходная емкость транзистора;

- вещественная составляющая входной проводимости;

- составляющая выходной проводимости;

- входная емкость;

- выходная емкость;

- возможное отклонение от заданного значения;

возможное отклонение от заданного значения;

- значение постоянной составляющей тока транзистора.

Следующим каскадом является преобразователь частоты. Для расчёта УРЧ необходимы его параметры (параметры ИМС преобразователя частоты К174ПС1):

- вещественная составляющая входной проводимости;

- входная емкость;

- возможное отклонение от заданного значения;

- коэффициент шума.

В качестве , , принимаем соответствующие параметры ИМС преобразователя частоты.

Расчёт УРЧ состоит из расчёта характеристик каскада для усиливаемого сигнала (по переменному току) и расчёта элементов цепей питания (по постоянному току).

4.2. Расчет резонансного коэффициента усиления УРЧ и чувствительности приемника

Расчет производится на тех же частотах настройки, что и расчет входного устройства. Резонансный усилитель, работающий в диапазоне частот, имеет коэффициент усиления, зависящий от частоты настройки. В представленных схемах на верхней частоте диапазона имеет наибольшее значение. Влияние внешних цепей на параметры колебательного контура будет наибольшим также на верхней частоте, поэтому коэффициенты включения (трансформации) и выбирают, исходя из допустимого влияния внешних цепей на параметры колебательного контура, на максимальной частоте. В пределах рассчитываемого диапазона и от частоты не зависят.

Исходные данные:

;

;

;

;

.

Рассчитываем значение :

- из условия допустимого расширения полосы пропускания Значение D

выбираем равным 1.2:

,

- из условия допустимого влияния внутренней обратной связи на устойчивость работы УРЧ:

- из условия расстройки контура не более, чем на половину полосы пропускания за счет подключения к нему :

.

Из трех полученных значений выбираем меньшее , которое используем при дальнейших расчетах: .

Рассчитываем значение

- из условия допустимого расширения полосы пропускания:

,

- из условия допустимой расстройки контура:

.

Из двух значений выбираем меньшее , которое используем при дальнейших расчетах: .

Рассчитываем значения индуктивностей катушек связи:

где - коэффициент магнитной связи между катушками; при многослойной намотке.

,

Так как значение мкГн принимаем мкГн и рассчитываем .

Рассчитываем параметры УРЧ на крайних и одной из средних частот диапазона, т.е. Расчету подлежат:

- резонансная проводимость колебательного контура:

.

- резонансная проводимость эквивалентного контура:

,

при :

при :

при :

- эквивалентная добротность контура:

,

при :

.

при :

.

при :

.

- полоса пропускания каскада:

,

при :

.

при :

.

при :

.

- резонансный коэффициент усиления:

.

при :

.

при :

.

при :

.

Результаты расчета сведены в таблицу:

26.02		159.1	152.713	170.4	7.11
27.52	127.6	151.7	151.383	181.8	7.457
29.12	120.6	144.7		194.1	7.817

Рассчитываем получающееся в результате значение чувствительности приемника при заданном в ТЗ отношении сигнал/шум на выходе. Рассчитываем квадрат напряжения шума, создаваемого преобразователем частоты на его входе:

, где

, ,

- коэффициент шума,

мСм- эквивалентная проводимость генератора.

Подставляя все известные данные, получим:

Рассчитываем значение - квадрат напряжения шума АП1, подведенного к входу приемника:

Суммарное напряжение шума на входе АП1:

.

Рассчитываем наихудшее в диапазоне (номинальное) значение чувствительности приемника, которое удалось получить в ходе расчётов:

, где

- наименьший в диапазоне коэффициент передачи входного устройства.

4.3. Расчет элементов цепей питания

Исходной величиной для расчета является значение постоянной составляющей тока. Можно считать Напряжение между коллектором и эмиттером - справочное данное, оно слабо влияет на параметры транзистора. Напряжение между базой и эмиттером можно принять равным 0.6 В (для маломощных транзисторов). - сопротивление резистора, оптимальное с точки зрения температурной стабильности. По таблице номинальных значений выбираем сопротивление резистора , включенного в схему, и рассчитываем:

;

.

Задаемся значением тока делителя , : . Рассчитываем напряжение между базой и корпусом:

и значения сопротивлений:

;

.

Подбираем по таблице номинальных значений ближайшие к рассчитанным:

.

Определяем вещественную составляющую входной проводимости каскада УРЧ с учетом сопротивлений делителя:

;/

.

Во избежание излишней отрицательной обратной связи по переменному току выбираем значение емкости , параллельной , из условия:

,

где - значение минимальной частоты сигнала, на которую рассчитан УРЧ приемника.

.

Емкость разделительного конденсатора выбираем из условия:

,

.

Емкость блокировочного конденсатора в цепи питания выбирают не менее 100нФ при усилении сигналов диапазона КВ.

С целью унификации элементов берем .

4.4. Расчёт характеристик избирательности преселектора

На крайних частотах диапазона и рассчитываем и строим графики характеристик избирательности преселектора в математическом пакете Mathcad:

,

где и , соответственно, характеристики избирательности входного устройства и УРЧ, рассчитываемые следующим образом:

, , ;

, , .

На и рассчитываем ослабление в ВхУ, УРЧ и преселекторе в целом помехи с частотой зеркального канала, с промежуточной частотой и с частотой соседнего канала:

- При определении : .

_- при _:

.

.