Приёмник радиолокационной станции диапазона 800 МГц (стр. 3 из 7)

NТ=100,1×6=4

Принимаю коэффициент шума преобразователя равным:

NПЧ=5×NТ,

NПЧ=5×4=20.

Коэффициент усиления по мощности преобразователя частоты, выполненного на выбранном полевом транзисторе, составляет около 2:

КПЧ≈2.

2.2.5.3 Коэффициент шума УПЧ NУПЧ=4

2.2.5.4 Ожидаемый коэффициент шума приёмника без УРЧ:

,

Ожидаемый коэффициент шума приёмника без УРЧ превышает предельно допустимый коэффициент шума:

26,9>11,5

Следовательно, необходимо применить перед преобразователем частоты малошумящий усилитель радиочастоты.

Рисунок 2.3 Схема структурная первых узлов приёмника с использованием УРЧ.

2.2.6 Найду действительный коэффициент шума приёмника при применении малошумящего УРЧ перед преобразователем частоты

2.2.6.1 В качестве усилительного элемента применяю полевой транзистор 2П310А. Причины выбор такие же, как при выборе транзистора смесителя (см. п.2.2.5.2).

Принимаю коэффициент шума УРЧ:

NУРЧ=2×NТ,

NУРЧ=2×4=8,

а коэффициент усиления по мощности:

KР. УРЧ=3дБ=2.

2.2.6.2 Ожидаемый коэффициент шума приёмника с применением УРЧ:

.

Ожидаемый коэффициент шума приёмника с применением УРЧ больше предельно допустимого:

21,9>11,5

Необходимо применить УРЧ с большим усилением.

2.2.7 Возможно два варианта решения этой задачи

1) применить многокаскадный УРЧ;

2) применить УРЧ с каскодным включением усилительных элементов.

Второй вариант предпочтительнее, так как имеет лучшую устойчивость, при аналогичных шумовых характеристиках.

На практике применяются различные комбинации усилительных элементов в схеме каскодного УРЧ. Схема на двух полевых транзисторах обладает наибольшим динамическим диапазонам и в данном случае обладает преимуществом. Коэффициент устойчивого усиления превышает, по крайней мере, в 100 раз (а зачастую и выше) коэффициент усиления каскада на одном таком же транзисторе.

2.2.7.1 Коэффициент шума приёмника с применением каскодного УРЧ:

,

где NУРЧК - коэффициент шума каскодного УРЧ, равен коэффициенту шума каскада на одном транзисторе NУРЧК=NУРЧ=8;

KР УРЧК - коэффициент усиления каскодного УРЧ.

Из этой формулы нахожу требуемый коэффициент усиления каскодного УРЧ:

.

Заменяю коэффициент шума приёмника его требуемым значением и нахожу минимальный коэффициент усиления каскодного УРЧ:

Найденное значение коэффициента усиления УРЧ является минимальным с точки зрения обеспечения шумовых свойств.

Усиление обычно выбирают с запасом на старение элементов:

,

где k- коэффициент запаса усиления, обычно k=(2…3), выбираю k=2,

.

Минимальное напряжение на входе преобразователя:

,

где gВХ ПЧ - входная проводимость преобразователя частоты, gВХ ПЧ≈1,17×10-2См.

.

Динамический диапазон входного напряжения в относительных единицах:

DВХ=100,05×D [дБ],

DВХ=100,05×50=316.

Максимальное напряжение на входе преобразователя:

Uвх пч max=Uвх пч min×Dвх,

Uвх пч max=1,4×10-5×316=4,42×10-3В=4,42мВ.

Полученное значение максимального входного напряжения преобразователя является вполне приемлемым для смесителя на полевом транзисторе.

3. Расчёт логарифмического УПЧ

3.1 Данные для расчёта

Динамический диапазон входного сигнала:

DВХ=50дБ=100,05×50=316

Динамический диапазон выходного сигнала не более DВЫХ=13дБ=100,05×13=4,46

Минимальное значение входного сигнала (определяется чувствительностью) EВХ МИН=8,86×10-6В.

Минимальное значение выходного напряжения (необходимое для нормальной работы детектора) Uвых=1В.

%.1 Число каскадов логарифмического усилителя в простейшем случае численно равно требуемому динамическому диапазону выходного сигнала:

N=DВЫХ,

число каскадов, разумеется, округляется до ближайшего меньшего целого.

N=4,46≈4

Качественная амплитудная характеристика четырёхкаскадного УПЧ приведена на рисунке %.

3.2 Усиление каскада до насыщения

,

.

3.3 Оценю ошибку аппроксимации по графику рис.27 [] для KЛ=16дБ:

δ≈2дБ,

её можно считать удовлетворительной.

3.4 Требуемое усиление до ЛУПЧ

,

.

3.5 Порог насыщения каскада ЛУПЧ

ЕТ=К×ЕВХ МИН×DВХ,

ЕТ=52,5×8,86×10-6×316=0,147В.

3.6 Расчёт усилителя логарифмического УПЧ

В логарифмических УПЧ применяются в основном широкополосные усилители. Частотная избирательность при этом осуществляется в предыдущих каскадах. В качестве схемного исполнения использую резистивный усилитель на биполярном транзисторе, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ) рисунок %.

3.6.1 Выбираю транзистор усилителя по следующим критериям

1) граничной частоте усиления fГР>(3…4) ×fВ,

где fВ - верхняя частота усиливаемых колебаний (для узкополосного колебания можно принять fВ≈fПР), следовательно, выбирать нужно такие транзисторы, у которых fГР≥4×30МГц=120МГц;

2) отношению коэффициента передачи тока к ёмкости коллекторного перехода: h21Э/СК; предпочтение нужно отдавать транзисторам с большим отношением (отношение h21Э/СК косвенно определяет устойчивый коэффициент усиления);

3) и, наконец, стоимости - транзисторы со слишком высокими показателями имеют бόльшую стоимость.

Выбираю транзистор 2Т368А. Его параметры приведены в приложении%.

3.6.2 Нахожу параметры усилительного каскада на промежуточной частоте

3.6.2.1 Сопротивление базы на высокой частоте:

,

где τ - постоянная цепи обратной связи;

СК - ёмкость коллекторного перехода.

3.6.2.2 Сопротивление эмиттерного перехода:

,

где I0Э - ток эмиттера в рабочей точке каскада, выбираю положение рабочей точки из условия обеспечения запаса на регулировку усиления в 6 раз: ток эмиттера в рабочей точке, равен 3мА=3×10-3А.

3.6.2.3 Коэффициент передачи по току в схеме с общей базой (ОБ):

,

где β - статический коэффициент передачи тока по схеме с ОЭ, β=h21Э0=50.

3.6.2.4 Сопротивление перехода база-эмиттер:

,

.

3.6.2.5 Статическая крутизна усиления:

,

.

3.6.2.6 Крутизна на высокой частоте:

,

Значение крутизны на высокой частоте осталось практически неизменным.

3.6.2.7 Входная проводимость:

,

где ω - угловая частота, ω=2×π×fПР.

3.6.2.8 Входная ёмкость:

,

.

3.6.2.9 Выходная ёмкость:

,

.

3.6.2.10 Выходная проводимость: