Разработка и расчёт радиоприёмного устройства УКВ диапазона с ЧМ (стр. 3 из 3)

(21)

Выбираем емкость связи из условия С_{св A}≤ 0.89 пФ, Выбираем С_свА = 0,87 пФ.

Рассчитываем коэффициент включения контура ко входу УРЧ, при котором обеспечивается требуемая избирательность по зеркальному каналу:

(22)

параметры 1-го активного элемента R_вх =1кОм и С_вх =15пФ (транзистор КТ368)

Рассчитываем емкость связи, необходимую для получения m_вхзк:

Ссв. вх ≥

(23)

Ссв. вх ≥

пФ

Определяем емкость подстроечного конденсатора:

Определяем коэффициент передачи входной цепи для крайних частот поддиапазона (f= 88 - 108МГц) по формуле

, (24)

где m_вх = (Ск+С_п +С_м) / (Ск+С_п +С_м + С_{св вх} +С_вх) (25)

Для нижней частоты:

Для верхней частоты диапазона по формулам 24 и 25:

Таким образом, сочетание внешнеемкостной связи с антенной и внутриёмкостной связи со входом УРЧ обеспечивает малое изменение коэффициента передачи входной цепи по диапазону.

3. Электронная перестройка контуров

Для электронной перестройки частоты в радиовещательного приемника АМ тракта применим варикапную матрицу КВС - 111А из двух варикапов.

Для варикапов КВС - 120 усредненная зависимость емкости напряжения следующая:

С = С_нач ∙ ( (U_нач + φ_нач) / (u+ φ_нач)) ^0,43, (26)

где Снач = 33пФ при управляющем начальном напряжении U_нач = 4В

φ_{нач -} контактная разность потенциалов p-nерехода, φ_нач = 0,85 В

u - текущее значение управляющего напряжения. (от 0 до 30 В)

С _{при u=0} = 33 ∙ ( (4 + 0,85) / (0 + 0,85)) ^0,43 = 69,78 пФ

С_{при u= 30} = 33 ∙ ( (4 + 0,85) / (30 + 0,85)) ^0,43 = 14,89 пФ

Основные параметры варактора КВС - 111А [4, табл 4.1]:

С_{ном. мин}=27пФ,

С_{ном. макс}=39 пФ,

Q= 200,I_{обр. макс}= 1 мкА,

U_{обр. макс} =30 В,

режим измерения:

С_ном: U = 4 В, f = 1МГц,

Q: f = 50 МГц, U = 4B

4. Усилитель радиочастоты

Сделаем в приемнике на транзисторах резонансный УРЧ, так как при этом достигается улучшение избирательности по зеркальному и другим побочным каналам приема. В УРЧ используем биполярные транзисторы по схеме с общей базой, так как она имеет меньшую проходную емкость и обеспечивает в связи с этим больший устойчивый коэффициент усиления. В диапазоне УКВ контур УРЧ делается перестраиваемым по диапазону.

В супергетеродинных приемниках высокого класса и в приемниках прямого усиления с числом перестраиваемых контуров более одного целесообразно применять каскодные усилители (рис.6). [7, c.44] Устойчивый коэффициент усиления такого усилителя с транзисторами, имеющими высокую граничную частоту, при рациональном выполнении монтажа очень велик, что достигается благодаря малой проходной емкости каскада ОБ. Такие усилители хорошо работают в диапазоне УКВ. Так как коэффициент усиления первого транзистора по напряжению равен 1, то напряжение питания между его эмиттером и коллектором можно выбрать небольшим (1 - 2 В), обеспечив тем самым запас по питанию второго транзистора, и избежать ограничения в его коллекторной цепи при значительных амплитудах сигнала па выходе. Температурная стабилизация осуществляется включением в цепь эмиттера резистора R₃.

Рисунок 6.

Расчет УРЧ при известных параметрах используемого транзистора сводится к определению коэффициентов включения и элементов транзистора с контуром и к расчету коэффициентов усиления.

Коэффициент подключения р₁ и р₂ транзисторов к контуру УРЧ вычисляем по формулам [4]:

р₁ =

, (30)

р₂ =

, (31)

где R_вых - выходное сопротивление транзистора, нагрузкой которого является данный контур;

R_вх - входное сопротивление следующего усилительного прибора - транзистора;

Q_э, Q_к - эквивалентная и конструктивная добротности контура.

В диапазоне УКВ широко применяется транзистор типа КТ368 с параметрами [4]:

g₁₁ = 1,35 мСм, b₁₁ = 5,5 мСм, g₁₂ = 0,0150 мСм, b₁₂ = 0,590 мСм, g₂₁ =36 мСм, b₂₁ = - 11,2 мСм, g₂₂ = 0,84 мСм, b₂₂ = 0,940 мСм, f= 100 МГц

Из предыдущих расчетов ρ_к =105,13 Ом, Q_э = 35, Q_к = 142,667;

R_вых = R₂₂ = 1/g₂₂ = 1/0,84*10^-3 = 1,19 кОм; -

R_вх = R₁₁ = 1/g₁₁ = 1/1,35*10^-3 = 0,74 кОм;

р₁ =

=0,449;

р₂ =

=0,354

Резонансный коэффициент усиления УРЧ К_о равен:

К_о = р₁ * р₂ * S * R_э,

где S - крутизна на рабочей частоте, S = g₂₁ = 36 мСм;

R_э = ρ * Q_э = 105,13 * 35 = 3,68 кОм;

К_о = 0,449 * 0,354 * 36 * 10^-3 * 3,68 * 10³ = 21,06

УРЧ на транзисторе необходимо проверить на устойчивость, для чего его резонансный коэффициент усиления надо сравнить с устойчивым К_оу, равным [4]:

К_оу = 0,45 * (│Y₂₁│/ │Y₁₂│),

где│Y₂₁│=

│Y₁₂│=

Должны получить выполнение условия К_о ≤ К_оу. Как видим условие выполняется.

5. Преобразователь частоты

В диапазоне УКВ широкое распространение вследствие простоты получила схема преобразователя с совмещенным гетеродином. Транзисторный смеситель обычно строится по схеме с общим эммитером для сигнала, т.е. напряжение подается на базу транзистора (рис.7)

Рисунок 7. Схема транзисторного преобразователя частоты с совмещенным гетеродином диапазона УКВ (прототип УКВ-2-2Е)

6. Автоматическая подстройка частоты

Реальная, электрическая схема цепи AПЧ (без ЧД). соответствующая ее структуре на рис8, представлена на рис.9. откуда видно, что в качестве ее управителя частотой (УЧ) используется подключенный к одноконтурной резонансной цепи гетеродина варикап В. К нему всегда приложено постоянное запирающее напряжение Е_ро, значение которого значительно превышает максимально возможное значение амплитуда действующего на нем сигнала в связи с чем его можно рассматривать только в качестве конденсатора переменной емкости Св, однозначно обусловленной величиной подводимого к нему регулирующего напряжения Е_р.

Рис 8.

Требуемая (исходная) резонансная частота гетеродина f_г устанавливается при отсутствии регулировка значением Cв=Cво, имеющем место при Ер= Ер_0. С изменением регулирующего напряжения Ер, когда появляется его приращение ∆Ер = Ер - Еро изменяется и значение Св = Сок, что приводит к изменению резонансной частоты гетеродина fг и, следовательно, обеспечивает его подстройку.

Рис. 9.

Содержащийся в схеме рис.9 дроссель Д устраняет влияние конденсатора (обычно большой емкости) фильтра Сф на настройку резонансной цепи гетеродина. Для устранения же влияния на нее самого дросселя его индуктивность Lд должна заметно превышать значение индуктивности резонансной цепи гетеродина fг, практически достаточно иметь L_D= (5.10) L_г.

Как известно, значение его емкости С_р нужно выбрать таким образом, чтобы его сопротивление на частоте гетеродина f_г оказалось практически равным нулю.

Использованная литература

1. Акимов Н.Н., Ващуков Е.П., Прохоренко В.А., Ходоренок Ю. П.: Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА, справочник - Минск "Беларусь" 1994 г.

2. Буга Н.Н., Фалько А.И. Радиоприёмные устройства: Учебник для вузов - М.: Радио и связь, 1996.

3. Калихман С.Г., Левин Я.М. Радиоприёмники на полупроводниковых приборах. Теория и расчёт. - М.: Связь, 1979.

4. Методические указания по выполнению курсового проекта.

5. Проектирование радиоприемных устройств. Под ред.А.П. Сиверса. Учебное пособие для вузов.М., "Сов. радио", 1976.

6. Справочник по учебному проектированию приемно-усилительных устройств / М.К. Белкин, В.Т. Белинский и др. - 2-е изд. - В. ш., 1988.

7. Справочник радиолюбителя-конструктора. - 3-е изд., переработанное и дополненное. - М.: Радио и Связь, 1983. - 560с. (Массовая радиобиблиотека; Вып.1043).

Приложение