перечень сокращений (стр. 7 из 13)
fC – частота настройки контура, Гц
Зададимся значением минимальной индуктивности катушки контура исходя из условий конструктивной реализации, определяемых диапазоном рабочих частот. Величину индуктивности выберем из таблицы 3.1.
Таблица 3.1
| fC, МГц | 0.1-0.5 | 0.5-0.1 | 1.0-5.0 | 5.0-10.0 | 10.0-20.0 | 20.0-40.0 | 40.0-100.0 |
| LMIN, мкГн | 1000-400 | 400-250 | 250-20 | 20-10 | 10-5 | 5-0.8 | 0.8-0.05 |
Для ПЧ2 = 1.455 МГц зададим значение LMIN = L1 = 130 мкГн
Тогда емкость контура ровна:
пФРассчитаем емкость разделительного конденсатора:
ХС7 = 1/2*p*С7 << RВХ СЛ, (3.9)
где RВХ СЛ – входное сопротивление следующего каскада, Ом.
СР = С7 = 10 мкФ
Рассчитаем элементы развязывающего фильтра С1, R5:
(3.10) 
ОмВыберем номинал резисторов R5 из ряда стандартных значений Е24:
R5 = 430 Ом
(3.11) 
нФВыберем номинал конденсатора C1 из ряда стандартных значений Е24:
C1 = 1 мкФ.
4 РАЗРАБОТКА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ УПЧ - 2
Проектируемый КВ приемник, в который входит плата, стационарный. Оценены условия эксплуатации, хранения, транспортирования, выбрана группа жесткости. В зависимости от условий эксплуатации определяется группа жесткости по ОСТ 4.077.000, обусловливающая требования к конструкции платы, материалу основания и проводящего рисунка и необходимость защиты от климатических, механических и других воздействий. Выбрана первая группа жесткости.
Выбрана двусторонняя печатная плата с металлизированными отверстиями. Класс точности разработанной платы четвертый, что позволяет получить высокую плотность монтажа, а, следовательно, минимизировать размеры печатной платы.
Для получения печатного рисунка выбран комбинированный метод. Комбинированный метод получения проводящего рисунка печатной платы, основан на травлении фольгированного диэлектрика и металлизации отверстий электрохимическим способом. Этот метод обеспечивает надёжную пайку элементов. Его используют для изготовления двухсторонних печатных плат, когда переходы с одной стороны платы на другую осуществляются за счёт переходных металлизированных отверстий, получающихся непосредственно в процессе технологического цикла изготовления платы. Комбинированный метод обеспечивает высокую надёжность.
Для выбора размеров печатной платы оценим необходимую площадь, занимаемую элементами по формуле:
Sпп = Кип*(
), (4.1)где
- площадь, занимаемая резисторами, 
= 1140 мм2;
- площадь, занимаемая конденсаторами, 
= 830 мм2; 
- площадь, занимаемая транзисторами, = 340 мм2; 
- площадь, занимаемая ИМС, = 250 мм2; 
- площадь, занимаемая разъемами, = 120 мм2;KИП - коэффициент использования печатной платы, KИП = 3.
С учетом этого площадь печатной платы будет равна:
SПП = 3*2680= 8040 мм2
Выбираем размер 60х130 мм. Толщину платы выбираем равной 2 мм. В качестве материала основания выбираем стеклотекстолит фольгированный СФ-1-35 (ГОСТ 10316-78).
Для разработки топологии печатной платы исходными данными являются:
- размеры печатной платы;
- типы и размеры корпусов используемых микросхем;
- габаритные размеры используемых радиоэлементов (резисторов, конденсаторов, разъема и пр.).
Разработка печатной платы включает в себя следующие этапы:
- размещение радиоэлементов на плате;
- трассировка проводников печатной платы.
В УПЧ - 2 используются стандартные радиоэлементы. Разработка топологии печатной платы осуществлялась с помощью системы автоматизированного проектирования P-CAD 2001 фирмы Personal CAD System Inc. Данная САПР позволяет выполнить оба этапа разработки печатной платы в автоматическом или ручном режимах. Разработанная печатная плата УПЧ - 2 является двухсторонней (см. графический документ «2007 000000 920. УПЧ - 2. Плата печатная»).
5 МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ УПЧ - 2 В СИСТЕМЕ OrCAD 9.1
5.1 Задачи моделирования
В середине 80 – х годов началась постепенная переориентация систем проектирования с больших и среднего класса ЭВМ на класс персональных компьютеров. Этот период времени характеризуется образованием большого количества фирм разработчиков программного обеспечения (ПО) САПР для персонального класса вычислительных машин. В 1985 году была основана фирма OrCAD, специализация которой была направлена на создание САПРа схемотехнического проектирования. В настоящее время OrCAD 9.х – это интегрированное программное обеспечение, предназначенное для сквозного проектирования радиоэлектронных устройств, т.е. позволяющие проводить разработку аналого-цифровых схем от идеи до изготовления печатной платы /18/.
Использование программы OrCAD 9.1 позволит смоделировать процессы, происходящие в электрической схеме, а при необходимости, сделало бы возможным произвести большую часть отладочных работ при проектировании радиоэлектронного устройства, не прибегая к изготовлению макета. В данном дипломном проекте проведены стандартные методы анализа: расчет частотной характеристики, статистический анализ по методу Монте-Карло, расчет чувствительности схемы к разбросу параметров компонентов и проверка работоспособности для наихудшей комбинации отклонений от номинала, расчет чувствительности схемы к воздействию дестабилизирующих факторов, расчет отношение сигнал/шум для данной схемы. Кроме того, будет смоделирована работа схемы АРУ – 2.
Создание и редактирование схемы УПЧ – 2 осуществлялось графическим способом с помощью программы CAPTURE CIS входящей в состав OrCAD 9.1. Описание моделей элементов используемых при моделировании приведено в Приложении К.
5.2 Расчет частотной характеристики
Для построения частотной характеристики, анализа заданной схемы по переменному току, необходимо провести AC Sweep в заданном частотном диапазоне. Частотные характеристики рассчитываются в общем виде по директиве:
.AC [LIN] [OCT] [DEC] <n> <начальная частота> <конечная частота>,
где [LIN] – устанавливает линейный шаг по частоте с общим количеством точек <n>;
[OCT] [DEC] – устанавливают логарифмический характер изменения частоты октавами и декадами соответственно.
Директива анализа схемы УПЧ - 2:
.AC DEC 1000 100k 2000k
Необходимо получить общий коэффициент усиления трех каскадов УПЧ - 2 10000 (80 дБ). Подадим на вход исследуемой схемы синусоидальный сигнал с уровнем 50 мкВ. Синусоидальный сигнал сформирован с помощью источника напряжения VSIN описанный директивой:
+SIN 0 50u 1455k
Рисунок 5.1 - АЧХ УПЧ - 2 на выходе схемы
Как видно из рисунка 5.1 требуемый коэффициент усиления на ПЧ2 не достигнут. Необходимо получить 10000, а получено 2705. Для получения заданного значения усиления выполним параметрическую оптимизацию схемы методом наискорейшего спуска с помощью модуля входящего в OrCAD – PSpice Optimizer. В данном случае критерием оптимизации является получение необходимого уровня усиления по напряжению на выходе схемы.
В режиме оптимизации меняются величины резисторов R3, R8, R13, соответственно изменяется величины потенциалов по второму затвору транзисторов VT1, VT2, VT3. После завершения процесса оптимизации получена АЧХ УПЧ - 2 изображенная на рисунке 5.2.
Рисунок 5.2 - АЧХ УПЧ - 2 после оптимизации
Получен коэффициент усиления по напряжению на резонансной частоте 1.455 МГц - Купч2 = 10050 (80.04 дБ).
Полоса пропускания смоделированного усилителя определена с помощью стандартной функции «Bandwidth(1,db_level)» входящей в модуль OrCAD – PSpice A/D.
П0.707 = 48228 кГц.
Так же определен коэффициент прямоугольности по формуле:
, (5.1)где
П0.001 – полоса пропускания по уровню 60 дБ;
П0.001 – полоса пропускания по уровню 3 дБ;
kП = 22.054
5.3 Анализ шумов
Статические процессы в полупроводниках и резисторах приводят к возникновению мельчайших напряжений (тепловой шум, дробовой и фликкер-шум в полупроводниковых приборах), которые принято называть шумами. В частности шумы полевого транзистора определяются тепловыми, избыточными и дробовыми шумами. Важным критериев качества усилителя является величина отношения полезного сигнала к шумовому сигналу на выходе усилителя. Такое отношение (рассчитываемое логарифмически) обозначают как отношение сигнал/шум. В, программе OrCAD анализ шумов называется Noise Analysis и является составной частью анализа AC Sweep.