Расчёт элементов, обеспечивающих режим работы смесителя.

Расчет выполняем аналогично расчёту каскада УРЧ (см. подраздел 5.1), но рабочую точку выбираем на нелинейном участке проходной характеристики смесителя, т.е. при I_К=1 мА

Исходные данные: Е_п=9 В; I_К=1 мА; I_КБ0=1.5 мА; диапазон рабочих температур (-40…+60) °С; f₀=465 кГц; g₁₁=0.5 мСм.

Определяем изменение обратного тока коллектора ∆I_КБ0:

, (6.1)

Находим тепловое смещение напряжения базы ∆U_ЭБ:

, (6.2)

Рассчитываем необходимую нестабильность коллекторного тока ∆I_К:

, (6.3)

Вычисляем сопротивление резистора R₄, полагая, что входное сопротивление преобразователя частоты со стороны гетеродина (R₃) равно 100 Ом:

, (6.4)

Находим сопротивление резистора R_ф:

. (6.5)

Находим сопротивление резистора R₂:

. (6.6)

Находим сопротивление резистора R₁:

. (6.7)

Подсчитываем ёмкости конденсаторов:

. (6.8)

. (6.9)

6.2. Расчёт элементов звеньев ФСИ и параметров преобразователя частоты.

Расчёт элементов звеньев фильтра выполнялся в соответствии с методикой машинного проектирования LC-фильтров сосредоточенной избирательности [1, с.288]. Программа расчёта фильтра III₄ [1, c.291] проверялась в интегрированной среде Microsoft Access 97. Для расчёта были приняты следующие исходные данные:

Ø промежуточная частота f_п=465 кГц;

Ø требуемая полоса пропускания П=20 кГц;

Ø расстройка соседнего канала Δf_ск=25 кГц;

Ø заданная избирательность по соседнему каналу Se_ск=48 дБ;

Ø требуемое ослабление на границе полосы пропускания Se_п=2 дБ;

Ø собственное затухание контуров ФСИ d=0.004;

Ø максимально допустимое число звеньев n_max=6.

В результате расчёта были получены следующие параметры фильтра:

Ø нижняя частота среза f₁=451.4 кГц;

Ø верхняя частота среза f₂=478.6 кГц;

Ø ослабление сигнала на границе полосы пропускания Se(f_гр)=1.98 дБ;

Ø ослабление сигнала на частоте соседнего канала Se_{ск ф}=51.66 дБ;

Ø число звеньев фильтра n=6;

Ø общее затухание, вносимое фильтром на частоте f_п L_ф=3.56 дБ;

Ø коэффициент передачи фильтра K_ф=0.66;

Ø нормированная величина индуктивности L₂ τ_L2=1.002∙10^-8 c;

Ø нормированная величина ёмкости С₂ τ_С2=1.104∙10^-5 с;

Ø нормированная величина ёмкости С₁ τ_С1=3.426∙10^-7 с.

Частотная характеристика рассчитанного фильтра представлена на рис.12.

Рис.12.

Зададимся величиной номинального характеристического сопротивления фильтра W₀=50 кОм и находим коэффициенты трансформации для первого (m₁) и последнего (m₂) контуров ФСИ:

m₁=1, т.к. W₀∙g_22пч<1;

, (6.10)

где g₁₁- входная проводимость первого каскада УПЧ, g₁₁=0.5 мСм.

.

Поскольку W₀∙g_22пч<1, то для согласования фильтра с коллекторной цепью, включаем шунтирующий резистор с проводимостью g_шн1:

, (6.11)

где g_22пч- выходная проводимость смесителя, g_22пч=0.4∙g₂₂=0.4∙40=16 мкСм [2, с.325].

.

Находим разность частот среза Δf_ср=f₂-f₁=478.6-451.4=27.2 кГц.

Рассчитываем элементы, образующие звенья фильтра (см. рис.11):

; (6.12)

; (6.13)

; (6.14)

; (6.15)

; (6.16)

. (6.17)

Находим индуктивность катушки связи L_св:

, (6.18)

где k_св- коэффициент связи, k_св=0.8 - принимаем [1, с.286].

.

Рассчитываем коэффициент усиления преобразователя частоты К_0пч:

, (6.19)

где Y_21пч- крутизна смесителя, Y_21пч=0.25∙Y₂₁=0.25∙30=7.5 мА/В.

.

7. РАСЧЁТ УСИЛИТЕЛЯ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ

 

Поскольку требуемая избирательность по соседнему каналу обеспечивается фильтром сосредоточенной избирательности, УПЧ должен обеспечить необходимое усиление для нормальной работы детектора. Все каскады УПЧ кроме оконечного делаем апериодическими. Оконечный каскад выбираем одноконтурный с полосой пропускания П=100 кГц.

Расчёт оконечного каскада.

Принципиальная схема оконечного каскада показана на рис.13.

Рис.13.

Вычислим максимальный коэффициент усиления каскада с ОЭ К_уст:

, (7.1)

где .

.

Находим минимально допустимое с точки зрения стабильности формы частотной характеристики отношение эквивалентной ёмкости контура каскада к ёмкости, вносимой в контур транзисторами а:

, (7.2)

где - относительное изменение входной и выходной ёмкостей транзистора, b=0.3 - принимаем [1, с.274];

f_п- промежуточная частота, f_п=465 кГц;

μ- вспомогательный коэффициент, μ=1 - принимаем [1, с.274];

П- полоса пропускания усилителя, П=100 кГц.

.

Принимаем а=1.5. Полагаем коэффициент включения контура в коллекторную цепь m₁=1.

Определяем необходимое эквивалентное затухание контуров, обеспечивающее заданную полосу пропускания d_э:

, (7.3)

где ψ(1)=1 - берём из таблицы [1, с.272].

.

Вычисляем критические значения эквивалентного затухания контура d΄ и d˝:

, (7.4)

где d- собственное затухание катушки, d=0.01 - принимаем [1, с.275];

С_вх- входная ёмкость детектора, С_вх=10 пФ;

g_вх- входная проводимость детектора, g_вх=50 мкСм - задаёмся.

.

. (7.5)

Находим коэффициент включения контура в цепь детектора m₂:

. (7.6)

Определяем эквивалентную ёмкость контура С_э:

. (7.7)

Рассчитываем коэффициент усиления каскада на частоте настройки контура К_0к:

. (7.8)

Полученный коэффициент усиления К_0к больше чем устойчивый коэффициент усиления, поэтому переходим к каскодной схеме. Найдём устойчивый коэффициет усиления каскодной схемы К_{к уст}:

. (7.9)

По формулам (7.4)-(7.5) вычисляем критические значения эквивалентного затухания контура d΄ и d˝, подставляя в формулы Y-параметры составного транзистора: g_22к=g_12э=3 мкСм, С_22к=С_12э=3.95 пФ.

.

.

Определяем коэффициент включения контура в цепь детектора m₂ по формуле (7.6):

.

По формуле (7.7) находим эквивалентную ёмкость контура С_э:

.

Вычисляем коэффициент усиления каскада на частоте настройки К_0к по формуле (7.8):

.

Полученный коэффициент усиления больше устойчивого - переходим к режиму фиксированного усиления, полагая К_ф=800.

Находим коэффициент включения контура в цепь детектора m₂:

. (7.12)

Для получения заданной полосы к контуру нужно подключить шунтирующий резистор с проводимостью:

. (7.13)

Рассчитываем индуктивность контурной катушки L:

, (7.14)

где f₀- частота настройки контура, f₀=465 кГц;

L измеряется в микрогенри, С_э - в пикофарадах, f₀ - в килогерцах.

Определяем ёмкость конденсатора настройки контура С:

. (7.15)

Вычисляем индуктивность катушки связи L_св:

, (7.16)

где k_св=0.8 - задаёмся [1, с.282].

.

Полученный в результате расчёта коэффициент усиления по напряжению оконечного каскада УПЧ обеспечивает необходимый коэффициент усиления линейного тракта приёмника. Окончательный вариант оконечного каскада УПЧ показан на рис.14.

Рис.14.

Элементы цепей питания и термостабилизации рассчитываем по формулам (5.1)-(5.9), в этом разделе приведём только окончательные результаты расчётов: R_э=470 Ом; R_ф=330 Ом; С_ф=56 нФ; С_э=0.36 мкФ; R₁=120 кОм; R₂=43 кОм.

8. РАСЧЁТ ДЕТЕКТОРА

 

Применяем последовательный диодный детектор, работающий в режиме линейного детектирования при входном напряжении сигнала 1 В. Принципиальная схема детектора показана на рис.15.

Рис. 15.

Выбираем для детектора диод Д2Б. Параметры диода сведены в таблицу 8.1.1.

Таблица 8.1.1.

Uпр, В	Iпр, мА	Ri, Ом	Uобр max, В	Iобр, мкА	Rобр, МОм	Сд, пФ	fmax, МГц, не более
0.9	5.5				0.1

Зададимся входным сопротивлением детектора R_{вх д}=16 кОм. Подсчитываем сопротивление нагрузки R_н:

, (8.1)

где R_обр- обратное сопротивление диода, R_обр=100 кОм.

.

Рассчитываем эквивалентную ёмкость нагрузки С_н из условия отсутствия нелинейных искажений:

, (8.2)

где m_max- максимальный коэффициент модуляции, m_max=0.8;

F_max- максимальная модулирующая частота, F_max=10 кГц.

.

Рассчитываем эквивалентную ёмкость нагрузки С_н из условия допустимых частотных искажений:

, (8.3)

где R_iд- динамическое внутренне сопротивление детектора, R_iд=2 кОм - находим из графика [1, с.369];

М_в- коэффициент частотных искажений, М_в=1.05 - принимаем [1, с.368];

.

Принимаем эквивалентную ёмкость нагрузки равной С_э=2.4 нФ.

По графику [1, с.369] находим коэффициент передачи детектора К_д=0.95.

Рассчитываем сопротивление R₂:

, (8.4)

где R_{б max}- максимально допустимое сопротивление в цепи базы следующего транзистора, R_{б max}=10 кОм.

.

Рассчитываем сопротивление R₁:

. (8.5)

Определяем ёмкость конденсатора С₂:

, (8.6)

где С_м2- ёмкость монтажа входной цепи УНЧ, С_м2=15 пФ.

.

Находим ёмкость конденсатора С₁:

. (8.7)

Вычисляем ёмкость конденсатора С_б:

. (8.8)

Принимаем значение ёмкости С_б=1.5 мкФ.

9. РАСЧЁТ АРУ

 

С помощью АРУ будем регулировать УРЧ чтобы избежать нелинейных искажений. Схема включения цепи АРУ показана на рис.16.

Рис.16.

Из условия насыщения оконечного каскада УПЧ находим максимальный коллекторный ток I_{к max}=5 мА.

Находим минимальный коллекторный ток .

Изменение коллекторного тока: .

Проводимости транзистора в первом приближении прямо пропорциональны , а емкость C₁₂ мало зависит от него.

Сопротивление фильтра АРУ: .

Емкость фильтра АРУ: .

Полагая В, а коэффициент передачи цепи управления К_ц=0,8, коэффициент управления:

.

.

.

.

.

.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Проектирование радиоприёмных устройств. Под ред. А.П. Сиверса: Учебное пособие для ВУЗов. М., «Советское радио», 1976.

2. Горшелев В.Д. и др. Основы проектирования радиоприёмников. Л., «Энергия», 1977.

3. Арсланов М.З. Рябков В.Ф. Радиоприёмные устройства: Учебное пособие для ВУЗов. М., «Советское радио», 1972.