Расчет усилителя радиочастоты

Перед началом работы над усилителями, для более стабильной работы схемы и наилучшего согласования между проектируемыми каскадами в каждом из усилителей, а также в каскадах, где необходимо, будем использовать однотипные транзисторы. Основным критерием для выбора данного типа элементов будет диапазон рабочих частот.

Самой распространенной транзисторной схемой УРЧ, является схема с общим эмиттером, поскольку она имеет максимальное усиление номинальной мощности при небольшом уровне собственных шумов. Ее мы и будем использовать в данной работе. Схема УРЧ представлена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Схема с общим эмиттером

Выполним расчет элементов данного каскада. В качестве активного элемента будем использовать транзистор КТ316А.

Приведем характеристики выбранного транзистора:

· Структура – n-p-n

· Напряжение коллектор-эмиттер, не более: -10 В;

· Напряжение коллектор-база, не более: -10 В;

· Напряжение эмиттер-база, не более: -4 В;

· Ток коллектора, не более: -50 мА;

· Рассеиваемая мощность коллектора, не более: 150 мВт;

· Коэффициент усиления транзистора по току (hf_e): от 20 до 60;

· Граничная частота коэффициента передачи тока: 600 МГц;

·  Диапазон рабочих температур – (- 60⁰ - +125⁰);

· Обратный ток коллектора – 0,5 мкА;

· Коэффициенты: g₁₁ – 1*10^{- 3} См, g₂₂ – 0,06*10^{- 3} См

Сначала определим величину изменения обратного тока коллектора, для этого используем формулу:

                             

Согласно вышеприведенных характеристик  или 333 К,  или 233 К.

Нормальная рабочая температура (T₀) = 25⁰ или 298 К.

Найдем тепловое смещение напряжения базы. Для этого используем формулу:

Здесь

Вычислим нестабильность коллекторного тока, для этого используем формулу, представленную в учебнике Сиверса А. П. стр. 226:

Рассчитаем номиналы резистора R₁, R₂, R_э, R_ф, для этого используем формулы:

Рассчитаем номиналы конденсаторов С_э, С_ф.

Для данных расчетов используем формулы:

                              

Входное сопротивление усилителя

где -   входное сопротивление транзистора

Ёмкость разделительного конденсатора С_р

Выходное сопротивление транзистора:

Определяем коэффициент шунтирования контура входным сопротивлением микросхемы ИМС К174ПС1 и выходным сопротивлением транзистора, допустимым из условий устойчивости и обеспечения заданной эквивалентной добротности:

где  - устойчивый коэффициент усиления усилителя;

S = 0,278 См - крутизна транзистора на рабочей частоте;

С _c = 3 пФ - ёмкость коллектор-база транзистора КТ316А;

R_{MC вх} = 0,5 кОм - входное сопротивление микросхемы ИМС К174ПС1

Необходимые конструктивные и эквивалентные затухания контура:

d _эр = 0,025

d_k =

Определяем характеристическое сопротивление контура, приняв коэффициент включения в цепь коллектора m ₁ = 1:

Рассчитаем номиналы конденсаторов С₁, С₂, для этого выбираем эквивалентную ёмкость контура согласно таблице 2.

Таблица 2

Определяем коэффициент включения контура:

Общая величина ёмкости емкостного делителя:

где C ₂₂ = 2,5 пФ - выходная ёмкость транзистора

Величина емкостей делителя:

где  - входная ёмкость микросхеме ИМС К174ПС1.

Индуктивность контурной катушки на минимальной частоте:

Смеситель

Смеситель реализуем на ИМС К174ПС1, которая представляет собой балансный смеситель, работающий до 170 МГц, с точностью перемножения сигналов 5-10% обладающий следующими характеристиками:

· Ток потребления, не более 2,5 мА;

· Входное напряжение, не более 1 В;

· Напряжение питания, 9 ± 10% В;

· Верхняя частота входного сигнала, не менее 60 МГц;

· Напряжение стабилизации, не более 1 В.

Рисунок 3.3 – Электрическая схема смесителя К174ПС1

Рисунок 3.4 – Типовая схема включения смесителя К174ПС1

УПЧ и ЧД

УПЧ и ЧД реализуем ИМС К174УР3, которая представляет собой усилитель ограничитель с ЧД и предварительным усилителем НЧ.

Функциональная схема и типовая схема включения К174ХА представлены на рисунках 3.5 и 3.6

Рисунок 3.5 – Функциональная схема ИМС К174УР3

Ⅰ - Амплитудный ограничитель;

Ⅱ – Частотный детектор;

Ⅲ – Предварительный УРЧ;

Рисунок 3.5 – Схема включения ИМС К174УР3

Электрические параметры К174ХА:

· Ток потребления, не более 12 мА;

· Напряжения питания, 9 В;

· Выходное напряжения НЧ при f _пр = 10,7 МГц, Δ f _пр = 50 кГц, f _мод = 1 кГц, не менее 100 мВ;

· Входное напряжение при ограничении, не более 100 мкВ;

· Коэффициент гармоник, не более 2%;

· Коэффициент ослабления АМ при f _пр = 10,7 МГц, Δ f _пр = 50кГц, f _мод = 1кГц, 40 дБ.

Усилителя низкой частоты

Рисунок 3.6 – Типовая схема УНЧ двухкаскадного.

Оконечный усилитель двухкаскадный. Первый каскад на транзисторе с ОЭ усиливает сигнал по напряжению. Второй каскад двухтактный бестрансформаторный усилитель мощности на комплементарных транзисторах.

Для расчета используем следующие исходные данные:

Выходная мощность;

Тип оконечного устройства Г/Л;

Сопротивление нагрузки R_н = 8/600 Ом;

Определим значение выходной мощности приемника. Для этого воспользуемся формулой 3.26:

                                           (3.26)

Согласно исходных данных нам задано изменение выходного напряжения 4 дБ. Переведем данную величину в вольты, получим 0,5 В. Теперь подставим данное значение в формулу 3.26, при этом стоит учитывать возможность подключения различных нагрузок, таким образом, мы получаем:

Определяем коэффициент усиления по напряжению (3.27):

                                              (3.27)

Требования к источнику питания

Поскольку в техническом задании определен источник питания разрабатываемого устройства – бортовая сеть автомобиля, то, следовательно, питание приемника должно быть 12 В.

Для улучшения стабильности работы приемника и защиты радиокомпонентов от повреждения на входе цепи питания РПрУ поставим стабилизатор напряжения, на вход которого может подаваться постоянное напряжение в диапазоне от 11-15V, на выходе гарантировано будет 12V постоянного напряжения. В основе схемы будет интегральный стабилизатор LM368-12V.

На основании проведенных расчетов разработаем электрическую принципиальную схему устройства. Результат представлен в приложении 1. Перечень используемых элементов в приложении 2.

 

Заключение

Во время выполнения работы были повторены теоретические сведения, полученные во время учебного процесса, а также приобретены практические навыки по расчету элементов, водящих в проектируемое устройство.

В ходе работы были изучены основные принципы построения различных компонентов ЧМ приемника, проанализированы преимущества и недостатки каждой из существующих схем. На основе данного анализа был выбран наиболее оптимальный вариант конструкции приемника, рассчитаны его параметры и разработана электрическая принципиальная схема.

 

Список литературы

1. Сиверс А.П. “Проектирование радиоприёмных устройств”/ А.П. Сиверс - Москва, Советское радио, 1976. – 216 с.

2. В.Т.Поляков. Радиолюбителям о технике прямого преобразования. Учебное пособие для ВУЗов /Поляков В. Т. – М, 1990г. – 97 с.

3. Палшков В. В. Радиоприемные устройства. Учебное пособие / А. В. Палшков – М.: Радио и Связь, 1984 – 392 с.

4. Радиоприемные устройства: Учеб. Пособие для радиотехнисечких специальностей ВУЗОВ / Под ред. А. П. Жуковского – М.: Высшая школа - 1989. – 342 с.

5.   М.К. Белкин, В.Т. Белинский, Ю.Л. Мазор «Справочник по проектированию приемно-усилительных устройств» -2-е изд. /М.К. Белкин, В.Т. Белинский, Ю.Л. Мазор -К: Высшая школа - 1988 г – 278 с.

 

 

 

 

Разраб.

Фадеева Я.А.

Провер.

Храмов К.К.

Т. Контр.

Реценз.

Разраб.

Фадеева Я.А.

Провер.

Храмов К.К.

Т. Контр.

Реценз.

Разраб.

Фадеева Я.А.

Провер.

Храмов К.К.

Т. Контр.

Реценз.

Разраб.

Фадеева Я.А.

Провер.

Храмов К.К.

Т. Контр.

Реценз.

Разраб.

Фадеева Я.А.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лис 40 ттттттт

МИВУ 11.03.02- 06.000 ПЗ Э3

Разраб.

Провер.

Ромащов В.В.

Т. Контр.

Н. Контр.

Утверд.

Радиоприемное устройство радиостанции сухопутной подвижной службы

Лит.

Листов

ИТ-117

Реценз.

Масса

Масштаб

Утверд.

Утверд.

Утверд.

Утверд.

Утверд.