Расчет усилителя промежуточной частоты

Чаще всего используются следующие типы каскадов УПЧ: с ФСС в качестве нагрузки, с двухконтурными нагрузками, слабоизбирательные, апериодические.

Как правило, ФСС является нагрузкой смесителя. В редких случаях используются два ФСС: один на выходе смесителя, второй — на выходе первого каскада УПЧ. Остальные каскады делаются слабоизбирательными или апериодическими. Апериодические УПЧ используются на частотах в 3… ‑ 5 раз меньших частоты граничного усиления усилительного прибора или ИМС. Недостатком УПЧ с апериодическими каскадами является невысокий коэффициент усиления на один каскад из-за влияния входной и выходной емкостей УП. Этот недостаток преодолевается применением в качестве нагрузки УПЧ слабоизбирательных контуров.

Формулы для расчета УПЧ с одноконтурными нагрузками каскадов приведены в табл. 145. При расчете полагаются заданными общий коэффициент усиления УПЧ К ₀, полоса пропускания приемника по высокой частоте П и параметры УП. Все каскады считаются одинаковыми. Конструктивная добротность ненагруженных контуров имеет порядок Q _К = 100. Емкость контуров С _К выбирается в зависимости от значения промежуточной частоты: от Ф для f _П порядка сотен килогерц, до Ф для f _П порядка десятков мегагерц. Полагая, что нагруженный контур каждого каскада широкополосный (П_0,7 >> П), можно считать, что усиление каждого каскада близко к предельному значению К _{0 ПРЕД}. Если , принимаем расчетный коэффициент усиления каскада К ₀₁= К _{0 ПРЕД}.

Если , принимаем К ₀₁= К _УСТ и снижаем усиление путем шунтирования контура. Для биполярных транзисторов уменьшение усиления достигается включением g _Ш1 на выходе УП рассчитываемого каскада, для полевых – включением g _Ш2 на входе следующего УП.

При расчете один из коэффициентов включения может оказаться больше единицы. Тогда полагаем его равным единице, а избыток усиления компенсируем увеличением соответствующей шунтирующей проводимости. Например, если m ₁>1, то принимаем m ₁ = 1, а значение g _Ш1 увеличиваем на величину . Аналогично поступаем при m ₂ > 1.

В завершение расчетов необходимо проверить выполнение требования по усилению УПЧ:

,

где - эквивалентная проводимость нагрузки с учетом всех шунтирующих проводимостей, - требуемое общее усиление УПЧ. Если условие не выполняется, то следует увеличить на единицу число каскадов n и произвести расчет вновь.

Методики расчета УПЧ с различными видами каскадов (двухконтурные,
с взаимно расстроенными контурами, по смешанной схеме и апериодические) приведены в литературе.

Таблица 14

Таблица 11. Расчет слабоизбирательного УПЧ

 

Параметры	Расчетные формулы
К 0 ПРЕД
К УСТ
К 01	, если , если
	+
	+
	при g Ш1 = 0
	при g Ш2 = 0
n
П0,7
Q Э

 

 

 

Расчет детектора

При применении ИМС в приемниках АМ и ЧМ сигналов расчет детектора не производится, если он входит в состав ИМС. Если амплитудный детектор выполняется в виде отдельного узла, можно воспользоваться следующей методикой.

Наиболее употребительной является последовательная схема диодного детектирования с разделенной нагрузкой. Задаются следующие параметры:

- R _э ‑ резонансное сопротивление колебательного контура, являющегося источником сигнала;,

- R _вх ‑ входное сопротивление усилителя низких частот;,

- С _вх ‑ входная емкость УНЧ;,

- М _н, М _в ‑ допустимые частотные искажения, вносимые детектором в области нижних F _н и верхних F _в частот (обычно принимают М _н = М _в = 1,02…1,05).

Расчет производится в следующем порядке.

1. Выбирается тип диода и определяются его параметры: обратное сопротивление R _{i обр} и дифференциальная проводимость g _д.

2. Определяется допустимое значение входного сопротивления детектора R _{д вх} > 3 m ₂² R _э., где m ₂ ‑ коэффициент включения детектора в контур.

3. Вычисляется общее сопротивление нагрузки детектора R _н = R ₁+ R ₂=
= 2 R _{д вх} /(1 ‑ 3 R _{д вх} / R _{i обр}).

4. Определяются сопротивления разделенной нагрузки: R ₂ =
= R _вх / (2…4); R ₁ = R _н ‑ R ₂ .

5. Определяется общая емкость нагрузки С = 0,.7/ (2π F _в R _н).

6. Выбирается емкость первого конденсатора фильтра С ₁ < C и рассчитывается емкость второго конденсатора С ₂ = R _н²(С ‑ С ₁)/ R ₂² ‑ C _вх.

7. Вычисляется емкость разделительного конденсатора, устанавливаемого после детектора С_р = 1/(2π F _н R _вх )_.

8. Для амплитуды напряжения на входе детектора от 0,1 до 0,5 В определяют коэффициент передачи детектора, ориентируясь на следующие значения: К _д = 0,25, если R _н = 10 кОм; К _д = 0,6, если R _н =50 кОм; К _д = 0,65, если R _н = 100 кОм и более (значения приведены для диода Д Д 9В). При входных сигналах порядка 60…80 мВ детектирование становится квадратичным.

9. Определяется значение коэффициента передачи детектора с учетом разделения нагрузки К _{д р} = К _д R ₂ R _вх /((R ₂ + R _вх) R _н). Обычно это значение много меньше единицы.

10. Рассчитывается коэффициент частотных искажений в области верхних частот модуляции М _в = , где R₀ = R _н /(1 + g _д R _н).

Частотные искажения не должны превышать допустимых значений. Следует также проверить выполнение условия безынерционности детектора для верхних частот модуляции при коэффициенте модуляции 0,8.

4 Компьютерное проектирование
электронных схем

Быстрое развитие электроники и повышение сложности электронных устройств привели к необходимости сокращения сроков и повышения эффективности их проектирования. При традиционном инженерном проектировании использовались в основном два способа: расчет и экспериментальное исследование. При этом расчет производился на математических моделях (аналитических или графических), а экспериментальное исследование ‑ на физической модели (макете) реального устройства. По результатам экспериментального исследования делалось заключение о соответствии макета требованиям технического задания к характеристикам электронного устройства. При их расхождении обычно производилась доработка макета. При этом зачастую не учитывались многие факторы: технологический разброс параметров элементов, влияние изменения климатических условий, возможные отказы элементов.

Поскольку большинство электронных элементов являются нелинейными, то проектирование электронных устройств практически полностью исключало применение простых аналитических расчетов. Это существенно затрудняло задачи проектирования на этапе расчета и возлагало повышенные требования к экспериментальным исследованиям макета. Стоимость электронных компонентов, их дефицитность и бурное развитие вычислительной техники привели к тому, что разработчики электронной аппаратуры стали все чаще отказываться от экспериментальных исследований, для которых к тому же была нужна специальная дорогостоящая измерительная аппаратура. Большое значение приобрели методы автоматизированного проектирования.

Задачи структурного синтеза решаются с помощью узкоспециализированных программ, ориентированных на устройства определенного типа. Создано, например, большое количество программ синтеза согласующих цепей, аналоговых и цифровых фильтров. Наибольшие достижения в построении программ структурного синтеза и синтеза принципиальных схем имеются в области проектирования цифровых устройств, в частности устройств на базе программируемых логических матриц (ПЛМ).

Для большинства аналоговых устройств их структура и принципиальная схема в существенной степени зависят от области применения и исходных данных на проектирование, что создает большие трудности при синтезе принципиальной схемы с помощью ЭВМ. В этом случае первоначальный вариант схемы составляется проектировщиком «вручную» с последующим моделированием и оптимизацией на ЭВМ. Поэтому разработчики программного обеспечения систем автоматизированного проектирования (САПР) сосредоточили в первую очередь усилия на создании универсальных моделирующих программ для анализа характеристик широкого класса радиоэлектронных устройств. При этом дальнейшие успехи автоматизации процесса проектирования радиоэлектронной аппаратуры ожидаются именно в области структурного и параметрического синтеза.

Топология печатной платы синтезируется после завершения разработки принципиальной схемы. На этом этапе решается задача размещения элементов на печатной плате и трассировки соединений. Наиболее успешно она решается при проектировании цифровых устройств, где вмешательство человека в процесс синтеза топологии сравнительно невелико. Разработка аналоговых устройств требует гораздо большего участия человека в процессе проектирования, коррекции и, при необходимости, в частичной переделке результатов машинного проектирования. Основная сложность при разработке аналоговой аппаратуры заключается в автоматизации синтеза топологии и обеспечении взаимодействия программ моделирования схем и синтеза топологии.

Заключительным этапом разработки печатной платы является верификация топологии. На нем проверяются соблюдение технологических норм, соответствие топологии печатной платы исходной принципиальной схеме, а также рассчитываются электрические характеристики схемы с учетом паразитных параметров, присущих конкретной конструкции печатной платы.

Ниже приведен краткий обзор программных комплексов и отдельных программ автоматизированного проектирования РЭУ, которыми можно воспользоваться для выполнения курсового проектирования.