2. Коэффициент шума транзистора должен быть по возможности малым.

Дата: 2025-05-21; Просмотры: 3

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

3. Коэффициент устойчивого усиления на высшей рабочей частоте (K_{0 УСТ}) и предельный коэффициент усиления (K_{0 ПРЕД}), рассчитанные по выражениям (2.2) и (2.3), желательно иметь как можно больше.

, (2.2) , (2.3)

где y₁₂ = wС₁₂ .

Параметры некоторых типов БТ и ПТ, пригодных для построения УРЧ, приведены в прил.4.

Задаемся значением коэффициента усиления УРЧ. В качестве K_{0 УРЧ} можно принять рассчитанное по (2.2) значение K_{0 УСТ}, если оно не превышает 5. В противном случае во избежание перегрузки преобразователя частоты полагаем K_{0 УРЧ} = 3...5.

Параметры ВхУ и УРЧ взаимозависимы. Учет их влияния друг на друга и на свойства преселектора в целом , в том числе с точки зрения параметров многосигнальной избирательности, проводится в соответствии с рекомендациями разд.3.

2.7.4. Выбор активного прибора и оценка коэффициента передачи преобразователя частоты

Преобразователь частоты может быть выполнен как на дискретных транзисторах, так и на ИМС [2]. В последнем случае открывается возможность реализации преимуществ компенсационных схем преобразователей частоты.

При использовании для преобразователя частоты дискретных транзисторов необходимо убедиться в выполнении условий, определяемых выражениями (2.2) и (2.3), в которые следует подставлять параметры транзистора в режиме преобразования частоты.

Лучшей из отечественных ИМС для построения преобразователя частоты является ИМС К174ПС1 (зарубежные аналоги TCA240 и U5010A). Ее принципиальная схема и параметры приведены в прил.5.

Сигнал от входного устройства или УРЧ подают между выводами 7 и 8 ИМС, при этом один из них может быть “заземлен“ по переменному току через блокировочный конденсатор.

Схема допускает построение преобразователя частоты либо с совмещенным гетеродином на транзисторах, входящих в ИМС, либо с внешним гетеродином. Подключение к ИМС контура гетеродина при построении преобразователя частоты с совмещенным гетеродином рассмотрено в п.7.3, расчет внешнего гетеродина - в п.7.4.

При работе от отдельного гетеродина его напряжение подается между выводами 11 и 13 ИМС (базы нижних транзисторов, которые в этом случае выполняют функции генераторов тока, управляемых напряжением гетеродина). При этом выводы 10 и 12 ИМС (эмиттеры этих транзисторов) соединяют непосредственно, либо через небольшое сопротивление.

При подсоединении к выводам ИМС внешних элементов необходимо следить за тем, чтобы по постоянному току выводы не были соединены с источником постороннего постоянного напряжения, либо с корпусом.

В зависимости от способа подключения согласующего контура (СК) к выходу ИМС реализуется либо балансная, либо кольцевая схема преобразователя частоты. В первом случае СК подключен несимметрично либо к выводу 2, либо к выводу 3 ИМС (рис.6.1). Во втором случае СК подключен симметрично между выводами 2 и 3 ИМС (рис.6.2).

Несимметричное подключение СК к ИМС позволяет включить в свободный вывод еще один СК, настроенный на f_ПЧ АМ тракта, либо на f_ПЧ ЧМ тракта. В первом случае снимаемое с этого контура напряжение можно подать на отдельный детектор АРУ для УРЧ. Второй вариант позволяет иметь один преобразователь частоты для всех диапазонов приемника.

Параметры ИМС в режиме преобразования частоты приведены в прил.5. При построении преобразователя частоты на ИМС К174ПС1 обычно не возникает проблем с получением нужного коэффициента усиления. На этапе эскизного расчета рекомендуется принять коэффициент передачи преобразователя частоты K_{0 ПР} = 20...30 при работе в диапазонах ДВ, СВ и КВ и K_{0 ПР} = 4...6 при работе в диапазоне УКВ.

2.7.5. Определение структуры тракта УПЧ

Оцениваем требуемое усиление тракта УПЧ:

K_{0 УПЧ ТРЕБ} = K_{0 ТРЕБ} / ( K_{0 ВХ} K_{0 УРЧ} K_{0 ПР} K_{0 Ф}).

Тракт УПЧ может быть реализован на дискретных транзисторах. При этом их выбор аналогичен выбору транзисторов для УРЧ. Для уменьшения номенклатуры используемых АП желательно применять транзисторы одного типа.

В УПЧ могут быть использованы каскады как с резистивной, так и с резонансной нагрузкой (см. разд.9). При использовании в приемнике ФСИ резонансные каскады УПЧ реализуют с полосой пропускания в несколько раз превышающей DF_ПР и они не влияют на избирательные свойства УПЧ и приемника в целом.

По сравнению с каскадами с резистивной нагрузкой резонансные каскады позволяют получить большее усиление. Однако наличие катушек индуктивности приводит к усложнению процесса изготовления и настройки приемника, увеличению габаритов. Кроме того, из-за наличия проходной емкости транзистора (C₁₂) в резонансных каскадах возможно существенное ухудшение устойчивости. Для снижения мешающего влияния C₁₂ уменьшают коэффициент включения контура в коллекторную цепь транзистора, однако при этом снижается коэффициент усиления.

Ослабить влияние C₁₂ на устойчивость резонансного каскада можно при высокой выходной проводимости предшествующего каскада. Для этого перед резонансным каскадом включают каскад с резистивной нагрузкой при сопротивлении в коллекторной цепи R_К < 300...400 Ом.

Структура ОЭ-ОБ (каскодная схема) также позволяет уменьшить влияние проходной емкости транзистора.

Возможно также включение перед резонансным каскадом каскада на транзисторе по схеме с общим коллектором. Структуру ОК-ОЭ принято рассматривать как единый дифференциальный каскад с эмиттерной связью. Построение УПЧ на базе дифференциального каскада на ИМС К174ПС1 также рассмотрено в разд.9.

к детект. Cф АРУ Rф АРУ Cф АРУ Rф АРУ CР Cф RСОГЛ CР Rф Cф Rф Cф Rф CБЛ от АД UАРУ UП ZQ CР

Ориентировочная структура тракта УПЧ представлена на рис.2.3.

Рис.2.3

В приемниках АМ и ОМ сигналов последний каскад УПЧ желательно выполнять по схеме с резонансной нагрузкой. Это позволит ослабить влияние высших гармоник промежуточной частоты на работу детектора. Усиление такого каскада ориентировочно можно принять равным K_{0 УПЧ i} = 80...100. Предварительные каскады УПЧ, с учетом сказанного выше, следует выполнить по схеме с резистивной нагрузкой. Их усиление будет меньшим (K_{0 УПЧ i} = 10...12).

Определяем число каскадов УПЧ, при котором коэффициент усиления тракта УПЧ в целом

K_{0 УПЧ} = K_{0 УПЧ i}

будет не меньше, чем K_{0 УПЧ ТРЕБ}. Если число каскадов УПЧ превышает три, следует увеличить усиление 1-го каскада, выполнив его по схеме с резонансной нагрузкой.

В приемниках ЧМ сигналов с детектором на ИМС требуемое усиление каскадов УПЧ может быть обеспечено при использовании одного-двух каскадов с резистивной нагрузкой. Усиление каждого каскада при f_ПЧ = 10.7 МГц можно принять равным K_{0 УПЧ i} = 7...9.

Другим вариантом построения тракта УПЧ является использование ИМС малой степени интеграции. Например, на ИМС К174ПС1 может быть выполнен дифференциальный усилительный каскад с резонансной нагрузкой и с возможностью регулировки коэффициента усиления системой АРУ (см. рис.9.3). Параметры ИМС при таком включении приведены в прил.5. Усиление каскада может быть получено достаточно высоким: K_{0 УПЧ i} = 40...60 при f_ПЧ = 465 и f_ПЧ = 500 кГц и K_{0 УПЧ i} = 30...40 при f_ПЧ = 10.7 МГц.

Благодаря малой проходной емкости, допустимо каскадирование резонансных каскадов на ИМС К174ПС1 без существенного ухудшения их устойчивости.

Наконец, имеется возможность построения тракта УПЧ на специализированных ИМС, в которых предусмотрена АРУ УПЧ, содержатся специальные УПТ АРУ и во многих случаях есть детекторы сигналов. К сожалению в составе 174 серии нет микросхемы УПЧ АМ трактов, поэтому можно использовать ИМС другой серии, например, К157ХА2, либо КФ548ХА1, или любую иную. К сожалению, справочные данные на выпускаемые промышленностью ИМС, как правило, недостаточны для инженерных расчетов при проектировании аппаратуры.

Так как предполагается, что курсовое проектирование соответствует стадии НИР, то для УПЧ АМ тракта можно использовать экспериментальную ИМС К174УПэ, которая образована выделением тракта ПЧ из состава ИМС К174ХА2 (зарубежный аналог TDA1072) (см. рис.9.4). Принципиальная схема ИМС и ее основные параметры приведены в прил.6. Рекомендуемая ИМС имеет оптимальные для УПЧ АМ тракта схемотехнические решения.

ИМС содержит три каскада усиления сигналов и УПТ АРУ. Первые два каскада идентичны, построены на дифференциальных парах транзисторов. Между эмиттерами транзисторов встречно включены пары диодов, сопротивление которых изменяется под действием напряжения, поступающего от УПТ АРУ. При изменении регулирующего напряжения изменяется глубина обратной связи, что приводит к изменению коэффициента усиления УПЧ. Эффективность регулирования такова, что при изменении входного напряжения от 1 до 100 мВ выходное напряжение изменяется не более, чем в три раза.

Выходной нерегулируемый каскад имеет несимметричный выход 8, к которому подключается резонансная нагрузка. При подсоединении нагрузки надо следить, чтобы вывод 8 (коллектор транзистора V9) по постоянному току был соединен с корпусом.

Входное сопротивление ИМС практически равно характеристическому сопротивлению выпускаемых промышленностью ПКФ (приблизительно 3 кОм), что позволяет подсоединить ПКФ непосредственно ко входу ИМС без согласующего трансформатора или контура. Для обеспечения нормального режима работы каскада по постоянному и переменному токам выводы 2 и 3 должны быть соединены с корпусом с помощью внешних конденсаторов.

ИМС К174УПэ обладает результирующей проводимостью прямой передачи y₂₁ = 700 мСм, что позволяет получить усиление тракта УПЧ K_{0 УПЧ} = 3000...8000.

Выбрав структуру тракта УПЧ и определив его усиление, уточняем реализуемый коэффициент усиления высокочастотного тракта в целом:

K_{0 Р} = K_{0 ВХ *} K_{0 УРЧ *} K_{0 ПР *} K_{0 Ф *} K_{0 УПЧ} ;

убеждаемся, что значение K_{0 Р} превышает K_{0 ТРЕБ}.

2.8. Проверка реализации требуемого отношения сигнал / шум на выходе приемника

Предполагаем, что усиление УРЧ достаточно (K_{0 УРЧ} > 3) и в силу этого можно пренебречь вкладом шумов последующих каскадов в общий уровень шума приемника.

Определяем коэффициент шума первого активного прибора (АП1)

K_{Ш АП 1} = 1 + 0.5 (K_{Ш МИН} -1) ,

где K_{Ш МИН} и g_{Г ОПТ} (значения минимального коэффициента шума активного прибора и проводимости генератора, при которой он обеспечивается) берутся из справочных данных на АП1; g_Г - проводимость генератора, которую “видит” АП1 в реальной схеме, - принимается равной (2...3) _* g₁₁. Значение K_{Ш МИН} в формулу должно быть подставлено в разах

K_{Ш МИН} [раз] = .

Рассчитываем напряжение шума приемника, приведенное ко входу АП1. Все физические величины здесь и далее имеют размерность основных единиц системы СИ.

U_{Ш ПР} = 1.25 _* 10^{- 10} .

Определяем отношение сигнал / шум на входе приемника при уровне сигнала равном чувствительности:

z_ВХ = U_{А 0 *} К_{0 ВХ} / U_{Ш ПР} .

Вычисляем отношение сигнал / шум на выходе приемника:

- при приеме АМ сигналов z_ВЫХ = z_{ВХ *} m_Н , где m_Н - нормальный коэффициент модуляции АМ сигнала (m_Н = 0.3);

- при приеме сигналов с однополосной модуляцией z_ВЫХ = z_ВХ ;

- при приеме ЧМ сигналов и работе выше порога (z_ВХ > z_{ВХ ПОР} ~ 5)

z_ВЫХ = z_{ВХ *} ,

где f_Н - нормальная девиация сигнала (Df_Н = 15 кГц), F_НЧ - граничная частота эквивалентной шумовой полосы последетекторного тракта, определяемая в основном корректирующей цепью, включаемой после ЧД для компенсации предыскажений. В радиовещании корректирующая цепь представляет собой однозвенный ФНЧ с постоянной времени t_КЦ = 50 мкс (см. рис.8.2) и

F_НЧ = = .

Если z_ВХ < z_{ВХ ПОР}, то значение z_ВЫХ будет неудовлетворительным.

Сравниваем полученное значение z_ВЫХ с требованиями ТЗ.

При невыполнении требований ТЗ следует выбрать первый активный прибор с меньшим значением K_Ш и по возможности увеличить K_{0 ВХ}. Если рассматривалась структура без УРЧ, то следует ввести его. В приемнике ЧМ сигналов следует рассмотреть также возможность использования порогопонижающей схемы ЧД на основе системы ФАПЧ (z_{ВХ ПОР} ~ 2) [13].

2.9. Выбор ИМС УЗЧ, динамической головки и узлов блока питания

Динамическая головка проектируемого приемника выбирается из условия обеспечения номинальной выходной мощности и заданного диапазона воспроизводимых частот [1]. Для УЗЧ следует выбрать ИМС отечественного производства: К174УН7, К174УН8, К174УН9, К174УН15, КФ174УН17 и т.п. или аналогичные схемы производства зарубежных фирм. Выбранная ИМС должна обеспечивать номинальную выходную мощность не ниже указанной в ТЗ при минимально возможном токе покоя. Предпочтительны ИМС, не требующие большого числа дополнительных элементов [2].

При проектировании приемника со стереозвучанием необходимо также выбрать соответствующий стереодекодер (например, К174ХА14, К174ХА35, А290D, A4510). УЗЧ при этом должен быть двухканальным. Его предварительные каскады могут быть выполнены на сдвоенном операционном усилителе К157УД2, регуляторы тембра - на К174УН10, выходные усилители - на К174УН15.

Для эскизного проектирования узлов блока питания следует оценить потребляемый каскадами приемника ток, выбрать напряжение питания. При батарейном питании следует выбрать гальванические элементы, оценить ожидаемое время работы приемника от одного комплекта элементов.

При питании от сети переменного тока необходимо выбрать диодный мост выпрямителя и ИМС стабилизатора напряжения. Предпочтительно использовать ИМС 142 серии с минимальным числом внешних элементов.

При использовании варикапов в резонансных системах приемника следует выбрать источник напряжения смещения, обратив внимание на его стабильность и минимальный уровень пульсаций. В частности, крайне нежелательна подача на варикапы напряжения от того же источника, который используется для питания мощного УЗЧ.