3. Указания по проектированию преселектора с учетом требований многосигнальной избирательности

Дата: 2025-05-21; Просмотры: 4

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

3.1. Цели проектирования

Требования ТЗ, которые должны быть удовлетворены в результате проектирования, - чувствительность приемника при заданном отношении сигнал/шум и уровень продуктов нелинейности при двухсигнальных испытаниях избирательности.

В ТЗ требования по двухсигнальной избирательности заданы нормой на один из трех коэффициентов нелинейности (К_НЛ) :

- коэффициент блокирования - изменение крутизны АП y₂₁ при действии помехи заданной амплитуды U_П при заданной отстройке Df_П = | f_П - f_{0 ПРЕС} | :

,

где y_{21 П} - крутизна АП для сигнала в присутствии помехи;

- глубина перекрестной модуляции сигнала, вызванная модулированной помехой с амплитудой несущего колебания U_П0, глубиной модуляции m_П при отстройке Df_П = | f_П - f_{0 ПРЕС} | :

;

- коэффициент интермодуляции 3-го порядка :

,

вызванный двумя помехами с амплитудами U_П1 и U_П2 и отстройками Df_П1 = | f_П1 - f_{0 ПРЕС} | и Df_П2 = | f_П2 - f_{0 ПРЕС} |. В общем случае указанные К_НЛ могут быть рассчитаны по следующим выражениям [ 4 ]:

; (3.1)

; (3.2)

; (3.3)

где U_П1 - амплитуда помехи, ближе расположенной к частоте сигнала.

Подбор транзистора АП1 и режима его работы с требуемым значением параметра нелинейности у₂₁^///у₂₁ (ПНЛ) приводит к вариациям входной проводимости УРЧ g_ВХ, а это, в свою очередь, к изменению коэффициента передачи входного устройства и чувствительности приемника. В силу этого проектирование преселектора необходимо производить методом последовательного приближения.

3.2. Порядок проектирования

Для наглядности порядок проектирования представлен на схеме рис.3.1.

Рис. 3.1

1 блок. Выбор транзистора и начального режима его работы: начальных значений постоянной составляющей тока I_{0 НАЧ}, проводимо-сти прямой передачи g₂₁₀, входной проводимости g₁₁, входной емкости С₁₁, оптимальной проводимости источника сигнала g_{Г ОПТ}, коэффици-ента шума АП1 К_{Ш АП}.

2 блок. Расчет параметров входного устройства при выбранном режиме АП1. Расчет можно производить по любой из имеющихся методик, например, приведенных в [3, 9, 10, 11, 18]. Для ускорения процесса проектирования предлагается выполнить эти расчеты на персональном компьютере по программам, составленным на основе методик, разработанных проф. Д.Н.Шапиро [18]. Указания по расчету входного устройства с использованием компьютера приведены в разд.4.

В результате расчета должны быть получены значения следующих величин, необходимых для дальнейшего проектирования:

- минимальное и максимальное значения коэффициента передачи входного устройства (К_{0 ВХ МИН} и К_{0 ВХ МАКС}) в пределах рассчитываемого поддиапазона; при малых K_Д расчет ведется на одной частоте, соответственно есть одно значение К_{0 ВХ};

- значения добротности Q_КЭ и полосы пропускания DF_КЭ на частотах настройки, соответствующих К_{0 ВХ МИН} и К_{0 ВХ МАКС}.

3 блок. Проверка требований по двухсигнальной избирательности. Рассчитываем напряжения сигнала и помех на входе АП1 при настройке на f_{0 ВХ} = f_МАКС :

U_{С ВХ} = U_{А0 *} К_{0 ВХ} ,

U_{П i ВХ} = U_{АП i *} К_{0 ВХ *} g_{ВХ i} ,

где g_{ВХ i} = - ослабление i -ой помехи во входном устройстве

при заданной отстройке Df_{П i} = | f_{П i} - f_{0 ВХ} |. Значение обобщенной расстройки рассчитывается по выражению

x_{П i} = Q_КЭ ( f _{П i} / f_{0 ВХ} - f_{0 ВХ} / f _{П i} ) ,

Для определения параметра нелинейности y₂₁^///y₂₁ необходимо рассчитать g_{21 0 *} R , где g₂₁₀ значение проводимости прямой передачи (крутизны) в исходной рабочей точке, R - суммарное сопротивление в цепи эмиттера или истока транзистора, обуславливающее отрицательную обратную связь по переменному току (см. рис.3.2 и 3.3).

Параметры a, r_Б^/, r_И^/ берутся из справочных данных на транзистор. При их отсутствии принимаются средние значения: a=0.97, r_Б^/ = r_И^/ = 50 Ом.

Рис.3.2 Рис.3.3

Значение g₂₁₀ для биполярного транзистора принимается равным g₂₁₀ = 30 _* I₀ , где I₀ - постоянная составляющая тока транзистора в исходном режиме.

Для полевого транзистора из справочных данных должны быть известны: ширина рабочего участка напряжений на затворе U_РЗ, наибольшее значение тока стока I_{С М} и соответствующее ему значение крутизны g_{21 М} (см прил.4). Выбрав значение постоянного тока в исходном режиме I₀, рассчитываем

.

На первом шаге рекомендуется рассмотреть случай отсутствия резистора ООС, то есть принять r_Э (r_И) = 0. Если в результате выполнения расчетов в блоках 3, 4, 5 окажется необходимым ввести резистор r_Э (r_И), то вновь определяют R и рассчитывают g_{210 *} R.

По графикам, приведенным на рис.3.4 и рис.3.5, или по расчетным формулам, приведенным там же, определяют значение ПНЛ y₂₁^///y₂₁, соответствующее рассчитанному произведению g_{210 *} R.

Замечания к определению ПНЛ. Из приведенного на рис.3.4 графика следует возможность уменьшения ПНЛ биполярного транзистора до нуля. Это происходит благодаря компенсации первичных продуктов нелинейности 3-го порядка вторичными, то есть образовавшимися при вторичном взаимодействии входного сигнала с компонентами напряжения ООС, выделившегося на r_Э. Точка компенсации искажений (g_210*R = 0.5) весьма неустойчива, поэтому если выбран биполярный транзистор и значения g_210*R лежат в пределах 0.38 < g_{210 *} R < 1, следует принять значение у₂₁^///у₂₁ равным 93.7.

g210 R

, j _T = 25.6 мВ, R = r_Э + r^/_{Б *} (1 - a)

Рис.3.4

При расчетах ПНЛ полевого транзистора необходимо следить, чтобы суммарное напряжение сигнала и помех на его затворе не выходило за пределы рабочего участка характеристики (U_РЗ), где аппроксимация передаточной характеристики квадратичным полиномом будет неверна.

В пределах рабочего участка напряжений на затворе (U_РЗ) первичные продукты нелинейности не могут иметь порядок выше второго. Однако вторичное взаимодействие входного сигнала с компонентами напряжения ООС, выделившегося на r_И, приводит к появлению продуктов 3-го порядка, уровень которых с ростом g_210*R сначала увеличивается, затем уменьшается. Во избежание погрешности в расчетах (в сторону уменьшения ПНЛ) рекомендуется при значениях g_210*R < 0.33 принимать коэффициент B, равным 0.316.

Рассчитываем по выражениям (3.1) - (3.3) значение того коэффициента нелинейности (К_БЛ, m_ПЕР, К_{ИМ 2,1}), который задан в ТЗ.

B g210 R

, B =

Рис.3.5

Здесь следует иметь в виду, что нелинейные искажения сигнала могут возникнуть не только в УРЧ, но и в преобразователе частоты. С учетом этого при данном эскизном расчете следует стремиться к обеспечению в УРЧ запаса по линейности по сравнению с требованиями ТЗ, а именно, рассчитанные значения коэффициентов нелинейности УРЧ (K_БЛ, m_ПЕР, K_{ИМ 2,1}) должны быть равными приблизительно 0.7 значений, заданных в ТЗ.

Если результат расчета не удовлетворяет заданным требованиям, подбираем значение g_{21 0 *} R, при котором требования ТЗ будут выполнены и через блок 4 возвращаемся к расчету входного устройства в блоке 2.

Если же результат расчета при настройке на f_МАКС удовлетворяет заданным требованиям, определяем значение коэффициента нелинейности УРЧ при настройке на f_МИН. Убеждаемся, что и в этом случае требования ТЗ выполнены. Затем переходим к блоку 5.