4 блок. Пересчет параметров транзистора при изменении режима или введении резистора обратной связи.
При изменении режима по постоянному току в первом приближении можно считать, что изменяется только проводимость прямой передачи. Ее новое значение определяется пропорциональным пересчетом:
для БТ: g210 = g210 НАЧ * (I0 / I0 НАЧ), (3.4)
для ПТ: g210 = g210 НАЧ * (I0 / I0 НАЧ) 0.5 ,
где g210 НАЧ - значение параметра в начальном режиме (при I0 НАЧ).
При введении резистора обратной связи заметно изменяются также входная и выходная проводимости. Новые значения параметров АП1:
y21 = g21 = g210 / F, gВХ = g110 / F, gВЫХ = g220 / F, (3.5)
где F = 1 + g210 * R - глубина ООС, индекс “0” имеют параметры при отсутствии обратной связи.
Коррекцию параметров АП1 рекомендуется начать с введения резистора в эмиттерную цепь. Если при этом значение y21 становится меньше 3...5 мСм, следует изменить режим по постоянному току.
Рассчитываем новое значение gГ ОПТ = (3...10) * gВХ и повторяем расчет входного устройства.
5 блок. Расчет напряжения шума АП1.
Расчет квадрата напряжения шума АП1 (U2Ш ВХ 1) производим следующим образом.
Для биполярного транзистора на рис.3.6 приведены графики значений UШ ВХ = 
, рассчитанных при различных значениях I0 и rЭ в полосе DF = 3 кГц.
Приведенные на рис.3.6 результаты расчета адекватно отражают шумы реального транзистора при rЭ > r/Б. При малых значениях rЭ шумы реального транзистора из-за особенностей его технологии могут отличаться от результатов теоретического расчета.
В силу этого порядок расчета U2Ш ВХ 1 различен при rЭ < r/Б и rЭ > r/Б.
При rЭ < r/Б используем справочные данные для KШ МИН и gГ ОПТ (см. разд.2) и определяем KШ АП 1 в реальной схеме
KШ АП 1 = 1 + 0.5 (KШ МИН -1) 
,
где gГ - эквивалентная проводимость генератора, известная из расчета входного устройства.
Рассчитываем квадрат суммарного напряжения шума на входе АП1, создаваемого транзистором и проводимостью gГ:
U2Ш ВХ 1 = 4 k Т0 DFПР КШ АП 1 
,
где k = 1.38 * 10-23 Дж / K, T0 = 293 K, DFПР - полоса пропускания тракта ПЧ приемника.
|
|
gГ = gВХ = 
, g210 = 
I0, DF = 3 кГц, r/Б = 50 Ом, a = 0.97.
Рис.3.6
При rЭ > r/Б производим расчет, используя приведенные на рис 3.6 результаты. По графикам для выбранного режима определяем UШ ВХ и рассчитываем квадрат эффективного значения напряжения шума в полосе пропускания приемника:
U2Ш ВХ 1 = U2Ш ВХ * DFПР / ( 3 * 103) .
Для полевого транзистора U2Ш ВХ 1 рассчитываем по следующему выражению:
U2Ш ВХ 1 = 4 k T0 ( 1/ gГ + rИ + RШ ПТ ) DFПР ,
где RШ ПТ - шумовое сопротивление ПТ. Можно принять RШ ПТ = 2 / g210 .
Рассчитав получившееся значение UШ ВХ 1 = , следует сравнить его со значением UШ ПР, которым задавались при эскизном расчете структурной схемы. Так как в шумы приемника определенный вклад вносят шумы преобразователя частоты и последующего тракта, необходимо в УРЧ предусмотреть запас по шумам. Можно считать, что если UШ ВХ 1 < 0.9 UШ ПР, то требования ТЗ по заданному отношению zВЫХ выполняются.
3.3. Пример расчета
Исходные данные:
Диапазон частот 10.5...13.3 МГц, амплитуда напряжения сигнала в антенне UА0 = 50 мкВ, емкость антенны СА = 11 пФ, возможное изменение емкости антенны DСА = 3 пФ, емкость настройки СН = 10...360 пФ.
На входе приемника действуют внеполосные помехи с частотами fП1 = f0 ПРЕС + 300 кГц, fП2 = f0 ПРЕС + 600 кГц и амплитудами UАП 1 = 50 мВ, UАП 2 = 50 мВ.
По ТЗ КИМ 2,1 < 1%; с учетом запаса надо обеспечить в УРЧ КИМ 2,1 < 0.7%.
1 ц и к л р а с ч е т о в
rЭ = 0.
1 блок. Выбираем биполярный транзистор с параметрами:
I0 = 1 мА, g210 = 30 мСм, g11 = 1.2 мСм, С11 = 35 пФ,
g22 = 11.5 мкСм, КШ МИН < 4 дБ (2.51), gГ ОПТ = 7.2 мСм,
a = 0.97, r/Б = 75 Ом.
2 блок. Рассчитываем параметры входного устройства.
Результаты расчета на компьютере :
fмин = 10.36 МГц, fмакс = 13.44 МГц,
К0 ВХ = 0.318, К0 ВХ = 0.518,
QВХ = 115.2, QВХ = 111.43,
DFВХ = 89.93 кГц, DFВХ = 120.62 кГц.
3 блок. Рассчитываем КИМ 2,1 на fмакс.
При rЭ = 0:
R = r/Б(1 - a ) = 75 * (1 - 0.97) = 2.25 Ом,
g210 R = 2.25 * 30 * 10-3 = 0.068.
Параметр нелинейности АП1:
= 
.
На fМАКС определяем напряжение сигнала и помех на входе АП1:
UС ВХ = UА0 * К0 ВХ = 50 мкВ * 0.518 = 26 мкВ;
,
,
UП1 ВХ = UАП 1 * К0 ВХ * gВХ 1 = 50мВ * 0.518 * 0.2 = 5.18 мВ;
,
,
UП2 ВХ = UАП 2 * К0 ВХ * gВХ2 = 50мВ * 0.518 * 0.102 = 2.64 мВ.
Рассчитываем коэффициент интермодуляционных искажений 3-го порядка:
= 
= 0.345 = 34.5%.
Требования ТЗ не удовлетворены. Вводим rЭ.
2 ц и к л р а с ч е т о в
Принимаем rЭ = 20 Ом и пересчитываем параметры АП1 с учетом rЭ.
4 блок. Пересчет параметров транзистора:
R = rЭ + r/Б(1 - a ) = 20 + 75(1 - 0.97) = 22.25 Ом,
g210 * R = 22.25 * 30 = 0.67,
F = 1 + g210R = 1 + 0.67 = 1.67,
у21 = g210 / F = 30 / 1.67 = 18 мСм,
gВХ = g110 / F = 1.2 / 1.67 = 0.72 мСм,
gГ ОПТ = (3...10) * g11 = 6 * 0.72 = 4.31 мСм,
gВЫХ = g220 / F = 11.5 / 1.67 = 6.89 мкСм.
2 блок. Рассчитываем параметры входного устройства.
Результаты расчета на компьютере:
fМИН = 10.36 МГц, fМАКС = 13.44 МГц,
К0 ВХ = 0.351, К0 ВХ = 0.571,
QВХ = 115.2, QВХ = 111.4,
DFВХ = 89.9 кГц , DFВХ = 120.6 кГц.
3 блок. Рассчитываем КИМ 2,1 на fМАКС по приведенным ранее формулам.
Результаты расчета:
UС ВХ = 28.6 мкВ;
так как значение QВХ практически не изменилось, то gВХ 1 и gВХ 2 остаются прежними:
gВХ 1 = 0.2, gВХ 2 = 0.102,
UП1 ВХ = 5.71 мВ, UП2 ВХ = 2.91 мВ;
новое значение параметра нелинейности АП1:
у//21 / у21 = 66.7 1/ В2;
коэффициент интермодуляционных искажений 3-го порядка:
КИМ 2,1 = 2.8%.
Требования ТЗ по-прежнему не выполнены. Увеличиваем значение rЭ.
3 ц и к л р а с ч е т о в
Принимаем rЭ = 230 Ом и пересчитываем параметры АП1 с учетом измененного rЭ.
4 блок. Результаты пересчета параметров АП1.
R = 232.25 Ом,
g210 * R = 6.97,
F = 7.97,
у21 = 3.76 мСм,
gВХ = 0.15 мСм,
gГ ОПТ = 0.9 мСм,
gВЫХ = 1.4 мкСм.
2 блок. Результаты расчета параметров входного устройства на компьютере:
fМИН = 10.36 МГц, fМИН = 13.44 МГц,
К0 ВХ = 0.661, К0 ВХ = 1.086,
QВХ = 119.5, QВХ = 116.6,
DFВХ = 86.7 кГц , DFВХ = 115.2 кГц.
3 блок. Рассчитываем КИМ 2,1 на fМАКС аналогично расчетам в предыдущем цикле.
Результаты расчета:
UС ВХ = 54.3 мкВ;
xП 1 = 5.15, gВХ 1 = 0.19, UП1 ВХ = 10.3 мВ;
x П 2 = 10.2, gВХ 2 = 0.0975, UП2 ВХ = 5.3 мВ;
новое значение параметра нелинейности АП1:
у//21 / у21 = 4.9 1/ В2;
коэффициент интермодуляционных искажений 3-го порядка:
КИМ 2,1 = 0.63%.
Требования ТЗ выполнены на fМАКС.
Проверяем выполнение требований ТЗ на fМИН по тем же расчетным формулам:
UС ВХ = 33.05 мкВ;
x П 1 = 6.8, gВХ 1 = 0.15, UП1 ВХ = 4.96 мВ;
x П 2 = 13.5, gВХ 2 = 0.074, UП2 ВХ = 2.45 мВ.
Значение параметра нелинейности АП1 от частоты не зависит:
у//21 / у21 = 4.9 1/ В2.
Вычисляем коэффициент интермодуляционных искажений:
КИМ 2,1 = 0.11%.
Значение коэффициента интермодуляционных искажений удовлетворяет требованиям ТЗ и при настройке на fМИН.
Переходим к расчетам в 5 блоке.
5 блок. Расчет UШ ВХ 1.
Сопротивление обратной связи rЭ = 230 Ом, r/Б = 75 Ом. Выполняется условие rЭ > r/Б, поэтому по графику рис.3.6 при I0 = 1 мА определяем UШ ВХ = 0.65 мкВ в полосе DF = 3 кГц.
Рассчитываем U2Ш ВХ 1 в полосе DFПР = 8 кГц :
U2Ш ВХ 1 = U2Ш ВХ 
= 0.652 * 10-12 * 8 / 3 = 1.13*10-12 В2 ;
UШ ВХ 1 = 
= 1.06 мкВ.
В результате расчета при I0 = 1 мА и rЭ = 230 Ом получили значения у21 = 3.76 мСм и UШ ВХ 1 = 1.06 мкВ.
Производим сравнение рассчитанного значения UШ ВХ 1 с определенным в п.2.8 значением UШ ПР. Если UШ ВХ 1 превышает 0.9*UШ ПР, то требования ТЗ по чувствительности будут не выполнены. В этом случае целесообразно изменить режим работы транзистора УРЧ, увеличив ток I0 до 2 мА. Это приведет к увеличению g210 в два раза и уменьшению rЭ при той же глубине обратной связи. В результате UШ ВХ 1 существенно уменьшится и требования ТЗ, возможно, будут удовлетворены.