Выбор и распределение усиления приемника

1.8. Выбор и распределение усиления приемника.

Общее усиление приемника выбирают так, чтобы обеспечить уверенный неискаженный прием передаваемых сообщений. Общее усиление обеспечивают высокочастотный (до детектора) и низко частотный (после детектора) тракты приема. Поскольку проще получить большое усиление на НЧ, усиление ВЧ – тракта выбирают по возможности меньшим, как правило – минимально необходимым для нормальной работы детектора приемника. Общее усиление ВЧ тракта выбирают так, чтобы обеспечить неискаженное детектирование принимаемого сигнала, если его уровень на входе приемника соответствует чувствительности. При приеме на наружную антенну в диапазоне УКВ коэффициент усиления ВЧ тракта, формула 1.8.1.

(1.8.1)

КВЧ. min = Uвх. дет / Eа. р. ∙√2 =0,3 / (1,414∙16∙10-6) = 13250

где Uвх. дет =0,3 В – номинальная амплитуда сигнала на входе детектора,

Eа. р = 16∙10-6 В – реальная чувствительность приемника.

Усиление ВЧ тракта выбирают с запасом Кзап =2,5, формула 1.8.2.

(1.8.2)

КВЧ = КВЧ. min ∙ Кзап = 13250∙2,5=33130

(1.8.3)

Общее усиление ВЧ тракта супергетеродинного приемника с однократным преобразованием частоты равно произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов, формула 1.8.3.

КВЧ = КВЦ ∙ КУРЧ∙ КПЧ∙ КУПЧ = 33130

Учитывая, что КВЦ =0,5, КУРЧ =5,8, КПЧ = 0,6, можно посчитать КУПЧ, формула 1.8.4.

(1.8.4)

КУПЧ = КВЧ / КВЦ ∙ КУРЧ∙ КПЧ =33130/0,5∙5,8∙0,6=19040

Учитывая, что устойчивый коэффициент усиления каскодной схемы ОЭ-ОБ составляет 124, то в тракте УПЧ достаточно применить 3 таких каскада.

1.9. Эскизный расчет УНЧ

Низкочастотный тракт приемника будет выполнен на микросхеме К174УН7, ее применение обусловлено уменьшением числа дискретных элементов, габаритов и массы приемника, повышает его надежность. Микросхема имеет следующие параметры:

Диапазон частот 40 – 20000 Гц.

Питание 6-15 В.

При нагрузке 4 Ом выходная мощность 4,5 Вт (питание 15 В).

Входное сопротивление микросхемы 50 кОм.

Ток потребления при отсутствии входного сигнала 20 мА.

При напряжении питания 12 В и нагрузке в 4 Ом, мощность на выходе составляет, тогда ток в режиме присутствия сигнала на входе равен.

1.10. Предварительный расчет источников питания

Основной задачей предварительного расчета источников питания является определение значений питающих напряжений, ориентировочной мощности источников питания.

Значение напряжения, необходимого для питания всех каскадов составляет Е = 12 В, при токе коллектора Ik = 5 мА. Поэтому ориентировочная мощность, потребляемая от источников питания, без учета НЧ тракта, может быть рассчитана по формуле 1.9.1.

	(1.10.1)

С учетом микросхемы получим значение мощности равное

1.11. Результаты расчета структурной схемы

На основе предварительного расчета приемника была составлена его структурная схема, рис.4. Результаты расчета сведены в таблицу 1.

Таблица 1.

Основные показатели	Тип каскада
	Преселектор		ПЧ	УПЧ
	ВЦ	УРЧ		1	2	3
Коэффициент усиления	0,5	5,8	0,6	124	124	124
Полоса пропускания, Гц	1,56∙106	1,56∙106	305∙103	173∙103	-	-
избирательность по зеркальному каналу, дБ	56,6		-	-	-	-
избирательность по прямому каналу, дБ	80		-	-	-	-
избирательность по соседнему каналу, дБ	-		-	-	-	-

2. Электрический расчет линейного тракта приемника 2.1. Расчет входной цепи 2.2. Расчет усилителя радиочастоты

Расчет элементов, обеспечивающих режим работы УРЧ.

Исходные данные для расчета:

- Напряжение питания Еп = 12 В.

- Напряжение коллектор-эмиттер Uke=5 B.

- Ток коллектора Ik=5∙10-3 А.

- Ток коллектор-база обратный Ikbo=2∙10-6 А.

- Диапазон температур 333-293 К.

Определяем изменение обратного тока коллектора от изменения температуры

Находим тепловое смещение напряжения базы

Рассчитываем необходимую нестабильность коллекторного тока

Вычисляем сопротивления резисторов

На основе значений стандартного ряда сопротивлений получаем следующие значения сопротивлений:

Подсчитываем емкости конденсаторов

На основе значений стандартного ряда емкостей получаем следующие значения конденсаторов:

2.3. Расчет усилителя промежуточной частоты

УПЧ рассчитывался по методике изложенной в [2].

Исходными данными для расчета УПЧ являются данные полученные из предварительного расчета приемника, а именно:

- номинальное значение промежуточной частоты fпр= 10,7∙106 Гц.

- коэффициент устойчивого усиления каскодной схемы ОЭ-ОБ Кokyct = 124.

- полоса пропускания частот всего усилителя П = 173∙103 Гц

- коэффициент прямоугольности КП 0,001 = 7.

- параметры нагрузки УПЧ g22k =6∙10-6 Cм, C22k= 2.5∙10-12 Ф.

УПЧ построен на биполярном транзисторе по каскодной схеме ОЭ-ОБ, с нагрузкой в виде двуконтурного полосового фильтра настроенного на промежуточную частоту с β=1, с эквивалентным затуханием контура de=0,0028. Контура имеют одинаковые значения емкостей и затухания.

Зададимся собственным затуханием контура d1=0.012.

Вначале рассматривается вариант полного включения контура в нагрузке каскада (m1=1).

Сначала определяют критические значения эквивалентного затухания контуров по 2.3.1. и 2.3.2.

где C11 = 17,48∙10-12 Ф, g11 = 3,753∙10-4 См

Поскольку de лежит в диапазоне между d11 и d22, то эквивалентные емкости контуров полагают равными минимально допустимым Сэк=15,4∙С22 = 77∙10-12 Ф.

Включают шунтирующий резистор с проводимостью

Коэффициент включения контура к базе транзистора следующего каскада определяется как

Коэффициент усиления определяется, как

Полученное значение меньше коэффициента устойчивого усиления Кokyct = 124, поэтому можно перейти к расчету индуктивности контура

Емкость конденсаторов настройки контуров определяется, как

где Cm = 3∙10-12 Ф – емкость монтажа.

Расчет элементов, обеспечивающих режим работы УПЧ.

Исходные данные для расчета:

- Напряжение питания Еп = 12 В.

- Напряжение коллектор-эмиттер Uke=5 B.

- Ток коллектора Ik=5∙10-3 А.

- Ток коллектор-база обратный Ikbo=2∙10-6 А.

- Диапазон температур 333-293 К.

Определяем изменение обратного тока коллектора от изменения температуры

Находим тепловое смещение напряжения базы

Рассчитываем необходимую нестабильность коллекторного тока

Вычисляем сопротивления резисторов

На основе значений стандартного ряда сопротивлений получаем следующие значения сопротивлений:

Подсчитываем емкости конденсаторов

На основе значений стандартного ряда емкостей получаем следующие значения конденсаторов:

2.4. Расчет преобразователя частоты

Преобразователь частоты построен на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером и внешним гетеродином. Нагрузкой транзисторного каскада является двуконтурный полосовой фильтр настроенный на промежуточную частоту с β=1, с эквивалентным затуханием контура de=0,0028. Параметры фильтра были рассчитаны в предыдущем пункте. Далее приводится только расчет режима работы ПЧ.

Исходные данные для расчета:

- Напряжение питания Еп = 12 В.

- Напряжение коллектор-эмиттер Uke= B.

- Ток коллектора Ik=1∙10-3 А.

- Ток коллектор-база обратный Ikbo=2∙10-6 А.

- Диапазон температур 333-293 К.

Определяем изменение обратного тока коллектора от изменения температуры

Находим тепловое смещение напряжения базы

Рассчитываем необходимую нестабильность коллекторного тока

Вычисляем сопротивления резисторов

На основе значений стандартного ряда сопротивлений получаем следующие значения сопротивлений:

Подсчитываем емкости конденсаторов

На основе значений стандартного ряда емкостей получаем следующие значения конденсаторов:

2.5. Расчет частотного детектора

В качестве частотного детектора был выбран дробный детектор не требующий предварительного ограничителя амплитуды и часто используемый в радиовещательных приемниках из-за простоты построения.

Исходными данными для расчета детектора являются:

- промежуточная частота fпр= 10,7∙106 Гц.

- максимальная девиация частоты ∆Fm= 40∙103 Гц.

- высшая частота модуляции FВ = 9000 Гц.

- конструктивно выполнимая добротность контуров do=0.01.

- допустимый коэффициент нелинейных искажений Kг=0.2%.

- входное сопротивление УНЧ R11 = 50∙103 Ом.

- выходное сопротивление последнего каскада УПЧ R22 = 167∙103 Ом.

- обратное сопротивление диода Д9Л Robr = 106 Ом.

- крутизна диода Д9Л S = 30∙10-3 См.

Расчет детектора проводился по методике изложенной в [3].

По заданному значению коэффициента гармоник Kг находим из таблицы [3] максимальное отношение γ = 0,07 – отношение рабочего коэффициента передачи преобразователя модуляции к максимально возможному коэффициенту преобразователя модуляции при параметре связи между контурами η→∞., а так же η=2 и В=0,35 – коэффициент использования полосы пропускания частотного детектора.

Для выбранного значения В определяется полоса пропускания частотного детектора

а по известному значению η рассчитывается требуемая эквивалентная добротность контуров Qe

Задаемся емкостью контуров С1=С2=200 пФ и определяем индуктивность контуров

Коэффициент связи между контурами Ксv

Определяем входное сопротивление детектора, обеспечивающее требуемое эквивалентное затухание второго контура при полном подключении к нему детектора

После этого определяется нагрузка детектора

Коэффициент подключения транзистора к первому контуру детектора определяется, как

Емкости, шунтирующие нагрузки детекторов

где mmax = 0.5

Коэффициент передачи АМ-детектора определяется по углу отсечки тока диодов

Крутизна детектора будет

Внутреннее сопротивление

Коэффициент передачи детектора

Значения симметрирующих сопротивлений плеч АМ-детекторов имеют порядок R’1=R’2 = 1 кОм.

Емкость С3 определяется как

Индуктивность катушки связи Lсв=0,5∙ L1 = 0.5∙1.1∙10-6 =0.55∙10-6 Гн.

Значение разделительной емкости

Индуктивность дросселя Lдр=10 ∙L1=10∙1.1∙10-6=11∙10-6 Гн.

Коэффициент усиления последнего каскада УПЧ определяется, как

Полученное значение меньше коэффициента устойчивого усиления Кokyct = 124, поэтому расчеты были выполнены верно.

2.6. Расчет автоматической подстройки частоты.

2.7. Расчет гетеродина.

2.8. Расчет сопряжения настроек гетеродина и преселектора.

2.9. Расчет усилителя низкой частоты.

2.10. Составление принципиальной электрической схемы приемника.