Page 2 | Проектирование радиоприёмника АМ сигнала

Проектируемый приемник содержит один диапазон с коэффициентом перекрытия по частоте ,где и , соответственно, максимальная и минимальная расчетные частоты. В реальном контуре параллельно конденсатору настройки всегда есть некая суммарная емкость С₀, состоящая из паразитных емкостей схемы и, возможно, емкости подстроечного конденсатора. Выбирая элемент настройки общий для всех поддиапазонов, следует проверить выполнение условия

(1.1)

где - наибольший коэффициент перекрытия из числа поддиапазонов проектируемого приемника. В нашем случае поддиапазон один, поэтому

Наименьшее значение =10…20 пФ.

Есть два способа настройки: механическая (настройка блоком КПЕ) и электронная (настройка путем изменения управляющего напряжения на варикапах).

Для простоты расчетов выбираем механическую настройку блоком КПЕ. Достоинства использования такой настройки: высокая стабильность частоты настройки, отсутствуют эффекты блокирования и интермодуляции, малые габариты.

При механической настройке блоком КПЕ каждая из секций блока подключается к своему контуру (входного устройства, УРЧ, гетеродина). При повороте ротора конденсатора изменение емкости происходит одновременно во всех контурах. Для обеспечения минимальной погрешности сопряжения настроек контуров преселектора и гетеродина в контур гетеродина включают специальные конденсаторы сопряжения.

Выберем конденсатор переменной емкости (КПЕ):

Тип емкости, пФ - КПЕ-2В

Переделы изменения 9…280

Число секций - 2

Диэлектрик - воздушный

Проверим выполнение условия (1.1):

Условие выполняется, следовательно, можно применять КПЕ-2В.

Выбор детектора сигнала

Для детектирования АМ сигнала используем последовательную схему диодного детектора. Детектор подключают к колебательному контуру последнего каскада УПЧ непосредственно или с помощью трансформаторной связи. Детектор должен работать в режиме сильных сигналов, что обеспечивается при напряжении на входе детектора при использовании германиевого диода.

Определение требуемого усиления ВЧ тракта

Исходными величинами для расчета требуемого коэффициента усиления ВЧ тракта являются заданное в ТЗ значение чувствительности по напряжению [мкВ] и выбранное напряжение на входе детектора . С учетом производственного разброса параметров и старения элементов необходимо обеспечить:

Каскады ВЧ тракта (ВхУ, УРЧ, ПрЧ, ФСИ, УПЧ) должны в совокупности обеспечить усиление не менее Koтреб = 10666 ,то есть необходимо иметь:

Koвx·Курч·Koпp·Koф·Kоупч ≥Koтреб.

Оценка коэффициента передачи входного устройства

Значение Koвх существенно зависит от типа первого активного прибора (АП1). При использовании биполярного транзистора колебательный контур входного устройства подключается ко входу транзистора частично с коэффициентом включения 0,1… 0,3. При этом ориентировочное значение Koвх =0,06…0,08 для ДВ . К затвору полевого транзистора контур входного устройства, как правило подключен полностью, поэтому Ковх будет в несколько раз больше. До детального электрического расчета о параметрах отдельных каскадов можно судить лишь ориентировочно. В частности, коэффициент передачи входного устройства может значительно отличаться от того значения, которое выбирается на данном этапе.

Выбор активного прибора УРЧ и оценка коэффициента передачи УРЧ

Каскады УРЧ выполняют, как правило, на дискретных транзисторах. В УРЧ находят применение как биполярные (БТ), так и полевые (ПТ) транзисторы.

Конкретный тип транзистора УРЧ выбирают из следующих соображений:

В пределах диапазона рабочих частот модуль проводимости прямой передачи (У21 должен оставаться приблизительно постоянным.
Коэффициент шума транзистора должен быть по возможности малым.
Коэффициент устойчивого усиления на высшей рабочей частоте (Ко уст) и предельный коэффициент усиления (Ко пред), рассчитанные по выражениям (1.2) и (1.3), желательно иметь как можно больше.

(1.2),

(1.3),

где

Параметры ПТ КП307(- кремниевый планарно-эпитаксиальный ПТ с диффузионным затвором и каналом n-типа):

максимальное значение крутизны характеристики при ,

проходная емкость - не более 1,5 пФ,

коэффициент шума при - не более 6 дБ,

выходная проводимость - не более 200 мкСм,

входная проводимость - не более 0,1 мкСм.

Параметры БТ КТ339(- биполярный кремнивый транзистор типа n-n по схеме с общим эмиттером):

пФ, =4.8мкСм, =0,23мСм, =30мСм при мА, дБ.

Биполярный транзистор КТ339

Полевой транзистор КП307

Коуст - 87.7

Копред - 451

Коуст - 28.66

Ко пред - 671

Из представленных нам в пособии по проектированию биполярных транзисторов для сравнения с полевым выбрали именно КТ339, т.к. он имеет наименьшую проходную емкость. Как известно проходная емкость создает внутреннюю обратную связь, с уменьшением этой емкости ОС уменьшается, а с увеличением, наоборот, увеличивается, что может привести к самовозбуждению.

Выбираем биполярный транзистор, т.к. он «выигрывает» по ряду параметров, а именно: коэффициент шума БТ меньше, чем у ПТ, коэффициент устойчивого усиления на высшей рабочей частоте (Ко уст) у БТ больше, чем у ПТ, также БТ обладают большей проводимостью прямой передачи () и работают при небольшом потребляемом токе (1…2 мА).

Задаемся значением коэффициента усиления УРЧ. В качестве можно принять рассчитанное по 1.2 значение , если оно не превышает 5. Но в нашем случае , поэтому во избежание перегрузки преобразователя частоты полагаем Выберем .

Выбор активного прибора и оценка коэффициента передачи преобразователя частоты

Преобразователь частоты может быть выполнен как на дискретных транзисторах, так и на ИМС. Будем использовать ИМС, так как в этом случае открывается возможность реализации преимуществ компенсационных схем преобразователей частоты.

Лучшей из отечественных ИМС для преобразователя частоты является ИМС К174ПС1.

Рис.2 ИМС К174ПС1

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 ПЧ либо с совмещенным гетеродином на транзисторах, входящих в ИМС, либо с внешним гетеродином.

По способу подключения согласующего контура (СК) к выходу ИМС реализуем кольцевую схему преобразователя частоты, при которой СК подключен симметрично между выводами 2 и 3 ИМС.

На этапе эскизного расчета рекомендуется принять коэффициент передачи преобразователя частоты > при работе в диапазоне ДВ.

Определение структуры тракта УПЧ

Оцениваем требуемое усиление тракта УПЧ:

Оценим требуемое усиление тракта УПЧ:

Для построения тракта УПЧ будем пользоваться ИМС малой степени интеграции (ИМС К174ПС1). На данной ИМС может быть выполнен дифференциальный усилительный каскад с резонансной нагрузкой и с возможностью регулировки коэффициента усиления системой АРУ. При таком включении можно получить К_{0 УПЧ}_I = 60. Таким образом:

Проверка реализации требуемого отношения сигнал/шум на выходе приемника

Предполагаем, что усиление УРЧ достаточно () и в силу этого можно пренебречь вкладом шумов последующих каскадов в общий уровень шума приемника.

Определим коэффициент шума первого активного прибора (АП1):

где:

дБ; мСм - проводимость генератора, при которой обеспечивается минимальный коэффициент шума; мСм – проводимость генератора, которую «видит» АП1 в реальной схеме;