Усилитель промежуточной частоты (УПЧ)
Усилители с широким динамическим диапазоном могут быть построены по схеме усилителя-ограничителя (УО) или усилителя с логарифмической амплитудной характеристикой (ЛАХ). У последних между входным и выходным сигналом существует вполне определенная функциональная зависимость вида :
УО такой зависимостью не характеризуются.
Логарифмические усилители могут быть выполнены по параллельной и последовательной и схеме. В первой используется параллельное включение каскадов усилителя с различным коэффициентом усиления. Для защиты от перегрузок и повышения стабильности на выходе каждого каскада ставится двусторонний усилитель-ограничитель, и с выхода каждого канала сигналы суммируются. Однако увеличение массогабаритных показателей, связанное с необходимостью использования значительного числа каналов, обусловило большее распространение усилителей с ЛАХ, построенных по методу последовательного усиления и суммирования:
Рис.5.5.1.
Такой усилитель (рис.5.5.1) представляет собой последовательное соединение нескольких каскадов, каждый из которых, в общем случае, содержит линейный усилитель и двусторонний ограничитель. Выходы всех каскадов объединены сумматором через буферные каскады (БК), способствующие увеличению развязки между каскадами и повышению устойчивости усилителя. Для получения амплитудной характеристики, достаточно хорошо приближающейся к логарифмической, все каскады должны быть идентичны. В зависимости от особенностей реализации и назначения логарифмического усилителя, в обобщенную схему могут вноситься изменения. Так, возможно совмещение функций линейного усиления и двустороннего ограничения, например в ИМС; сумматор может быть выполнен в виде резистора, усилительного каскада или линии задержки; буферные каскады могут использоваться также и для коррекции частотной и фазовой характеристик усилителя.
|
|
|
Амплитудная характеристика логарифмических усилителей описывается системой уравнений:
где К0 – коэффициент усиления в линейном режиме; Uâõ.í – ïîðîãîâûé óðîâåíü âõîäíîãî ñèãíàëà, íà÷èíàÿ ñ êîòîðîãî àìïëèòóäíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ñòàíîâèòñÿ ëîãàðèôìè÷åñêîé; b – коэффициент, определяющий наклон ЛАХ.
Основные показатели логарифмического усилителя могут быть определены из соотношений [11]:
где КОС - коэффициент усиления одного каскада на ИМС;
|
|
|
Dвх = Uâõ.макс / Uâõ.í - логарифмический динамический диапазон усилителя, определяемый протяженностью логарифмического участка амплитудной характеристики и равный динамическому диапазону изменения уровня входных сигналов;
Uâõ.макс - максимальный уровень входного напряжения, соответствующий концу логарифмического участка амплитудной характеристики;
Uâõ.í - напряжение на входе ИМС, при котором начинается амплитудное ограничение;
n - число каскадов усилителя;
K0n - к-т усиления всего усилителя в линейном режиме;
d - ошибка, связанная с отклонением АХ от логарифмической.
Данные к расчету:
· частота сигнала ПЧ: fпч = 30 МГц;
· избирательность по соседнему каналу: Seск = 10 дБ;
· коэффициент усиления УПЧ: K0n =13440;
· искажения переднего фронта импульса: Dtи =0,15 мкс;
· динамический диапазон входных сигналов Dвх=60 дБ;
· динамический диапазон выходных сигналов Dвых=<10 дБ;
· порог логарифмирования АХ: Uâõ.í =1×10-4 В.
Принципиальная схема УПЧ [11] приведена на рис.5.5.2
Рис.5.5.2 Принципиальная схема УПЧ
Расчет УПЧ на ЭВМ
Ввиду ограниченности выбора ИМС, обладающих соответствующими паспортными данными, а так же трудности аналитического решения системы, расчет УПЧ будем производить методом последовательных приближений с использованием ЭВМ и программы Micro Cup V. Расчет логарифмической амплитудной характеристики УПЧ выполним по программе собственной разработки WinЛАХ. Ниже приведены результаты расчета, а листинг программы WinЛАХ дан в приложении.
|
|
|
Расчёт детектора
Для детектирования радиоимпульсов , т.е. для преобразования их в видеоимпульсы, используем последовательные диодные детекторы, выполненные по схеме (рис.5.5.1).
|
|
|
|
рис.5.5.1Последовательный диодный детектор
Видеоимпульсы с выхода детектора поступают на видеоусилитель.
Данные для расчёта:
Частота сигнала ПЧ fпч = 30 МГц;
Параметры входного контура Lк=50 нГн; Ск = 2 пФ;
Допустимые искажения импульса :
Время нарастания импульса tу =0,2 мкс;
Время спада импульса tсп = (0,3...0,5)×tу = (0,3...0,5)×0,2 = 0,1 мкс;
UвхДет = 0,5 В;
Kд ~ 0,8 _ 0,9.
Крутизна ВАХ диода:
Sд = Diд / Duд = 1/Riд = 1/ 10 = 0,1
Ёмкость в нагрузке:
Cн = 15×Cд - Cм = 15×2 пФ - 8 пФ = 22 пФ
Rн~=tсп/(2,3×CН)=0,1мкс/(2,3×22пФ)=5.1кОм -параллельное сопротивление Rн и Rвх=1кОм ( в случае использования ВУ на ИМС К175УВ2)
|
|
|
Сопротивление нагрузки детектора
Rн = (Rн~×Rвх ву)/( Rн~ + Rвх ву) = (5,1к×1к)/( 5,1к + 1к) = 1,2 кОм
Проверка правильности выбранных параметров детектора:
Rн~×(Cн + CвхвУ + Cм) È (1..2)/fпр
5,1 кОм×(22 пФ + 50 пФ + 8 пФ) È (1..2)/30 МГц
4×10-6 > 0,067×10-6 Þ параметры детектора выбраны правильно.
Коэффициент передачи детектора Кд:
Кд = cosQ @ 0,8...0,9
где Q = Ö3p / (Sд×Rн) = Ö 3p / 0,1×1,2к = 0,428
отсюда Кд = 0,9
Входное сопротивление детектора Rвх
Rвх = Rн /2 = 1,2к / 2 = 0,6 кОм
Определим время установления фронта tуд
tуд = Rн×Cн×(2×Riэ + Rэ) /(0,5×Rн + 2,5×Riз + Rэ)=
=1,2×103×22×10-12×(2×10 + 1,9×103) /( 0,5×1,2×103 + 2,5×10 + 1,9×103)=0,2 мкс
Коэффициент подключения mд
Lк = 50 нГн и Cк = 2 пФ - параметры выходного каскада УПЧ;
rк = ÖLк /Cк = 158 Ом - характеристическое сопротивление контура
d0 = 0,006 [справочник Петрова] Þ П 0,7 упч = d0×fпр = 5 МГц
dвн д = П 0,7 упч / 2×fпр = 5 МГц / 1270 МГц = 0,004 - зквивалентное затухание, вносимое детектором
mд = dвн д×Rн /2×rк = 0,004×1200/2×158 = 0,15
Полный коэффициент усиления детектора
Кд` = Кд×mд = 0,9×0,15 = 0,135
Расчет емкости разделительного сонденсатора Ср
D% <= 1...3 % - спад плоской вершины
Ср = (tи ×100%)/((Rн + Rвх ву) ×D%) =
= 0,66×10-6×100% / ((1,2×103 + 1000) ×2%) = 15 нФ
Определим нужно ли ставить дроссель для фильтрации пульсаций импульса fпр Если Кф < 0,01-0,02 ,то дросель можно не ставить
Кф =( Свх ву / (Cн + Свх ву)) × 1/(2p × fпр × Сн × Rн + 1) =
= (50 пФ/(22пФ + 50пФ)) ×1/( 2×p × 30 МГц × 22пФ × 1,2кОм + 1) = 0,14
Условие не выполняется, значит дроссель нужен.
Резонансная частота fдр паразитного контура Сдр Lдр:
Сдр @ 3...5пФ, принимаем Сдр = 2пФ
fдр @ 0,7fпр = 0,7× 30 МГц = 21 МГц
Lдр = 1/((2p)2×fдр2 ×Сдр) = 1/((2p)2×21 МГц2×2пФ) = 28,7 мкГн
Кф`при наличии дроселя
Кф` = Сдр/(Сдр + Свх ву) = 2пФ / (2пФ + 50пФ) = 0,04
Проверочный расчёт
Проверим, соответствует ли спроектированный приёмник требованиям технического задания.
Данные к рассчету:
Кр.ф.=×0,8
Швц=1,5 Квц=0,8
Шпч=3 Кпч=1,25
Шупч=10 Купч=6×103
Ш=(Швц+(Шпч-1)/Квц+(Шупч-1)/(Квц×Кпч))/Кр.ф.=
= (1,5 + (3-1)/0,8 + (10-1)/(0,8×1,25))/0,8 = 12,5/0,8 = 15,6 < Шдоп = 21
При таком коэффициенте шума чувствительность приёмника:
РА= [Ш/Кр.ф + (tА - 1)] ×(Pc/Pш) к×Т0×ПШ = [15,6/0,8 + (0,48 - 1)] ×1,4×1,38×10-23×290К×6,93×106 =0,73×10-12 < Ра(ТЗ) = 1×10-12
Следовательно, спроектированный приёмник отвечает всем требованиям ТЗ.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 294; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!