Распределение усиления по линейному тракту приемника

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 6Следующая ⇒

Перейдем теперь к усилению в линейном тракте. Если чувствительность приемника задана в виде Э.Д.С. сигнала в антенне Е_а, то коэффициент усиления линейного тракта приемника К_0л должен быть равен [1, с. 29]:

, (10)

где: u_п – амплитуда сигнала на выходе УПЧ приемника (на входе детектора).

В ТЗ указано, что на входе детектора напряжение должно составить 1,0В, минимальное ЭДС в антенне Ea = 3.0мкВ.

Выбор средств обеспечения усиления линейного тракта можно начать с определения коэффициента усиления преселектора (ВЦ и УРЧ). В транзисторных приемниках коротких волн коэффициент усиления есть коэффициент усиления по напряжению. Его можно найти их выражения [1, с. 29]: , (11)

где:

К_0вц – коэффициент передачи входной цепи

К_0урч– коэффициент усиления УРЧ (их может быть N).

Для того, чтобы распределить усиление по тракту, необходимо выбрать схемы ВЦ (определить коэффициент передачи ВЦ), УРЧ и УПЧ, рассчитать устойчивые коэффициенты усиления УРЧ и УПЧ и определить число каскадов УПЧ.

Для определения коэффициента передачи ВЦ необходимо разбить диапазон на поддиапазоны, выбрать способ настройки.

Требуемый коэффициент усиления по напряжению УПЧ и преобразователя частоты с транзисторным смесителем, равен:

, (12)

где: К_з = 2…3 – коэффициент запаса усиления, учитывающий старение электронных приборов, расстройку контуров и уменьшения напряжений питания в процессе эксплуатации. Выберем К_з = 2.

К_0вц- коэффициент передачи ВЦ (далее, . К_0вц = 0.5)

В разделе выбора усилительного элемента был выбран транзистор и рассчитаны его основные параметры.

Ориентировочный коэффициент усиления УРЧ [1, c30]:

Выберем, в соответствии с [1, c31], разбив диапазон на 3 части и рассчитав коэффициенты усиления для них:

Начало диапазона: (13)

Середина:

Конец:

Выберем меньший коэффициент и ориентировочно расччитаем коэффициент усиления УПЧ.

Тогда:

Выбор средств настройки

Разрабатываемый приемник является диапазонным, и для приемников до 300Мгц из всех типов резонаторов целесообразно применять резонансные контуры с сосредоточенными постоянными.

Рассчитаем коэффициент поддиапазона Кпд:

(14)

Из таблицы 1.8 [1, с 32] выберем способ настройки конденсатором переменной емкости, так как только он способен обеспечить настройку с коэффициентом диапазона Кпд = 2 для выбранного типа резонатора.

С увеличением количества поддиапазонов уменьшается плотность настройки, что обеспечивает более высокую точность настройки; облегчается выполнение противоречивых требований к полосе пропускания и избирательности; уменьшаются габариты блока настройки (конденсаторов переменной емкости); проще обеспечить постоянство коэффициента усиления внутри поддиапазона. Однако, с их увеличением усложняется устройство их переключения, увеличиваются массогабаритные параметры приемника, его стоимость и сложность проектировки.

Существует три способа разбиения на поддиапазоны: с постоянным коэффициентом поддиапазона; с постоянной полосой частот поддиапазона; комбинированный.

Если принять, что каждый поддиапазон должен иметь одну и туже полосу, то по [1, с34] рассчитаем количество поддиапазонов:

(15)

где - запас перекрытия поддиапазона для компенсации производственных допусков.

Если выбрать равной диапазону приема то

(16)

Получим, что достаточно одного поддиапазона, то есть можно вообще не разбивать принимаемый диапазон. К тому же полученный коэффициент перекрытия К_д не превышает 2…2,5 поэтому разбивать рабочий диапазон на поддиапазоны не следует.

Вычислим максимальную емкость переменного конденсатора для настройки контура по формуле [1, c34]:

(17)

где С₀ – начальная емкость контура,

C_min – минимальная емкость.

Выберем конденсатор переменной емкости с твердотельным диэлектриком КПЕ-3 [4, c128] с диапазоном емкостей 7-210пф.

C_min = 7пФ, C_max=210пФ

Все контуры преселектора и гетеродина перестраиваются общим блоком конденсаторов настройки, состоящим из одинаковых секций.

Так как верхняя настройка гетеродина требует меньшего коэффициента поддиапазона, а начальная емкость контура у ВЦ ниже, чем у УРЧ (ведь на ВЦ нагружен всего один транзистор), следует выбирать начальную емкость из соображений обеспечения необходимого коэффициента поддиапазона УРЧ по формуле[1, c35]:

C₀= C_L+ C_м+ С_п+ m₁²C_вых + m₂²С_вх(18)

C_L – собственная емкость катушки контура (межобмоточная): 3…5пФ

C_м – емкость монтажа: 5…10пФ

С_п – емкость подстроечного конденсатора: 2…20пФ

С_вх – входная емкость следующего каскада

С_вых – выходная емкость транзистора каскада

m₁, m₂ – коэффициенты подключения транзистора к каскаду

Выбор активного элемента усилительных каскадов

Обычно для всех каскадов приемника стараются выбрать одинаковые транзисторы для уменьшения уровня шума, простоты расчета.

Для обеспечения независимости усиления от частоты, граничная частота транзистора, по крайней мере, в 3 раза должна превышать верхнюю частоту диапазона.

Выберем маломощный сверхвысокочастотный транзистор КТ366А

Его основные параметры:

Граничная частота ___________________________________________ 1000 МГц

Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ ____________

Емкость коллекторного перехода _______________________________ 1,1 пФ

Постоянная времени цепи обратной связи ________________________ 60 пс

Максимальный ток коллектора _______________________________ 20 мА

Ток эмиттера _________________________________________________ 1 мА

Постоянное напряжение коллектор-эмиттер ___________________ 10 В

Постоянная рассеиваемая мощность коллектора ________________ 30 мВт

Определим граничную частоту характеристики транзистора [1, c114]:

(19)

(20)

(21)

Предельная частота удовлетворяет требованию [1, c225]

Определим постоянную времени входа транзистора

(22)

Найдем входное сопротивление транзистора

(23)

Рассчитаем Y-параметры и высокочастотные параметры транзистора КТ366А на рабочей частоте (для УРЧ в схеме с ОЭ). [1, c110]

(24)

Найдем- выходное сопротивление транзистора

(25)

где .

Определим входную емкость транзистора

(26)

Определим выходную емкость транзистора

(27)

Рассчитаем Y-параметры и высокочастотные параметры транзистора КТ366А на промежуточной частоте .

Найдем- выходное сопротивление транзистора

где .

Определим входную емкость транзистора

Определим выходную емкость транзистора

Коэффициент шума приемника

Чтобы приемник удовлетворял требованиям к чувствительности, коэффициент шума приемника должен удовлетворять неравенству [1, с13]:

, (28)

где - чувствительность приемника; - отношение сигнал/шум на входе приемника; - напряженность поля внешних помех; - действующая высота приемной антенны; - шумовая полоса линейного тракта; - постоянная Больцмана; - стандартная температура приемника; - внутреннее сопротивление приемной антенны.

В дальнейшем условимся, что антенна идеальная и помех не улавливает, поэтому ЭДС помех . Величину внутреннего сопротивления приемной антенны примем стандартной для большинства приемников и равной . Шумовую полосу линейного тракта вычислим по формуле [1, с13]:

(29)

При этом допустимый коэффициент шума всего приемника равен:

Определим коэффициент шума супергетеродинного приемника по формуле, приняв, что коэффициент передачи мощности фидерной лини равен 1 [1, c14]:

, (30)

где , , , - коэффициенты шума входной цепи, усилителя радиочастоты, преобразователя частоты, усилителя промежуточной частоты; , , - коэффициенты передачи по мощности входной цепи, усилителя радиочастоты, и преобразователя частоты.

Рассчитаем коэффициенты передачи отдельных блоков приемника по формулам таблицы 1.3 из [1, c16]. Коэффициент передачи мощности входной цепи:

, (31)

где и - принятое и оптимальное значения коэффициента связи антенны и входного контура приемника. Обычно, перестраиваемых приемниках применяют одноконтурные входные цепи с ненастроенной антенной, приняв коэффициент связи входной цепи с антенной не более половины оптимального значения [5]. Пусть .