рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

В частности, входная проводимость транзистора в схеме с ОЭ выражается формулой

В частности, входная проводимость транзистора в схеме с ОЭ выражается формулой - Курсовой Проект, раздел Образование, Методические указания по курсовому проектированию. Эскизное проектирование и расчет преселектора   ...

 

(3.19)

 

где rб’ - объемное сопротивление базы транзистора,

rэ - сопротивление эмиттерного перехода,

h21э - коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ.

 

Величина rб’ в справочниках приводится редко, однако ее можно найти по соотношению tк = = rб’ Ск, где tк - постоянная времени коллекторно-базовой цепи, Ск - емкость коллекторного перехода. В крайнем случае, если и этих величин найти не удалось, можно считать, что для маломощных транзисторов rб’ = 50...100 Ом.

Сопротивление rэ наиболее сильно зависит от режима транзистора

 

(3.20)

 

где jт - тепловой электрический потенциал перехода, для температуры Т = 300 К можно считать jт = 26 × 10–3 В;

Iэо - постоянная составляющая тока эмиттера Iэо » Iко.

Величина h21э также зависит от тока коллектора, однако, в первом приближении можно считать ее постоянной.

Зависит от тока и величина gr opt, хотя ее зависимость более слабая. Можно использовать следующее выражение [ ]:

 

(3.21)

 

Из (3.14...3.16) можно сделать вывод, что при увеличении Iк о величины g11 и gr opt увеличиваются, однако gr opt растет с меньшей скоростью, чем g11. Поэтому отношение gr opt/g11, а значит и величина А с увеличением тока коллектора будет уменьшаться. Следовательно, выбирая большее значение тока коллектора транзистора, можно получить более удовлетворительное соотношение между А1п и А1ш­.

Наконец, следует проверить выполнение еще двух требований. Первое – изменение величины g11 (за счет технологического разброса параметров транзисторов или по другим причинам) не должно приводить к слишком большому изменению полосы пропускания входной цепи. Обычно это требование выражается неравенством

 

(3.22)

 

где dg11 - максимальное относительное изменение входной проводимости,

xп - относительное изменение полосы пропускания.

 

Обычно полагают xп = 0,1...0,2, dg11 макс = 0,5. Если условие (3.22) не выполняется, с этим можно смириться, но принять меры, чтобы полоса пропускания Пвц мин обеспечивалась и при наименьшем значении g11. Для этого выбирают значение А1 несколько меньше, из условия

 

А1 £ (0,5...0,7) А1п. (3.23)

 

Второе требование, которое должно выполняться, касается влияния входной емкости транзистора на частоту перестройки контура. Возможные изменения величины С11, в том числе и при изменениях режима работы транзистора, не должны приводить к заметной расстройке контура. Для этого должно выполняться неравенство

 

(3.24)

 

где b11 = 2 poC11,

db11 - относительное изменение b11,

xfo - относительное изменение частоты настройки

 

Обычно принимают db11 макс = 0,3, xfo = 0,1...0,2.

Неравенство (3.24) должно выполняться как на минимальной, так и на максимальной частоте диапазона.

Если выполнить (3.24) не удается, с этим можно смириться, при условии, что будут приняты меры по стабилизации режима первого транзистора по постоянному току. Отсюда следует, что в диапазонах ДВ и СВ не рекомендуется использовать систему автоматической регулировки усиления (АРУ) путем изменения режима первого транзистора.

Наконец, выбрав величину А1 из условий (3.18) или (3.24), даже если не выполняется неравенство (3.17), определенный коэффициент включения входа транзистора в колебательный контур входной цепи

 

(3.25)

 

Величина индуктивности катушки связи с транзистором

 

(3.26)

 

где kк.т. - коэффициент магнитной связи между катушками.

 

Величина kк.т. сильно зависит от конструкции и взаимного расположения катушек. Для магнитной антенны , выполненной на ферритовом стержне с начальной магнитной проницаемостью mн = 400...1000, можно принять kк.т. = 0,6...0,8. Более точно его значение определяется при расчете магнитной антенны, в связи с чем, возможно, потребуется уточнить величину lк.т.

 

 

3.2.3. Расчет ферритовой антенны

 

Чаще всего радиовещательные приемники строятся с одной общей ферритовой антенной на два диапазона: ДВ и СВ. Проектирование двухконтурной антенны имеет свои особенности, однако основные этапы проектирования остаются такими же, что и при расчете однодиапазонной антенны. В данном пособии расчет двухдиапазонной антенны не рассматривается.

Первым шагом проектирования является выбор типа и размера сердечника для магнитной антенны. Сердечники выпускаются промышленностью круглого, либо прямоугольного сечения из ферритов различных марок (феррит – материал типа керамики, состоящий из окислов железа, никеля, марганца и других металлов). Основной характеристикой феррита является значение начальной магнитной проницаемости (относительной) mн. Для диапазона ДВ обычно выбирают значение mн = 600 или 1000, для диапазона СВ соответственно 400 или 600. Из имеющихся типоразмеров (приводятся в справочниках), если нет ограничений на габариты, следует выбрать сердечник наибольшей длины и наибольшего поперечного сечения, так как действующая высота ферритовой антенны тем больше, чем больше длина и объем стержня. Если нет справочных данных, можно считать, что стержни круглого сечения выполняются диаметрами 8 и 10 мм, а длина их может быть 60, 80, 100, 125, 140, 160 или 200 мм.

Следующий этап – определение действующей высоты антенны. Достаточно подробно расчет hд изложен в [ ]. Для магнитной антенны с ферритовым сердечником известно выражение

 

(3.27)

 

где w - число витков катушки,

Sс - площадь сечения сердечника,

Sк - площадь витка катушки,

mh - относительная магнитная проницаемость сердечника, которую «чувствует» магнитная антенна;

j(Sc/Sк) – коэффициент, зависящий от соотношения диаметров сердечника и катушки;

l - длина волны, соответствующая частоте принимаемого сигнала.

Обычно расчеты выполняют для fo = fмин так как на наименьшей частоте диапазона труднее всего выполнить требования ТЗ к чувствительности приемника.

Обычно площадь витка катушки и площадь сечения сердечника отличаются мало. Для этого случая можно приближенно считать

 

. (3.28)

 

Выражение (3.27) с учетом (3.28) упростится:

 

. (3.29)

 

Величина mh показывает, во сколько раз повышается эффективность магнитной антенны при помещении внутри нее ферритового сердечника. Значение mh всегда меньше, чем проницаемость самого сердечника, так как он пронизывается не всеми магнитными силовыми линиями поля, а только частью. Поэтому mh зависит не только от начальной проницаемости сердечника mн, но и от расположения катушки на нем. С учетом этого, вместо (3.29) используют другое выражение:

 

, (3.30)

 

где mh макс – максимально возможное значение mh, зависящее от значения mн и геометрических размеров сердечника. Для определения mh макс используют специальные графики [ ]. При отсутствии графиков можно воспользоваться приближенными соотношениями:

 

, (3.31)

 

где lc, dc – длина и диаметр сердечника,

 

. (3.32)

 

Функция Y(X,Y) отражает влияние длины катушки и ее размещения на сердечнике. Если lк – длина катушки, а а – смещение центра катушки от центра сердечника, то

 

, (3.33)

 

а Y(X,Y) может быть определена по графикам [], либо по формуле:

 

. (3.34)

 

Поскольку число витков катушки w определяется обычно на завершающей стадии проектирования магнитной антенны, выражение (3.30) может быть видоизменено так, чтобы hg выражалась через величину контурной индуктивности Lк []:

 

(3.35)

 

 

. (3.36)

 

Здесь hg макс – в миллиметрах, dc, dк, lc – в сантиметрах, Lк – в микрогенри.

Определив hg, считают электрический расчет магнитной антенны завершенным. Далее проводится конструктивный расчет, в ходе которого определяют число витков контурной катушки wк, катушки связи wк.т. и коэффициент связи между ними kк.т., после чего уточняется значение индуктивности катушки связи Lк.т. и ее число витков. Методика конструктивного расчета здесь не приводится, следует воспользоваться любым подходящим литературным источником.

В дальнейшем может оказаться, что полученное значение hg недостаточно для обеспечения заданной чувствительности приемника. В этом случае следует попытаться использовать дополнительные возможности для увеличения hg. К таковым можно отнести разбиение контурной катушки на несколько секций, разнесенных друг от друга по длине стержня. При этом заданной индуктивности Lк будет соответствовать большее значение витков wк. Поскольку действующая высота пропорциональна w, можно добиться увеличения hg, для расчета которой применяется в этом случае формула (3.30). Другой способ увеличения hg, описанный в литературе, заключается в применении нескольких ферритовых стержней, на которых намотаны отдельные катушки.

 

 

3.2.4. Расчет основных показателей входной цепи.

 

На предыдущих этапах расчеты проводились, в основном, на наименьшей частоте диапазона fмин, так как здесь наиболее сложно обеспечить требования к чувствительности приемника и заданную полосу пропускания преселектора. Однако, в данном параграфе должны быть получены основные параметры входной цепи на трех частотах: fо = fмин, fср, fмакс. Это необходимо, чтобы обеспечить заданные характеристики приемника во всем диапазоне.

Должны быть рассчитаны следующие параметры:

1) характеристическое сопротивление контура r = 2pfоLк;

2) сопротивление связи контура ВЦ со входом активного прибора хсв = r × р1;

3) эквивалентная проводимость генератора сигнала для входа активного прибора

4) добротность эквивалентного контура

5) полоса пропускания входной цепи

6) действующая высота магнитной антенны по формуле (3.30);

7) коэффициент передачи входной цепи по напряжению

 

Kо ВЦ = Qэ × р1 (3.37)

 

и по напряженности поля

 

Kо E ВЦ = hg × Qэ × р1. (3.38)

 

Здесь же следует оценить чувствительность приемника, которая обеспечивается при данных параметрах ВЦ, и избирательность по побочным каналам приема.

Для оценки чувствительности определяют коэффициент шума первого активного прибора для тех же трех значений fо по формуле (2.22). В качестве gr opt берется значение из справочника, либо вычисленное в п. 3.2.2. Далее находят среднеквадратическое напряжение шумов первого активного прибора, приведенное к его входу

 

. (3.39)

 

Если избирательность по ПЧ обеспечивается в пьезокерамическом ФСИ, который имеет достаточно хороший коэффициент прямоугольности АЧХ, можно считать Пш = Ппр 0,5, причем в качестве Ппр 0,5 принимают наибольшее значение полосы из приведенных в справочнике для выбранного типа фильтра. Если используется другой тип частотно-избирательной системы, значение Пш следует брать по-другому.

Напряжение шумов первого активного прибора, приведенное к входной цепи, будет равно Uш вх1/Kо ВЦ. Тогда отношение сигнал/шум на входе, взятое по напряжению, будет определяться выражением

 

. (3.40)

 

где EАо – чувствительность по напряженности поля, заданная в ТЗ.

Полученное значение zвх должно удовлетворять соотношению

 

, (3.41)

 

где zвых и m – требуемое отношение сигнал/шум на входе и коэффициент модуляции, при которых определяется чувствительность. Как было сказано ранее, стандартным для приемников АМ является значение zвых = 10, что соответствует 20 дБ, а m = 0,3.

Если неравенство (3.41) не выполняется хотя бы по одной из частот диапазона, необходимо принять дополнительные меры к повышению чувствительности: либо добиться увеличения hg, либо снизить Kш1. Следует также иметь в виду, что здесь не учитываются шумы всех следующих каскадов, кроме первого. Поэтому неравенство (3.41) должно выполняться с некоторым запасом, чтобы в дальнейшем, после учета шумов следующих каскадов, не появилась необходимость возвращаться к расчету входной цепи.

Далее оценивают избирательность ВЦ по побочным каналам приема. При этом избирательность по зеркальному каналу определяется в трех точках диапазона fмин, fср, fмакс, а избирательность по промежуточной частоте – в точке, наиболее опасной с этой точки зрения, то есть fмакс для диапазона ДВ и fмин для СВ.

Кроме характеристики частотной селекции контура ВЦ (2.7) приходится учитывать еще два фактора: увеличение действующей высоты ферритовой антенны (а значит и чувствительность) с ростом частоты сигнала и эффект приема сигнала не только контурной катушкой, но и катушкой связи. Первый фактор приводит к снижению избирательности по зеркальному каналу, так как при верхней настройке гетеродина fз.к. > fо. Второй фактор может быть использован для повышения избирательности в некоторой полосе частот, в том числе на частоте зеркального канала. Для этого нужно выбрать такую полярность включения катушки связи, при которой происходит взаимная компенсация ЭДС, трансформируемой в нее из контурной катушки, и ЭДС, наведенной в самой катушке связи. На частоте настройки приемника это практически не снижает значение Ко ВЦ, а на частоте побочного канала подавление может быть существенным. Все указанные факторы учитываются в выражении для ослабления побочных каналов приема:

 

, (3.39)

 

где fпк – частота побочного канала приема,

xпк – обобщенная частота расстройки, соответствующая … каналу приема,

hg – действующая высота магнитной антенны на частоте, равной fпк,

hg к.т. – действующая высота катушки связи на той же частоте.

Значение hg к.т., также как hg, определяется из (3.30) после того, как из конструктивного расчета стало известно число витков контурной катушки и катушки связи. Последнее слагаемое в (3.39) отражает способность катушки связи принимать электромагнитные волны на частоте помехи. Величина дроби hg к.т/hg × р1 зависит от коэффициента магнитной связи k и обычно превышает единицу, в то время, как величина в скобках (1 – fo­­­2 / fпк2) для зеркального канала меньше единицы. Подбирая величину коэффициента связи k можно добиться, чтобы имело место равенство

 

. (3.40)

 

Это обеспечит бесконечно большое подавление канала с частотой fпк. В диапазоне ДВ этот эффект можно использовать и для подавления помехи с частотой, равной промежуточной, так как этот побочный канал на длинных волнах является более опасным.

Если в проектируемом приемнике отсутствует УРЧ, то величина, полученная из (3.39), должна соответствовать требованиям ТЗ, то есть sпк ³ sпкТЗ.

Если же в приемнике имеется резонансный усилитель радиочастоты, то окончательная проверка подавления побочных каналов производиться после расчета УРЧ.

 

3.3. Проектирование входных устройств, работающих с электрической ненастроенной антенной.

3.3.1. Расчет элементов колебательного контура.

 

В качестве электрической ненастроенной антенны используется либо внешняя антенна, подключаемая к специальному гнезду приемника, либо штыревая, встроенная в приемник, которая обычно имеет вид телескопического выдвижного стержня. Штыревая антенна обычно используется в диапазонах КВ и УКВ, хотя могут быть использованы в ДВ и СВ.

Начинают проектирование с выбора типа связи контура входной цепи с антенной. Возможны два варианта: ёмкостная связь, либо трансформаторная. Ёмкостная связь значительно проще в расчете и реализации, но имеет недостаток: существенная неравномерность коэффициента передачи по диапазону.

Трансформаторная связь применяется обычно в режиме удлинения антенны (резонансная частота антенной цепи ниже минимальной частоты диапазона), поскольку в этом случае может быть получена сколь угодно малая неравномерность коэффициента передачи. Кроме того, трансформаторная связь позволяет получить дополнительное подавление зеркального канала и помех от телевизионных передатчиков. Как это делается, будет описано ниже.

Таким образом, следует выбирать трансформаторный тип связи с антенной в тех случаях, когда коэффициент перекрытия диапазона имеет значительную величину kg ³ 1,3, либо в ТЗ оговорена величина допустимой неравномерности коэффициента передачи по диапазону и эта величина меньше, чем kg2. Также имеет смысл выбрать трансформаторную связь, если заданы жесткие требования к ослаблению зеркального канала, Которые не выполняются без дополнительных мер.

Во всех остальных случаях следует отдать предпочтение ёмкостному типу как наиболее простому.

Связь контура входной цепи со входом первого активного элемента обычно используется трансформаторная, однако, может бать применена и автотрансформаторная, что мало сказывается на процессе расчета, так как коэффициент включения р1 определяется одинаково для обоих случаев.

Следующим шагом является выбор схемы контура с точки зрения включения в него настроечного конденсатора (или варикапа). Всего различают четыре варианта схем: два для трансформаторной связи и два для ёмкостной, изображенные на рис. 3.1.-3.4., позаимствованных из [].

На этих рисунках С­А – емкость антенны, С­вх пр – паразитная ёмкость (ёмкость …) антенного ввода, С¢- емкость связи с антенной, СL – емкость контурной катушки, СМ – емкость …, которая может быть разделена на две части: СП – подстроечный конденсатор, Сg1 – добавочный конденсатор, Суд – удлиняющая ёмкость, которая обеспечивает частоту настройки антенной цепи ниже минимальной частоты диапазона.

Главное отличие рисунка 3.2. от 3.1. и рисунка 3.4. от 3.3 состоит в наличии ёмкости С2, которая включена между центральным конденсатором СН и контурной катушкой LК. Эта ёмкость носит название растягивающей. Схема с растягивающей ёмкостью применяется, когда коэффициент перекрытия диапазона невелик: kg £ 1.5, а перекрытие ёмкости настроечного конденсатора значительно больше, чем требуется для обеспечения kg:

 

. (3.41)

 

Такая ситуация обычно имеет место, когда проектируемый приемник многодиапазонный, поэтому настроечный конденсатор (блок конденсаторов) выбирается исходя из параметров диапазонов ДВ и СВ, то есть с большим перекрытием по ёмкости. В этом случае необходимо сделать так, чтобы изменение полной ёмкости, включенной в контур, соответствовало коэффициенту перекрытия диапазона. Этого добиваются введением в контур добавочной ёмкости Сg1 параллельно настоечному конденсатору и ёмкости С2 последовательно с настроечным конденсатором.

Поясним название «растягивающей» ёмкости С2. Первоначально, с возникновением радиовещания на коротких (дециметровых) волнах, к которым относятся частоты от 3 до 30 МГц, весь этот диапазон делился на 2…3 поддиапазона, каждый из которых имел значительный коэффициент перекрытия. Реально для вещания выделены в настоящее время 13 участков этого диапазона, причем участки эти достаточно узкие, коэффициент перекрытия их не превышает 1,05…1,1. Поэтому на общей шкале широкодиапазонного приемника радиовещательные станции в таких участках расположены очень тесно, что затрудняет точную настройку. Вследствие этого возникла необходимость «растянуть» некоторые участки шкалы. Для этого в контур, содержащий настроечную ёмкость с большим перекрытием, включают дополнительные конденсаторы, которые снижают коэффициент перекрытия диапазона до нужной величины.

Таким образом, при выборе варианта схемы контура – с растягивающей ёмкостью или без нее – возможно несколько вариантов.

Первый вариант. Диапазон нерастянутый kg > 1,5, а ёмкость выбранного настроечного конденсатора удовлетворяет условию

 

.

 

Как правило, этот случай имеет место в диапазонах ДВ и СВ. При этом однозначно выбирается схема без растягивающего конденсатора (рис 3.1 или 3.3). Параметры контура рассчитываются так же, как было описано в параграфе 3.2.2 для входной цепи с ферритовой антенной.

Второй вариант – диапазон растянутый или полурастянутый kg < 1,5, а параметры выбранного настроечного конденсатора или варикапа таковы, что выполняется неравенство (3.41). В этом случае выбирается схема контура с растягивающей ёмкостью (рис 3.2 или 3.4), а процесс расчета параметров контура требует наибольшего внимания.

Вначале определяются расчетные крайние частоты диапазона с учетом запаса по перекрытию.

 

(3.42)

 

где d = 0,04…0,1, причем большее значение соответствует малым значениям коэффициента перекрытия kg ТЗ £ 1,1.

Затем находят фактический коэффициент перекрытия, который в дальнейшем используется в расчетах

 

 

Определяют эквивалентную ёмкость схемы и монтажа, подключённую параллельно контуру.

 

Ссх = СА вн + СМ + СL + Свн (3.43)

 

где СА вн – ёмкость, внесённая в контур со стороны антенны, учитывается только для схемы рис. 3.2;

СМ – ёмкость монтажа;

СL – собственная ёмкость катушки контура;

Свн – ёмкость, внесённая в контур со стороны входа активного элемента.

 

Ёмкость монтажа можно принять для диапазона КВ СМ = 6…10 пФ, для диапазона УКВ СМ = 5…6 пФ. Ёмкость катушки соответственно СL = 4…8 пФ для КВ и СL = 1…4 пФ для УКВ. Ёмкость, внесённая со стороны антенны, может быть принята на данном этапе ориентировочно СА вн = (0,1…0,3)СА. . Ёмкость, внесённая со стороны входа активного прибора Свн = С11 × р12, где С11 – входная ёмкость выбранного транзистора или микросхемы, р1 – коэффициент включения в контур. На данном этапе можно принять ориентировочно р1 = 0,1…0,3. Точные значения СА вн и С вн будут определены ниже.

Далее следует выбрать минимальную величину ёмкости контура Ск мин. Её значение может лежать в пределах от 30 до 200 пФ, в зависимости от заданного диапазона волн. При этом должно выполняться соотношение

 

СК мин ³ (1,5…2)Ссх. (3.44)

 

Величина СК мин влияет на многие результаты дальнейших расчетов, поэтому для её выбора следует учесть дополнительные соображения. Желательно, чтобы выполнялось соотношение

 

, (3.45)

 

где rК макс – характеристическое сопротивление контура на максимальной частоте;

gr opt – оптимальная проводимость источника сигнала для первого активного прибора.

 

При выполнении (3.45) можно ожидать, что полученный далее коэффициент включения р1 будет лежать в пределах р1 = 0,1…0,3, что легко реализуется практически. Если величина СК мин получилась больше, чем 40…50 пФ, следует выбрать ёмкость подстроечного конденсатора из условия

 

СП максСП мин ³ 0,2СК мин. (3.46)

 

Определяется средняя ёмкость подстроечного конденсатора

 

. (3.47)

 

Если же СК мин £ (40…50)пФ, подстроечный конденсатор можно не использовать, ограничившись применением подстроечного сердечника в контурной катушке, то есть Спер = 0. После этого следует определить полную ёмкость, включённую параллельно индуктивности контура до конденсатора С2, которую обозначают как ёмкость С3:

 

С3 = СА вн + СL + СМЗ + СП ср, (3.48)

 

где СМЗ – та часть ёмкости монтажа, которая располагается левее С2.

Далее находят ёмкость С2 и ёмкость С1 = Сg1 + CМ1. Для этого вводят дополнительные обозначения:

 

 

(3.49)

 

Для нахождения С1 и С2 используют формулы

 

(3.50)

 

(3.51)

 

Наконец, определяют дополнительную ёмкость, подключённую параллельно настроечному конденсатору (варикапу)

 

Сg1 = С1СМ1. (3.52)

 

После этого для проверки правильности вычислений целесообразно рассчитать СК мин и СК макс, а также kg:

 

 

(3.53)

 

 

Полученные значения Ск мин и kg должны совпадать с выбранными ранее с погрешностью не более ±5%. Если погрешность больше этой величины, следует проверить правильность расчётов.

В заключение определяется индуктивность контурной катушки.

 

(3.54)

 

Наконец, возможен третий вариант построения контура входной цепи: когда kg < 1,5 (диапазон растянутый или полурастянутый) а настроечный элемент (переменный конденсатор или варикап) может быть выбран так, что перекрытие диапазона осуществляется с небольшим запасом, то есть отношение СН макс / СН мин имеет тот же порядок, что и величина kg­­­2. Фактическое значение kg находится так же, как и в предыдущем случае.

Находят величину СК мин:

 

(3.55)

 

Затем определяется величина ёмкости С1, которая должна быть включена параллельно настроечной ёмкости

 

С1 = СК минСН мин. (3.56)

 

После этого следует убедиться, что С1 удовлетворяет соотношению

 

С1 ³ СL + СM + СА вн + Свн, (3.57)

 

где СА вн учитывается только для схемы рис 3.1, а также, что значение СК мин удовлетворяет (хотя бы приближенно) соотношению (3.45). Если одно из этих условий не выполняется, следует скорректировать выбор значений СН мин, СН макс. В случае, если используется электронная перестройка, обычно достаточно пересмотреть пределы, в которых должно изменяться управляющее напряжение.

Затем, если С1 > (30…40) пФ, следует выбрать подстроечный конденсатор из условия (3.46) и определить его среднюю ёмкость (3.47). Далее определяют ёмкость дополнительного конденсатора Сg1, включённого в контур:

 

Сg1 = С1СП срСLСMСА внСвн. (3.58)

 

После этого проверяют правильность расчетов:

 

СК мин = Сg1 + СН мин + СП ср + СL + СM + СА вн + Свн,

 

СК мин = Сg1 + СН макс + СП ср + СL + СM + СА вн + Свн, (3.59)

 

Полученное значение kg должно совпадать с требуемым с погрешностью не более 5%.

В (3.58) и (3.59) ёмкость СА вн учитывается только для схемы рис. 3.1.

В заключение расчётов определяют величину контурной индуктивности по формуле (3.54).

 

 

3.3.2. Расчёт элементов связи контура с антенной и входом активного прибора.

 

Рассмотрим вначале случай, когда используется ёмкостная связь с антенной (схемы рис. 4.1, 4.2).

Прежде всего необходимо выбрать величину ёмкости связи антенны с контурам входной цепи. Влияние антенны на входную цепь проявляется во внесении в контур активной и реактивной проводимости. Для антенн в виде телескопического штыря или короткого провода (l £ 1,5…2 м) можно считать, что активная проводимость потерь, вносимая в контур из антенны, близка к нулю, а реактивная составляющая носит ёмкостный характер. Обычно в задании на проектирование указывается средняя ёмкость СА ср и величина возможных изменений ёмкости DСА.

Выбор величины ёмкости связи антенны с контуром С¢ производится из условия, чтобы при изменении ёмкости антенны на ±DСА не происходило значительного изменения частоты настройки входной цепи. Обычно считают, что такое изменение не должно превышать величины df × ПВЦ, где df = 0,2…0,4. Тогда значение ёмкости С¢ получается из формулы [].

 

(3.60)

 

При малой величине DСА может оказаться, что под корнем получилось отрицательное значение. Это означает, что расстройка контура на превышает допустимой величины при любом значении С¢, в том числе С¢ = ¥, то есть при непосредственном подключении антенны к контуру.

Из стандартного ряда ёмкостей выбирают наибольшие значения, удовлетворяющие неравенству (3.60). Это значение далее используют в расчётах в качестве С¢.

После этого находят значение ёмкости СА вн, внесённой из антенной цепи в контур.

 

(3.61)

 

Это значение следует сравнить с той величиной СА вн, которая использовалась в предыдущем параграфе при расчёте параметров контура. Если эти значения существенно отличаются, проводят корректировку результатов.

Для нахождения коэффициента передачи входной цепи при ёмкостной связи исходят из общего выражения []:

 

(3.62)

 

где m – коэффициент включения антенной цепи в контур, берётся равным единице;

n = р­1 – коэффициент включения входа активного прибора в контур;

Rэ – эквивалентное резонансное сопротивление контура Rэ = rQэ, где r = 2pfolк = 1 / 2pfoск;

ZAo = 1 / 2pfoСА вн, поскольку активной и индуктивной составляющими обычно пренебрегают.

 

Таким образом, получаем выражение

 

(3.63)

 

Отношение СА вн и ск обычно обозначают как трансформирующий множитель аА, равный отношению э.д.с., внесённой из антенной цепи в контур, к э.д.с., наведенной в антенне.

 

(3.64)

 

С учётом (3.64) получим

 

Kо ВЦ = аА р1 Qэ. (3.65)

 

Множитель аА можно выразить и через контурную индуктивность, что может оказаться более полезно, поскольку величины аА и Ко ВЦ необходимо определить на трёх частотах fо мин, fо ср, fо макс.

 

(3.66)

 

Далее находят показатель связи контура входной цепи с активным прибором А1 (из § 32 М.А.). Для выбора А1, также как в случае с магнитной антенной, рассматривают несколько условий. Если проектируемая входная цепь должна работать в диапазоне декаметровых или метровых волн (КВ или УКВ), выбор является не столь критичным, как при расчёте ферритовой антенны. Определяют значения А (…), А (…), А1:

 

(3.67)

 

где dg вх – относительное изменение входной проводимости активного прибора, обычно dg вх £ 0,5;

x ПВЦ = 0,1…0,2 – допустимое относительное изменение полосы пропускания входной цепи.

 

Их трёх полученных значений А1 выбирают наибольшее. Его принимают в качестве А1 мин и используют для дальнейших расчётов.

Определяют коэффициент включения входа активного прибора в контур и индуктивность катушки связи с транзистором:

 

(3.68)

 

(3.69)

 

При этом значения gвх и Qэ берутся на наибольшей частоте диапазона. Коэффициент связи между катушками может лежать в широких пределах, в зависимости от конструкции катушек. Для однослойной намотки при расположении катушек вплотную одна к другой его значение лежит обычно в пределах 0,4…0,6.

После этого следует убедиться, что при выбранном значении р1 возможные изменения входной ёмкости активного прибора не приведут к значительному изменению частоты настройки контура. Должно выполняться неравенство

 

(3.70)

 

где DСвх = Свх × dСвх;

dСвх – относительное изменение входной ёмкости (при замене транзистора, изменении температуры и т.д.);

xf – относительное изменение частоты настройки контура в отношении к полосе пропускания.

 

Обычно принимают dСвх » 0,3, xf = 0,1…0,3. Если неравенство (3.70) не выполняется, следует увеличить значение А1 и произвести повторный расчёт.

Более сложным является расчёт элементов связи контура с антенной и транзистором, если используется трансформаторная (индуктивная) связь с антенной. Как правило, антенная цепь работает в этом случае в режиме удлинения, то есть её собственная резонансная частота выбирается ниже наименьшей частоты диапазона.

Прежде всего задаются величиной неравномерности коэффициента передачи входного устройства по диапазону Hg, если она не задана в ТЗ. Обычно принимают 1 £ Hg < kg. Затем необходимо определить коэффициент удлинения Куд = fмин/fАЦ, где fАЦ – собственная частота антенной цепи

 

(3.71)

 

где LАК – индуктивность катушки связи контура входной цепи с антенной;

Свх пр – ёмкость, в которую включается ёмкость монтажа, отнесённая к антенному входу приёмника, и паразитная ёмкость катушки связи. Обычно считают Свх пр = 2…3 пФ;

Суд – ёмкость удлиняющего конденсатора, который приходится включать параллельно катушке связи, чтобы получить требуемое значение fАЦ.

 

Величина коэффициента удлинения получается из формулы

 

(3.72)

 

Определив затем значение fАЦ = fмин/Куд, выбирают величину LАК. Обычно LАК > LК. Однако, слишком большой величины выбирать LАК не рекомендуется. Поэтому, если имеет место неравенство

 

(3.73)

 

то параллельно катушке связи включают ёмкость Суд:

 

(3.74)

 

Если же (3.73) не выполняется, полагают С­уд = 0. Выбирается ближайшее стандартной значение Суд, после чего определяется индуктивность катушки связи

 

(3.75)

 

Следующим шагом является выбор коэффициента магнитной связи между контурной катушкой LАК. Этот коэффициент не должен быть слишком большим, чтобы не вносить в контур значительной активной и реактивной проводимостей со стороны антенной цепи. Поэтому предварительно определяют два значения

 

(3.76)

 

(3.77)

 

Здесь QК – конструктивная добротность катушки контура, QК = 80…100;

QАК – добротность катушки связи, которая с учётом потерь внесённых из антенны, лежит в пределах QАк = 30…50.

D = 1,25…1,75 – коэффициент ухудшения добротности контура за счёт потерь, вносимых из антенной цепи;

xf = 0,1…0,2 – относительная расстройка контура ВЦ.

 

Из двух найденных значений выбирают меньшее

 

(3.78)

 

Процедура определения параметров связи контура со входом активного прибора аналогична случаю ёмкостной связи с антенной и описана выше: вначале определяют показатель связи А1, затем коэффициент включения р1 и, наконец, индуктивность катушки связи LКТ, исходя из конструктивной добротности контура QК и коэффициента магнитной связи kКТ. Формулы (3.67)…(3.70).

Также необходимо выбрать значение коэффициента магнитной связи между катушками LАК и LКТ, то есть между двумя катушками связи. Эта связь обуславливает прямое попадание сигнала из антенной цепи в катушку связи контура с транзистором, то есть во входную цепь активного прибора. В принципе, такая связь является вредной, так как способствует попаданию помех из антенной цепи на вход активного прибора. Однако, при правильном выборе полярности включения катушек может происходить взаимная компенсация помехи, попавшей на вход активного прибора из контура (вследствие его недостаточной избирательности) и той же помехи, наведённой непосредственно из антенной цепи. За счёт этого можно, например, значительно улучшить подавление помех по зеркальному каналу, либо по другому побочному каналу приёма. В частности, значения коэффициента связи, оптимальные с точки зрения подавления зеркального канала на максимальной частоте настройки приёмника.

 

(3.79)

 

где fмакс и fЗК макс – максимальная частота настройки приёмника и соответствующая ей частота зеркального канала.

Поскольку коэффициент связи kКТ kАК выбраны ранее, добиться одновременно с ними конструктивного выполнения величины kАТ не всегда возможно. Поэтому следует стремиться к тому, чтобы реальное значение этого коэффициента лежало в пределах

 

0,5 kАК opt £ kАT £ 2 kАT opt. (3.80)

 

Далее рассчитывают трансформаторный множитель аА и величину активного сопротивления, вносимого в контур из антенной цепи.

 

(3.81)

 

где KСА – вспомогательный коэффициент

 

(3.82)

 

(3.83)

 

где (3.84)

 

 

3.3.3. Расчёт основных показателей входного устройства.

 

Основные показатели рассматриваются на трёх частотах настройки приёмника fo = fмин, fo = fср, fo = fмакс. К ним относятся следующие величины:

- характеристическое сопротивление контура входной цепи

 

r = 2pfoLк;

 

- активное сопротивление собственных потерь контура

 

rк = r / Qк;

 

- обобщённый коэффициент связи контура со входом активного прибора

 

Хсв1 = 2pfoМ = r × р1;

 

- активное сопротивление, вносимое в контур со стороны транзистора

 

;

 

- полное сопротивление потерь контура

 

rкэ = rк + rвнА + rвн1;

 

- коэффициент ухудшения добротности контура

 

D = rкэ / rк;

 

- добротность эквивалентного контура

 

Qэ = Qк / D;

 

- показатель связи входа первого активного прибора с колебательным контуром

 

А1 = (rк + rвнА) / rвн;

 

- коэффициент передачи входной цепи

 

Ко ВЦ = аА × Qэ × р1;

 

- коэффициент шума первого активного прибора

 

Kш1 = 1 + 0,5(Kш1 мин – 1)(gr / gr opt + gr opt / gr);

 

- полоса пропускания входной цепи

 

ПВЦ = fo / Qэ.

 

Далее следует оценить чувствительность приёмника, исходя из коэффициента шума первого активного прибора и коэффициента передачи входной цепи. Для этого можно воспользоваться формулами (3.39)…(3.41) с учётом того, что для электрических антенн чувствительность задаётся не по напряжённости поля, а по напряжению на входе приёмника. Удобнее, однако, использовать практическую формулу

 

(3.85)

 

где xвх – требуемое отношение сигнал/шум на входе приёмника. Оно связано с величиной xвх. Для приёмников АМ сигналов xвх = xвых / m. При вычислении чувствительности полагают xвых = 20 дБ, m = 0,3, именно при этих значениях определяется чувствительность по стандарту. Для приёмников ЧМ сигналов следует выразить xвх черех xвых из (2.27), а значение xвых взять с учётом (2.29).

Значение ЕАо, полученное из (3.85), должно удовлетворять неравенству ЕАо < ЕАо ТЗ с некоторым запасом, поскольку к шумам УРЧ добавятся шумы преобразователя, которые будут учтены на следующих этапах проектирования.

В заключение определяют ослабление побочных каналов приёма: зеркального sпк = sз.к. и канала, соответствующего промежуточной частоте sпк = sпч.

Для схем 3.1 и 3.2:

 

(3.86)

 

где x – обобщённая расстройка частоты.

Второе слагаемое здесь учитывает то, что при ёмкостной связи с антенной коэффициент передачи входной цепи растёт пропорционально частоте.

Для схем 3.3 и 3.4:

 

(3.87)

 

где xп.к. – обобщённая расстройка для частоты побочного канала;

Kуд, KСА, KА.Т., KК.Т. – величины, найденные ранее;

fo – частота настройки входной цепи, то есть та частота диапазона, для которой находят ослабление побочных каналов.

В формуле (3.87) второе слагаемое отражает зависимость коэффициента передачи от частоты для схемы с трансформаторной связью с антенной. Третье слагаемое отражает попадание помехи непосредственно из катушки связи контура с антенной в катушку связи с транзистором через магнитную связь с коэффициентом kА.Т. Как было сказано выше, это явление можно использовать для дополнительного ослабления зеркального канала.

 

 

3.4. Проектирование входных устройств, работающих с настроенной антенной.

 

3.1.1. Общие сведения.

 

Настроенные антенны обычно применяются в профессиональных связных приёмниках в диапазонах метровых и более коротких волн, а иногда и в декаметровом диапазоне. В радиовещательных приёмниках настроенные антенны находят применение лишь в диапазоне ультракоротких волн, как правило в стационарных приёмниках нулевой и первой групп сложности. Антенна в этом случае выполняется в виде свёрнутого полуволнового диполя, размещённого внутри корпуса приёмника, и подключается через симметричный фидер ко входной цепи. Возможно и применение вынесенной настроенной антенны, которая соединяется со входной цепью посредством коаксиального кабеля (фидера). Подключение в этом случае несимметрично.

Эквивалентная схема настроенной антенны представляется в виде чисто активного сопротивления RА, которое должно быть равно волновому сопротивлению фидера RФ. Обычно такая антенна достаточно широкополосна и при настройке её на середину диапазона можно пренебречь отклонениями её сопротивления от RА во всём диапазоне, даже если это диапазон УКВ-1, у которого коэффициент перекрытия kg » 1,15, а тем более в диапазоне УКВ-2, имеющем меньший коэффициент перекрытия.

Можно выделить три основные схемы связи контура входной цепи с настроенной антенной: трансформаторная, автотрансформаторная и ёмкостная. Трансформаторная может применяться как для симметричного, так и для несимметричного подключения, две остальные – только для несимметричного подключения (обычно в этом случае вынесенная антенна подключается через коаксиальный кабель.

 

Рис 3.5. Рис. 3.6.

 

Схема с трансформаторной связью изображена на рисунке 3.5, с автотрансформаторной – на рисунке 3.6. Схема с ёмкостной связью используется обычно на более высоких частотах и в радиовещательных приёмниках применяется редко.

В схеме 3.5 использован электростатический экран между катушками, который устраняет несимметричность фидера. Отвод от сердечника катушки связи с антенной соединён с экраном и с землёй. Если используется несимметричный (коаксиальный) фидер, экран и отвод не используются. В этом случае схема полностью эквивалентна схеме рис. 3.6.

С практической точки зрения более предпочтительна схема с трансформаторной связью, поскольку она даёт больше свободы для изменения коэффициента р1 в процессе заводской настройки. Связь контура со входом транзистора может быть выбрана как трансформаторная, так и автотрансформаторная.

 

 

3.4.2. Расчёт элементов колебательного контура и параметров связи с антенной и транзистором.

 

Методика расчёта элементов колебательного контура во многом совпадает с методикой расчёта для случая с ненастроенной антенной. Как было сказано выше, связь контура с антенной предпочтительна трансформаторная. Таким образом, за основу при расчёте может быть взята схема рис. 3.3 или 3.4. Величины паразитных ёмкостей могут быть приняты согласно указаниям, приведённым в параграфе 3.3.1. Следует лишь учесть, что в этом случае САср = Свх пр = 0. Как правило, схема с растягивающим контуром в диапазоне УКВ не применяется, поскольку в качестве настроечного элемента всегда используют варикап, либо специальный конденсатор переменной ёмкости с небольшими значениями Сн мин и Сн макс. Наиболее просто выполнить расчёт при использовании варикапа, подобрав тип варикапа и пределы изменения напряжения на нём так, чтобы обеспечить требуемые значения Сн мин и Сн макс.

Исходя из этих соображений, за основу следует принять схему рис. 3.3. Вначале следует определить расчётные границы диапазонов (3.42) и расчётный коэффициент перекрытия kg. Затем, в соответствии с (3.43) находят эквивалентную ёмкость схемы и монтажа, положив СА вн = 0. Величины СМ, CL, Свн можно определить по рекомендациям, данным в параграфе 3.3.1.

Важным моментом является выбор минимальной величины ёмкости СК мин, поскольку ею определяется значение характеристического сопротивления контура rк и резонансной проводимости контура gк, которая напрямую влияет на значения коэффициентов связи контура с антенной и входом первого активного элемента. Ориентировочно можно рекомендовать, чтобы на средней частоте диапазона выполнялось соотношение

 

rк = (0,5…1)RA.

 

При наиболее часто встречающемся значении RA = 75 Ом можно рекомендовать выбор Ск мин в пределах 25…30 пФ для диапазона УКВ-2 и в пределах 35…50 пФ для диапазона УКВ-1.

Выбрав величину Ск мин, следует уточнить выбор значений Сн мин, Сн макс. Желательно, чтобы Сн мин находилась в пределах (0,3…0,4)Ск мин. Тогда

(3.88)

После этого определяют ёмкость С1, включённую параллельно настроечной ёмкости (3.56). Убедившмсь, что она удовлетворяет условию (3.57), выбирают подстроечный конденсатор из условия (3.46). Его наличие желательно, поскольку в диапазоне УКВ обычно не используют подстроечные сердечники в катушках. Наконец, если необходимо, определяют величину дополнительного конденсатора Cg1 из (3.58). Проверяют правильность расчётов в соответствии с (3.59). После этого по полученным значениям Сн мин, Сн макс следует уточнить выбор варикапа и пределов изменения напряжения на нём.

Определяют величину контурной индуктивности LK (3.54), после чего следует приступить к расчёту параметров сопряжения контура с антенной и входом первого активного элемента. Исходными данными для этого являются значение сопротивления антенны RA или фидера rф, определённые в техническом задании, и входная проводимость первого активного элемента gвх. Кроме того, следует задаться конструктивной добротностью контура Qк, которая, согласно рекомендациям, донным в главе 2, должна быть выбрана в пределах Qк = 60…120, а также показателем ухудшения добротности D = Qк / Qэ. При условии согласования должно выполняться неравенство D > 2. Если в качестве первого активного элемента выбран первый полевой транзистор, у которого gвх = 0, выбирают D = 2. Для биполярных транзисторов можно выбрать D = 2,5…4.

Для условия согласования с антенной при заданной величине D известны формулы, определяющие коэффициент включения антенны в контур входной цепи рА и коэффициент включения входа первого антенного прибора р1 []:

 

(3.89)

 

(3.90)

 

Здесь gA – проводимость антенны, определяемая выражением

 

, (3.91)

 

где – комплексное сопротивление антенной цепи,

LАК – индуктивность катушки связи антенны с контуром.

 

Если во входном каскаде используется полевой транзистор, то D = 2, р1 согл = 1, .

Коэффициенты включения рА и р1 в реальной схеме определяются значениями индуктивностей связи LАК и LАТ с коэффициентами магнитной связи kАК kКТ катушек связи с контурной индуктивностью LК:

 

(3.92)

 

Конструктивно выполнимый коэффициент связи k для однослойных катушек без сердечника лежит обычно в пределах 0,3…0,6.

Таким образом, коэффициент включения рА согл неоднозначно зависит от индуктивности связи LАК через (3.91) и (3.92). Поэтому для упрощения расчётов обычно находят минимальное значение коэффициента связи , при котором возможно согласование. При этом индуктивность катушки связи []

 

(3.93)

 

где вместо RА может быть подставлено сопротивление фидера rФ, а частота wс, на которой достигается согласование, берётся равной средней частоте диапазона.

После этого можно gА из (3.91), затем рА согл и р1 согл из формул (3.89), (3,90), подставив gк = 1/QrwсLК.

Выразив из (3.92), находят значение индуктивности катушки связи LКТ

 

(3.94)

 

задавшись значением kКТ из конструктивно реализуемых пределов.

Если по заданию требуется провести конструктивный расчёт входного контура, используют для этого формулы, приводимые в справочной литературе.

 

 

3.4.3. Расчёт основных показателей входного устройства.

 

Основные показатели входного устройства следует рассчитать

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Методические указания по курсовому проектированию. Эскизное проектирование и расчет преселектора

Методические указания по курсовому проектированию.. часть i эскизное проектирование и расчет преселектора..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: В частности, входная проводимость транзистора в схеме с ОЭ выражается формулой

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Стадия эскизного проектирования
  2.1. Анализ технического задания и выбор структурной схемы приемника.   На стадии эскизного проектирования решается ряд задач, связанных с определением структ

Расчет входной цепи радиоприемника
3.1. Вводные замечания   Входная цепь (ВЦ) является одним из важнейших звеньев радиоприемника, она в значительной степени обеспечивает такие важные характеристики приемника,

По справочнику выбирается тип подстроечного конденсатора из условия
  Сп макс – Сп мин = (0,2...0,3) Ск мин. (3.5)   Вычисляется среднее значение его емкости  

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги