3.7.2 Выбор варикапов

Предварительный выбор варикапов производится по электрическим параметрам, приводимым в справочной литературе [36, 37] и другие.

Критерии выбора:

номинальная (общая) или максимальная емкость варикапа С_{В ном (max)} при u_обр = 1 ÷ 4В выбирается в соответствии с таблицей 5 по графе С_max. Для получения желаемой С_{В max} можно использовать параллельное включение двух или трех варикапов;

• добротность варикапа при на частотах близких к максимальной рабочей частоте f должна быть Q_В ≥ 100 ÷ 150;

• желательно, чтобы коэффициент перекрытия по емкости варикапа был возможно большим;

• рекомендуется выбирать варикапы с меньшим значением предельно допустимого обратного напряжения u_{обр max доп}, чтобы в меньших пределах нужно было изменять u_обр при перестройке РП по частоте;

• предпочтение следует отдавать тем типам, которые представляют собой сборки или комплекты (пары, тройки) варикапов, согласованных по С_В;

• для РП с несколькими диапазонами (ДВ–КВ, ДВ–УКВ) с целью обеспечения условия по добротности Q_В на максимальной рабочей частоте f можно использовать 2 или даже 3 типа варикапов: с большей номинальной емкостью для НЧ диапазонов и с меньшей емкостью, но более высокой добротностью Q_В для ВЧ диапазонов.

Рекомендуемые типы варикапов:

– для диапазонов ДВ–КВ: КВ104, КВ105, КВ116А-1, КВ119А, КВС120, КВ127, КВ131, КВ133, КВ135, КВ139М и др.;

– для диапазонов УКВ: КВ102, КВ109, КВ110, КВС111, КВ113, КВ117, КВ128, КВ132, КВ134 и др.

Из справочника необходимо выбрать выше перечисленные электрические параметры варикапа с указанием режима измерения, а также графики зависимостей С_В (u_обр), Q_В (u_обр) при их наличии.

После предварительного выбора варикапов необходимо произвести проверку перекрытия диапазона (поддиапазона) с наибольшим коэффициентом перекрытия k_ПД для каждого типа выбранных варикапов.

Если в тракте РЧ n_с ≥ 2 (см. п. 3.6), то проверку перекрытия производят для контура УРЧ, в котором вносимая емкость больше.

Порядок расчета

1. Вычисляем действительную емкость схемы контура С_сх по формуле (51), как при расчете перекрытия КПЕ.

2. Задаемся минимальным напряжением настройки

исходя из условия обеспечения при на рабочей частоте поддиапазона добротности варикапа

, (60)

где Q_эmin – эквивалентная добротность контуров тракта РЧ на рабочей частоте f’_min поддиапазона в соответствии с расчетом по п. 3.6.

Q_В можно определить по графику зависимости Q_В (u_обр) или воспользоваться значением, приведенным в основных электрических параметрах варикапа. Полученное значение Q_В необходимо скорректировать для рабочей частоты по формуле:

, (61)

где Q_{В изм} – значение добротности на частоте измерения f_изм.

Проверку условия (60) необходимо производить для наиболее высокочастотного поддиапазона, в котором предполагается использовать выбранный тип варикапа.

3. По графику зависимости C_В(u_обр) или основным электрическим параметрам определяем C_{В max} при u_обр = u_{обр min}.

При использовании в качестве C_{В max} данных, приводимых в основных электрических параметрах, следует брать среднее арифметическое крайних значений, определяющих границы технологического разброса.

4. Определяем C_{В min}, исходя из необходимого :

(62)

5. По графику зависимости C_В(u_обр) определяем максимальное напряжение настройки u_н max = u_{обр max}, необходимое для получения C_{В min}.

При отсутствии указанного графика в справочнике можно определить требуемый коэффициент перекрытия по емкости:

(63)

Если u_{обр max} < u_{обр max доп}

или К_{с треб} < К_с – из справочника,

и при этом выполнятся условие по Q_В (60), то выбор варикапа можно считать правильным.

Если С_{В min} не обеспечивается при u_{обр max} < u_{обр max доп} или К_{с треб} > К_с, то необходимо предпринять следующие действия:

• уменьшить С_сх выбором меньших значений составляющих емкостей по таблице 7;

• уменьшить u_{обр min} и при этом увеличить С_{В max}, выполняя условие по Q_В (60);

• выбрать другой тип варикапа с большей С_{В ном (max)} или большим К_с;

• использовать параллельное включение варикапов.

6. Эквивалентная емкость контура проверяемого поддиапазона

(64)

7. При использовании варикапов в функциональной схеме РП необходимо предусмотреть дополнительный стабилизированный источник напряжения настройки, выходное напряжение которого выбирается с учетом технологического запаса на разброс параметров варикапов

Е_н = (1 ÷ 1,2) u_{н max},

с соблюдением условия Е_н < u_{обр max доп}

В переносном РП это, как правило, маломощный стабилизированный преобразователь напряжения, в стационарном РП – дополнительный выход в сетевом источнике питания.

В п. 3.7 ПЗ необходимо:

• обосновать выбор элемента для перестройки по частоте;

• для КПЕ привести основные технические характеристики и применяемость (если есть сведения) выбранного блока;

• для варикапов привести основные электрические параметры и графики зависимостей выбранного типа, количество варикапов включаемых в один контур;

• сделать проверочный расчет перекрытия диапазона (поддиапазона).

Пример 6. Произвести проверку перекрытия выбранным блоком КПЕ диапазона СВ.

Исходные данные:

• крайние частоты диапазона СВ ;

• коэффициент перекрытия диапазона с запасом k’_ПД = 3,18;

• конденсатор переменной емкости КПЕ–10/365 от приемника «Спидола», ;

• тракт РЧ по результатам расчета п. 3.6 содержит один контур во входной цепи, n_с = 1;

• входная емкость транзистора смесителя КТ 306ГМ, С_11э = 12 пФ.

Поскольку n_с = 1, расчет производим для контура ВЦ.

1. Вычисляем действительную емкость схемы контура по формуле (51)

C_сх = C_м + C_L + C_п + C_вн = 5 +10 + 10 + 0,12 ≈ 25 пФ,

где C_м = 5 пФ – емкость монтажа,

C_L = 10 пФ – емкость катушки контура,

C_п = 10 пФ – средняя емкость подстроечного конденсатора – выбраны по таблице 7;

C_вн – емкость, вносимая в контур ВЦ транзистором смесителя по формуле (52)

C_вн = C₁₁∙ = 12∙0,1² = 0,12 пФ

где C₁₁ = C_11э = 12 пФ – входная емкость транзистора смесителя;

m₂ – коэффициент включения транзистора смесителя в контур ВЦ, для предварительного расчета принимаем m₂ = 0,1.

2. Определяем эквивалентную емкость схемы контура C’_сх, при которой выбранный блок КПЕ обеспечит перекрытие проверяемого поддиапазона по формуле (54)

.

3. Условие _сх = 29 пФ > C_сх = 25 пФ выполняется, следовательно блок КПЕ выбран правильно и обеспечивает заданное перекрытие.

При этом в контур ВЦ диапазона СВ дополнительную параллельную емкость, ограничивающую перекрытие, можно не включать, поскольку по формуле (55)

.

4. Эквивалентная емкость контура проверяемого диапазона по формуле (56)

Пример 7. Произвести проверку перекрытия выбранным варикапом КВ 135 АР диапазона СВ.

Исходные данные:

• крайние частоты диапазона СВ ;

• коэффициент перекрытия диапазона с запасом = 3,18;

• тракт РЧ по результатам расчета п. 3.6 содержит один контур во входной цепи, n_с = 1;

• эквивалентная добротность контура ВЦ на частоте _min = 515 кГц, Q_эmin = 80;

• входная емкость транзистора смесителя КТ 306ГМ, C_11э = 12 пФ;

• основные электрические параметры варикапа КВ 135АР из справочника [37]:

• общая емкость (f = 1 ÷ 10 МГц, u_обр = 1В) С_{В ном (max)} = 486 ÷ 594 пФ;

• коэффициент перекрытия по емкости при u_обр = 1 ÷ 10 В, К_с = 20 (типовое значение);

• добротность (u_обр = 1В, f = 1МГц) Q_В ≥ 150;

• предельно допустимое постоянное обратное напряжение u_{обр max доп} = 13В;

• зависимость C_В (u_обр) представлена на рисунке 1;

• КВ 135АР представляет собой комплект, состоящий из двух варикапов с разбросом емкости в комплекте не более 2%, при этом один из них предполагается использовать в контуре ВЦ, второй – в контуре гетеродина.

Рисунок 1 – Зависимость емкости от напряжения

Поскольку n_с = 1, расчет производим для контура ВЦ.

1 Вычисляем действительную емкость схемы контура по формуле (51)

C_сх = C_м + C_L + C_п + C_вн = 5 +10 + 10 + 0,12 ≈ 25 пФ,

где C_м = 5 пФ – емкость монтажа,

C_L = 10 пФ – емкость катушки контура,

C_п = 10 пФ – средняя емкость подстроечного конденсатора – выбраны по таблице 7;

C_вн – емкость, вносимая в контур ВЦ транзистором смесителя по формуле (52)

C_вн = C₁₁∙ = 12·0,1² = 0,12 пФ

где C₁₁ = C_11э = 12 пФ – входная емкость транзистора смесителя;

m₂ – коэффициент включения транзистора смесителя в контур ВЦ, для предварительного расчета принимаем m₂ = 0,1.

2 Задаемся минимальным напряжением настройки

u_{н min} = u_{обр min} = 1В

Определяем добротность варикапа при u_{обр min} = 1В на частоте f = _min по формуле (61)

Q_В = Q_{В изм}

где Q_{В изм} = 150 – гарантированное значение добротности варикапа на частоте измерения f_изм = 1МГц.

Поскольку на частоте _min выполнятся условие (60)

Q_В = 291 > 3Q_{э min} = 3·80 = 240,

то продолжаем расчет с принятым значением u_{н min} = u_{обр min}.

3 По графику зависимости C_В (u_обр) на рисунке 1 определяем C_{В max} при u_{обр min} = 1В, C_Вmax = 510 пФ.

4 Определяем C_{В min}, исходя из необходимого k’_ПД по формуле (62)

5 По графику зависимости C_В (u_обр) на рисунке 1 определяем максимальное напряжение настройки u_{н max} = u_{обр max}, необходимое для получения C_{В min}

u_{н max} = u_{обр max} = 8,2 В

Поскольку u_{обр max} = 8,2 В < u_{обр max доп} = 13 В, а также выполняется условие по Q_В (60), то выбор варикапа можно считать правильным.

6 Эквивалентная емкость контура ВЦ проверяемого диапазона по формуле (64)

7 В РП необходимо предусмотреть дополнительный стабилизированный источник напряжения настройки с выходным напряжением

Принимаем Е_Н = 9В < u_{обр max доп} .