Комплексная практическая работа 4.

Расчет усилителя промежуточной частоты.

Рис. 7. Схема однокаскадного усилителя промежуточной частоты с двухконтурным

полосовым фильтром

Исходные данные:

U_выхП = U_вхД = 3 В —входное напряжение детектора;

R_н = R_вхД = 0,6 кОм —сопротивление нагрузки;F_в = 10 кГц —максимальная частотамодулирования сигнала;

F_пр = 465 кГц —промежуточная частота.

Предполагается наличие еще одного полосового фильтра на входе УПЧ, т.е. N=2- число полосовых фильтров.

Расчёт.

Выбираем высокочастотный транзистор ГТ309А (такой же, как и для УВЧ). Его основные данные:

h_21э = 45 ; f_21э = 2,7 МГц , Р_Кмакс⁼ 50 мВт ; С_к = 10 пФ ;

r_б = 50 Ом; h_21э /I_э = 5мА = 0,45 кОм; R_вых.э = 1/h_22э = 50 кОм

1. Производим расчет полосовых фильтров. Требуемая полоса пропускания УПЧ:

;

кГц

Для обеспечения этой полосы пропускания при использовании N фильтров, полоса пропускания каждого контура в отдельностидолжна быть равна:

(4.1)

Формула справедлива в случае критической связи между контурами:

где - коэффициент связи между контурами.

При N=2, = 20 кГц и = 465 кГц получаем значение добротности контура:

(4.2)

= 19,53

Для промежуточной частоты = 465 кГц емкости контуров целесообразно выбирать в пределах C_к.общ = 200 1000 пФ. Принимаем C_к.общ = 500 пФ.

Индуктивность контура

(4.3)

= 240 мкГн.

Добротность ненагруженного одиночного контура может быть достаточно высокой. Принимаем ее равной 100, тогда резонансное сопротивление ненагруженного контура

R_к.рез = Q2 (4.4)

R_к.рез = 100 = 70 кОм.

Эквивалентное резонансное сопротивление нагруженного контура

R_к.э = R_к.резQ_э / Q = 70 33 / 100 = 24 кОм.

Используя формулу, вычисляем коэффициент подключения второго контура полосового фильтра к нагрузке

; (4.5)

= 0,057

Находим эквивалентное шунтирование сопротивления, которое следует подключить к первому контуру полосового фильтра, чтобы его добротность была равна 33.

; (4.6)

Следует учесть, что при критической связи между контурами действительное резонансное сопротивление первого контура будет в два раза меньше R_к.э , т.е. Определяем коэффициент включения первого контура в цепь коллектора, обеспечивающий устойчивую работу резонансного каскада УПЧ. Полагая, = 30, находим сопротивление, требуемое в коллекторной цепи для переменного тока:

; (4.7)

= 0,3 кОм, следовательно

; (4.8)

= 0,223.

Оцениваем шунтирующее действие выхода транзистора на первый контур:

;

(4.9)

Шунтирующее действие транзистора незначительно, поэтому R_ш = 33,5 кОм (33 кОм).

2. Действительный коэффициент усиления схемы

;

. (4.10)

Входное напряжение

; (4.11)

В.

3. Производим расчет режима транзистора по постоянному току. Максимальное значение амплитуды напряжения в коллекторе цепи с учетом коэффициента модуляции M=0,3

; (4.12)

В.

Максимальная амплитуда тока коллектора

; (4.13)

мА;

соответственно принимаем:

;

мА.

; (4.14)

В.

Производим проверку режима транзистора по мощности

; (4.15)

.

4. Элементы схемы, определяющие режим работы транзистора по постоянному току: сопротивление температурной стабилизации R_э, сопротивление фильтров R_ф, емкости C_ф и С_э, а также значение E_к, рассчитываются как для обычных усилителей по методике, изложенной выше.

5. Емкость конденсатора C_к полосового фильтра

. (4.16)

где С_м = 5 пФ; С_L = 10 пФ; ; . Следовательно, (430 пФ).

Данная емкость при регулировке усилителя нуждается в соответствующем подборе так, чтобы с помощью подстроечного конденсатора можно было бы настроить контур на частоту

Для получения устойчивого усиления УПЧ ( следует применить цепочку нейтрализации обратной связи транзистора, состоящую из

Рис. 8. Схема полосового фильтра с внешнеемкостной связью.

; (4.17)

(3 пФ).

; (4.18)

где ; (4.19)

- сопротивление внутренней ОС транзистора.

При настройке усилителя требуется тщательный подбор C_нт и R_нт не по номинальному значению, а по эффекту нейтрализации ОС.

Качественно выполненная нейтрализация ОС позволяет увеличить коэффициент усиления каскада УПЧ в несколько раз. Это достигается увеличением коэффициента включения первого контура в коллекторную цепь транзистора.

В полосовых фильтрах вместо трансформаторной связи между контурами полосового фильтра можно применить внешнеемкостную связь. Для обеспечения критической связи между контурами в соответствии с формулой емкость конденсатора связи должна быть:

; (4.20)

.

Подстроечный конденсатор C_п = C_св позволит в процессе отладки схемы установить точную критическую связь.