Проектирование радиоприемных устройств. Под ред. Сиверса А.П. 1976г

272

Таблица 6.1

Минимальное число избирательных систем тк, необходимое для реализации усилителя с заданным коэффициентом усиления; основой для его определения являются неравенства

ig Куст

В качестве тк выбирают минимальное целое число, удовлетво­ ряющее указанным неравенствам и соответствующее принятой схе­ ме УПЧ. В частности, для усилителя с попарно расстроенными одно­ контурными каскадами и для усилителя со смешанной схемой число избирательных систем должно быть кратно двум, а для усилителей с каскадами, настроенными на три частоты, — трем.

Исходное для расчета УПЧ число избирательных систем т0. Его выбирают как наибольшее из чисел ms и тк. Если требования к избирательности УПЧ не предъявлены, т0 ~ тк.

Минимально допустимое с точки зрения стабильности формы частотной характеристики отношение эквивалентной емкости кон­ тура каскада к емкости, вносимой в контур транзисторами [1],

(6-3)

у,П

где b — ДСц/Сц « \С221С22 — относительное изменение входной и выходной емкостей транзистора (при отсутствии дополнительных

273

сведений следует брать b — 0,1 ... 0,3). Значения параметра р. принимают равными [2]:

1,0—1,5 для УПЧ с настроенными одноконтурными каскадами,

0,4—0,6 для УПЧ с попарно расстроенными одноконтурными каскадами,

0,3—0,4 для УПЧ с одноконтурными каскадами, настроенными на три частоты,

0,8—1,0 для УПЧ с двухконтурными каскадами.

Для смешанной схемы УПЧ рассчитывают два значения а: одно — для одноконтурных каскадов, другое — для двухконтур­ ных. Пользуясь неравенством (6.2), следует иметь в виду, что зна­ чение а не должно быть меньше 1,2—1,3.

Расчет отдельных каскадов УПЧ

Задавшись числом избирательных систем (сначала полагают т = т0), определяют необходимое эквивалентное затухание кон­ туров, обеспечивающее заданную полосу пропускания:

Значения функции ф можно найти в табл. 6.'.

Для УПЧ с одноконтурными каскадами, настроенными на три частоты, и для УПЧ с чередующимися одноконтурными и двухкон­ турными каскадами эквивалентные затухания одиночных конту­ ров, настроенных на частоту /и, берут в два раза большими, чем вычисленные по формуле (6.4).

Далее будут приведены методики расчета одноконтурных и двухконтурных каскадов УПЧ. По этим методикам вычисляются параметры всех каскадов усилителя. При этом необходимо учесть, что для УПЧ с одноконтурными каскадами, настроенными на три частоты, параметры расстроенных каскадов и каскадов с частотой настройки /п нужно рассчитывать раздельно вследствие разницы в величине эквивалентного затухания контуров. Также раздельно следует рассчитывать одноконтурные и двух контурные каскады при смешанной схеме УПЧ. Оконечный каскад, нагруженный на детектор (или ограничитель) во всех случаях рассчитывают отдельно от остальных. При расчете оконечного каскада в приводимых далее формулах параметр gn нужно заменить на gH и Сп — на Сн.

Транзисторный преобразователь частоты (если он должен быть в приемнике) рассчитывают так же, как и каскады усилителя, заме­ няя §22- С22 и ( У21 | на соответствующие параметры транзистора в режиме преобразования. При этом расчет отличается тем, что тран­ зисторный преобразователь не проверяют на устойчивость, полагая, что коэффициент усиления преобразователя Копч не ограничен влиянием внутренней обратной связи.

С точки зрения простоты реализации схемы целесообразно ис­ пользовать полное включение контуров к коллекторам транзисто-

274

ров. Поэтому вначале полагают коэффициент включения контура в коллекторную цепь т1 = 1. Однако, если расчет покажет, что индуктивности контутрных катушек при этом слишком малы, по­ требуется частично включить контуры в коллекторные цепи (^<1).

Методика расчета одноконтурного каскада. Вначале вычисляют

nafn (Cll/gll-f-C'22/g22)

када при заданной полосе пропускания оказывается реализуемым без ограничений. Максимальное усиление достигается при следую­ щем выборе параметров схемы:

— коэффициент включения контура в цепь базы транзистора следующего каскада

Максимально возможное усиление, так как для этого требуется

В подобной ситуации реализуют режим максимального усиления при ограничении минимального значения эквивалентной емкости

а эквивалентную емкость контура принимают равной минимально Допустимой

максимального усиления при ограничении минимального значе­ ния эквивалентной емкости контура. Коэффициент включения тл находят по формуле

275

Эквивалентную емкость контура принимают равной минимально допустимой и вычисляют по формуле (6.10). Чтобы обеспечить нуж­ ное эквивалентное затухание контура, его шунтируют резистором с проводимостью

Во всех приведенных случаях коэффициент усиления однокон­ турного каскада на частоте настройки контура рассчитывают по формуле

т-г I lZ2i I

(6.13)

2л/ц Сэ

Полученное значение коэффициента усиления каскада сравнивают

сивный способ повышения устойчивости, заключающийся в умень­ шении резонансного коэффициента усиления до устойчивого. В этом случае каскад рассчитывают применительно к режиму фиксирован­ ного усиления, задавшись величиной фиксированного коэффициен­ та усиления Кф = /(уст.

Коэффициент включения контура в цепь базы транзистора

Значение ти как и ранее, полагают равным единице. Для полу­ чения заданной полосы пропускания к контуру нужно подключить

Если отношение Кок//(уст > 2, то применяют каскодное вклю­ чение транзисторов по схеме ОЭ—ОБ. При этом необходимо заново рассчитать каскад, подставляя в формулы соответствующие пара­ метры составного транзистора. Последние определяют в соответствии с рекомендациями, приведенными в гл. 3.

Если усилитель, построенный по каскодной схеме, все же ока­

вычисленное значение коэффициента включения контура в базовую цепь транзистора может оказаться больше единицы. В этом случае полагают тг = 1 и повторяют расчет каскада, пользуясь транс*

276

формированными формулами. Трансформация состоит в замене индекса 2 индексом 1 и наоборот. Например, формула (6.7) после трансформации будет иметь вид: mY — l/gu/gw

Методика расчета двухконтурного каскада. Обычно при проек­ тировании УПЧ на двухконтурных каскадах исходят из следующих

контуров соответственно в коллекторной и базовой цепях. Как и при расчете одноконтурных каскадов, вначале предпо­

лагают простейший вариант реализации схемы с полным включе­ нием контура к коллектору транзистора (mx — 1).

Критические значения эквивалентного затухания контуров определяются следующими выражениями:

В зависимости от соотношения da с d' и d" возможны три варианта расчета:

a) d3 С d'. В этом случае величины т.г и С„ вычисляют по фор-

мулам:

В коллекторный контур включают шунтирующий резистор с про­ водимостью

Коэффициент включения контура к базе транзистора следующего

277

Эквивалентную емкость контуров принимают равной минимально допустимой:

параметр связи берут равным единице. При этом получается мак­ симальный коэффициент усиления на резонансной частоте и одногорбая частотная характеристика с максимально плоской вер­ шиной.

Для двухконтурных каскадов, используемых в смешанной схе­ ме усилителя (с чередующимися одноконтурными и двухкоитур-: ными каскадами), принимают 0 — Д/З. При условии, что эквива­ лентное затухание контура одноконтурного усилителя в два раза больше эквивалентного затухания каждого из контуров усилителя со связанными контурами, выбор указанного значения параметра связи обеспечивает получение максимально плоской вершины ча­ стотной характеристики УПЧ.

Вычисленный по формуле (6.27) коэффициент усиления сравни­ вают с устойчивым коэффициентом усиления. При Кяк > /<ус1! усилитель неустойчив. В этом случае принимают меры для повы­ шения устойчивости. Если отношение Кд1./Куст 2, то исполь­ зуют пассивный способ, заключающийся в уменьшении коэффици­

т1 полагают равным единице. Поскольку значение т2 изменилось,

278

проводимость резистора, шунтирующего контур в базЪвой цепи, рассчитывают вновь по формуле

При указанном выборе параметров двухконтурного каскада его коэффициент усиления равен /<уст.

Если в результате расчета каскада на максимальное усиление окажется, что /<дК//(уСТ > 2, от схемы с ОЭ целесообразно перейти к каскодной схеме. Двухконтурный каскад на составном транзи­ сторе рассчитывают по приведенной методике. Параметры состав­ ного транзистора определяют по формулам, приведенным в гл. 3.

Если и для каскодной схемы условие устойчивости окажется невыполненным, следует перейти к режиму фиксированного усиле­ ния с /<ф = Куст, где Ку(.г — коэффициент устойчивого усиления каскада на составном транзисторе.

При расчете двухконтурного каскада может оказаться, что вы­ численное значение т2 > 1. В этом случае полагают m2 = I и пов­ торяют вычисления, пользуясь трансформированными формулами, как это указано в примечании к расчету одноконтурного каскада.

Расчет коэффициента усиления УПЧ

В результате расчета отдельных каскадов должны быть получе­ ны следующие данные:

— коэффициент усиления промежуточных каскадов Кок и ко­ эффициент усиления оконечного каскада Кок н Для УПЧ с одно­ контурными настроенными каскадами и с попарно расстроенными каскадами;

— коэффициент усиления промежуточных каскадов Лдк и ко­ эффициент усиления оконечного каскада Лдк н для УПЧ с двух­ контурными каскадами;

— коэффициент усиления промежуточного расстроенного кас­

—коэффициент усиления промежуточного одноконтурного кас­ када Кок, коэффициент усиления промежуточного двухконтурного каскада Как и коэффициент усиления оконечного каскада Ка1, □ (либо Как н) для УПЧ со смешанной схемой;

—коэффициент усиления транзисторного преобразователя ча­

стоты Ко пч для приемника с транзисторным преобразователем ча­ стоты.

Общий коэффициент усиления УПЧ Коп вычисляют по одной из приводимых далее формул в зависимости от принятой схемы усилителя.

279

Число каскадов усилителя п равно числу избирательных систем т в приемниках с диодным смесителем и на единицу меньше т в приемниках с транзисторным преобразователем частоты. Если

Для УПЧ с попарно расстроенными одноконтурными каскадами

(6.31)

где £0 — параметр расстройки контуров; для получения частотной характеристики УПЧ с максимально плоской вершиной берут зна­

Для УПЧ с одноконтурными каскадами, настроенными на три частоты,

К,,вч(К^)п^[Кок)п^ \кокп

усилителя; па — число настроенных каскадов. Для получения мак­

и повторить расчет. При увеличении числа каскадов нужно помнить,

280

что для усилителей с попарно расстроенными каскадами и чередую­ щимися одноконтурными и двухконтурными каскадами т должно быть кратно двум, а для усилителей с одноконтурными каскадами, настроенными на три частоты, — трем.

В процессе расчета может оказаться, что при приемлемом с кон­ структивной точки зрения числе каскадов (п < 10 ... 12) не уда­ ется получить требуемый коэффициент усиления. В этом случае рекомендуется перейти к другой схеме УПЧ с большим предельным значением произведения коэффициента усиления на полосу пропу­ скания.

Может также оказаться, что условие /<11П > т выполняет­ ся с большим запасом, т. е. усилитель имеет значительное избыточ­ ное усиление. Допустимым обычно считают не более чем трехкрат­ ное превышение заданного коэффициента усиления. Если это не выполняется, переходят к режиму фиксированного усиления и про­ изводят уточненный расчет параметров схемы. Значения фикси­ рованных коэффициентов усиления отдельных каскадов определяют с помощью соотношений:

врежиме фиксированного усиления. Рассчитанный усилитель имеет

вэтом случае коэффициент усиления Лоп1.

Расчет элементов контуров

Определяют частоты настройки контуров расстроенных каскадов

оказаться меньше конструктивно осуществимого. Приближенные минимальные значения индуктивностей Lmin катушек контуров, которые можно допускать на различных частотах, приведены в табл. 6.2 [3].

Если LK < Emin, то целесообразно использовать неполное вклю­ чение контура не только в цепь базы, но и цепь коллектора. В этом

281