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

случае последовательность расчета такова. Определяют максимально

где Сэ — значение эквивалентной емкости, полученное при первс начальном расчете.

Вычисляют уточненные значения коэффициентов включения

Значением коэффициента kC3 задаются в пределах 0,7—0,9. Для двухконтурных каскадов определяют коэффициенты связи

и взаимной индуктивности контуров полосовых фильтров feCB == pda’, М — kc&LK. Здесь р — параметр связи контуров.

В случае внешнеемкостной связи контуров полосовых филь­ тров емкость конденсатора связи рассчитывают по формуле Ссв —

~^свС9) где kc в = pda.

Элементы цепей питания и термостабилизации рассчитывают

так же, как и для усилителей радиочастоты. Методика такого рас­ чета приведена в гл. 5.

282

'&3J РАСЧЕТ УПЧ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ФИЛЬТРАМИ

СОСРЕДОТОЧЕННОЙ ИЗБИРАТЕЛЬНОСТИ

В условиях, оговоренных в § 1.4, вместо УПЧ с распределенной избирательностью можно использовать УПЧ с фильтром сосредо­ точенной избирательности (ФСИ). При этом УПЧ содержит каскад с ФСИ, который обеспечивает требуемую избирательность, и ряд апе­ риодических или слабэизбирательных каскадов, создающих не­ обходимое усиление по промежуточной частоте. ФСИ включают на выходе транзисторного преобразователя частоты или на выходе

—параметры усилительного транзистора g22, С22 и ) Y211 или транзисторного смесителя £22пч, С22Пч и |У21ПЧ|;

—входная проводимость gtl и входная емкость Сп транзистора

следующего каскада.

Наибольшее распространение в радиоприемных устройствах получили фильтры типа 1114, образованные каскадным включе­ нием элементарных звеньев, представленных на рис. 6.2.

В теории фильтров в качестве характеристик элементарного звена вводятся частоты среза Д и /2. Для фильтров типа Н14 верх­ няя частота среза f2 есть резонансная частота параллельного кон­ тура, образованного индуктивностью 2L2 и емкостью С2/2. Если к этому контуру дополнительно подключить емкость 2СП то резо­ нансная частота полученного контура будет равна нижней частоте среза Д.

При заданном номинальном характеристическом сопротивлении фильтра №0 все элементы звена однозначно выражаются через ча-

. стоты среза:

LaIW0 = (ft ~ АУ4лД/2, C2Wo = Д/яД (/2 - Д),, (6.44)

= (Д + А)/4л^2.

Таким образом, расчет ФСИ должен сводиться к нахождению частот среза и числа элементарных звеньев, при которых фильтр Удовлетворяет предъявленным к нему требованиям.

283

Расчет параметров ФСИ

Для расчета ФСИ можно использовать семейство обобщенных

ваемое одним звеном. Кривые построены для различных значений па­ раметра т) = 2/nd/(/a — Д), где d — собственное затухание конту­ ров ФСИ.

Л/ ,aS

ния целесообразно выбрать п — 4.

Определяют ослабление на границе полосы II, создаваемое одним

284

Определяют общее расчетное ослабление фильтра на частоте

фильтра с источником сигнала и нагрузкой. Величиной ASe зада­ ются в пределах 3 ... 6 дБ.

Сравнивают расчетное ослабление Seclt ф с требуемым ScCK п. В зависимости от соотношения между SeCK ф и SeCH п возможны три случая:

а) SeCK n — SerK ф. Фильтр обладает требуемой избиратель­ ностью. Значения п и А/ср являются окончательными и исполь­ зуются далее для расчета элементов звеньев и коэффициента пере­ дачи ФСИ.

б) SeCK п > SeCH ф. Фильтр не обеспечивает требуемую изби­ рательность по соседнему каналу. Следует повторить расчет, уве­ личив н на единицу. В общем случае может потребоваться несколь­ ко подобных шагов вычислений. Значения п и Afcp, полученные на последнем шаге (при выполнении условия SeCK n^SeCK ф), яв­ ляются окончательными.

в) SeCK п < SCK ф. Фильтр обеспечивает избирательность не хуже требуемой. Однако следует проверить возможность уменьшения числа звеньев. С этой целью вычисления повторяют, последователь­ но уменьшая п на единицу. На последнем шаге условие SeCK п s^SeCK ф должно нарушиться. В качестве окончательных значений п и А/Ср принимают результаты предпоследнего шага вычислений.

Расчет элементов звеньев и параметров каскада с ФСИ

Задаются величиной номинального характеристического сопро­

285

цепью параллельно входу фильтра включают шунтирующий рези­ стор с проводимостью

Как правило, в качестве шунта используют коллекторный резистор в цепи питания транзистора.

ходе фильтра (в базовой цепи). Проводимость шунта рассчитывают по формуле

Рис. 6.5. Принципиальная схема каскада с трехзвенным фильтром сосредото­ ченной избирательности.

Рассчитывают элементы, образующие звенья фильтра (рис. 6.5):

При индуктивной связи ФСИ с коллекторной или базовой цепью

Если ФСИ является нагрузкой преобразователя частоты, то выра­ жения (6.49), (6.50) вместо g22 подставляют g22n4, а в (6.54) вместо

I У2, 1-1 ^2!ПЧ I

При составлении принципиальной схемы ФСИ следует помнить, что число звеньев п равно числу емкостей Сг и на единицу меньше числа параллельных контуров.

286

Пример 6.1. Рассчитать усилительный каскад с электрическим ФСИ.

Исходные данные-. fa = 465 кГц, П = 10 кГц, А/ск = 10 кГц, SeCKn = 30 дБ, Sen = ЗдБ. Параметры усилительного транзистора:

х= 0,78.

5.Определяем разность частот сре­

за (6.47): А/Ср = 10/0,78 =42,8 кГц.

6.Определяем вспомогательные ве­ личины^ и гр gi = 2-10/12,8= 1,56; г] =

=0,37 • 0,78 = 0,29.

7.По графикам рис. 6.3 находим Sgj = 7,7 дБ.

=5 дБ: SeCH ф = 4-7,7 — 5 = 25,8 дБ.

9.Так как SeCil ф< SeCK ц, увеличиваем число звеньев, прини­ мая п = 5. Повторяем расчет: Senl = 3/5 = 0,6 дБ, х = 0,75,

10.Задаемся величиной номинального характеристического со­ противления Wo = 20 кОм.

11.Вычисляем коэффициенты трансформации по формулам

287

13.По графикам рис. 6.6 определяем коэффициент передач! ФСИ для п — 5 и т1 = 0,28: Кпф — 0,46.

14.Рассчитываем коэффициент усиления каскада с ФСИ (6.54)"

КОф = 0,5 • 0,77 - 0,19 ■ 84 • 20 • 0,46 = 56.

6.4. МАШИННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ LC-ФИЛЬТРОВ СОСРЕДОТОЧЕННОЙ ИЗБИРАТЕЛЬНОСТИ

Расчет ФСИ с помощью обобщенных резонансных кривых яв­ ляется приближенным. Дело в том, что указанные кривые ото-' бражают лишь собственное затухание звеньев фильтра. Ухудшение избирательности вследствие рассогласования фильтра с источником сигнала и нагрузкой учитывают введением величины ASe, выбор которой недостаточно строг. Кроме того, при опенке избиратель­ ности не учитывают асимметрию частотной характеристик!!, свой­ ственную фильтрам типа 1114. Последняя весьма значительна в фильтрах с большой относительной полосой пропускания. Так, на­ пример, в 10-звенном фильтре с частотой настройки 70 МГц и по-, лосой пропускания 42 МГц избирательность составляет 193,7 дБ при расстройке — 42 МГн и лишь 40.2 дБ при той же расстройке противоположного знака.

Более точный расчет ФСИ возможен на базе строгих соотношений,

Le [дБ] = 8.6859 Д [Нп|.

Затухание сигнала на частоте / вследствие рассогласования

f(h + l2)VGH

288

— фазовый угол характеристического сопротивления.

Затухание сигнала на частоте f из-за рассогласования фильтра ё базовой цепью

Lpe о [дБ] = 4,343 In

Суммарное затухание, обусловленное рассогласованием филь­ тра с источником и нагрузкой Lpo = Лрск 4- Лрсб.

-Общее затухание, вносимое фильтром на частоте /п

^-ф = (/п) + ^рс (/п).

Коэффициент передачи фильтра на частоте настройки

Кпф = ю~Ч^в1/20.

Ослабление сигнала на частоте / относительно резонансного

Для машинного расчета ФСИ предлагается следующий алгоритм: 1. Задаются начальные значения частот среза Д = fa — П/2,

—fa + П/2.

2.Вычисляются собственное затухание звена Lc (fa) и затуха­

ние из-за рассогласований Лрс (/ц) на частоте настройки фильтра. 3. Вычисляются собственное затухание звена Лс (/ск) и затуха­ ние из-за рассогласований Lpc (/ск) на частоте /ск == fn 4- Д/ск- 4. Определяется необходимое число звеньев для обеспечения

5.Вычисляется ослабление сигнала Se (/гр) на левой границе полосы пропускания, т. е. на частоте /гр = /п — П/2.

6.Значение Se (/гр) сравнивается с уровнем отсчета полосы

пропускания Sen. При этом могут быть два случая:

буемой. Полученные значения частот среза и числа звеньев являют­ ся окончательными.

Следует отметить, что частота соседнего канала, на которой опре­ деляется ослабление, выбрана выше частоты настройки, в то время

как обеспечение заданной полосы пропускания проверяется на ле­ вой ее границе. Такая расстановка частот учитывает асимметрию частотной характеристики ФСИ. Известно, что у фильтров типа П14 левая ветвь ЧХ круче правой. Поэтому оценивать избирательность по соседнему каналу необходимо на частоте fB + Д/ск. Если на этой частоте требования к избирательности выполняются, то они заве­ домо выполняются на частоте fn — Подобными рассуждения­ ми обосновывается и выбор частоты для проверки обеспечения за­ данной полосы пропускания ФСИ.

290

Программа расчета фильтра типа П1ч

lr := lr + 4.343 X In ((1 + s X (s 4- 2 X sl))/4)

end loss;

input (fm, p, divf, sei, sp, d, nmax, fn, fk, vf);

‘n := entier ((sei — lr 4- lrm)/(b — lm) 4- 1);

if n > nmax then n := nmax; If := п x lm 4- lrm; dfs := n X b 4- lr — If; loss (fm — p/2);

dfp := n X b 4- lr — If; kf := 10f (—lf/20); output (fl, f2, dfp, dfs, n, If, kf);

if dfp > sp then

begin fl := fl — vfl2; f2 ;= f2 4- vf 12; go to m end;

for f :'= fn step vf until fk do

begin loss (f); df : = n X b 4- lr — If; output (f, df)

end;

b : = 3.1416; tl2 : = (f2 — fl)/(4xbxfl X f2); tc2 : = fl/(f2 x b x (f2 — fl));

tel : = (fl 4-f2)/(4 xbxfl Xf2); output (tl2, tc2, tel)

end

В соответствии с описанным алгоритмом составлена АЛГОЛпрограмма расчета ФСИ. Смысл основных идентификаторов пояс­ нен в табл. 6.3.

Вычисления собственного затухания звена и затухания из-за рассогласований оформлены в виде процедуры loss. Значения Lo и Лрс присваиваются глобальным переменным b и (г соответственно.