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

В усилительных каскадах с полевыми транзисторами в схеме включения с ОИ наименьший коэффициент шума дает режим опти-

стора; £зи а; 0,12 (ыпС3и)2/| У211 — шумовая проводимость емкостной связи между затвором и истоком.

Рис. 6.12. Принципиальная схема одноконтурного каскада УПЧ на ИС К2УС241.

При этом

Sc адт == (S« + £и) Vi + (gK +£аи)/^ш (gn+gu'A

Следует иметь в виду, что в режимах согласования и “оптималь­ ного рассогласования эквивалентное затухание -выходного контура

подучается значительным и полоса пропускания широкой^'Поэтому

. в приемнике с диодным преобразователем частоты влиянием полосы входной цепи УПЧ на частотную характеристику УПЧ в первом приближении можно пренебречь. Применение коррекции или ней­ трализации в малошумящих каскадах УПЧ нежелательно, посколь­ ку это может увеличить коэффициент шума.

В первых малошумящих каскадах УПЧ рациональны каскодные соединения транзисторов ОЭ—ОБ или ОИ—ОЗ. Коэффициент шума каскодного соединения незначительно отличается от коэффи­ циентов шума каскадов, включенных по схеме ОЭ или ОИ соот­ ветственно. Поэтому коэффициенты шума каскодных соединений можно рассчитывать по формулам (6.72) и (6.75) или (6.78).

302

Пример 6.3. Рассчитать коэффициент шума каскада на ИС К2УС241 в режимах согласования Nc и оптимального рассогласова­ ния Арс.

Исходные данные. Усилитель собран по схеме, приведенной на рис. 6.12, и настроен на частоту ./п = 30 МГц, gc — 20 • 10~3 См, m2 = 1.

Расчет.

1. Определяем режим работы ИС на постоянном токе, а также 8начения параметров транзистора Т1, отвечающие этому режиму.

mc = V1,2 ■ 10-3/20-10-3 *= 0,25.

4. Находим коэффициент шума в режиме оптимального рассо-1 гласования по (6.75). Предварительно вычисляем

gc oDt = V[10-3 + 50(5,6.10-3)2+

+ 14 (1,2-10~8)2]/(50+ 14) == 6,4-IO-3 См.

Тогда А'рс = 1 + 2 [50- Ю”3 + 14 -1,2 • 10“3 +- (50+14)6,4- Ю'3] = 2,0; тс опт = V6,4-Ю-з/20-10-3 = 0,56.

Полученные значения коэффициента шума показывают, что ре­ жим оптимального рассогласования в рассматриваемом случае может обеспечить выигрыш в чувствительности УПЧ. Однако при этом не надо забывать, что переход к режиму оптимального рас­ согласования ведет к потере усиления.

СПИСОК’ ЛИТЕРАТУРЫ ’

1.Радиоприемные устройства. Под ред. Н. В. Боброва. М., «Сов. радио»,

1971.

2.Радиоприемные схемы на полупроводниковых приборах. Проектиро­

вание и расчет. Под ред. Р. А. Валитова, А. А. Куликовского. М., «Сов. радио», 1968.

3.Расчет радиоприемников. Под ред. Н. В. Боброва. М., Воениздат, 1971. Авт.: Н. В. Бобров, Г. В. Максимов, И. В. Мичурин, Д. П. Николаев.

4.Шапиро Д. Н. Расчет каскадов транзисторных радиоприемников.

Л., «Энергия», 1968.

303

5.Куликовский А. А. Линейные каскады радиоприемников. М.. Госанергоиздат, 1957.

6.Фалькович С. Е., Музыка 3. Н. Чувствительность радиоприемных уст­ ройств с транзисторными усилителями. М., «Энергия», 1970.

1975.

9.Босый К. Д. Электрические фильтры. Киев, Гостехиздат УССР. 1960.

10.Калихман С. Г.. Левин Я. М. Основы теории и расчета радиове­

щательных приемников на полупроводниковых приборах. М., .«Связь», 1969.

7

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ

7.1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Вприемниках километровых (длинных), гектометровых (сред­ них), декаметровых (коротких) и метровых волн рационально ис­ пользовать транзисторные преобразователи частоты. В приемниках дециметровых волн можно применять преобразователи с транзи­ сторными и диодными (резистивными, туннельными и параметриче­ скими) смесителями. Приемники сантиметровых и миллиметровых

волн имеют преобразователи с диодными смесителями.

В преобразователях, как правило, понижается частота, т. е. Частота сигналов на выходе преобразователя /п ниже частоты сигна-

на его входе /с.

Преобразователь частоты состоит из смесителя, к которому под­ водится принимаемый сигнал, и гетеродина, напряжение которого . периодически изменяет параметры смесителя. На выходе смесителя выделяется сигнал преобразованной частоты/п. В преобразователях с внешним гетеродином функции последнего выполняет отдельный электронный прибор. В преобразователях с внутренним гетеродином для смесителя и гетеродина используется общий электронный Прибор.

ности Крвч = Ра/Рс, где Uc и Рс — напряжение и мощность сиг-

304

нала на входе преобразователя, Un и Рп — напряжение и мощ­ ность на выходе преобразователя;

—входная GBX и выходная бВЫ1 проводимости на частоте сиг­ нала и преобразованной частоте соответственно;

—коэффициент шума Мпч;

— коэффициент нелинейных искажений kr;

— ослабление дополнительных каналов приема, для которых fa = mfr — nfc или /п = n/c — mfr, где тип — целые числа;

—интенсивность комбинационных свистов.

7.2.ТРАНЗИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ

или последнего каскада УРЧ поступает к базе биполярного тран­ зистора смесителя, включенного по схеме с ОЭ. При таком включении входная проводимость смесителя для напряжения сигнала полу­ чается меньшей, чем в схеме с ОБ.

Рис. 7.1. Схема преобразователя частоты с внешним гетеродином на биполяр­ ном транзисторе.

Напряжение гетеродина UT поступает в цепь эмиттера смесите­ ля и по отношению к гетеродину смеситель оказывается включенным по схеме с ОБ, так как цепь сигнала представляет собой короткое замыкание для колебаний гетеродина. Подача сигнала и гетеродина на различные электроды ослабляет связь между их цепями и повы­ шает стабильность частоты гетеродина, хотя при этом увеличивают­ ся входная проводимость смесителя и потребление мощности гете­ родина.

В цепь коллектора смесителя включают фильтры, подобные фильтрам УПЧ (в данной.схеме резонансный кондур, настроенный на промежуточную частоту). С помощью резисторов R1 и R2 подается напряжение отрицательного смещения на базу транзистора Т. Цепь R4, С2 служит для стабилизации режима работы транзистора при изменении температуры окружающей среды. Резистор R3 исполь­ зуется для подачи напряжения гетеродина в цепь эмиттера. Конден­ сатор СЗ не пропускает постоянную составляющую тока эмиттера в цепь гетеродина. Поскольку смесители должны иметь высокие

305.

fyzi, У21 и малый /V, для них берут те же транзисторы, что и для УРЧ.

Усиление и резонансную характеристику преобразователя час­ тоты с транзисторным смесителем можно определить как каскада!

преобразования.

В преобразователе (особенно на высоких частотах) происходит обратное преобразование и на входе появляются токи частоты /с. Однако в первом приближении этим можно пренебречь и полагать

Исходный режим и цепи термостабилизации смесителя рассчи­ тывают, как и для каскада УРЧ, Чтобы ослабить побочные каналы приема и свисты, смеситель должен работать без отсечки коллектор­

чем усилителя при одинаковом режиме питания транзистора.

. .Проектирование внешних гетеродинов преобразователей часто­ ты будет рассмотрено в гл. 8.

Транзисторные преобразователи частоты с внутренним гетеро-1 дином (рис. 7.2) применяют для уменьшения числа Транзисторов и потребления электропитания. Они имеют худшие характеристики, чем преобразователи с внешним гетеродином, поскольку нельзя одновременно обеспечить оптимальные режимы смесителя и гетеро­ дина на одном транзисторе.

7.3. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ НА ПОЛЕВЫХ

ТРАНЗИСТОРАХ

В преобразователе частоты на полевом транзисторе с внешним гетеродином (рис. 7.3) напряжения сигнала и гетеродина вводятся между затвором и истоком.

306

Пользуясь характеристиками полевого транзистора с каналом rt-типа (рис. 7.4), выбираем напряжение смещения равным половине значения напряжения отсечки <7зиОтС/2. Сумма амплитуд сигнала й гетеродина не должна превышать напряжения смещения.

Полагаем, что для идеализированного транзистора крутизна при

где УУзи — напряжение между затвором и истоком.

Напряжение между стоком и истоком не должно быть меньше суммы напряжения отсечки и мгновенного напряжения между за­ твором и истоком. При совпадении фаз напряжений сигнала, гетеро­ дина и промежуточной частоты и мгновенном напряжении между затвором и истоком, равном нулю, мгновенное напряжение между стоком и истоком должно быть больше напряжения истока отсечки:

^СИ min УУзи *отс

Максимум напряжения промежуточной частоты между стоком и истоком Un max < Ucn — Сипоте, где Uch — напр яжение пита­

307

ния цепи сток— исток, причем t/си 'С t/ситах (t/си max *— МАКСИ­ МАЛЬНО допустимое напряжение сток — исток).

При | t/c шах| = 0,5(7зиотс = t/r коэффициент усиления преоб­ разователя частоты

щений, появляются искажения и напряжения комбинационных |

циальный каскад с транзистором в общей эмиттерной цепи, исполм

Рис. 7.5. Схема преобразователя частоты на ИС К2УС282.

8уемую в качестве преобразователя частоты с внутренним гетероди­ ном (рис. 7.5). Сигнал подается между базами интегральной пары 77—Т2 и снимается с нагрузки, включенной между коллекторами. Гетеродин собран на транзисторе ТЗ. Транзисторы Т1 и Т2, коллек­ торные цепи которых являются нагрузкой гетеродина, возбуждают­ ся сигналом в противофазе, а гетеродином — в фазе. При условии симметрии схемы напряжение гетеродина в выходной обмотке транс­ форматора ПЧ отсутствует. При этом же условии в цепи средней точ­ ки отсутствуют токи сигнала и промежуточной частоты, что устра­ няет возможность затягивания и срыва колебаний гетеродина. Глу­ бокая отрицательная обратная связь, создаваемая транзистором ТЗ в цепях базы дифференциального каскада, практически устраняет напряжение гетеродина на базах, улучшая линейность смесителя

иуменьшая паразитное излучение гетеродина. Помехоустойчивость рассмотренного преобразователя лучше,

чем у однотранзисторного преобразователя с внутренним гетероди­ ном. Улучшение обусловлено балансными свойствами дифферен­ циального смесителя и отрицательной обратной связью по синфаз­ ным составляющим. Недостатком схемы является наличие трансфор­ матора со средней точкой, в которой сложно обеспечить симметрию, однако при печатном монтаже может быть получена необходимая симметрия.

7.5. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ ДЕЦИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА,

Преобразователи на транзисторах

В преобразователе частоты с внешним гетеродином, схема кото­ рого приведена на рис. 7.6, напряжение сигнала через Лсв и напря­ жение гетеродина через конденсатор СЗ вводятся в эмиттерную цепь транзистора Т. Нагрузкой преобразователя является контур Лк, Ск, R4, настроенный на частоту /п. В коллекторную цепь включен

ном.

309

фильтр нижних частот R6, Ск для лучшей фильтрации напряжения частоты /г. Резисторы Rl, R2, R3 обеспечивают режим работы транзистора по постоянному току и термостабилизацию режима. Кон­ денсаторы Cl, С2— блокировочные.

В преобразователе с внутренним гетеродином (рис. 7.7), контур гетеродина состоит из четвертьволновой линии 12 и конденсаторов СЗ и С4. Для уменьшения степени шунтирования контура гетеродина выходным сопротивлением транзистора последний включен через конденсатор малой емкости С2. Петля связи ЛСЕ расположена в ка­ мере контура радиочастоты, и на ней создается напряжение сигнала. Контур промежуточной частоты включен в коллекторную цепь тран­ зистора через дроссель Лдр. Резисторы Rl, R2, R3 обеспечивают ре­ жим работы по постоянному току. Конденсаторы С5, С6 и С7 — блокировочные.

Рассчитывать преобразователи частоты дециметрового диапазона на транзисторах можно согласно указаниям, приведенным в § 7.2,

Преобразователи частоты иа туннельных диодах I

Они несколько уступают по шумовым характеристикам парамет­ рическим преобразователям с преобразованием частоты вверх. В от же время преобразователи на туннельных диодах (ТД) обычно дают меньшие шумы, чем параметрические преобразователи с преобра­ зованием частоты вниз. Это объясняется тем, что преобразование частоты на ТД в основном определяется изменением во времени ак­ тивного сопротивления, тогда как параметрическое преобразова­ ние — изменением емкости. В первом случае интенсивность шума, обусловленного преобразованием частоты, не зависит от направле­ ния переноса спектра пб'шкале частот, во втором — она растет с рос­ том отношения частот входного и выходного сигналов. Поэтому если преобразователи на ТД имеют одинаковый коэффициент шума при преобразовании вверх и вниз, то параметрические преобразователи при преобразовании вниз «шумят» больше, чем при преобразова­ нии вверх. В подавляющем большинстве приемников выходная -I (промежуточная) частота ниже входной (радиочастоты). При этом .1

шумовым свойствам преобразователям с лучшими смесителями на J обычных диодах. Кроме того, преобразователи на ТД позволяют Ц получить регенеративное усиление. Поэтому коэффициент шума.--Ц приемника, имеющего в качестве входного каскада преобразователь Я частоты на ТД, получается существенно меньшим, чем при исподь; I зовании преобразователей с обычными смесительными диодами, за 1 счет уменьшения влияния шума каскадов, следующих за преобразо­ вателем.

310

В преобразователях частоты на ТД используют внешние гетеро­ дины по тем же причинам, что и в преобразователях частоты на транзисторах. Возможные режимы работы смесителей на ТД можно пояснить с помощью рис. 7.8, на котором изображена типичная вольтамперная характеристика туннельного диода из арсенида галлия.

тях положительной' и отрицатель­ ной проводимостей. В этом режиме коэффициент преобразования ча­

только в области положительной проводимости. В этом режиме пре­ образователь на ТД не имеет преимуществ перед преобразователя­ ми на обычном диоде.

При простом преобразовании частоты целесообразно использо­ вать режим с рабочей точкой А, так как амплитуда первой гармоники

Рис. 7.9. Эквивалентная схема преобразователя частоты на туннельном дио­ де с параллельно включенными контурами.

крутизны преобразования в этом режиме максимальна. В этом режи­ ме вольт-амперная характеристика ТД может быть достаточно точно представлена полиномом I = aU + ЫР- + cU9, где а, Ь, с опре­ деляются из экспериментальной характеристики диода.

Для преобразования к ТД подключают три резонансных кон­