2.9 Расчет смесителя

В данном радиоприемнике будем использовать преобразователь частоты с отдельным гетеродином. Это позволяет настроить эти два блока в оптимальном режиме независимо друг от друга. Однако недостатком такой реализации является использование двух высокочастотных транзисторов, один из которых в усилении принимаемых сигналов не участвует.

Схема

Рис. 3

Активным элементом является полевой транзистор КП303В

Диоды ,,в сочетании с конденсатором, что обусловлено высокой частотой входного сигнала, применяются для выделения низкочастотной модуляции из амплитудно-модулированного радиосигнала.

Входной сигнал подается на затвор, а гетеродинный – на сток транзистора. Такой смеситель имеет очень хорошую линейность по входному сигналу, что обеспечивает сохранение динамической характеристики.

Моделирование

Рис. 4

2.10 Расчет гетеродина

Схема

Рис. 5

;

;

;

.

Электрический расчет цепи (по формуле Томсона)

;

;

Моделирование

Рис. 6 Сгенерированный сигнал

2.11 Расчет детектора

В качестве детектора будем использовать диодную схему. Преимуществами такой схемы являются: малые нелинейные искажения, отсутствие потребления энергии от источника питания и простота схемы.

Схема

Рис. 9

Нагрузка диода

Выберем диод Д2А:

По справочным данным определяем диода:

Из последних двух уравнений находим ии приводим их стандартному ряду:

Из стандартного ряда E24-.

Коэффициент передачи детектора с нагрузкой ()

определим по кривой 2 на графике:

Амплитуда выходного сигнала усилителя промежуточной частоты.

Выберем конденсатор C1:

Выбираем по Е-12

Выберем конденсатор С2:

(по Е-12 выбираем 10нФ)

Выберем конденсатор Cр:

(по Е-12 выбираем 4.7мкФ)

Моделировани

Рис. 10

2.12 Расчет выходного каскада

Выберем для каскада транзистор типа МП41А. Его характеристики: Е_кмакс = 30 В, I_кмакс = 0.05 А, f_гр = 1,4 МГц, h_21б = 0.98, r_б = 100 Ом.

Неравенство Е₀ ≤ (0.3 - 0.4)Е_кмакс выполняется ( 9 ≤ 9..12), следовательно транзистор выбран правильно.

Так как Рвых = 35 мВт, то вычисляем необходимую мощность в коллекторной цепи каждого транзистора: Ркмах = 0.5*35 = 17.5 мВт.

Тогда с учетом коэффициентов для бестрансформаторной схемы (табл 2-3) Iкмах вычисляется по формуле 2-10:

Iкмах = Ркмах/0.5EуЕкЕl = 0.0175/0.5*0.4*9*0.85 = 11 мА

Рассмотрим выходные характеристики:

Рис. 9 – Выходные характеристики

Iкв = (0.04..0.07)Iкмах = 0.44..0.77 мА

Uкб = 0.8 В; Uкв = 8.0 В; Iкб = 11.012 мА; Iкв = 0.552 мА

Сопротивление нагрузки на отрезке Б-В равно 818 Ом и отвечает условиям получения малых нелинейных искажений.

Заменим в формуле 2-34 базовые значения на соответствующие коллекторные и получим амплитуды коллекторных токов и напряжений:

Iмк = 11.012-0.552 = 10.46 мА

Uмк = 8.0-0.8 =7.2 В

Согласно 2-10 Рмах = 0.5Uмк*Iмк = 38 мВт, что на 8% больше исходной выходной мощности, равной 35 мВт.

Примем этот режим за исходный для дальнейшего расчета.

По 2-33 Ро = 2Ек(Iкб+Iкв(π-1))/π

Ро = 2*9(11.012+0.552*2.14)/3.14 = 70 мВт

И по уравнению 2-32 Рк = Ро-Рмах = 70-38 = 32 мВт, а так как для одного транзистора на коллекторе рассеивающая вдвое меньшая мощность 16 мВт и выполняется неравенство 2-12: Рк<Ркмах (16<17.5), то транзистор выбран верно.

Для вычисления коэффициента гармоник рассмотрим вспомогательные токи базы: I_бГ = 123.4 мкА и I_бД = 45.2 мкА

По формулам вычисляем гармоники базового тока и коэффициент гармоник:

I_mБ1 = 0.33 ( I_бБ + I_бГ – I_бД - I_бВ ) = 0.33 (180 +132 – 47 – 10 ) = 84.2 мкА

I_mБ2 = 0.25 ( I_бБ + I_бВ ) – 0.5 I_бА = 0.25 (180 + 10) - 0.5 * 85 = 5 мкА

I_mБ3 = 0.167 ( I_бБ - I_бВ) - 0.33(I_бГ – I_бД) = 0.167 (180 – 10) - 0.33(132 -47) = 0.34 мкА

I_mБ4 = 0.083(I_бБ + I_бВ) - 0.33(I_бГ + I_бД) + 0.5 I_бА = 0.083(180 + 10) - 0.33(132 +47) + 0.5 * 85 = -0.8 мкА

k_г = = 0.06 = 6 % - меньше допустимого(15%), значит дополнительная подстройка не требуется.

Рис. 10 – Входные характеристики

По входной характеристике находим Iб и Uбэ для соответствующих точек (рисунок 10):

Uбэб = 0.26 В; Uбэв = 0.13 В

Iбб = 180.3 мкА; Iбв = 10.0 мкА

Амплитуда входного напряжения транзистора :

U_mвх = U_mбэ = 0.26 – 0.13 = 0.13 В

Амплитуда входного тока транзистора :

I_mвх = I_mб = 180.3-10.0 = 170.3 мкА

Входное сопротивление транзистора:

h_11э = U_mбэ / I_mб = 0.13 / 0.0001703 = 763 Ом

Малые линейные искажения достигаются при внутреннем сопротивлении источника сигнала порядка 2-8 h_11э, выберем коэффициент равным 5 тогда Rс = 5*577 = 3815 Ом

По 2-18 вычисляем амплитуду входного напряжения каскада:

Uмвх = Uбэ(Rc+rб+h11э)/h11э = 0.13(3815+100+763)/763 = 0.781 В

Из равенства 2-22 вычисляем коэффициент усиления напряжения выходным каскадом:

Кт = Uмк/Uмбэ = 7.2/0.13 = 55

Определим наличие обратной связи:

Iба = 85 мкА

Для выбранной нагрузочной прямой отношение отрезков ВА/ВБ=С=0.66

По 2-35 коэффициент гармоник кг = (2С-1)/2(С+1) = 0.096

Согласно равенству 1-2 для выхдного каскада коэффициент гармоник может быть не более 0.7Кг = 0.7*0.2 = 0.14 и 0.096<0.14. Следовательно обратная связь не требуется.

Коэффициент амплитудно частотных искажений транзистора Мвт = == 1.007<1.414 , что удовлетворяет заданию.

Выбранный транзистор обеспечит все требуемые характеристики.

Для выходного каскада возьму следующую схему (рис. 11)

Входное напряжение схемы равно данному (6мВ), Rн = 590 Ом.

Так как выходная мощность равна 35 мВт и схема является двухтактной, то мощность для каждого транзистора составляет 17.5 мВт.

Из показателей амперметра и вольтметра Pвых = 5.436мА*3.205 = 17.42 мВт, что на 1% отличается от заданной, следовательно схема работает в нужном режиме и обеспечивает требуемое усиление.

Рис11 – Схема выходного каскада

Рис 12 – Входной и выходной сигналы