Радиоприемные устройства.-2

141

дены в справочной литературе или приложениях данного пособия. Подключение усилительного каскада и последующего каскада к контуру может быть трансформаторное или автотрансформаторное.

Рис. 3.32 — Эквивалентная схема перестраиваемого усилителя радиочастоты с одиночным колебательным контуром

В качестве базового усилительного элемента может быть использован усилительный каскад на дискретных элементах или микросхемах. Выбор усилительных элементов производится на этапе расчета структурной схемы радиоприемного устройства. При выборе элементной базы предпочтение отдается использованию микросхем. Усилительные каскады на дискретных элементах применяют в случае, когда не могут быть обеспечены какие-либо технические характеристики.

Электрические принципиальные схемы усилителей промежуточной частоты (усилители с фиксированной настройкой) строятся по тем же принципам, как и УРЧ. Усилители промежуточной частоты отличаются по реализации функции избирательности. Различают УПЧ по схемам распределенной или сосредоточенной избирательности. При распределенной избирательности функция селекции распределяется равномерно между каскадами, а при сосредоточенной — в многозвенном фильтре сосредоточенной селекции (ФСС).

Для электрических принципиальных схем УРЧ с одним транзистором для схем с ОЭ и ОИ необходим выбор транзистора с граничной частотой, равной

fгр 3 f0max ,

Рис. 3.34 — Электрическая принципиальная схема УРЧ с двойной трансформаторной связью

Расчет электрической принципиальной схемы усилителей радиочастоты по переменному току для представленных схем одинаков. Расчет схем по постоянному току (цепей питания) для каскадов на биполярном и полевом транзисторах имеет некоторые отличия.

Исходными данными для расчета являются параметры транзистора для выбранной рабочей точки, выбранной ранее при расчете структурной схемы с учетом требований многосигнальной избирательности (с учетом сопротивления резистора rЭ, если он используется), а также:

Y21 — модуль проводимости прямой передачи; C21 — проходная емкость транзистора;

gвх g11 — вещественная составляющая входной проводимости;

gвых g22 — вещественная составляющая выходной проводимости;

Cвх C11 и Cвых C22 — входная (следующего каскада) и выходная емкости активного элемента;

Cвх 0.3 Cвх — возможное отклонение входной емкости от заданного значения;

I 0 — постоянная составляющая тока коллектора транзистора;

144

gвх. сл — вещественная составляющая входной проводимости следующего каскада;

Cвх. сл — входная емкость следующего каскада; Nш. сл — коэффициент шума следующего каскада.

Исходными данными для расчета должны быть приняты и параметры колебательного контура УРЧ, который идентичен кон-

Расчет УРЧ состоит из расчета элементов УРЧ и технических характеристик каскада для усиливаемого сигнала (по переменному току), а также расчета элементов цепей питания (по постоянному току).

Расчет УРЧ по переменному току (рис. 3.33). Расчет произ-

водится на тех же частотах настройки, что и расчет входной цепи. Элементы колебательного контура (системы) входной цепи и УРЧ, как отмечалось выше, идентичны и обеспечивают одинаковый закон перестройки контуров в диапазоне рабочих частот. Резонансный коэффициент усиления УРЧ K0 УРЧ, зависящий от частоты настройки, для представленных схем имеет наибольшее значение на верхней частоте диапазона. Влияние внешних цепей на параметры колебательного контура будет наибольшим также на верхней частоте, поэтому коэффициенты включения (трансформации) p2 и p1СЛ выбирают исходя из допустимого влияния внешних цепей на параметры колебательного контура, именно на максимальной расчетной частоте. В пределах рассчитываемого диапазона частот p2 и p1СЛ от частоты настройки не зависят.

Коэффициент трансформации p2, из условия расширения полосы пропускания, определяется выражением:

146

где k — коэффициент магнитной связи между катушками (при однослойной намотке на катушке k = 0.2…0.3, при многослойной

— k = 0.4…0.5).

Если значения индуктивностей связи превышают 0.3 Lк , следует использовать автотрансформаторную схему включения.

Резонансный коэффициент передачи УРЧ определяется выражением

Полоса пропускания одиночного контура УРЧ

Полученные расчетные данные следует сравнить с заданными требованиями, определенными на этапе расчета структурной схемы радиоприемного устройства, и с максимальным значением устойчивого коэффициента усиления. Максимальное значение устойчивого усиления для схем с ОЭ и ОИ определяется выражением [8]

Устойчивый коэффициент для каскодных схем (ОЭ-ОБ, ОИОЗ, ОЭ-ОЗ, ОИ-ОБ) определяется выражением

147

Для уменьшения резонансного коэффициента усиления K0

необходимо уменьшить коэффициент трансформации или установить шунт в колебательный контур усилителя. Уменьшение коэффициента усиления может быть достигнуто подбором (увеличением) сопротивления в цепи с обратной связью rэ в схеме с общим эмиттером или rи — с общим истоком.

Увеличение резонансного коэффициента усиления возможно только за счет увеличения крутизны усиления активного элемента Y21. Это достигается увеличением тока эмиттера (в схеме на биполярном транзисторе) или тока стока (в схеме на полевом транзисторе). Крутизна усиления связана с током эмиттера выражением

лярного транзистора;

Iэ0 — постоянная составляющая тока эмиттера в рабочей

точке;

I эм — справочное значение тока эмиттера при максималь-

ном значении модуля крутизны; а — коэффициент аппроксимации зависимости (для мало-

мощных кремниевых биполярных транзисторов а 0.5).

Если расчет схемы по переменному току завершен, то производится расчет цепей питания. Расчет усилителя радиочастоты с фиксированной настройкой практически не отличается от приведенной ранее методики.

Расчет элементов цепей питания по постоянному току усилителей на биполярном транзисторе (рис. 3.33). Исходными дан-

ными для расчета цепей питания является значение постоянной составляющей тока. Напряжение между эмиттером и базой для маломощных кремниевых транзисторов можно принять 0.6 В, для германиевых — 0.15 В. Напряжение между эмиттером и коллектором берется из справочных данных. Оптимальное, с точки зре-

148

ния температурной стабильности каскада, сопротивление резистора RЭ определяется по графику (рис. 3.35).

Rэ, Ом

2800

2400

2000

1600

1200

800

400

Рис. 3.35 — Зависимость сопротивления Rэ от оптимального

по температурной стабильности тока Iэ

Расчет напряжения на эмиттере и коллекторе.

Если U К U П , то в цепи питания вводится сопротивление RФ , позволяющее обеспечить, кроме фильтрации переменного напряжения, дополнительную температурную стабилизацию режима работы транзистора по схеме с параллельной отрицательной обратной связью по постоянному напряжению. Сопротивление RФ определяется выражением

RФ U П I U К .

0

Ток в цепи делителя определяется выражением

I Д 0.1 I0 .

149

Производим расчет сопротивлений в цепи делителя:

Вещественная составляющая входной проводимости каскада УРЧ определяется выражением

Для устранения последовательной отрицательной обратной связи по переменному току вводится блокирующая емкость СЭ, величина которой на минимальной частоте рабочего диапазона УРЧ определяется выражением

10 Y

CÝ 21 . min

Величина разделительного конденсатора на входе УРЧ определяется соотношением

C10 gвхУРЧ .

Ðmin

Величина фильтрующего конденсатора по цепи питания УРЧ определяется соотношением

C10 gâû õÓÐ× .

Ômin

При необходимости включения электролитических конденсаторов большой емкости параллельно им в схему включаются высокочастотные конденсаторы меньшей емкости.

Расчет элементов цепей питания по постоянному току усилителей на полевом транзисторе (рис. 3.34). На схеме представ-

лен отдельный источник питания затвора UП З, так как полевые транзисторы разного типа требуют разной полярности напряжения на затворе. При одинаковой полярности напряжений на затворе и стоке может использоваться один общий источник питания, тогда схема питания затвора будет аналогична рис. 3.33. При разных полярностях напряжений на затворе и стоке чаще используют автоматическое смещение так, как показано на рисунках

(рис. 3.36 и рис. 3.37).

150

Рис. 3.36 — Схема автоматического смещения на затворе с разделительным конденсатором на входе

Исходными данными для расчета являются: IC = I0 — значение тока в исходном режиме, UСИ — напряжение между стоком и истоком.

Рис. 3.37 — Схема автоматического смещения на затворе с разделительным трансформатором на входе

Требуемое значение напряжения на затворе UЗИ следует выбрать по статическим характеристикам транзистора из справочных данных.

Рассчитываем сопротивление RИ, на котором создается это напряжение

Rи U зи

I0

и напряжение на стоке относительно корпуса

UС = UЗИ + UСИ.

Если UС < UП, то в цепь питания вводится сопротивление фильтра RФ величиной

Rф Uп I Uс .

0