6. Расчет тракта промежуточной частоты

6.1. Общие рекомендации

Исходными данными для расчета УПЧ являются:

- выбранная в соответствии с рекомендациями п.1.7.5 структура УПЧ (число каскадов, тип активных приборов, резонансный или резистивный характер нагрузки каждого каскада),

- требуемые значения коэффициентов усиления отдельных каскадов УПЧ K_{0 УПЧ i} ;

- параметры активных приборов;

- входная проводимость детектора (g_{ВХ Д}=·10^-4), являющаяся проводимостью нагрузки последнего каскада УПЧ;

- выходная проводимость ФСИ (g_{ВЫХ ФСИ}=5·10^-4), являющаяся проводимостью эквивалентного генератора для первого каскада УПЧ. 

На рис.6.1 - 6.2 приведены принципиальные схемы некоторых каскадов УПЧ.

 Рис. 6.1

Схемы рис.6.1 и 6.2 представляют собой классические схемы усилительных каскадов с резонансной и резистивной нагрузкой, соответственно. В схеме резонансного каскада используется полное включение контура в коллекторную цепь транзистора. Связь со следующим каскадом - трансформаторная.

 

 

 Рис. 6.2

9.2. Расчет резонансного каскада упч

Аналогично расчету ПрЧ выберем и рассчитаем полосу пропускания ΔF_КЭ и добротность эквивалентного контура Q_КЭ, емкость конденсатора C₁, емкость контура C_К = C₁ + C_М + C_ВЫХ и индуктивность контура L_К. В целях унификации конденсатор контура C₁ выберем таким же, что и в ПрЧ. Зададим значение конструктивной добротности контура Q_К и вычисляем его проводимость g_К.

С_к=900+4+30=934 пФ

Qкэ = fпч/∆Fкэ = 465*10³ / 10*10³ = 46,5

ΔF_КЭ=2*5*10 ³ = 10 кОм

L_К = 1/(2π·465·10³)²·934·10^-12=0,125 мГн

g_К = 1/2π·465·10³·0,125·10^-3 *150 =  18,19 мкСм

g_КЭ = 1/2π·465·10³·0,125·10^-3·46,5 = 58,68 мкСм

Определим значение коэффициента включения входа следующего каскада в колебательный контур, при котором происходит требуемое снижение добротности:

.

Для обеспечения требуемой полосы пропускания в колебательный контур в этом случае включим шунтирующий резистор с сопротивлением

R_Ш = 1 / (g_{К Э} - g_К - g_ВЫХ - p²_{1 СЛ *} g_{ВХ СЛ}).

R_Ш = 1 / ((58,68 – 18,19 - 8,2) - 0,345²·0,7)=1,476*10²⁰

В виду слишком большой величины шунтирующего сопротивления, можно сделать вывод, что требуемая полоса пропускания достигается и без шунтирующего сопротивления.

Для схем рис.6.1 рассчитаем индуктивность катушки связи

L_СВ = L_{К *} p²_{1 СЛ} / k²,

L_СВ =0,125*10³·0,345²/0,85 = 21,34 мкГн

где значение k такое же, как в ПрЧ.

Уточним значение эквивалентной проводимости контура

g_{К Э} = g_К + g_ВЫХ + p²_{1 СЛ *} g_{ВХ СЛ}

g_{К Э} =(18,19+8,2)+0,345²·0,7 = 58,38 мкСм

и рассчитаем коэффициент усиления каскада

K_{0 УПЧ} = y_{21 *} p_{1 СЛ} / g_{К Э.}

K_{0 УПЧ} =0,03·0,345 / 58,38·10^-6=177,43

Так как рассчитанное значение коэффициента усиления существенно больше необходимого, его следует уменьшить. Наилучшим способом уменьшения усиления каскада на транзисторе является использование ООС путем включения в цепь эмиттера резистора r_Э.

Определим требуемую глубину ООС

F = K_{0 УПЧ} / K_{0 УПЧ 3 ТРЕБ} =177,43 / 80 = 2,218

и рассчитаем сопротивление резистора

r_Э = (F-1) / y_{21 0} =(2,218-1)/0,03=90 Ом.

Уточним значения параметров транзистора:

y₂₁ = y_{21 0} / F=0,03/2,218 = 0,014,

g_ВХ = g₁₁ = g_{11 0} / F = 0,9·10^-3/2,218 = 0,406 мСм,  

g_ВЫХ = g₂₂ = g_{22 0} / F = 8,2·10^-6/2,218 = 3,697 мкСм,

C_ВХ = C₁₁ = C_{11 0} / F = 40·10^-12/2,218 = 18,04 пФ,

C_ВЫХ = C₂₂ = C_{22 0} / F=10·10^-12/2,218 = 4,509 пФ, 

где индекс “0” имеют параметры при отсутствии ООС (r_Э = 0).

Затем повторим расчет каскада.

K_{0 УПЧ 3} = y_{21 0 *} p_{1 СЛ} / g_{К Э}==0,014·0,345/58,38·10^-6=80

После того как усиление каскада получится близким к требуемому, проведём расчет элементов, определяющих режим транзистора по постоянному току, разделительных и блокировочных конденсаторов.

U_КЭ =5В

R_Э=2,4 кОм

U_Э = I_{0 *} R_Э =1·2.4=2,4 В 

U_К = U_Э + U_КЭ=2.4+5=7,4 В

Т.к. U_К < U_П, то в цепь питания правее C_БЛ включаем дополнительный резистор с сопротивлением

R_ДОП = (U_П - U_К) / I₀=(9-7.4)/10^-3=1,6 кОм

Задаем значение тока делителя R_Б1, R_Б2: I_Д ~ 0.1 I₀.

I_Д = 0.1 мкА

Рассчитаем напряжение между базой и корпусом

U_Б = U_БЭ + U_Э = 0.6 +2,4=3 В

и значения сопротивлений

R_Б1 = (U_К - U_Б) / I_Д =(7.4-3)/0.1=44 кОм

R_Б2 = U_Б / I_Д=3/0.1=30 кОм    

Подберем по таблице номинальных значений ближайшие к рассчитанным.

RБ2 = 30 кОм

RБ1 = 43 кОм

Уточним значение входной проводимости каскада g_{ВХ УПЧ 3} с учетом сопротивлений резисторов в цепи базы транзистора.

g_{ВХ УПЧ} = g_{ВХ 0} + 1 / R_Б1 + 1 / R_Б2

g_{ВХ УПЧ} = 0.406 + 1 / 43 + 1 / 30=0.79 мСм

Во избежание излишней отрицательной обратной связи по переменному току выберем значение емкости C_Э, параллельной R_Э, из условия:

C_Э≥10 y_{21 0}/ ω_МИН,

C_Э≥10·0.014 / 2·π·0,504·10⁶ = 42,68 нФ

где ω_МИН - значение минимальной частоты сигнала, на которую рассчитан УРЧ приемника.

Емкость разделительного конденсатора выбираем из условия:

C_Р≥10 g_{ВХ УПЧ 3} / ω_МИН .

C_Р≥10·0,79·10^-3 / 2·π·0,504·10⁶ = 4,083 нФ.

Подберем по таблице номинальных значений емкости, ближайшие к рассчитанным.

C_Э =43 нФ C_Р =3,9нФ

Емкость блокировочного конденсатора в цепи питания выбираем равной 1 мкФ

Определим максимальное значение модуля отрицательной проводимости, вносимой во входную цепь каскада в результате действия внутренней ОС, обусловленной наличием проходной емкости (C_ПРОХ = C₁₂) активного прибора :

| g_ВН | _МАКС = 0.5 _* y_{21 0 *} ω_{ПЧ *} C_ПРОХ / g_КЭ .

| g_ВН | _МАКС = 0.5 _* 0,014_* 2π·465·10³ _* 5·10^-12 / 58,38·10^-6=1,684 мСм

Оценим минимальное значение проводимости эквивалентного генератора (выходной проводимости предшествующего каскада), при котором коэффициент устойчивости рассчитываемого резонансного каскада будет достаточным (k_У > 0.9):

g_{Г МИН} > 10 _* | g_ВН | _МАКС - g_{ВХ УПЧ 3}.

 g_{Г МИН} > 10 _* 1,684 - 0,79 = - 0,773 См.

Значение оказалось отрицательным. Значит при любой проводимости генератора внутренняя ОС не оказывает влияния на работу каскада. При этом ограничений на выбор проводимости нет.