2.2.2 Пример расчета усилителя радиочастоты

Схема УРЧ показана на рис. 2.3.

Исходные данные:

рабочий диапазон: 1,5 – 30 МГц;

рабочий поддиапазон: 1,5 – 3 МГц;

добротность контуров нагрузки УРЧ: Q = 50;

добротность контуров преселектора: Q_ПС = 50;

номинал промежуточной частоты f_ПЧ1 = 42,5 МГц;

число контуров в преселекторе: m = 4;

напряжение источника питания: Е_К = 10 В.

Определяем собственную частоту коллекторной цепи:

f_0К = f_{0max ПД} · ν = 3 · 4 = 12 МГц.

Выбираем транзисторы:

(VT1) полевой КП 305Д:

f_ГР > 30 МГц;

С_С ≈ 3 пФ;

S = 8 мА/В;

С_12И = 0,8 пФ;

С_11И = 5 пФ;

I_С = 2 мА.

(VT2) биполярный ГТ 310:

f_h21Э > 100 МГц;

С_К = 4 пФ;

h_21Э = 20 Ом;

h_11Э = 38 Ом;

I_Э = 2 мА;

А/В.

Определяем индуктивность катушки связи:

мкГн;

С_С = С_К + С_L + C_M = 4 + 10 + 10 = 24 пФ.

Определяем параметры резонансного контура-нагрузки УРЧ:

С_Эmin = C_min + C_L + C_M + C_{П СР} + С_К = 7 + 5 + 10 + 5 + 4 = 31 пФ;

С_Эmax = C_Эmin · К²_ПД = 31 · 2² = 124 пФ;

мкГн.

Определяем параметр связи P₀ по первому условию:

,

где ;

пФ;

S' ≈ У_21БVT2 = 0,5 А/В;

Ом.

Согласно второму условию:

.

Выбираем P₀ = 0,008.

Определяем коэффициент взаимоиндукции:

M = P₀ · L_Э = 0,008 · 91 = 0,73 мкГн.

Определяем коэффициент связи:

.

Определяем резонансный коэффициент усиления каскодной схемы для f_0minПД, f_0maxПД:

.

Подставляем значение:

.

Осуществляем расчет:

Ом;

;

;

;

Q_C = 0,5 · Q = 0,5 · 50 = 25.

Осуществляем расчет на максимальной частоте:

.

Подставляем значения:

;

Ом;

;

.

Результаты отражаем на графике (рис. 2.4).

Рис. 2.4

Определим полосу пропускания:

МГц;

МГц.

Произведем расчет ослабления побочных каналов приема.

Рассчитываем ослабление по зеркальному каналу:

раза.

Рассчитаем ослабление по каналу промежуточной частоты:

раз.

Далее определим элементы схемы при выполнении условия равенства токов:

I_CVT1 = I_ЭVT2 = 2 мА.

Рассчитываем величину резистора затвора полевого транзистора VT1:

R_З = (10 ÷ 20)R₀ = 10 · 344 = 3,44 МОм;

R₀ = ρ · Q₀ = 8,6 · 40 = 344 Ком;

Ком.

Определяем емкость разделительного конденсатора:

С_Р = (20 ÷ 50)С_НИ = 50 · 5 = 250 пФ.

Для выбора рабочей точки полевого транзистора берем напряжение U_ЗИ = 0,5 В.

Тогда:

Ом.

Определим емкость, шунтирующую резистор в цепи истока:

пФ.

В завершении произведем расчет элементов схемы биполярного транзистора.

Предварительно выбираем: U_CVT1 = U_KVT2 = 0,5 · E_K = 5В;

КОм;

I_Б0 = 0,05 · I_Э = 0,05 · 2 = 0,1 мА;

I_Д = 7 · I_Б0 = 7 · 0,1 = 0,7 мА;

КОм;

Ом;

ΔE_Ф = 0,1 · E = 0,1 · 10 = 1 В.

2.3. Расчет каскадов усилителей промежуточной частоты

2.3.1. Расчет упч с двухконтурным полосовым фильтром

Усилители промежуточной частоты (УПЧ) работают на постоянной частоте f_ПЧ. Они могут быть апериодическими и резонансными. Расчет таких усилителей принципиально не отличается от расчета апериодических и резонансных усилителей радиочастоты.

Наиболее широкое распространение получили УПЧ с двухконтурными полосовыми фильтрами и УПЧ с фильтром сосредоточенной селекции.

Произведем расчет однокаскадного УПЧ с двухконтурным фильтром. Предполагается наличие еще одного двухконтурного фильтра на входе УПЧ, т.е. m = 2 (число полосовых фильтров (рис. 2.5)).

Рис. 2.5

Исходные данные:

номинальная промежуточная частота f_ПЧ = 128 кГц;

полоса пропускания 2ΔF = 6 кГц;

коэффициент частотных искажений М = 1,2;

требуемый коэффициент усиления УПЧ К = 17;

требуемая избирательность по соседнему каналу δ_СК = 20 дБ;

число двухконтурных фильтров m = 2;

напряжение источника питания Е_П = 12 В.

Расчет производим следующим образом:

Выбор транзистора производим при выполнении условия:

f_Y21 > (2….3)f_ПЧ = 3 · 128 = 384 кГц,

где f_Y21 = f_ИЗ · h_11Б / r_Б (или из справочника f_h21Э).

Активное сопротивление перехода базы определяется из выражения:

,

где - постоянная времени цепи обратной связи;

С_К – емкость коллектора;

– для сплавных транзисторов;

– для сплавно-диффузионных транзисторов;

– для мезатранзисторов.

Выбираем германиевый сплавно-диффузионный p-n-p транзистор ГТ-309А, имеющий следующие параметры:

С_К = 10 пФ;

U_К = 5 В;

пС;

I_Э = 5 мА;

на f = 10МГц;

h_22Б = 5 мкОм;

h_11Б = 38 Ом.

Так как f_Y21Э > 384 кГц, выбор транзистора считаем правильным.

Определяем эквивалентную добротность контуров фильтра из условия получения заданной полосы 2ΔF = 6 кГц на уровне отсчета полосы У = 0,9. Выбираем значение параметра связи А = 0,9 – 1,1 (связь близка к критичной) А = 1,1 и, используя график рис. 2.6, находим значение обобщенной расстройки Х = 1,1. По найденному значению рассчитываем эквивалентную добротность:

.

Рис. 2.6

Проверяем возможность получения заданной избирательности по соседнему каналу:

,

где .

Значение обобщенной расстройки по соседнему каналу:

.

Следовательно, заданного.

Если значение меньше заданного, то параметр А следует увеличить и найти новое значение Q_Э.

Определяем конструктивную добротность контура:

.

Для дальнейших расчетов произведем перерасчет h параметров в У параметры для транзистора ГТ-309А:

;

;

;

.

Определяем характеристическое сопротивление контура фильтра:

.

Вычисляем эквивалентное резонансное сопротивление контура:

.

Рассчитываем коэффициент включения контура ко входу транзистора P₂, считая, что P₁ = 1:

.

Находим коэффициент усиления каскада:

.

Определяем допустимый коэффициент усиления одного каскада из условий устойчивости:

.

Рассчитываем элементы контура:

;

.

Определяем элементы связи между контурами:

а) коэффициент связи

;

б) коэффициент взаимоиндукции при индуктивной связи

.

Расчет элементов температурной стабилизации рабочей точки каскада двухконтурного усилителя:

а) рассчитываем сопротивление резистора в цепи эмиттера R₃, приняв I_К0 ≈ I_Э:

,

где ; .

Выбираем по ГОСТ R₃ = 470 Ом типа МЛТ-0,125.

б) определяем сопротивление резистора R₁ в цепи делителя:

,

где S – коэффициент температурной нестабильности.

При этом задаемся S = 3 ÷ 5 и напряжением на резисторе R₂:

.

.

Выбираем по ГОСТ R₁ = 7,5 кОм типа МЛТ-0,125.

в) находим сопротивление резистора R₂:

.

Выбираем по ГОСТ R₂ = 1,8 кОм типа МЛТ-0,125.

г) определяем емкость блокировочного конденсатора:

.

Выбираем по ГОСТ С₃ = 0,33 мкФ типа К50-6 на напряжение 20 В.