8. Расчет детекторов радиосигналов

Исходными данными для расчета всех детекторов являются:

- значение промежуточной частоты f_ПЧ;

- значения нижней (F_Н) и верхней (F_В) частот модуляции;

- допустимые амплитудные искажения на нижних и верхних частотах модуляции M_Н = M_В = 1.1...1.2;

- входное сопротивление (R_{ВХ УЗЧ}) и емкость (C_{ВХ УЗЧ}) выбранной ИМС УЗЧ (при отсутствии справочных данных можно принять C_{ВХ УЗЧ} = 20...30 пФ).

8.1. Расчет диодного детектора ам сигнала

контур

УПЧ

VD

C₁

C₂

C_p

R₁

R₂

УЗЧ

R_{ВХ УЗЧ}

С_{ВХ УЗЧ}

Принципиальная схема диодного АД приведена на рис.8.1. Для снижения искажений и улучшения фильтрации сопротивление нагрузки детектора разделено на две части (R₁ и R₂). Потенциометр R₂ является одновременно регулятором громкости.

Рис.8.1

Для расчета АМ детектора дополнительными исходными данными будут:

- нормальное и максимальное значения коэффициента модуляции m_Н = 0.3, m_МАКС = 0.9;

- значения прямого (r_ПР) и в обратного (r_ОБР) сопротивления выбранного диода. Если в справочной литературе отсутствуют сведения о r_ПР и r_ОБР, их можно приближенно определить, используя значения прямого и обратного токов и соответствующих напряжений:

r_ПР = U_ПР / I_ПР , r_ОБР = U_ОБР / I_ОБР .

Расчет детектора проводим для режима сильных сигналов. Выбираем сопротивление нагрузки детектора для постоянного тока R_ПТ = 10...20 кОм. Далее рассчитываем значения R₂ и R₁:

ч

, R₁ = R_ПТ - R₂.

Рассчитываем сопротивление нагрузки детектора для переменного тока с частотой модуляции

R_Н = R₁ + R₂ R_{ВХ УЗЧ} / (R₂ + R_{ВХ УЗЧ} ).

Определяем входное сопротивление детектора

.

Выбираем емкость нагрузки детектора из двух условий:

- допустимых линейных искажений на максимальной частоте модуляции

,

- малых нелинейных искажений, обусловленных избыточной постоянной времени нагрузки детектора

.

Из двух значений выбираем меньшее и подбираем стандартные конденсаторы с емкостями:

C₁ = C_Н / 2 , C₂ = C_Н - C₁ - C_{ВХ УЗЧ} .

Определяем емкость разделительного конденсатора, исходя из допустимых искажений в области нижних частот модуляции

ч

.

Определяем коэффициент фильтрации напряжения промежуточной частоты элементами схемы детектора:

- фильтром, образованным R_{ВХ Д}, C₁

K^/_Ф = 2  f_ПЧ C₁ R_{ВХ Д} ,

- фильтром, образованным R₁, C₂

K^//_Ф = 2  f_ПЧ (C₂ + C_{ВХ УЗЧ}) R₁ ,

- общий коэффициент фильтрации

K_Ф = K^/_{Ф *} K^//_Ф .

Рассчитываем угол отсечки тока диода

и коэффициент передачи детектора

.

Оцениваем напряжение на входе УЗЧ на средних частотах модуляции

U_{ВХ УЗЧ} = U_{ВХ Д} m_Н K_Д (R_Н - R₁) / R_Н .

Рассчитываем требуемый коэффициент усиления УЗЧ

K_УЗЧ > (3...5) _* U_{ВЫХ НОМ} / U_{ВХ УЗЧ} ,

где U_{ВЫХ НОМ} - номинальное напряжение звуковой частоты на динамической головке, имеющей сопротивление R_ДГ (U_{ВЫХ НОМ} =).

8.2. Расчет детектора чм сигнала

U₁

U₂

47н

47н

47н

C_БЛ

C_Р1

C_Р2

C₁

C

C

R_Ш

L_К

C_КЦ

R_КЦ

R₂

U_П

9

8

1

5

3

2

6

14

13

12

К174УР3

Рис.8.2

Типовая структура ИМС, выполняющих функции ЧД, (К174УР1, К174УР3, К174ХА6 и др.) включает в себя несколько каскадов усилителя-ограничителя, аналоговый перемножитель и каскад УЗЧ. На рис.8.2 приведена нумерация выводов ИМС К174УР3. Нумерацию выводов ИМС других типов следует уточнить с использованием справочной литературы.

R_{ВХ УЗЧ}

С_{ВХ УЗЧ}

УЗЧ

Работа ЧД основана на преобразовании частотно-модулированного колебания (ЧМК) в колебание с частотно-фазовой модуляцией (ЧФМК) и последующего фазового детектирования путем перемножения принятого и преобразованного колебаний. Роль преобразователя ЧМК в ЧФМК выполняет параллельный фазосдвигающий контур L_КC₁ и два конденсатора малой емкости C, обеспечивающие начальный фазовый сдвиг между и, равный2. Контур настроен на промежуточную частоту f_ПЧ. Его ФЧХ вблизи резонансной частоты практически линейна. Для получения требуемой полосы пропускания контур зашунтирован резистором R_Ш.

Следует заметить, что функции фазосдвигающей цепи может выполнять и последовательный колебательный контур, образованный L_К и 2C, с частотой настройки _ПЧ =. В этом случае емкость C₁ составляет несколько пикофарад и включается только для стабилизации собственной емкости катушки L_К.

Основной задачей расчета ЧД является определение параметров элементов фазосдвигающей цепи. Ниже приведен расчет для параллельного колебательного контура.

Задаемся требуемым значением полосы пропускания эквивалентного контура F_КЭ = (2...3) F_С, учитывая, что при увеличении значения F_КЭ снижаются нелинейные искажения сигнала, но одновременно происходит уменьшение крутизны детекторной характеристики. Определяем требуемое значение добротности эквивалентного контура Q_КЭ = f_ПЧ /F_КЭ.

Выбираем емкость конденсатора C₁. Приf_ПЧ = 10.7 МГц емкость конденсатора должна составлять 300...470 пФ. С учетом влияния емкости монтажа и входной емкости ИМС принимаем значение емкости контура C_К приблизительно на 10...15 пФ больше емкости конденсатора C₁. Рассчитываем индуктивность контура L_К. Задавшись конструктивной добротностью контура Q_К = 80...100, рассчитываем проводимости:

g_К = 1 / (_ПЧ L_К Q_К), g_КЭ = 1 / (_ПЧ L_К Q_КЭ) .

Определяем сопротивление шунтирующего резистора

R_Ш = 1 / ( g_КЭ - g_К - g_ВХ),

где g_ВХ - проводимость ИМС со входов, к которым подключен фазосдвигающий контур. Ее значение приблизительно 3_*10^-5 См.

Выбираем значение емкостей последовательных конденсаторов

C < 0.2 g_КЭ / _ПЧ.

Далее рассчитываем параметры цепи коррекции предыскажений (R_КЦ, C_КЦ). Принимая сопротивление R_КЦ = (0.07...0.1)R_{ВХ УЗЧ}, определяем

C_КЦ = _КЦ / R_КЦ,

где _КЦ = 50 мкс - значение постоянной времени корректирующей цепи в системах радиовещания.

На выходе ИМС помимо низкочастотного сигнала присутствует постоянное напряжение приблизительно равное половине напряжения питания, поэтому потенциометр регулятора громкости R₂ подключают через разделительный конденсатор C_Р1. Между потенциометром и входом ИМС УЗЧ необходим еще один разделительный конденсатор C_Р2. Задаемся сопротивлением R₂ = (0.3...0.5) R_{ВХ УЗЧ}. Рассчитываем

ч

, .

Входная проводимость детектора (g_{ВХ Д} = 1 / R_{ВХ Д}) равна входной проводимости ИМС.

Определяем из справочных данных на используемую ИМС значение напряжения звуковой частоты на выходе ЧД (U_{ВЫХ ЧД}). Это напряжение поступает на вход УЗЧ, поэтому U_{ВХ УЗЧ} = U_{ВЫХ ЧД}. Аналогич-но п.8.1 рассчитываем требуемый коэффициент усиления УЗЧ (K_УЗЧ).