3.3 Гетеродин
План выполнения работы по этапу
- Выбрать схему гетеродина и привести его обоснование
- Подобрать параметры элементов C и L учетом варианта задания
- Определить режимы элементов схемы по постоянному току с применением функции DC Operating Point
- Определить передаточные характеристики гетеродина с применением функции Transfer Function
-Проанализировать влияние температуры окружающей среды в диапазоне от -20до+60 на частоту и амплитуду колебаний гетеродина с применением функции Temperature Sweep
- Произвести Фурье-анализ выходного сигнала гетеродина с применением функции Fourier Analysis.
- Произвести расчет карты нулей и полюсов передаточной характеристики гетеродина с применением функции Pole-Zero
Выбор схемы гетеродина и его обоснование
Разрабатываемый гетеродин должен генерировать высокочастотные колебания в диапазоне от 120 до 145 МГц. Я выбираю гетеродин УКВ диапазона (LC генератор с емкостной связью - схему Колпитца), так как приемник должен работать в УКВ-диапазоне.
Генераторы LC имеют сравнительно высокую стабильность частоты колебаний, устойчиво работают при значительных изменениях параметров транзисторов, обеспечивают получение колебаний, имеющих малый коэффициент гармоник. В генераторах LC-типа форма выходного напряжения весьма близка к гармонической. Это обусловлено достаточно хорошими фильтрующими свойствами колебательного контура. Схема для исследования представлена на рисунке 3.3.1
Рисунок 3.3.1 Схема исследования гетеродина.
Я буду использовать нижнюю настройку гетеродина.
Выбранный гетеродин должен генерировать колебания в диапазоне от 105 МГц до 130 МГц.
Подбор параметров элементов C и L учетом варианта задания
В этом пункте мне нужно подобрать элементы C и L так, чтобы гетеродин генерировал колебания в нужном мне диапазоне. Значения параметров элементов получились такими:
C= 1-100 пФ
L= 200-330 нГн
Определение режимов элементов схемы по постоянному току с применением функции DC Operating Point
В этом пункте я нахожу значения токов и напряжений в постоянном режиме. Результаты моделирования приведены в таблице 3.3.1
Таблица 3.3.1
Определение передаточных характеристик гетеродина с применением функции Transfer Function
Передаточные характеристики гетеродина приведены в таблице 3.3.2
Таблица 3.3.2
Анализ влияния температуры окружающей среды в диапазоне от -20до+60 на частоту и амплитуду колебаний гетеродина с применением функции Temperature Sweep
В этом пункте я буду смотреть влияние температуры окружающей среды на работу гетеродина. На рисунке 3.3.2 приведено семейство характеристик гетеродина для различных температур.
Рисунок 3.3.2 Характеристики гетеродина в зависимости от температуры.
Графики наглядно иллюстрируют, что с увеличением температуры работоспособность гетеродина нарушается. Поэтому если нужно будет эксплуатировать приемник в экстремальных условиях (t > 400), мне нужно будет использовать термостабилизацию гетеродина.
Фурье-анализ выходного сигнала гетеродина с применением функции Fourier Analysis
В этом пункте мне нужно посмотреть спектр выходного сигнала гетеродина при различных значениях параметров емкости С и индуктивности L. Спектры приведены на рисунках 3.3.3 и 3.3.4, а численные значения гармоник приведены в таблицах 3.3.3 и 3.3.4
Рисунок 3.3.3 Спектр сигнала гетеродина при С= 1 пФ и L= 200 нГн
Таблица 3.3.3
Рисунок 3.3.4 Спектр сигнала гетеродина при С= 100 пФ и L= 330 нГн
Таблица 3.3.4
Расчет карты нулей и полюсов передаточной характеристики гетеродина с применением функции Pole-Zero
В этом пункте мне нужно проанализировать нули и полюса передаточной функции. Результаты отражены в таблице 3.3.5
Таблица 3.3.5
Выводы по разделу:
В ходе расчета и моделирования мною были получены параметры гетеродина. Гетеродин отвечает требованиям задания. Перестройка частоты гетеродина осуществляется переменной емкостью и индуктивностью. Диапазон частот гетеродина был подобран так, чтобы получить промежуточную частоту 15 кГц для всего диапазона принимаемых частот.