5.5 Расчет резонансного усилителя радиочастоты с электронной настройкой

Схема резонансного УРЧ, выполненного на полевом транзисторе с двумя изоли- рованными затворами, с настройкой контура на заданную частоту диапазона f₀ вари- капами приведена на рис.10.

Перестройка контуров в преселекторе радиоприемника с помощью варикапов – емкостных диодов - имеет существенные преимущества по сравнению с другими методами настройки (КПЕ или катушками переменной индуктивности), которые состоят в следующем:

• облегчается одновременная и согласованная настройка большого числа контуров;

• отсутствуют механические элементы настройки;

• легкость осуществления АПЧГ и др.

Основным недостатком данного способа настройки радиоприемников является нелинейность, вносимая варикапом в тракт преселектора, в результате чего при од-

новременном воздействии на вход радиоприемника сигналов нескольких радиостан- ций образуются комбинационные сигналы, создающие побочные каналы приёма. Для уменьшения нелинейности, вносимой варикапом, применяется их встречное вклю- чение, как показано на рис. 10.

Расчет схемы резонансного УРЧ с настройкой контура варикапами включает в себя следующие пункты.

1. Расчет параметров перестраиваемого контура.

2. Расчет параметров цепей смещения, обеспечивающих определенный режим работы транзистора.

1. Расчет коэффициентов включения контура в выходную цепь транзистора УРЧ т1 и во входную цепь транзистора (или ИС) следующего каскада m2), а также рас- чет резонансного Ко и устойчивого коэффициентов усиления.

3. Расчет резонансной характеристики.

Рассмотрим порядок расчета в каждом пункте.

Расчет параметров перестраиваемого контура

1. Рассчитывают коэффициент перекрытия заданного диапазона частот (с запа- сом по перекрытию) по формуле

где

2. Рассчитывают коэффициент, характеризующий пределы изменения управля- ющего напряжения на варикапах (или варикапной матрице), - коэффициент перек- рытия диапазона по напряжению

Учитывая значительную нелинейность варикапов и уменьшение их добротности Q_B при малом управляющем напряжении, можно принять в расчете (U_emin~= 4В).

Максимальное управляющее напряжение ограничивается обратным максималь- ным напряжением U_Bобр.max

UВmax =UВ обр. max

3. Определяют коэффициент перекрытия по напряжению с учетом контактной разности потенциалов ф которая для кремниевых варикапов равна ф = 0,8 В.

где U'_emax- максимальное напряжение варикапа, при котором эквивалентная емкость равна Сэтin, а резонансная его частота равна f_{0 max}; U0min соответствует Сэmах и f'omin контура.

4. Вычисляют эквивалентную емкость схемы С_сх, при которой выбранные варика- пы (или варикапная матрица) обеспечат перекрытие заданного диапазона.

где С_в.общ max - общая максимальная емкость двух встречно-последовательных вклю- ченных варикапов, определяемой из справочников для выбранного типа варикапов

при минимальном подводимом к нему напряжении UВmin ⁼ 4В.

где С_пд - емкость подстроенного конденсатора С5;

С_м - емкость монтажа;

Cl - межвитковая емкость катушки индуктивности;

С_вн - емкость, вносимая со стороны входа смесительного каскада ПЧ.

6. Вычисляют полную эквивалентную емкость контура:

■ для минимальной частоты настройки f0min по формуле:

включенных варикапов (или варикапной матрицы).

7. Рассчитывают необходимую индуктивность контура

где L1мкГн; f0max МГц; С_Эmin пФ.

8. Рассчитывают собственность добротность варикапов:

■ для f_0min по формуле:

1

■

где R_{B 0}бщ - общее сопротивление двух встречно последовательно включенных варикапов (или варикапной матрицы), равное удвоенному сопротивлению одного варикапа R_{B 0}б_Щ = 2 R_B.

7. Рассчитывают собственную добротность контура Q с учетом добротностей варикапов Q_B по формуле

где Q_K - конструктивная добротность контура, определяемая по табл.2

■ для максимальной частоты настройки fomax по формуле:

■ для максимальной частоты настройки fomin по форме:

Расчет параметров цепей смещения

Для расчета параметров цепей смещения необходимо выбрать режим работы транзистора и соответственно значения тока стока I_СТ0, напряжения стока U_сто, пер- вого затвора Uз2о, второго затвора Uз2o. Например, для транзистора КП350 опти- мальный режим работы по постоянному току соответствует Iсто = ЗмА, U_CT0 = +10B,Uз1о = +0,5 В, U₃2o = +8 В.

Надо также обосновать выбор величины и полярности напряжения источника питания U_n.

Расчет цепей смещения можно производить в следующем порядке:

1 Рассчитывают цепь смещения первого затвора. Для этого следует задаться паде- нием напряжения Ur5 на резисторе R5. учитывая, что ток затвора I₃io < 0,3 мА, можно считать Ur5= ~ +0,5В, при этом сопротивление резистора R5 можно определить по формуле

Вычисляют падение напряжения Ur8 на резисторе R8 развязывающего фильтра в цепи питания стока транзистора по формуле

Рассчитывают сопротивление резистора R8

Рассчитывают сопротивления резисторов R1 и R2 делителя напряжения в цепи первого затвора из тех соображений, чтобы они не оказывали заметного влияния на эквивалентную добротность Οэ контура входной цепи, т.е. чтобы шунтирующее действие резисторов R1 и R2 на входной контур было минимальным.

При этом напряжение на первом затворе не должно изменяться под действием тока затвора Uз1о более, чем на 0,1В. Учитывая это требование, получаем неравен- ство

UR1+ R2 - падение напряжения, создаваемое током делителя цепи смещения на суммарном сопротивлении резисторов R1 и R2, можно определить из равенства Uri+r2 = Uи - UR8.

Зная сопротивление резистора R1, можно рассчитать сопротивление резистора R2 по

2. Рассчитывают цепь смещения второго затвора.

Сопротивление резистора R3 и R4 делителя напряжения рассчитывают из

следующих соображений

Ток делителя можно принять равным IД = 1 мА. Падение напряжения UR3 на резис- торе R3 равно UR3 = Uз2о + U_R5.

Отсюда находим сопротивления резисторов

Расчет коэффициента включения и резонансного коэффициента усиления

Расчет коэффициентов неполного включения т1 и m2 контура в выходную цепь транзистора VT1 (рис.10) и во входную цепь смесительного каскада можно выполнять по формуле (5.22) методической разработки. Расчет резонансного К₀ и устойчивого К_у коэффициентов усиления производят по формулам (5.23) и (4.14).

Расчет резонансной характеристики σдБ = f(Δf) производят в соответствии с рекомендациями в 5.4., п. 14 метод, разработки.