 |
Определение типов и числа усилительных каскадов до детектора
|
|
|
|
Выбор типов и расчёт числа каскадов радиотракта производится в следующей последовательности.
1 Для радиотракта, рассчитанного на работу от наружной или штыревой антенны, предварительно задаёмся коэффициентом передачи входной цепи 
по таблице 10, в которой приведены ориентировочные значения для различных диапазонов волн в зависимости от эквивалентной добротности контура ВЦ 
(на частоте 
) по п.3.6.
Таблица 10
| Диапазон | Эквивалентная добротность контура ВЦ (на частоте )
|
Коэффициент передачи
|
| ДВ | 10 — 30 | 2 — 3 |
| СВ, ПВ | 20 — 70 | 2 — 6 |
| КВ | 30 — 150 | 3 — 8 |
| УКВ | 30 — 150 | 3 — 5 |
Если РП имеет несколько поддиапазонов, для которых значения по таблице 10 различны, то необходимо выбрать для каждого поддиапазона.
Определяем коэффициент передачи входной цепи 
с учётом коэффициента включения m2 транзистора 1—го каскада в контур ВЦ
. (98)
Ориентировочные значения коэффициента включения m2 для различных диапазонов волн в зависимости от типа транзистора (БТ или ПТ) первого каскада и схемы включения приведены в таблице 11.
Таблица 11
| Диапазон | Коэффициент включения транзистора в контур ВЦ 
| |||
| БТ | ПТ | |||
| ОЭ | ОБ | ОИ | ОЗ | |
| ДВ – ПВ | 0,1 – 0,2 | — | — | |
| КВ | 0,1 – 0,2 | 0,05 – 0,1 | 0,5 – 1 | 0,1 – 0,2 |
| УКВ | 0,1 – 0,2 | 0,05 – 0,1 | 0,3 – 0,5 | 0,1 – 0,2 |
Необходимость использования схемы включения ОБ (ОЗ) для УРЧ в диапазонах КВ и УКВ может возникнуть в результате расчёта устойчивого усиления УРЧ в п.2 (см. ниже). В остальных случаях можно ориентироваться на схему ОЭ (ОИ), в том числе, если первым каскадом является смеситель преобразователя частоты.
2 Если по результатам расчёта в п.3.6 число контуров тракта РЧ 
>1, то в тракт РЧ необходимо включить число каскадов УРЧ 
= -1.
|
|
|
В этом случае задаёмся коэффициентом усиления одного каскада 
, исходя из получения общего усиления УРЧ
. (99)
Оно должно быть небольшим, чтобы избежать ухудшения реальной избирательности РП из-за возможных перегрузок (нелинейных эффектов) в самих каскадах УРЧ, а также смесителе при больших уровнях сигнала и помех.
Для диапазонов ДВ – ПВ в каскадах УРЧ целесообразно использовать схему ОЭ (ОИ). Проверку устойчивости усиления УРЧ можно не производить, поскольку на относительно низких рабочих частотах этих диапазонов при небольшом усилении заведомо выполняется условие (102), приведённое ниже.
Для диапазонов КВ и УКВ схема ОЭ (ОИ) также является предпочтительной, но при этом требуется проверка устойчивости УРЧ с принятым значением .
Максимальный коэффициент устойчивого усиления для схемы ОЭ(ОИ)
, (100)
где 
– модуль проводимости прямой передачи транзистора в схеме ОЭ (ОИ), См;
— модуль проводимости обратной передачи транзистора в схеме ОЭ (ОИ), См;
– рабочая частота, Гц;
– проходная ёмкость транзистора в схеме ОЭ (ОИ), Ф,
или то же в более удобном для расчётов виде
, (101)
где 
= 
– модуль крутизны (проводимости прямой передачи), мА/В или мСм;
– рабочая частота, МГц;
= – проходная ёмкость транзистора, для БТ = 
, пФ.
Рассчитываем коэффициент устойчивого усиления 
каскада УРЧ на максимальной частоте верхнего поддиапазона для выбранных в п.3.4 типов транзисторов и их режимов.
Если принятое выше значение соответствует условию
, (102)
то каскад будет устойчив к самовозбуждению, и можно остановиться на принятом значении .
В противном случае нужно принять меньшее значение или увеличить следующими способами:
¾ при использовании БТ увеличить 
() за счёт увеличения тока покоя 
до 2—3мА для переносного РП и до 5мА для стационарного РП;
¾ или выбрать другой тип БТ с меньшей ;
|
|
|
¾ при использовании ПТ выбрать другой тип с большим отношением 
;
¾ применить схему ОБ (ОЗ) или каскодную схему ОЭ—ОБ (ОИ—ОЗ, ОИ—ОБ).
Коэффициент устойчивого усиления для схемы ОБ (ОЗ) в 3—10 раз, а для каскодных схем ОЭ—ОБ (ОИ—ОЗ, ОИ—ОБ) в 10—30 раз больше по сравнению со схемой ОЭ (ОИ) [5, 9, 10]. Поэтому можно считать
, (103)
. (104)
3 Определяем тип и коэффициент усиления каскадов УПЧ.
Для каскадов УПЧ оптимальным решением является применение БТ в схеме включения ОЭ. ПТ не дают ощутимых преимуществ в тракте ПЧ.
Рассчитываем коэффициент устойчивого усиления каскада УПЧ по схеме ОЭ на частоте 
для выбранных в п.3.4 типов БТ и их режимов по формулам (100, 101)
Принимаем
. (105)
4 Выбираем тип преобразователя частоты и задаёмся его коэффициентом передачи 
.
Смеситель может быть выполнен:
¾ по простой однотранзисторной схеме на БТ или ПТ;
¾ по балансной схеме на БТ или ПТ;
¾ по балансной или кольцевой схеме на диодах.
Совмещение функций смесителя и гетеродина в однотранзисторной схеме оправдано только в простых РП с диапазонами ДВ и СВ для сокращения числа каскадов и снижения потребления. В остальных случаях целесообразно использовать отдельный гетеродин.
Балансные и кольцевые схемы обеспечивают меньшее количество поражённых точек в рабочем диапазоне и лучшую реальную избирательность РП за счёт подавления большего числа комбинационных продуктов и побочных каналов приёма, в том числе и прямого канала. При этом отпадает необходимость включения в тракт РЧ заградительного фильтра на частоту [1, 2].
В предварительном расчёте можно принять:
¾ для однотранзисторного смесителя на БТ
; (106)
¾ для однотранзисторного смесителя на ПТ
; (107)
¾ для балансной схемы на БТ и ПТ приведённые значения нужно удвоить;
¾ для балансного или кольцевого смесителя на диодах
. (108)
Поскольку коэффициент передачи диодного смесителя <1, то его целесообразно использовать совместно с УРЧ. При этом общее усиление УРЧ в п.2 желательно увеличить до 5—20, чтобы компенсировать ослабление сигнала в смесителе и предотвратить ухудшение шумовых свойств радиотракта.
В качестве элементов диодного смесителя можно применить кремниевые диоды серии 5ХХ: КД510—522 и др. [36, 37].
|
|
|
5 При использовании в тракте ПЧ ФСИ необходимо знать его коэффициент передачи в полосе пропускания 
.
Для LC – ФСИ определяется в процессе расчёта по п.3.8.2.
Для покупного ФСИ значение может быть приведено в справочных данных фильтра см. п.3.8.3. если там вместо приведено вносимое затухание в полосе пропускания 
, то определяем через
. (109)
6 Для каждого поддиапазона с различающимися значениями определяем общий предполагаемый коэффициент усиления радиотракта:
¾ при приёме на наружную или штыревую антенну
, (110)
¾ при приёме на МА
, (111)
где 
– число каскадов УПЧ.
Для тракта ПЧ с сосредоточенной избирательностью число каскадов 
выбирается в пределах 2 – 4.
Для тракта ПЧ с распределённой избирательностью 
, где 
- число полосовых фильтров, принятое в пункте 3.8.1.
Если по результатам расчёта в п.3.6 каскады УРЧ не требуются, то множитель 
в формулах 
нужно убрать.
Для тракта ПЧ с распределённой избирательностью в формулах нужно убрать множитель .
В результате расчета для каждого поддиапазона нужно выполнять условие
> 
, (112)
где – необходимое усиление радиотракта по п.3.9.2, с некоторым технологическим запасом на разброс параметров транзисторов, неточность сопряжения настроек, изменение усиления под воздействием дестабилизирующих факторов (изменение температуры, колебания питания и пр.).
Оптимальный интервал запаса по усилению для поддиапазона, в котором этот запас минимален составляет:
. (113)
Излишек усиления вреден, поскольку ограничивает динамический диапазон РП по входному сигналу в области больших уровней.
При использовании ЧД с парой связанных или расстроенных контуров запас по усилению нужно сделать большим, оптимальный интервал
, (114)
чтобы обеспечить эффективное ограничение амплитуды в оконечном каскаде УПЧ.
Для достижения указанных соотношений (112), (113), (114):
— если используется тракт ПЧ с сосредоточенной избирательностью, нужно подобрать и 
, стремясь к меньшему значению ;
— если используется тракт ПЧ с распределённой избирательностью, можно варьировать только , поскольку 
уже задано.
|
|
|
Уменьшить всегда можно соответствующим выбором эквивалентной нагрузки 
(волнового сопротивления контура ρ, эквивалентной добротности 
, коэффициентов включения 
, ).
Для увеличения необходимо повысить , используя способы, перечисленные в п.2 для УРЧ.
В тракте ПЧ с ФСИ каскады УПЧ могут быть апериодическими (широкополосными), но с точки зрения минимума собственных шумов УПЧ и нелинейных искажений огибающей их целесообразно выполнять резонансными слабо избирательными с полосой пропускания
, (115)
где 
– сквозная полоса пропускания радиотракта по п.3.2.
Введение в радиотракт апериодических каскадов УРЧ для увеличения нецелесообразно по причине ухудшения реальной избирательности РП.
7 В заключение делаем обобщающие выводы по составу радиотракта: количество каскадов, транзисторов, контуров, фильтров и пр.
|
|
|
