Расчет преселектора радиоприемного устройства

 

Для обеспечения подстройки контуров должно выполняется условие:

СП СР = (0,3...0,4)·ССХ.     (2.5)

 

Так как значение СПСР получается излишне большим, то параллельно подстроечному конденсатору включаем уравнительный конденсатор постоянной емкости (СУ=100 пФ).

Далее определяется индуктивность контурной катушки. В эту формулу СК подставляют в пФ, fв - в МГц, тогда LК получится в мкГн.

 

(2.6)

Применение контура на нерастянутых диапазонах допустимо, так как при расчете по формуле (2.6) индуктивность контура будет больше 1мкГн.

 

 

2. Расчет двухконтурной входной цепи с настроенной антенной

 

В профессиональных и трансляционных приемниках часто используются настроенные антенны. Они должны быть согласованы с фидером, а фидер со входом приемника. Следовательно, связь первого контура с антенно-фидерной цепью рассчитывается из условия согласования. Связь между контурами необходимо выбирать так, чтобы обеспечить постоянство полосы пропускания в заданном диапазоне частот. Это достигается применением комбинированной связи трансформаторной и внутреемкостной. Принципиальная схема входной цепи изображена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Схема двухконтурной входной цепи с двойной емкостной связью

 

Определяем коэффициент трансформации между антенно-фидерной цепью и контуром из условия согласования на частотах диапазона:

 

 

 

 

где RA - волновое сопротивление антенного фидера; Rэ = ρQЭ - эквивалентное резонансное сопротивление контура. Здесь  ρ = w LК

Определяем индуктивность катушки связи с антенной (5.26[2]):

 

Рассчитывается коэффициент трансформации между вторым контуром и АЭ на верхней частоте диапазона (4.1[2]). Конструктивная добротность контуров при малом входном сопротивлении АЭ берется реализуемая, но не менее, чем Qк=(2,1...2,3)Qэ.

 

 

 

 

При трансформаторной связи контура ВЦ с АЭ (рисунок 4) определяется величина индуктивности катушки связи.

 

где kсв=(0,2…0,3) – для однослойных катушек.

Рассчитываем связь между контурами полосового фильтра.

На средней частоте рассчитываемого диапазона fСР параметр связи между контурами βСР принимается равным единице.

Рассчитываем величину сопротивления связи между контурами на средней частоте диапазона (5.1[2]).

 

Рассчитываем величину емкости конденсатора связи (5.4[2]):

 

Округляем значение СС2 до ближайшего большего номинального значения. Номинальное значение выбирается из ряда Е12 выпускаемых промышленностью конденсаторов (табл.1.7[1]).

Определяем емкость конденсатора связи (5.5[2]):

 

Округляем значение СС1 до ближайшего большего номинального значения. Номинальное значение выбирается из ряда Е12 выпускаемых промышленностью конденсаторов (табл.1.7[1]).

 

При трансформаторном согласовании антенно-фидерной цепи со входом приемника (5.27[2]):

 

 

Определяются эквивалентные затухания и добротности контуров на нижнем и верхнем конце диапазона (5.13[2]):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определяем эквивалентную добротность полосового фильтра на нижнем и верхнем конце диапазона (5.13[2]):

 

 

Рассчитывается величина сопротивления связи на нижнем и верхнем конце диапазона (5.14[2]):

 

 

 

 

 

 

Определяем параметры связи между контурами фильтра на нижнем и верхнем конце диапазона (5.16,5.17[2]):

 

 

Неравномерность на краю полосы пропускания по отношению к максимальным точкам резонансной кривой (5.18[2]):

 

где ξН – обобщенная (нормированная) расстройка на краю полосы пропускания; ξmax - нормированная расстройка максимальных точек резонансной кривой.

 

 

 

 

Рассчитываем избирательность по зеркальному каналу

 

 

где ξЗК=yЗКQЭВ

 

 

 

Рассчитываем коэффициент передачи ВЦ на нижней и верхней частоте диапазона (5.30[2]):

 

 

 

 

 

 

 

После выполнения расчета входной цепи следует определить напряжение на ее выходе.

 

 

 

где EА - заданная чувствительность приемника.

 

3. Расчет УРЧ

Т.к. интегральный УРЧ не позволяет подключение дополнительного контура преселектора для обеспечения заданной избирательности по зеркальному каналу, то требуемые характеристики можно попытаться реализовать введением резонансного УРЧ на полевом транзисторе со следующими характеристиками:

Выбираем полевой транзистор типа КП303Б с характеристиками:

Статические характеристики                          Предельные  параметры

UСИО = 5 В

Y21 = 7 мА/В                                                  UСИmax=25 В

С12 = 2 пФ                                                       IЗ=5 мА

G12 =1 мкСм                                                    IСmax = 20 мА

UЗИО =0.5 В                                                      РС = 200 мВт

UОТС = 4 В                                                        Т = -10…+60 С

Рисунок 5 – Схема резонансного УРЧ

 

Для современных транзисторов условие устойчивости является самым жестким, поэтому можно ограничиться расчетом m2 только из условия устойчивого усиления (3.1[5])

 

 

Здесь А=1; n=0,224; RЭВ = 4639

На верхней частоте диапазон рассчитываем коэффициент подключения контура УРЧ ко входу следующего каскада (3.2[5]).

 

Определяем параметры элементов связи контура с транзистором и следующим каскадом. При трансформаторной связи с транзистором (3.5[5]):

 

kСВ = 0,2…0,3 – коэффициент связи для однослойных катушек;

Проверяется условие

 

где C = CВХ2+СМ+СL= 40+10+3 = 63 пФ

Здесь CВХ2 = 40 пФ - входная емкость последующего каскада (нагрузки);

СМ - емкость монтажа (5…10) пФ;

СL - емкость катушки связи (2…3) пФ

 

Определяем эквивалентное затухание в диапазоне частот (3.7[5]):

 

 

 

 

Определяем неравномерность в полосе пропускания УРЧ на нижней частоте диапазона (3.8[5]):

 

 

Неравномерность в полосе пропускания преселектора (3.9[5]):

 

 

Проверяется избирательность УРЧ по зеркальному каналу (3.10[5]):

 

 

Избирательность по зеркальному каналу преселектора (3.11[5]):

 

Рассчитываем резонансный коэффициент усиления УРЧ на нижней и верхней частоте диапазона (3.12[5]):

 

 

Определяем неравномерность усиления по диапазону преселектора. Для этого находится коэффициент передачи преселектора на нижней и верхней частоте диапазона (3.13[5]):

 

 

и берется отношение большей величины к меньшей (3.14[5]):

 

После выполнения расчета преселектора, следует определить напряжение на ее выходе.

 

 

 

где EА - заданная чувствительность приемника.

Рассчитаем элементы автоматического смещения  для каскада на полевом транзисторе

Определяем значения тока стока в точке покоя

 

где ICO – ток стока при UЗИ = 0; UОТС – напряжение отсечки; UЗИ – напряжение затвор-исток.

Рассчитаем резистор Rи 

RИ = UЗИО /   IС = 0,5 / 0,0015 = 320 Ом

Определяем   блокирующий конденсатор цепи истока

 

Определяем сопротивления фильтра

 

Определяем значения конденсаторов СФ и СР

 

 

 

4. Расчет радиотракта и смесителя, выполненных на ИМС

 

Первым каскадом ИМС является апериодический УРЧ, с выхода которого сигнал подается на вход преобразователя частоты. С выхода преобразователя сигнал подается на вход фильтра сосредоточенной избирательности (ПКФ) через широкополосный контур (ШПК), выполняющий две основные функции:

• согласование входного сопротивления ПКФ с выходным сопротивлением смесителя;
• увеличение избирательности приемника по соседнему каналу.

 

Описание работы ИМС К157ХА1

ИМС К157ХА1 представляют собой усилители высокой частоты с преобразователем и содержат дифференциальный усилитель на транзисторах  VT2…VT6 без коллекторных нагрузок  и отдельный транзистор VT1. Каскад на транзисторе VT1 обычно играет роль апериодического усилителя ВЧ с отрицательной обратной связью по напряжению, регулируемой внешним резистором, который подключают к выводам 1, 14. На транзисторах VT3, VT4, VT6 собирают гетеродин. Транзистор VT3 служит для автоматической регулировки амплитуды колебаний гетеродина. Смеситель выполнен на транзисторах VT2 и VT5. Преобразованный сигнал снимается с выводов 10 и 12, напряжение внешней АРУ подается на вывод 13.

Рис.6. Принципиальна схема микросхемы К157ХА1(а) и типовая схема включения (б).

 

При разработке блока усилителя высокой частоты и преобразователя с использованием ИМС К157ХА1 необходимо учитывать следующее. УРЧ выполнен с нерезонансной нагрузкой. Рекомендуемое значение внутреннего сопротивления источника сигнала должно составлять 0,5..1 кОм. ВЧ сигнал через конденсатор С1 подают на вывод 1 ИМС. Усиленный УРЧ сигнал поступает на смеситель. Гетеродин выполнен по схеме с отрицательным сопротивлением и стабилизацией амплитуды на транзисторах ИМС и внешнем контуре L3C9. Эквивалентное сопротивление частотозадающего контура L3C9, приведенное к выводам 5, 8 ИМС, рекомендуется выбирать в пределах 4..10 кОм. При уменьшении эквивалентного сопротивления ухудшаются условия возбуждения, при увеличении – снижается стабильность частоты.

Цепь R3, C8 устанавливается при появлении паразитных колебаний.

На элементах L1 и С2 выполнен режекторный фильтр для подавления промежуточной частоты, для чего его сопротивление на ПЧ должно быть значительно меньше сопротивления нагрузки УВЧ. В то же время на рабочих частотах этот контур не должен шунтировать нагрузку УВЧ.

Смеситель выполнен по балансной схеме. Эквивалентное сопротивление контура смесителя (между выводами 10, 12) с учетом подключаемой нагрузки  желательно выбирать примерно 10 кОм. Чтобы на его выход не проникало напряжение гетеродина, необходимо обе половины трансформатора Т1 изготовить симметричными по отношению к среднему отводу.  

Усиленный в УРЧ сигнал подается на смеситель, в выходную цепь которого через согласующий контур включен фильтр сосредоточенной селекции.

Схема смесителя ИМС К157ХА1 с пьезокерамическим фильтром представлена на рис.7

Рис.7. Схема смесителя с пьезокерамическим фильтром

 

Вносимое затухание в полосе пропускания ПКФ не более 9,5 дБ.

Входное и выходное сопротивление для ПКФ с fпр= 465 кГц равно 2 кОм.

Контур LкС1 на рис. 7 имеет полосу пропускания в несколько раз больше полосы пропускания ПКФ и выполняет две функции: обеспечивает согласование выходного сопротивления смесителя с сопротивлением ПКФ и увеличивает избирательность приемника при больших расстройках.

Согласование фильтра по выходу обычно обеспечивается включением резистора R1, если входное сопротивление следующего каскада больше выходного сопротивления фильтра. Входное сопротивление  ИМС К157ХА2 равно (0,43…1) кОм, R1 не устанавливаем.

Определяется полоса пропускания широкополосного контура (ШПК) в выходной цепи усилительного элемента (2.36[4])

 

 

Выбираем емкость конденсатора контура. Для вещательных приемников при fпр =465 кГц можно рекомендовать C1 =(500÷1500) пФ, выбираем С1 = 1000 пФ. Величина емкости контура (2.39[4])

 

 

где С′ = m 2 С22 - выходная емкость усилительного элемента, пересчитанная к контуру, можно задаться С'=(3÷7)пФ;

Сm - емкость монтажа, примерно 5÷10 пФ;

СL - собственная конструктивная емкость, примерно (5÷10) пФ.

Определяем параметры контура:

Эквивалентная проводимость контура (2.37[4])

 

Индуктивность контура (2.38[4])

 

Собственная (конструктивная) проводимость ШПК (2.40[4])

 

где Qк можно выбрать 80÷100.

Определяем коэффициенты подключения ШПК к выходной цепи смесителя (m) и ко входу ПКФ (n) из условий согласования выходного сопротивления смесителя со входным сопротивлением ПКФ и обеспечения нужной ширины полосы пропускания широкополосного контура (2.41[4])

 

здесь GВХ.Ф– входная проводимость ПКФ, GВХ.Ф =1/R ВХ.Ф =1/2000=5·10-4 См.

 

 

Если значение m получается больше 1, то выполняется полное включение контура, а нужная полоса обеспечивается шунтирующим резистором RШ.

В нашем случае m<1, полоса контура и так достаточно широка, в RШ нет необходимости.

Коэффициент включения одного плеча смесителя m1 определяется

m1 = m/2 = 0,5.

Рассчитываем индуктивность связи (2.44[4]):

 

где коэффициент связи принимается для расположенных рядом однослойных катушек 0.2÷0.3.

Определяем крутизну преобразования (2.47[4]):

|Y21пр|= КМС / (КУРЧ ·RН)            

где Rн – сопротивление нагрузки, при котором измерено значение Кмс. Для ИМС КМС =150÷350 при RН = 10 кОм. При использовании апериодической нагрузки, имеющейся в микросхеме, КУРЧ = 5.

 

 

Определяем коэффициент усиления высокочастотной части микросхемы, нагруженной на ПКФ (2.48[4]):

 

где КФ- коэффициент передачи ПКФ, определяется как величина обратная затуханию в полосе пропускания ПКФ КФ = 1/b = 1/2,98 = 0,33

(коэффициент затухания  в полосе пропускания b = 9,5 дБ = 2,98 раз.).

5. Расчет амплитудного детектора.

 

К выходу УПЧ подключается амплитудный детектор. Включение осуществляется через согласующий ШПК. Данный ШПК аналогичен контуру, включаемому между выходом смесителя и ПКФ, однако его принципиальным отличием является значительно меньшая добротность, поскольку данный контур выполняет лишь функцию согласования. Расчет данного контура аналогичен расчет ШПК в предыдущем пункте.

Сначала определяем полосу пропускания контура из соотношения:

 

Выбираем емкость конденсатора контура из номинального ряда:

 

Далее определяем параметры контура. Величина емкости контура:

 

 

Эквивалентная проводимость контура:

 

Индуктивность контура:

 

Собственная (конструктивная) проводимость ШПК (выбираем значение):

 

Определяем коэффициенты подключения ШПК к входу детектора (n) и выходу УПЧ (m) из условия получения максимального усиления и обеспечения нужной ширины полосы пропускания ШПК: