Разработка и расчет структурной схемы приемника. Расчёт усилителя промежуточной частоты

2. Разработка и расчет структурной схемы приемника

2.1 Расчет полосы пропускания приемника

Полоса пропускания приемника

,

где      – ширина спектра сигнала,

          – нестабильность сигнала.

          Диапазон модулирующих частот , средняя девиация частоты сигнала , тогда индекс модуляции

Нестабильность сигнала на приемной стороне определяется нестабильностью источника на передающей стороне, шагом сетки частот и нестабильностью частоты гетеродина.

,

если шаг сетки частот гетеродина принять равным 10 кГц, частоту гетеродина – приблизительно равной частоте сигнала, и относительные нестабильности генераторов на передающей и приемной сторонах порядка . Тогда ширина полосы пропускания приемника

Коэффициент расширения . Применение системы АПЧ нецелесообразно.

Коэффициент перекрытия диапазона

Коэффициент достаточно мал, поэтому разбивку на поддиапазоны производить не будем. Перестройка приемника будет производиться при помощи конденсатора переменной емкости.

2.2 Выбор промежуточной частоты

В соответствии с заданием подавление соседнего канала должно быть не менее 36 дБ, или, при пересчете в разы

.

При этом коэффициент прямоугольности составит

,

где, по заданию, расстройка до соседнего канала . Из таблицы [1, стр.28] выбираем схему УПЧ, соответствующую заданному коэффициенту прямоугольности. Это трехкаскадный УПЧ со связанными парами контуров при критической связи. Из той же таблицы функция . Примем конструктивную добротность контуров УПЧ равной 150, тогда нагруженная добротность . Для удовлетворения условия подавления соседнего канала промежуточная частота должна быть меньше либо равна

Одновременно промежуточная частота должна обеспечивать удовлетворение условия подавления зеркального канала приема. Должно обеспечиваться подавление зеркального канала на 46 дБ, или, при пересчете в разы, . Для этой цели выбираем однокаскадный () УРЧ с простой резонансной колебательной системой. Из таблицы [1, стр.28] находим . Примем конструктивную добротность входной цепи равной 150, тогда нагруженная добротность . Промежуточная частота должна быть больше либо равна

,

где

Также необходимо проверить отсутствие существенного влияния контуров преселектора общую полосу пропускания приемника. Должно выполняться неравенство

Неравенство выполняется. В соответствии с расчетом выбираем стандартную промежуточную частоту .

Необходимо произвести проверку на подавление канала прямого прохождения. По заданию, оно должно быть равно 46 дБ или 199,526 раза. Обобщенная расстройка

,

подавление канала прямого прохождения для простого колебательного контура

,

что больше требуемого.

2.3 Расчет требуемого усиления высокочастотного и низкочастотного трактов

В [3] указано, что в диапазоне метровых волн применяются преимущественно настроенные антенны. Будем считать, что антенна настроенная и имеет сопротивление . По заданию, чувствительность приемника должна быть не хуже .  Пусть антенна соединяется со входной цепью коаксиальным кабелем РК-103 длиной 10 метров с коэффициентом затухания . Тогда коэффициент передачи мощности фидера

Шумовая температура антенны может быть найдена по графику [2, стр.13, рис.1.4]: . Тогда относительная шумовая температура , где – стандартная температура.  Входное отношение сигнал/шум может быть найдено из заданного выходного ():

Поскольку получившееся число меньше порогового отношения для ЧМ, равного 2, то принимаем .

Допустимый коэффициент шума

В качестве смесителя выберем специализированную ИС К174ПС1. Ее коэффициент шума – 8 дБ, или . В качестве активного элемента УРЧ возьмем транзистор КТ372В, включенный по схеме с ОЭ. Рассчитаем параметры этого транзистора. Из [4] данные по транзистору:

; ; ;;;

,

где  – параметр для мезапланарного транзистора [   ].

Поскольку наименьший коэффициент усиления у транзистора – на максимальной частоте, для расчета примем за рабочую максимальную частоту диапазона: . Частота , на которой модуль коэффициента усиления падает в  раз, определяется через параметры транзистора следующим образом:

Необходимые в дальнейших расчетах соотношения между граничными частотами транзистора и его рабочей частотой: , .

Примем коэффициент устойчивости . Устойчивый коэффициент усиления

Минимальный коэфициент шума транзистора . Минимальный коэффициент шума первого каскада в схеме с ОЭ . Коэффициент шума первого каскада должен быть не больше, чем

Условие выполняется, следовательно, транзисторный УРЧ на КТ372В по схеме с ОЭ может быть первым каскадом приемника.

2.4 Расчет Y-параметров микросхемы

Чтобы рассчитать колебательный контур-нагрузку и коэффициент усиления смесителя, необходимо узнать Y-параметры его активного элемента. Будем считать, что интегральные транзисторы соответствуют по своим параметрам бескорпусному транзистору КТ324Е-1.

; ; ;

,

где , поскольку транзистор мезапланарный.

Поскольку нас интересует разностная частота, то в качестве рабочей выбираем промежуточную частоту.

, .

Окончательно расчетные параметры транзистора

Рассчитаем коэффициент усиления смесителя. Крутизна преобразования  Примем эквивалентную емкость , а эквивалентную добротность .

2.5 Распределение усиления по каскадам

Поскольку антенна настроенная, применим трансформаторную связь контура с антенной, перестройка контура емкостью. Рассчитаем минимальный коэффициент усиления.

Рассчитаем коэффициент передачи входной цепи на трех частотах диапазона:

Устойчивый коэффициент усиления УРЧ

Коэффициент перекрытия диапазона (см. 2.1). Рассчитаем коэффициент усиления УРЧ на трех частотах диапазона:

Тогда общий коэффициент передачи первого каскада составит

За коэффициент передачи принимаем наименьший из трех, то есть

Для устранения паразитной амплитудной модуляции в схеме применяется ограничитель с пороговым напряжением . Уровень его входного сигнала, а значит, и уровень выходного сигнала УПЧ, может быть рассчитан как

Тогда коэффициент усиления УПЧ не должен быть меньше, чем

Используя приведенные ниже расчеты, можно увидеть, что на выбранной элементной базе такой коэффициент усиления осуществим с помощью трех каскадов УПЧ. Таким образом, структурная схема приемника имеет следующий вид:

3. Расчет УПЧ

3.1 Выбор и расчет параметров транзистора

По частотным свойствам и мощности подходит транзистор КТ610А. Справочные параметры транзистора [  ]: