Расчет первого усилителя промежуточной частоты. Обеспечение усиления сигнала по мощности. Минимальный коэффициент шума

5.7. Расчет  первого  усилителя  промежуточной  частоты

Первый усилитель промежуточной частоты (УПЧ1) обеспечивает усиление сигнала по мощности, реализует избирательность по второму зеркальному каналу, а также обеспечивает регулировку  усиления для того, чтобы при воздействии сигналов относительно  большой мощности  не происходила перегрузка последующих каскадов, в первую очередь второго смесителя. Уровень выходного сигнала УПЧ1 не должен превышать 26 мВ.  В этом случае второй смеситель будет работать с малыми искажениями сигнала.

Усилитель выполняется на двухзатворном полевом n-канальном транзисторе КП347А-2.  Данный транзистор имеет следующие параметры [19] :

1. Максимальный коэффициент передачи по мощности (U_си =10 В, U_з2и = 4 В, I_c =10 мА, f = 200 Мгц) :

К_рмах =18 ¸26,5 дБ .

2. Минимальный коэффициент шума (U_си =10 В, U_з2и = 4 В, I_c =10 мА, f = 200 Мгц) :

F_мин = 1,5 ¸2,5 дБ .

3. Напряжение отсечки по первому затвору :

U_отс = - 1,5 В.

4. Ток утечки по первому затвору:

I_з1ут = 50 нА.

5. Ток утечки по второму затвору:

I_з2ут = 50 нА.

6. Емкость затвор-исток (U_cи = 10 В, U_з1и  = 0 В, U_з2и = -2 В) :

С_зи = 1,2 ¸3,5 пФ.

7. Емкость затвор-сток (U_cи = 10 В, U_з1и  = 0 В, U_з2и = -2 В) :

С_зс = 0,007 ¸0,04 пФ.

8. Емкость сток-исток (U_cи = 10 В, U_з1и  = 0 В, U_з2и = -2 В) :

С_си = 1,1 ¸1,3 пФ.

9. Глубина регулировки усиления (U_си =10 В, U_з1и = 0 В, I_c =10 мА, f = 200 Мгц, U_з2и = -2 В ¸ +4В ) :

D_ру  = 50 дБ.

10. Допустимое напряжение сток-исток :

U_{си мах} = 14 В.

11. Допустимое напряжение затвор-сток :

U_{з1,2с  мах} = 16 В.

12. Допустимое напряжение затвор-исток :

U_{з1,2и  мах} = 5 В.

13. Диапазон рабочих температур :

t_раб = -60°С ¸ +125°С.

14. Максимальная рассеиваемая мощность :

Р_{рас мах} = 200 мВт.

15. Допустимый статический потенциал:

U_{з стат  мах}  = 100 В.

16. Сопротивление   затвор-исток  принимается  равным  :

r_зи »25 Ом.

Масса транзистора составляет 0,12 г. Транзистор выполняется в круглом пластмассовом корпусе диаметром 3 мм с плоскими выводами. Оба затвора имеют защитные диоды.

Статические проходные характеристики транзистора приведены на рис. 5.7.1.           Приведенные проходные характеристики только при напряжениях на стоке U_си = +0,3В, U_си = +1В, U_си = +10В. При слишком низких напряжениях на стоке транзистор имеет неудовлетворительные  параметры, в первую очередь, малую крутизну. Но большие значения напряжения на стоке нас также не удовлетворяют, поскольку при этом требуется высокое значение напряжения питания, что в рассматриваемом устройстве нежелательно. По этой причине необходимо получить характеристики транзистора при относительно невысоких напряжениях на стоке.

Исходные характеристики можно представить как статистическую информацию. Поэтому можно воспользоваться одним из методов, используемых в статистике, а именно методом корреляцинно-регрессионого анализа. При фиксированных значениях напряжения на затворе строятся зависимости тока стока от напряжения на стоке, то есть фактически часть выходной  характеристики  транзистора. Затем  на основе полученных  зависимостей строится уравнение регрессии, то есть аналитическое описание полученных зависимостей. Уравнение регрессии строится по методу наименьших квадратов, то есть сумма квадратов разностей между исходной зависимостью и уравнением регрессии будет наименьшей. На основании полученных уравнений регрессии  можно получить значения тока стока  при различных напряжениях, как на стоке, так и на затворе. Таким образом можно получить проходную характеристику при любых напряжениях на стоке от 0,3В до 10В.

Данный анализ был проведен при помощи  электронной таблицы Microsoft-EXCEL 5.0, которая позволяет строить уравнения регресии  графически и таблично представленных зависимостей, а также делать оценку точности представления на основе коэффициента множественной корреляции, который меняется от нуля до единицы, и чем точнее регрессионная модель, тем ближе коэффициент корреляции к единице. Было построено девять уравнений регрессии, описываемых степенным многочленом третьего порядка и коэффициент корреляции для всех уравнений составлял не менее 0,9997.

Были получены проходные характеристики транзистора при напряжениях на стоке  U_си = +3В и U_си = +4В. Графические результаты расчетов приведены на рис.5.7.2. ,  а численные результаты расчетов  приведены в таблице 5.7.1.

Pис. 5.7.1.  Статические проходные характеристики транзистора КП 347-А2.

Рис. 5.7.2.  Восстановленные статические проходные характеристики                           транзистора КП 347-А2  при U_си = 3 В и U си = 4 В.

Таблица 5.7.1