9.3. Расчет каскада упч с резистивной нагрузкой

Определим суммарную выходную емкость каскада

C₀ = C_ВЫХ + C_М+ C_{ВХ сл} =10+4+40 = 54 пФ ,

где C_ВЫХ - выходная емкость активного прибора данного каскада, C_М - емкость монтажа (2...4 пФ), C_{ВХ СЛ} - входная емкость следующего каскада. Оценим значение проводимости нагрузки, при которой влияние C₀ незначительно и можно считать, что каскад работает в области средних частот,

g_НЭ > (2...3) _* ω_{ПЧ *} C₀=3·2π465·10³·54·10^-12 = 0,473 мСм .

Рассчитаем сопротивление резистора R_К:

R_К = 1 / (g_НЭ - g_ВЫХ - g_{ВХ СЛ})=1/(0,473*10^-3 – 8,2·10^-6 - 0,9·10^-3)=264 Ом

Если за рассчитываемым каскадом следует резонансный каскад, то проверяем, выполняется ли условие, необходимое для его устойчивой работы

1/R_К + g₂₂ > g _{Г МИН}.

g _{Г МИН} ≤1/264+8,2·10^-6=3,8 мСм

Определяем коэффициент усиления каскада:

K_{0 УПЧ} = y₂₁ / g_{Н Э}=30/0,473=6,383

и сравним его с выбранным при расчете структурной схемы K_{0 УПЧ 1,2} =10.

Так как данный коэффициент усиления не удовлетворяет коэффициенту в эскизном расчете, то увеличим коэффициент y21 до 47мСм. Получим

K_{0 УПЧ} = y₂₁ / g_{Н Э}=47/0,473=10 , что удовлетворяет ранее рассчитанному коэффициенту усиления.

Аналогично каскаду с резонансной нагрузкой проводим расчет элементов, определяющих режим транзистора по постоянному току, разделительных и блокировочных конденсаторов. Уточним значение входной проводимости каскада g_{ВХ УПЧ 1,2} с учетом сопротивлений резисторов в цепи базы транзистора.

U_КЭ =5В

R_Э=2,4 кОм

U_Э = I_{0 *} R_Э =1·2.4=2,4 В 

U_К = U_Э + U_КЭ=2.4+5=7,4 В

Т.к. U_К < U_П, то в цепь питания правее C_БЛ включаем дополнительный резистор с сопротивлением

R_ДОП = (U_П - U_К) / I₀=(9-7.4)/10^-3=1,6 кОм

Задаем значение тока делителя R_Б1, R_Б2: I_Д ~ 0.1 I₀.

I_Д = 0.1 мкА

Рассчитаем напряжение между базой и корпусом

U_Б = U_БЭ + U_Э = 0.6 +2,4=3 В

и значения сопротивлений

R_Б1 = (U_К - U_Б) / I_Д =(7.4-3)/0.1=44 кОм

R_Б2 = U_Б / I_Д=3/0.1=30 кОм    

Подберем по таблице номинальных значений ближайшие к рассчитанным.

RБ2 = 30 кОм

RБ1 = 43 кОм

Определим вещественную составляющую входной проводимости каскада УРЧ с учетом сопротивлений делителя:

g_{ВХ УПЧ} = g_ВХ + 1 / R_Б1 + 1 / R_Б2

g_{ВХ УПЧ} = 0,9+ 1 / 43 + 1 / 30=1,294 мСм

Во избежание излишней отрицательной обратной связи по переменному току выберем значение емкости C_Э, параллельной R_Э, из условия:

C_Э≥10 y₂₁ / ω_МИН,

C_Э≥10·47*10^-3 / 2·π·0,504·10⁶ = 148,3 нФ

где ω_МИН - значение минимальной частоты сигнала, на которую рассчитан УРЧ приемника.

Емкость разделительного конденсатора выбираем из условия:

C_Р≥10 g_{ВХ УПЧ} / ω_МИН .

C_Р≥10·1,294*10^-3 / 2·π·0,504·10⁶ = 408,3 пФ.

Подберем по таблице номинальных значений емкости, ближайшие к рассчитанным.

C_Э =15 нФ C_Р =390 пФ

Емкость блокировочного конденсатора в цепи питания выбираем равной 1 мкФ 

9.4. Расчет общих характеристик тракта упч

После того, как рассчитаны все каскады УПЧ обеспечим согласование входной проводимости тракта УПЧ g_{ВХ УПЧ} = g_{ВХ УПЧ 1}=1,294 мСм с выходной проводимостью ФСИ g_{ВЫХ ФСИ}=0,5 мСм. Так как g_{ВХ УПЧ} >g_{ВЫХ ФСИ}, для согласования параллельно выходу ФСИ включают резистор с сопротивлением

R_СОГЛ = 1 / g_{ВЫХ ФСИ} -1/ g_{ВХ УПЧ}=1/0,5*10^-3-1/1,294*10^-3=460 Ом=1,227 кОм.

При наличии в каскадах УПЧ цепи АРУ выбирем элементы фильтра АРУ, исходя из нужного значения постоянной времени этого фильтра t_{Ф АРУ} = 0.1...0.2 с (при приеме АМ сигналов):

R_{Ф АРУ} > 4 R_ПТ =4·15=60 кОм

C_{Ф АРУ} = t_{Ф АРУ} / R_ПТ=0,1/15·10³=6,6 мкФ

Выберем стандартные значения R_{Ф АРУ} и C_{Ф АРУ}.

R_{Ф АРУ}=62 кОм C_{Ф АРУ}=6,8 мкФ

Взаключении расчета определим коэффициент усиления тракта УПЧ в целом

К_{0 УПЧ}= 10·10·80=8000

и напряжение на входе детектора

U_{ВХ Д} = U_{ВХ УПЧ МИН *} K_{0 УПЧ}=1,212·10^-3·8000=9,696 В.

Заключение

В данной работе спроектирован переносной радиовещательный приемник сигналов КВ диапазона с амплитудной модуляцией и питанием от батареи с напряжением 9 В.

Рассчитанный приемник полностью удовлетворяет требованиям технического задания

Литература:

1. ГОСТ 5651-89. Устройства радиоприемные бытовые. Общие технические условия.

2. Радиоприемники АМ, ОМ, ЧМ сигналов /М.А. Кузнецов, Р.С. Сенина – СПб, 2006

3. Радиоприемные устройства: Учебник для вузов / Н.Н.Фомин, Н.Н.Буга, О.В.Головин и др.; Под ред. Н.Н.Фомина. - М.: Радио и связь, 1996.