4 Расчет колебательных контуров

4.1Расчет входного колебательного контура

(1)

4.2Рачет колебательного контура УВЧ

4.3Расчет колебательного контура промежуточной частоты

4.4Расчет колебательных контуров детектора

5 Расчет трансформатора

Расчет первичной обмотки:

нГн

Ом

Из формулы: найдем сопротивление входного контура

Ом

Из отношения сопротивления входного контура к сопротивлению кабеля найдем коэффициент трансформации:

Теперь найдем индуктивность первичной обмотки:

Гц

(2)

мкГн

Ферритовое кольцо выбрано марки 100HH K 20*12*6

Таблица Свойства ферритового кольца

мю	h	R	r
100	0,006	0,01	0,006

Квадрат числа витков первичной обмотки найдем по формуле:

мкГн

Отсюда, для первичной обмотки нужно взять 2 витка.

Расчет вторичной обмотки:

Найдем индуктивность вторичной обмотки:

мкГн

Квадрат числа витков вторичной обмотки

Отсюда, для вторичной обмотки нужно взять 21 виток.

Расчет последовательного колебательного контура

Во входной цепи образовался последовательный колебательный контур изи .

мкГн

пФ

Вычислим частоту контура по формуле:

МГц

Отсюда следует, что этот контур не будет влиять на принимаемый сигнал.

4 Выбор компонентов для разрабатываемого приемника

2 Операционный усилитель - это электронный усилитель напряжения с высоким коэффициентом усиления, имеющий дифференциальный вход и обычно один выход. Напряжение на выходе может превышать разность напряжений на входах в сотни или даже тысячи раз. На рисунке 2.1 изображен операционный усилитель.

Рисунок 2.1 – Операционный усилитель

Операционный усилитель является разновидностью дифференциального усилителя. На рисунке 2.2 изображен дифференциальный усилитель с отрицательной обратной связью.

Рисунок 2.2 - Дифференциальный усилитель с отрицательной обратной связью

Дифференциальный усилитель представляет собой схему, предназначенную для усиления разности напряжений двух входных сигналов. Когда уровни сигналов на обоих входах изменяются одновременно, то такое изменение входного сигнала называют синфазным: дифференциальный (или разностный) усилитель обладает высоким коэффициентом ослабления синфазного сигнала (КОСС). Диапазон изменения синфазного входного сигнала задает допустимые уровни напряжения, относительно которого должен изменяться входной сигнал.

Дифференциальный усилитель используют в тех случаях, когда слабые сигналы можно потерять на фоне шумов.

Выходное напряжение измеряется на коллекторе транзистора относительно потенциала земли. Транзисторы подбираются с возможно близкими параметрами. Принцип действия дифференциального усилителя заключается в том, что он усиливает дифференциальный сигнал и преобразует его в несимметричный сигнал, с которыми работают обычные схемы. Достигается это тем, что синфазные сигналы, приходящие на входы 1 и 2 относительно земли в одном из транзисторов вызывают увеличение тока в цепи, а в другом - уменьшение, причем на одну и ту же величину, так что получается, что общий ток не изменится вовсе. Следовательно, на выходе сигнала не будет. Дифференциальный усилитель синфазный сигнал не просто не усиливает, а не пропускает на выход.

Для того, что бы работа дифференциального усилителя была предсказуемой, применяется отрицательная обратная связь, которая устанавливается путём подачи части напряжения с выхода усилителя на его инвертирующий вход. Эта замкнутая цепь обратной связи существенно снижает усиление усилителя. При использовании отрицательной обратной связи общее усиление схемы значительно больше зависит от параметров цепи обратной связи, чем от параметров операционного усилителя. Если цепь обратной связи содержит компоненты с относительно стабильными параметрами, то изменения параметров операционного усилителя существенно не влияют на характеристики схемы.

Операционные усилители могут быть классифицированы по типу их конструкций:

Дискретные - созданные из отдельных транзисторов или электронных ламп;

Микросхемные - интегральные операционные усилители наиболее распространены;

Гибридные - созданные на основе гибридных микросхем малой степени интеграции;

Интегральные операционные усилители могут быть классифицированы по разным параметрам, включая:

Подразделение на микросхемы военного, индустриального или коммерческого исполнения, отличающиеся надёжностью работы и стойкостью к внешним факторам (температуре, давлению, радиации), и следовательно, ценой.

Классификация по типу корпуса - модели операционных усилителей в разных типах корпусов (пластик, металл, керамика) имеют так же различную стойкость к внешним факторам. Кроме того, корпуса бывают типа DIP и предназначенные для поверхностного монтажа (SMD).

Классификация по наличию или отсутствию цепей внутренней коррекции. Операционные усилители могут работать нестабильно в некоторых схемах с отрицательной обратной связью, что бы этого избежать используют конденсатор небольшой ёмкости для коррекции амплитудно-частотной характеристики. Операционный усилитель с таким встроенным конденсатором называют операционным усилителем с внутренней коррекцией.

В одном корпусе микросхемы может находиться один, два или четыре операционных усилителя.

Диапазон входных (и/или выходных) напряжений от отрицательного до положительного напряжения питания - операционный усилитель может работать с сигналами, величины которых лежат вблизи значений питающих напряжений.

2.1.1 Операционный усилитель HA1-2539-5

2.1.1.1 В качестве операционного усилителя выберем HA1-25395.

HA1-25395 – высокоскоростной широкополосный операционный выходной усилитель, имеющий высокую нагрузочную способность по выходу.

При скорости нарастания выходного напряжения 600В/мкс и полосе пропускания 600МГц усилитель идеально подходит для использования в высокоскоростных системах сбора данных. В таблице 2.1 приведены технические характеристики операционного усилителя HA1-25395

Таблица 2.1– технические характеристики операционного усилителя HA1-25395

Напряжение питания	±12В
Скорость нарастания выходного напряжения	600В/мкс
коэффициент усиления разомкнутой цепи обратной связи	15
Полоса пропускания (Кус ≥10)	600Мгц
Низкое напряжение смещения	8мВ
Шум входного напряжения	6нВ/
Диапазон выходного напряжения	±10В
Ток смещения	20мкВ/^0С
Текущее смещение	6мкА
Входное сопротивление	10кОм
Входная емкость	1пФ
Коэффициент усиления	10
Выходной ток	±20мА
Выходное сопротивление	30Ом
Ток питания	20мА
Диапазон рабочих температур	-55^0С до 125^0С

Согласно техническому описанию ОУ HA1-25395, ему соответствует корпус PDIP (Пластиковый корпус с двумя рядами выводов). Размеры корпуса операционного усилителя HA1-25395 приведены на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1- Размеры корпуса операционного усилителя HA1-25395

4.1 Катушки индуктивности

4.1.1 Катушка индуктивности - пассивный компонент, представляющий собой деталь имеющую обмотку в виде изолированной спирали, которая обладает свойством способным концентрировать переменное магнитное поле. Катушки индуктивности, в отличие от унифицированных резисторов и конденсаторов, являются нестандартными изделиями, а их конфигурация определяется из расчёта на определённое устройство.

Катушки индуктивности обладают характерными параметрами такими как: собственная емкость, добротность, индуктивность и температурная стабильность.

Величина индуктивности катушки прямо пропорциональна габаритным размерам и числу её витков. Индуктивность также зависит от материала сердечника устанавливаемого в катушку и применяемого экрана.

Вводя в катушку индуктивности стержень, который может быть изготовлен из, феррита, магнетита, железа и т.д. ее индуктивность заметно увеличивается. Подобное свойство позволяет уменьшить общее количество витков катушки и получить требуемую индуктивность. Индуктивность катушки можно регулировать поворотом резьбового сердечника.

В диапазоне коротких волн (KB) и ультра коротких волн (УКВ) используются катушки с относительно малой индуктивностью. В таких катушках монтируются латунные или алюминиевые сердечники, которые позволяют регулировать индуктивность в пределах плюс минус пяти процентов.

На величину активного сопротивления влияет сопротивление самой обмотки катушки и сопротивлением, из-за потерь электрической энергии в каркасе, сердечнике, экране. Чем меньше величина активного сопротивление, тем выше добротность катушки, а следовательно и ее качество.

Витки катушки, зачастую разделяются слоем изоляции, и тем самым образуют элементарный конденсатор, обладающий некоторой емкостью. Между отдельными слоями многослойных катушек индуктивности неизбежно образуется ёмкость. Из этого следует, что помимо индуктивности, катушки обладают некоторой емкостной величиной. Наличие собственной емкости катушки является нежелательным фактором, и ее, как правило, стараются уменьшить. Для этих целей используются различные конструкции форм каркасов катушек и специальные технологии намотки провода.

Катушки индуктивности, как правило, наматываются медным проводником, покрытым эмалевой или эмалево-шелковой изоляцией. В случае если требуется намотать катушки для (ДВ) длинноволнового и (СВ) средневолнового диапазонов используют одножильные проводники типов ПЭЛШО, ПЭЛШД, ПЭЛ, ПЭТ и др. а для (KB) коротковолнового и (УКВ) ультракоротковолнового диапазонов обычно наматывают проводники одножильного сечения типов ПЭЛ, ПЭЛУ, ПЭТ и др.

Технология намотки катушек индуктивности может быть различного исполнения. Имеется несколько наиболее распространённых способов укладки провода, это может быть сплошная намотка или с шагом, намотка навалом, а так же типа «универсаль».

Намотка в один слой применяется для изготовления катушек, которые работают в диапазоне коротких и ультракоротких волн. Как правило, индуктивность подобных катушек составляет от нескольких десятков до 500 мкГн. Каркас однослойных катушек имеет цилиндрическую форму и изготовляется из разнообразных материалов с диэлектрическими свойствами.

В случае если требуется получить достаточно большую индуктивность катушки (свыше 500 мкГн), оставляя её минимальные размерные параметры, применяют намотку несколькими слоями. Подобные катушки имеют большую внутреннюю емкость и для ее уменьшения провод укладывают в навал или типа «универсаль».

Дроссель

Дроссель, это та же катушка индуктивности, которая обладает большим сопротивлением переменному и малым сопротивлением постоянному току. Дроссели используются в качестве электронных компонентов в различных электротехнических и радиотехнических приборах и устройствах.

В радиоэлектронной аппаратуре применяются высокочастотные и низкочастотные дроссели. Дроссели изготовляют с однослойной навивкой, или укладкой проволоки типа «универсаль». Дроссели так же наматываются по секциям, чтобы уменьшить собственную емкость.

Обозначение дросселей на принципиальных схемах производится аналогично катушкам индуктивности и выглядит в виде четырех полуокружностей соединенных между собой.

4.2.1 Катушка индуктивности EC24-R47M

4.2.1.1 В качестве катушки индуктивности для входного колебательного была выбрана катушка индуктивности марки EC24-R47M.

Постоянные индуктивности EC24-R47M  представляют собой миниатюрную катушку с ферритовым сердечникам, размещенную в изолирующем корпусе с двумя выводами.  Применяются в радио-, электронной технике. На рисунке 4.1 изображены размеры корпуса катушки индуктивности EC24-R47M.

Рисунок 4.2 - Размеры корпуса катушки индуктивности EC24-R47M

В таблице 4.2 приведены технические характеристики катушки индуктивности EC24-R47M.

Таблица 4.2– технические характеристики катушки индуктивности EC24-R47M

Тип:	EC24
Номинальная индуктивность:	0.47 мкГн
Допуск номинальной индуктивности:	20%
Максимальный постоянный ток:	0.7 А
Активное сопротивление:	0.17 Ом
Добротность:	40
Диапазон температур:	-20...+100 °C
Способ монтажа:	в отверстие
Длина корпуса:	10 мм
Диаметр (ширина)корпуса:	3 мм

4.3.1 Катушка индуктивности EC24 – 270 K

4.3.1.1 В качестве катушки индуктивности колебательного контура промежуточной частоты была выбрана катушки индуктивности марки EC24-270K.

Постоянные индуктивности EC24 – 270 K представляют собой миниатюрную катушку с ферритовым сердечником, размещенную в изолирующем корпусе с двумя выводами. Применяются в радио-, электронной технике. На рисунке изображены размеры корпуса катушки индуктивности EC24 – 270 K.

Рисунок 4.3 – Размеры корпуса катушки индуктивности EC24-270K

В таблице 4.3 приведены технические характеристики катушки индуктивности EC24-R47M .

Таблица 4.3– Технические характеристики катушки индуктивности EC24-R47M

Тип:	EC24
Номинальная индуктивность:	27 мкГн
Допуск номинальной индуктивности:	10%
Максимальный постоянный ток:	270 мА
Активное сопротивление:	1.35 Ом
Добротность:	40
Диапазон температур:	-20...+100 °C
Способ монтажа:	в отверстие
Длина корпуса:	10 мм
Диаметр (ширина)корпуса:	3 мм

4.4.1 Катушка индуктивности EC24-560K

4.4.1.1В качестве катушки индуктивности для детектора была выбрана катушка индуктивности марки EC24-560K.

Постоянные индуктивности EC24 – 560 K представляют собой миниатюрную катушку с ферритовым сердечником, размещенную в изолирующем корпусе с двумя выводами. Применяются в радио-, электронной технике. На рисунке изображены размеры корпуса катушки индуктивности EC24 – 560 K. На рисунке приведены размеры корпуса катушки индуктивности EC24-560K.

Рисунок 4.4- Размеры корпуса катушки индуктивности EC24-560K

В таблице 4.4 приведены технические характеристики катушки индуктивности EC24-560K.

Таблица 4.4– Технические характеристики катушки индуктивности EC24-560K

Тип:	EC24
Номинальная индуктивность:	56 мкГн
Допуск номинальной индуктивности:	10%
Максимальный постоянный ток:	195 мА
Активное сопротивление:	2.60 Ом
Добротность:	50
Диапазон температур:	-20...+100 °C
Способ монтажа:	в отверстие
Длина корпуса:	10 мм
Диаметр (ширина)корпуса:	3 мм

4.5.1 Катушка индуктивности EC24-470K

4.5.1.1В качестве катушки индуктивности для детектора была выбрана катушка индуктивности марки EC24-470K.

Постоянные индуктивности EC24 – 470 K представляют собой миниатюрную катушку с ферритовым сердечником, размещенную в изолирующем корпусе с двумя выводами. Применяются в радио-, электронной технике. На рисунке изображены размеры корпуса катушки индуктивности EC24 – 470 K. На рисунке приведены размеры корпуса катушки индуктивности EC24-470K.

Рисунок 4.5– Размер корпуса катушки индуктивности EC24-470K

В таблице 4.5 приведены технические характеристики катушки индуктивности EC24-560K.

Таблица 4.5 – Технические характеристики катушки индуктивности EC24-R47M

Тип:	EC24
Номинальная индуктивность:	47 мкГн
Допуск номинальной индуктивности:	10%
Максимальный постоянный ток:	205 мА
Активное сопротивление:	2.3 Ом
Добротность:	50
Диапазон температур:	-20...+100 °C
Способ монтажа:	в отверстие
Длина корпуса:	10 мм
Диаметр (ширина)корпуса:	3 мм

4.2 Конденсаторы

4.2.1 Конденсатор — двухполюсник с определённым или переменным значением емкости и малой проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.

Конденсатор является пассивным электронным компонентом. В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок. Практически применяемые конденсаторы имеют много слоёв диэлектрика и многослойные электроды, или ленты чередующихся диэлектрика и электродов, свёрнутые в цилиндр или параллелепипед со скруглёнными четырьмя рёбрами (из-за намотки).

Основная классификация конденсаторов проводится по типу диэлектрика в конденсаторе. Тип диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность ёмкости, величину потерь и др.

По виду диэлектрика различают:

- Конденсаторы вакуумные (между обкладками находится вакуум);

- Конденсаторы с газообразным диэлектриком;

- Конденсаторы с жидким диэлектриком;

-Конденсаторы с твердым неорганическим диэлектриком: секлянные(стеклоэмалевые, стеклокерамические,стеклопленочные) слюдяные, керамические, тонкослойные из неорганических плёнок.

Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком: бумажные, металлобумажные, плёночные, комбинированные — бумажноплёночные, тонкослойные из органических синтетических плёнок.

Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Такие конденсаторы отличаются от всех прочих типов, прежде всего большой удельной ёмкостью. В качестве диэлектрика используется оксидный слой на металлическом аноде. Вторая обкладка (катод) — это или электролит (в электролитических конденсаторах), или слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых), нанесённый непосредственно на оксидный слой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги или спечённого порошка. Время наработки на отказ типичного электролитического конденсатора 3000-5000 часов при максимально допустимой температуре, качественные конденсаторы имеют время наработки на отказ не менее 8000 часов при температуре 105°С. Рабочая температура — основной фактор, влияющий на продолжительность срока службы конденсатора. Если нагрев конденсатора незначителен из-за потерь в диэлектрике, обкладках и выводах, (например, при использовании его во времязадающих цепях при небольших токах или в качестве разделительных), можно принять, что интенсивность отказов снижается вдвое при снижении рабочей температуры на каждые 10 °C вплоть до +25 °C. При работе конденсаторов в импульсных сильноточных цепях (например, в импульсных источниках питания) такая упрощённая оценка надёжности конденсаторов некорректна и расчёт надёжности более сложен.

Твердотельные конденсаторы — вместо традиционного жидкого электролита используется специальный токопроводящий органический полимер или полимеризованный органический полупроводник. Время наработки на отказ ~50000 часов при температуре 85°С. ЭПС меньше чем у жидко-электролитических и слабо зависит от температуры. Не взрываются.

Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей ёмкости:

- Постоянные конденсаторы — основной класс конденсаторов, не меняющие своей ёмкости (кроме как в течение срока службы);

- Переменные конденсаторы — конденсаторы, которые допускают изменение ёмкости в процессе функционирования аппаратуры. Управление ёмкостью может осуществляться механически, электрическим напряжением (вариконды, варикапы) и температурой (термо­конденсаторы). Применяются, например, в радиоприёмниках для перестройки частоты резонансного контура;

- Подстроечные конденсаторы — конденсаторы, ёмкость которых изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Их используют для подстройки и выравнивания начальных емкостей, сопрягаемых контуров, для периодической подстройки и регулировки цепей схем, где требуется незначительное изменение ёмкости;

В зависимости от назначения можно условно разделить конденсаторы на конденсаторы общего и специального назначения. Конденсаторы общего назначения используются практически в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ним относят наиболее распространённые низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования. Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и другие конденсаторы.

Также различают конденсаторы по форме обкладок: плоские, цилиндрические, сферические и другие.

Подстроечные конденсаторы

2.2.1.1Подстроечный керамический конденсатор выбран марки СТС-0520.

Подстроечный керамический конденсатор СТС-0520 выбран в связи с малыми размерами и малой зависимостью его емкости от температуры. Независимость от температуры важна для работы без настройки в изменяющихся температурных режимах. Он предназначен для работы в высокочастотных устройствах, контурах, кварцевых резонаторах. На рисунке 2.2 изображен подстроечный керамический конденсатор СТС-0520.

Рисунок 2.2 - Подстроечный керамический конденсатор СТС-0520

В таблице 2.2 приведены технические параметры подстроечного конденсатора СТС-0520

Таблица 2.2 - Технические параметры подстроечного конденсатора СТС-0520

Тип	СТС-0520
Рабочее напряжение,В	200
Емкость мин.,пкФ	4.8
Емкость макс.,пкФ	20
Продолжение таблицы
Температурный коэффициент емкости(ТКЕ)	n750
Рабочая температура,С	-30…85
Добротность Qмин.	300
Размер корпуса ,мм	5
Цена,р	16

2.2.2.1Керамический постоянный конденсатор К10-43а

В качестве керамического конденсатора выбран К10-43а в связи с малыми размерами и независимостью его емкости от температуры (МП0)

Конденсаторы К10-43а - прецизионные керамические конденсаторы. Предназначены для работы в цепях постоянного, переменного токов и в импульсных режимах. Конденсаторы изготавливают в соответствии с АДПК.673511.005 ТУ; ОЖО.460.165 ТУ; ОЖО.460.165 ТУ ОЖО.460.183 ТУ; ОЖО.460.165 ТУ ПО.070.052. На рисунке 2.2 изображен керамический конденсатор К10-43а.

Рисунок 2.2 - Керамический конденсатор К10-43а

В таблица 2.2 приведены параметры и характеристики керамического конденсатора [6]

Таблица 2.2 - Параметры и характеристики керамического конденсатора К10-43а

Тип диэлектрика	МП0;
Диапазон емкости	10 пФ...0,0442 мкФ;
Номинальное напряжение	50В
Климатическая категория	-60/125/21*;
Тангенс угла потерь	10 пФ<Сном≤50 пФ 1,5(150/Сном)×10^-4 Сном>50 пФ не более 0,0015;
Продолжение таблицы
Сопротивление изоляции	не менее 10000 МОм;
Температурный коэффициент емкости	(0±30) ×10^-6/ °С;

2.2.2.2 Керамический постоянный конденсатор К10-17А

В качестве керамического конденсатора соединяющего усилитель и контур УВЧ выбран К10-17А.

Рисунок 2.2– Керамический конденсатор К10-17а

В таблице 2.2 приведены параметры и характеристики керамического конденсатора К10-17а [7].

Таблица 2.2 - Параметры и характеристики керамического конденсатора К10-17а

Характеристики	М47
Допускаемое отклонение емкости от номинальной	Сх≤2,2 пФ: ±0,25 пФ Сх>2,2 пФ: ± 5 %1, ±10 %, ±20 %
Номинальное напряжение, В	50
Климатическая категория	-60/125/21^2
Тангенс угла потерь	Сх≤10 пФ не норм.; 10 пФ <Сх≤50 пФ 1,5(150/ Сх)×10^-4; Сх>50 пФ не более 0,0015;
Сопротивление изоляции	Сх≤0,025 мкФ не менее 10 ГОм; Сх>0,025 мкФ Rиз.·Сх не менее 250 с

Конденсатор X1Y1

Таблица – конденсатор X1Y1

класс	X1Y1
Номинальное переменное напряжение (50/60 Гц) Uac,В	250
Емкость, мкФ, нФ	0.33
Допуск номинальной емкости,%	10
Тип	DE(KX)
Диэлектрик	керамика
Корпус	круглый
Выводы	радиальные проволочные
Длина корпуса L,мм	-
Диаметр(ширина) корпуса D(W),мм	9
Толщина корпуса T,мм	8
Расстояние между выводами F,мм	9
Рабочая температура,С	-25...85
Производитель	Murata

2.3 Резисторы

В зависимости от материала токопроводящего слоя и от технологии изготовления зависят как общие (стандартные) характеристики резистора, так и его особые, специфические свойства, которые в основном и определяют область использования данного типа.

Основные типы резисторов:

- постоянные, углеродистые и бороуглеродистые (проводящим слоем является пленка пиролитического углерода) – высокостабильные, устойчивые к импульсным нагрузкам резисторы, обладающие отрицательным ТКС;

- постоянные металлопленочные и металлоокисные (проводящим элементом является пленка сплава или окиси металла) – малошумящие резисторы (5мкВ/В), обладающие хорошей частотной характеристикой и стойкостью к температурным изменениям. ТКС у этих резисторов может быть как положительным, так и отрицательным;

- постоянные композиционные (соединение графита с органической или неорганической связкой) – обладают высокой надежностью, но недостатком является зависимость сопротивления от приложенного напряжения и частоты, высокий уровень собственных шумов;

- постоянные проволочные (проводящим элементом служит проволока, намотанная на керамическое основание).

При разработке схемы использованы МF резисторы, относящиеся к классу металлопленочных. Параметры данных резисторов наиболее приемлемы, т.к. они стабильные, теплостойкие, влагостойкие, имеют меньшие габариты.

Резисторы МF постоянные металлопленочные лакированные теплостойкие. Металлодиэлектрические с металлоэлектрическим проводящим слоем, неизолированные, для навесного монтажа. Предназначены для работы в электрических цепях постоянного, переменного и импульсного токов.