3.5 Фильтр сосредоточенной селекции

План выполнения работы по этапу:

-Выбор схемы фильтра сосредоточенной селекции и его обоснование

-Расчет и подбор параметров элементов фильтра сосредоточенной селекции c учетом варианта задания

-Измерение частотных характеристик фильтра сосредоточенной селекции

-Статистический анализ влияния производственных допусков элементов фильтра сосредоточенной селекции на его АЧХ с применением функции Monte Carlo

Выбор схемы фильтра сосредоточенной селекции и его обоснование

С помощью фильтра сосредоточенной селекции выделяется разностный сигнал постоянной промежуточной частоты. Я выбрал фильтр для УКВ диапазона, т.к. я работаю именно в этом диапазоне. Схема для исследования представлена на рисунке 3.5.1

Рисунок 3.5.1 Схема для исследования фильтра сосредоточенной селекции

Расчет и подбор параметров элементов фильтра сосредоточенной селекции c учетом варианта задания

Одной из важнейших характеристик данных устройств является коэффициент связи К= , где К1, К2 коэффициенты связи для первого и второго контуров.

К1=Co/(C2+Co);

К2=Co/(C1+Co);

Для упрощения расчетов я возьму удобные мне значения элементов, я делаю это для того, чтобы коэффициент связи был постоянен.

С3=С5=С7=С9=1 пФ

С2=С4=С6=С8=2 пФ

R1=R2=R3=R4=R5=0,3 Ом

Используя эти упрощения, можно посчитать К1=K2=…=Kn

Коэффициент связи служит для количественной оценки взаимного влияния контуров и в практических конструкциях составляет величину менее 1.

Измерение частотных характеристик фильтра сосредоточенной селекции

В этом пункте мне нужно измерить частотную характеристику фильтра. Максимум АЧХ должен находиться на промежуточной частоте 15500кГц. Результат анализа представлен на рисунке 3.5.2

Рисунок 3.5.2 АЧХ фильтра сосредоточенной селекции

Статистический анализ влияния производственных допусков элементов ФСС на его АЧХ с применением функции Monte Carlo

В этом пункте мне нужно посмотреть, как будет изменяться АЧХ с увеличением допуска элементов. Результаты приведены на рисунке 3.5.3 и в таблице 3.5.1 Из этих данных можно сделать вывод, что допуск в 5% сильно будет ухудшать избирательность фильтра, поэтому мне нужно использовать элементы с меньшими допусками.

Рисунок 3.5.3 Результат анализа Монте-Карло

Таблица 3.5.1

Выводы по разделу:

В этом разделе я разработал ФСС, который выделяет разностный сигнал постоянной промежуточной частоты. Разработанный ФСС обладает всеми необходимыми параметрами для стабильной работы: устойчивостью, стабильностью работы. Максимум его АЧХ находится на нужной мне частоте.

3.6 Усилитель промежуточной частоты

План выполнения работы по этапу:

-Выбор схемы усилителя промежуточной частоты и его обоснование

-Измерение АЧХ усилителя с применением функции AC Analysis

-Определение оптимальной величины напряжения источника питания Е с применением функции Parameter Sweep

-Определение режимов элементов схемы по постоянному току с применением функции DC Operating Point

-Анализ влияния температуры окружающей среды в диапазоне от -20 до +60 на АЧХ усилителя с применением функции Temperature Sweep

-Статистический анализ влияния производственных допусков элементов усилителя на его АЧХ с применением функции Monte Carlo

-Анализ устойчивости усилителя с применением функции Pole-Zero

Выбор схемы усилителя промежуточной частоты и его обоснование

УПЧ в отличие от УРЧ имеют фиксированную настройку и усиливают сигналы, поступающие от преобразователя частоты до уровня, необходимого для нормальной работы детектора. Именно этими устройствами в основном определяется частотная избирательность приемника.

Тракт усилителей ПЧ строится с использованием каскадов с одиночными настроенными в резонанс контурами, с двухконтурными полосовыми фильтрами или с фильтрами сосредоточенной селекции.

Я выберу УПЧ для УКВ диапазона, т.к. именно в этом диапазоне я и работаю.

Схема для исследования представлена на рисунке 3.6.1

Рисунок 3.6.1 Схема усилителя промежуточной частоты

Измерение АЧХ усилителя с применением функции AC Analysis

Экспериментально я подобрал такие параметры элементов, чтобы АЧХ УПЧ был настроен на промежуточную частоту. Результаты измерения АЧХ представлены на рисунке 3.6.2

Рисунок 3.6.2 АЧХ усилителя промежуточной частоты

Определение оптимальной величины напряжения источника питания Е с применением функции Parameter Sweep

В данном пункте я определю оптимальное значение величины источника напряжения питания Е. Результаты моделирования представлены на рисунке 3.6.3 и в таблице 3.6.1

Рисунок 3.6.3 Зависимость АЧХ от напряжения источника питания Е

Таблица 3.6.1

Из анализа этих данных видно, что наилучшая форма АЧХ достигается при напряжении источника питания Е=20 В. Именно это значении я возьму для своей схемы.

Определение режимов элементов схемы по постоянному току с применением функции DC Operating Point

Результаты анализа схемы по постоянному току представлены в таблице 3.6.2

Таблица 3.6.2

Анализ влияния температуры окружающей среды в диапазоне от -20до+60 на АЧХ усилителя с применением функции Temperature Sweep

В этом пункте мне нужно будет проанализировать влияние температуры окружающей среды на АЧХ усилителя. Результаты представлены на рисунке 3.6.4 и в таблице 3.6.3

Рисунок 3.6.4 Зависимость АЧХ усилителя от температуры

Таблица 3.6.3

Как видно из графика наилучшая стабильность достигается при температуре -20⁰. Однако характеристики усилителя вполне стабильны вплоть до температуры +30⁰. Это говорит о том, что его можно эксплуатировать в нормальных условиях.

Статистический анализ влияния производственных допусков элементов усилителя на его АЧХ с применением функции Monte Carlo

В данном пункте я проведу статистический анализ влияния производственных погрешностей на АЧХ УПЧ. Я установил величину допустимых погрешностей для всех элементов 5%. Результаты анализа представлены на рисунке 3.6.5 и в таблице 3.6.4

Рисунок 3.6.5 Анализ Монте-Карло усилителя промежуточной частоты

Таблица 3.6.4

Как видно из графиков, допуск в 5% недопустим, т.к. это приводит к нарушению стабильности усилителя. Следовательно, мне нужно будет использовать элементы с меньшими допусками.

Анализ устойчивости усилителя с применением функции Pole-Zero

В этом пункте мне нужно будет посмотреть нули полюса передаточной функции усилителя. Результаты представлены в таблице 3.6.5

Таблица 3.6.5

Как видно из таблицы, все полюса имеют отрицательную вещественную часть, следовательно, система является устойчивой.

Выводы по разделу:

Спроектированный усилитель промежуточной частоты УКВ диапазона отвечает требованиям по устойчивости и по зависимости от стабильности напряжения питания, но имеет отклонения по зависимости от климатических условий и по зависимости от производственных допусков элементов.