|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы Выбирают транзистор методом, изложенным в § 6.2, учитывая при этом (6.65). На основании проверок выполняемости неравенств (6.65) выносят решения о возможности и целесообразности использования в УПЧ апериодических каскадов. Если использование апериодических каскадов оказывается нецелесообразным, то принимают решение о построении УПЧ на резонансных каскадах, рассчитывают их в соответствии с методикой § 6.2, задаваясь полосой пропускания УПЧ, равной (3 ... 5)П. Проектирование УПЧ с апериодическими каскадами выполняют в такой последовательности. Оконечный каскад, как правило, выбирают одноконтурным. Его рассчитывают по методике§ 6.2 при полосе пропускания каскада, равной (3 ... 5) П. В итоге находят Кока- Задаются током коллектора /к = (0,5 ... 3) мА и падением напряжения на нагрузке Uk = (0,2 ... 0,6) где Е - величина напряжения, питающего каскад. Находят проводимость нагрузки = /к/к- Рассчитывают коэффициент усиления последнего апериодического каскада (6.66) Ко поел = I Уг1 I/V(g„ + gex) + (2Л/„) (Q + C„> где Свх и Sbi - входные емкость и проводимость оконечного каскада УПЧ. Рассчитывают коэффициент усиления одного апериодического каскада Ko\Y2i\/y(g. + gnr + (2nf„f{C,, + Cnr \ (6.67) Определяют необходимое число апериодических каскадов п = (Ig Ко ПТ - Ig /Со ф - Ig Кок н - Ig Ко иоМ Ко + 1, (6.68) ил и « = (Ig /(опт - Ig Коач ф - Ig /(он н - Ig /(о „oc«)/lg /<0 + 1- В число п не входит оконечный каскад УПЧ. Вычисляют минимальную частоту спектра сигнала 1 /mm =/п-0,5П. (6 69) Находяттребуемоезиачение емкости разделитедьиош конденсатора, задаваясь допустимым спадом частотной характеристики на !0% на частоте /„,!«: 1 Cp>(f„-ffn)W,,ny2Z, где 8н = 0,1/п. Выбранное значение емкости конденсатора должно также удовлетворять неравенству Ср > (20 ... 50) Сц. Резистивные каскады можно строить на базе ИС серий 218, 224, 228, 235 и др. Порядок расчета УПЧ на ИС аналогичен рассмотренному, только в этом случае дополнительно рассчитывают режим ИС на постоянном токе, а также значения параметров ее транзисто-2т ров. Параметры рассчитывают с помощью следующих приближенных Соотношений I7j: ЭБ = 0,7 В; j Fi \g= /к/(1,5 ... 2) gll = I У21 НВ + 1). (6.70) где В - коэффициент усиления постоянного тока транзистора в схеме включения с ОЭ (для транзисторов ИС В=30 . 100- U =. = 0,026 В).-- ...... "
Пример 6.2. Рассчитать УПЧ с апериодическими каскадами на ИС серии 224. Вход -7<!> ,4700 S,6k 7S0 Rl -9,1 К нов о Выход 0,033 Рис- 6.10. Принципиальная схема апериодического «аскада УПЧ на Исходные данные: полоса пропускания ФСИ И = 1 МГц; требуемый коэффициент усиления УПЧ КопГ= 3000; номинальная промежуточная частота /„ = 30 МГц; каскад с ФСИ имеет /(оф = 1; в оконечном каскаде УПЧ Kv а = 5; входная проводимость этого каскада gx = 10-=* См, входная емкость Свх = 35 пФ; напряжение источника питания Ej, = 10 В. Расчет 1. В качестве УП выбираем ИС К2УС241 (рис. 6.10). Элементы, входящие в ИС, обведены на рис. 6.10 штрихпунктирной линией. •. 2. Вычисляем постоянную составляющую коллекторных токов транзисторов для схемы, изображенной на рис. 6.10, /к = 144/(/?1 + /?2 + R,)-Ub3]IRb = ПО • 5,6 . J03/(9,1- 10»;-}--Ь 6,8 . 10» -f 5,6 . 10) - 0,71/750 = 2,5 мА. 3. Определяем параметры транзисторов. При этом наряду с.ср-отношением (6.70) используем методику, приведенную в § 3. Г и данные о транзисторах ИС: ( Fgi = 2,5 • \0~1\% • ОХ>Ш = = 0,06 А/В; = 0,06/50 = 1,2 • 10- См; Сц = 30 пФ; " С, = = 10 пФ. - . 4. С помощью соотношения (6.65) проверяем целесообразность применения выбранной ИС для построения апериодического уси- лителя: 30 • 10« < 0,25-0,06/2 (30 • Ю- + 10-Ю-) - 60 • 10». Неравенство выполняется, следовательно, выбранная ИС пригодна для построения апериодического усилителя. 5. Величину R найдем, исходя из условия отсутствия насыщения в транзисторе Т2 каскодной схемы. Это условие выполняется при [Укв > 1,5 ... 3 В. Для рассматриваемой схемы = £ni/(i+ + /?2 + Ri) /к - /кб к. Задаваясь Uks = 2,5 В, получаем = 10 . 9,1 . 10=/(9,1 • 10=* -f 6,8 • 10» -f 5,6 • Щ X X 2,5 • Ю- - 2,5/2,5 • 10-=" = 700 Ом; = l/R = 1,4 . 10-* См. 6. Определяем коэффициент усиления последнего апериодического каскада по формуле (6.66): Ко поел - 0.06/У( 1,4 • 10- + 1.0• 10-) + ~* ~ -f (2я.ЗО-10)2(10-10-1« -f 35- 10->Т = 6,8. 7. Рассчитываем коэффитГиент усиления одного апериодического каскада по формуле (6.67): Кд = 0,0б/У(1,4.10-+ 1,2.10-Y-f ~* """-f (2я.ЗО-10*) (30-10-1 10- 10->Т = 7,6. 8. По формуле (6.68) определяем общее число апериодических каскадов п = (ig 3000- Ig I - Ig 5 - Ig 6,8)/lg 7,6 + I = 3,2. Берем число апериодических каскадов n = 4. Таким образом, общее число каскадов УПЧ без каскада с ФСИ равно 5. 9. Вычисляем минимальную частоту спектра по (6.69): /тщ = = 30 . 10* - 0,5 10* = 29,5 • ]0« Гц. 10. Рассчитывать емкости разделительных конденсаторов в рассматриваемом случае не требуется, так как входящие в состав ИС конденсаторы обеспечивают прохождение ~1всего спектра сигнала. 6.8. МАЛОШУМЯЩИЕ КАСКАДЫ УПЧ В приемниках сантиметровых и миллиметровых волн без усиди- телей радиочастоты существенным фактором, определяющим чувст- ; вительность прич!мников, является коэффициент итума УПЧ. В та- 1 ких случаях для снижения коэффициента шума приемника рацио- щ нально после диодного преобразователя частоты первыми включать;! малошумящие каскады УПЧ. Низкий коэффициент шума этих 1 каскадов достигается благодаря использованию в них малошумя- Щ!1Х транзисторов, подбору режима их работы и специфическому построению цепи, соединяющей вход УПЧ с выходом преобразова- f теля частоты. Малошумящие. каскады УПЧ на биполярных транзисторах 11 надо строить по схеме ОЭ-ОБ. При этом транзисторы должны i 300 иметь/у21>3/п. Напряжение на коллекторе и ток коллектора мало влияют на коэффициент шума каскада, и их надо выбирать, исходя из требований обеспечения максимума усиления каскада. Цепь, соединяющая вход УПЧ с преобразователем частоты, может быть выполнена в виде одноконтурной схемы с автотрансформаторным подключением к контуру выхода преобразователя частоты и входа первого каскада УПЧ (рис. 6.11). Подбором в такой схеме коэффициентов включения гпс = Uc/U и т. = UJU можно снизить коэффициент шума каскада. Оптимальным с точки зрения величины коэффициента шума является Шг = 1. .При рассмотрении шумовых свойств вхбдных каскадов УПЧ различают два [ режима их работы: режим согласования "f! Рис. 6.11. Эквивалентная схема входной цепи каскада УПЧ. И режим оптимального рассогласования. Наилучшие свойства получаются при втором режиме работы. В режиме согласования коэффициент шума больше, но источник сигнала согласован с нагрузкой, что может оказаться полезным при наличии фидера между преобразователем частоты и входом УПЧ. Кроме того, в этом режиме коэффициент усиления входного каскада больше. Режимы работы определяются величиной коэффициента включения /Пс. Режиму согласования соответствует moygiiigc- (6.71) Коэффициент шума каскада, включенного по схеме с ОЭ, в режиме согласования [6, 8] Лс = I + (-б + 4/?ш) 11 + 1Сш (1 + ГбЫ + rbUVg,,, (6.72) Ош « 20/к/В; « 20/k/F2iP. (6.73) (6.74) Коэффициент шума каскада, включенного по схеме с ОЭ, в ре-, жиме оптимального рассогласования Л?рс = 1 + 2[/-бС„, -f /?„,и -f (б + /?ш)сопт1, (6.75) Яс опт = V[G„-f r,fc!,+/?,„gf,]/(Гб + RJ; (6.76) f«conT=VgconT/gc< 1- (6-77) Выигрыш в уменьшении коэффициента шума, даваемый режимом оптимального рассогласования при биполярных транзисторах, от носительно мал. в усилительных каскадах с полевыми транзисторами в схеме включения с ОИ наименьший коэффициент шума дает режим оптимального рассогласования, при котором Шс = Vgo отШс- Коэффициент шума такого каскада в режиме оптимального рассогласования равен N,= l2R,,(g„ + gii)yi + {g. + gJlRu.{gK + giif> (6.78) где /?ш = g2il 21 Г - шумовое сопротивление полевого транзистора; л; 0,12 (сопСзи)! 1 - шумовая проводимость емкостной связи между затвором и истоком. Вход S.SK RZ В,8К 4 700 RS 750 II- 47011 9,1 к " J± J Рис. 6.12, ИС К2УС241. 0,0}i Принципиальная выход схема одноконтурного каскада УПЧ на При этом ёГс опт = (g« + gll) V i + {g,, Л- gyMR (g« -\-giif. Следует иметь в виду, что в режимах согласования и "оптимального рассогласования эквиаалййтнве затухание-«ыхо-диого контура da = d -1- 1uXM.mlg + mlgn) (6.79) получается значительным и полоса прояускадая широкой Поэтому в приемнике с диодным преобразователем «иетоты влиянием полосы входной цепи УПЧ на частотную характеристику УПЧ в первом приближении можно пренебречь. Применение коррекции или нейтрализации в малошумящих каскадах УПЧ нежелательно, поскольку это может увеличить коэффициент шума. В первых малошумящих каскадах УПЧ рациональны каскодные соединения транзисторов ОЭ-ОБ или ОИ-03. Коэффициент шума каскодного соединения незначительно отличается от коэффициентов шума каскадов, включенных по схеме ОЭ или ОИ соответственно. Поэтому коэффициенты шума каскодных соединений можно рассчитывать по формулам (6.72) и (6.75) или (6.78). 302 Пример 6.3. Рассчитать коэффициент шума каскада на ИС К2УС241 в режимах согласования Лс и оптимального рассогласования iVpc. Исходные данные. Усилитель собран по схеме, приведенной на рис. 6.12, и настроен на частоту ./п = 30 МГц, = 20 • 10- См, /Иа = 1. Расчет. 1. Определяем режим работы ИС на постоянном токе, а также значения параметров транзистора Т1, отвечающие этому режиму. Согласно примеру 6.2 (см. § 6.7) /к = 2,5 мА; Ki = 60 мА/В; fTji = 1,2 • Ю- См; = 2я/пСи = 2я.ЗО • 10« • 30 • IQ-i = = 5,6 • 10-3 См. . 2. Вычисляем значения шумовых параметров (6.73) и (6.74): Сш = 20 • 2,5 • 10-3/50 = 10-« См, /?ш = 20 • 2,5 • lOW х X 10-* = 14 Ом. 3. Определяем коэффициент шума в режиме согласования (6.72), считая = 50 Ом, iVc = 1 + (50 + 4 • 14).1,2 . 10-« + 110-» (1 -f 50 . 1,2х X 10-»)« -f 50 (5,6 • 10-»)2]/1,2 • 10-8 = 3,4. Вычисляем коэффициент включения (6.71) тс = 1/1,2.10-«/20.10-* = 0,25. 4. Находим коэффициент шума в режиме оптимального рассо- гласования по (6.75). Предварительно вычисляем = V[ 10-*-f 50(5,6.10-*)+ ~* + 14(1,2.10-«)]/(50+ 14) = 6,4.10-" См. Тогда iVpc==:i + 2 [50-10-=* Ч 14 -1,2-10-=* -f (50+ 14)6,4.10-*] = 2,0; , = Уб,4.10-3/20-10-3 = 0,56. Полученные значения коэффициента шума показывают, что режим оптимального рассогласования в рассматриваемом случае может обеспечить выигрыш в чувствительности УПЧ. Однако при этом не надо забывать, что переход к режиму оптимального рассогласования ведет к потере усиления. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Радиоприемные устройства. Под ред. И. В. Боброва. М., «Сов, радио», 1971. 2. Радиоприемные схемы на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет. Под ред. Р. А. Валитова, А. А. Куликовского. М., «Сов. радио», 1968. 3. Расчет радиоприемников. Под ред. И. В. Боброьа. М., Воениздат, 1971. .Авт.: Н. В. Бобров, Г. В. Максимов, И. В. Мичурин, Д. П. Николаев. 4. Шапиро Д. Н. Расчет каскадов транзисторных радиоприемников. Л., «Энергия», 1968. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 [ 49 ] 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 |