I. Выбор числа поддиапазонов и их границ:

1) коэффициент перекрытия: = 8/3 = 2,67

2) число поддиапазонов = 1, т.е. можно не разбивать на поддиапазоны.

3) крайние частоты с запасом (1-3) %: f `min = 2,9 МГц; f `max = 8,2 МГц

4) коэффициент перекрытия с запасом = 2,83

II. Расчет входной цепи (ВЦ):

При выборе структурной схемы решено применять одноконтурную ВЦ. Известно [1, стр.157], что внутриемкостная связь с антенной, хотя и дает высокую избирательность и достаточно большой коэффициент передачи по напряжению, но имеет большую неравномерность параметров по диапазону, например, при коэффициент передачи меняется пропорционально квадрату частоты - эта связь используется в низкокачественных приемниках; при коэффициент передачи примерно постоянный, но зависит от емкости антенны, и для антенн с малой емкостью (малогабаритных) имеет низкое значение.

Наибольшее распространение в заданном диапазоне получила ВЦ с индуктивной связью с антенной, работающая в режиме удлинения . При этом коэффициент передачи падает с частотой, но, т.к. коэффициент передачи УРЧ растет с частотой, то в целом для преселектора он изменяется мало. Таким образом, применяем схему ВЦ с индуктивной связью с антенной и транзистором [1, рис.4.7], работающую в режиме удлинения.

Исходные данные для расчета: f `min = 2,9 МГц; f `max = 8,2 МГц;

f пр = 465 кГц; полоса пропускания П=1,8 кГц;

эквивалентные емкости: С э = (46…249) пФ;

параметры антенны: R_А= 20-500 Ом - принимаем 400 Ом

L_А= 20 мкГн

С_А= 50-300пФ

1) Выбор конденсатора переменной емкости КПЕ: согласно выбранной структурной схеме необходим трехсекционный КПЕ; для диапазона 1,5-6 МГц емкость КПЕ выбирается [2] в переделах 4.8 - 150…250 пФ. Выбираем С min = 7 пФ; С max = 210 пФ.

2) Емкость схемы:

= (210-2,83*2,83*7) / (2,83*2,83-1) =23пФ

3) Тогда для выбранного блока конденсаторов индуктивность контура:

=2,53*10⁴* (2,83*2,83-1) / (8,2*8,2* (210-7) = 19 мкГн

4) Индуктивность катушки связи зависит от степени удлинения (т.е. от соотношения наименьшей частоты диапазона и резонансной частоты антенны), следовательно, выбираем коэффициент удлинения k_удл =1,8 (с учетом того, что с ростом k_удл падает коэффициент передачи ВЦ, хотя растет его равномерность в пределах диапазона, k_удл =1,2…2).

Индуктивность связи с антенной:

=2,53*10⁴*1,8*1,8/ (2,9МГц*2,9МГц*50пФ) =195 мкГн

5) Определяем коэффициент связи с антенной и коэффициент включения ВЦ к входу УРЧ для получения требуемого ослабления по ЗК (d_э=1/60=0,017) так, чтобы на f_мин и f_макс были равны суммы затуханий, вносимых антенной и входом УРЧ:

, где

=14,39

=

=0,04

0,04*v14,39=0,17

6) Коэффициент связи с антенной, обеспечивающий допустимую расстройку контура входной цепи (полагаем, что антенна и входная емкость УРЧ вносят одинаковую расстройку, причем, суммарная расстройка не превышает половины полосы пропускания.

,

где =f_мин /f_Амакс =2,9/1,61=1,8 f_макс/f_Амин =8,2/0,65=12,6

где f_Амин==0,159/v (195мкГн*300пФ) =0,65 МГц

f_Амакс==0,159/v (195мкГн*50пФ) =1,61 МГц

=0, 197

Конструктивно выполнимый коэффициент связи = 0,5-0,6

7) Выбираем k_свА min {k₁, k₂, k₃} = 0,16

8) Индуктивность связи с входом УРЧ выбираем так, чтобы она образовывала контур совместно с Свх транзистора, настроенный на частоту выше при верхней настройке гетеродина [1, стр.162] (Свх=20пФ для транзистора КТ312 с учетом работы каскада на высокой частоте):

=15,2мкГн

Принимаем =15 мкГн

9) Находим коэффициент связи между катушками L и L _свУРЧ, необходимый для получения m_вх:

k_свУРЧ==0,04*v (19/15) =0,045

10) Используемая в расчетах емкость контура Ск, помимо емкости переменного конденсатора С, включает в себя внесенные емкости антенной цепи и нагрузочного каскада, а также емкости катушки индуктивности и монтажа.

Емкость контурного конденсатора равна:

Сп = Ссх - См - С_L m_вх²*Свх = 23-10-5-0,04*0,04* 20=10 пФ,

где емкость монтажа С_М = 8-10пФ; собственная емкость катушки С_L = 4-10 пФ (для КВ) - [2, табл.2.11];

11) Рассчитываем для крайних частот коэффициент передачи входной цепи:

На f=2,6 МГц К_0ВЦ=0,16

На f=8,2 МГц К_0ВЦ=0,114

Таким образом, выбранный k_удл=1,8 дал достаточную равномерность коэффициента передачи ВЦ.

12) Определяем ослабление:

по ЗК (=2fп=,930МГц) = =14 =22,9 дБ (для достижения заданного еще необходимо 50-23=27дБ)

по СК == 1,009=0,078 дБ

(как и предполагалось, заданное ослабление 40дБ будет обеспечено в тракте ПЧ с ФСИ).

по каналу промежуточной частоты заданное ослабление 70дБ (3162,2раза).

=60* (0,465/8-8/0,465) = 1009

у _пч = m_прес * 10 log (1+²) = 2*10log (1+1009*1009) =120= 41,6 дБ,

что недостаточно.

Для того, чтобы получить необходимое ослабление 70дБ, необходимо в антенную цепь включить фильтр - пробку [2, стр.174], рассчитанный на fпч:

емкость конденсатора выбирается из Cф = (200….600) пФ = 500пФ

индуктивность =235 мкГн

III. Расчет УРЧ

В качестве нагрузки усилителя использован резонансный контур, значения элементов которого равны значениям элементов контура ВЦ: L_кУРЧ = 18 мкГн; С_кУРЧ = (7…210) пФ. Связь с входом следующего каскада трансформаторная. Коэффициент трансформации выбираем так, чтобы добротность контура позволила достичь ослабление ЗК не менее 27 дБ, т.е. Qэ= 85 (Qк = 110).

Сопротивление контура:

собственное = 110*6,28*8,2МГц*19мкГн = 100 кОм

эквивалентное = 85*6,28*8,2*19=77 кОм

Пересчитанное сопротивление входного каскада УРЧ микросхемы:

Rвх м/сх=77*100 / (100-77) =335 кОм (Rэ= Rк // Rвх м/сх)

Коэффициент трансформации: N=v (R_{вх м/сх} / r_вх) = v (335/3) =10,5

Требуемый коэффициент усиления УРЧ:

==175

Реализуем выбранную ранее каскодную схему на транзисторах одной марки, и задаемся одним и тем же значением крутизны.

1) Задаем I к = 3 мА, тогда

, откуда: = 15/3 - 2-2= 1 кОм

2) =3*1 = 3 В, U_б1 = Uэ1 + Uбэ1 = 3+0.6=3,6 В

Выбираем сопротивления R₁ и R₂ делителя, задающего рабочую точку, исходя из значения тока, протекающего через делитель I_дел1 = 1 мА:

= 3,6В/1мА=3,6 кОм

R₁ = = (15-3,6) В/1мА=11,4 кОм

3) =3* (1+2) =9В

U_б2 = U_э2 + U_бэ2 =9+0,6=9,6В

I_дел2 = 1 мА

=9,6/1=9,6кОм

R₃ = = (15-9,6) /1=5,4кОм

4) Емкость блокировочного конденсатора:

Сэ=500/ (2*3.14*fмин*Rэ) = С₁=С2=500/6,28/2,4МГц/1 кОм =33 нФ

Для транзисторного усилительного каскада =35*53=1800, поэтому значение требуемого коэффициента усиления получаем с помощью неполного включения контура m=0.1

IV. Расчет согласующих элементов микросхемы и ФСИ

Выбираем фильтр, удовлетворяющий ТЗ, т.е. обеспечивающий ослабление по СК не менее 40 дБ.

В качестве такого фильтра может быть принят пьезокерамический фильтр на среднюю частоту 465 кГц ФП1П-60.01 (Приложение 3) имеющий относительное затухание при расстройке ?f ск = 9кГц, равное 50дБ.

Схема согласования:

Номинальное значение характеристических сопротивлений:

выходного w_б =2 кОм

входного w_к =3 кОм.

Показатель связи фильтра с усилителем:

=27,5,

где =2*0,01*465/2=4,65, d = 0,01 - конструктивное затухание контура. Индуктивность контурной катушки:

=0,01/ (3,14*465*10³*26,5*16,7*10^-6) =15,5мкГн,

где g₂₂ - выходная проводимость предыдущего каскада (выход микросхемы).

Индуктивности катушек согласующего трансформатора:

= 1,5*2*10³/ (3,14*465*10³*0,9*0,9) =2,53мГн,

где k₂ = 0,9 - коэффициент связи

=1,5/ (3,14*465*10³*0,33*10^-3) =3,1мГн

где g₁₁ - входная проводимость каскада УПЧ микросхемы (R_вхУПЧ=3кОм)

Коэффициент включения

=v (0,5* (28,5) 3*10^-3*16,7*10^-6) = 0,8.

Индуктивность катушки связи фильтра с контуром

= 15,5*10^-6* (0,8/0,9) ²=12,3мкГн

Емкость контура

=1/ (4*3,14*3,14*0,465*0,465*15,5) - 10=7,5нФ

V. Расчет контура на выходе УПЧ

Согласно типовым схемам к выходу УПЧ (вывод 7 микросхемы) необходимо подключить контур:

Емкость контура выбираем: Ск=1000пФ

Эквивалентная емкость: Скэ=Ск+Свых+См=1000+5+5=1010 пФ

Индуктивность:

=1/ (2*3,14*465) ²/1010=116мкГн

VI. Расчет контура гетеродина

Контур гетеродина, входящего в состав микросхемы, подключают как внешний элемент.

1) Этот контур должен перестраиваться в диапазоне частот с учетом запаса по перекрытию:

fгмин = fмин + fпч = 2,9 + 0,465 = 3,365 МГц

fгмакс = fмакс + fпч = 8,2 + 0,465 = 8,665 МГц

2) коэффициент перекрытия по частоте k_дГ= fгмакс / fгмин = 8,665/3,365 = 2,57

3) коэффициент перекрытия по частоте контура преселектора k_д=2,83 > 1,7, следовательно, число точек точного сопряжения - три.

=2,9*2,83^0.067 = 3109 кГц

=2,9*2,83^0.05 = 4879 кГц

=2,9*2,83^0.933 = 7654 кГц

4) схема сочетания контура преселектора и гетеродина (аналогичная схема применена в [4, рис.4, 19в])

5) расчет вспомогательных величин

a = (f₁+f₂+f₃) / f_мин = 5,394

b= (f₁* f₂+ f₂*f₃+ f₁* f₃) / f²_мин = 9,07

с= f₁* f₂*f₃/ f³_мин = 4,76

e=f_пч / f_мин = 0,16

d=a+2*e=5,72

j=0.5* (b*d-c) /e = 147,2

m=ad+e²-b+j=169

n= (e²*j+c*d) /m=0,18

Задаем С_1Г=10пФ (в нее входит емкость монтажа)

x=C_1Г-С₁=10

z = -x= (7+20) *2,83*2,83/147,2+10 = 11,47*10^-9

C_2Г =-x=1211 пФ

C_3Г= =11,6 пФ

подстроечный конденсатор емкостью 3…10 пФ)

6) Минимальная и максимальная емкости контура, соответствующие максимальной и минимальной частотам настройки гетеродина:

=

[1211* (20+7)] / (10+1211+7) +11.6= 38.2 пФ

=1211*297/ (1211+297) +11.6=250.1 пФ

Проверка правильности расчета:

Коэффициент перекрытия по частоте контура гетеродина через полученные емкости:

=v (250.1/38.2) =2,56

= (2,56-2.57) / (2.57-1) =0,01 < 0.05

7) индуктивность катушки гетеродина

=1/ (2*3,14*3,14*8.665) ²*38,2) =8 мкГн

Проверка диапазона частот гетеродина:

=3561 кГц

=9133 кГц

Погрешность сопряжения (при трех точках сопряжения) определяют по номограмме [5] для k_д=2,83 и fпч / f макс = 0,465/8.2 = 0,056: =0,15%, что удовлетворяет полученным результатам.

VII. Система АРУ

Согласно исходным данным необходимо обеспечить эффективность АРУ Д_{вх. сигн.,} дБ / Д_{вых. сигн.,} дБ = 80/12.

Используемая микросхема в своем составе имеет систему АРУ, построенную на базе двух усилителей постоянного тока: один управляет УРЧ, другой - УПЧ. Это позволяет создать двухпетлевое АРУ, применив два диодных детектора, которые построены согласно типовой схеме включения микросхемы [4, рис.4.13 г] Управляющие характеристики представлены на рисунках 4.15 а, б [4]. Из них видно, что можно достичь глубины регулировки усиления УПЧ более 60 дБ, УРЧ - более 40, что позволяет обеспечить требуемую эффективность.

Микросхема К174ХА2 предназначена для использования в радиовещательных супергетеродинных приемниках I-III классов с амплитудной модуляцией. Эта микросхема содержит следующие узлы: усилитель высокой частоты. двойной балансный смеситель с отдельным гетеродином и усилитель промежуточной частоты с АРУ. Ее функциональная схема и схема подключения приведены на рис.1 (1 - УВЧ; 2 - гетеродин; 3 - смеситель; 4 - УПЧ; 5 - УПТ АРУ УВЧ; 6 - УПТ АРУ УПЧ).

Puc.1

Основные технические характеристики

Конструктивно микросхема К174ХА2 оформлена в корпусе 238.16-1. Его габариты приведены на рис.2.

Puc.2

Предельные эксплуатационные данные

Размещено на Allbest.ru