1153

Расчёт смесительного каскада

Практическая работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Найдем частоту гетеродина и расположим частоты каналов приёма в линейном режиме преобразования частоты и, соблюдая масштаб, сделаем график спектра. Проходная ВАХ транзистора КТ321В. Рассчитаем значения амплитуды первой гармоники тока коллектора. Методом пяти точек вычисляют шумовые параметры транзистора в смесительном режиме.

Русский

2013-01-06

249.5 KB

8 чел.

Министерство образования и науки Украины

Запорожский национальный технический университет

Кафедра РТТ

Расчётное задание №2

Расчёт смесительного каскада

Выполнил     студент группы РП-217   Нечет А.О.

Принял           Гулин С.П.

 Запорожье 2010

РАСЧЁТНОЕ ЗАДАНИЕ №2

Тема: Расчёт смесительного каскада

Методика выполнения расчётного задания:

1. По заданным fнес = 61 МГц и fпр = 23 МГц; найдём частоту гетеродина и расположим частоты каналов приёма  в линейном режиме преобразования частоты и, соблюдая масштаб, сделаем график спектра:

2. Для простоты расчёта ВАХ iк(Uбэ) и iб(Uбэ) аппроксимируем так:

iк = is*(eγUбэ-1), іб = 0,01*ік. Построим графики этих ВАХ:

Рис. 1 Входная ВАХ транзистора КТ321В

Рис. 2 Проходная ВАХ транзистора КТ321В

3. Амплитуда напряжения гетеродина  Umг = 0.5*(Uбэmax-Uбэmin)     (5)

(смещение равно Uбэ0)

Umг = 0.5·(0,85 – 0,81) = 0,02 В

Получим 5 значений тока и напряжения:

Іб, мкА

Uбе, В

20

0,81

28

0,82

39

0,83

55

0,84

78

0,85

Ік, А

Uбе, В

0,03

3

0,6

3,5

0,18

4,25

0,24

4,5

0,36

4,75

4. Рассчитаем значения коллекторного и базового тока:

Iko = (ik1+2(ik2+ik4)+ik5)          (6)

Iko = (0,03 + 2(0,6 + 0,24) + 0,36) = 0,345 А

Iбo = (іб1+2(iб2+iб4)+iб5)            (7)

Iбo = (20 + 2(28 + 55) + 78) = 44 мкА

5. Рассчитаем значения амплитуды первой гармоники тока коллектора:

Ik1 = (Ik1+ik2-ik4-ik5)   (8)

Ik1 = (0,03 + 0,60,24 – 0,36) = 0,01 А

6. С помощью программы для ЭВМ или вручную рассчитываем значения У – параметров транзистора для токов коллектора iк1… iк5. При этом У11и У21 нужно находить на сигнальной частоте fc, а У12 и У22 – на промежуточной частоте:

7. Методом 5 точек вычисляем У11п и У22п как постоянную составляющую У11 и У22, а У21п, У12п – как половины амплитуд первых гармоник У21 и У12 (формулы аналогичны соответствующим формулам Ik0 и Ik1 в п. 3). Кроме того, находят У21о как постоянную составляющую У21.

8. Для токов iк1… iк5 – находим шумовые параметры транзистора

   Rш=rб+20*ik/(Y21)2     и       Gш=rб|Y11|2+20*ik/βo    (9,10)

9. Методом пяти точек вычисляют шумовые параметры транзистора в смесительном режиме Rшп  Gшп как постоянные составляющие Rш и Gш.

10. Gсм г=, является активной проводимостью, представляющей вход смесителя со стороны эмиттера и учитывающей поглощение мощности от гетеродина транзистором, работающим в смесительном режиме (ввиду большой величины Gсм г ёмкостной составляющей входной проводимости смесителя со стороны эмиттера обычно можно пренебречь).

Gсм г=      (11)

Для того чтобы обратная связь по току на сигнальных частотах приводила к уменьшению резонансного коэффициента преобразования смесителя не больше, чем в 1+m раз, необходимо, чтобы резистор удовлетворял такому условию:

1+So·Rэ1 ≤ 1+m, то есть     (12)

Rэ1 ≤         (13)

(Здесь So = |Y21o|).

Для схемы на рис. 3 рассчитывается Ссв.г, при котором обеспечивается найденное в п. 3 значение Uг на участке эмиттера - общий провод. При расчёте следует полагать Ег = 3 В, Rг = 100 Ом. Для того, чтобы рассчитываемая ёмкость Ссв.г не получалась отрицательной,  а также для того, чтобы бесполезно расходуемая в Rэ1 мощность гетеродинного напряжения не была слишком большой, обычно полагают Rэ1 = (0,5…2)/Gсм.г. Исходя из этого, по (12) находится m, необходимое в (12) и (13) при вычислениях коэффициента преобразования Кпр.

m ≥

В схеме на рис. 4 можно считать коэффициент индуктивной связи между катушками k = 0.6 равным заданному в первом расчётном задании. Для нахождения индуктивностей катушек трансформатора следует определить величину индуктивного сопротивления Х4 катушки L4 из условия

         (14)

Ом

Это условие достаточно для того, чтобы глубина обратной связи по току сигнала на сопротивлении, имеющемся между точками А и Б в схеме варианта Б, настолько мала, что коэффициент преобразования смесителя из-за нее уменьшится не более, чем (1+m) раз относительно своего значения при коротком замыкании точек А – Б при любом соотношении Rн/Хш. Затем рассчитывается величина индуктивности катушки L4:

      (15)

Обычно полагают m = 0,1-0,2.

Гн

На высоких сигнальных частотах fc величина L4 может оказаться настолько малой, что её нельзя реализовать (меньше 1 витка). Если L3 и L4 – катушки без ферромагнитных сердечников (К≤0,5), то L4min=0,05 мкГн, а с ферромагнитными сердечниками L4min в µэо раз больше.

Если полученное по (3) L4< L4min, то на практике приходится либо перейти в схеме связи с гетеродином в варианте А, либо допустить большее m, чем было положено раньше.

После нахождения Х4 рассчитывается индуктивное сопротивление катушки L3, обозначенное Х3:

      (16)

Здесь D = 1-2·n2·Rг·Gсм.г ;   n = ;   

D =

Е = 2· (n/k)2 =

F = 1+(1+k2)2·(X4·Gсм.г)2 = ;   

σ =

Ом

Для двух значений Х3, получаемых по (15), находим два значения

L3 = X3/wг и принимаем более удобное конструктивно.

Гн

          (17)

Гн

Выбираем первое значение индуктивности катушки L3.

Реализуемую глубину обратной связи по току можно найти так:

            (18)

где ;      Ом     (19)

 Ом         (20)

Далее производится расчёт устройств связи с ФСС.

У пьезоэлектрических фильтров при расстройках, превышающих некоторую величину, ослабление с увеличением расстройки не возрастает. Оно часто оказывается недостаточным для фильтрации напряжения гетеродинной частоты. Поэтому ряд пьезоэлектрическими фильтрами включают колебательный контур, создающий дополнительное ослабление колебаний с частотой fг и одновременно служащий трансформатором проводимостей, обеспечивающим согласование на входе ФСС. Чтобы этот колебательный контур не вносил заметных линейных искажений сигнала (не сужал общую полосу пропускания каскада относительно полосы пропускания ФСС), его полоса пропускания

П0,7 = δэ·fпр       (21)

δэ = 0,046 fпр = 10 МГц

делается хотя бы в m = 3…5 раз шире полосы пропускания ФСС. Для относительно узкополосных кварцевых фильтров при реальных δэ оказывается m>>1 (порядка десятков).

П0,7 = 3·0,046·107 = 1,38·106 Гц

Расчёт L, C, P1 и P2 может быть произведён в следующем порядке.

  1.  Находится приближённо значение С'min минимальной ёмкости контура LC, состоящей из паразитных ёмкостей:

C’min = CL+CM+(0.2…0.5)·(C22ПЧвх)  (22)  

Здесь CL = 3 пФ и CM = 5 пФ – межвитковая ёмкость катушки и монтажная ёмкость, о выборе которых сказано в задании №1.

Свх = 12 пФ – входная ёмкость ФСС. C22ПЧ = 8 пФ – выходная ёмкость транзистора смесителя.

Ф

C’min =  Ф

  1.  Оцениваем полную ёмкость контура

      (23)

Ф

(чем выше промежуточная частота fпр, тем меньше коэффициент).

  1.  Находится индуктивность контура

   (24)

Гн

и его резонансная проводимость      (25)

(δо = 0,013 берётся равным указанному в первом задании).

См

  1.  Принимается δэ = 4·δо, находится полоса пропускания      (27)

колебательного контура П0,7 = δэ·f при сравнивается с полосой ФСС ПФСС.

δэ = 4·0,013 = 0,052 П0,7 = 0,052·56·107 = 29,12·106 Гц      (28)

П0,7 ≥ 4·ПФСС 29,12·106 > 5,52·106 

Если П0,7 ≥ 4·ПФСС, то дополнительные линейные искажения сигнала будут пренебрежимо малыми, и по формулам:

    ;   (28)

    ;       (29)

обеспечивающим согласование на входе ФСС, находятся коэффициенты включения контура к коллектору транзистора и ко входу ФСС

(Gвх.ф – его входная проводимость). Если же неравенство П0,7 ≥ 4ПФСС не выполняется, то следует взять и рассчитать δэ, Р1см, Р2см.

5. Затем рассчитываем реализуемое значение ёмкости контура

  (29)

Ф

и находим ёмкость конденсатора С, включаемого контура

     (30)

Ф

6. При использовании варианта связи выхода ФСС с каскадом УПЧ конденсатора связи Ссв, при котором достигается равенство активных проводимостей справа и слева от сечения, совпадающего с выходом ФСС, может быть рассчитан так:

    (31)

Здесь   ;    ;     (32)  (33)

gвх и С11 – входная активная проводимость и ёмкость каскада (их можно принять равными соответствующими величинам для УСЧ, рассчитанного в первом задании).

Ф

Следует отметить, что равенство активных проводимостей на выходе ФСС не является согласованием в этом сечении, так как остаются нескомпенсированной выходная ёмкость ФСС Свых.ФСС да и справа от выхода ФСС оказывается включённой ёмкость

    (34)

где               (35)

Ф

Поэтому на практике такую простую схему связи выхода ФСС со входом УПЧ можно применять лишь тогда, когда проводимость этих ёмкостей гораздо меньше активных проводимостей в этом сечении, то есть при

    (36)

(это неравенство следует проверить). Кроме того, вариант может быть использован только тогда, когда  

7. Полное согласование выхода ФСС со входом УПЧ может быть достигнуто при использовании варианта схемы связи выхода ФСС со входом УПЧ (индуктивная связь). Для расчёта L1 и L2 можно использовать следующую методику.

Сначала вычисляются   ;         (37)   (38)

   (39)

чтобы рассчитываемая индуктивность была положительной, необходимо . Если , нужно уменьшить путём включения ко входу УПЧ конденсатора ёмкостью Сдоб. При этом в формулах  и  величину b11 заменяют на , а для нахождения  задают некоторые  и вычисляют , откуда . Новое значение  по нему рассчитывают .

Ом

Затем рассчитывают минимальный коэффициент связи между L1 и L2 

  (40)

при котором возможно согласование выхода ФСС со входом УПЧ, и принимают . Если по (40) , следует уменьшить  описанным выше способом.

Примем К = 0,5.

После этого находим L1 и L2 :

   (41)

где             .

    (42)

где         (43)

 

Гн

принимаем L2 = 21 мкГн.

Ом

Гн

8. Для обеих схем согласования коэффициент передачи напряжения с выхода ФСС на вход УПЧ (то есть коэффициент трансформации напряжения устройством связи) рассчитывается так:

   (44)

Поэтому резонансный коэффициент преобразования смесительного каскада, равный коэффициенту преобразования с базы на вход ФСС, уменьшенному на коэффициент передачи по фильтру q = 0,81 и коэффициент трансформации n = 3,213, вычисляется так:

   (45)

9. Электромеханические фильтры (ЭМФ) имеют монотонно спадающую АЧХ, поэтому у них на входе обычно не ставят колебательный контур LC. Так как обычно , для получения согласования на входе ФСС включают шунтирующий резистор

     (46)

Ом

10. Согласование на выходе ФСС достигается при ёмкости конденсатора связи Ссв, рассчитанной по (31). Ёмкость конденсатора С,вых  находится так:

    (47)

где Свых – ёмкость, настраивающая в резонанс на промежуточную частоту выходную катушку индуктивности ФСС, а Сэкв по (34):

Ф

11. Ёмкость конденсатора С,вх вычисляют как разность между Свх (ёмкость настраивающая в резонанс входную катушку индуктивности ФСС) и С22П:

    (48)

Ф

12. Согласование на входе ФСС получается при ёмкостях С1 и С2, удовлетворяющих следующим соотношениям

             (49)

         (50)

Ф

Ф

13. Для обоих вариантов связи выхода ЭМФ со входом УПЧ устройство связи обладает коэффициентом передачи

Резонансный коэффициент преобразования смесителя с ЭМФ:

    (51)

14. Расчёт Сэ может быть проведён из следующих соображений:

1) Для того, чтобы даже на промежуточной частоте (точной – не меньшей из fc и fпр) было . Нужно

     (52)

Ф

     2) Для того, чтобы отрицательная активная составляющая входной проводимости каскада, обусловленная конечной величиной и равная

    (53)

См

3) Для того, чтобы резонансный коэффициент передачи каскада из-за обратной связи по току, возникающей из-за конечной величины сопротивления Сэ уменьшался не больше в 1,05 раз, нужно

     (54)

Ф

Принимается большее из значений: Сэ = 6 нФ.

15. Активная составляющая входной проводимости смесителя состоит из входной активной проводимости транзистора в режиме короткого замыкания (при необходимости - с учётом Rб1 и Rб2), активной проводимости gвн.см, вносимой на вход через проходную проводимость Y12П транзистора в смесительном режиме и активной составляющей входной проводимости каскада gвх.ос, появляющейся от того, что цепь между общим проводом и эмиттером, не смотря на выбор достаточно большой ёмкости Сэ и малых Rэ1 и L4 обладает конечным сопротивлением:

 (55)

На частоте рабочего канала приёма (то есть на несущей частоте сигнала fc)

Здесь  для пьезофильтра с колебательным контуром на входе: как и для ЭМФ

gвх.ос вычисляется по (53):

См

См

16. Усиление по мощности транзистора смесителя

    (56)

Здесь  - резонансный коэффициент преобразования транзистора смесителя с базы на коллектор, а  - входная активная проводимость фильтра промежуточной частоты, то есть, цепей, включённых к участку коллектор-эмиттер смесителя. Для пьезофильтров

    (57)

где  - по (51)

    (58)

q – коэффициент передачи ФСС по напряжению, (здесь  - собственная проводимость контура LC на входе пьезофильтра).

См

и  находятся так:

   (59)

См

для пьезофильтров  

  (60)

- для LC – контура;

См

для ЭМФ

   (61)

См

ФСС для пьезофильтров вычисляется так:

   (62)

Для ЭМФ

   (63)

- коэффициент передачи ФСС по напряжению;

- коэффициент передачи ФСС по мощности:


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

31058. Россия в 17в. – хоз-во, общество, политич строй и гос управление 31 KB
  Все население можно разделить на 2 группы: служилые слоинесли ту или иную форму гос службы и тяглое населениесодержали их платя налоги и исполняя повиности. Бояре занимали высшие гос должности обладали крупными вотчинами и поместьями. Существовало 2 периода в развитии русской госвенности 17в.
31059. Воспалительные поражения (сиалоадениты) слюнных желез 22.43 KB
  Сиалоаденит может быть самостоятельным первичным но чаще является осложнением или существенным проявлением какоголибо другого заболевания вторичный сиалоаденит. По течению выделяют острый и хронический сиалоаденит. По этиологии выделяют вирусный бактериальный грибковый сиалоаденит.
31060. Эпидемический паротит (свинка) 14.68 KB
  Входными воротами являются слизистые оболочки полости рта носа глотки с развитием последующей вирусемии и фиксацией вируса в слюнных и других железах. В слюнных железах вирус размножается и отсюда выделяется со слюной.
31061. Поздние осложнения диабета 17.57 KB
  Наличием диабета обусловлена высокая частота инфарктов миокарда инсультов и случаев гангрены пальцев ног или стопы. Установлено что рядом с геном кодирующим синтез инсулина расположен участок ДНК Uаллель постоянный генетический маркер предрасположенности к атеросклерозу не только у больных диабетом I и II типов но также и у лиц без диабета. Однако у больных диабетом наследственная предрасположенность к атеросклерозу реализуется чаще чем у лиц без диабета.
31062. Цитомегаловирусный сиалоаденит 14.33 KB
  При локализованной форме чаще поражаются околоушные железы где вирус фиксируется в ацинарных и протоковых клетках и может существовать в виде латентной инфекции. Макроскопически слюнные железы увеличены. В исходе локализованной формы цитомегаловирусного сиалоаденита как правило в той или иной степени развивается склероз слюнной железы.
31063. Атоиммунные поражения при ревматических болезнях, активном хроническом вирусном гепатите и струме Хашимото, синдроме Шегрена и синдроме Микулича (сухой синдром) 15.9 KB
  Особую группу заболеваний слюнных желез составляют аутоиммунные поражения при ревматических болезнях активном хроническом вирусном гепатите и струме Хашимото синдроме Шегрена и синдроме Микулича сухой синдром. Для сухого синдрома Шегрена характерно поражение всех слюнных желез что сопровождается ксеростомией сухость слизистой оболочки рта слезных желез с развитием ксерофтальмии и суставов с формированием полиартрита. Для синдрома Микулича характерно поражение больших и малых слюнных желез и слезных желез которые увеличиваются и...
31064. Кисты слюнных желез 14.87 KB
  Кисты слюнных желез. Кисты чаще развиваются в малых слюнных железах. Различают ретенционные и слизистые кисты. Микроскопически стенка кисты представлена соединительной тканью выстлана уплощенным эпителием.
31065. Реактивные опухолеподобные поражения слюнных желез 14.91 KB
  К реактивным опухолеподобным поражениям слюнных желез относят: доброкачественное лимфоэпителиальное поражение сиалоз онкоцитоз некротизирующую сиалометаплазию. Эти поражения проявляются увеличением в размерах слюнных желез чаще околоушных и имеют сходную клиническую картину с опухолями. Функциональная роль онкоцитов в слюнных железах а также в некоторых других органах щитовидная и околощитовидная железы окончательно не определена.
31066. АДЕНОМЫ 21.28 KB
  Значительное присутствие разбросанных миоэпителиальных клеток анастомозирующих между собой можно отметить только среди миксоидноro компонента опухоли не имеющего никакого отношения к строме. В этих двух разновидностях плеоморфной аденомы можно выделить три типа эпителиальных клеток. Первая группа клеток мелкими клетками с гиперхромными ядрами. Второй тип клеток светлыми клетками овальной или округлой формы они образуют мелкие и крупные комплексы или альвеолярные структуры.