Проектирование контура гетеродина

Расчет контура гетеродина производится в следующем порядке.

1. Разбивка общего диапазона рабочих частот на поддиапазоны

Определяется коэффициент перекрытия поддиапазона k _пд входного контура.

, (16)

где C _эmax= C _max + С_пост ; C _эmin = C _min + С _пост – соответственно, максимальная и минимальная результирующие емкости контура, пФ; С _пост – составляющая емкости сигнальных контуров.

Диапазоны возможных значений С_пост приведены в табл. 3.

Таблица 3

Диапазон волн	Километровые	Гектометровые	Декаметровые	Метровые
Длины волн	10…1 км	1000… …100 м	100…10 м	10…1 м
Диапазон частот, МГц	0,03…0,3	0,3…3	3…30	30…300
Спост, пФ	60…90	40…60	30…45	25…35

 

В табл. 4 представлены примерные значения емкостей переменных и подстроечных конденсаторов, требуемые для различных диапазонов частот.

Таблица 4

Диапазон частот, МГц	Емкость конденсатора переменной емкости, пФ	Емкость подстроечного конденсатора, пФ
C min	C max	C пmin	C пmax
0,03…0,3	15…30	450…750	2…5	15…25
0,3…3	12…25	250…500	2…3	10…20
3…30	7…15	50…250	2…3	8…13
30…300	3…7	10…50	0,6…1,5	2…5

 

В соответствии с таблицами С _пост=60 пФ, C _min=12 пФ, C _max=250 пФ,

C _пmax=10 пФ, C _пmin=3 пФ

C _эmax= C _max + С_пост = 310 пФ; C _эmin = C _min + С _пост= 72 пФ

=

Разбивка на поддиапазоны общего диапазона частот требуется, если выполняется неравенство

Следовательно разбивка на поддиапазоны не требуется.

Рассчитываются граничные частоты поддиапазонов контуров гетеродина по формулам:

f _minг = f _min + f _пр; (17)

f _maxг = f _max + f _пр. (17а)

f _minг=0,15+0,11=0,26 МГц; f _maxг=0,41+0,11=0,52 МГц

По формуле (18) рассчитывается коэффициент перекрытия поддиапазона гетеродина.

(18)

2. Рассчитываются значения емкостей С ₃, С ₂ и С _1э, входящих в состав контура входной цепи радиоприемника.

Подстроечный конденсатор С ₃ со средней емкостью С _п.ср служит для выравнивания начальной эквивалентной емкости контура. Значение С _п.ср рассчитывается по формуле:

= , (19)

где С _пmin и С _пmax – соответственно, минимальная и максимальная емкости подстроечного конденсатора. Их значения берутся из табл. 4.

Значение емкости С ₂ рассчитывается по формуле [36]:

, (20)

где С _v = C _max – C _min – переменная часть емкости конденсатора переменной емкости; k _пд – коэффициент перекрытия поддиапазона С _v=238 пФ

Коэффициент H_С представляет отношение производных от емкости настроечного конденсатора переменной емкости С по управляющему параметру х при минимальной f_{i min} и максимальной f_{i max} частотах поддиапазона:

. (21)

=95. (22)

=84,7 пФ

Значение емкости С _1э рассчитывается по формуле:

(23)

где ;

3. Рассчитываются значения С_{3 г.} и С_1э.г.

С _1э.г = С _1э=0,57 пФ; (24)

С _2г = С ₂=84,7 пФ; (25)

С _3г = С _к.гmin – =6,5 пФ, (26)

где

= ; (27)

; (28)

; (29)

С _min и C _max – минимальная и максимальная емкости КПЕ.

Величина емкости дополнительного конденсатора С _1г рассчитывается по формуле:

С _1г = С _1э.г – С _м – С_L= С _1э.г + С _пост=0,57+60=60,57 пФ, (30)

где С _ми С_L – емкости монтажа и катушки индуктивности соответственно.

4. Рассчитывается необходимая индуктивность контура гетеродина на минимальной частоте поддиапазона f_{i гmax}, мкГн:

= , (30)

где f _гmax выражается в МГц; С _к.гmin – в пФ.

5. Рассчитывается допустимый коэффициент включения p _2г контура в коллекторную цепь усилительного прибора:

(31)

где U _ткmax – максимальное значение амплитуды напряжения на коллекторе транзистора; I _ткmin – минимальная амплитуда первой гармоники коллекторного тока (при минимальной температуре эксплуатации, минимальном значении параметра h _21Е на минимальной частоте); – отношение наибольшего значения напряжения на коллекторе транзистора к наименьшему значению; r _э.к – минимальное значение сопротивления эквивалентного колебательного контура.

Значение k_U находится из следующего выражения:

(32)

где – относительное отклонение тока эмиттера вследствие отклонения коэффициента усиления тока эмиттера от среднего значения до максимального;

– относительное отклонение тока эмиттера вследствие повышения температуры окружающей среды от 20 °С до наибольшего значения ;

b 0,1¼0,15 – параметр стабилизации эмиттерного тока b=0,1;

k _пд.г – коэффициент перекрытия поддиапазона контура гетеродина.

Величины и рассчитываются по формулам:

(33)

(34)

где R ₁ и R ₂ – сопротивления делителя, включенного в цепь базы транзистора; R _э – сопротивления нагрузки в цепи эмиттера; I _э 1¼10 мА – постоянная составляющая тока эмиттера при отсутствии генерации, среднем значении h _21б и комнатной температуре; D T = – 20 °С – температура перегрева транзистора; t = 7 для кремниевых транзисторов.

Величина тока эмиттера I _э, А, задается соотношением

(35)

где U _кэ.р = (U _п – 1)/2 – среднее напряжение на переходе коллектор-эмиттер, определяющее рабочую точку транзистора, В; P _вых = (0,5¼0,7) P _кmax – величина выходной мощности, рассеиваемой в нагрузке, Вт; U _п – напряжение источника питания, В, которое определяется из выражения

U _п = (0,6¼0,8) U _кэmax=15В.

Выбирается ближайшее стандартное значение U _п из ряда: 5,0; 6,0; 9,0; 12,6; 15; 24; 27 В.

Исходя из формулы определения значения тока насыщения I _к.н. (рис.5), находим значения R_э и R_к:

(36)

Отсюда (37)

Значение сопротивления делителя R ₂, Ом, можно оценить по формуле:

(38)

где номинальное значение тока базы I _б.р. оценивается из соотношения:

.

Величина сопротивления резистора R ₁, Ом, рассчитывается по формуле:

. (39)

Значение максимального значения амплитуды напряжения на коллекторе транзистора U _ткmax, В, рассчитывается по формуле:

U _ткmax = 0,9(U _п – I _эmax R _э – 0,5)=0,9(15-13,1*10^-3*200-0,5)=11,6 В. (40)

Величина I _эmax рассчитывается из выражения:

(41)

Значение I _ткmin рассчитывается по формуле:

(42)

Величина сопротивления эквивалентного колебательного контура r _э.к, Ом, рассчитывается по формуле:

(43)

где L _к.г – индуктивность катушки контура гетеродина, мкГн; f_{i гmin} выражается в МГц; Q _э – добротность эквивалентного контура.

Величина Q _э рассчитывается из выражения:

(44)

где Q _к – конструктивная добротность контура (заданная в ТЗ).

6. Вычисляется величина индуктивности L _2г, подключаемой к коллекторной цепи транзистора:

, (45)

где k _св 0,9 – коэффициент связи между катушкой L _2г и всей катушкой контура (кроме L _1г).

7. Рассчитывается коэффициент включения контура в цепь эмиттер-база p _1г, необходимый для получения выбранного значения U _тэmin (в пределах 0,05…0,10 мВ):

(46)

8. Вычисляется индуктивность L _1г:

(47)

9. Рассчитывается разделительная емкость С _рг, пФ:

= (48)

где I _ткmin выражается в мА, U _тэmin – в мВ, f_{i гmin} – в МГц.

10. Рассчитывается емкость блокировочного конденсатора С _бл:

(49)

11. Рассчитывается емкость С _рк, пФ:

(50)

где f_{i г min} выражается в МГц.

12. Расчет коэффициента усиления каскада по напряжению:

Без обратной связи. Для каскада, включенного по схеме с ОЭ, на средних частотах коэффициент усиления по напряжению определяется формулой:

где

С учетом обратной связи. Для каскада, включенного по схеме с ОЭ, коэффициент усиления по напряжению с учетом обратной связи определяется формулой: