Вибір типу детектора і його електронного приладу

При виборі типу детектора варто враховувати рід роботи, вид модуляції, переваги і недоліки різних схем, а також необхідна мінімальна напруга на його вході для роботи з мінімальними перекручуваннями.

У таблиця 1.13 приведені величини мінімальної вхідної напруги і коефіцієнта передачі напруги деяких типів детекторів. Сітковий і анодний лампові детектори застосовуються тільки в спеціальній апаратурі. Найбільш широке застосування знаходять лампові і напівпровідникові діодні детектори.

Застосовуються схеми як послідовного, так і рівнобіжного детектування. Однак схема послідовного детектування має більше поширення, тому що його вхідний опір вище, ніж у рівнобіжного. Рівнобіжний детектор застосовується звичайно в тих випадках, коли постійна складова струму детектора не може проходити через контур.

У сучасних професійних і радіомовних приймачах застосовуються детектори на напівпровідникових діодах. Особливістю напівпровідникових діодних детекторів, на відміну від лампових, є наявність зворотного струму при зворотних (замикаючих) напругах, тобто помітна зворотна провідність. Оскільки діодний характер звичайно працює при малих кутах відсічення, то він велику частину часу закритий і величина зворотного струму істотно впливає на його параметри, особливо на його вхідний опір. Для послідовного діодного детектора його вхідний опір

 

Таблиця 1.13

ПАРАМЕТРИ ДЕТЕКТОРІВ

 

Тип детектора	Амплітуда напруги на виході(UД ВХ)	Коофіціент передачі (kd)
Діодний(лінійний) Діодний(напівпровідниковій квадратичний) Сітковий (ламповий) Анодний(ламповий) Транзисторний Частотний с огранечителем Детектор відносин	0,5 0,1÷0,6 0,1÷0,9 0,5÷2,0 0,1÷0,3 2÷5 0,1÷0,5	0,6÷0,8 0,2÷0,4 - - - 0,6÷0,8 0,6÷0,8

 

детекторах на напівпровідникових діодах може застосовуватися як лінійний, так і квадратичний режими детектування.

При використанні напівпровідникових детекторів у транзисторних приймачах необхідно враховувати низький вхідний опір транзисторних підсилювачах низької частоти, що вимагає для зменшення нелінійних перекручувань застосовувати в детекторі малий опір навантаження.

У лінійному режимі ламповий і напівпровідниковий детектори мало відрізняються один від одного і застосовуються в основному в лампових і транзисторних професійних, а також радіомовних приймачах вищого, першого і другого класів.

Визначення необхідного посилення до детектора

Визначення необхідного посилення до детектора виробляється на кожнім піддіапазоні окремо, якщо вони повинні мати різну чутливість.

При прийомі на зовнішню антену в діапазонах довгих, середніх, коротких і ультракоротких хвиль чутливість звичайно задається мінімальною величиною (Е_А0) модульованого сигналу, що подається на вхід приймача через еквівалент антени і приймача, що забезпечує на виході, нормальну вихідну потужність при точному настроюванні приймача на частоту сигналу.

Необхідне посилення розраховується по формулі

, (1.86)

де U_{д вх} – напруга на вході детектора, В

Е_а - чутливість приймача, мкВ,

Необхідне посилення необхідно збільшити з метою забезпечення запасу по посиленню на:

- розкид параметрів електронних приладів;

- неточність сполучення контурів;

- неточність виміру чутливості;

- виробничий запас.

Звичайно необхідне посилення з запасом (К'_т) приймають:

на дх., сх. і кх. К'_т = (1,4…2)×К_т; (1.79)

на укх. і скх. К'_т = (2,5…3,5) ×К_т. (1.79)

При прийомі на магнітну антену чутливість задається напруженістю електричного поля Е в точці прийому, що забезпечує на виході приймача нормальну вихідну потужність.

Амплітуда напруги на вході першого каскаду приймача.

U_{m вх} = E× h_д× Q_э× m₂ , мВ (1.87)

де Е — задана напруженість поля в точці прийому, мВ/м;

h_д — діюча висота магнітної антени, м;

Q_э > — еквівалентна добротність контуру вхідного ланцюга;

m₂ — коефіцієнт включення входу електронного приладу в контур вхідного ланцюга.

На довгі хвилі і св діючу висоту h_д магнітної антени можна прийняти рівною 0,3 - 1,5 см. Конструктивна добротність котушки контуру магнітної антени може дорівнювати 200 - 300. Для електронних ламп у діапазонах дв, св і кв можна приймати m₂ =1. Для транзисторів і електронних ламп у діапазонах укв і свч коефіцієнт включення в контур магнітної антени визначається по формулі.

, (1.88)

y – коефіцієнтшунтування контуру електроннимприладом на f'_max

R_вх – вхідний опір електронного приладу на частоті f_max, кОм

С_эmin – мінімальна еквівалентна ємність контуру, пФ

f'_max – максимальна частота піддіапазону, МГц

Q_к – конструктивна добротність контуру

Потім необхідне посилення до детектора визначається так само, як при прийомі на зовнішню антену, тільки у формулі (1.84) замість Едо підставляється знайдена по формулі (1.86) величина амплітуди напруги U_{m вх} на вході першого каскаду приймача.

При прийомі на зовнішню антену в діапазоні дециметрових хвиль чутливість звичайно задається мінімальною величиною потужності Рдо сигналу на вході приймача, що забезпечує на виході нормальну вихідну потужність, чи коефіцієнтом шуму приймача N, що визначає його найвищу (граничну) чутливість. У попередньому розрахунку на граничну чутливість значенням коефіцієнта шуму N можна задатися відповідно до таблиця1.14.

Орінтовані значення коефіцієнта шуму Таблиця 1.14

 

 

Робоча частота, МГц	Коефіцієнт шуму, N
В відносних одиницях	В Дб
	2…5	3…7
	4…6,5	6…8
	6,5…16	8…12
	10…32	10…15
	2…100	3…20
	3…150	5…22

 

Потужність сигналу на вході приймача, що відповідає його граничній чутливості,

Р_С = k×T×N×П - 4×N×П – 10^-15 Вт, (1,89)

де k=1,38× 10^-23 Дж/град — постійна Больцмана;

Т — абсолютна температура, °К;

П — смуга пропускання приймача, Мгц;

N — коефіцієнт шуму у відносних одиницях.

За умови повного узгодження антени з фідером і між усіма каскадами тракту радіо частоти потужність сигналу на вході тракту проміжної частоти

Р_ППЧ = Р_С×К_АФК_РПРЧ × К_СМ, (1.90)

де Р_с — потужність сигналу на вході приймача;

К_аф≈0,8 - 0,9 — коефіцієнт передачі антенно-фідерного тракту по потужності;

К_РПРЧ — коефіцієнт підсилення по потужності підсилювача радіо частоти;

 

К_см=0,2 - 0,3 — коефіцієнт передачі напівпровідникового змішувача.

Напруга сигналу на вході тракту проміжної частоти

U_{m вх} = 2× (1.91)

де R≈400 Ом — вихідний опір напівпровідникового змішувача;

Рппч - потужність сигналу на вході тракту підсилювача проміжної частоти, Вт.

Розрахунок необхідного посилення тракту підсилювача проміжної частоти виробляється по формулі (1.84) і (1.85)

 

Приклад 1.6. Визначити необхідне посилення до детектора при прийомі на зовнішню антену в діапазоні довгих хвиль.

Вихідні дані

напруга на вході детектора U_{д вх}=0,5 В;

чутливість приймача — Едо=130 мкВ.

Розрахунок

1.Необхідне посилення [(1.84)]

,

2.Необхідне посилення з запасом (1.85)

Приклад 2.26. Визначити необхідне посилення до детектора К_Т при прийомі на магнітну антену в діапазоні св переносного транзисторного приймача.

Вихідні дані

діюча висота магнітної антени –h_Д=2 см;

чутливість приймача – Е=0,7мВ/м;

 

напруга на вході детектора – U_{д вх}=0,4 В;

конструктивна добротність контуру — Q_к = 100;

коефіцієнт шунтування контуру — = 0,14;

еквівалентна ємність контуру — С_{э мин}=56,5 пФ;

максимальна частота піддіапазону —f_макс⁼1640 кГц.

Транзистор ГТ313Б має вхідний опір на робочій частоті - К_вх=1,448 кОм.

Розрахунок

1.Визначається орієнтовний коефіцієнт включення транзистора в контур магнітної антени [(1.87)]:

,

2.Амплітуда напруги на вході транзистора [(1.86)]

U_{m вх} = E× h_д× Q_э× m₂ = 700× 0,02× 14× 0,012 = 35 мкВ,

3.Необхідне посилення до детектора [(1.84)

,

4.Необхідне посилення з запасом [(1.85)]

 

Визначення числа і типу підсилювальних каскадів до детектора

1. Для визначення числа підсилювальних каскадів до детектора необхідно попередньо задатися реальним коефіцієнтом передачі вхідного ланцюга К_{в ц} орієнтовані величини якого приведені в таблиця 1.15. Коефіцієнт передачі вхідного ланцюга з магнітною антеною враховується при визначенні необхідного посилення до детектора.

 

ТАБЛИЦЯ 1.15

КОЕФІЦІЄНТ ПЕРЕДАЧІ ВХІДНОГО ЛАНЦЮГА

 

Діапазон хвиль	Добротність контуру, Qє	Коефіцієнт передачі, Квц
Довгі хвилі (ДХ)	10…25	2…3
Середні хвилі (СХ)	50…70	4…6
Короткі хвилі (КХ)	100…120	5…8
Ультракороткі хвилі (УКХ)	10…20	2…3

 

2.Коефіцієнт передачі вхідного ланцюга з урахуванням коефіцієнта включення в контур m₂ електронного приладу

 

К'_вц=т₂×К_вц, (1.891)

Коефіцієнт передачі вхідного пристрою (при узгодженні з фідером)

К'_вц = × , (1.91 а)

де Rвх - вхідний опір електронного приладу на робочій частоті;

Rф — хвильовий опір фідера.

Для схем з електронними лампами в діапазоні ДХ, СХ і КХ можна приймати коефіцієнт включення m2=1.

 

3.Коефіцієнт підсилення підсилювачів радіочастоти і проміжної частоти на електронних лампах, а також на транзисторах без застосування нейтралізації (при правильному їхньому виборі) в основному обмежується стійкістю роботи підсилювача. Величина опору навантаження підсилювачів радіомовних приймачів і трактів другої проміжної частоти професійних вибирається виходячи з необхідності одержання максимально можливого стійкого посилення.

У зв'язку з цим при визначенні необхідного числа каскадів підсилювача радіо частоти і підсилювача проміжної частоти будемо вважати, що при їхньому повному електричному розрахунку забезпечується одержання посилення, близького до максимально стійкого. З огляду на ці міркування, можна в більшості випадків вважати при попередньому розрахунку посилення каскадів підсилювача радіо частоти і підсилювача проміжної частоти що при їхньому рівним максимально стійкому коефіцієнту підсилення підсилювача, що приймають для підсилювачів на електронних лампах,

 

, (1.92)

— для підсилювачів на транзисторах без застосування нейтралізації

 

, (1.93)

 

де S — крутизна характеристики електронної лампи чи транзистора на робочій частоті при вибраному режимі, мА/В;

f – робоча частота, МГц; С_пр=С_аg+С_пан;

 

Саg— міжелектродна ємність сітка-анод, пФ;

С_к — ємність колектор-база, пФ;

С_пан — ємність лампової панельки, пФ.

Для лампових перетворювачів частоти, з огляду на те, що як навантаження в них будуть застосовані фільтри, однотипні з застосованими в підсилювач проміжної частоти, можна приймати посилення

, (1.94)

для транзисторних перетворювачів частоти без застосування нейтралізації можна приймати за максимальне посилення

, (1.95)

де Кппч – максимальний стійкий коефіцієнт підсилення підсилювача проміжної частоти на робочій частоті;

Sпр – крутість лампи перетворювача, мА/В;

S – крутість лампи підсилювача проміжної частоти,мА/В;

f_с – робоча частота сигналу на вході перетворювача частоти, МГц;

С_к – ємність база-колектор, пФ, на частоті сигналу;

S_С – крутизна транзистора на частоті сигналу, мА/В.

 

4.При низькому вхідному і вихідному опорах електронних приладів на робочій частоті необхідно визначити найбільший досяжний коефіцієнт підсилення каскаду на максимальній частоті під діапазону при оптимальному узгодженні і забезпеченні заданої еквівалентної добротності контурів. Для резонансних каскадів підсилювача радіо частоти і підсилювача проміжної частоти.

, (1.96)

для смугових підсилювача проміжної частоти

(1.97)

для перетворювачів частоти

, (1.98)

Для перетворювачів частоти можна застосувати формули (1.96) і (1.97) і отриманий результат розділити на два.

У формулах (1.85) – (1,97) для електронного приладу прийняті наступні позначення:

S – крутизна характеристики, мА/В;

Rвх – вхідний опір, кОм;

RВИХ – вихідний опір, кОм.

Зазначені величини визначені на максимальній робочій частоті.

5.При проектуванні супергетеродинних приймачів з однократним перетворенням частоти приймається:

число каскадів підсилювача радіо частоти – (n_с - 1);

число каскадів підсилювача проміжної частоти – (n_пр - 1);

де n_с, n_пр — числа контурів (фільтрів) трактів радіочастоти і проміжної частоти відповідно.

Обчислюється загальний передбачуваний коефіцієнт підсилення приймача:

а) при прийомі на зовнішню антену

(1.99)

б) при прийомі на магнітну антену

(1.100)

Оскільки необхідний коефіцієнт підсилення розраховується по відношенню до амплітуди на вході детектора до напруги на вході першого каскаду, що безпосередньо надходить від магнітної антени, що є першим контуром приймача.

При проектуванні приймачів із дворазовим перетворенням частоти приймається:

число каскадів підсилювача радіо частоти – (n_с -1);

число каскадів першого підсилювача проміжної частоти – (n_пр1 -1); число каскадів підсилювача проміжної частоти – (n_пр2 -1).

Загальний передбачуваний коефіцієнт підсилення приймача при прийомі на зовнішню антену

(1.101)

6.Якщо К_заг≥К’_т, то розрахунок зроблений правильно і приймається блок-схема приймача з числом каскадів:

N_ПРЧ = n_с -1,

N_ППЧ = n_пр -1,

Якщо К_заг>>К’_т, хоча б в одному піддіапазоні,то необхідно:

— застосувати більш дешеві електронні прилади;

— зменшити число каскадів підсилювача радіо частоти чи підсилювача проміжної частоти, застосувавши в одному з тих, що залишився, фільтр зосередженої селекції;

— збільшити проміжну частоту.

Якщо К_заг<К’_т хоча б в одному піддіапазоні, то необхідно:

— застосувати електронні прилади з кращими параметрами, що допускають більший максимальний стійкий коефіцієнт підсилення на каскад;

— додати аперіодичні чи широкосмугові каскади підсилювача радіо частоти чи підсилювача проміжної частоти;

— зменшити проміжну частоту;

— збільшити число каскадів підсилювача радіо частоти і підсилювача проміжної частоти, застосувавши більш прості виборчі систем

Якщо при числі вузькосмугових каскадів N_ПРЧ>2 чи N_ППЧ >3, К_заг<К’_т, то доцільно застосувати дворазове перетворення частоти.

Приклад 1.6. Визначити число і тип підсилювальних каскадів транзисторного приймача при прийомі на зовнішню антену.

Вихідні дані

максимальна частота піддіапазону – f_макс =5,2 МГц;

проміжна частота – f_пр=465кГц;

необхідне посилення до детектора – К’_т =4320;

число одиночних контурів тракту радіо частоти – п_с=2;

конструктивна якість контурів – Q_К=100;

коефіцієнт шунтування контуру транзистором y_с=0,7;

мінімальна ємність контуру— С_{є мін}-58 пФ;

число двоконтурних смугових фільтрів тракту проміжної частоти – п_пр=2;

еквівалентна якість контурів фільтра – Q_є,=40;

коефіцієнт шунтування контуру транзистором – y_с =2;

фактор зв'язку між контурами фільтра – β=1,

Параметри транзистора ГТ313Б на частоті 5,202 МГц:

S =32,7 ,

R_вх. = 1448 Ом,

R_вих. = 11494Ом,

С_к = 2 пФ,

 

Параметри транзистора ГТ313Б на частоті 465 кГц:

кГц,

S =32,7 ,

R_вх. = 1515 Ом,

R_вих. =11628Ом,

С_к = 2 пФ,

 

Потрібно визначити

Число каскадів підсилювачів радіо частоти N_ПРЧ

Число каскадів підсилювач проміжної частоти N_ППЧ

Розрахунок

1.Визначається коефіцієнт включення транзистора ГТ313Б у контур вхідного ланцюга (1.87)

 

,

 

2.Задавши коефіцієнтом передачі вхідного ланцюга К_{в ц}=2 (таблиця 1.15), визначається коефіцієнт передачі вхідного ланцюга з урахуванням коефіцієнта включення першого транзистора (1.91):

К'_вц=т₂×К_вц =0,012×8= 0,096

3. Максимальний стійкий коефіцієнт підсилення:

а) каскаду підсилювача радіо частоти на транзисторі ГТ313Б [ (1.92)]

 

,

 

б) перетворювача частоти на транзисторі ГТ313Б (1.93)

 

,

в) каскаду підсилювача проміжної частоти на транзисторі ГТ313Б (1.94)

,

4. Попередньо приймаємо:

Число каскадів підсилювача радіо частоти N_ПРЧ = n_c– 1 = 2 – 1 = 1

Число каскадів підсилювача проміжної частоти N_ППЧ = n_пр.­­­­– 1 = 1 – 1 =0

5. Оскільки обрані транзистори мають низькі опори на робочій частоті,

визначається найбільший можливий коефіцієнт підсилення каскадів при повному

узгодженні:

а) каскаду підсилювача радіо частоти на транзисторі ГТ313Б [ (1.96)]

,

б) перетворювач частоти на транзисторі ГТ313Б (1.97)

,

в) каскаду підсилювача проміжної частоти на транзисторі ГТ313Б: (1.98)

,

З порівняння результатів обчислень за коефіцієнт підсилення каскаду приймаю для подальших розрахунків меншу величину.

 

1.3.2.9 Розраховую загальне підсилення до детектора

, (1.99)

– коефіцієнт передачі вхідного ланцюга з урахуванням коефіцієнта включення першого транзистора,

– максимально стійкий коефіцієнт підсилення каскаду підсилювача радіо частоти,

– максимально стійкий коефіцієнт підсилення перетворювача частоти,

– максимально стійкий коефіцієнт підсилення каскаду підсилювача проміжної частоти, (1.99)

 

1.3.2.10 Оскільки < , то необхідно додати два

аперіодичні підсилювача проміжної частоти (1.100)

Оскільки > , то розрахунок зроблено правильно.

 

Число каскадів підсилювача радіо частоти приймаю: N_ПРЧ = 1,

Число каскадів підсилювач проміжної частоти приймаю: N_ППЧ = 2.