2.4. Буферный усилитель
Буферный усилитель (БУ) служит для устранения влияния мощных каскадов ВЧ тракта передатчика на его возбудитель с целью повышения стабильности частоты и параметров модуляции. Кроме того, БУ решает вопрос согласования возбудителя с последующим трактом усиления
Буферным усилителем может являться любой каскад, обладающий высоким (желательно бесконечным) входным сопротивлением. В этом случае мощность, которая требуется для возбуждения БУ, очень мала. Он практически не нагружает возбудитель. Наилучшим образом этим требованиям отвечают усилители на полевых транзисторах с высоким входным сопротивлением, а также истоковые (или эмиттерные) повторители. Последние, являясь усилителями тока, одновременно обладают низким выходным сопротивлением, что облегчает решение задачи согласования с относительно низким входным импедансом первого каскада усиления ВЧ тракта. На рис.2.13 представлена схема истокового повторителя. Это резистивный усилитель с заземленным по ВЧ стоком. Класс работы транзистора линейный. Работа ведется в пределах линейного участка проходной характеристики.
Иногда буферные усилители выполняются на основе операционных усилителей, если последние отвечают требованиям по частоте и уровню выходного сигнала.
На выходе БУ формируют стандартный уровень сигнала (0.5…1)В при сопротивлении нагрузки Rн=50 Ом.
Рис.2.13. Схема истокового повторителя
2.5. Блок умножения частоты
В современных передатчиках каскады умножения частоты размещаются в БФВР. Они используются 1) для формирования сигналов с частотой гетеродина блока переноса; 2) для уменьшения индекса модуляции фазового модулятора. Работают каскады умножения на фиксированной частоте без перестройки. Несколько каскадов умножения образуют блок умножения..
В диапазоне частот до 300 МГц каскады блока умножения целесообразно выполнять на транзисторах, работающих с отсечкой по коллекторному току в классе «С». Рекомендуемые коэффициенты умножения в таких каскадах два или три. Поэтому общий коэффициент умножения «n» блока должен раскладываться на множители
В диапазонах УВЧ и СВЧ вместе с транзисторными умножителями частоты использоваться умножители, выполненные на основе нелинейных реактивных элементов, таких как варикапы и варакторы [2, §2.20].
Поскольку все каскады умножения работают на фиксированной частоте, то для лучшего подавления нерабочих гармоник, особенно мощной первой гармоники, их цепи согласования выполняются на основе резонансных контуров с использованием фильтров «дырок» и фильтров «пробок» [1,2,8].
На рис.2.14 представлена принципиальная схема транзисторного удвоителя частоты с фильтром дыркой по 1-ой гармонике. Коллекторной нагрузкой является параллельный контур, образованный элементами C1L1C2L2C3 и настроенный на вторую гармонику. Элементы L1C1 образуют последовательный контур (фильтр – дырку), настроенный на первую гармонику.
Рис.2.14. Принципиальная схема удвоителя частоты
2.6. Рекомендуемая последовательность разработки структурной схемы возбудителя
Разработка структурной схемы возбудителя проводится в следующем порядке.
1. Выбирается метод построения синтезатора.
По справочным источникам выбирается микросхема синтезатора, способная работать в диапазоне рабочих частот передатчика, обеспечить необходимую стабильность частоты, требуемый шаг перестройки по частоте и все другие требования к возбудителю, зависящие от синтезатора.
Если требуемой по частотному диапазону микросхема синтезатора нет, но имеются низкочастотные микросхемы, удовлетворяющие всем другим требованиям к возбудителю, то целесообразно выполнить возбудитель с понижением частоты синтезатора по схеме рис.1.8 для синтезатора прямого синтеза или схемам рис.1.8 , 1.11 , 1.12 для синтезаторов обратного синтеза.
2. При синтезаторе, выполненном по методу обратного синтеза, выбирается схема ГУН.
3. Если выбранная микросхема синтезатора не содержит в себе опорного автогенератора (ОГ), то последний выполняется отдельно.
Выбирается схема ОГ. Широкое применение находит осциляторная схема, выполненная по емкостной трехточке. В этой схеме кварцевый резонатор включается вместо индуктивности контура трехточечной схемы. Мощность опорного АГ не превышает единиц мВт и зависит от предельно допустимой мощности рассеяния кварцевого резонатора. Целесообразно выполнить условие
.
Частота
ОГ
должна быть кратна шагу сетки
,
формируемой синтезатором, т.е.
.
Ее величину рекомендуют выбирать из стандартного ряда, приведенного в [5, §8.4, табл.8.2]. Кварцевые резонаторы этого ряда выпускаются промышленностью.
Примечание 3. Следует также иметь в виду, что сигнал, снимаемый с ОГ, часто используется для формирования частоты гетеродина.
4. При выборе синтезатора, выполненного по методу обратного синтеза, рассчитываются минимальное и максимальное значения коэффициента деления ДПКД:
при отсутствии блока переноса в возбудителе
;
при наличии блока переноса в возбудителе, выполненном по схеме рис.2.4
при переносе частоты ГУН вниз с помощью делителя на k
.
5.
На основании требований ТУ по максимальному
значению девиации
рассчитываются индекс модуляции
передатчика для ФМ
.
6. Выбирается метод осуществления ФМ.
При выборе прямого метода получения ФМ рассчитывается индекс модуляции, который необходимо получить от фазового модулятора:
без блока умножения на n2 в составе БФВР
;
с блоком умножения частоты на n2 в составе БФВР
.
7.
Исходя из рассчитанного значения
и требований на предельно допустимую
величину паразитной АМ, выбирается тип
фазового модулятора. При выборе
целесообразно использовать рекомендации,
изложенные в [1, §8.2], либо приведенные
в табл.1 настоящего пособия.
8. В случае применения в БФВР блока умножителя частоты рассчитывается число каскадов умножения. Выбирается схема построения каскадов блока умножения.
9. При использовании косвенного метода ФМ выбирается схема ГУН, которая позволяет совместить управление частотой автоколебаний с помощью системы ФАПЧ и частотную модуляцию. Наиболее востребованные схемы ГУН приводятся в [1, 5 и др.]. Рекомендуемая мощность ГУН единицы мВт.
Рассчитывается относительная девиация ГУН.
.
Если
,
мероприятия по повышению линейности
СМХ не требуются. В противном случае
для обеспечения требований по уровню
нелинейных искажений необходимо
продумать мероприятия по повышению
линейности СМХ частотного модулятора
[1].
10. Выбирается схемы блока переноса и буферного усилителя.
Далее необходимо нарисовать структурную схему разработанного возбудителя. Представить проект принципиальной схемы возбудителя и усилительного тракта передатчика.
По проекту разработанной схемы передатчика дать приблизительную оценку промышленного КПД передатчика, используя соотношение
,
и сделать выводы. Ориентиром может служить следующие соображения: при величине промышленного КПД более 30% проект схемы передатчика можно признать удовлетворительным, при величине промышленного КПД менее 30% целесообразно пересмотреть выбор режимов и класса работы мощных предварительных усилителей и увеличить в пределах разумного КПД цепей согласования.