После определения числа каскадов осуществляется проверочный расчет избирательности УПЧ по формуле
|
— U1+P2)2 № |
' + |
|
+ |
2 (Jf^yО ~ Г) + (‘ + Р Т ]P ’’'2 |
(8.19) |
для двухконтурного усилителя и |
|
|
»= |
{ 4 ü T w [(? r ) |
- 2 (ïïr)4(^ “ 3)+ ' |
|
+ |
O f ) 2 Ф2 - З)2 + |
4 (I + |
т j(n+,)/4 |
(8.20) |
для УПЧ с одноконтурными и двухконтурными каска-
г f
дами, где ус= -г----- Г- Численные значения обобщен
но /с
ного коэффициента связи р для соответствующего типа УПЧ и допустимого аР берутся из табл. 4.7 и 4.9.
Расчетное значение эквивалентного затухания d0 вы числяется по формуле (8.10). Численные значения функ
ции |
1) берутся из табл. 4.7 и 4.9. Полученные аПрд |
и аПро сравниваются с заданным ап. Далее |
поступают |
в зависимости от величины отношения Пп//о. |
Ощгл^вп, |
а) |
Полоса пропускания Г1?г//о^О,05. Если |
то окончательно принимается двухконтурный усилитель. При апрд<ап и при небольшой разнице между (Ьрдиа7 (порядка 10—30%) -можно увеличить, но не более чем на один, количество каскадов УПЧ, если это обеспечива ет заданную избирательность. В противном случае, а также при большой разнице между сг7фД и ап целесо образно перейти к УПЧ с ФСИ.
б) Полоса пропускания IW/o>0,05. При апро ^ а п принимается усилитель с одноконтурными и двухконтур-
ными каскадами. В случае |
апро<ап^ а Прд выбирается |
двухконтурный УПЧ. Если |
а п РД< а 77, то поступают так |
же, как в случае, когда Пп//О^0,05.
8.4.РАСЧЕТ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ВЕЛИЧИН
1.Определение резонансных частот настройки каска дов одноконтурных УПЧ с расстроенными каскадами:
fp,.. = fo fKl+(0.5prfo)*^0.5pd.]. |
(8.21) |
2. Уточнение режима -работы одноконтурных каска дов УПЧ на биполярных транзисторах. Если в том или ином каскаде УПЧ режим оптимального согласования не реализуется, то в нем целесообразно перейти к режи му оптимального рассогласования н проверить возмож ность и целесообразность его применения *). С этой целью в соответствии с рекомендациями пп. 4, 8 и 9 § 8.5 для этих каскадов выбирается собственная емкость контура С и рассчитываются вспомогательные величины
|
т2= |
1 -г |
|
2 (d9— dэм) |
|
|
. <*2+ аЛ |
|
{du — d)[\ -«1 (< /.- < /)]’ |
|
|
|
|
|
dp м |
d - |
|
Si + ëi |
|
|
(8.22) |
|
|
2nfp (C + C m + |
C i + |
C L) |
Значения |
параметров |
ось |
ci2 |
и |
a mc |
приведены |
в табл. 8.1, |
dM=d-\- 2/ (ai + 0C2 + cime)♦ |
|
(8.23) |
|
|
|
|
Режим |
оптимального |
рассогласования |
реализуем, |
если dQ^dpM и целесообразен при 1<у<2ур. При невы |
полнении этих условий следует перейти к режиму согла |
сования. |
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
Определение режима работы двухконтурных каска |
дов УПЧ. Расчетное эквивалентное затухание контуров |
полосового фильтра |
d0 сравнивается |
с |
максимальными |
предельными значениями затуханий |
|
|
|
dni= d + l / (cci+'GCfni)
для первого контура |
|
|
dn2= d + l/(cc/ + ctm2) |
(8.24) |
для второго контура, где атп1= атс1 при Ci=0, |
ат2 ='СЬтс2 |
при Сг=^0. Если |
dn2 ^ d 0l то осуществим режим |
оптимального согласования; при dni<do<ldn2 |
— режим |
согласования первого |
рода, а при dJJ2 <do^:dni |
— режим |
согласования второго рода. В случае dU2<do, dni<do используется режим рассогласования.
*) В некоторых случаях нагрузка оконечного каскада имеет прак тически емкостный характер (входная емкость осциллографа, или де тектора Сд при весьма малой входной проводимости £ д <2я/о^д- В подобных случаях вместо проверки реализуемости режима опти мального согласования следует сразу перейти к режиму рассогласо вания третьего рода.
4. Выбор вида связи контуров полосового фильтра двухконтурных «каскадов. Критерии сравнительной оцен ки фильтров с трансформаторной и внешнеемкостной связью приведены в гл. 3.
5. Проверка реализуемости варианта 1 полосового фильтра (в случае широкополосного двухконтурного УПЧ на полосовых фильтрах с трансформаторной связью при заданном конструктивно выполнимом коэффициен те связи Ам для принятой конструкции фильтра).
Вариант 1 полосового фильтра реализуется при
(8.25)
Когда (8.25) не удовлетворяется, можно (перейти к поло совому фильтру с внешнеемкостной связью (вариант 1 сохраняется) или — если это нежелательно — применить вариант 2 полосового фильтра. Частоты настройки конту ров фильтра для этого случая
f |
- |
fo |
|
|
|
/ р . = |
f, [ * . + / |
£ о - |
i / ( i - k l ) |
] > |
( 8 - 2 6 ) |
где е0= 1+0,5p2d02.
8.5. ВЫБОР СОБСТВЕННОЙ ЕМКОСТИ КОНТУРОВ УПЧ
При выборе величины собственной емкости контуров УПЧ руководствуются следующими соображениями.
1. 'В (каскадах, использующих режим оптимального согласования (чаще всего в УПЧ на биполярных транзи сторах), суммарное значение собственной емкости кон тура и емкости монтажа не может превышать предель ного максимального значения СМщ, CW — в преобразо вателе частоты, Cm, См/— в предварительных, См/д, См/д — в оконечном каскадах. Расчетные соотношения для этих емкостей сведены в табл. 8.2.
2. В каскадах широкополосных УПЧ в режиме опти мального согласования удобно выбирать собственную ем кость контура (с учетом емкости монтажа) равной свое му предельному максимальному значению. Это обеспечи вает полное включение контура к усилительному прибо ру (каскада или к нагрузке. Например, в предваритель-
Расчетные формулы для предельных максимальных емкостей контуров
Тип УПЧ
Одноконтурный
Двухконтурный Первый контур
Двухконтурный Второй контур
ПреоГ>разовдтелк частоты
&22П^ &11
____ ^220 а22 (^э — d)
. I |
— ci |
1 |
X [ l |
9 |
( а 2 2п + а ц ) j |
§22\l g\i
2С, а11(^э d) X
Гd 9 — d
X ^ 1 |
~ 2 |
(а22ц + all)j |
|
^мгп 1—^22» X |
|
^ |
|^а 22п {do |
d) |
^ |
|
^*М1п -- |
X |
1j |
* |
[ “ и (do — d) ~ |
Предш
йггX йil
с, |
2Сг, |
d)-х |
а22(de |
х [ ' --- |
9 |
( а 2 2 |
+ |
а п ) | |
|
Й22 > |
fill |
|
|
|
2 Си |
|
X |
с *“ " * i . ( d . - d ) |
х[, |
d 8 — d |
(а22 + аи) |
V |
|
^мг —=^22X |
|
X |
1 |
|
1 |
а 22 Сd о |
d) |
|
- ^11 X |
|
/ч [ |
а 1 1 (do — d ) — 1] |
|
Оконечный |
|
|
|
Й2 2 |
< |
Йд |
|
|
|
|
2С22 |
|
|
а22(^О d) |
|
X |
d 9 — |
d |
, |
Д |
9 |
|
(а22 ~Ь |
) I |
|
Й 2 2 |
> |
Й Д |
|
г_____ ^ 1 _ У
Х ^ - - ■— 2 ~ ^ |
( а 2 2 |
+ |
<*Пд) j |
|
Смтд = |
^22 X |
|
X |
_____ !______ |
1 » |
|
а 22 (^о |
d) |
|
j |
|
^М1Д -- |
X |
|
|
а И Д ( d 0 |
d |
) |
_] |
ных каскадах на биполярных транзисторах g22<gu, w,-> >nii и полное включение возможно в коллекторную цепь. В оконечном каскаде при g22<gn полное включение кон тура также возможно в коллекторную цепь. В случае же ёд< § 2 2 полное включение контура выполняется со сто роны нагрузки.
Собственная емкость контуров схем с обратным авто трансформаторным и обратным емкостным включением контуров (см. табл. 3.1) находится по формуле
|
рС„ |
Г |
|
С = |
«_____ |
(8.27) |
---- |
f l |
0 + V |
|
|
В двухконтурных каскадах за счет выбора собствен- |
ных емкостей контуров |
(с учетом емкостей |
монтажа) |
равными своим предельным |
максимальным |
значениям |
может быть обеспечено полное включение обоих конту ров полосового фильтра. При этом необходимо учиты вать следующие ограничения. Во-первых, значения соб ственных емкостей не должны быть чрезмерно больши ми, так как это может затруднить конструктивную реа лизацию контурной индуктивности, а также расчетного значения коэффициента связи контуров полосовых филь тров. Во-вторых, чрезмерное увеличение емкостей конту ров нежелательно, так как вызывает увеличение собст венных затухании контуров и, следовательно, уменьше ние коэффициента усиления каскада. В-третьих, при ма лых значениях предельных емкостей, соизмеримых с ем костью монтажа, конденсаторы, определяющие собствен ную емкость контура, не включаются. Емкость контура образуется емкостью монтажа и емкостями, вносимыми со стороны усилительных приборов. В четвертых, целесо образно, чтобы значения собственных емкостен контуров не выходили за пределы области, ограниченной прямы ми 1 и 2 на рис. 8.1.
3. В узкополосных устойчивых каскадах УПЧ и в пре образователе частоты в режиме оптимального согласо вания, когда отношение затуханий d/d* соизмеримо с еди ницей, коэффициент усиления по напряжению существен но зависит от величины собственного затухания. Поэтому целесообразно выбирать оптимальную величину емкости
контура |
(см. гл. 3), при которой собственное затухание |
контура |
минимально, а коэффициент усиления макси |
мален. |
Критерием целесообразности выбора оптималь- |
пого значения собственной емкости контура может слу жить условие
4. В одноконтурных каскадах, Работающих в режиме оптимального рассогласования, согласования и рассогла-
Рис. 8.1. График для определения собственных емкостей контуров УПЧ.
сования, собственная емкость контура выбирается исхо дя из условия обеспечения заданной стабильности УПЧ.
Для режима оптимального рассогласования
C* C» [ '+ PÆ % - ' ] ~ с ~ |
<8-м > |
В режиме согласования
C^Co[((ïl/(Z2) (Pz 1) +pi 1] Ст> |
(8.30) |
В режиме рассогласования третьего рода
С>(/о/0Пп) (ДС;+ДС,)-Сг- С / - С т . |
(8.31) |
Значения параметра Ô зависят от типа УПЧ и выби раются равными*).
*) В УПЧ с числом каскадов, не превышающим трех, значения параметра Ô берутся ближе к максимальным, а при числе каскадов более шести — ближе к минимальным рекомендуемым величинам.
0,7 -f- 0,9 — для одноконтурного настроен ного УПЧ,
0,3 4-0,5 — для УПЧ с парами расстроен ных каскадов,
0,1 ч-0,2 — для УПЧ с тройками расстро- (8.32) енных каскадов,
0,4 4- 0,7 — для УПЧ с равным числом од ноконтурных и двухконтурных каскадов.
Если значение емкости С, вычисленное по формулам, приведенным выше, меньше или равно нулю, то конден сатор, образующий эту емкость, в каскад не включается.
5. В двухконтурных каскадах, работающих в режиме согласования, для обеспечения стабильности собствен ные емкости контуров полосовых фильтров вычисляются по формулам
àCi (/0/8Дп) — Ci— Ст — режим согласо
вания первого рода, ^ ^
С ,= С
ДCi (fJ&TLn) — Ci — С„ — режим согласо вания второго рода,
где 0=0,44-0,7.
Эти же формулы используются в режиме рассогласо вания. При этом из двух значений емкостей С)( С2 вы бирается большее. Если оказалось, что Ct, С2^ 0 , то по ступают следующим образом.
а) В режиме согласования первого рода собственную емкость второго контура полосового фильтра выбирают в соответствии с пп. 2 и 3 настоящих рекомендаций. Емкость первого контура полосового фильтра берут рав ной емкости второго контура.
б) В режиме согласования второго рода собственную емкость первого контура полосового фильтра также вы бирают по рекомендациям пп. 2 и 3, а емкость второго контура принимают такой же, как в первом.
в) В случае режима рассогласования конденсаторы, образующие собственные емкости контуров полосовых фильтров, могут не включаться или (если они включены) их емкости из технологических удобств выбираются та кими, как в других каскадах УПЧ.
x { j / l + 4
6. Увеличение собственных емкостей контуров каска дов, работающих в режимах оптимального рассогласо вания, согласования и рассогласования, приводит к уменьшению коэффициента усиления по напряжению.
Это свойство широко используется для повышения устой чивости каскадов УПЧ, если их резонансные коэффици енты усиления К\ь найденные без учета внутренней об ратной связи, превышают -максимальные устойчивые зна
чения /Су. При этом влиянием |
внутренней |
обратной |
связи можно пренебречь, |
если |
исходные собственные |
емкости контуров увеличить на величину: |
|
а) Одноконтурные каскады. |
|
|
|
Режим оптимального рассогласования |
|
|
|
) (a2-f-amc- f fa.,). |
(8.34) |
Режим согласования |
|
|
|
|
АС,- ^ |
(& - - |
1 |
a m c |
“f" ai)- |
(8.35) |
а2 |
\1\у |
J (as 'b |
|
|
Режим рассогласования |
третьего рода |
|
|
АС> С0 ( |
- |
|
(8.36) |
|
|
$ - 0 |
|
|
где Сэ— исходное значение полной емкости контура; у— рассчитывается по первой формуле (8.22).
б) Двухконтурные каскады. Режим согласования первого рода
Д С ,=4С , |
[ ( £ ) ’ - ! ] • |
Режим согласования второго рода |
дс, = дс,;»с, ( 1 |
+ ^ ) [(ff)'-ij- |
Режим рассогласования |
АС, = ДС2 |
-f(C 3l+ C 32)X |
с»,С.1
(С3| + ^-зг)2
где C9i, Cgj — полные емкости контуров.
7 Увеличение собственных емкостей контуров каска дов, использующих режимы согласования, оптимально го рассогласования и рассогласования, представляет собой наиболее рациональный способ устранения избы точности усиления УПЧ, когда коэффициент усиления УПЧ с учетом усиления преобразователя частоты /Со(н+ц превышает максимально допустимое значение /Смаке?*. Коэффициент усиления преобразователя частоты К0п обычно значительно меньше коэффициента усиления пред варительных каскадов Лоь Поэтому при уменьшении усиления УПЧ в целом целесообразно оставлять коэффи циент усиления преобразователя частоты неиз-менны-м. Таким образом, коэффициент усиления УПЧ не должен превышать значения
где /Сод — коэффициент усиления оконечного каскада.
В случае, если /С^ < /Смпкс-П/К011, уменьшение рацио
нально лишь за счет уменьшения коэффициентов усиле ния предварительных каскадов. Приращения собствен ных емкостей контуров последних вычисляются в зависи мости от вида режима и типа каскада по соответствую щим формулам П . 6 при замене /Су на
Если Кпоа^> Кшксп[Кйа, то снижение усиления при
меняется во всех каскадах УПЧ. Приращения собствен ных емкостей контуров также вычисляются по формулам п. 6 при замене Лу на
* м а к с = " / Я м а к с п / К „ „ |
(8.42) |
8. Рассчитанные значения собственных емкостей кон туров округляются в сторону увеличения до ближайших номинальных значений емкостей, выпускаемых промыш
ленностью.
9. Из технологических соображений удобно (если нет каких-либо ограничений) выбирать собственные емкости контуров всех каскадов одинаковыми.
10. При емкостном включении контура его собствен ная емкость
11. В каскадах, использующих режим оптимального согласования при неполном включении контуров, собст венные емкости последних целесообразно вцбирать так, чтобы значения •коэффициентов трансформации лежали в пределах от 0,1 до 0,9.
8.6. СОСТАВЛЕНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УПЧ НА ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМПАХ
Каскады УПЧ, кроме электронных ламп и колебательных конту ров межкаскадных цепей, включают в себя дополнительно вспомога тельные цепи и детали, предназначенные для обеспечения литания ламп (анодная цепь, цепи управляющей и экранирующей сеток, цепь накала), для ослабления паразитных обратных связей (развязы вающие фильтры в общих цепях питания и регулирования) и т. д.
Цепь управляющей сетки
На управляющую сетку лампы, кроме напряжения усиливаемого сигнала, подается напряжение смещения. Оно может быть постоян ным по величине и изменяющимся (в управляемых каскадах систе мы АРУ). Напряжение фиксированного смещения Eg может образо вываться автоматически на резисторе Я к = \ Е 8\/1к за счет постоянной составляющей катодного тока лампы 1К (рис. 8.2,а, в) или подазаться от -внешнего источника смещения через резистор Яф фильтра раззязкн (рис. 8.2,6, г). По переменному току резистор Як практически закорочен блокировочным конденсатором Ск сравнительно большой емкости
Си ^ ( 10-4-20) /2îtf0tfK. |
(8.44) |
Напряжение смещения может быть подано на управляющую |
сетку по схеме с последовательным (рис. 8.2,а, 6) |
или по схеме с па |
раллельным питанием (рис. 8.2,о, г). |
|
Недостатком схемы с параллельным питанием является шунти рование контура резистором утечки сетки Rg, что увеличивает собст венное затухание контура, ухудшает избирательность, уменьшает ко эффициент усиления и, кроме того, Rg увеличивает внутренние шумы каскада. Следовательно, в узкополосных и малошумящих каска*дах УПЧ целесообразно применение схем с последовательным питанием сеточной ц£пи *).
Для уменьшения шунтирующего действия резистора Rg на кон тур в узкополосных УПЧ его сопротивление в схемах с параллельным питанием выбирают достаточно большим порядка 1—2 мом. В широ кополосных УПЧ для обеспечения заданной полосы пропускания
|
|
|
|
|
|
|
контура |
приходится шунтировать |
резисторами. В |
одноконтурных |
каскадах |
(рис. 8.2,о, |
г) в качестве |
шунта используется резистор Rg. |
В двухконтурных каскадах |
с последовательным |
питанием сетки |
(рис. |
8.2,6) резистор |
шунта подключают параллельно контуру Ьг, Сг. |
В |
регулируемых |
каскадах |
системы АРУ напряжение смещения |
*> Указанные недостатки присущи также схеме рис. 8.2,а. Роль Rg здесь выполняет резистор /?ш.
