1.5. Расчет допустимого коэффициента шума

Существенным фактором, определяющим порядок и идеологию расчета радиочастотной части приемника, является максимально допустимое значение коэффициента шума РПУ:

, где

- чувствительность приёмника;

- постоянная Больцмана;

- абсолютная комнатная температура;

- полоса пропускания фильтра сосредоточенной селекции ПФ2П-276 по уровню 6 дБ.

- отношение сигнал/шум на выходе линейного тракта приемника (в относительных единицах);

- отношение сигнал/шум на выходе линейного тракта приемника в децибелах.

Выразим отношение сигнал/шум на выходе линейного тракта приемника в относительные единицы (в разы):

.

Чувствительность приемника определяется:

, где

- напряжение чувствительности приемника;

- сопротивление антенны.

Вычислим чувствительность приемника:

.

Вычисли коэффициент шума:

Так как рассчитанное N_пр > 20…30, то особых мер по снижению коэффициента шума, как правило, принимать не следует (если не допускать грубых ошибок, то они обеспечиваются автоматически), чувствительность приемника определяется его усилением, а его проектирование может вестись без анализа и учета шумовых свойств отдельных каскадов.

1.6. Выбор варикапов

Селективные цепи преселектора и контур гетеродина перестраиваются варикапами.

Коэффициент перекрытия контуров преселектора находится как отношение максимальной частоты рабочего диапазонак минимальной:

.

Коэффициент перекрытия емкости варикапа :

, где

- максимальная емкость варикапа;

- минимальная емкость варикапа.

Коэффициент перекрытия емкости варикапа должен быть больше коэффициента перекрытия контуров перекрытия контуров преселекторав квадрате:.

.

То есть, для варикапа должно выполняться условие:

.

Выберем варикап КВ128А.

Параметры варикапа КВ128А:

Максимальная емкость варикапа, пФ……………………………………………...28

Коэффициент перекрытия по емкости………………………………………………2

Напряжение управления, В………………………………………………………1…9

Добротность………………………………………………………………………...300

Частота измерения добротности, МГц……………………………………………..50

Минимальная емкость варикапа находится делением максимальной емкости на коэффициент перекрытия:

.

1.7. Выбор интегральных микросхем (имс)

Успехи в области микроэлектроники непрерывно повышают уровень интеграции изделий, сводя узлы и блоки в большие интегральные схемы (БИС) и микросхемы (ИМС). Эта современная элементная база образует новое поколение приемников, обладающих высокой надежностью, малыми массами и габаритами, высокой помехоустойчивостью. Проще говоря, при разработке приемника необходимо использовать по возможности новую элементную базу, включая ИМС.

Усилитель радиочастоты. В виде усилителя радиочастоты может служить высокочастотный, обеспечивающий одинаковое усиление в полосе рабочих частот, усилительный элемент (транзистор, лампа, интегральная микросхема). Среди множества микросхем мной была выбрана микросхема фирмы Analog Devices ADL5530 (см. Приложение 2).

Основные характеристики интегральной микросхемы ADL5530:

1. Диапазон рабочих частот, МГц……………………………………..0…1000

2. Коэффициент усиления, дБ………………………………………………16,8

3. Коэффициент шума, дБ……………………………………………………...3

4. Входное сопротивление, Ом……………………………………………….50

5. Выходное сопротивление, Ом……………………………………………..50

6. Напряжение питания, В……………………………………………...2,7…5,5

7. Потребляемый ток, мА……………………………………………………110

Для данной микросхемы будем использовать рекомендованное производителями напряжение питания 5 В.

Преобразователь. Тип смесителя при высоком допустимом коэффициенте шума не критичен.

Активный элемент смесителя должен:

1. обеспечивать работу в диапазоне частот входного сигнала;

2. обеспечивать возможно больший коэффициент передачи, что позволит упростить построение УПЧ.

Смеситель выбираем с учетом вышеизложенных требований на микросхеме М43209.

Основные параметры интегральной микросхемы М43209:

1. Коэффициент передачи по мощности, дБ……………………………...10

2. Входное сопротивление, Ом……………………………………………50

3. Выходное сопротивление, Ом………………………………………….50

4. Диапазон рабочих частот, МГц………………………………...15…1000

5. Коэффициент шума, дБ…………………………………………………..8

6. Напряжение источника питания, В……………………………………...9

7. Ток потребления, мА…………………………………………………...2,5

Параметры микросхемы М43209 и её типовая схема включения приведены в Приложении 3.

Гетеродин, аналогично входной цепи, должен перестраиваться в полосе рабочих частот при помощи варикапа (КВ128А).

Определим, какие частоты должен выдавать гетеродин (синтезатор частот), если на вход смесителя поступают частоты 25…27 МГц, а с выхода снимается стандартная промежуточная частота (10,7 МГц).

Как известно, на частотах ниже 30 МГц, необходимо применять верхнюю настройку гетеродина, поэтому частоту гетеродина можно найти как:

Следовательно, контур в гетеродине, задающий колебания, должен формировать эти частоты.

Усилитель-ограничитель промежуточной частоты, ЧМ-детектор, предварительный усилитель звуковой частоты. В качестве усилителя-ограничителя промежуточной частоты ЧМ-тракта, ЧМ-детектора и предварительного усилителя низкой частоты будем использовать отечественную интегральную микросхему К174УР3 (см. Приложение 4). Предварительный усилитель низкой частоты имеет электронный аттенюатор, позволяющий дистанционно регулировать уровень выходного сигнала.

Основные электрические параметры ИМС К74УР3:

1. Входное напряжение при начале ограничения, мкВ, не более………….100

2. Входное сопротивление, кОм………………………………………………..4

3. Выходное сопротивление, кОм…………………………………………….1,5

4. Напряжение питания , В…………………………………………….5…9

5. Ток потребления, мА, при , не более……………………….…...12

6. Входное напряжение, мВ, не более……………………………………….300

Для данной микросхемы применим напряжение источника питания 9 В. При этом напряжении коэффициент подавления паразитной амплитудной модуляции для микросхемы К174УР3 будет максимальным и равным примерно 50 дБ. Зависимость коэффициента подавления амплитудной модуляции от напряжения питания микросхемы представлена на рисунке 1.1.

Рис. 1.1. Зависимость коэффициента подавления амплитудной модуляции от напряжения питания

Усилитель низкой частоты (УНЧ). В качестве УНЧ применим интегральную микросхему К174УН5. Данная микросхема представляет собой усилитель звуковой частоты с номинальной выходной мощность 2 Вт на нагрузке 4 Ом (при напряжении питания +12 В ()). Типовая схема включения микросхемы К174УН5, электрический параметры и их зависимости приведены в Приложении 5.

Основные электрические параметры ИМС К174УН5:

1. Минимальное сопротивление нагрузки, Ом………………………………3,2

2. Коэффициент усиления по напряжению…………………………….80…120

3. Нестабильность коэффициента усиления по напряжению, %, не более….20

4. Напряжение питания, В…………………………………………………..9…12

5. Входное сопротивление, кОм………………………………………………..10

6. Ток потребления , мА, при, не более…………...…….……..30

Напряжение питания микросхемы К174УН5 может снижаться до +9 В, при этом выходная мощность усилителя уменьшается. Зависимость выходной мощности от сопротивления нагрузки при различных напряжениях питания приведена на рисунке 1.2.

Проектируемый приемник по техническому заданию должен обеспечивать мощность 1 Вт на нагрузке 5 Ом.

Рис. 1.2. Зависимость выходной мощности от сопротивления нагрузки при различных напряжениях питания для ИМС К174УН5

Напряжение питания для данной микросхемы примем 10 В, так как именно при этом напряжении питания обеспечивается мощность 1 Вт на нагрузке 5 Ом.

Коэффициенты усиления. При частотной модуляции определяются два коэффициента усиления: до ограничителя и после него. По амплитудной характеристике ограничителя находится его входное напряжение (рис. 1.3), после которого наступает ограничение выходного напряжения. Первый коэффициент усиления вычисляется как отношение входного напряжения ограничителя, соответствующее началу ограничения к напряжению чувствительности приемника. Второй коэффициент усиления находится отношением выходного напряжения приемника к выходному напряжению ограничения.

Рис. 1.3. Амплитудная характеристика ИМС К174УР3

Определим первый коэффициент усиления:

, где

- входное напряжение при начале ограничения;

- напряжение чувствительности приемника.

.

То есть, входная цепь, УРЧ, одиночный контур, стоящий в нагрузке УРЧ, преобразователь частоты (смеситель), фильтр сосредоточенной селекции и согласующие цепи должны обеспечить коэффициент усиления по напряжению не менее 33,33.