6. Расчет упч.

Схема первого каскада УПЧ приведена на рис. 14.

В качестве усилительного прибора выбираем транзистор BF998. Его характеристики приведены в табл. 1. Коэффициент транзистора приближается к максимальному при . Выходные и проходные характеристики при данном напряжении на втором затворе приведены на рис. 15, 16.

Рис. 14. Первый каскад УПЧ.

Рис. 15. Проходная характеристика транзистора при ,

Рис. 16. Выходные характеристики транзистора при , .

Зададимся рабочей точкой:

;

;

Тогда крутизна переходной характеристики и выходная проводимость будут соответственно равны:

Для обеспечения температурной стабилизации напряжение на R19 должно составлять не менее 20 от напряжения питания, поэтому

;

;

;

Пусть для увеличения входного сопротивления, следовательно

Ток, потребляемый одним каскадом УПЧ, составляет:

Сопротивления емкостей на рабочей частоте должны быть хотя бы на порядок меньше шунтируемых ими сопротивлений, поэтому:

Постоянная времени развязывающего фильтра R20C14 должна быть порядка десяти периодов высокочастотного колебания. Так как транзистор по второму затвору практически не потребляет ток, то зададимся . Тогда емкость можно рассчитать следующим образом:

.

Рассчитаем коэффициент трансформации L8L9 из условия согласования сопротивлений:

Для того, чтобы трансформатор L8L9 можно было считать идеальным, сопротивление первичной обмотки на рабочей частоте должно хотя бы на порядок превышать сопротивление, вносимое из вторичной обмотки, поэтому:

При условии, что , получаем:

.

Наиболее эффективно каскады УПЧ можно согласовать друг с другом при помощи колебательных контуров. Эквивалентная добротность контуров определит коэффициент усиления каскадов.

Перед расчетом коэффициента передачи усилителей УПЧ необходимо определиться с коэффициентом усиления. Для этого требуется вычислить номинальное напряжение . Оно обеспечивает заданное отношение сигнал-шум на входе приемника и определяется напряжением собственных шумов приемника.

Определим коэффициент шума линейного тракта:

.

Так как УСЧ и УПЧ проектируются на полевых транзисторах, то

.

С учетом этого имеет:

Так как шумовая полоса ФСС приблизительно равна , то

.

Исходя из этого можно принять чувствительность приемника как

.

Это напряжение должно быть усилено в УПЧ до 1 (В), чтобы обеспечить его детектирование детектором АРУ. Следовательно, коэффициент усиления линейного тракта приемника должен иметь следующую величину:

Зная коэффициенты передачи преселектора, смесителя и ФСС, вычислим коэффициент усиления тракта ПЧ:

При использовании транзистора BF998 коэффициент устойчивого усиления на промежуточной частоте составляет:

То есть коэффициент каждого каскада не должен быть больше 30(дБ). При условии, что каскады УПЧ имеют одинаковый коэффициент усиления, вычислим их количество:

При этом коэффициент усиления каждого каскада должен быть равен:

В состав общей емкости колебательного контура входит емкость монтажа, паразитная емкость индуктивности, выходная емкость транзистора, емкость, вносимая из следующего каскада и т.д. Таким образом общую емкость контура можно записать как

.

С высокой точностью можно предположить, что , , , . Тогда

.

Подстроечный конденсатор С18 необходим, чтобы точно настроить контур в резонанс. Пускай , тогда . В этом случае Емкость контура можно взять равной , тогда

.

Рассчитаем необходимую эквивалентную добротность контура:

.

При условии, что собственная добротность контура составляет , имеем:

Выходное сопротивление транзистора и входное сопротивление следующего каскада являются достаточно большими величинами, поэтому:

Для более точной настройки коэффициентов усиления каскадов УПЧ, можно добавить в схему параллельно R21 подстроечный резистор.

Напряжение на детекторе АРУ должно быть около 1 (В), что не превышает динамический диапазон рассчитанного каскада УПЧ. Поэтому для всех остальные каскадов тракта промежуточной частоты можно использовать уже рассчитанный режим.

В этом случае имеем:

В результате моделирования установлено, что при изменении напряжении на втором затворе относительно земли в пределах от 3.5 до 1.5 (В), коэффициент усиления транзистора будет меняться с 29.04 до 4.5 (дБ). Это означает, что коэффициент усиления всего тракта промежуточной частоты будет меняться с 116.16 до 18 (дБ), то есть на 98.16 (дБ). Это гарантирует, что при изменении входного сигнала на 80 (дБ), выходной будет меняться не более, чем на 3(дБ). Модель представлена на рис. 17, результат моделирования – на рис. 18.

Рис. 17. Модель одного каскада УПЧ.

Рис. 18. Коэффициент усиления каскада УПЧ при изменении напряжения на втором затворе относительно земли с 3.5 до 1.5 (В).