Проектирование контура гетеродина

Расчет контура гетеродина производится в следующем порядке.

1. Разбивка общего диапазона рабочих частот на поддиапазоны

Определяется коэффициент перекрытия поддиапазона k_пд входного контура.

, (16)

где C_эmax= C_max + С_пост ; C_эmin = C_min + С_пост – соответственно, максимальная и минимальная результирующие емкости контура, пФ; С_пост – составляющая емкости сигнальных контуров.

Диапазоны возможных значений С_пост приведены в табл. 3.

Таблица 3

Диапазон волн	Километровые	Гектометровые	Декаметровые	Метровые
Длины волн	10…1 км	1000… …100 м	100…10 м	10…1 м
Диапазон частот, МГц	0,03…0,3	0,3…3	3…30	30…300
Спост, пФ	60…90	40…60	30…45	25…35

 

В табл. 4 представлены примерные значения емкостей переменных и подстроечных конденсаторов, требуемые для различных диапазонов частот.

Таблица 4

Диапазон частот, МГц	Емкость конденсатора переменной емкости, пФ	Емкость подстроечного конденсатора, пФ
Cmin	Cmax	Cпmin	Cпmax
0,03…0,3	15…30	450…750	2…5	15…25
0,3…3	12…25	250…500	2…3	10…20
3…30	7…15	50…250	2…3	8…13
30…300	3…7	10…50	0,6…1,5	2…5

 

В соответствии с таблицами С_пост=60 пФ, C_min=12 пФ, C_max=250 пФ,

C_пmax=10 пФ, C_пmin=3 пФ

C_эmax= C_max + С_пост = 310 пФ ; C_эmin = C_min + С_пост= 72 пФ

=

Разбивка на поддиапазоны общего диапазона частот требуется, если выполняется неравенство

Следовательно разбивка на поддиапазоны не требуется.

Рассчитываются граничные частоты поддиапазонов контуров гетеродина по формулам:

f_minг = f_min + f_пр; (17)

f_maxг = f_max + f_пр. (17а)

f_minг=0,15+0,11=0,26 МГц; f_maxг=0,41+0,11=0,52 МГц

По формуле (18) рассчитывается коэффициент перекрытия поддиапазона гетеродина.

(18)

2. Рассчитываются значения емкостей С₃, С₂ и С_1э, входящих в состав контура входной цепи радиоприемника.

Подстроечный конденсатор С₃ со средней емкостью С_п.ср служит для выравнивания начальной эквивалентной емкости контура. Значение С_п.ср рассчитывается по формуле:

= , (19)

где С_пmin и С_пmax – соответственно, минимальная и максимальная емкости подстроечного конденсатора. Их значения берутся из табл. 4.

Значение емкости С₂ рассчитывается по формуле [36]:

, (20)

где С_v = C_max – C_min – переменная часть емкости конденсатора переменной емкости; k_пд – коэффициент перекрытия поддиапазона С_v=238 пФ

Коэффициент H_С представляет отношение производных от емкости настроечного конденсатора переменной емкости С по управляющему параметру х при минимальной f_imin и максимальной f_imax частотах поддиапазона:

. (21)

=95. (22)

=84,7 пФ

Значение емкости С_1э рассчитывается по формуле:

(23)

где ;

3. Рассчитываются значения С_{3 г.} и С_1э.г.

С_1э.г = С_1э=0,57 пФ; (24)

С_2г = С₂=84,7 пФ; (25)

С_3г = С_к.гmin – =6,5 пФ, (26)

где

= ; (27)

; (28)

; (29)

С_min и C_max – минимальная и максимальная емкости КПЕ.

Величина емкости дополнительного конденсатора С_1г рассчитывается по формуле:

С_1г = С_1э.г – С _м – С_L= С_1э.г + С _пост=0,57+60=60,57 пФ, (30)

где С_ми С_L – емкости монтажа и катушки индуктивности соответственно.

4. Рассчитывается необходимая индуктивность контура гетеродина на минимальной частоте поддиапазона f_iгmax , мкГн:

= , (30)

где f_гmax выражается в МГц; С_к.гmin – в пФ.

5. Рассчитывается допустимый коэффициент включения p_2г контура в коллекторную цепь усилительного прибора:

(31)

где U_ткmax – максимальное значение амплитуды напряжения на коллекторе транзистора; I_ткmin – минимальная амплитуда первой гармоники коллекторного тока (при минимальной температуре эксплуатации, минимальном значении параметра h_21Е на минимальной частоте); – отношение наибольшего значения напряжения на коллекторе транзистора к наименьшему значению; r_э.к – минимальное значение сопротивления эквивалентного колебательного контура.

Значение k_U находится из следующего выражения:

(32)

где – относительное отклонение тока эмиттера вследствие отклонения коэффициента усиления тока эмиттера от среднего значения до максимального;

– относительное отклонение тока эмиттера вследствие повышения температуры окружающей среды от 20 °С до наибольшего значения ;

b 0,1¼0,15 – параметр стабилизации эмиттерного тока b=0,1;

k_пд.г – коэффициент перекрытия поддиапазона контура гетеродина.

Величины и рассчитываются по формулам:

(33)

(34)

где R₁ и R₂ – сопротивления делителя, включенного в цепь базы транзистора; R_э – сопротивления нагрузки в цепи эмиттера; I_э 1¼10 мА – постоянная составляющая тока эмиттера при отсутствии генерации, среднем значении h_21б и комнатной температуре; DT = – 20 °С – температура перегрева транзистора; t = 7 для кремниевых транзисторов.

Величина тока эмиттера I_э, А, задается соотношением

(35)

где U_кэ.р = (U_п – 1)/2 – среднее напряжение на переходе коллектор-эмиттер, определяющее рабочую точку транзистора, В; P_вых = (0,5¼0,7)P_кmax – величина выходной мощности, рассеиваемой в нагрузке, Вт; U_п – напряжение источника питания, В, которое определяется из выражения

U_п = (0,6¼0,8)U_кэmax=15В.

Выбирается ближайшее стандартное значение U_п из ряда: 5,0; 6,0; 9,0; 12,6; 15; 24; 27 В.

Исходя из формулы определения значения тока насыщения I_к.н. (рис.5), находим значения R_э и R_к:

(36)

Отсюда (37)

Значение сопротивления делителя R₂, Ом, можно оценить по формуле:

(38)

где номинальное значение тока базы I_б.р. оценивается из соотношения:

.

Величина сопротивления резистора R₁, Ом, рассчитывается по формуле:

. (39)

Значение максимального значения амплитуды напряжения на коллекторе транзистора U_ткmax, В, рассчитывается по формуле:

U_ткmax = 0,9(U_п – I_эmaxR_э – 0,5)=0,9(15-13,1*10^-3*200-0,5)=11,6 В. (40)

Величина I_эmax рассчитывается из выражения:

(41)

Значение I_ткmin рассчитывается по формуле:

(42)

Величина сопротивления эквивалентного колебательного контура r_э.к, Ом, рассчитывается по формуле:

(43)

где L_к.г – индуктивность катушки контура гетеродина, мкГн; f_iгmin выражается в МГц; Q_э – добротность эквивалентного контура.

Величина Q_э рассчитывается из выражения:

(44)

где Q_к – конструктивная добротность контура (заданная в ТЗ).

6. Вычисляется величина индуктивности L_2г, подключаемой к коллекторной цепи транзистора:

, (45)

где k_св 0,9 – коэффициент связи между катушкой L_2г и всей катушкой контура (кроме L_1г).

7. Рассчитывается коэффициент включения контура в цепь эмиттер-база p_1г, необходимый для получения выбранного значения U_тэmin (в пределах 0,05…0,10 мВ):

(46)

8. Вычисляется индуктивность L_1г:

(47)

9. Рассчитывается разделительная емкость С_рг, пФ:

= (48)

где I_ткmin выражается в мА, U_тэmin – в мВ, f_iгmin – в МГц.

10. Рассчитывается емкость блокировочного конденсатора С_бл:

(49)

11. Рассчитывается емкость С_рк, пФ:

(50)

где f_{iг min} выражается в МГц.

12. Расчет коэффициента усиления каскада по напряжению:

Без обратной связи. Для каскада, включенного по схеме с ОЭ , на средних частотах коэффициент усиления по напряжению определяется формулой:

где

С учетом обратной связи. Для каскада , включенного по схеме с ОЭ , коэффициент усиления по напряжению с учетом обратной связи определяется формулой: