Команда
Контакти
Про нас

    Головна сторінка


Розробка транзисторного підсілювача проміжної частоти радіолокаційного сигналу





Скачати 20.05 Kb.
Дата конвертації05.09.2019
Розмір20.05 Kb.
Типреферат

Розробка транзисторних ППЧ РЛС

1. Аналіз елементної бази та вибір елементів прінціпової схеми

Підсилювач проміжної частоти Виконує головне підсілення та вібірність. Резонансні підсилювачі Працюють на фіксованіх частотах та забезпечують підсілення сігналів до рівня, необхідного для ефектівної роботи детектора, а такоже віконують головну частотну вібірність по відношенню до корисних сігналів.

Резонансний підсилювач в загально випадка складається з декількох послідовно включених каскадів. Головними елементами, Які входять до складу каскадів, є підсілювальні пристрої та смугові фільтри. Підсілювальні пристрої прізначені для превращение ЕНЕРГІЇ джерела живлення в Енергію коливання, что підсілюються. Смугові фільтри є резонансним НАВАНТАЖЕННЯ підсілювального пристрою. Смороду забезпечують потрібну частотну вібірковість та смугу пропускання підсілювального трактупріймачах станцій Виявлення Смуги пропускання резонансного контуру

(1)

Головного типом СУЧАСНИХ резонансних підсілювачів є підсилювачі на інтегральніх мікросхемах, Які містять, як правило, СКЛАДОВІ транзистори. За способом включення підсілювальніх прістроїв резонансні підсилювачі могут буті:

- Із загально емітером (виток, катодом);

- Із загальною базою (затвором, сіткою);

- Із загально колектором (стоком, анодом);

- Із каскадного включення підсілювальніх прістроїв.

Каскад Із загально емітером є найбільш вікорістовуємім, тому что ВІН Забезпечує найбільше підсілення сігналів по потужності та має великий вхідній Опір.

Каскад Із загальною базою має скроню стабільність та малі нелінійні спотворення, малий вхідній та великий вихідний Опір, ВІН підсілює по напрузі та не підсілює по потужності.

Каскад Із загально колектором могут використовуват для спряження Кіл Із різнімі вхіднімі та віхіднімі опорами.

При каскадному включенні покращуються внутрішні параметри в зрівнянні з параметрами шкірного підсілювального пристрою.

За способом забезпечення частотної вібірковості розрізняють резонансні підсилювачі з розподіленою та зосередженою вібірковістю.

У підсілювачах Із розподіленою по каскадах вібірковістю, Функції вібірковості та підсілення суміщені та, Звичайно, рівномірно розподілені между однотипними каскадами або їх групами.

При цьом найбільш широко Використовують однотіпні підсілювальні пристрої та одноконтурні однакові смугові фільтри, а такоже двухконтурні фільтри в каскадах.

Головного перевага рівномірного Розподілення підсілення та вібірковості є найбільш повна реалізація потенціальніх можливий підсілювальніх прістроїв.

У сучасний час находять все более использование резонансні підсилювачі Із зосередженою вібірністю. У них Функції підсілення та вібірності розділені. Один Із каскадів має складаний смуговій фільтр, Який формує потрібну частотну характеристику Всього резонансного тракту.

ЦІ фільтри зосередженої вібірності Використовують в приймач, де підвіщені вимоги до вібірності.

ЦІ підсилювачі відрізняються простотою конструкції та настройки, доброю стабільністю форми резонансної крівої.

Проаналізувавші існуючій блок ППЧ, можна сделать Висновок, что всі алгоритми, Які віконують елементи первого поколения (електровакуумні пристрої), можна реалізуваті на новій елементній базі: як на транзисторах, так и на інтегральніх мікросхемах. При цьом елементна база має більш Кращі електричної й експлуатаційні параметрами.

На сучасности етапі получила Широке розповсюдження побудова, Радіоелектронної техніки на інтегральніх мікросхемах, так як транзистори, хоч ще й Використовують, но Вже відходять у минуле. Інтегральні мікросхеми перемагають попередня елементну базу за своими габаритами, масою, надійністю, економічністю та вартістю.

З точки зору мінімізації вартості пристрою, часу розробки, масі та габарітів пристрою, найбільш ефективна реалізація підсілювального тракту Цілком на одній Великій інтегральній схемі. Альо при цьом розробник зустрічається з необхідністю використовуват структурну схему та ідеологію побудова приймач, яка булу закладами проектувальник Великої інтегральної схеми. Звичайно, Такі Монолітні Великі Інтегральні мікросхеми виготовляють только для масової продукції, яка має Середні електричної характеристики. Компроміснім рішенням є использование спеціалізованої гібрідної Великої інтегральної схеми підсілювального тракту. Така влеіка інтегральна мікросхема віготовляється на підприємстві - розробник Приймальна прістроїв та может мати параметрами, та ідеологію побудова, найбільш блізькі до вимог на розробляємій приймальний Пристрій при доступній вартості, малої масі та габаритах.

За мірі Зменшення степені інтеграції використаних великих інтегральніх схем та інтегральніх схем завдання реализации вібраної структурної схеми та високих електричних характеристик полегшуються, но Такі показатели якості, як маса, габарити при цьом становится гірше.

При віборі типу ІС малої та середньої степені інтеграції для підсілювального тракту будемо користуватись Наступний думками.

При віборі ІС для ППЧ враховують Динамічний діапазон та Частотний діапазон роботи схеми, а такоже коефіцієнт регулювання підсілення при наявності АРП. Сучасні ІС ма ють відносно малі нелінійні спотворення та Високі ГРАНИЧНІ частоти підсілення.

Знаючи РОбочий частоту РЛС, проміжну частоту, смугу пропускання, коефіцієнт підсілення ПЧ, ППЧ та користуючися Вищевказаними умів, вібіраємо підсілювальній Пристрій -транзістор.

Параметри ЗАСОБІВ частотної фільтрації, використаних в приймальне прилаштувати 3 і 4-го поколения, по окремим Показники Суттєво переважають Параметри традіційніх LC-фільтрів. І в тій же година завдання стоврення фільтру, сумісного з мікроелектронною технологією та Повністю замінюючого LC-фільтри, на сьогоднішній день Ще не вірішено.

Підсилювачі проміжнжої частоти (ППЧ), Які Використовують в радіопріймальніх прилаштувати РЛС за величиною відносної ширини Смуги пропускання поділяють на вузькосмугові та шірокосмугові.

За характером розподілу вібірності в каскадах ППЧ розрізняють вібрні підсилювачі з розподіленою та зосередженою вібірністю. У ППЧ з розподіленою вібірністю Функції підсілення и вібірності забезпечуються в кожному Каскаді. За числом резонансних контурів підсилювачі розрізняють на одноконтурні та двохконтурні. У одноконтурні підсілювачах усі Контури могут буті настроєні на номінальну проміжну частоту (настроєні ППЧ) або могут мати відповідну розстройку (ППЧ з парами чи трійкамі розстроєніх каскадів). У двохконтурніх підсілювачах застосовуються смугові фільтри, Які образовані системою зв ¢ язаних контурів.

Необхідна вібрність в ППЧ з зосередженою вібірністю відтворюється Звичайно системою з декількох LC - фільтрів, Які включаються або Одразу после перетворювач частоти або после первого каскаду ППЧ. Часто в якості фільтру зосередженої селекції Використовують електромеханічні, п ¢ єзокерамічні, кварцові и т. П. Необхідне підсілення в ППЧ забезпечується каскадами, Які розташовані за фільтром зосередженої селекції. Це або одноконтурні селектівні підсилювачі з невелика вібірністю або аперіодіні підсилювачі.

За способом включення Електрон прістроїв ППЧ поділяють на підсилювачі з загально емітером та ППЧ з каскодних включенням транзісторів. Широко Використовують ППЧ на інтегральніх схемах.

2. Порядок розрахунку підсілювача проміжної частоти

Для розрахунку ППЧ необходимо візначіті следующие вихідні дані:

1. Номінальне значення проміжної частоти, f пр.

2. Смугу пропускання підсілювача на Рівні 3 дБ, П.

3. Необхідній коефіцієнт підсілення ППЧ К.

4. Необхідну вібірність по сусідньому каналу s с.

5. Завдання розстройку Df c сусіднього каналу прийому.

6. Власне загасання контурів d k.

Смугу пропускання ППЧ (приймач) П, номінальне значення проміжної частоти f пр и власне загасання контурів ППЧ d k отримуються з попередня розрахунку приймач.

Коефіцієнт підсілення К, Який повинен Забезпечувати ППЧ, візначається Наступний чином:

(2)

або (3)

де До прн - необхідній коефіцієнт лінійної части приймач (до детектору), Який отримуються Із попередня розрхунку;

До рвк, К р ПРЧ, К РПЧ - КОЕФІЦІЄНТИ передачі за потужністю вхідного кола, підсілювача радіочастоті и перетворювач частоти відповідно; їх визначаються при розрахунку окремий каскадів;

До вк, К ПРЧ, К пч - КОЕФІЦІЄНТИ передачі за напругою вхідного

кола, підсілювача радіочастоті и перетворювач частоти.

При розрахунках малосигнальних схем радіопріймальніх прістроїв на інтегральніх схемах або транзисторах останні заміщуються, як правило, активно лінійнімі чотіріполюснікамі. В якості системи типова параметрів таких чотіріполюсніків прийнятя система У - параметрів, яка вікорістовується при розрахунку ППЧ та других каскадів пріймачів на частотах, Які НЕ перевіщують 500 ... 700 МГц.

При віборі схеми підсілювача необходимо Керувати Наступний.

Если вимоги до вібірності НЕ задані, то доцільно застосовуваті ППЧ з настроєнімі контурами. ЦІ підсилювачі відрізняються простотою конструкції и Настроювання, доброю стабільністю форми резонансної крівої.

В якості резонансних систем в підсілювачах проміжної частоти застосовуються фільтри різноманітніх тіпів и конструкцій: електромеханічні, кварцові, п ¢ єзокерамічні, фільтри на поверхнево акустичних хвилях, активні фільтри, фільтри з перемікаючіміся ємностями, LC - фільтри.

Перші Чотири типи фільтру іноді об ¢ єднують під загальною назв електромеханічні фільтри, а перший тип - під назв механічні фільтри.

Застосовуються електромеханічні фільтри від 200 Гц до 600 кГц, причому на частотах нижчих 2 кГц Використовують только електромеханічні камертонні фільтри. Активні фільтри и фільтри з перемікаючіміся ємностями застосовуються до 1 МГц, забезпечуючі при цьом достаточно шірокі Смуги пропускання (особливо на частотах вищє 200 кГц). Оскількі області! Застосування декількох тіпів фільтрів перекріваються, та патенти, враховуваті інші характеристики, например ВАРТІСТЬ, витрати на розробки, внутрішні Втрата, необходимость зовнішнього генератора, Динамічний діапазон, Надійність, габарити, стабільність и т. П.

Фільтри з перемікаючіміся ємностями ма ють Менші габарити в порівнянні з електромеханічнімі фільтрамі, но, велику ВАРТІСТЬ, порівнянно Невеликий Динамічний діапазон, необходимость джерела живлення и тактового генератору.

Для активних фільтрів необхідне джерело живлення, але смороду ма ють кращий Динамічний діапазон в порівнянні з п ¢ єзоелектрічнімі фільтрамі. Активні фільтри за своими габаритами Рівні електромеханічнім, но Менш стабільні.

У галузь, де застосовуються и електромеханічні и LC - фіьтрі, останні ма ють Менші габарити и менше стабільність. До Перевага LC - фільтрів та патенти Віднести простоту розрахунку, їх виробництво НЕ потребує спеціального обладнання.Електромеханічні фільтри в порівнянні з кварцовим більш дешеві, но ма ють гірші характеристики.

П ¢ єзокерамічні фільтри з відносною шириною Смуги пропускання порядку 0,01 забезпечують более придушенням в смузі загородження (за Смуга пропускання) в порівнянні з електромеханічнімі фільтрамі, однак розробка п ¢ єзокерамічніх фільтрів з вузьких Смуга пропускання достаточно дорога. Багатоелементні п ¢ єзокерамічні фільтри коштують НЕ менше, чем багаторезонаторні електромеханічні фільтри, однак Прості п ¢ єзокермічні фільтри коштують значний менше.

Коли розраховуємій підсилювач проміжної частоти має СПЕЦІАЛЬНІ Каскад (например, лінійний каскад, каскад з НАВАНТАЖЕННЯ у виде фільтра зосередженої селекції и т.д.), іх розрахунок проводитися окремо. Отрімані значення коефіцієнтів підсілення таких каскадів враховуються при уточненні необхідного коефіцієнта підсілення каскадів Типової схеми. При розрахунку попередня и кінцевого каскадів ППЧ доцільно враховуваті вихідні провідність g 22 п і Ємність З 22 п перетворювач частоти и вхідні провідність g 11 вх и Ємність З 11 вх наступного за ППЧ каскаду. ЦІ Особливості розрахунку попередня и кінцевого каскадів ППЧ при віконанні учбового проектування НЕ враховують. Однако слід мати на увазі, что врахування ціх особливо при розрахунку каскадів підсілювача проміжної частоти приведе до незначна Зменшення загально коефіцієнта підсілення ППЧ.


3. Методика розрахунку одноконтурного настроєного ППЧ

Одноконтурні підсилювачі проміжної частоти доцільно застосовуваті у випадка, коли до вібірності приймач за сусіднім каналом НЕ вісуваються Високі вимоги. Розрахунок одноконтурного настроєного ППЧ проводитися в наступній послідовності.

1.Вібрають тип мікросхеми чи транзистору, его режим роботи за постійнім Струм (І до, U ке) и визначаються параметрів на резонансній (проміжній) частоті f п.

2.Задавшісь кількістю каскадів (контурів) n ППЧ и віходячі з необхідної Смуги пропускання П п і вібірності за сусіднім каналом s с, візначіті необхідне еквівалентне послаблення в колівальніх контурах Із співвідношення

(4)

де

(5)

m- еквівалентне загасання колівальніх контурів, что Забезпечує завдань селективність за сусіднім каналом;

(6)

- еквівалентне загасання контурів ППЧ, Пожалуйста Забезпечує завдань смугу пропускання;


(7)

- функція числа каскадів (контурів) одноконтурного ППЧ, что задається таблично.

У випадка ускладнення Виконання нерівності (4) та патенти поміняти число каскадів або вібрато Інший тип ППЧ.

З метою Спрощення конструкції колівальніх контурів ППЧ необходимо вібрато коефіцієнт трансформації m 1 = 1 і з урахуванням умови забезпечення максимального коефіцієнту підсілення візначіті оптимальну еквівалентну Ємність колівального контуру Із співвідношення

(8)

Розрахуваті Власний Ємність колівального контуру С до и его індуктівність Lза формулами

(9)

(10)

де З м - розподілена Ємність монтажу.

Розраховані Величини індуктівностей катушок колівальніх контурів Lповінні буті НЕ Менші за мінімальні конструктивно віконуєміх значень. Значення L мін в межах шкірного частотного інтервалу інтерполюються лінійно.

4. Розрахуваті коефіцієнт трансформації за формулою


(11)

де g 22 и g 11 - віхідна провідність розраховуємого и віхідна провідність следующего каскадів відповідно.

5. З урахуванням умов забезпечення заданої Смуги пропускання и вібірності розраховуваті резонансний коефіцієнт підсілення каскаду за формулою

(12)

6. Розрахуваті коефіцієнт стійкого підсілення каскаду за формулою

(13)

7.Порівняті КОЕФІЦІЄНТИ підсілення (12) і (13). підсилювач є стійкім при віконанні умови

(14)

при невіконанні умови (14) та патенти Вжити заходи по підвіщенню стійкості підсілювача.

Если співвідношення До 01 / K у <2, доцільно застосуваті пасивний способ Підвищення стійкості, Який засновується в зменшенні резонансного коефіцієнту підсілення до стійкого.

Цього можна досягнуть Шляхом Вибори коефіцієнтів трансформації m 1 і m 2 Із умів забезпечення коефіцієнту стійкого підсілення, заданої Смуги пропускання и вібірності за формулами

(15)

(16)

До 01 і К у - КОЕФІЦІЄНТИ підсілення, розраховані з формул (12) та (13);

r - типова Опір колівального контуру.

Резонансний коефіцієнт підсілення каскаду при цьом буде дорівнюваті стійкому коефіцієнту, розрахованому по Формулі (11).

Если співвідношення До 01 / K у> 2, доцільно використовуват каскодних включення транзісторів ЗЕ-ЗБ. У тих випадка, коли підсилювач, побудованій за каскодной схемою, виявило нестійкім, та патенти, коефіцієті трансформації розрахуваті з формул (15) та (16), підставляючі в них Параметри складеного транзистора.

7. Вірішівші питання по стійкості підсілювача, розрахуваті Загальний коефіцієнт підсілення ППЧ за формулою

(17)

и порівняті его з необхіднім значення До оп н.

При віконанні умови До оп> K оп н

Підсилювач Забезпечує необхідне підсілення. При невіконанні умови (17) та патенти збільшити число каскадів n и провести розрахунок знову.

4 Розрахунок підсілювача проміжної частоти з фільтром зосередженої вібірковості

Підсілювачіпроміжноїчастотізфільтромзосередженоївібірковостізастосовуються в таких випадка, колінеобхіднозабезпечітівісокувібірковістьППЧ при невелікомучіслікаскадів. УрадіопріймальніхпрістрояхФЗВ, як правило, ставити на віходіперетворювачачастотіабо в першомукаскадіППЧ. УякостіФЗВ. Застосовуютьсязвічайно зв'язаних колівальніхLС -контурівах, характерістічнійопірякіхпогодженозвіхіднімопороммікросхемі (транзистора), щопередуєФЗВ, и про вхіднійОпірнаступного каскадові.ФункціональнісхеміППЧізФЗВпредставлені на рис.

Мал. 1 Функціональні схеми ППЧ Із ФЗВ:

а - ФЗВ включено на віході перетворювач частоти;

б - ФЗВє НАВАНТАЖЕННЯ 1-го каскаду ППЧ

Результуюча частотна характеристика ППЧвізначається частотні характеристики ФЗВ, а необхідне Посилення здійснюється широкосмуговими резонансних каскадами. Тому що зі збільшенням числа контурів фільтра Посилення каскаду зФЗВ зменшується, те число контурів ФЗВ Звичайно НЕ перевіщує шести - восьми. Принципова схема каскаду зФЗВ, что Виконання у віді зелених сандалів декількох зв'язаних колівальніх контурів Із внешнеемкостной зв'язком.

Кроме фільтрів такого виду застосовуються електромеханічні І п'єзоелектрічніФЗВ, что дозволяють Забезпечити ще більш скроню вібірковість.

Підсилювачі проміжної частоти зФЗВ, щоскладаються З колівальніх контурів, як правило, необходимо розраховуваті для шкірного конкретного типу ППЧ. Віхіднімі данімі для розрахунку ППЧ Із ФЗВє номінальна частота Настроювання ФЗВ fn, необхідна смуга пропущених ППЧ , Вібірковість ППЧ по сусідньому каналібс при завдань ний Розбуд f c, власне загасання контурів ФЗВ d k типова Опір фільтра р (вібірається р = 10 ... 50 кому).


  • 2. Порядок розрахунку підсілювача проміжної частоти
  • 3. Методика розрахунку одноконтурного настроєного ППЧ
  • 4 Розрахунок підсілювача проміжної частоти з фільтром зосередженої вібірковості