Модернизация лабораторного стенда для исследования характеристик АМ-ЧМ приемника (стр. 3 из 8)

- выходное сопротивление R’_вых=1,8R_вых=1,8*1,1=2 кОм;

-

емкость коллекторного перехода С_к=10 пФ;

Рисунок 2.2.1 – Принципиальная схема частотного детектора

- ток коллектора I_к=2,2 мА (см. расчет амплитудного ограничителя);

Входные параметры усилителя постоянного тока:

- входное сопротивление R_вх=1 МОм;

- входная емкость С_вх=1000 пФ.

1) Задаемся оптимальной величиной обобщенного коэффициента связи контуров β=1.

2) Определяем максимальную величину обобщенной расстройки:

α_макс=0,5 β=0,5

3) Эквивалентная добротность контуров определяется по формуле:

Q_э=4,65*10⁵*0,5/(2*5*10⁴)=2,32

4) Величина конструктивного коэффициента связи равна:

k_св= β/Q_э=1/2,32=0,1

5) Выбираем диоды КД522, их крутизна S_д=5мА/В и емкость С_д=1,0 пФ.

6) Принимаем сопротивления нагрузки R₂=R₃=10 кОм, емкость монтажа С_м=5 пФ и собственная добротность контуров Q_к=150.

7) Величины емкостей нагрузки диодов (в пикофарадах) равны;

C₃=C₄=(4…5)*10⁵/(F_максR₂)

где F_макс – максимальная частота модуляции в килогерцах;

R₁ – сопротивление нагрузки в килоомах.

C₃=C₄=4,5*10⁵/(10*10)=4500 пФ

Выбираем стандартное значение 4,7 нФ, условие

C₃=C₄≥С_д*10-С_м=10-5=5 пФ при этом соблюдается.

8) Определяем угол отсечки токов диодов по формуле:

9) Коэффициент передачи детекторов по напряжению вычисляется по формуле:

К_д=cos θ=cos 0,57=0,84

10) Определяем собственное и резонансное эквивалентные сопротивления контуров:

R_к=2пf_oL₁Q_к=2*3,14*465000*0,12*10-3*150=52,6 кОм

R_э=2пf_oL₁Q_э=2*3,14*465000*0,12*10-3*2,32=813 Ом

11)

Коэффициент включения контура в коллекторную цепь транзистора:

m_вх=1,55, принимаем m_вх=1.

12) Находим значение функции φ(α_макс, β):

13) Определяем максимальное напряжение на выходе дискриминатора:

U_выхд=0,33I_кR_эm²_вкК_д φ(α_макс, β)

U_выхд =0,33*2,2*0,813*1*0,84*0,169=83,8 мВ

14) Емкость С₁ находим по формуле:

С₁=(3…5)*10⁴/(f_oR_э)=80 нФ

Выбираем стандартный конденсатор 100 нФ.

15) Индуктивность L₃ дросселя определяется как

L₃=(10…20)L₁=10*0,12=1,2 мГн

16) Находим емкость резонансного контура:

С_к=2,53*10⁴/(f²_oL₁) – m²_вкC_вых - C_м=1960 пФ

Выбираем стандартное значение 2200 пФ.

Для увеличения крутизны выходного напряжения применяется усилитель постоянного тока с изменяемым коэффициентом усиления от 2 до 12, собранный на операционном усилителе К548УН1Б. Полная принципиальная схема частотного детектора приведена в Приложении 3.

2.3 Расчет системы автоподстройки частоты

Для расчета системы автоматической подстройки частоты непрерывного типа используется методика, приведенная в [12].

Исходными данными для расчета системы являются:

- номинальное значение частоты принимаемого сигнала f_ос=4500 кГц;

- изменение частоты сигнала f_с по каким-либо причинам на величину Δf_с=f_c-f_oc=100 кГц;

- допустимая остаточная ошибка системы АПЧ Δf_о=5 Гц;

- статическая характеристика регулятора частоты (приведена на рисунке 4.2.1)

- крутизна статической характеристики регулятора частоты S_рч=30 кГц/В;

- граничные значения изменения частоты гетеродина f_г1, f_г2, управляющего напряжения U_упр1 и U_упр2, определяющие диапазон перестройки частоты гетеродина 2Δf_г=Δf_г1+Δf_г2

и диапазон изменения управляющего напряжения

ΔU_упр=ΔU_упр1 +ΔU_упр2

Δf_г1=110 кГц, Δf_г2=70 кГц; 2Δf_г=180 кГц

ΔU_упр1=3,5 В; ΔU_упр2=2,4 В; ΔU_упр=5,9 В

- номинальное значение частоты гетеродина f_ог и напряжение (опорное напряжение) U_ор на регуляторе частоты, f_ог = 4400 кГц при U_ор=2 В.

Чтобы обеспечить заданную в техническом задании остаточную ошибку Δf_о=5кГц при начальной расстройке Δf_нач=40 кГц, коэффициент подстраивающего действия системы АПЧ должен равняться:

К= Δf_нач/Δf_о=30/5=6

Для выбранного гетеродина известна крутизна регулятора частоты (определяется экспериментально из графика рис.4.2.2)

S_рч=30 кГц/В

На основании рассчитанного коэффициента подстройки К определяется требуемое значение крутизны частотного детектора системы АПЧ:

S_чд=(К-1)/ S_рч=(6-1)/30=0,17 В/кГц

Экспериментальное определение крутизны S_чд=0,2 В/кГц было проведено в пункте 4.2. Как видно, эта величина превышает необходимую, поэтому в систеие АПЧ можно применить данный частотный детектор.

Определим основные параметры системы АПЧ.

1)

Полоса схватывания ПАЧ определяется по формуле:

П_сх=0,8 √ 4I_кS_рчК_дd_эminf_чд/С_к

П_сх =0,8*√4*2,2*0,2*0,84*0,01*465000/2200*10^-12=56 кГц

Частоты, соответствующие экстремумам статической характеристики частотного детектора:

f_1,2=f_чд(1±0,5d_эmin)=465*(1±0,5*0,27)=257 кГц и 400 кГц

Полоса удержания определяется по формуле:

П_у=0,46*С_к*П³_сх/(I_к*S_рч*К_д)

П_у=0,46*10^-12*(56000)³/(2,2*0,2*0,84)=218570 кГц

2.4 Указания к проведению модернизации

Для подключения системы АПЧ к лабораторному стенду необходимо провести следующие изменения в принципиальной схеме стенда (см. Приложения 1-4):

1. Собрать расчитанные в п.п.2.1-2.3 схемы;

2. Подключить питание к от стенда;

3. Параллельно варикапной матрице КВС111А (VD1) подключить варикап КВ104Г для увеличения крутизны регулировки частоты гетеродина;

4. Аноды варикапов подключаются к общему проводу (см. Приложение 4) через параллельно соединенные резистор номиналом 100кОм и конденсатор емкостью 0.033 мкФ для подключения к ним сигнала управления от частотного детектора;

5. Отключить полосовой фильтр Z1, вместо него подключить конденсатор емкостью 1000 пФ для увеличения полосы пропускания усилителя промежуточной частоты.

3 Разработка методик проведения лабораторных работ

3.1 Разработка методики исследования амплитудного ограничителя и частотного детектора

Рекомендуемая методика проведения исследования амплитудного ограничителя при проведении лабораторной работы следующая.

1) Расчетная часть – предполагает проведение студентами теоретического расчета амплитудного ограничителя. Студенту необходимо рассчитать и построить амплитудную характеристику амплитудного ограничителя с шунтирующими диодами и амплитудную характеристику транзисторного ограничителя. Методические указания к расчетам изложены ниже.

Характеристики амплитудного ограничителя с шунтирующими диодами рассчитывается в следующем порядке:

- задаваясь рядом значений косинуса угла отсечки токов шунтирующих диодов cosθ = 1 ; 0,96 ; 0,92 ; 0,88 ; 0,84 ; 0,8 и, зная напряжение запирания диодов U_з, определить соответствующие амплитуды выходного напряжения ограничителя

U_{вых.огр.} = U_з / cosθ

- рассчитать для выбранных углов отсечки cosθ входное сопротивление двух шунтирующих диодов 0,5R’, пользуясь формулой:

R’=

и приведенными в таблице 3.1.1 значениями

Здесь S_д – крутизна характеристики прямого тока диода.

Таблица 3.1.1

cos θ	1	0,96	0,92	0,88	0,84	0,8
∞	314	78,5	43,7	27,3	20

- по заданным d_э1, С_э1 и f_o рассчитать сопротивление первого контура R_э1, затем рассчитать значения R’_э, d’_э, и β₁ для всех выбранных значений cosθ по формулам:

где d_э1 – эквивалентное затухание первого контура с учетом влияния шунтирующих диодов;

d_э2 – эквивалентное затухание второго контура.

- по найденным U_{вых.огр.}, R’_э, β и заданной крутизне транзистора VT1 рассчитать ряд значений амплитуд входного напряжения, соответствующих выбранным cosθ и, следовательно, U_{вых.огр.}, пользуясь соотношением

U_вх= U_{вых.огр.}(1+ β²₁)/(SR’_э1)

где S – крутизна характеристики коллекторного тока транзистора.