Розробка транзисторного підсилювача проміжної частоти радіолокаційного сигналу (стр. 1 из 2)
РОЗРОБКА ТРАНЗИСТОРНОГО ППЧ РЛС
1. Аналіз елементної бази та вибір елементів принципової схеми
Підсилювач проміжної частоти виконує головне підсилення та вибірність. Резонансні підсилювачі працюють на фіксованих частотах та забезпечують підсилення сигналів до рівня, необхідного для ефективної роботи детектора, а також виконують головну частотну вибірність по відношенню до корисних сигналів.
Резонансний підсилювач в загальному випадку складається з декількох послідовно включених каскадів. Головними елементами, які входять до складу каскадів, є підсилювальні пристрої та смугові фільтри. Підсилювальні пристрої призначені для перетворення енергії джерела живлення в енергію коливань, що підсилюються. Смугові фільтри є резонансним навантаженням підсилювального пристрою. Вони забезпечують потрібну частотну вибірковість та смугу пропускання підсилювального трактуприймачах станцій виявлення смуги пропускання резонансного контуру
(1)Головним типом сучасних резонансних підсилювачів є підсилювачі на інтегральних мікросхемах, які містять, як правило, складові транзистори. За способом включення підсилювальних пристроїв резонансні підсилювачі можуть бути :
- із загальним емітером (витоком, катодом);
- із загальною базою (затвором, сіткою);
- із загальним колектором (стоком, анодом);
- із каскадним включенням підсилювальних пристроїв.
Каскад із загальним емітером є найбільш використовуємим, тому що він забезпечує найбільше підсилення сигналів по потужності та має великий вхідний опір.
Каскад із загальною базою має високу стабільність та малі нелінійні спотворення, малий вхідний та великий вихідний опір, він підсилює по напрузі та не підсилює по потужності.
Каскади із загальним колектором можуть використовуватись для спряження кіл із різними вхідними та вихідними опорами.
При каскадному включенні покращуються внутрішні параметри в зрівнянні з параметрами кожного підсилювального пристрою.
За способом забезпечення частотної вибірковості розрізняють резонансні підсилювачі з розподіленою та зосередженою вибірковістю.
У підсилювачах із розподіленою по каскадам вибірковістю, функції вибірковості та підсилення суміщені та, звичайно, рівномірно розподілені між однотипними каскадами або їх групами.
При цьому найбільш широко використовуються однотипні підсилювальні пристрої та одноконтурні однакові смугові фільтри, а також двухконтурні фільтри в каскадах .
Головною перевагою рівномірного розподілення підсилення та вибірковості є найбільш повна реалізація потенціальних можливостей підсилювальних пристроїв.
У сучасний час находять все більше використання резонансні підсилювачі із зосередженою вибірністю. У них функції підсилення та вибірності розділені. Один із каскадів має складний смуговий фільтр, який формує потрібну частотну характеристику всього резонансного тракту.
Ці фільтри зосередженої вибірності використовують в приймачах, де підвищені вимоги до вибірності.
Ці підсилювачі відрізняються простотою конструкції та настройки, доброю стабільністю форми резонансної кривої.
Проаналізувавши існуючий блок ППЧ , можна зробити висновок, що всі алгоритми, які виконують елементи першого покоління (електровакуумні пристрої), можна реалізувати на новій елементній базі: як на транзисторах, так і на інтегральних мікросхемах. При цьому елементна база має більш кращі електричні й експлуатаційні параметри.
На сучасному етапі отримала широке розповсюдження побудова, радіоелектронної техніки на інтегральних мікросхемах, так як транзистори, хоч ще й використовуються, але вже відходять у минуле. Інтегральні мікросхеми перемагають попередню елементну базу за своїми габаритами, масою, надійністю, економічністю та вартістю.
З точки зору мінімізації вартості пристрою, часу розробки, маси та габаритів пристрою, найбільш ефективна реалізація підсилювального тракту цілком на одній великій інтегральній схемі. Але при цьому розробник зустрічається з необхідністю використовувати структурну схему та ідеологію побудови приймача, яка була закладена проектувальником великої інтегральної схеми. Звичайно, такі монолітні великі інтегральні мікросхеми виготовляються тільки для масової продукції ,яка має середні електричні характеристики. Компромісним рішенням є використання спеціалізованої гібридної великої інтегральної схеми підсилювального тракту. Така влеика інтегральна мікросхема виготовляється на підприємстві – розробнику приймальних пристроїв та може мати параметри, та ідеологію побудови, найбільш близькі до вимог на розробляємий приймальний пристрій при доступній вартості, малої маси та габаритах.
По мірі зменшення степені інтеграції використаних великих інтегральних схем та інтегральних схем завдання реалізації вибраної структурної схеми та високих електричних характеристик полегшуються, але такі показники якості, як маса, габарити при цьому стає гірше.
При виборі типу ІС малої та середньої степені інтеграції для підсилювального тракту будемо користуватись наступними думками.
При виборі ІС для ППЧ враховують динамічний діапазон та частотний діапазон роботи схеми, а також коефіцієнт регулювання підсилення при наявності АРП. Сучасні ІС мають відносно малі нелінійні спотворення та високі граничні частоти підсилення.
Знаючи робочу частоту РЛС, проміжну частоту, смугу пропускання, коефіцієнт підсилення ПЧ, ППЧ та користуючись вищевказаними умовами, вибираємо підсилювальний пристрій –транзистор.
Параметри засобів частотної фільтрації, використаних в приймальних пристроях 3 і 4-го покоління, по окремим показниками суттєво переважають параметри традиційних LC-фільтрів. І в той же час завдання стоврення фільтру, сумісного з мікроелектронною технологією та повністю замінюючого LC-фільтри, на сьогоднішній день ще не вирішено.
Підсилювачі проміжнжої частоти (ППЧ), які використовуються в радіоприймальних пристроях РЛС за величиною відносної ширини смуги пропускання поділяють на вузькосмугові та широкосмугові.
За характером розподілу вибірності в каскадах ППЧ розрізняють вибрні підсилювачі с розподіленою та зосередженою вибірністю. В ППЧ з розподіленою вибірністю функції підсилення і вибірності забезпечуються в кожному каскаді. За числом резонансних контурів підсилювачі розрізняють на одноконтурні та двохконтурні. В одноконтурних підсилювачах усі контури можуть бути настроєні на номінальну проміжну частоту (настроєні ППЧ) або можуть мати відповідну розстройку (ППЧ з парами чи трійками розстроєних каскадів). В двохконтурних підсилювачах застосовуються смугові фільтри, які образовані системою зв¢язаних контурів.
Необхідна вибрність в ППЧ з зосередженою вибірністю відтворюється звичайно системою з декількох LC – фільтрів, які включають або одразу після перетворювача частоти або після першого каскаду ППЧ. Часто в якості фільтру зосередженої селекції використовують електромеханічні, п¢єзокерамічні, кварцові і т. п. Необхідне підсилення в ППЧ забезпечується каскадами, які розташовані за фільтром зосередженої селекції. Це або одноконтурні селективні підсилювачі з невеликою вибірністю або аперіодині підсилювачі.
За способом включення електронних пристроїв ППЧ поділяють на підсилювачі з загальним емітером та ППЧ з каскодним включенням транзисторів. Широко використовуються ППЧ на інтегральних схемах.
2. Порядок розрахунку підсилювача проміжної частоти
Для розрахунку ППЧ необхідно визначити наступні вихідні дані:
1. Номінальне значення проміжної частоти, fпр.
2. Смугу пропускання підсилювача на рівні 3 дБ, П.
3. Необхідний коефіцієнт підсилення ППЧ К.
4. Необхідну вибірність по сусідньому каналу sс.
5. Задану розстройку Dfcсусіднього каналу прийому.
6. Власне затухання контурів dk.
Смугу пропускання ППЧ (приймача) П, номінальне значення проміжної частоти fпр і власне затухання контурів ППЧ dk отримують з попереднього розрахунку приймача.
Коефіцієнт підсилення К , який повинен забезпечувати ППЧ, визначається наступним чином:
(2)або
(3)де Кпрн – необхідний коефіцієнт лінійної частини приймача (до детектору), який отримують із попереднього розрхунку;
Крвк , Кр прч ,Крпч – коефіцієнти передачі за потужністю вхідного кола, підсилювача радіочастоти і перетворювача частоти відповідно; їх визначають при розрахунку окремих каскадів;
Квк , Кпрч , Кпч – коефіцієнти передачі за напругою вхідного
кола, підсилювача радіочастоти і перетворювача частоти.
При розрахунках малосигнальних схем радіоприймальних пристроїв на інтегральних схемах або транзисторах останні заміщуються, як правило, активними лінійними чотириполюсниками. В якості системи характеристичних параметрів таких чотириполюсників прийнята система У – параметрів, яка використовується при розрахунку ППЧ та інших каскадів приймачів на частотах, які не перевищують 500...700 МГц.
При виборі схеми підсилювача необхідно керуватися наступним.
Якщо вимоги до вибірності не задані, то доцільно застосовувати ППЧ з настроєними контурами. Ці підсилювачі відрізняються простотою конструкції і настроювання, доброю стабільністю форми резонансної кривої.
В якості резонансних систем в підсилювачах проміжної частоти застосовуються фільтри різноманітних типів і конструкцій: електромеханічні, кварцові, п¢єзокерамічні, фільтри на поверхневих акустичних хвилях, активні фільтри, фільтри з перемикаючимися ємностями, LC – фільтри.
Перші чотири типи фільтру іноді об¢єднують під загальною назвою електромеханічні фільтри, а перший тип – під назвою механічні фільтри.