Расчет системы связи для работы в условиях сильной помеховой обстановки

 

где P_н – мощность сигнала в коллекторной цепи. 
 

      1.3 Расчет необходимого значения глубины ОС 

      Основное  назначение ОС заключается в уменьшении нелинейных искажений и повышении стабильности коэффициента усиления. Требования по линейности оказываются, как правило, более жесткими и определяют необходимое значение глубины ОС. 

       , (1.13) 

где k_ГF - коэффициент гармоник усилителя с ОС, k_Г - коэффициент гармоник усилителя без ОС, который следует принять равным ориентировочно (2…3)%, подставляя числовые данные имеем следующее значение необходимой глубины обратной связи: 

 

      Нелинейные  искажения усилителя определяются выходным каскадом, ко входу которого приложено наибольшее напряжение сигнала. 

      1.4 Определение числа каскадов усилителя и выбор транзисторов предварительных каскадов. 

      Для расчета общего числа каскадов усилителя  N  следует выбрать транзисторы предварительных каскадов из серии маломощных, проверив их пригодность только по одному условию (1.3) - по частоте. В каскадах предварительного усиления (в том числе и входном) целесообразно использовать, одинаковые транзисторы.

При проектировании входного каскада следует выбирать условия работы, соответствующие малому значению коэффициента шума и, в частности, обеспечивать оптимальное для транзистора входного каскада сопротивление источника сигнала. Поэтому связь цепи усиления с источником сигнала целесообразно делать трансформаторной. Коэффициент трансформации входного трансформатора  n`  выбирается из условия получения оптимального по шумам сопротивления источника сигнала  R_Г1опт  для транзистора входного каскада 

        (1.14) 

      Величина  R_Г1опт зависит от частотных свойств транзистора (R_Г1опт = 200...500 Ом при f_т ≤ 0,1ГГц;  R_Г1опт = 100...300 Ом при 0,1 ≤ fт ≤ 1ГГц;  R_Г1опт = 50...150 Ом при f_т >1ГГц).

      Число предварительных каскадов усиления N-1 и типы транзисторов для них  определяются следующими двумя критериями:

          1) коэффициент усиления усилителя без ОС  К  должен быть достаточным для обеспечения заданного значения  K_F  при требуемой величине F ;

           2) транзисторы этих каскадов должны быть достаточно высокочастотными, чтобы при необходимом значении  F выполнялись условия устойчивости.

      Для выполнения условия (1) необходимо: 

,

где                               , 
 

b - коэффициент, учитывающий потери тока в межкаскадных цепях,

b = 0,5...0,75;  h₂₁ - параметр транзисторов предварительных каскадов, а h_21N –выходного транзистора (N-го каскада).

      Входное сопротивление усилителя без  ОС R_ВХ≈h_11,1/(n`)² , где h_11,1 = 300...3000 Ом - входное сопротивление первого транзистора. При согласовании входного сопротивления усилителя с внутренним сопротивлением источника сигнала R₁=R_ВХF: 

                                                                                  (1.17) 

      Для выполнения условия (2) достаточно, чтобы 

                                           

                                        (1.18) 

      Решим совместно (1.15) и (1.17).В нашем случае R₁=R_ВХF=120 Ом, R₂=120 Ом, K_F=80, S_F=0,47 дБ, f_В=0,4 МГц. Для предварительных каскадов выберем транзистор КТ345Б: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Таблица 2.

     Основные  параметры транзистора КТ345Б

 

      Условие (1.3) выполняется. Для f_т = 350 МГц оптимальное по шумам R_Г1опт = 100... 300, выбираем R_Г1опт = 300 Ом,  

      тогда

 

      Зададимся b=0,55 и h_11,1=300 Ом. В пунктах 1.2 и 1.3 было рассчитано =2,113 и F=71,429, тогда 

 

      Из (1.15) рассчитаем общее число каскадов 

 

      Округляем до ближайшего целого и принимаем  N=2

      Проверим  условие (1.18) 

 

f_Тсс=298,804>20,906 МГц – условие выполняется. 

      1.5 Проверка выполнения условий стабильности коэффициента усиления 

     Нестабильность  коэффициента усиления связана с  разбросом параметров элементов  схемы и отклонением режима работы активных элементов из-за изменения температуры окружающей среда и напряжения источника питания. Поскольку режимы работы   стабилизируются, а разброс номинальных значений пассивных элементов невелик, то основная нестабильность S_F вызывается значительным разбросом коэффициента   усиления по току транзисторов в схеме с общим эмиттером h_21.

     Относительная нестабильность коэффициента усиления усилителя с ОС в F раз меньше, чем относительная нестабильность коэффициента усиления усилителя без ОС.

      Стабильность  коэффициента усиления будет удовлетворять требованиям технического задания, если 

                                  

                                    (1.19) 

     Здесь S_F - результирующая относительная нестабильность коэффициента усиления, выраженная в дБ и соответствующая его изменениям от минимального до максимального значений; F_MS - глубина местной ОС (а если ее нет, F_MS =1).

      Проверяем выполнение условий стабильности для  выбранных транзисторов и числа  каскадов по формуле: 

 

     Так как рассчитанная ранее F = 71,429 превышает полученное значение, то выбор транзистора и числа каскадов по условию эскизного расчёта в дальнейшей корректировке не нуждается. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  

2. Выбор схемы  цепи усиления и расчет по постоянному  току

 
 

      2.1 Построение К-цепи 

     В усилителях с глубокой ОС удобно использовать непосредственную связь между каскадами. Отсутствие разделительных конденсаторов и базовых делителей напряжения упрощает усилитель, уменьшает габариты, дает экономию тока питания и улучшает АЧХ, особенно в области низких частот. Однако данная схема по сравнению со схемой с разделительными конденсаторами требует большего напряжения источника питания.

Данным  критериям соответствует схема, приведенная на рисунке 3.1

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

     В схеме с непосредственной связью между каскадами делителем напряжения для последующего каскада служит предыдущий каскад. Все изменения режима предыдущего транзистора вызывают изменения режимов последующих транзисторов.Поэтому в такой схеме особенно важна стабилизация режима первого транзистора. Для повышения стабильности режимов транзисторов в схему вводят гальваническую ОС, создавая петлю ОС, охватывающую первый - второй каскады (через R_б).  

     2.2 Расчет каскадов усилителя по постоянному току

     Расчет  К-цепи по постоянному току включает выбор режимов транзисторов и расчет сопротивлений резисторов, обеспечивающих выбранные режимы и их стабильность.

     Выходной каскад был рассчитан ранее, а количество каскадов предварительного усиления равно одному (N-1=1).

     Для транзистора выходного каскада режим выбран ранее (п.1.2), исходя из требуемой выходной мощности (1.4), (1.5).

      При выборе режимов транзисторов каскадов предварительного усиления следует  иметь в виду, что предыдущий (S-1) каскад должен обеспечивать требуемый уровень сигнала на входе последующего (S) каскада. Учитывая потери сигнала в межкаскадных цепях, постоянный, ток коллектора транзистора (S-1) каскада можно принять 

                                                      

,                                               (2.1) 

что приближенно  равно (с большим запасом) 

                                                       

                                                (2.2) 

      Постоянное  напряжение коллектор–эмиттер рекомендуется выбирать, соблюдая неравенство:

                                                       

                                                  (2.3) 

      Границы выбора режима работы транзистора предварительного каскада: 

                                                  

,                                            (2.4)

                                                  

                                               (2.5) 

      В расчетах полагаем эмиттерный ток равным I_К , пренебрегаем током базы ввиду его малости.

      При использовании в усилителе кремниевых транзисторов значения напряжений база-эмиттер можно принять равными

      

 

      Таким образом, для выбранной схемы К-цепи (рис. 2.1), имеем: 

     

,  

     Напряжения  смещения в базовых цепях транзисторов принимаем равными (2.6):

     

 

     Ток коллектора и напряжение коллектор-эмиттер транзистора предварительного каскада (2.2), (2.4), (2.5): 

     

,  

     Задав данные значения токов и напряжений, определим токи и напряжения в остальных ветвях схемы К-цепи: 

     

,

     

,

,

 

Все рассчитанные токи и напряжения указываем на схеме – рисунок 2.2 Вычисляем сопротивления резисторов: