Контрольно -корегувальна станція

         g_вх   - входная проводимость транзистора (КТЗ12В), мкСм;

         g_сх  - проходная проводимость транзистора (КТ312В), мкСм

После этого рассчитаем максимально  возможный коэффициент усиления каскада по формуле.

                                           _(2.18)

Таким образом,  получаем,  что  максимальный  коэффициент усиления составляет К_ОМ = 44,4, что более чем удовлетворяет необходимому коэффициенту усиления по предварительному расчету.

 

 

2.3 Преобразователь  частоты  и усилитель промежуточной частоты

Гетеродин, смеситель , УРЧ , а так  же автоматическая регулировка усиления реализованы на ИМС К174ХА2. Она представляет собой полупроводниковую интегральную микросхему 3-й степени интеграции и содержит 34 транзистора, 21 диод, и 57 резисторов. ИМС предназначена для построения на ее основе радиоприемника сигналов с амплитудной модуляцией. Содержит усилитель радиочастоты с усилителем постоянного тока системы АРУ , смеситель , гетеродин , усилитель промежуточной частоты с регулировкой усиления , оконечный усилитель и второй усилитель АРУ. На рисунке 4 приведена функциональная схема ИМС К174ХА2.

Рисунок 4 - Функциональная схема  ИМС К174ХА2.

Примечание к рисунку:

А1- усилитель радиочастоты (УРЧ); А2- система АРУ;

А3- стабилизатор напряжения; А4- усилитель промежуточной частоты (УПЧ);

А5- система АРУ; G1-гетеродин; UZ1- смеситель.

Типовая схема включения  изображена на рисунке 5.

                       Рисунок 5- Типовая схема включения ИМС К174ХА2.

В таблице 2 приведены электрические параметры  ИМС К174ХА2.

Таблица 2 - Электрические  параметры ИМС К174ХА2.

Номинальное напряжение питания	9В
Ток потребления  при  UП =  9В,  Т = +25°С, не более	16мА
Отношение сигнал-шум  при  UП = 9В, fвх = 1 МГц, UВХ =10мкВ, m= 0,8, T= +25°С, не более	24дБ
Выходное напряжение низкой частоты при   UП = 9В, fвх= 1 МГц ,       fпч = 465кГц, fм=1 кГц. m= 0,8, T=+25°С:. при  UВХ = 20мкВ,  не менее при   UВХ = 5∙105 мкВ	60мВ 100…560мВ
Изменение выходного напряжения низкой частоты при изменении напряжения источника  питания в диапазоне 4,8...9В при f=1 МГц,                                                                                                                                                                                                                                            fм=1 кГц, m= 0,3, UВХ = 10мкВ, Т= +25°С, не более	6дБ
Верхнее значение частоты  входного сигнала при UП = 9В, Т = +25°С, не менее	27МГц
Коэффициент гармоник при Un = 9В, fвх = 1МГц, fпч =465 кГц, fм=1кГц, m= 0,8, T = +25° С, не более: при  UВХ  = 5 ∙105мкВ при  UВХ = 3∙104 мкВ	10% 8%
Входное   сопротивление   УПЧ    при   Un  = 9В, Т =+25°С,  не менее	3кОм
Входное   сопротивление    УВЧ    при   Un = 9В, Т =+25°С,  не  менее	3кОм
Выходное   сопротивление   УПЧ   при   Un = 9В, Т =+25°С,  не  менее	60кОм

 

Предельные эксплуатационные данные:

Напряжение питания   …………………………..…4,8... 15В

Максимальное входное  напряжение  ……………............................2В

Максимальная  температура кристалла……………..…………+125° С                                                                                                

Температура окружающей среды ………………………..-25...+55⁰ С

 

Принципиальная схема  ИМС К174ХА2 изображена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Принципиальная схема ИМС К174ХА2

 

Назначение выводов: 1 — вход 1-го усилителя высокой частоты; 2 — вход 2-го усилителя высокой частоты; 3 — вход усилителя АРУ; 4. 5, 6 — выводы гетеродина; 7—выход усилителя промежуточной частоты; 8 — общий вывод, питание (-U_n); 9 — вход усилителя АРУ усилителя промежуточной частоты; 10— выход усилителя индикации; 11; 13 — вывод усилителя промежуточной частоты; 12 — вход усилителя промежуточной частоты; 14 — вход стабилизатора напряжения, питание ( + U_n); 15, 16 — выходы смесителя.

В ИМС К174ХА2 симметричный резисторный каскад УРЧ построен на транзисторах Т1 и Т2 (рисунок 6). Напряжение сигнала на эти транзисторы (выводы 1 и 2) подаётся симметрично с помощью катушки L2, связанной с контуром входной цепи. Напряжение питания подается на резисторы R6 и R7 эмиттера Т6, на базу которого подано напряжение, стабилизированное с помощи цепочки R6, Д16-Д21. Транзистор Т6 работают как буфер, уменьшающий нагрузку цепочки диодов. Напряжение питания на коллекторе Т1 и Т2 подается через резисторы R2 и R4 с эмиттера Т16, на базу которого тоже подается стабилизированное напряжение с цепочки R55, Д16-Д21, однако, несколько больше, чем на базу Т6 (приблизительно на 1,3-1,5 В). Подобно Т6, Т16 служит буфером.    В проводе эмиттера Т1 и Т2 включены резисторы R10 и R11; они создают отрицательную обратную связь по постоянному току, стабилизирующую режим. 

        Диоды Д1 -Д4 служат для АРУ;  при слабом сигнале Д1 и Д2  заперты и не шунтируют выход каскада, а диоды ДЗ и Д4 открыты, так что отрицательная обратная связь по переменному току мала; при сильном сигнале Д1 и Д2 открываются и сильно шунтируют выход каскада, а диоды ДЗ и Д4 запираются, так что в каскаде появляется сильная отрицательная обратная связь по переменному току; в результате усиление каскада уменьшается.

        На транзисторах ТЗ-Т5  построен  УПТ, предназначенный для усиления  положительного напряжения, поступающего  с детектора системы АРУ на  вывод 3.

С выхода УРЧ ( с  коллектора Т1 и Т2 ) усиленное напряжение сигнала подается на сигнальный вход смесителя ( попарно соединенные друг с другом базы транзисторов Т8, Т9 и Т7-Т10). Гетеродинным выходам смесителя служат базы Т11 и Т 12. Постоянное напряжения на базе Т7-Т10, как и напряжения сигнала, подаются непосредственно с коллектора Т1 и Т2, питание же на базы Т11 и Т12 и на непосредственно соединенные с ними базы транзисторов гетеродина Т15 и Т14 подаётся через резисторы R17 и R18 с дополнительной стабилизацией цепочки R20, Д13-Д15. Дополнительная стабилизация напряжения нужна, конечно, не для смесителя, а для гетеродина.

         Напряжения питания на коллекторе  Т7- Т10 подаются с выводов 15 и  16 через подключенные к этим выводам элементы нагрузки. Это два конура промежуточной частоты с катушками L6 и L8; с первого из них колебаний через ПКФ подаётся на вход УПЧ (вывод 12), а со второго на самостоятельный детектор АРУ УРЧ, выход которого соединён с выводом 3 ИМС.

Гетеродин, как  уже упоминалось, сроится на транзисторах Т14 и Т15, На коллектор Т15 напряжения питания подается непосредственно с источника без предварительной стабилизации. На коллектор Т14 то же напряжение подается через катушку колебательного контура L3 (схема питания последовательная, включение контура автотрансформаторное). Напряжения обратной связи подается на базы транзисторов (вывод 4. 5) с помощью катушки L4. Такая схема построения гетеродина позволяет при несимметричном включении колебательного контура реализовать преимущество двухтактной системы подавления (существенное ослабление) четных гармоник.

         УПЧ включает в себя три  одинаковых регулируемых симметричных  каскада и симметричный нерегулируемый выходной каскад. Каждый из первых трёх каскадов построен на четырех транзисторах: Т23-Т26, Т27-ТЗО и Т31-ТЗЗ. Два из четырёх транзисторов (Т24 и Т25 в первом каскаде) включены по схеме ОЭ, а за ними следует два (Т23 и Т26), включенных по схеме с ОК (эмиттерные повторители). Такая схема позволяет без помощи разделительных конденсаторов избежать постепенного повышения потенциалов от каскада к каскаду.

База Т25 (вывод 11) с помощью внешнего конденсатора соединяется с корпусом, что исключает  обратную связь через R43, R56 по переменному току. Такая же связь через R22; R42 устраняется соединением с корпусом через внешний конденсатор средней точки между этими двумя резисторами. На базу Т24 (вывод 12) подаётся, как уже упоминалось, напряжение с выхода ПКФ. Сопротивление R22 практически равно характеристическому сопротивлению ПКФ; это устраняет надобность в согласующем трансформаторе или контуре. На первый взгляд представляется не оправданным применение, двух резисторов R43 и R56 вместо одного с тем же сопротивлением. Однако при интегральной технологии изготовление двух резисторов вместо одного практически не увеличивает стоимости, а с точки зрения обеспечения идентичности рассматриваемой цепочки с R22, R42 такое решение, по-видимому, предпочтительно.

Диоды Д7-Д12, подобно  диодам ДЗ и Д4 в каскаде УРЧ, служат для АРУ путём изменения глубины отрицательной обратной связи: с усилением сигнала зги диоды запираются и глубина обратной связи растёт. Управление этими диодами осуществляется через УПТ, построенный на транзисторах Т17 -Т19 на базу Т17 (вывод 9) подаётся постоянное напряжение с выхода детектора.

Транзистор Т34 служит для индикации настройки. В провод его эмиттера последовательно с R57 можно включить внешний микроамперметр. По мере усиления сигнала и вызываемого этим уменьшения эмиттерного тока Т17 и, соответственно, падения напряжения на R32, потенциал базы Т34 повышается и эмиттерный ток растет, что и регистрируется микроамперметром.

Выходной каскад УПЧ построен на Т20 и Т21. Резистор R52 стабилизирует режим. Резисторы R53 и R54 выравнивают распределение тока между транзисторами и создают отрицательную обратную связь, уменьшающую нелинейные искажение. Коллектор Т21 соединён с корпусом, а в провод коллектора Т20 (вывод 9) включается выходной контур промежуточной частоты с катушкой L5, с которым связан детектор.

Стабилизированное напряжения питания УПЧ снимается  с эмиттера Т13, на базу которого, как  и на базу T16, подается стабилизированное напряжение с цепочки R55, Д16 -Д21.

На рисунке 8 изображена схема включения , которая включает в себя так  же и детектор . Чувствительность схемы 20 мкВ , выходное напряжение звуковой частоты  на выходе детектора 60 мВ ( при отношении  сигнал-шум на выходе 26 дБ и глубине  модуляции входного сигнала 0,8 ), потребляемая мощность 150 мВт.

 

 

4. Розрахунок ППЧ приймача сигналів GPS.

4.1 Вибір елементної бази

4.1.1 Загальні відомості про ППЧ

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. У  блоках ППЧ здійснюється підсилення сигналів на першій проміжній частоті, перетворення їх на другу проміжну частоту і попереднє підсилення на другій.

Якщо розглядати ППЧ в  цілому, то їх можна поділити на ППЧ  з одиночними настроєними контурами, ППЧ з одиночними попарно розстроєними контурами, трьох каскадній підсилювач з одиночними контурами, настроєними  на три частоти, ППЧ з двухконтурними смуговими фільтрами, та відповідно ППЧ з ФЗС.

Вони мають фіксовану  настройку, що дає змогу реалізувати  більш ефективно селективні системи. В ППЧ з розподіленою вибірковістю кожен каскад включає активний елемент  і селективний елемент — часто  двоконтурний смуговий фільтр; при  цьому кожен каскад вносить певний вклад як в посилення сигналу, так і в забезпечення селективності. У ППЧ із зосередженою вибірковістю функції селективності і підсилення розподілені між каскадами: підсилення сигналу отримується широкосмуговими  резонансними або аперіодичними  каскадами, а селективність і  смуга пропускання визначаються фільтром зосередженої селекції, який включають на вході ППЧ між  активним елементом змішувача і  першого каскаду ППЧ. Остання  структурна схема  має більш доцільне використання що до реальній перешкодостійкості. Збільшення числа транзисторів в  мікросхемі дозволяє підняти коефіцієнт стійкого підсилення при мінімальному числі комплектуючих елементів. Характерною особливістю транзисторних  ІС є використання безпосередніх  зв'язків між каскадами і вживання негативних зворотних зв'язків для  підвищення стабільності.

Найбільш простими в налаштуванні і некритичними в експлуатації є  ППЧ з одиночними контурами, налаштованими  на одну частоту. ППЧ з одиночними налагодженими на одну частоту контурами  має найгірше значення прямокутності, тобто найгіршу селективність при  заданій смузі пропускання —  так при N>> 4 коефіцієнт прямокутності приблизно рівний 3. Застосовується як широкосмуговий підсилювач при відносно невисоких вимогах до селективності. Володіє малим граничним значенням створення коефіцієнта підсилення на смугу пропускання, унаслідок чого при необхідності отримати відносно широку смугу пропускання (F>5 Мгц) підсилення виявляється малим і ППЧ такого типа не застосовують. При збільшенні числа каскадів для отримання  П =const  слід зменшувати опір шунтуючого резистора, що зменшує коефіцієнт підсилення, тому недоцільне збільшення числа каскадів більше критичного Nкр=Кі2 /4, де К1, — коефіцієнт підсилення одиничного каскаду, смуга якого дорівнює смузі пропускання підсилювача П.

ППЧ з одиночними попарно  розстроєними контурами складається  з парного числа каскадів.  Вживання взаємного розладу контурів дозволяє істотно підвищити якість підсилювача. Щоб показати це, повернемося  до УПЧ з налаштованими на одну частоту контурами і заданою  смугою пропускання П. Якщо, не змінюючи добротності контурів, ввести їх взаємний розлад, то смуга пропускання розшириться. Для того, щоб це показати, повернемося  до заданого значення смуги П, потрібно збільшити добротність контурів, що збільшує крутість схилів ЛЧХ, тобто  наближає до одиниці її коефіцієнт прямокутності. Збільшення добротності  контурів також збільшує еквівалентний  опір R. Залежно від величини узагальненого  розладу

Подальше наближення до ідеального прямокутника дає перехід до УПЧ  з одиночними контурами, налагодженими  на три частоти: f₀₁ = f₀-ΔF, f₀₂ = f₀+ΔF, f₀₃ = f₀. При цьому третій каскад частково або повністю усуває провал в АЧХ. УПЧ з трійками каскадів застосовують при узагальненому розладі х₀>> √3 в широкосмугових ППЧ. До недоліків такого підсилювача слід віднести трудомісткість налаштування і критичність до розладу окремих каскадів.

ППЧ з двоконтурним смуговим фільтром в кожному каскаді дозволяє отримати ті ж характеристики, що і  ППЧ із засмученими двійками при  удвічі меншій кількості активних елементів (каскадів). Широко застосовуються як вузькосмугові  ППЧ, побудовані за структурною схемою з розподіленою селективністю. До достоїнств ППЧ з ДСФ слід віднести хорошу прямокутність, великий коефіцієнт підсилення при заданій смузі, некритичність до випадкового розладу контурів, зручність регулювання смуги пропускання.