Рис. 20. Характеристика диода MBD101.
Постоянная времени детектора должна быть хотя бы несколько периодов высокочастотного колебания. Так как емкость нагрузки должна как минимум в 10 раз превышать емкость p-n перехода, то
Входное сопротивление детектора для случая приема сильных сигналов можно определить по формуле:
Так как , то детектор не будет значительно влиять на коэффициент усиления последнего каскада УПЧ.
Коэффициент передачи детектора для случая приема сильных сигналов определяется по формуле:
;
,
где - угол отсечки; S - крутизна характеристики диода.
;
Так диод начинает открываться приблизительно с 0.5 (В), то постоянное напряжение на выходе детектора будет около 0.5 (В) при подаче на вход 1(В). Следовательно необходимо спроектировать усилитель постоянного тока таким образом, чтобы при изменении входного напряжения с 0.5 до 1 (В), напряжение на выходе схемы АРУ менялось от 3.5 до 1.5 (В). Если использовать транзистор BF998, то входное сопротивление такого усилителя будет достаточно большим, чтобы не уменьшать сопротивление нагрузки детектора. Выведем уравнение для расчета цепи смещения. Для этого будем считать что в начальный момент времени транзистор закрыт и ток стока отсутствует:
С учетом этих начальных условий получаем:
Здесь - крутизна проходной характеристики усилителя;
- напряжение открывания транзистора.
На рис. 15 видно, что . При на начальном участке характеристики .
Пускай , , чтобы ток стока не сильно влиял на параметры схемы. В этом случае получим:
Постоянная времени фильтра R60C54 должна быть больше самого низкочастотного периода модулирующего сигнала. Поэтому:
Емкость С53 должна быть гораздо меньше R59 на рабочей частоте, поэтому
;
.
Потребляемый схемой ток:
Модели детектора и усилителя представлены на рис. 21, 22. Результаты моделирования - на рис. 23, 24.
Рис. 21. Модель диодного детектора.
Рис. 22. Модель усилителя постоянного тока.
Рис. 23. Результат детектирования.
Рис. 24. Характеристика системы АРУ.
Изменение напряжения на выходе системы АРУ с 3.5 до 1.5 (В) означает изменение коэффициента усиления тракта промежуточной частоты на 98.16 (дБ). Это означает, что усилители в тракте ПЧ будут оставаться линейными при изменении входного сигнала на 98.16 (дБ). В результате моделирования была установлена возможность рассчитанной схемы понижать напряжение на втором затворе относительно земли до 1.2 (В). Это означает изменение коэффициента усиления более, чем на 116 (дБ).
8. Расчет частотного детектора и ограничителя
Наиболее эффективным способом частотного детектирования без использования дополнительных генераторов является частотное детектирование с преобразованием частотной модуляции в фазовую. Это достигается использование двух связанных колебательных контуров - в амплитудном ограничителе и в синхронном амплитудном детекторе. Использование амплитудного ограничителя является необходимым, так как напряжение на выходе синхронного амплитудного детектора зависит не только от фазы сигнала, но и от его амплитуды. Проще всего амплитудное ограничение производить при помощи избирательного усилителя. Схема ограничителя и детектора представлена на рис. 25.
Рис. 25. Ограничитель и детектор.
Для наступления режима ограничения достаточно, чтобы рабочая точка была задана следующим образом:
В результате расчета получаем следующее:
В этом случае напряжение на выходе ограничителя не будет превышать 2 (В).
Выходная проводимость транзистора будет равна:
Колебательные контура должны быть точно настроены на промежуточную частоту:
Ток, потребляемый ограничителем:
Зададимся коэффициентом , где - эквивалентная добротность каждого из контуров. Чтобы не была велика выберем . Этому соответствует детекторная характеристика, представленная на рис. 26.
Рис. 26. Детекторная характеристика при .
Чтобы оставаться на линейном участке характеристики, выберем . В этом случае эквивалентная добротность должна быть равна следующей величине:
.
Так как максимальная девиация частоты составляет 75 (кГц), то получаем:
Коэффициент связи в этом случае должен быть равен:
Постоянная времени нагрузки детектора не должна быть чрезмерно большой, так как это может вызвать нелинейные искажения принимаемого сообщения. Если принять индекс возникающей амплитудной модуляции , то нагрузку детектора можно вычислить следующим образом:
Постоянная времени цепей коррекции предъискажений С47R51 и C48R50 должна быть 50 (мкс). Выбираем , тогда
Разделительные конденсаторы С49 и С50 выбираются из условия:
Входное сопротивление синхронного амплитудного детектора будет равно:
.
Чтобы обеспечить требуемую эквивалентную добротность контура, его эквивалентное сопротивление должно быть равно:
.
Тогда коэффициент усиления транзистора будет равен:
.
Это означает, что транзистор будет устойчив.
Если использовать колебательные контура с добротностью , то можно определить шунтирующие сопротивления:
Для точной настройки добротности можно включить дополнительные подстроечные резисторы.
Емкость С55 должна быть достаточно большой, чтобы иметь минимальное сопротивление на рабочей частоте. Пускай .
Так как выход детектора симметричный, то далее должен следовать двухтактный усилитель. Такое решение является оправданным, так как такой усилитель имеет большой КПД.
На рис. 27 представлена модель детектора. На рис. 28 - результат детектирования.
Рис. 27. Модель детектора и ограничителя.
Рис. 28. Результат моделирования.
9. Выводы
1. Так как чувствительность приемника составляет 1.3 (мкВ), то динамический диапазон преселектора при котором он останется линейным будет равен:
Это величина определяет динамический диапазон приемника, так как динамический диапазон УПЧ существенно шире за счет использования АРУ.
2. Использование керамического фильтра позволяет добиться ослабления соседних каналов приема на 50 (дБ).
3. Ослабление по побочным канала составляет 45 (дБ).
4. Приемник без гетеродина и низкочастотной цепи потребляет ток, равный
.
Таким образом приемник вместе с низкочастотным трактом может функционировать от 4 батарей типа ААА около 8 (ч).
Список использованной литературы
1) “ Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах “ Петров Б.Е., Романюк В.А.
2) “ Полупроводниковые приборы: транзисторы “ справочник под общей редакцией Горюнова Н.Н. , Москва, Энергоиздат , 1982 г.
3) “ Полупроводниковые приборы: транзисторы “ Петухов В.М., справочник, Москва, “ Радио и связь “, 1993г.
4) “ Проектирование радиопередатчиков “ под редакцией Шахгильдяна В.В., Москва, “ Радио и связь “, 2000 г.
5) «Судовая радиосвязь» Справочник по организации и радиооборудованию ГМССБ БакееВ Д.А., Дуров А.А., Кан В.С., Резников В.Ю., «Судостроение», 2001 г.