2. Расчет и моделирование элементов супергетеродинного приемника
2.1 Входная цепь
Входными цепями (ВЦ) радиоприемника называют цепи, связывающие антенно-фидерную систему с первым усилительным или преобразовательным каскадом приемника.
Основными назначениями ВЦ являются:
- передача принятого сигнала от антенны к входу этих каскадов;
- предварительная фильтрация внешних помех.
Обычно ВЦ представляют собой пассивный четырехполюсник, содержащий колебательные контуры. Наибольшее распространение получили одноконтурные ВЦ.
Для повышения чувствительности и реальной селективности гетеродинного приемника входная цепь должна обеспечивать близкий к единице коэффициент передачи мощности в рабочем диапазоне частот и как можно большее ослабление внедиапазонных сигналов. Все это - свойства идеального полосового фильтра, поэтому и выполнять входную цепь надо в виде фильтра. В качестве входной цепи я выбираю схему с емкостной связью (рисунок 3.1.1), т.к. она является наиболее простой и широко используемой, кроме того в ней нет трансформаторов. При необходимости согласования с входным каскадом приемника от катушки L делается отвод, который подключается к входному каскаду (автотрансформаторная связь с нагрузкой).
Рисунок 2.1.1 – Входная цепь с емкостной связью
АЧХ такой схемы должна быть плоской в диапазоне частот 3200-7500 кГц. В качестве перестраиваемого элемента в этой схеме выступает варикап. Однако обеспечить плоскую характеристику плоской во всем диапазоне частот невозможно, поэтому мне нужно ограничиться максимальным уровнем спада АЧХ. Т.к. в исходных данных не указано это значение, поэтому я беру максимальный уровень спада равным 3 дБ.
План выполнения работы по этапу
- Подобрать элементы ВЦ.
- Определить АЧХ и ФЧХ входной цепи во всем диапазоне изменения емкости переменного конденсатора С.
- Определить Qэкв,Rэкв на основе снятых АЧХ.
- Измерить коэффициент передачи по напряжению ВЦ в рабочем частотном диапазоне и построить график зависимости К0 от f.
- Исследовать процесс прохождения АМ-сигнала через ВЦ.
Подбор элементов ВЦ
Проведем ориентировочный расчет параметров контура. Я выбрал значение индуктивности L= 200 мкГн, Ccon=2 пФ, R=2 Ом. Теперь я могу найти максимальное и минимальное значение переменного конденсатора из соотношения:
F
= 1/[2π
]
Сmax = 1/[(4π2*(Fmin)2*L) ]= 0.1 пФ
Сmin = 1/](4π2*(Fmax)2*L) ]= 10 пф
Схема входной цепи с подобранными параметрами для исследования представлена на Рисунке 2.1.2.
Рисунок 2.1.2 – Схема входной цепи
Определение АЧХ и ФЧХ входной цепи во всем диапазоне изменения емкости переменного конденсатора С с использование функции Parameter Sweep.
АЧХ и ФЧХ входной цепи показаны на рисунке 2.1.3, а значения емкости переменного конденсатора отражены в таблице 2.1.1.
Рисунок 2.1.3 – АЧХ и ФЧХ входной цепи.
Таблица 2.1.1 – значения емкости C при измерении АЧХ и ФЧХ входной цепи
Определение Qэкв, Rэкв на основе снятых АЧХ.
В качестве рабочей частоты я взял 5350 КГц. На этой частоте я буду определять параметры Qэкв, Rэкв.
Резонансная частота составляет 5350 КГц. Полоса пропускания, на уровне -3дБ, составляет 15 кГц. Тогда я могу рассчитать:
Измерение коэффициента передачи по напряжению ВЦ в рабочем частотном диапазоне с построением графика зависимости К0 от частоты f.
Зависимость коэффициента передачи от частоты представлена в таблице 2.1.2, а графически отражена на рисунке 2.1.4.
Таблица 2.1.2 – измерение коэффициента передачи в рабочем частотном диапазоне
f, Кгц |
3400 |
3800 |
4300 |
5350 |
7500 |
Ко |
0,75 |
0,8 |
0,75 |
0,9 |
0,9 |
Рисунок 2.1.4 – График зависимости коэффициента передачи от частоты
Исследование процесса прохождения прохождения АМ сигнала через входную цепь.
Используя программу Multisim, я посмотрю прохождения АМ сигнала через входную цепь при изменении частоты. Я возьму 2 значения частот: 3200 КГц и 4300 КГц.
Осциллограммы входных и выходных сигналов при различных значениях частот представлены на рисунках 2.1.5, 2.1.6.
Рисунок 2.1.5 – Осциллограмма прохождения АМ сигнала через входную цепь. (f=3200 КГц)
MA=0,5
MB=0,38
Рисунок 2.1.6 – Осциллограмма прохождения АМ сигнала через входную цепь. (f=4300 КГц)
MA=0,5
MB=0,52
Выводы по разделу
В ходе расчета и моделирования входной цепи мною были подобраны номиналы входной цепи, были получены АЧХ и ФЧХ при различных значениях емкости переменного конденсатора, а также измерено время запаздывания сигнала для различных частот. Схема отвечает требованиям, предъявленным в задании: работает в заданном диапазоне частот, обеспечивает нужную избирательность, сигналы проходят без искажений. Схема отвечает исходным данным (обеспечивает нужную избирательность частот 120-145 МГц), коэффициент передачи входной цепи примерно постоянен во всей полосе рабочих частот, спад характеристики меньше 3дБ.