2.11.3. Портативный приемник с высокоэффективной ару на пт

При проведении исследовательских работ по внедрению производственной связи, необходим портативный приемник, работающий в диапазоне частот 30-150 кГц и обладающий высокими качественными показателями при малых габаритах и весе. В зависимости от расстояния между приемником и стационарной передающей антенной, влияние окружающей среды и других факторов, уровни сигнала на входе приемника могут изменяться на 60 дБ.

Поэтому основным требованием, предъявляемым к такому приемнику, является осуществление высокоэффективной АРУ. Принципиальная схема приемника, в котором АРУ производится с помощью ПТ, приведена на рисунке 2.31.

Технические данные приемника:

• АРУ уменьшает диапазон входных уровней Д = 60 дБ до d = 2 дБ на выходе приемника;

• чувствительность приемника по входу не хуже 100 мкВ;

• диапазон рабочих частот 30-150 кГц;

• селективность приемника по соседнему каналу не хуже 40 дБ;

• выходная мощность 100 мВт;

• приемник сохраняет работоспособность при температурах от -30°С до +50°С;

• габариты корпуса 170×80×30 мм;

• вес приемника около 400г;

• питание от аккумулятора 7 ДО 0,1.

Отличительной особенностью приемника является выполнение схемы АРУ на полевых транзисторах. В приемнике применена комбинированная схема АРУ с задержкой, по своей эффективности равноценная известным схемам АРУ с дополнительным усилением. В рассматриваемой схеме регулировка усиления в широких пределах, при высокой степени постоянства напряжения на детекторе сигнала, осуществляется благодаря полному включению контура к детектору АРУ, собранному на диоде VD₂. Вследствие высокого входного сопротивления ПТ появилась возможность выбрать величины с сопротивлений нагрузки детектора АРУ достаточно большими, и, следовательно, добиться высокого входного сопротивления детектора и малого шунтирования контура L₈C₂₅, а также коэффициента передачи напряжения детектора, близкого к единице.

В первом каскаде, собранном на ПТ VТ₁ типа КП103Е, осуществляется АРУ изменением режима по постоянному току. Кроме того, АРУ производится с помощью аттенюатора с последовательным включением ПТ VТ₃, также типа КП103Е. Транзистор VТ₃ используется в качестве регулируемого сопротивления, управляемого напряжением детектора АРУ.

В схеме применены полевые транзисторы с малыми напряжениями отсечки. Это позволяет добиться высокой крутизны регулировочной характеристики и упростить конструкцию приемника. Режим максимального усиления каскада на транзисторе VТ₁, соответствует напряжению затвор-исток равному нулю, что позволяет обойтись без автоматического смещения и этим насколько повысить эффективность режимной АРУ.

При исследованиях на объектах часто возникает вопрос о диапазоне АРУ, приемлемом для обеспечения качественного приема. Поэтому в схеме предусмотрен переключатель S₂, позволяющий устанавливать диапазоны АРУ 15, 30, 60 дБ. Экспериментальные характеристики АРУ при этом имеют вид а, б, в, соответственно, на рисунке 2.32.

Применение в первом каскаде приемника ПТ, помимо осуществления АРУ позволяет повысить реальную чувствительность приемника за счет полного включения контура магнитной антенны ко входу последнего.

Методика расчета схемы комбинированной АРУ.

Коэффициент усиления каскадов, охваченных АРУ равен:

, (2.63)

где К_Н – коэффициент усиления нерегулируемых каскадов, К_Р – коэффициент передачи регулируемых каскадов.

Коэффициент передачи регулируемых каскадов определяется соотношением:

, (2.64)

где К₁ – коэффициент усиления каскада с режимом АРУ, К₃ – коэффициент передачи каскада на ПТ в качестве управляемого сопротивления.

Коэффициент усиления каскада с режимной АРУ равен:

, (2.65)

где – сопротивление нагрузки переменному току, R_C – сопротивление нагрузки стока, R_ВХ – входное сопротивление следующего каскада, G – выходная проводимость ПТ в рабочей точке, S – крутизна ПТ в рабочей точке.

Выражение (2.65) не учитывает влияние междуэлектродных емкостей, поскольку на рабочих частотах (ниже 150 кГц) при малых R_Н ими можно пренебречь.

Коэффициент передачи управляемого аттенюатора на ПТ VТ₃ можно рассчитать по формуле:

, (2.66)

где – эквивалентное сопротивление нагрузки аттенюатора.

– эквивалентное входное сопротивление аттенюатора, ρ – волновое сопротивление контура L₆C₁₄, Q – нагруженная добротность контура L₆C₁₄, n - коэффициент включения контура L₆C₁₄, С_СИ – емкость сток-исток ПТ, С_М – емкость монтажа, шунтирующая канал.

В соотношении (2.66) учтено действие емкости шунтирующей канал, влиянием остальных емкостей ПТ можно пренебречь, из-за малых величин сопротивлений R₃ и R_ВХ. Для определения коэффициента передачи регулируемых каскадов, необходимо иметь зависимости крутизны и проводимости канала ПТ от напряжения затвор-исток.

В случае использования ПТ с параметрами S₀ =1,5 мА/В, G₀ =1,5 мА/В, С_СИ = 4 пФ, U₀ = 1,1 В, зависимость коэффициента передачи регулируемых каскадов от управляющего напряжения, рассчитанная по формуле (2.64) имеет вид, показанный на рисунке 2.33.

Пунктиром показан участок характеристики, построенный без учета влияния междуэлектродных емкостей ПТ. Приближенные расчеты можно вести и не имея упомянутых зависимостей, допустив, что характеристика передачи ПТ следует квадратичной зависимости во всем растворе характеристик. При этом для расчета можно воспользоваться соотношениями:

, (2.67)

. (2.68)

Рис. 2.33. Регулировочная характеристика

Напряжение сигнала на входе детектора при минимальном напряжении на входе приемника равно:

. (2.69)

Амплитуда напряжения на детекторе АРУ при этом равна:

. (2.70)

Именно так выбирается напряжение задержки Е_ЗАД:

. (2.71)

Предположим, что на входе приемника напряжение сигнала увеличивается в Д раз, т.е. до значения:

. (2.72)

Требуется, чтобы напряжение на выходе УПЧ возрастало не более чем в d раз:

. (2.73)

Очевидно, что d << D. Очевидно, что такую регулировку можно осуществить, если при возрастании напряжения сигнала на входе, уменьшать коэффициент передачи регулируемых каскадов К_Р. Нетрудно установить до какого значения К_РМИН он должен уменьшиться, воспользовавшись соотношениями:

, (2.74)

. (2.75)

Деля выражение (2.74) на (2.75) и , выполнив элементарные преобразования находим:

. (2.76)

Воспользовавшись зависимостью (рисунок 2.33) легко установить, какое положительное регулирующее напряжение должно поступить с детектора АРУ на затворы ПТ, чтобы коэффициент передачи регулируемых каскадов принял значение К_РМИН. Это напряжение должно быть обеспеченно на выходе детектора АРУ при максимальном напряжении на выходе приемника:

, (2.77)

где К_ДЕТ – коэффициент передачи детектора АРУ.

Отсюда определим величину коэффициента К_ДОП, обеспечивающую заданные пределы регулировки:

. (2.78)

В заключение строиться характеристика АРУ – кривая зависимости напряжения на входе детектора сигнала U₂ от напряжения на входе приемника.

Для определения положений точек, задаемся различными значениями U₂ и находим соответствующие величины напряжения U_P на нагрузке детектора АРУ:

. (2.79)

Пользуясь характеристикой рисунка 2.33 по найденному значению определим K_р, после чего находим:

. (2.80)

Расчет заканчивается построением амплитудной характеристики АРУ.

Пример расчета применительно к рассматриваемой схеме.

Задано: U₁ = 100мкВ, K_дет = 1, К_н = 3330, Д = 1000, d = 1,26. Зависимость К_р, рассчитанная по формуле (2.64) построена на рисунке 2.33.

Находим: К_РМИН = К_РМАКС = 3,8 10^-3

Из рисунка 2.33 определяем U_РМАКС=1В.

Определяем: = 100 10^-6·3330 3≈1В.

Определяем: = = 3,85

Принимаем значение К_ДОП = 4.

Находим напряжение задержки:

Е_ЗАД = U_2МИН · К_ДОП = 1 · 4 = 4В.

Построив по этим данным характеристику АРУ, найдем, что она хорошо совпадает с результатом экспериментальной проверки, приведенным на рисунке 2.32.

Применение ПТ позволило максимально упростить схему приемника и обеспечить высокие качественные показатели.

Рассмотренная методика расчета комбинированной схемы АРУ на ПТ может быть использована при проектировании устройств с АРУ.