3. Входная цепь.

Входная цепь предназначена для передачи сигнала из антенны в приемный тракт и для предварительной селекции сигнала (в основном по дополнительным каналам). Входная цепь представляет пассивный 3х- или 4хполюсник, обладающий частотно-избирательными свойствами. В простейшем случае это резонансный контур (рис. 5).

Подберем элементы L и C таким образом, чтобы ВЦ была настроена на несущую fс, исходя из формулы:

Таким образом, L=5.7438 нГн, С=100 пФ.

Избирательные свойства ВЦ будем изменять, влияя на её добротность в соответствии с формулой:

Необходима полоса пропускания, большая чем спектр исходного ЧМ-сигнала. Частоты, которые подвергаются ослаблению более, чем на 3дБ, считаем подавленными. Подбором резистора R добиваемся необходимой избирательности.

Рисунок 5. Схема для моделирования входной цепи

Амплитудно-частотная характеристика ВЦ представлена на рис. 6.

Рисунок 6. АЧХ входной цепи

Сигнал на выходе ВЦ и его спектр представлены на рис. 7.

Рисунок 7. Сигнал на выходе ВЦ и его спектр

4. Усилитель радиочастоты (урч).

Для усиления ЧМ-сигнала используем усилитель по схеме с общим истоком (рис. 8)

Рисунок 8. Усилитель по схеме с общим истоком

Данные для расчёта: ,

1. Построим входную ВАХ транзистора (рис. 9):

Рисунок 9. Входная ВАХ транзистора

2. Выберем на ней рабочую точку, соответствующую , т.к. входной сигнал малый.

3. Зафиксируем соответствующее напряжение , отложим отрезки величины входного сигнала от рабочей точки вправо и влево, определим соответствующие приращения тока и рассчитаем крутизну ВАХ в рабочей точке (рис. 10):

Рисунок 10. Определение крутизны входной ВАХ в рабочей точки

4. Построим семейство выходных ВАХ транзистора (рис. 11):

Рисунок 11. Семейство выходных ВАХ транзистора

5. На ветви, соответствующей , отметим точку .

6. Выберем напряжения питания и проведём нагрузочную прямую через эти точки.

7. Графически определим максимальный ток стока .

8. Сопротивление стока:

9. Исходя из:

Выразим сопротивление истока:

10. Зададим ёмкость, выбрав границу завала АЧХ усилителя в области низких частот:

АЧХ и ФЧХ усилителя представлены на рис. 12 и рис. 13 соответственно.

Рисунок 12. АЧХ УРЧ

Рисунок 13. ФЧХ УРЧ

Полученный коэффициент усиления на частоте :

Проверим работу усилителя тестовым синусоидальным сигналом на частоте 210 Мгц (рис. 14):

Рисунок 14. Тестовый сигнал, подаваемый на вход УРЧ

Спектр сигнала с выхода УРЧ представлен на рис. 15:

Рисунок 15. Спектр сигнала с выхода УРЧ при входном тестовом сигнале

Коэффициент усиления:

Подадим на вход УРЧ сигнал с выхода входной цепи, спектры сигнала на входе и выходе УРЧ представлены на рис. 16 и рис. 17 соответственно:

Рисунок 16. Спектр ЧМ-сигнала сигнала на входе УРЧ

Рисунок 17. Спектр ЧМ-сигнала сигнала на выходе УРЧ

Коэффициент усиления:

5. Гетеродин.

В качестве гетеродина будем использовать балансный автогенератор по схеме индуктивной трёхточки (рис. 18).

Рисунок 18. Балансный автогенератор по схеме индуктивной трёхточки

При проведении расчёта гетеродина необходимо учесть паразитные эффекты от катушек индуктивности. Для этого каждую катушку представим эквивалентной схемой (рис. 19):

Рисунок 19. Эквивалентная схема замещения индуктивности

1. Расчёт интегральной индуктивности.

1. 1. Выбор параметров:

• Индуктивность

• Добротность индуктивности

• Частота параллельного резонанса контура

• Рабочая частота

1.2. Технологические параметры для материала подложки (в нашем случае: Si) и металла, из которой изготавливается катушка (в нашем случае : Al):

• Удельная ёмкость подложки

• Удельная проводимость подложки

• Удельное сопротивление металла

• Абсолютная магнитная проницаемость металла

• Удельная проводимость металла

• Глубина скин-слоя металла

• Диэлектрическая постоянная оксида кремния

1.3. Геометрические размеры индуктивности:

• Толщина слоя металла полоска

• Толщина слоя диэлектрика

• Ширина металлического полоска

• "Толщина оксида"

1.4. Крутизна зависимости добротности от частоты:

1.5. Сопротивление эквивалентных потерь:

1.6. Длина катушки индуктивности:

1.7. Ёмкость оксида кремния между индуктивностью и кремниевой подложкой:

1.8. Полная ёмкость индуктивности:

1.9. Сопротивление кремниевой подложки:

1.10. Паразитная ёмкость кремниевой подложки:

1.11. Параметры эквивалентной схемы на частоте гетеродина:

1.12. Ёмкость перекрытия:

2. Расчёт элементов контура и крутизны транзисторов M1 и M2.

2.1. Запишем условие K→∞, учитывая обратную связь передачи обобщённой схемы генератора, управляемого напряжением(ГУН):

(1)

2.2. Проводимости для ГУН по индуктивной трёхточечной схеме определяются так:

,где:

506.73 Ом

2.3. Примем следующие допущения:

2.4. Уравнение (1) представим в виде системы 2х уравнений относительно неизвестных и :

2.5. Перейдём к мнимым проводимостям:

2.6. Зададим , тогда:

2.7. Ёмкость конденсатора в контуре:

2.8. Чтобы добиться такой крутизны, оптимальная ширина транзисторов М4 и М2 при заданной длине канала L равна:

Cхема для моделирования автогенератора представлена на рис 20. В качестве источника тока используем генератор стабильного тока (ГСТ) на МОП-транзисторе.

Рисунок 20. Схема для моделирования автогенератора

Ёмкость C1 изменили до значения 886 фФ. Результаты работы автогенератора во временной и частотной областях представлены на рис. 21 и рис. 22 соответственно.

Рисунок 21. Результат работы автогенератора во временной области

Рисунок 22. Результат работы автогенератора в частотной области

Спектр сигнала с автогенератора в увеличенном масштабе представлен на рис. 23:

Рисунок 23. Спектр сигнала с автогенератора в увеличенном масштабе