Методика расчета схем амплитудных ограничителей

Емкость конденсатора . рассчитывают по формуле

 (2-2)

Cб и C1 рассчитывают по (2-2), вводя соответствующие замены емкостей и сопротивлений.

Рисунок 2.1 - Структурная схема диодного АО

В интервале входных напряжении до 0,3-0.4 В вольт-амперная характеристика диодов наиболее точно аппроксимируется экспонентой. В этом случае входная активная проводимость диодов определяется уравнением

(2-3)

в котором параметр определяется из [3], - амплитуда сигнала на контуре. Если ЕЗ>Umконт, то диоды закрыты и входную проводимость следует считать равной нулю. Когда амплитуда входного сигнала превышает 0,4-0,6 В, вольт-амперная характеристика диодов становится более близкой к линейной и входная проводимость определяется равенством

, (2-4)

в котором - проводимость прямой передачи диода.

Если обозначить амплитуду сигнала, приложенного к диоду,

, (2-5)

то можно составить уравнение, определяющее зависимость амплитуды входного сигнала от :

, (2-6)

где - эквивалентная резонансная проводимость коллекторного контура без учета действия диодов;

, (2-7)

- приведенный коэффициент усиления каскада при закрытых диодах, при котором за выходной сигнал принимается напряжение на всем контуре; - максимальная амплитуда входного сигнала, при которой диоды еще закрыты. Необходимый коэффициент включения контура в коллекторную цепь транзистора определяется равенством

. (2-8)

С учетом сказанного можно составить методику расчета амплитудной характеристики каскада, Задаваясь определенным значением определяют амплитуду выходного сигнала на контуре

. (2-9)

Затем по (2-6) вычисляют соответствующую ему амплитуду входного сигнала. Такие расчеты выполняют для от 0 до 0,3-0,4В через 0,05 В. По полученным данным строят амплитудную характеристику и по ней определяют основные характеристики ограничителя амплитуды в соответствии с обозначениями, принятыми на рис. 2.2. Пороговое напряжение Uпор находят по точке П характеристики, соответствующей примерно (0,8-0,9) Uвых mах. Амплитуду исходного входного сигнала вычисляют по формуле:

, (2-10)

полагая mn?0,5. Коэффициент модуляции сигнала помехой вычисляют по формуле:

, (2-11)

а коэффициент ограничения по равенству:

. (2-12)

Наиболее приемлемые характеристики ограничителя амплитуды получаются, если брать Е3= 0,3 ? 1,0 В и обеспечивать наибольшее приведенное усиление каскада. Последнее получается, если эквивалентная проводимость контура будет наименьшей для обеспечения нужной полосы пропускания детектора ЧМС. Чем меньше Е3 и больше , тем меньше порог ограничения, но и меньше амплитуда выходного сигнала.

Рисунок 2.2 - Основные характеристики ОА

2.3 Методика расчета транзисторных ограничителей амплитуды

Схема транзисторного ограничителя амплитуды приведена на рис. 2.3 (первый каскад. Транзистор T1 и два связанных контура). Для уменьшения порогового напряжения и увеличения коэффициента ограничения транзистор работает при пониженном коллекторном напряжении 2-3 В за счет использования делителя напряжения, состоящего из резисторов RKl и RK2. Для достаточно стабильной работы сопротивления этих резисторов определяют из уравнений:

, (2-13)

в которых - коллекторный ток транзистора в рабочей точке A (рис. 2.2). При этом ток, потребляемый каскадом от источника питания, будет . Сопротивление резистора фильтра выбирают равным 0,5-1 кОм, а коэффициент включения контура в коллекторную цепь удовлетворяющим неравенству

(2-14)

Рисунок 2.3 - Электрическая принципиальная схема транзисторного ограничителя амплитуды

- эквивалентная проводимость первого коллекторного контура. Емкость конденсатора фильтра вычисляют по (2-2). Сопротивление базового резистора определяют по формуле:

. (2-15)

Амплитудная характеристика (рис. 2.5) определяется по следующей методике. Выбирается напряжение питания коллекторной цепи EкG,; и на поле выходных характеристик (см. рис. 2.4) строится нагрузочная характеристика 1 по постоянному току. Она проходит через точку Д, которой соответствует напряжение Eк0 на оси абсцисс, под углом ? определяющимся равенством

. (2-16)

Рисунок 2.4 - Амплитудная характеристика AO

На этой характеристике выбирают рабочую точку А, соответствующую примерно середине отрезка ГД и находящуюся на характеристике, для которой

, (2-17)

Определяют для нее токи и . Через точку А проводят нагрузочную характеристику для переменного тока 2 с углом наклона а2, соответствующим уравнению

(2-18)

и определяют точки Б и В, а по ним соответствующие им токи и . Переносят точки А, Б и В на входную характеристику транзистора с напряжением UКЭ, наиболее близким к выбранному режиму, и определяют напряжения UБЭ А, UБЭ Б и UБЭ В вычисляют максимальную амплитуду входного сигнала итах.л в линейном режиме, до которой ограничитель практически работает как усилитель и его амплитудную характеристику можно считать прямолинейной. При этих значениях входного сигнала амплитуда напряжения на первом коллекторном контуре определяется равенством

(2-19)

Проводимость прямой передачи в рабочей точке определяется приближенным равенством

(2-20)

где и - параметры транзистора. Когда амплитуда входного сигнала превышает Umax. л, транзистор работает с отсечкой обоих полупериодов коллекторного тока и выходной сигнал соответствует уравнению

(2-21)

Коэффициент Н определяется графиком на рис. 2.5. Он представляет собой часть амплитудной характеристики ограничителя, работающего в нелинейном режиме. Из нее следует, что пороговое напряжение ограничителя

(2-22)

а выходное напряжение при

. (2-23)

Рисунок 2.5 - Амплитудная характеристика AO, работающего в нелинейном режиме

2.4 Примеры расчетов ограничителей амплитуды

2.4.1 Пример расчета диодного ОА

Рассчитать параметры диодного ограничителя амплитуды на транзисторе ГТ308В при fпр = 8,4 МГц и Ек = 9 В. Селективной системой служат два связанных контура дифференциального детектора. Первый из них изображен на рис. 2.1, а второй для упрощения схемы не показан.

Выбираем диоды Д9Б (Snp = 0,01 См, Ri= 100 Ом, ? = 20 1/В). Зададимся напряжением запирания Е3 = 0,5 В, током потенциометра Iп = 0,5 мА и рабочей точкой транзистора при Iк = 1 мА и UK3= 5 В (Y21 = 0,035 См, С12= 1 пФ). Согласно формулам (2-1) получем: (выбираем резисторы сoпротивлением 330 Ом, 16 кОм и 1 кОм соответственно). Параметры остальных элементов схемы вычисляем, используя приведенную методику.

По (2-24) вычисляем устойчивый коэффициент усиления транзистора:

. (2-24)

. Эквивалентная проводимость контура . По (2-7) получаем . Из равенства (2-8) находим коэффициент включения контура в коллекторную цепь рк= =11,5/416 = 0,028. Находим проводимость шунтирующего сопротивления коллекторной цепи: (Rш= 13 Ом). По (2-2) вычисляем Ср=10/(8 400 00013) = 910-8 Ф. При Uд = 0 из равенства (2-10) находим . Зададимся Uтд =0.5 B, тогда ?Umд =2000,05= 1 и по [3] получаем ?=0,57. Из уравнения (2-3) вычисляем gвх =

=20,5710-5/0,05=22810-6См. При Uтл > 0,5 В согласно (2-4) получим gвx>10мСм. Поскольку ограничивающих диодов два, то подставляем в формуле (2-6) 2gнх вместо gвх и получаем: . Амплитуду напряжения на всем контуре вычисляем по (2-9) Um вых = 0,5+0,05 = 0,55 В.

Данные, полученные путем аналогичных расчетов для других значений Uтд, приведены в табл. 2-1. По полученным значениям на рис, 2-2 построена амплитудная характеристика ограничителя амплитуды (кривая 1). При Е3 = 1 и Е3 = 0,3 В входное и выходное напряжения соответствуют вариантам 2 и 3 табл. 10-1 и кривым 2 и 3 на рис. 2-2. Если при условиях варианта применять только один диод, то для этого будут справедливы характеристики варианта 4 и кривая 4 на ряс. 2-2. Сравнение кривых 3 и 4 показывает, что при одном диоде характеристика ограничения ухудшается лишь на 10-20%, поэтому ограничители амплитуды с одним диодом применяются часто.

Таблица 2.1 - Результаты вычислений Uвх, Uвых в зависимости от Uт д

2.4.2 Пример расчета транзисторного ОА

Рассчитать параметры ограничителя амплитуды с транзистором ГТ308В по исходным данным примера расчета диодного ОА, соответствующим требованиям к приемнику 1 класса.

Зададимся напряжением Ek0 = -3 В и сопротивлением фильтра 1 кОм. Согласно равенству (2-16) arctg a1 = 1/1000, чему соответствует линия 1 на рис. 2-4. Выбираем на ней исходную рабочую точку A, для которой IKA 2,3 мА и IБA = 50 мкА. По неравенству (2-14) вычисляем коэффициент включения Принимаем рк = 0,18. По уравнению (2-18) получаем . Линия 2 на рис. 2-4 соответствует этому углу. Для точки Б получаем IКmах=3,8 мА и IГmах= 0,11 мА. По формулам (2-13) находим (выбираем резисторы сопротивлением 680 и 910 Ом). Емкость конденсатора фильтра определяем с учетом сказанного ранее по (2-2), аналогично . Выбираем конденсаторы емкостью 1500 и 2200 пФ. На входную характеристику транзистора, соответствующую коллекторному напряжению 3 В, переносим точки А, Б и В. Им соответствуют UБЭА = 0,11 В; UБЭБ= 0,16 В и UБЭВ= 0,05 В. Из таблиц находим h2l б = 0,993, следовательно, h21Э = 0,993/(1-0,993) = 140. По равенству (2-15) вычисляем (принимаем резистор сопротивлением 910 кОм). По формуле (2-24) находим амплитуду первой гармоники тока базы и напряжения UБЭ:

(2.24)

. В табл. П-1-4 для I Кт = 1 мА приведено Y21т = 0,035 См. Согласно (2-20) получаем . Выходное напряжение в конце линейного участка амплитудной характеристики вычисляем по равенству (2-19) . по графику на рис. 2.5 получаем Н= 1,24. По формуле (2-19) находим соответствующее данной амплитуде выходного сигнала и амплитуду выходного напряжения (. Результаты аналогичных расчетов для других значений входного сигнала приведены в табл. 2-2; рис. 2-2 построен по данным табл. 2-2. По равенству (2-22) получаем , что соответствует точке П на рис. 2.2. Амплитуда входного сигнала в рабочей точке должна быть В. Возьмем его равным 0,2 В. При этом согласно рис. 2-2. По формуле (2-11) получаем , а по равенству (2-12) няходим . Потребляемый каскадом ток 10 =3IKA = 32,3 = 6,9 мА.

Таблица 2.2.

Выводы

В данном курсовом проекте мы изучили различные типы амплитудных ограничителей. В частности диодных и транзисторных. Были рассмотрены основные характеристики амплитудных ограничителей и методики их расчета.

Амплитудные ограничители являются неотъемлемой частью приемника частотно-модулированных сигналов. Их размещают в схемах приемников перед амплитудным детектором.

Амплитудный ограничитель позволяет убрать вредную амплитудную модуляцию сигнала, которая возникает в результате передачи сигнала под воздействием помех.

Недостатком является то, что данное устройство не позволит избежать вредной частотной модуляции сигнала помехой, что добавляет дополнительные требования к детекторам частотно-модулированных сигналов.

Страницы: 1, 2