Читайте также:
|
Входная цепь радиоприемника. Основное назначение входной цепи – селекция сигнала и передача его на вход первого каскада с наименьшими потерями и искажениями. В связи с этим к входным цепям предъявляют следующие требования: равномерный во всем диапазоне рабочих частот коэффициент передачи сигнала, обеспечение требуемой селекции, высокая добротность, развязка усилителя радиочастоты (УРЧ) от антенны при оптимальной связи, простота настройки и перестройки в заданном диапазоне частот, высокая надежность в сочетании с простотой устройства и стабильностью основных параметров.
Частотная характеристика входной цепи определяется частотной характеристикой входного контура (или двухконтурного полосового фильтра). В зависимости от диапазона частот во входной цепи применяют различные виды колебательных контуров с сосредоточенными постоянными (L и C), а в диапазоне СВЧ – коаксиальные, полосковые или объемные резонаторы. Реальный колебательный контур состоит из индуктивности L, емкости C и активного сопротивления R и характеризуется добротностью
Ширина полосы пропускания ∆ F = f о / Q, где f о - резонансная частота контура. Коэффициент перекрытия диапазона К п = f max / f min, коэффициент передачи напряжения К о = U вx/ Е а, где U вx- напряжение на входе входной цепи при настройке в резонанс; Е а - эдс в антенне. Наинизшая частота перекрываемого диапазона:
Наивысшая частота перекрываемого диапазона:
Связь входной цепи с антенной может быть трансформаторной, автотрансформаторной, емкостной или комбинированной. Входная цепь с двумя связанными контурами позволяет при высокой селективности получить неизменную полосу пропускания в заданном диапазоне частот.
Для получения максимальной чувствительности связь с антенной должна обеспечивать наибольший коэффициент передачи напряжения сигнала на вход усилителя радиочастот. Когда в радиоприемнике имеется несколько колебательных контуров, настроенных строго на одну и ту же частоту f о, селективность приемника значительно повышается, а полоса пропускания сильно сужается. Для устранения влияния окружающих катушку индуктивности магнитных полей применяют металлические экраны, которые несколько уменьшают ее индуктивность.
Для точной подстройки контуров в резонанс в радиоприемниках параллельно этим контурам подсоединяют полупеременные подстроечные конденсаторы. Во входных цепях в качестве контуров обычно применяют конденсаторы переменной емкости (прямочастотные, прямоемкостные). В конденсаторах, предназначенных для ручной настройки, одна из подвижных пластин делается разрезной для подгонки контуров на требуемый диапазон частот.
В современных приемниках с магнитными антеннами входная цепь образует единое целое с антенной. Катушки входного контура и связи размещают на ферритовом сердечнике, который имеет высокую магнитную проницаемость. Магнитная антенна обладает направленными свойствами. Она особенно удобна для переносных малогабаритных приемников, но применяется и в стационарных приемниках на длинных и средних волнах.
Усилитель радиочастоты. Усилитель радиочастоты усиливает электрические сигналы и включается между входной цепью радиоприемника и смесителем. Совместно с резонансными контурами усилитель радиочастоты представляет собой основную часть любого радиоприемного устройства. Усилители радиочастоты бывают апериодическими и резонансными (избирательными). Апериодический является резистивным и имеет широкую полосу пропускания. Наибольшее применение получили резонансные усилители, обладающие: наибольшим усилением напряжения или мощности на частоте принимаемого сигнала; селективностью по зеркальному каналу и ослаблением сигнала радиостанции, работающей на промежуточной частоте данного приемника; перекрытием заданного диапазона частот; наибольшим устойчивым коэффициентом усиления и минимальным коэффициентом шума.
Схема резонансного УРЧ с автотрансформаторным включением контура в цепь коллектора и трансформаторным выходом показана на рис.3.1, а, а схема УРЧ, выполненная на микросхеме К174ХА2, - на рис.3.1, б. Такие схемы используют в радиовещательных супергетеродинных приемниках с амплитудной модуляцией. Микросхема К174ХА2 содержит УРЧ 1, гетеродин 2, смеситель 3, УПЧ 4 и два операционных усилителя АРУ – УРЧ 5 и 6.
Как правило, в УРЧ применяют высокочастотные транзисторы и ИМС. Для усиления сверхвысоких частот (в дециметровом и сантиметровом диапазонах волн) в усилителях используют специальные СВЧ-триоды, лампы бегущей волны, а также туннельные диоды и одиночные контуры. Совокупность входной цепи и усилителя радиочастоты в любом супергетеродинном приемнике называют преселектором. Преселектор осуществляет предварительную селективность принимаемых сигналов и ослабление сигналов мешающих станций. Усиление УРЧ на резонансной частоте зависит от параметров ламп, транзисторов и ИМС, режимов их работы и эквивалентного сопротивления колебательного контура, являющегося нагрузкой каскада. Для ламповой схемы усилителя с одиночным колебательным контуром резонансный коэффициент усиления К О = S R Э, где S - крутизна характеристики анодного тока лампы; R Э = ρ Q Э - эквивалентное сопротивление контура;
- характеристическое сопротивление контура; Q Э - эквивалентная добротность контура.
|
Рис. 3.1. Схемы усилителей радиочастоты на транзисторе (а) и микросхеме (б)
|
В транзисторной схеме на резонансный коэффициент усиления К О также влияет связь транзистора с контуром. Коэффициенты включения для данной схемы Р К = L 1 / L К и Р Б = L 2 / L К; К О = S К R Э P К P Б, где P К - коэффициент включения со стороны коллектора транзистора рассматриваемого каскада; P Б - коэффициент включения со стороны базы транзистора следующего каскада, S К - крутизна характеристики транзистора на частоте усиливаемого сигнала. На практике коэффициент усиления каскада усилителя на транзисторе, как правило, колеблется в пределах 5 – 15. При неполном включении транзисторов в контур шунтирующее действие его входного сопротивления уменьшается, следовательно, добротность контура, а также избирательность по зеркальному каналу увеличиваются.
В усилителях радиочастоты используют транзисторы, граничная частота которых значительно выше частоты усиливаемого сигнала. Резонансный коэффициент усиления каскада также зависит от частоты настройки контура, так как с ее ростом при емкостной настройке увеличивается характеристическое сопротивление контура ρ = ωL К.
Амплитудно-частотные характеристики усилителей радиочастоты для различных диапазонов волн приведены на рис.3.2. Там же указаны ориентировочные значения резонансного коэффициента усиления К О для каждого диапазона.
Рис. 3.2. Амплитудно-частотные характеристики УРЧ для различных диапазонов волн
|
|
|
|
Благодаря последним достижениям электронной техники в схеме приемника конденсатор переменной емкости заменен специальным полупроводниковым диодом – варикапом, используемым при обратной полярности приложенного к нему напряжения. Емкость варикапа зависит от приложенного к нему напряжения, благодаря чему возможна электронная перестройка по диапазону волн.
Принципиальная электрическая схема электронной настройки контура варикапом показана на рис.3.3. К контуру L1C1 через разделительный конденсатор C2 параллельно включен варикап VD1. Резонансная частота контура в данном случае зависит не только от емкости конденсатора C1, но и от емкости варикапа, для изменения которой, а следовательно, и частоты контура, к варикапу подводится управляющее напряжение U. В контур это напряжение не попадает из-за разделительного конденсатора C2. Емкость конденсатора C2 сравнительно большая, поэтому его сопротивление переменному току радиочастоты мало и варикап оказывается включенным параллельно конденсатору контура C1. Для устранения шунтирования контура источником питания резистор R1 имеет большое сопротивление. Поскольку изменение емкости варикапа достигается только изменением управляющего напряжения, отпадает необходимость в применении конденсаторов переменной емкости, а при дистанционном управлении при перестройке частоты приемника – в различных электродвигателях, переключателях и др. Это позволяет создать малогабаритные высоконадежные и удобные в управлении радиоприемники.
Рис. 3.3. Принципиальная электрическая схема электронной настройки контуров варикапом
Преобразователь частоты. Принцип супергетеродинного приема заключается в преобразовании частоты принимаемого сигнала f c в промежуточную частоту f пр, на которой осуществляется основное усиление сигнала преобразователем. Преобразователь частоты состоит из гетеродина (высокочастотного маломощного генератора), генерирующего стабильные колебания с частотой f г, смесителя (электронного прибора, в котором происходит перемножение двух частот f c и f г) и фильтра для выделения промежуточной частоты f пр.
Схемы преобразователя бывают с отдельным гетеродином и совмещенные. Гетеродин, применяемый в преобразователе, должен обладать достаточной стабильностью частоты, постоянной в данном диапазоне. В схеме с внешним гетеродином напряжение сигнала подается в цепь базы, а напряжение гетеродина – в цепь эмиттера. Это обеспечивает высокую стабильность схемы.
Микроминиатюризация радиоприемной аппаратуры позволяет широко применять гибридные и полупроводниковые микросхемы и микросборки, в частности балансные схемы с перекрестными связями, которые обладают достаточной стабильностью и высоким коэффициентом усиления. Настройка такого устройства сводится к простым операциям по сопряжению входных и выходных цепей узла.
Кроме смесителя и гетеродина в состав преобразователя входят колебательные контуры, выделяющие колебания промежуточной частоты на выходе смесителя. Промежуточная частота образуется в результате подачи на смеситель одновременно напряжения частоты принимаемого сигнала и напряжения частоты гетеродина. Если обозначить частоту колебаний гетеродина f г при частоте сигнала f c, промежуточная частота f пр= f г - f c1 при f г выше f c или f пр = f c2- f г - при f г ниже f c. Процесс преобразования одинаково эффективен для двух частот сигнала f c1= f г - f пр и f c2= f г + f пр, расположенных симметрично относительно частоты гетеродина и отличающихся по частоте 2 f пр. Оба эти сигнала в результате преобразования дадут промежуточную частоту, причем один из них является полезным, а другой – мешающим, или сигналом зеркальной частоты. Для выделения полезного сигнала в супергетеродинном приемнике до преобразователя включается входное устройство, а в некоторых приемниках – УРЧ с резонансными контурами, настроенными на частоту принимаемого сигнала. Специальные радиоприемники могут иметь два преобразователя частоты и соответственно две промежуточные частоты. Основная селективность полезного сигнала из сигналов соседних мешающих радиостанций осуществляется в супергетеродинном приемнике на промежуточной частоте, которая остается неизменной. Это повышает качественные показатели приемника и делает их независимыми от частоты настройки.
Рис. 3.4. Принципиальная электрическая схема преобразователя частоты радиоприемника с отдельным гетеродином
Транзисторный преобразователь с отдельным гетеродином приведен на рис.3.4. В цепь эмиттера смесительного транзистора VT1 включена цепь контурной катушки L2 гетеродина. Напряжение гетеродина включается между базой и эмиттером. Сигнал поступает на базу VT1 с части контура C1L1. Резисторы R1 и R2 обеспечивают режим смесителя по постоянному току. Гетеродин собран на транзисторе VT2. Катушка связи L3 выбирается из расчета, чтобы взаимная индукция между ней и катушкой индуктивности L2 обеспечивала самовозбуждение на всех диапазонах волн приемника. Оптимальную связь выбирают из расчета, чтобы, с одной стороны, получить наименьшие изменения амплитуды колебаний гетеродина с изменением частоты колебаний и, с другой стороны, ограничить амплитуду колебаний, чтобы получить слабые гармоники, т.е. возможно малый уровень шумов. При низкой селективности входных контуров и каскада предварительного усиления на вход преобразователя кроме частоты полезного сигнала f c могут поступать сигналы помехи f З (сигналы зеркальной частоты), отличающиеся на значение удвоенной промежуточной частоты, т.е. f З = f c +2 f пр; на выходе преобразователя промежуточная частота f пр будет постоянной. Например, при f c =10 МГц и f пр = 465 кГц f г = f c + f пр = 10000+465=10465 кГц, а при зеркальной помехе f З = f c +2 f пр =10000+2∙465=10930 кГц. Поскольку частота гетеродина f г =const, f пр = f З - f г =10930-10465= 465 кГц. Отсюда видно, что зеркальная помеха f З будет мешать приему основного сигнала f c. Для подавления зеркальной помехи во входной цепи и УВЧ применяют контуры с хорошей селективностью. а также специальные фильтр-пробки во входных цепях. Амплитудно-частотная характеристика основного сигнала f c, гетеродина f г и зеркальной помехи f З показана на рис.3.5.
Рис. 3.5. Амплитудно-частотная характеристика основного сигнала, гетеродина и зеркальной помехи
Усилитель промежуточной частоты. Усилители, предназначенные для получения постоянного усиления в заданной полосе частот, называются полосовыми. Их классифицируют по типу усилительных приборов (транзисторные, ламповые, на микросхемах), способу включения (с общей базой, общим коллектором, общим эмиттером), ширине полосы пропускания (широкополосные и узкополосные), виду нагрузки (с одиночными контурами, полосовыми и многозвенными фильтрами). В зависимости от назначения радиоприемник может иметь от одного до нескольких каскадов усилителя промежуточной частоты. Для магистральных радиоприемников число каскадов усилителя может быть десять и более.
Усилитель характеризуется коэффициентом усиления К О, полосой пропускания ∆f пч и селективностью S с. Коэффициент усиления К О равен отношению амплитуды напряжения U вых сигнала на нагрузке усилителя к амплитуде напряжения U вх на его входе, т.е. К О = U вых / U вх, и определяется на основной частоте f о полосы пропускания ∆f пр. Полосой пропускания ∆f пр называется интервал частот, в котором К О уменьшается на 3 дБ (до 0,707 К max). Она определяется шириной спектра усиливаемого сигнала. В зависимости от назначения К О может изменяться в пределах 20 – 120 дБ, а ∆f пр - от нескольких сотен килогерц до нескольких десятков мегагерц. По относительной полосе пропускания ∆f пр / f о УПЧ делятся на узкополосные ∆f пр / f о ≤0,1 и широкополосные ∆f пр / f о ≥0,1.
Отечественная промышленность выпускает пьезокерамические фильтры и фильтры поверхностных акустических волн (ПАВ), используемых в супергетеродинных радиоприемниках. В сочетании с современными ИМС они позволяют создавать малогабаритные, простые в настройке устройства с хорошими электрическими параметрами. Новые пьезокерамические фильтры ФП1П-049а и ФП1П-0495 имеют следующие технические параметры: ширину полосы пропускания 150-200 кГц и 250-280 кГц соответственно, среднюю частоту 19,7 МГц, вносимое затухание не более 10 дБ, интервал рабочих температур от –25 до + 500С. Фильтры имеют малые габариты 18х16х6 мм и массу 10 г. Амплитудно-частотная характеристика фильтра ПАВ приведена на рис.3.6, а, а схема его включения – на рис.3.6, б.
Рис. 3.6. Амплитудно-частотная характеристика пьезокерамического фильтра (а) и схема его включения (б)
К чувствительности и селективности по соседнему каналу современных радиоприемников предъявляют высокие требования, для повышения которых при малых частотных искажениях часто используют многоконтурные фильтры сосредоточенной селективности с переменной полосой пропускания. Минимальную полосу пропускания выбирают равной 3 – 4 кГц, а максимальную – 10 – 14 кГц. Регулировку осуществляют одновременно с регулировкой полосы пропускания в УЗЧ.
В некоторых моделях промышленных стереокомплексов «Орбита», «Радиотехника» селективность в узкой полосе (при расстройке ±10 кГц) составляет 70 – 80 дБ и более. В приемниках высшего класса ослабление радиосигналов соседней по частоте радиостанции должно быть не менее чем на 60 дБ (в 1000 раз), 1 класса – на 46 дБ, 11 класса – на 34 дБ и 111 класса – на 29 дБ.
Принципиальная электрическая схема высокочастотного блока радиоприемника диапазона УКВ, включающего входной контур цепи L2C1C2, усилитель радиочастоты и преобразователь, приведена на рис.3.7. Усилитель радиочастоты выполнен на транзисторе VT1, нагрузкой которого является контур L3C7. Входной контур L2C1C2 настроен на среднюю частоту УКВ-диапазона. На базу транзистора VT1, через резистор R3 подается управляющее напряжение автоматической регулировки усиления. Преобразователь частоты совмещен с гетеродином на транзисторе VT2. Контур гетеродина образуется катушкой индуктивности L5, конденсаторами C12, C13, C15 и варикапом VD2, входящим в систему автоматической подстройки частоты гетеродина. Нагрузкой преобразователя является полосовой фильтр, образованный катушкой индуктивности L7 и конденсатором C17. Настройка контура гетеродина и контура УРЧ на принимаемую станцию производится сердечниками катушек или изменением индуктивности катушек L3 и L5. Для ослабления помех на выходе УРЧ включен последовательный контур, настроенный на промежуточную частоту и состоящий из катушки индуктивности L4 и емкости конденсатора C8. Напряжение промежуточной частоты, усиленное до необходимого уровня, детектируется, а полученное при этом напряжение звуковой частоты после усиления в усилителе подается на громкоговоритель или другое воспроизводящее устройство.
Рис. 3.7. Принципиальная электрическая схема высокочастотного блока радиоприемника диапазона УКВ
Дата добавления: 2015-07-10; просмотров: 205 | Нарушение авторских прав