2. Вц с индуктивной и комбинированной связью с антенной

На рис. 2.6, а показана эквивалентная схема ВЦ при индуктивной связи контура с антенной (рис. 2.6, б). Так как индуктивность антенны L_A значительно меньше индуктивности связи L_св, то она в эквивалентной схеме не показана. Полученная схема представляет собой схему двух связанных расстроенных контуров.

Антенный контур (при проектировании приемника) настраивается на постоянную частоту .

Частота входного контура изменяется в заданном диапазоне с помощью переменного конденсатораС.

Связь контура ВЦ с УП автотрансформаторная, как и в схеме с емкостной связью антенны с контуром, что учитывается коэффициентом включения р_вх и изменением собственных параметров контура до значений R = R_к+∆R и С = С_к+∆С.

Преобразовав схему, приведенную на рис. 2.6,а по теореме об эквивалентном генераторе, определим напряжение эквивалентного генератора U в точках а и б при отключенной нагрузке U = I_AωM, где M – коэффициент взаимной индукции.

Ток в цепи антенного контура I_A = E_A/ Z_A, тогда U = E_A (ωM/Z_A),

где (R_A значительно меньше реактивного сопротивления антенного контура и его влиянием на Z_A можно пренебречь). После соответствующей подстановки и, учитывая, что 1/L_свC_A = ω²_A, получим:

.

Так как коэффициент взаимоиндукции

,

а ω_A = 2πf_A и ω = 2πf , то, подставив их значения в вышестоящее выражение, будем иметь

(2.7)

Пользуясь эквивалентной схемой, установим основные параметры (характеристики) ВЦ.

Коэффициент передачи напряжения. Согласно определению и с учетом коэффициента автотрансформаторного включения р_вх коэффициент передачи напряжения K = U_L р_вх/E_A

При резонансе напряжение на индуктивности U_L0 и напряжение на емкости U_C0 равны. Поэтому для рис. 2.6,в резонансный коэффициент передачи напряжения

K = U_C0 р_вх/E_A (2.8)

Но напряжение U_C0 на выходе эквивалентного контура (рис. 2.6,в) при резонансе превышает напряжение эквивалентного генератора в Q_эк раз.

Тогда U_C0 = UQ_эк и K₀ = U_эк р_вх/Е_А.

Рис.2.6. Индуктивная связь антенны с контуром ВЦ.

Подставив в выражение (2.8) U, получим

(2.9)

Формула (2.9) дает возможность вычислить коэффициент передачи напряжения и степень его постоянства по диапазону. Воспользуемся (2.9) для определения постоянства К₀ в заданном диапазоне. Пусть f_min и f_max – соответственно наименьшая и наибольшая частоты диапазона (поддиапазона). Подбирая индуктивность связи L_св, можно осуществить любой из трех случаев (рис. 2.6,г):

• f_А < f_min, (λ_А > λ_min) – кривая 1;

• f_А > f_min, (λ_А < λ_min) – кривая 2;

• f_min < f_А < f_max (λ_max > λ_А > λ_min) – кривая 3.

В первом случае собственная частота антенной цепи меньше наименьшей частоты диапазона (собственная длина волны антенной цепи больше наибольшей длины волны диапазона). Это так называемый случай приема на удлиненную антенну. Во втором случае собственная частота антенной цепи больше наибольшей частоты диапазона (собственная длина волны антенной цепи меньше минимальной длины волны диапазона) – случай приема на укороченную антенну. В третьем случае собственная частота антенной цепи находится в пределах диапазона. При приеме на удлиненную антенну коэффициент передачи напряжения в пределах диапазона значительно более постоянен, чем при приеме на укороченную антенну. Поэтому в подавляющем большинстве производят прием на удлиненную антенну, т.е. собственную частоту антенной цепи f_А выбивают меньше минимальной частоты поддиапазона f_min. Такой выбор целесообразен и потому, что коэффициент передачи напряжения при этом плавно убывает при увеличении частоты. Убывание коэффициента даже желательно, так как в каскадах усиления высокой частоты оно будет скомпенсировано. Иначе говоря, при выборе f_А < f_min легче получить постоянство чувствительности радиоприемника в заданном диапазоне частот.

Третий случай (кривая 3), когда собственная частота антенной цепи находится в пределах от f_min до f_max, на практике не используется, так как коэффициент передачи напряжения оказывается не постоянным: то возрастает, то убывает в пределах диапазона.

Избирательность ВЦ при индуктивной связи антенны с контуром приближенно определяется избирательностью эквивалентного контура R, L, C с добротностью Q_эк, причем Q_эк выбирают равной (0,8—0,9)Q, где Q – добротность контура ВЦ. Этим учитывается влияние активного сопротивления, вносимого из антенного контура в контур ВЦ.

Избирательность и полоса пропускания ВЦ определяются по формулам (2.4) и (2.6).

Полоса пропускания может быть приблизительно определена из соотношения П = f₀/Q_эк.

Влияние антенны на контур ВЦ незначительно, что объясняется слабой связью. Однако антенна вносит в контур ВЦ реактивное сопротивление и вызывает изменение его настройки. Значение вносимой расстройки при изменении параметров антенны под влиянием различных внешних причин не является постоянным.

Рис. 2.7. Комбинированная связь антенны с контуром и изменение коэффициента передачи напряжения в диапазоне частот при связи: 1 – индуктивной; 2 – комбинированной; 3 – емкостной.

Подбирая коэффициент связи между контурами добиваются, чтобы эта расстройка была минимальной.

Индукционно-емкостная (комбинированная) связь антенны с контуром (рис. 2.7,а) применяется в тех случаях, когда требуется получить сравнительно постоянный коэффициент передачи напряжения в заданном диапазоне частот. В этой схеме, кроме индуктивной связи, осуществляемой через катушку L_св, используют связь через конденсатор связи С_св. В результате одновременного действия обоих видов связи коэффициент передачи напряжения получается большим и почти постоянным по диапазону (рис. 2.7,б). Собственная частота антенной цепи выбирается несколько меньше минимальной частоты настройки контура.

11. Режимы работы смесителя

Перемножитель совместно с фильтрующей цепью часто называют смеситель частоты (или просто смеситель). Смеситель является ключевым каскадом в ПЧ, поскольку именно его режимом работы определяется эффективность работы ПЧ в целом.

Электронные приборы смесителя могут работать в одном из двух режимов — параметрическом или нелинейном.

В параметрическом режиме напряжение сигнала u_c(t) и промежуточной частоты u_п(t) являются слабыми сигналами, не меняющими параметров электронных приборов смесителя. В выходном токе смесителя содержатся в общем случае компоненты с частотами , гдеk=0, 1, 2, Один из компонентов (при ) выделяется фильтром и используется в качестве промежуточной частоты.

В нелинейном режиме напряжение сигнала u_c(t) (возможно и напряжение промежуточной частоты u_п(t)) является сильным сигналом, изменяющим параметры электронного прибора смесителя. Выходной ток смесителя при подаче на его вход косинусоидального напряжения частоты ω_с будет содержать в общем случае составляющие с частотами , гдеk, l = 0, 1, 2, 3,...

Если входной сигнал имеет сложный спектр, то возможно появление новых комбинационных частотных составляющих, т.е. нелинейных искажений сигнала.

Для нелинейного режима характерно появление так называемых интерференционных свистов. Рассмотрим это явление на следующем примере. Пусть на вход преобразователя частоты (рис. 3.15,а) поступает сигнал с частотой f_c=931 кГц (промежуточная частота приёмника f_п=465 кГц). Необходимая частота гетеродина f_г=f_c+f_п=931+465=1396 кГц. Из-за нелинейных свойств электронного прибора смесителя в его цепях появляются высшие гармоники частоты сигнала. Вторая гармоника сигнала 2f_c=1862 кГц (рис. 3.15,б), взаимодействуя с частотой гетеродина, будет давать составляющую f_п′=2f_c–f_г=1862–1396=466 кГц.

Оба компонента с частотами f_п=465 кГц и f_п′=466 кГц попадают в полосу пропускания УПЧ, усиливаются им и поступают на детектор приемника. В результате детектирования выделяется разностный сигнал частоты F=f_п′–f_п=466–465=1 кГц. Он прослушивается в виде свиста (отсюда название явления), сопровождающего программу полезного сигнала.

Рис. 3.15. К пояснению возникновения интерференционных свистов в преобразователе частоты: а - функциональная схема приемника; б - пример распределения частот.

Явление возникновения дополнительных сигналов в процессе преобразования частоты приводит к уменьшению отношения сигнал/шум, т.е. ухудшает чувствительность радиоприемного устройства.

Поскольку уровни сигналов, поступающих на вход приемника от антенно-фидерного устройства, могут отличаться друг от друга на несколько порядков, то для реализации параметрического режима работы смесителя в преселекторе предусматривают как автоматические (АРУ), так и ручные (РРУ) регулировки усилителя, ограничивающие уровень сигнала на входе ПЧ.

12. Метод исследования АЧХ тракта ПЧ

13. УРЧ. Назначение, типы схем, параметры и характеристики

Усилителем радиочастоты (УРЧ) называется устройство, предназначенное для усиления сигналов по напряжению или мощности на несущей частоте без существенных изменений спектра принимаемых сигналов.

Различают резонансные УРЧ, в которых в качестве нагрузки служат одиночные или связанные системы контуров и апериодические. Нагрузкой в них являются резисторы. Апериодические усилители не обладают избирательностью, поэтому область их применения ограничена следующими случаями.

1. Усиление радиосигналов, частотная селекция которых уже реализована входной цепью;

2. Усиление широкополосных шумоподобных сигналов в многоканальных системах радиосвязи с кодовым разделением абонентов;

3. Усиление радиосигналов в цифровых системах радиосвязи с высокой скоростью передачи информации.

Такой же тип усилителей сигналов может применяться в каскадах усилителя промежуточной частоты, о чем будет сказано в следующей теме.

УРЧ можно классифицировать по следующим признакам:

по виду усилительного прибора – транзисторные, ламповые и др.;

по способу включения усилительного прибора в схему – с общими эмиттером, истоком, катодом; с общими базой, затвором, сеткой; с общими коллектором, стоком, анодом и др.;

по способу включения нагрузки – с полным, автотрансформаторным и трансформаторным включением;

по способу настройки – с фиксированной настройкой в диапазонные.

Следует подчеркнуть, что резонансные усилители широко применяются как в тракте высокой частоты, так и в тракте промежуточной частоты приемника.

Резонансный коэффициент усиления – это отношение амплитуд напряжений: выходного U_0вых к входному U_0вх на резонансной частоте настройки усилителя, т. е.

К₀ = U_0вых/U_0вх (2.13)

Выходное напряжение зависит от проводимости нагрузки Y_A при одной и той же выходной мощности. Поэтому целесообразно оценивать усилительные свойства коэффициентом усиления мощности. Коэффициент усиления мощности – это отношение мощности, рассеиваемой в нагрузке ()к мощности, подводимой к входу усилителя (), т. е.

(2.14)

Где g_н – вещественная составляющая проводимости нагрузки усилителя; g_вх – вещественная составляющая входной проводимости усилителя.

Учитывая (2.13) можно представить связь между коэффициентом усиления мощности и резонансным коэффициентом усиления напряжения в виде

и (2.15)

Для частного случая, когда g_вх = g_н, получим

(2.16)

Коэффициент усиления может быть выражен в относительных единицах или децибелах.

Общий коэффициент усиления многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов усиления всех каскадов:

или К_{общ (дБ)} = К_{1 (дБ)} + К_{2 (дБ)} +…+ К_{n (дБ)} (2.17)

Для выражения коэффициента усиления по напряжению и по мощности в децибелах пользуются формулами К_{0 (дБ)} = 20lg(U_вых/U_вх); К_{p (дБ)} = 10lg(P_вых/P_вх);

Избирательность усилителя определяется качеством его избирательной цепи ИЦ, поэтому она зависит от типа ИЦ и ее параметров. Избирательность каскада усилителя определяется ординатой резонансной характеристики каскада, построенной в относительном масштабе при заданной расстройке ∆f.

Для многокаскадного усилителя, в который входят каскады, имеющие избирательности δ₁, δ₂,…, δ_n, общая избирательность определяется произведением

(2.18)

При определении избирательности в децибелах избирательность многокаскадного усилителя есть сумма избирательностей всех каскадов:

(2.19)

Избирательность усилителя δ можно выражать и отношением коэффициента усиления K при заданной расстройке к резонансному коэффициенту K₀, т. е. δ = К/К₀.

Полоса пропускания – область частот, в пределах которой ослабление составляющих спектра принимаемых колебаний не превышает заданного значения. Таким заданным значением ослабления составляющих спектра, т.е. уровнем отсчета полосы пропускания, обычно считают уровень 0,707.

Искажения сигнала в усилителе подразделяются на линейные, обусловленные избирательными цепями, и нелинейные, вызываемые нелинейностью характеристик усилительных приборов.

Устойчивость работы характеризует способность усилителя сохранять в процессе эксплуатации мало измененными (в пределах заданных погрешностей, определяемых техническими условиями или стандартами) коэффициент усиления, форму резонансной характеристики и другие показатели. Устойчивость работы существенно зависит от конструкции усилителя, определяющей характер и значение обратных связей.

В зависимости от того, какой из электродов будет включаться как общий для входной и выходной цепей каскада, различают три основные схемы включения усилительного прибора: с общими эмиттером (ОЭ), истоком (ОИ), катодом (ОК); с общими базой (ОБ); затвором (ОЗ); сеткой (ОС), с общими коллектором (ОК), стоком (ОС), анодом (ОА).

Наиболее распространенной схемой включения транзисторов в УРЧ для диапазонов длинных, средних и коротких волн является схема с общим эмиттером, так как она обладает большим усилением по мощности и сравнительно большим входным и выходным сопротивлением по сравнению с другими схемами. При усилении сигналов каскад ОЭ изменяет их фазу на 180°.

Схема с общей базой имеет лучшую стабильность и меньшие нелинейные искажения, чем схема с общим эмиттером. По переменному току схема обладает малым входным и большим выходным сопротивлением, поэтому применяется для согласования каскадов с низким выходным сопротивлением и высоким входным сопротивлением.

Схема с общим коллектором в качестве УРЧ применяется редко. Она имеет большое входное и малое выходное сопротивление сильную отрицательную обратную связь по напряжению (усиление по напряжению около единицы), поэтому применяется для согласования каскадов, обладающих высоким выходным и малым входным сопротивлением.

В целом можно сказать о том, что УРЧ по своему принципу действия близки предварительным каскадам усиления радиопередатчика, работающим в классе А.

14. Балансный фазовый диодный детектор

Рисунок 4.15. Балансный диодный детектор.

Напряжение U₀ от синхронного гетеродина поступает на диоды VD1 и VD2 с одинаковой фазой, а напряжение сигнала U_c со вторичной обмотки трансформатора в противофазе. При этом U₀ значительно превышает амплитуду U_c. В результате на верхнем диоде амплитуда полного напряжения с частотой сигнала U_сВ=U₀+U_c, а на нижнем U_сН=U₀-U_c. Поскольку при действии помехи с амплитудой U_п инерционный детектор остается линейным, то продетектированное напряжение на нагрузке диода VD1 будет U_вых1≈U_сВ+U_п, а на нагрузке диода VD2 соответственно U_вых2≈U_сН+U_п. Результирующее напряжение на выходе детектора U_вых=U_вых1-U_вых2. Подставляя сюда значение напряжений, получаем

U_вых=U₀+U_c+U_п–U₀+U_c–U_п=2U_c. (4.14)

Следовательно, на выходе балансного синхронного детектора будет только сигнал, а помехи не будет.

Если диодные детекторы безынерционны по отношению к биениям, то остается в силе формула (4.11). Можно показать [3], что при этом помеха в балансном детекторе не компенсируется, но подавляется с такой же эффективностью, как и в небалансном синхронном детекторе.

В заключении отметим, что использование балансного детектора удваивает уровень выходного сигнала по сравнению с обычным детектором, а применение двухтактных балансных детекторов, собранных по кольцевой схеме, позволяет увеличить уровень сигнала еще в два раза.

15. Методика определения коэффициентов гармоник

16. Преобразователь частоты. Назначение, типы схем, виды настройки гетеродина.

Преобразование частоты радиосигнала представляет собой процесс линейного переноса спектра сигнала из одной области радиочастот в другую. При таком переносе огибающая спектра радиосигнала (вид и параметры модуляции) не меняется (рис. 3.1).

Рис.3.1. Линейное преобразование спектра сигнала.

Преобразование частоты сопровождается усилением сигнала, но может быть и без усиления. Перенос спектра сигнала может производиться, как в область более высоких, так и в область более низких частот (наиболее часто). Устройство, осуществляющее преобразование частоты, называется преобразователем частоты (ПЧ). Он является одним из главных каскадов супергетеродинного приемника.

Рис. 3.2. Структурная схема преобразователя частоты РПМУ.

ПЧ включает в себя три каскада (Рис 3.2):

• вспомогательный местный автогенератор, называемый гетеродин, вырабатывающий колебания синусоидальной формы с частотой f_г;

• перемножитель – каскад с нелинейной проходной характеристикой, имеющий два входа и один выход, в котором перемножаются (смешиваются) колебания принимаемого радиосигнала f_c и гетеродина f_г;

• фильтрующая цепь, осуществляющая селекцию колебания с промежуточной частотой из смеси всех комбинационных колебаний, присутствующих на выходе перемножителя.

Гетеродин, как и всякий автогенератор, обеспечивает стабильность настройки РПМУ на частоту принимаемого радиосигнала. Смеситель является ключевым каскадом в ПЧ, поскольку именно его режимом работы определяется эффективность работы ПЧ в целом.