Teoria_SURRT

Транзисторы, используемые в схеме: УВЧ, должны иметь достаточно высокую граничную частоту, превышающую верхний частотный предел, низкий коэффициент шума; обеспечивать высокий коэффициент усиления. В УРЧ лекторов каналов транзисторы включаются по схеме с общим эмиттером и обей базой. Включение транзистора по схеме с ОЭ позволяет поучить более высокий коэффициент усиления. Недостатком схемы с ОЭ является значительная внутренняя обратная связь, для компенсации которой используются схемы нейтрализации, а также меньшая граничная частота усиления по сравнению со схемой с ОБ. Схема с ОБ не требует нейтрализации и обеспечивает более равномерное усиление по диапазону. В выпускаемых селекторах каналов используется схема включения транзистора с общей базой. Последнее время широко стали применяться двухзатворные полевые транзисторы, что позволяет более простыми способами обеспечить хорошую глубину АРУ и развязку между сигнальными и управляющими цепями.

Смеситель. Смесительный каскад сектора каналов служит для получениясигнала промежуточной частоты. Эта операция заключается в нелинейном преобразовании сигнала гетеродина с частотой fГЕТ и полного телевизионного радиосигнала с несущей изображения fНИ, при котором на выходе смесителя образуется сигнал, содержащий комбинации частот: fГЕТ fНИ. Выходной контур смесителя настраивается на разностную частоту fПЧ И = fГЕТ – fНИ и должен иметь полосу, достаточную для пропускания спектра сигналов изображения и звукового сопровождения, перенесения их в область промежуточных частот, Смеситель также должен иметь высокую крутизну преобразования, обеспечивать постоянное усиление при преобразовании частот различных каналов, обладать низким коэффициентом шума, вносить малые нелинейные искажения.

Смеситель селектора каналов на транзисторах собирается по схеме с общей базой или по схеме с общим эмиттером. Обе схемы имеют примерно одинаковую крутизну преобразования. В связи с тем, что частоты на входе и выходе смесителя различны и обратная связь значительно слабее, обеспечение устойчивости каскада к самовозбуждению не играет такой роли, как в УРЧ. Схема с общим эмиттером даѐт более высокое усиление (на 12…15 дБ) и меньше нагружает гетеродин, чем схема с общей базой, которая обладает большей стабильностью работы на низкочастотных каналах и меньшей зависимостью

131

fНЗС I

где fНИ I

входного сопротивления от частоты. Наибольшее распространение получили схемы с общим эмиттером. В селекторах каналов дециметрового диапазона преобразователь частоты выполнен по схеме автогенерирующего смесителя.

Гетеродин является одним из основных каскадов селектора каналов телевизионного приѐмника. Сигнал гетеродина должен иметь постоянную амплитуду и стабильную частоту. Для повышения избирательности ТВ-приѐмника по зеркальному каналу и уменьшения действия излучения гетеродина частота его колебаний выбирается выше частот принимаемого сигнала и определяется выражением:

fГЕТ I = fНИ I + fПЧ И = fНЗС I + fПЧ ЗС ,

– несущая частота радиосигнала изображения i-го канала; fПЧ И – промежуточная частота изображения;

– несущая частота радиосигнала звукового сопровождения i-го канала; fПЧ ЗС – промежуточная частота звукового сопровождения.

Для уменьшения излучения высокочастотных колебаний и увеличения помехозащищѐнности от внешних полей элементы, составляющие схему гетеродина, тщательно экранируются; обеспечивается полная экранировка всего селектора, для чего он заключается в металлический корпус; осуществляется блокировка высокочастотных колебаний по всем цепям управления и питания селектора.

При реализации гетеродина на дискретных элементах используются три основные схемы генераторов с самовозбуждением: с емкостной, индуктивной и автотрансформаторной обратной связью. Наиболее часто встречаются схемные реализации, в которых транзистор включается по схеме с ОБ с емкостной обратной связью.

В последнее время, благодаря успехам микроэлектроники, в селекторах каналов ТВ приѐмников стали применяться интегральные микросхемы смесителей и гетеродинов. Объединение процессов генерации и преобразования сверхвысокой, гипервысокой и ультравысокой частот в одной микросхеме улучшает характеристики и надѐжность селекторов каналов.

132

Селектор каналов всеволновый (СКВ) предназначен для выбора РСТВ одной из телевизионных программ, передаваемых в диапазоне метровых или дециметровых волн, и преобразования его на промежуточную частоту.

Эфирное телевизионное вещание в нашей стране осуществляется по стандартам D/K в определенных участках МВ и ДМВ, разбитых на пять поддиапазонов:

I – 1 и 2 ТВ каналы (48,5…66,0 МГц)

II – 3…5 ТВ каналы (76,0…100,0 МГц) III – 6…12 ТВ каналы (174,0…230,0 МГц)

IV – 21…34 ТВ каналы (470,0…582,0 МГц)

V – 35…60 ТВ каналы (582,0…790,0 МГц)

В кабельных распределительных сетях также возможно использование частотных диапазонов, запрещенных для эфирного вещания: в диапазоне МВ – СК1…СК8 (110,0…174,0 МГц), СК9…СК19 (230,0…302,0 МГц); в диапазоне ДМВ – СК20…СК40 (302,0…470,0 МГц). Кроме того диапазон ДМВ может быть расширен с 60 до 69 каналов (до 862 МГц).

Учитывая, что СКВ должен перекрывать весь диапазон частот, отведенный для ТВ вещания (как эфирного, так и кабельного), определим коэффициент перекрытия по частоте

	q	fMAX		862	18.
		fMIN		48

Реализовать тракт с таким коэффициентом перекрытия по частоте схемотехнически невозможно, поэтому все современные СКВ строятся по трехканальной схеме (рисунок 5.2) – с делением на поддиапазоны A (48…170 МГц), В (170…450 МГц) и С (450…855 МГц). В этом случае максимальный коэффициент перекрытия по частоте составляет

qMAX qA 16848 3,5, что позволяет реализовывать электронную пере-

стройку по частоте как входных фильтров УВЧ, так и гетеродинов. Действительно, чтобы изменить частоту в 3,5 раза, необходимо изменить

емкость варикапов в q2, т.е. примерно в 12,5 раз, так как изменение частоты обратно пропорционально корню квадратному из величины емкости (или индуктивности):

133

WA1

Z1.1	A1	Z1.2	UZ1
			G1
			G
Z2.1	A2	Z2.2	UZ2	Z4	A4	UПЧИ, UПЧЗ1
			G2
			G
Z3.1	A3	Z3.2	UZ3
			G3	U1	UR1	U2
			G	f		f/n
				f/m		f
				2	Z5	G4
						G

UАРУ UА UВ UС UНАСТР I2C

Рис. 5.2. Функциональная схема всеволнового селектора каналов

f		1		.
		LC

Коэффициент перекрытия по емкости лучших современных варикапов составляет 20…25 раз, так что последнее условие достаточно легко выполнимо.

Тракты каждого диапазона в СКВ независимы и содержат раздельные входные цепи Z1.1, Z2.1 и Z3.1, УВЧ A1…A3, полосовые фильтры Z1.2, Z2.2 и Z3.2, смесители UZ1…UZ3 и гетеродины G1…G3. Общими для всех трактов являются выходной ФНЧ Z4 и предварительный УПЧ А4.

Входные цепи и полосовые фильтры каждого поддиапазона выполняются перестраиваемыми по частоте и обеспечивают подавление зеркального и прямого каналов приема, а также частичную избирательность по соседнему каналу. Полоса пропускания каждого канала составляет от 8 до 11 МГц в нижнем

134

(А) поддиапазоне; 8…13 МГц в среднем (В) и 12…14 МГц в верхнем (С) поддиапазоне. Центральная частота определяется напряжением настройки Uнастр, подаваемым на СКВ, выбор требуемого поддиапазона – подачей управляющего напряжения (UА, UВ или UС) на соответствующий УВЧ (А1, А2 или А3). На УВЧ также подается напряжение UАРУ автоматической регулировки усиления (АРУ). Напряжение настройки UАРУ подается одновременно на все перестраиваемые элементы (входные цепи, ПФ, гетеродины).

Есть два способа настройки СКВ на заданный канал – при помощи напряжения настройки или с использованием синтеза частоты. В последнем случае в схему селектора вводится ряд дополнительных функциональных блоков (на рисунке 5.2 изображены штриховыми линиями) – делитель U1 с переменным коэффициентом деления (ДПКД), фазовый детектор UR1, делитель частоты U2, опорный кварцевый генератор G4 и ФНЧ Z5.

В отличие от СКВ с синтезатором напряжения, в данном случае на схему подается не только напряжение настройки, но значение коэффициента деления ДПКД по цифровой шине I2C. Частота гетеродина, поделенная в n раз, сравнивается с частотой опорного генератора G4 в фазовом детекторе UR1. Напряжение ошибки фильтруется ФНЧ Z5 и суммируется с напряжением настройки, подстраивая таким образом частоту гетеродина. В результате ее относительная нестабильность будет определяться нестабильностью частоты кварцевого генератора, которая крайне мала (менее 10-5). Шаг перестройки (сканирования) определяется частотой опорного сигнала, поступающего на фазовый детектор с делителем U2. Как правило, в современных СКВ с синтезом частоты коэффициент деления частоты этого делителя имеет несколько фиксированных значений, задаваемых по I2C шине, в результате шаг перестройки можно установить, к примеру, равным 62,5 кГц, 50 кГц, 31,25 кГц и т.д.

Современные СКВ обладают следующими основными параметрами [24…26]: коэффициент усиления – 38…40 дБ; избирательность по ПЧ – 60…70 дБ, по ЗК – 66…70 дБ; коэффициент шума – 9…10 дБ; диапазон изменения напряжения настройки – 0,5…28 В; напряжение питания – плюс 12 или 5 В. Кроме того, совершенствование элементной базы и технологии производства позволило уменьшить габаритные размеры СКВ. По этой же причине шаг выводов у этих селекторов уменьшен с 4,45 мм (семейство UV900) до 4 мм

135

(UV1300), поэтому они конструктивно не совместимы, что необходимо учитывать при возможной замене СКВ.

5.4. Построение трактов ПЧ ТВ приемников

5.4.1. Классификация трактов ПЧ

Можно выделить три основных варианта построения трактов ПЧ ТВ приемников: с совместной обработкой радиосигналов изображения (РСИ) и звукового сопровождения (РСЗС), с параллельной и квазипараллельной обработкой РСИ и РСЗС. В свою очередь, каждый из них может иметь свои конструктивные особенности, в частности, в тракте с совместной обработкой РСИ и РСЗС в качестве преобразователя частоты в КЗС может использоваться линейный детектор огибающей (ЛДО) либо синхронный детектор (СД), в квазипараллельном тракте – СД или детектор разностной частоты (ДРЧ). В параллельном тракте может применяться одноили двукратное преобразование частоты в КЗС. На основании этого будем считать, что любой тракт ПЧ строится по одной из шести типовых схем (рис. 5.3).

Дадим определения основным вариантам построения трактов ПЧ (ТПЧ).

Тракт ПЧ

По степени использования группового тракта

Совместный

Квазипараллельный

Параллельный

По типу применяемого демодулятора в каналах

По числу преобразований частоты в

изображения и звукового сопровождения

канале звукового сопровождения

ЛДО

СД

ДРЧ

Однокр.

Двукр.

Рис. 5.3. Классификация трактов ПЧ

136

ТПЧ с совместной обработкой РСИ и РСЗС (совместный РК). В нем радиосигналы изображения (И) и звукового сопровождения (ЗС) обрабатываются совместно, для преобразования РСЗС с первой ПЧ на вторую используется тот же детектор, что и для демодуляции РСИ, причем напряжением гетеродина выступает колебание промежуточной частоты И (при использовании ЛДО). Если применяется СД, опорным сигналом для него служит выделенная активным или пассивным способом промежуточная сигнала И.

ТПЧ с параллельной обработкой РСИ и РСЗС. В нем радиосигналы И и ЗС после селектора каналов обрабатываются полностью раздельно и независимо друг от друга.

ТПЧ с квазипараллельной обработкой РСИ и РСЗС. В нем радиосигналы И и ЗС после селектора каналов обрабатываются раздельно, однако при преобразовании сигнала ЗС с первой ПЧ на вторую в качестве опорного сигнала для преобразователя частоты используется выделенная активным или пассивным способом несущая сигнала И.

Совместный и квазипараллельный тракты, таким образом, строятся по схеме с однократным преобразованием частоты РСИ и двукратным – РСЗС. В параллельном тракте выполняется однократное преобразование частоты РСИ и одноили двукратное – РСЗС.

Необходимость применения двукратного преобразования частоты РСЗС вызвана следующими причинами:

-значение первой промежуточной частоты для радиосигнала ЗС находится в пределах fПР.З1 = 31,5... 54,25 МГц в зависимости от используемого стандарта вещания. Данные частоты являются еще достаточно высокими и на них возникают сложности с обеспечением заданной избирательности (реализацией ФСС с требуемой крутизной склонов), а также с получением высокой крутизны демодуляционной характеристики (S-кривой) частотного демодулятора;

-при однократном преобразовании стабильность промежуточной частоты определяется стабильностью частоты перестраиваемого гетеродина селектора каналов и не является достаточно высокой. В частности, в современных ТВ приемниках даже при включенной системе автоматической подстройки часто-

ты гетеродина допустимый уход частоты составляет f = ± 100 кГц, что превышает половину полосы частот ЧМ сигнала ЗС.

137

В случае двукратного преобразования частоты вторая ПЧ fП Р . З 2 = 4,5...

6,5 МГц (в зависимости от применяемого стандарта вещания) образуется в результате биений между промежуточными несущими частотами fП Р . И и fП Р . З 1. При этом нестабильность частоты гетеродина селектора каналов не влияет на стабильность fП Р . З 2. Действительно, пусть гетеродин селектора каналов имеет нестабильность частоты плюс f или минус f. Тогда fП Р . И и fП Р . З 1 получат приращение частоты f с одинаковым знаком. Вторая ПЧ РСЗС в этом случае будет равна fП Р З . 2 = (fП Р . И ± f) – (fП Р . З 1 ± f) = fП Р . И – fП Р . З 1 , т. е. она не зависит от величины f. Поэтому последующая обработка радиосигнала звукового сопровождения возможна в узкополосном тракте второй ПЧ, что обеспечивает высокую защищенность от шумов и помех.

5.4.2. Тракт ПЧ с совместной обработкой РСИ и РСЗС с ВД в качестве детектора огибающей и второго преобразователя частоты

Данный тракт использовался в первых моделях ТВ приемников. Они, как правило, строились на электронных лампах, поэтому актуальной была прежде всего задача сокращения числа каскадов. Тракт ПЧ с совместной обработкой РСИ и РСЗС в наибольшей степени удовлетворял этим требованиям, ввиду того что большинство узлов схемы использовалось и для обработки РСИ, и для обработки РСЗС (рис. 5.4). Сигналы изображения и звука разделялись только на выходе видеодетектора.

Z1	UZ1	Z2	A1	UR1
Вх. ПЧ				Вых. UЗЧ
fПР. И, fПР. З1		Z3
			Вых. UПЦТС

fПР. З2

Рис. 5.4. Совместный тракт ПЧ сигналов изображения и звукового сопровождения с линейным детектором огибающей

138

UПЦТС

Групповой сигнал ПЧ, поступающий с выхода селектора каналов, проходил через полосовой фильтр Z1, АЧХ которого приведена на рис. 5.5. На выходе группового демодулятора UR1, в качестве которого применялся линейный детектор огибающей (ЛДО), выделялись полный цветовой видеосигнал UПЦТС и радиосигнал звукового сопровождения UРСЗС на второй промежуточной частоте fПР.З2. Пройдя режекторный фильтр Z3, подавляющий частоту fПР . З 2, сигнал

поступал на дальнейшую обработку в канал изображения, а ЧМ сигнал звукового сопровождения на частоте fПР . З 2 выделялся полосовым фильтром Z2, проходил каскад усиления-ограничения A1 и детектировался частотным детектором UR2.

Качество обработки сигналов изображения и звукового сопровождения в таком тракте ПЧ было невысоким по следующим причинам:

Во-первых, безыскаженное детектирование радиосигнала с ЧПОБП принципиально невозможно при использовании ЛДО, так как в данном случае огибающая не повторяет форму модулирующего сигнала (возникают нелинейные искажения).

Во-вторых, из-за постоянно присутствующей на практике некоторой нелинейности видеодетектора происходит проникновение гармоник сигнала яркости в полосу частот РСЗС (перекрестные искажения из канала изображения в канал звукового сопровождения).

В-третьих, во время программ ЦТВ возникают биения между промежуточными частотами РСЗС fПР.З1 и сигнала цветности fПР.Ц, в результате чего в канал изображения попадает помеха разностной частоты:

		1
		0,5
	0,08...0,2
	(-14...-22 дБ)	0
fПР.З1		fПР.И	f, МГц

Рис. 5.5. Обобщенная АЧХ полосового фильтра тракта ПЧ c совместной обработкой РСИ и РСЗС

139

fПОМ = (fПР.И – fЦ..П) – fПР.З1 = fПР.З2 – fЦ.П ,

(5.1)

где fЦ.П – частота цветовой поднесущей.

Для уменьшения помех подобного рода в полосовом фильтре УПЧИ РСЗС на первой ПЧ подавляется на 14…22 дБ. Обратной стороной такого действия является снижение чувствительности канала звукового сопровождения. Поэтому этот вариант ТПЧ применялся в черно-белых телевизорах до внедрения ЦТВ.

Вполне закономерно, что с развитием элементной базы на смену тракту ПЧ с совместной обработкой РСИ и РСЗС, выполненному на базе ЛДО, пришли более совершенные микросхемы с СД. Если рассматривать вопрос совершенствования трактов ПЧ в хронологическом порядке, то следующей была схема с квазипараллельной обработкой РСИ и РСЗС, в которой использовались ЛДО в канале изображения и детектор разностной частоты (ДРЧ) в канале звукового сопровождения.

5.4.3.Тракт ПЧ с квазипараллельной обработкой РСИ и РСЗС

сиспользованием в канале звукового сопровождения детектора разностной частоты

Итак, схемы с совместной обработкой РСИ и РСЗС перестали удовлетворять возросшим требованиям к качеству изображения и звука. Стало очевидно, что сигналы изображения и звукового сопровождения необходимо обрабатывать раздельно. Однако вариант с полностью раздельной обработкой радиосигналов был отвергнут из-за чувствительности данной схемы (в частности, канала

Z1	UR1	Z3	A1	UR3
Вх. ПЧ				Вых. UЗЧ
fПР.И, fПР. З1	Z2	UR2	fПР. З2
			Вых. UПЦТС

fПР. З1

Рис. 5.6. Квазипараллельный тракт ПЧ на базе ЛДО в канале изображения и ДРЧ в канале звукового сопровождения

140