УПЧ в приемниках.
Усилители промежуточной частоты (УПЧ) в супергетеродинных приемниках служат для усиления сигналов промежуточной частоты (ПЧ),
поступающие от преобразователя частоты (Прч), и обеспечивают избирательность по соседнему каналу. Для достижения большого усиления УПЧ
они выполняются многокаскадными с постоянной ПЧ с применением двух- и многоконтурными избирательными системами с малым коэффициентом прямоугольности и ослабляют сигналы соседних каналов даже
при небольших расстройках.
В УПЧ радиовещательных приемников доля полосы пропускания около 5 -7 % промежуточной частоты и поэтому избирательные системы
выполняют узкополосными.
Усилители ПЧ различают по следующим видам:
1) с распределенной избирательностью (рис.1а):
а) одноконтурные резонансные, где в каждом каскаде усиления находятся по одному колебательному контуру ФП, которые настроены на одну
промежуточную частоту;
б) одноконтурные расстроенные у которых в пределах полосы пропускания каскады настроены на различные частоты;
в) с двумя связанными контурами в каждом каскаде;
2) с фильтрами сосредоточенной селекции ФСС (рис.1б) (то же, что и фильтры сосредоточенной избирательности ФСИ), где в каждом каскаде
содержится три и более связанных колебательных контура.
Одноконтурные настроенные УПЧ.
Простейшим типом УПЧ является каскад усилитель с одним настроенным контуром.Такой усилитель обычно применяется в простейших
приемниках, где требуемая полоса пропускания не превышает 2 ÷ 3 МГц. В супергетеродинных приемниках большая часть усиления сигнала
приходится на тракт ПЧ и поэтому имеют несколько каскадов УПЧ.
Единичные каскады, которые содержат резонансные контура, подключаются с активному элементу (транзисторы, микросхемы) с помощью
трансформаторной или автотрансформаторной связью . В радиовещательных приёмниках используется в основном трансформаторная связь.
На рис.2а показан УПЧ, состоящий из двух блоков одноконтурных усилителей настроенных на промежуточную частоту. Если в усилителе
последовательно включены несколько каскадов, то его результирующий коэффициент усиления (Кобщ) будет увеличиваться (рис.2б) и равен
произведению коэффициентов усиления каскадов:
Кобщ = К1·К2 ...Кn,
где n - количество каскадов.
А общая полоса пропускания (2∆fобщ) с увеличением количества каскадов
уменьшается и приближенно эту зависимость можно выразить отношением:
2∆fобщ = 2∆f /(1,2√n),
где 2∆f - полоса пропускания одного каскада;
2∆fобщ - полоса пропускания n-каскадного усилителя.
Одноконтурный усилитель, по сравнению с полосовым, обладает тем преимуществом в том, что дает большее усиление, но избирательность и
равномерность усиления боковых частот у него меньше. Поэтому он применяется в простых приемниках с малочувствительной антенной
(штыревой, рамочной, ферритовой), где нужно большое усиление.
Одноконтурные расстроенные УПЧ.
Трудность получения большого усиления при заданной избирательности обусловливает необходимость максимально эффективного
использования одиночного каскада.
Чтобы улучшить параметры УПЧ применяют схему с одиночными взаимно расстроенными контурами. Для этого в двухкаскадном усилителе (рис.3)
расстраивают, относительно промежуточной частоты (fo = fпр), первый контур L1C1 на частоту f1 = fo - ∆fо, а второй L2C2 - на f2 = fo + ∆fо.
Образуется симметрично расстроенная пара каскадов или просто - "расстроенная двойка". Еще такой усилитель называют асинхронным.
Каждый каскад усиливает сигнал в определенной полосе частот относительно промежуточной частоты fo (рис.4а). При одинаковых коэффициентах
усиления каскадов и малых начальных растройках обобщенная кривая избирательности сохраняется одногорбой. Но с увеличением начальной
расстройки крутизна ее боковых ветвей увеличивается, что способствует уменьшению коэффициента прямоугольности и улучшению
избирательных свойств. Когда начальная растройка превышает критическую, в средней части кривой избирательности получается провал. Чем
больше начальная расстройка, тем больше глубина и боковых скатов общей кривой.
Для того, чтобы убрать "двугорбность" добавляют третий каскад усиления с резонансным контуром меньшей добротностью, чем два остальных.
Получается "расстроенная тройка". В этом случае результирующая характеристика (рис.4б) образуется путем суммирования характеристик трех
контуров, один из которых настроен на промежуточную частоту ( кривая 3), а два других (1 и 2 кривые) - на частоты, лежащие симметрично ниже и
выше этой кривой. В результате получается характеристика с плоской вершиной и с большей избирательностью.
УПЧ с двумя связанными контурами.
Наиболее часто связь между колебательными контурами в УПЧ с двумя связанными контурами выбирается трансформаторной (рис.5а) или
внешнеемкостной (рис.5б), поскольку эти виды связи наиболее просты в осуществлении и позволяют выбирать нужный коэффициент связи М.
В первой (рис.5а) из рассматриваемых схем энергия из первого контура L1C1 передается на второй (L2C2) посредством взаимной индукции М.
Оба контура настроены на частоту fo = fпр. В результате взаимной связи между контурами каждый из них воздействует на другой, перестраивает и
вносит затухание. Напряжение на выходе контура зависит не только от частоты, как при одиночном резонансном контуре, но также от степени
связи контуров.
Количественной мерой связи контуров является коэффициент связи, который для контуров, связанных взаимной индуктивностью М, выражается
зависимостью:
k = М/√L1L2,
где М - взаимная индукция;
L1, L2 - индуктивности контуров.
С увеличением коэффициента связи вершина характеристики становится более плоской и при его определенном значении, называемом
оптимальным, становится максимально плоской. Оптимальное значение коэффициента связи зависит от добротности первого и второго контуров
и для равных добротностей Q1 = Q2 = Q выражается формулой
kопт = 1/Q.
Увеличение связи свыше оптимального значения вызывает уменьшение выходного напряжения на резонансной частоте fo и возникновение выше и
ниже этой частоты "горбов" характеристики.
На рис.6 показан вид частотных характеристик усилителя с двухзвенным контуром для случая одинаковых добротностей контуров и разных
коэффициентов связи.
При k/kопт = 1 кривая максимально плоская и коэффициент усиления Кu на частоте fo наибольший. Для значений k/kопт > 1 кривые становятся
двугорбыми. Чем сильнее связь, тем больше удаление "горбов" от fo.
Отсюда делаем вывод, что форма резонансной кривой зависит от параметра связи контуров и изменяя эту связь можно регулировать ширину
полосу пропускания УПЧ. При наличии помех ее можно уменьшить, тем самым повысить избирательность по соседнему каналу. При отсутствии
помех - расширить полосу пропускания и снизить частотные искажения.
УПЧ с фильтрами сосредоточенной селекции (ФСС).
В профессиональных связных и радиолюбительских приемниках для дальней связи при полосе пропускания 7 - 9 кГц требуется иметь
ослабление при расстройке 10 кГц не менее 70 -80 дБ ( в 3100 - 10 000 раз). Такое ослабление не может обеспечить 4 -5 каскадные усилители с
двумя связанными контурами. Достигнуть лучшего ослабления по соседнему каналу возможно, применяя многозвенные фильтры.
Схема четырехзвенного фильтра с одиночными колебательными контурами с емкостной связью приведена на рис.7. Для ослабления магнитных
связей между контурными катушками (с целью уменьшения расстояния между контурами) каждый контур помещен в свой экран. Такие фильтры
позволяют иметь в одном каскаде много резонансных контуров, поэтому их называют фильтрами сосредоточенной селекции ФСС или
избирательности - ФСИ. Они отличаются от полосовых фильтров, где контура рассредоточены в различных каскадах.
При общепринятой в радиовещательных приемниках fпр = 465 кГц с полосой пропускания 7 - 9 кГц и хорошей избирательностью по зеркальному
каналу можно обеспеспечить фильтрами (рис.8) с пьезоэлектрическими резонаторами типа ПФ1П. Здесь резонаторы изображены как
конденсаторы с твердым диэлектриком, каковыми они являются по своему конструктивному выполнению. Они выполняются в виде тонких дисков
из специального материала, обладающие пьезоэлектрическим эффектом. Все резонаторы фильтра помещаются в общем корпусе, габариты
которого гораздо меньше, чем у многоконтурных ФСС с тем же числом звеньев.
Резонаторы 1, 2, 3 и 4 адекватны колебательным контурам в фильтре на рис.7. Резонаторы 5, 6, 7 и 8 выполняют в фильтре роль связывающих
элементов между резонаторами первой группы. Под воздействием переменного электрического напряжения в резонаторах возникают
механические колебания.
Размеры резонаторов выбирают так, чтобы резонанс наступал при fпр приемника. На входе при подаче
электрического сигнала на пьезоэлектрический резонатор 5 в нем возникают механические колебания, которые воспринимаются резонатором 1 и
создают на своих обкладках, благодаря обратному пьезоэлектрическому эффекту, переменную э.д.с. Такой процесс происходит по всей цепочке
резонаторов и на резонаторе 4 снимается выходное напряжение нужной частоты.
Чтобы паразитная частота гетеродина не поступала на вход фильтра в коллекторную цепь УПЧ включается колебательный контур LC, который
должен создавать ослабление более 20 - 25 дБ, что вместе с ФСС дает общее ослабление более 55 - 60 дБ.
| << Предыдущая | Cледующая >> |