Селекция радиосигналов. Входные цепи и усилители высокой частоты

Входной цепью называют электрическую цепь, связывающую антенну с входом первого каскада радиоприемника. Входная цепь предназначена для осуществления предварительной частотной избирательности и наилучшей передачи энергии принятого радиосигнала из антенны на вход первого каскада радиоприемника. Входная цепь представляет собой колебательную систему, связанную с антенной и первым каскадом приемника элементами связи 1 и 3 (рис. 6).

Принцип действия входной цепи состоит в следующем. Радиосигнал вместе с помехами от антенны через элемент связи 1 поступает на колебательный контур 2. Так как колебательный контур настраивается на частоту принимаемого сигнала, то он осуществляет частотную избирательность, т. е. выделяет сигнал из помех. Затем радиосигнал через элемент связи 3 подается на вход первого каскада. Элемент связи 1 осуществляет согласование антенны с входом приемника, а элемент связи 3 — согласование резонансного сопротивления контура с входным сопротивлением первого каскада приемника. Таким образом, входное устройство выполняет роль согласующего трансформатора сопротивления антенны и входного сопротивления первого каскада. При согласовании этих сопротивлений на вход первого каскада поступает наибольшая мощность принятого сигнала.

Кроме того, элементы связи 1 и 3 ослабляют влияние антенны и входного сопротивления первого каскада на настройку и добротность колебательного контура, а следовательно, и на избирательные свойства входной цепи.

Рис.6. Структурная схема входной цепи радиоприемника.

Входные цепи классифицируют по двум основным признакам: по числу колебательных контуров и по виду связи с антенной.

Наиболее часто входная цепь содержит один колебательный контур. Двухконтурные и многоконтурные цепи применяют в случае необходимости обеспечения высокой избирательности.

По виду связи с антенной различают входные цепи со следующими связями: индуктивной (рис. 7.б), емкостной (рис. 7.в), комбинированной (рис. 7.г) и непосредственной (рис. 7.а).

Наиболее простая схема получается при непосредственном подключении антенны к входной цепи. Но из-за сильного влияния антенны на входную цепь она применяется редко.

В некоторых случаях во входную цепь включают дополнительные фильтры, предназначенные для ослабления помех на промежуточной частоте (рис.8).

Рис.7. Схемы связи входной цепи с антенной:

а) – непосредственная; б) – индуктивная; в) – емкостная; г) - комбинированная.

Основные характеристики входных цепей. Входные цепи характеризуются следующими основными параметрами: коэффициентом передачи напряжения или мощности, коэффициентом избирательности, коэффициентом перекрытия диапазона, шириной полосы пропускания. Эти коэффициенты не являются постоянными и характеризуются коэффициентами непостоянства.

Коэффициентом передачи по напряжению называют отношение напряжения сигнала на входе первого каскада приемника U_BX1 к ЭДС сигнала в антенне Е_А: K_o=U_Bx1/Ea. Коэффициентом передачи по мощности называют отношение мощности сигнала на входе первого каскада Р_вх к мощности сигнала в антенне К_р= Р_вх/Ра. Поскольку входная цепь является резонансной системой, то напряжение на ее выходе, являющееся входным для первого каскада, зависит от частоты ее настройки.

Рис.8. Схемы включения фильтров во входную цепь:

а) – последовательная; б) - параллельная

При настройке входной цепи в резонанс на частоту принимаемого сигнала коэффициент передачи по напряжению К_о будет максимальным и называется резонансным. Коэффициент передачи по напряжению или мощности должен быть по возможности больше, так как при этом напряжение на входе первого каскада U_BX1 будет больше при одном и том же напряжении в антенне Е_A, что повышает чувствительность приемника.

Коэффициент избирательности показывает, во сколько раз коэффициент передачи К_о на резонансной частоте f_o входной цепи больше его значения на любой другой частоте f при расстройке ∆f=f_o—f. Он должен быть не менее заданного. Так как избирательность входной цепи определяется формой ее резонансной характеристики, то для получения хорошей избирательности нужно применять контуры с соответствующей добротностью.

В приемниках прямого усиления входная цепь осуществляет избирательность по соседнему каналу яри частотной расстройке ∆f = 9 кГц, в супергетеродинных приемниках — по зеркальному каналу при ∆f — 2f_пp и на частоте, равной промежуточной. Перекрытие заданного диапазона частот входной цепью характеризуется коэффициентом перекрытия диапазона, который представляет собой отношение максимальной частоты настройки f_{o макс} к минимальной f_oмин: К_д=f_oмакс>f_oмин. Входная цепь должна обеспечивать настройку на любую частоту заданного диапазона при сохранении показателей качества в допустимых пределах.

Полоса пропускания входной цепи — это полоса частот, в пределах которой изменение коэффициента передачи по напряжению К_о не превышает заданного значения. Обычно полосу пропускания определяют на уровне 0,7 от максимального значения коэффициента передачи по напряжению К_о.

Усилители радиочастот.

Усилители радиочастоты УРЧ повышают избирательность по зеркальному каналу и чувствительность приемника. По схемному построению УРЧ могут быть апериодическими или резонансными.

А периодические УРЧ увеличивают лишь отношение сигнал/шум и чувствительность приемника. Наиболее часто их применяют в транзисторных приемниках прямого усиления на ДВ- и СВ-диапазонах; В качестве нагрузки апериодических УРЧ может

Рис.9. Схемы апериодических каскадов усилителей радиочастоты:

а) – резисторная; б) – трансформаторная.

служить дроссель, резистор или трансформатор. Резисторный каскад УРЧ (рис. 9. а) прост в исполнении и настройке. В трансформаторных УРЧ (рис. 9.б) облегчается согласование выхода одного каскада с входом последующего. Кроме того, трансформаторный каскад УРЧ можно легко переделать в рефлексный.

Резонансные УРЧ, обеспечивают усиление сигнала и повышают не только реальную чувствительность, но и избирательность по зеркальному каналу. Транзисторные резонансные УРЧ в диапазонах ДВ, СВ и KB собирают по схеме с ОЭ (рис. 10), а в УКВ-диапазоне — по схеме с ОБ.

Каскады УРЧ могут содержать один или два резонансных контура. Усилитель радиочастоты с одним контуром дает меньшее усиление, но более прост в изготовлении и настройке. Схемы с индуктивной связью контуров позволяют изменять связь и получать наибольшее усиление или лучшую избирательность. Изменением связи по диапазону можно несколько компенсировать неравномерность коэффициента передачи входных цепей.

Усилители радиочастоты УКВ-диапазона выполняют по каскадным схемам. Они имеют лучшие характеристики, чем обычные УРЧ.

По усилению каскодный усилитель эквивалентен одно каскадному усилителю с проводимостью прямой передачи первого транзистора и нагрузкой второго. Каскодная схема используется в усилителях диапазона метровых волн. Первый каскад схемы выгодно выполнять на полевом транзисторе, обладающем низким уровнем шумов и малой активной входной проводимостью, при этом будет меньше шунтироваться избирательная система приемника, включенная на входе каскодного усилителя. Во втором каскаде предпочтителен дрейфовый транзистор, включаемый по схеме с ОБ и обеспечивающий наибольший устойчивый коэффициент усиления.

Рис.10. Каскад усилителя радиочастоты.

При таком выполнении каскодной схемы усилителя повышается его коэффициент устойчивого усиления, существенно снижается уровень шумов, повышается избирательность тракта радиосигнала приемника, что является их преимуществом. Аналогичными преимуществами обладают каскодные схемы (низкий уровень шумов и высокий коэффициент устойчивого усиления) на электронных лампах, обычно триодах, включаемых по схеме общий катод — общая сетка.