Выбор структурной схемы и его обоснование

Задача составления структурной схемы радиопередающего устройства состоит в том, чтобы определить рациональное число каскадов ВЧ между возбудителем и выходом передатчика, обеспечивающее выполнение заданных технических требований к радиопередающим устройствам при минимальных затратах средств на изготовление и при достаточно высоком КПД. Телевизионная радиостанция (ТВРС) состоит из радиопередатчиков сигналов изображения и сигналов звукового сопровождения, устройства сложения этих сигналов в общей нагрузке, устройства питания, охлаждения, контрольно-измерительной аппаратуры и т.д. В начале проектирования составляется структурная схема всего тракта радиочастоты передатчика. В основе проектируемой структуры лежит раздельный способ усиления сигналов каналов изображения и звука (Рис. 1.).

Рис.1. Структурная схема тракта раздельного усиления сигналов

По проектному заданию выходная мощность передатчика равна 0,2 кВт, следовательно, его построение будет осуществляться на транзисторах. К достоинствам транзисторов можно отнести устойчивость к механическим воздействиям и большой срок службы (до 10000 часов). В условиях правильной эксплуатации их не приходится менять на протяжении всего срока службы аппаратуры. Отсутствие цепей накала у транзисторов обуславливает их немедленную готовность к работе. Низкие питающие напряжения транзисторов при относительно большой мощности определяют малые нагрузочные сопротивления в цепи коллектора (десятки, единицы, доли Ом). По этой причине действие паразитных емкостей, шунтирующих нагрузку, существенно меньше, чем в лампах. Также в маломощных передающих устройствах полное замещение ламп транзисторами приводит к уменьшению габаритов и массы устройства. К недостаткам транзисторов относят высокую чувствительность к изменению температуры, малую электрическую прочность на пробой, невысокий уровень мощности, достаточно сильную зависимость коэффициента усиления от частоты колебания. Все эти недостатки устраняют применением конструктивных решений. Так, температурную стабильность обеспечивают при помощи внедрения в схему усилителя регуляторов. Электрическую прочность на пробой обеспечивают соответствующими схемами защиты. А, если включить в тракт усилителя цепи коррекции или схемы стабилизации, то можно добиться и постоянства коэффициента усиления в диапазоне рабочих частот. Основными электрическими характеристиками передатчика, определяющими его конструкцию, являются мощность, диапазон несущих частот, вид и требуемое качество модуляции, требования обеспечения ЭМС – допустимые нестабильность частоты и уровни внеполосных и побочных излучений. Очень важным является требование повышения промышленного КПД передатчика и его отдельных каскадов, естественно, не в ущерб другим требованиям. В целях достижения высокой стабильности частоты при выполнении других требований современные передатчики чаще всего строят, как многокаскадные: нормы на допустимую нестабильность частоты можно выполнить только при использовании генераторов эталонных частот с кварцевыми резонаторами (такие генераторы работают на малых уровнях мощности – от десятков до сотен мВт). Колебания маломощного возбудителя последовательно усиливаются несколькими каскадами усиления и доводятся до заданной мощности. В мощных оконечных транзисторных каскадах приходится объединять для совместной работы несколько транзисторов с помощью схем сложения мощностей. Сложение мощностей используют также для повышения надежности передатчиков. Надежность ТВРС как основного средства массовой информации должна быть весьма высокой. Поэтому кроме обычных мер, направленных на повышение надежности приборов, каскадов и устройств в целом, при построении и эксплуатации ТВРС используются системы резервирования передатчиков.

Многие разработчики и эксплуатационные службы, особенно зарубежные, идут по пути 100%-ного пассивного резервирования, т.е. устанавливают на ТВРС рядом с работающими передатчиками (сигнала изображения и звукового сопровождения) резервные, в которых включена система автоматики. Переключение на резервный передатчик происходит автоматически при снижении у работающего выходной мощности ниже некоторого заранее установленного уровня или ухудшении определенных качественных показателей. Такой способ резервирования наиболее оправдан при эксплуатации относительно маломощных, а значит, относительно дешевых и занимающих мало места передатчиков. В случае резервирования замещением для каждого резервируемого элемента, находящегося в работе, имеется запасной, неработающий, но входящий в состав ТВРС. При отказе неисправные элемент оборудования замещают запасным. Достоинством данного варианта резервирования является практически бесперебойная работа радиостанции при сохранении неизменными всех ее параметров. Перерыв в работе непродолжителен и определен временем переключения с действовавшего на вводимое оборудование. Такое резервирование рекомендуют для маломощного тракта, имеющего небольшие габариты, массу и стоимость. Особенно это эффективно для трактов, выполненных на твердотельных элементах – транзисторах и интегральных схемах. Они находятся в постоянной готовности к работе. Аппаратура маломощных трактов, к которым относятся возбудители и предварительные усилительные каскады передатчиков изображения и звукового сопровождения имеет 100%-ный пассивный резерв. Выходные каскады обоих передатчиков выполняются из двух одинаковых в схемном и конструктивном отношении полукомплектов (Рис. 2.) При аварии в одном из полукомплектов все оборудование полукомплекта отключается полностью.

Рис. 2. Структурная схема ТВРС

Полная структурная схема ТВРС представлена в приложении 1.

Структура возбудителя каналов изображения и видео представлена на рис. 3. Усилители управляющих (модулирующих колебаний – на схеме ВУ и ЗУ) – обеспечивают обработку сигнала до его подачи на модулятор. Модуляция в каналах звука и изображения выполняется на промежуточных частотах 38 МГц (канал изображения) и 31,5 (канал звука). Достоинством модуляции на промежуточных частотах является унификация трактов формирования модулированных колебаний для радиостанций, работающих на всех пяти ТВ диапазонах частот. Практика показала высокую эффективность устройств предкоррекции на ПЧ частотных и амплитудных характеристик канала усиления модулированных по амплитуде колебаний, что также является достоинством данного решения. В канале звука применяют прямой метод модуляции. Необхо­димую стабильность несущей частоты получают использованием высокостабильной частоты гетеродина и импульсно-фазовой авто­подстройкой средней частоты (ИФАПЧ) модулятора по эталонной частоте. В тракте ПЧ усиливают сформированный на ПЧ модули­ро­ванный по частоте сигнал и подают его на вход повышающего пре­образователя частоты (ППЧЗ). Это устройство по принципу дейст­вия является балансным модулятором. Разнос между выде­ляемой и ослабляемой боковыми полосами на их выходе равен ∆f_БП ≈ 2 f_Г . Отношение ∆f_БП /f_Г , где f_Г - частота гетеродина, достаточно велико, чтобы не создавать проблемы ослабления по­давляемого колебания в последующем тракте усиления. Выбор f_ПЧИ > f_ПЧЗ требует примене­ния частоты гетеродина f_Г = f_из + f_ПЧИ и ослабления на выходе ППЧ верхней боковой полосы в каждом из каналов. Модулятор канала изображения, работающий на своей ПЧ, обычно выполняют по ба­лансной схеме.

Рис. 3. Структурная схема возбудителя ТВРС

Структура синтезатора включает в себя ГУН и ОГ (Рис. 4.) Непрерывные колебания ОГ и ГУН преобразуют в импульсные последовательности. С помощью делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД) период следования импульсов ОГ увеличивают до величины, позволяющей сравнивать на импульсно-фазовом детекторе частоты данного колебания с теми, что получают посредством деления частоты колебаний ГУН. Преобразование частоты ГУН выполняют в делителе с переключаемым коэффициентом деления (ДПКД). Колебания ГУН стабилизируют на сетке частот изменением коэффициента деления ДПКД с шагом, равным выходной частоте ДФКД.

Рис. 4. Структура синтезатора сетки дискретных частот