2.2 Способы перекрытия диапазона частот

Современные приемники работают в очень широком диапазо­не частот. Ширина рабочего диапазона в приемнике определяет­ся (крайними частотами f_макс и f_мин и оценивается коэффициентом перекрытия диапазона K_д=f_макс/f_мин. Настройка приемника на нужную частоту в пределах диапазона производится изменением резонансной частоты контура входной цепи. В зависимости от на­значения приемники бывают с переменной в широком диапазоне частот (связные, радиовещательные и др.), дискретной (связ­ные, телевизионные) и с постоянной (радиолокационные и др.) настройками. Плавная перестройка приемника на требуемую частоту осуществляется изменением емкости колебательного кон­тура (или индуктивности).

Дискретная перестройка может осуществляться двумя спосо­бами: 1) скачкообразным переключением конденсаторов в конту­рах входной цепи и УРЧ и использованием дискретной сетки частот в гетеродине; 2) плавным изменением емкости конденса­тора во входной цепи и УРЧ и использованием дискретной сетки частот в гетеродине.

Плавная настройка контура изменением индуктивности. При перестройке с помощью индуктивности емкость контора остается постоянной. Параметры контура в этом случае можно выразить через емкость: ρ=1/(ω₀С), d_к=r_к/ρ=r_кω₀C. Из-за поверхностного эффекта в проводе катушки индуктивности и диэлектрических по­терь в каркасе и изоляторах активное сопротивление контура г_к изменяется приблизительно пропорционально изменению частоты, а затухание контура - пропорционально квадрату из­менения частоты. Полоса пропускания контура П = f₀d_к и его ре­зонансное сопротивление R₀= l|/( d_Kω₀C) изменяются пропорцио­нально третьей степени частоты. Таким образом, при перестройке с помощью индуктивности параметры контура в диапазоне резко изменяются. В результате изменяются все параметры приемника. Кроме того, при плавном изменении индуктивности усложняется конструкция контура. Поэтому настройка с помощью индуктивности применяется редко, например в автомобильных приемниках и других подвижных установках, где повышенная вибрация мо­жет привести к появлению фона.

Если же контур перестраивать с помощью емкости, то индук­тивность остается постоянной. Параметры контура при этом мож­но выразить через индуктивность: , /( )= /ρ=1/ . Считая пропорциональным частоте, видим, что затуха­ние контура , а следовательно, и его добротность не зависят от изменения частоты, т. е. оказываются приблизительно посто­янными. Полоса пропускания и резонансное сопротивле­ние контура пропорциональны первой степени час­тоты. Следовательно, при перестройке контура с помощью емкос­ти изменение его параметров от частоты меньше, чем при пере­стройке с помощью индуктивности. Поэтому контуры настраива­ются обычно с помощью емкости.

При настройке приемника на частоту принимаемого сигнала резонансными контурами перекрытие заданного диапазона зави­сит от диапазона изменения их емкостей (или индуктивностей). Например, при перестройке с помощью емкости максимальный коэффициент перекрытия определяется соотношением максималь­ной и минимальной емкостей конденсатора. Обычно (25...50) и 5...7. С учетом пара­зитной емкости 2...3, что недостаточно для перекрытия ши­рокого диапазона частот. Поэтому диапазон разбивают на под­диапазоны. Но кроме ограничений коэффициента перекрытия диа­пазона причинами необходимости разбивки диапазона на под­диапазоны являются: непостоянство параметров входной цепи при перестройке контура; сближение частотных составляющих сигнала в более высокочастотных диапазонах при одинаковой длине шкалы для всех диапазонов.

Смена поддиапазонов осуществляется переключением катушек индуктивностей контура, как показано на рисунке 2.5,а. В пределах I каждого поддиапазона плавная настройка контура производится I изменением емкости общего конденсатора. Если же смена поддиапазонов выполняется переключением емкости контура, то плавная настройка внутри поддиапазона — изменением индуктивнос­ти (рисунок 2.5,6). Так, в радиовещательных приемниках по стандар­ту диапазон СВ может быть

Рисунок 2.5 - Схемы подключения поддиапазонов:

а – сменой катушек индуктивности; б – сменой конденсаторов

разбит на два поддиапазона, диапазон KB — на ряд поддиапазонов. Границы поддиапазонов ука­зываются в технических условиях.

Используют два способа разбивки на поддиапазоны: с постоянным частотным интервалом и с постоянным коэффициентом пе­рекрытия поддиапазона.

При первом способе частотные интервалы в пределах всех поддиапазонов одинаковы: . Плотность настройки (отсчета частоты на шкале) во всех поддиапазонах при этом способе одинакова, что обеспечивает большую точность настройки и простоту механической перестройки. Но этот способ имеет существенные недостатки. Коэффициенты перекрытия неодинаковы в разных поддиапазонах. Поэтому для получения его заданного значения в контур входной цепи включают параллельно и последовательно конденсаторы. В связи с этим способ разбивки диапазона на поддиапазоны с постоянным частотным интервалом находит ограниченное применение. Например в профессиональных приемниках.

При втором способе разбивки на поддиапазоны обеспечивается постоянство коэффициента перекрытия всех диапазонов . В этом случае требуется меньше поддиапазонов, чем при первом способе. Но плотность настройки с повышением частоты возрастает и точность настройки ухудшается. В диапазоне KB плотность настройки оказывается очень высокой и настройка на нужную станцию затрудняется. В таких случаях диапазон «растягивают», включая в контур дополнительные конденсаторы последовательно или параллельно основному конденсатору контуpa (рисунок 2.6).

Входная цепь с электронной настройкой. Перестройку колебательного контура можно выполнять электронным способом с пай мощью варикапа. Емкость варикапа, как известно, изменяется при изменении приложенного к нему напряжения нелинейно (рисунок 2.7). Современные варикапы позволяют получить десятикратное; изменение емкости контура. Схема входного устройства с электронной настройкой с помощью одного варикапа приведена на рисунок 2.8д. Здесь колебательный контур входной цепи состоит из индуктивности L_K и емкости С_к контура, образованной емкостью варикапа. Перестройка контура осуществляется изменением постоянного напряжения управления на варикапе. С антенной контур связан емкостью связи С_св.

Рисунок 2.6 - Схема колебательного контура «растянутого» диапазона

С входом первого каскада контур связан индуктивно катушкой связи L_св. Цепь трансформаторной связи в режиме «удлиненной» антенны компенсирует неравномерность коэффициента передачи по напряжению цепи связи антенны с контуром. Конденсатор С_п - подстроечный. Резистор R уменьшает шунтирующее действие цепи управления настройкой на резонансный контур входной цепи.

Рисунок 2.7 - Изменение ёмкости варикапа в зависимости от приложенного к нему напряжения

а – Схема входной цепи с электронной настройкой с одним варикапом

б - Схема входной цепи с электронной настройкой с двумя варикапами

Достоинствами электронной настройки контура варикапом яв­ляются высокая скорость, отсутствие механических контактов в контуре, простота реализации автоматического и дистанционного управления настройкой, малые габаритные размеры, механичес­кая надежность. Однако схема с электродной настройкой контура имеет и недостатки: зависимость настройки контура от амплиту­ды входного напряжения и возможность самовозбуждения вход­ной цепи при определенном входном напряжении. На рисунке 2.7 по­казано, что при подаче на варикап некоторого постоянного уп­равляющего напряжения Е_0у емкость варикапа будет иметь неко­торое значение , определяющее настройку контура на частоту принимаемого сигнала. При изменении амплитуды сигнала ем­кость варикапа будет изменяться относительно по несинусои­дальному закону. Постоянная составляющая этой емкости увели­чит начальную емкость . Частота настройки контура понизится. Такое же изменение емкости контура вызывает и любая помеха. При некоторых условиях в контуре с варикапом может возник­нуть самовозбуждение. Это возможно при большой амплитуде сигнала, а также «при действии помехи с частотой в два раза вы­ше частоты сигнала. При этих условиях во входном контуре мо­гут возникнуть колебания с частотой сигнала, которые будут под­держиваться за счет энергии помехи.

Для устранения этих недостатков в схемах с электронной на­стройкой входного контура увеличивают допустимое напряжение на контуре с помощью встречно-последовательного включения варикапов, применяют ограничители, обеспечивающие дополнительное подавление помех большой амп­литуды.

В диапазоне УКВ помехи с большой амплитудой, превышаю­щей допустимое значение, практически отсутствуют. Поэтому на УКВ для схемы электронной настройки входной цепи не требуется дополнительных мер повышения избирательности.

Широкополосная преселекция. Она применяется в профессио­нальных ннфрадинных приемниках. Первая промежуточная частота в них выбирается выше максимальной частоты диапазона. При этом зеркальная и промежуточная частоты находятся за пределами диапазона, и поэтому отфильтровать их проще. Это достигается включением на входе приемника широкополосного фильтра нижних частот с частотой среза выше верхней частоты диапазона, но ниже промежуточной частоты.

Способы переключения диапазонов. В современных радиопри­емниках переключение диапазонов осуществляется механическим и электронным способами, а также с помощью электромагнитный реле. Наиболее простой способ-механический с помощью пере­ключателей со скользящими контактами. Однако надежность его низка. Кроме того, существенным недостатком является сложность автоматического и дистанционного управления переключением.

Переключение диапазонов с помощью быстродействующих ре­ле с герметическими контактами (герконами) обеспечивает хо­рошую надежность, стабильность и долговечность работы.

Более быстродействующими являются электронные ключи, вы­полненные на коммутационных диодах. Они просты и надежны, а диоды увеличивают затухание контура. При сильных помехах нелинейность электронных ключей может ухудшать избиратель­ность. Применение широкополосной преселекции значительно уп­рощает коммутацию радиоприемника.