КОУ, Л.18, стр.1
КОУ, ЛЕКЦИЯ 18, СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ И ПОКАЗАТЕЛИ РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ (РПрУ)
Вопросы лекции:
18.1 Схемы построения РПрУ.
18.1.1 Схемы построения приемников прямого усиления.
18.1.2 Схемы построения супергетеродинных приемников АМ и
ЧМ сигналов.
18.2 Качественные показатели РПрУ и методы их улучшения.
Вступительное слово.
Анализ показывает, что основными причинами отставания в освоении предмета являются следующие (перечислены в порядке убывания значимости):
- нежелание учиться, срыв плана – графика работ,
- систематические пропуски занятий, в том числе лаб. работ,
- упадническая самоустановка ” Я это не смогу никогда” (В.В. Шлахтер
Человек - оружие)
- слабые знания базовых дисциплин: ТЛЭЦ, ТПС, Электроники и ЭП.
В 8-м семестре выполняется курсовой проект по тематике радиоприемных и радиопередающих устройств. Начинать проектирование необходимо сразу после получения задания, т.е. во второй половине сентября. Работа по плану-графику и досрочное выполнение КП является залогом успешного освоения курса во 2-м семестре
18.1 Схемы построения рПрУ.
Радиоприемники бывают двух типов:
- приемники прямого усиления,
- супергетеродинные приемники.
18.1.1 Схемы построения приемников прямого усиления.
Структурная схема приемника прямого усиления приведена на рис.18.1
Рис.18.1 Структурная схема приемника прямого усиления
Антенна (А) преобразует электромагнитные колебания в токи ВЧ, поступающие во входную цепь (ВЦ). ВЦ представляет собою полосовой фильтр, настроенный на частоту принимаемого сигнала. Затем принятые колебания усиливаются усилителем высокой частоты (УВЧ), нагрузкой которого является полосовой фильтр (ПФ), настроенный так же, как и ВЦ, на частоту принимаемого
КОУ, Л.18, стр.2
сигнала. УВЧ иногда называют усилителем сигнальной частоты (УСЧ). Далее модулированные колебания ВЧ поступают на детектор (Д), который преобразует их в колебания НЧ, соответствующие модулирующему сигналу. Эти колебания усиливаются усилителем низкой частоты (УНЧ) и воспроизводятся громкоговорителем (Гр).
Способность приемника выделять одну станцию из множества других (т.е. его избирательность) определяется в приемнике прямого усиления качеством полосовых фильтров ВЦ и УВЧ. В диапазоне коротких волн и на более высоких частотах (УКВ и СВЧ диапазоны), полосовые фильтры приемника прямого усиления не могут обеспечить достаточно большого ослабления соседней принимаемой станции.
Рассмотрим
пример. Частота
принимаемой станции
=150
МГц. ВЦ
приемника
содержит одиночный колебательный
контур, с добротностью
Q = 100. Полоса пропускания такой цепи 2 Δf = /Q = 150/100 = 1,5 МГц = 1500 кГц. В приемниках ЖД связи полоса частот, отводимая на одну радиостанцию, равна 25 кГц. В полосе пропускания ВЦ окажется 1500/25 = 60 радиостанций. Эти станции будут приняты приемником одновременно.
Чувствительность приемника прямого усиления, т.е. его способность принимать слабые станции также не велика в ВЧ диапазонах, т.к. с ростом частоты предельно достижимое (устойчивое) усиление УВЧ падает.
Повышение чувствительности и избирательности приемника прямого усиления возможно при охвате УВЧ положительной ОС. Если эта связь не переходит критического значения (фактор связи меньше единицы, а глубина ОС больше нуля), то приемник называют регенеративным. При ПОС, периодически переходящей критическое значение, возможно обеспечить высокую чувствительность приемника (единицы микровольт), такие приемники называются сверхрегенеративными. В настоящее время регенеративный и сверхрегенеративный приемники не применяются, в связи с их низкими техническими показателями.
Маленькая чувствительность и избирательность приемника прямого усиления побудила перейти к супергетеродинному приему.
18.1.2 Схемы построения супергетеродинных приемников ам и
ЧМ сигналов.
Структурная схема построения супергетеродинного приемника АМ
сигналов приведена на рис. 18.2.
КОУ, Л.18, стр.3
Рис.18.3. Структурная схема построения супергетеродинного
приемника АМ сигналов
Из рис.18.3 следует, что супергетеродинный приемник отличается от приемника прямого усиления наличием преобразователя частоты, состоящего из смесителя (СМ) нагрузкой которого является ПФ2, гетеродина (Г) и резонансного усилителя промежуточной частоты (УПЧ) с полосовым фильтром (ПФ3). В результате преобразования частота принимаемого сигнала перемещается в новую область, называемую промежуточной частотой:
(18.1)
Одновременно с изменением частоты настройки приемника (fс ), изменяется и частота гетеродина (fг ), причем, таким образом, что промежуточная частота (fПР ) остается неизменной для всех принимаемых приемником станций. Как правило, преобразование частоты смещает принимаемый сигнал в область более низких частот (преобразование вниз). На более низкой частоте, чем принимаемый сигнал проще получить большее усиление УПЧ, а следовательно, и более высокую чувствительность приемника. При использовании LC фильтров на более НЧ проще обеспечить и избирательность приемника по соседнему каналу (СК), т.е. ослабление соседней радиостанции. Современные кварцевые резонаторы способны обеспечить высокую избирательность на высоких частотах. Поэтому некоторые современные приемники работают с преобразованием вверх и двойным преобразованием частоты, при этом. их первая промежуточная частота выше, чем частота принимаемого сигнала, а вторая промежуточная частота – низкая.
Временные диаграммы преобразования вниз приведены на рис.14.1а.
КОУ, Л.18, стр.4
Приемник АМ сигналов в своем составе содержит схему автоматической регулировки усиления или уровня сигнала (АРУ). Схема АРУ приемника содержит детектор АРУ (Дет. АРУ) и фильтр нижних частот (ФНЧ). Эти два устройства обеспечивают получение постоянного напряжения, пропорционального амплитуде несущей частоты принимаемого сигнала. Полученное постоянное напряжение подается на управляющие электроды транзисторов ВЧ каскадов и смещает положение рабочей точки на участок с меньшей крутизной. Чем больше уровень сигнала принимаемой станции, тем больше управляющее напряжение АРУ,и тем меньше усиление приемника. Таким образом, схема АРУ позволяет выровнять уровни сигналов различных по мощности станций и снижает «замирание» сигнала при изменении условий его распространения.
Схема приемника ЧМ сигналов (рис.18.4), отличается типом детектора (детектор ЧМ сигналов), наличием каскада амплитудного ограничителя (АО) и наличием схемы автоподстройки частоты гетеродина – АПЧ.
Рис. 18.4 Структурная схема приемника ЧМ сигналов.
Помехи при приеме ЧМ сигналов приводят к появлению паразитной амплитудной модуляции (АМ). Двухсторонний АО значительно уменьшает глубину паразитной АМ, одновременно выравнивая уровни сигналов различных по мощности станций, при этом отпадает необходимость применения схемы АРУ. Схема АПЧ позволяет скомпенсировать уход частоты гетеродина, удерживая настройку на принимаемую радиостанцию. Схема АПЧ содержит детектор АПЧ (Дет. АПЧ), ФНЧ и управитель (УПР). Частотный детектор Дет. АРУ и ФНЧ обеспечивают изменение полярности постоянного напряжения на управителе при уходе частоты гетеродина вверх или вниз. Если же частота гетеродина соответствует точной настройке на принимаемую станцию, напряжение на входе управителя равно нулю. В качестве управителя часто используется схема с параметрическим реактивным элементом (например, с варикапом). Изменение напряжения на варикапе приводит к изменению его емкости. Емкость эта включена в колебательный контур гетеродина, поэтому происходит автоподстройка частоты гетеродина. При высокой стабильности частоты
КОУ, Л.18, стр.5
гетеродина (гетеродин с кварцевой стабилизацией частоты), схему АПЧ можно исключить.