37.Призначення,склад,характеристики та принцип роботи супергетеродинного підсилювача
Функціональна схема супергетеродинного радіоприймача зображена на малюнку.
З схеми видно, що супергетеродинний приймач (супергетеродин) складається з вхідного пристрою, УВЧ, перетворювача частоти, що включає змішувач і гетеродин, підсилювача проміжної частоти (РЕЧНИКА), детектора, УНЧ і гучномовця. Щоб краще зрозуміти призначення цих пристроїв, розглянемо, як працює такий радіоприймач.
Високочастотний сигнал передавальної радіостанції з частотою fс вловлюється антеною і через вхідний пристрій надходить у УВЧ, в якому посилюється по напрузі. Посилений ВЧ сигнал надходить у перетворювач частоти на один вхід змішувача. На другий вхід змішувача надходить високочастотне напруга гетеродина з постійною амплітудою і частотою fг.
На відміну від підсилювача, що є лінійним елементом і здійснює посилення сигналів без спотворення їх форми змішувач є нелінійним елементом. В результаті впливу на змішувач двох сигналів з частотами fc і fг в його ланцюгах крім змінних струмів з частотами fc і fг з'являються також змінні струми з іншими частотами, відмінними від частот впливають сигналів, в тому числі і з частотою, що дорівнює різниці між частотами сигналу і гетеродина. Ці частоти називаються комбінаційними. Зазвичай частоту гетеродина вибирають більше частоти сигналу, тоді комбінаційна (проміжна) частота
f пр=fг-fc
Проміжною частота називається тому, що вона значно менше частоти високочастотного сигналу прийнятої радіостанції і в той же час набагато більше частоти сигналу, що надходить на вхід УНЧ з виходу детектора.
Головним достоїнством, перетворювача частоти є те, що в процесі перетворення високої частоти сигналу в більш низьку, проміжну (ПЧ), частота його модуляції не змінюється. Це означає, що напруга ПЧ буде промодулірованний за тим же законом, що і напруга ВЧ, тобто законом зміни переданого сигналу низької (звукової) частоти.
Для виділення сигналу ПЧ ланцюга змішувача встановлюється контур (L6C4), який налаштовується на проміжну частоту.
Контур змішувача, на якому виділяється сигнал на частоті f пр, не містить елементів, перебудови. Отже, ПЧ не повинна змінюватися при перебудові приймача на іншу станцію. Для того щоб отримати якомога більший коефіцієнт посилення РЕЧНИКА, необхідно мати гранично низьку проміжну частоту. А щоб в смугу пропускання РЕЧНИКА не проникали сигнали працюючих радіостанцій, ця частота повинна знаходитися в діапазоні, де працює найменшу кількість потужних радіостанцій (100... 120 і 400...500 кГц).
ГОСТом для діапазонів довгих, середніх і коротких хвиль радіомовних приймачів встановлена проміжна частота 465 кГц, а для ультракоротких хвиль—6,75; 8,4 і 10,7 МГц.
Отримати незмінну ПЧ при прийомі радіостанцій, що працюють на різних частотах, можна лише у разі, якщо при настройці приймача на радіостанцію, яка працює на певній частоті fс, частота гетеродина fг змінюється таким чином, що різниця частот fr—fc залишається постійною незалежно від обраної для прийому радіостанції. Наприклад, при прийомі сигналів радіостанції, що працює на частоті 1300 khz (діапазон СВ), частота змінного напруги гетеродина повинна становити 1765 кГц, а при прийомі сигналів з частотою 400 кГц діапазон ДВ) частоті гетеродина повинна зменшитися до 865 кГц. При цьому ПЧ в обох випадках залишиться незмінною і рівною 465 кГц.
Частота змінного напруги гетеродина визначається резонансною частотою його коливального контуру L5C3. Резонансна частота вхідного контуру змішувача L4C2 залежить від частоти сигналу, що приймається, радіостанції і змінюється при настроюванні радіоприймача на потрібну радіостанцію. Ротори (рухливі пластини) змінних конденсаторів С2 і C3 цих контурів механічно з'єднані між собою, так що при зміні резонансної частоти вхідного контуру змішувача одночасно на таку ж величину змінюється і резонансна частота гетеродина, завдяки чому проміжна частота весь час залишається рівною 465 кГц.
Модульоване змінна напруга ПЧ з вихідного контуру L6C4 змішувачі надходить на вхід РЕЧНИКА, який посилює приймається сигнал і приймача забезпечує необхідну вибірковість. Навантаженням РЕЧНИКА зазвичай є двуконтурний фільтр ПЧ (L8C5 і L9C6). Коливальні контури фільтра індуктивно зв'язані один з одним і мають однакові параметри і резонансні частоти, рівні проміжною. Посилене змінна напруга ПЧ надходить на детектор.
Детектор і УНЧ виконують ту ж роль, що й аналогічні пристрої в приймачах прямого підсилення.
38
Элементная база СВЧ
В приемниках СВЧ приходится применять совершенно другую
элементную базу и материалы для основных узлов. В качестве резонансных системприменяются отрезки коаксиальных или микрополосковых линий и объемные резонаторы. Общим свойством всех этих элементов является многоволновость–способность резонировать на большом количестве собственных частот. Для создания широкодиапазонных фильтров в Усилители и преобразователи СВЧ диапазонах сантиметровых и миллиметровых волн в настоящее время применяют высокодобротные монокристаллические ферритовые
резонаторы(добротность 5000 ... 10000), которые допускают механическую
перестройку в широком диапазоне частот. Большое распространение получили резонаторы на монокристаллах железо-иттриевого
граната(ЖИГ-сферы), имеющие диаметр 0,3 ... 1 мм. На ЖИГ резонаторах
разработаны фильтры для диапазона частот от 2 до 40 ГГц.
Усиление СВЧ колебанийобычным усилительным каскадом, включающим в себя отдельную резонансную систему и усилительный прибор возможно на частотах метрового и дециметрового диапазонов. На частотах сантиметрового диапазона часто используются усилительные элементы, работающие на новых принципах усиления. Обычные лампы и транзисторы не обеспечивают устойчивую работу в диапазоне СВЧ. В качестве
элементной базымогут использоваться СВЧ транзисторы, диоды Ганна, лавинопролетные и туннельные диоды, варакторные диоды
полупроводниковых параметрических усилителей, лампы бегущей волны,
клистроны и некоторые другие. Основным источником помех в СВЧ диапазоне являются собственные шумы приемника. Поэтому к усилителям
СВЧ предъявляются жесткие требования с точки зрения обеспечения малых
собственных шумов. Наименьший уровень шумов имеют квантовые
парамагнитные усилители.
В схемах гетеродинов сантиметрового диапазона волн используются отражательные клистроны, малогабаритные и маломощные магнетроны, лампы обратной волны и другие электронные приборы.
В смесителяхприемников применяются СВЧ транзисторы и полупроводн
иковые диоды.Кроме общих требований к элементной базе и устройствам СВЧ аппаратуры предъявляется ряд специфических требований:
высокая точность изготовления элементов, обусловленная зависимостью электрических параметров устройств от их геометрических размеров;
применение металлов с высокой проводимостью и высокое качество обработки токонесущих поверхностей с целью получения минимальных активных потерь;
отсутствие на токонесущих поверхностях окислов и загрязнений, приводящих к росту диэлектрических потерь;
Элементная база приемников СВЧ интенсивно развивается. Большие
достижения в разработке малошумящих СВЧ транзисторов привели к
возможности их широкого использования в сигнальном тракте приемника.
№39. Призначення, типи характеристики та принципи роботи перетворювачів частоти
Перетворювачем називається електричне коло, що здійснює перетворення частоти й включає гетеродин, змішувач і смуговий фільтр. У деяких випадках смуговий фільтр може отсутствовать. Цей сигнал разом з коливаннями гетеродина подається на змішувач. У змішувачі здійснюється їхнє перемножування з коефіцієнтом. Сигнал різницевої частоти, утворений при перемножуванні, фільтрується смуговим фільтром. У результаті на виході змішувача виходить сигнал.
Преобразователь частоты — электрическая цепь, осуществляющая преобразование частоты[1] и включающая гетеродин, смеситель и полосовой фильтр.
Применение
Преобразователь частоты применяется в радиоприемниках, построенных по супергетеродинной схеме, в устройствах генерирования и формирования сигнала (в радиопередатчиках, синтезаторах частот), различных радиоизмерительных приборах (селективных вольтметрах, анализаторах спектра, модулометрах и девиометрах, установках для измерения ослаблений).
Например, в супергетеродинном радиоприемнике с фиксированным значением промежуточной частоты перенос полосы радиочастот сигнала вниз (реже — верх) позволяет применять неперестраиваемый сложный фильтр основной селекции с высокой прямоугольностью частотной характеристики для подавления помех по соседнему каналу (то есть качественно улучшить частотную избирательность по сравнению с радиоприемником прямого усиления), а также использовать усилитель промежуточной частоты, более эффективный по сравнению с диапазонным усилителем радиочастоты. Перестройка частот такого радиоприемника осуществляется измерением частоты входящего в состав преобразователя частоты гетеродина.
Устройство и принцип действия
Схема однолампового преобразователя частоты на советском гептоде 1А1П
Функционально преобразователь частоты включает в себя три составные части — гетеродин, смеситель и выходной полосовой фильтр. Гетеродин представляет собой генератор сигнала синусоидальной формы, настраиваемый, либо с фиксированной частотой. Смеситель — основная часть преобразователя, нелинейное электронное устройство, в котором происходит образование нужного спектра. Принцип действия смесителя состоит в том, в результате нелинейных процессов образуются комбинационные гармоники, частоты которых равны разностям или суммам частот гармоник входных сигналов, либо частот кратных частотам исходных гармоник. Амплитуды полученных комбинационных гармоник пропорциональны амплитудам исходных, таким образом, каждый из наборов комбинационных гармоник (разностных, суммарных, разностных и суммарных кратным) эквивалентен спектру входного сигнала, сдвинутому по частоте. Полосовой фильтр предназначен для селекции нужного набора гармоник, обычно выполнен по стандартной схеме полосового фильтра на LC-элементах.
Конструктивно преобразователь частоты может быть выполнен в виде единого устройства, в том числе на интегральной микросхеме с дополнительными элементами, в виде двух блоков (блок гетеродина и блок смесителя с фильтром) либо, в некоторых случаях, в разнесённом виде, например, в установках для измерения ослаблений смеситель и фильтр представляют собой обособленные устройства, а в качестве гетеродина используется сторонний измерительный генератор, не входящий в комплект установки.
Характеристики преобразователей частоты
По частотным свойствам возможны два варианта преобразователей
С перестраиваемым гетеродином и фиксированным значением несущей выходного сигнала — наиболее распространённый вариант, используемый в радиоприёмных и измерительных устройствах. Частотными параметрами в этом случае являются: диапазон перестройки гетеродина (и следовательно диапазон входных сигналов) и значение несущей выходного сигнала (ПЧ)
С фиксированным гетеродином — используется в специальных случаях, в качестве частотных параметров при этом будут: допустимые значения частоты входного сигнала и значение величины переноса спектра
Внутренние параметры преобразователя зависят от типа нелинейного элемента в смесителе
Крутизна преобразования — отношение амплитуды выходного тока (при закороченном выходе) к амплитуде напряжения входного сигнала
Внутренний коэффициент усиления — отношение амплитуды напряжения ПЧ к амплитуде напряжения входного сигнала
Коэффициент шума преобразователя
40. Призначення, типи, характеристики та принципи роботи підсилювачів проміжної частоти. Усилитель промежуточной частоты (УПЧ) — электронный усилитель сигнала промежуточной частоты. Применяется в трактах радиоприёмных и радиопередающих устройств, измерительных приборов. Широко используются при построении систем связи, радиолокации, радионавигации. Благодаря применению УПЧ достигается полная развязка между каскадами усиления в многокаскадных усилителях. Без применения УПЧ даже слабые наводки, создаваемые верхними каскадами усилителя, попадая в нижние каскады, вызвали бы эффект самовозбуждения колебаний, сделав невозможной работу усилителя. В УПЧ применяют одиночные контуры, связанные контуры — полосовые фильтры и фильтры сосредоточенной избирательности. Полоса пропускания и форма частотной характеристики усилителя должны совпадать с шириной и формой спектра сигнала. В большинстве случаев частотную характеристику усилителя стараются выполнить близкой к прямоугольной. Поскольку частотная характеристика высокочастотного тракта прием ника определяется УПЧ, то частотные и переходные характеристики, а следовательно, линейные и нелинейные искажения сигналов определяются также УПЧ. Модулированный высокочастотный сигнал усиливается УПЧ, затем детектируется и на выходе детектора получается низкочастотный сигнал, соответствующий промодулированному параметру (амплитуде, частоте, фазе). Поэтому в УПЧ искажения промодулированного параметра высокочастотного сигнала должны быть минимальными. Например, при амплитудно-модулированном сигнале важны искажения его огибающей, при фазо-модулированном сигнале (ФМС) — искажения изменения фазы во времени, а при импульсно-модулированном сигнале (ИМС) — искажения огибающей импульсов.
41. Призначення, типи, характеристики і робота амплітудного детектора. Амплитудный детектор (АД) предназначен для получения на выходе сигнала, пропорционального огибающей. В амплитудном детекторе осуществляется выделение огибающей амплитудно-модулированного сигнала с одновременным устранением несущего колебания. Роль несущих колебаний могут выполнять как гармонические колебания, так и последовательности радио- или видеоимпульсов. В состав любого детектора входит нелинейный элемент для образования спектральных компонент, соответствующих модулирующей частоте, и линейный фильтр, для выделения компонент, соответствующих спектру модулирующих частот, и устранения компонент, соответствующих спектру несущего колебания и его гармоник. Таким образом, функциональная схема детектора может быть представлена в виде последовательно соединенных нелинейного элемента и фильтра нижних частот. В качестве нелинейных элементов используют полупроводниковые диоды, а также биполярные и полевые транзисторы. Роль фильтра, как правило, выполняет цепь, состоящая из резистора и шунтирующей его емкости. В настоящее время элементы детектора чаще реализуют в одной микросхеме. Амплитудный детектор состоит из трех устройств: делителя напряжений, нелинейного элемента и фильтра низких частот. Постоянное напряжение, формируемое делителем напряжений, обеспечивает положение входного сигнала на нелинейном участке ВАХ нелинейного элемента. В качестве нелинейного элемента обычно используют транзистор. Его назначение заключается в искажении входного сигнала, в результате которого в спектре коллекторного тока, протекающего через нелинейный элемент, появляются дополнительные низкочастотные гармоники, необходимые для формирования выходного сигнала. В качестве нагрузки в детекторе используется RC нагрузка – фильтр низких частот, обеспечивающий выделение низкочастотной части спектра коллекторного тока. Благодаря этому на выходе детектора (на RC нагрузке) формируется сигнал, повторяющий форму огибающей входного сигнала. Два режима работы амплитудного модулятора: квадратичный режим и режим с отсечкой.
42. Призначення, типи, характеристики і робота відеопідсилювачів. Видеоусилитель — импульсный усилитель, предназначенный для усиления видеоимпульсов сложной формы, широкого спектрального состава. Несмотря на название, применяется не только в видео- и телевизионной технике, но и в радиолокации, обработке сигналов с различных детекторов, модемах, и др. Принципиальной особенностью данного усилителя является работоспособность вплоть до 0 Гц (постоянный ток). Также сигнал данного спектра обычно называют видеосигналом, даже если он не имеет никакого отношения к передаче изображения. Под видеоусилителем понимается совокупность каскадов, включенных между видеодетектором и оконечным устройством приемника - индикатором. Для нормальной работы электроннолучевой трубки (индикатора) с яркостной отметкой цели необходимо напряжение сигнала 20-40 в. Следовательно, первой функцией блока видеоусилителя является усиление видеосигналов в 20-40 раз. Иными словами, видеоусилитель должен обладать коэффициентом усилерия порядка 25-30 дб. Далее, сигнал (видеоимпульс), подаваемый на вход трубки, не должен превышать некоторого максимального уровня, прмерно 50 в, так как при слишком большом напряжении сигнала происходит расфокусирование луча трубки и в результате ухудшение разрешающей способности станции, увеличение ошибки в отсчете координат цели. Становится понятным, что в блоке видеоусилителся должен быть ограничитель амплитуды сигналов. Индиктор чаще всего выносится в отдельный блок. Видеоимульс, поступивший в блок индикатора, нуждается в дальнейшем усилении, для чего в блоке инликтора перед входом трубки включается 1-2 каскада усиления.
43)Эмиттерный повторитель — частный случай повторителей напряжения на основе биполярного транзистора. Характеризуется высоким усилением по току и коэффициентом передачи по напряжению, близким к единице. При этом входное сопротивление относительно велико (однако оно меньше, чем входное сопротивление истокового повторителя), а выходное — мало.
В эмиттерном повторителе используется схема включения транзистора с общим коллектором (ОК). То есть напряжение питания подаётся на коллектор, входной сигнал подаётся на базу, а выходной сигнал снимается с эмиттера. В результате чего образуется 100 % отрицательная обратная связь по напряжению, что позволяет значительно уменьшить нелинейные искажения, возникающие при работе. Следует также отметить, что фазы входного и выходного сигнала совпадают. Такая схема включения используется для построения входных усилителей, в случае если выходное сопротивление источника велико, и как буферный усилитель, а также в качестве выходных каскадов усилителей мощности.
Начнем рассмотрение катодных повторителей с простейшей схемы с фиксированным смещением, приведенной на рис. 3.21. Глядя на эту схему, нетрудно заметить, что здесь изменилось положение нагрузочного резистора (он теперь установлен не в анодную цепь, а в катодную), таким образом, чтобы выходной сигнал снимался между катодом и общим проводом. Однако, работа такого каскада может быть рассмотрена таким же образом как и ранее, используя нагрузочные линии (рис. 3.22).
Итак, пусть нагрузочное сопротивление выбрано равным RH = 100 кОм. На рис. 3.22 вычерчена соответствующую этому сопротивлению нагрузочная линия. Выберем величину сеточного напряжения смещения Vc = —2,5 В, а также величину постоянного напряжения между катодом и анодом лампы Va = — 81 В, получая максимальную линейность в области рабочей точки. В этом случае катод относительно общего провода находится под напряжением Vк, определяемым разностью между напряжением источника питания ВН (285 В) и напряжением между анодом и катодом Va:VK = 285 В — 81 В = 204 В. В этом случае, для того, чтобы обеспечить между сеткой и катодом необходимое напряжение смещения VCK = —2,5 В, к сетке должно быть приложено напряжение от внешнего источника смещения равное 201,5 В. Это напряжение обеспечивается делителем напряжения R1, R2за счет общего источника питания ВН.
44) Снеговой Дмитрий