Аналоговые и цифровые радиоприемные устройства

131

Контрольные вопросы по главе 4

1. Чем отличаются входные цепи с ненастроенной и ненастроенной антен-

ной?

2.Что такое эквивалент антенны и каково его назначение?

3.В чем отличие входной цепи с индуктивной связью, работающей в ре-

жиме «укорочения» от режима «удлинения»?

4.Какое назначение имеет усилитель радиочастоты, входящий в состав преселектора радиоприёмного устройства?

5.Какое назначение имеет усилитель промежуточной частоты радиопри-

ёмного устройства?

6.Что такое преобразователь частоты и каково его назначение?

7.Какие каналы приёма имеет преобразователь частоты?

8.Какие отличия от амплитудного детектора имеет детектор радиоимпуль-

сных сигналов?

9. Какие принципы детектирования используются для выделения огибаю-

щей частотно-модулированных сигналов?

10. Какие принципы детектирования используются для выделения огиба-

ющей фазомодулированных сигналов?

132

5. РУЧНЫЕ И АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛИРОВКИ

ВРАДИОПРИЁМНЫХ УСТРОЙСТВАХ

5.1.Общие сведения о системах регулирования

В процессе производства и эксплуатации радиоприёмника необходимо контролировать настройку, коэффициент усиления, полосу пропускания и др.

Регулировка может быть ручной и автоматической. Ручная регулировка необхо-

дима для установки исходных показателей, автоматическая – для поддержания заданных показателей радиоприёмников на требуемом уровне В зависимости от вида регулируемого параметра различают: регулировку усиления в трактах ра-

диоили промежуточной частоты, регулировку после детектора; регулировку ча-

стоты настройки в диапазоне частот и др.

5.2. Ручные регулировки усиления

Регулировка изменением крутизны (режима) усиления. Режимная регули-

ровка усиления осуществляется изменением режима усилительного элемента.

Изменение крутизны осуществляется регулировкой напряжения UБЭ0 в биполяр-

ном (Рис. 5. 1) или UЗИ0 в полевом транзисторе.

Рис. 5. 1. Схема регулировки усиления в биполярном транзисторе Регулирующее напряжение Ерег. подаётся в цепь эмиттера или базы. При

подаче Ерег. в цепь эмиттера (Рис. 5. 1, а) напряжение на транзисторе UБЭ0 = U0 –

Ерег.. Увеличение Ерег. напряжение база-эмиттер уменьшает ток эмиттера, умень-

шая крутизну транзистора. При подключении нескольких каскадов усиления тре-

буется значительный ток управления. От этого недостатка свободна схема регулировки крутизны (Рис. 5. 1 б). Напряжение на базе UБЭ0 = U0 – Ерег., что делает схемы идентичными, но регулирование производится изменением тока делителя,

134

Рис. 5. 3. Схема аттенюатора на ПТ (а) и диодах (б)

Режимные регулировки усиления просты в реализации и способны обес-

печить большой динамический диапазон регулирования, но требуют дополни-

тельных каскадов в радиоканале. Для регулировки приходится использовать не-

линейный участок проходной характеристики транзистора, что приводит к ухуд-

шению шумовых и нелинейных свойств регулируемого каскада, к ухудшению чувствительности и многосигнальной избирательности приёмника. Поэтому ис-

пользование регулируемого усилителя во входных каскадах приёмника не жела-

тельно. В этом случае предпочтительно использование аттенюаторов.

5.3. Система автоматической регулировки усиления

Система автоматической регулировки усиления (АРУ) предназначена для стабилизации уровня сигнала на входе детектора радиоприёмника.

По принципу построения системы АРУ делятся на три основных типа:

разомкнутые (АРУ «Вперёд»), (Рис. 5. 4, а), с обратной связью (АРУ «Назад»)

(Рис. 5. 4, б) и комбинированные (Рис. 5. 4, в). Работа регулируемого линейного тракта радиоприёмного устройства (ЛТПР) описывается зависимостью Uвых =

F(Uвх.), характеризующую систему АРУ (Рис. 5. 5). Если АРУ простая, то при увеличении Uвх напряжение на выходе Uвых = K0 Uвх , при этом резонансный ко-

эффициент усиления приёмника K0 уменьшается за счёт работы системы АРУ.

Недостаток простой АРУ состоит в том, что коэффициент усиления приёмника уменьшается при приёме слабых сигналов, снижая его чувствительность. Для устранения этого недостатка используют задержку, в которой цепь АРУ начи-

нает работать, когда входное напряжение превышает пороговое Uпор. (штриховая

135

линия Рис. 5. 5). Для повышения эффективности работы системы АРУ в цепь формирования сигнала Ерег. вводят дополнительный усилитель, а полученная си-

стема называется усиленная АРУ (Рис. 5. 5).

Структурная схема АРУ «Вперёд». Система имеет в своём составе ЛТПР,

усилитель системы АРУ (УАРУ), детектор АРУ (ДАРУ) и фильтр нижних частот

(ФНЧ) (Рис. 5. 4, а).

Рис. 5. 4. Структурные схемы систем АРУ

При увеличении входного напряжения Uвх увеличивается на выходе детек-

тора, фильтра низкой частоты (ФНЧ) и сигнал Ерег., а коэффициент усиления К0

ЛТПР уменьшается. Напряжение на выходе линейного тракта будет Uвых = К0 Uвх.

Для разомкнутой системы АРУ возможно обеспечение идеального постоянства напряжения Uвых (Рис. 5. 5). На практике реализовать такую структуру представ-

ляется сложно из-за необходимости включения дополнительного усилителя и компенсации дестабилизирующих воздействий, ведущих к изменению напряжения Ерег (Рис. 5. 5, б) [39].

136

Структурная схема АРУ «Назад» (Рис. 5. 4, б). Отличительной особенно-

стью системы АРУ «Назад) от АРУ «Вперёд» является формирование регулиру-

ющего напряжения Ерег., которое получают на выходе ЛТПР. После детектора АРУ и ФНЧ, сигнал управления подаётся на регулируемый усилитель линейного тракта приёмника. Недостатком АРУ является то, что реализация идеальной ра-

боты системы невозможна из-за того, что при отсутствии изменения на выходе ЛТПР регулирующее напряжение Ерег. = const, то и K0=const, регулировка отсут-

ствует, а значит система не будет работать.

Структурная схема комбинированной системы АРУ (Рис. 5. 4, в). Дан-

ная система использует преимущества систем АРУ «Вперёд» и «Назад». Основ-

ная регулировка усиления осуществляется в ЛТПР1, содержащий несколько ре-

гулируемых каскадов, а каскад усиления в ЛТПР 2 реализует идеальную харак-

теристику регулирования (Рис. 5. 5).

Структурная схема бесшумной АРУ (Рис. 5. 4, г). Система АРУ с задерж-

кой обеспечивает максимальное усиление слабого сигнала. Это приводит к уве-

личению шумового напряжения на выходе приёмника. Для устранения данного недостатка вводят дополнительную бесшумную регулировку (БШР) порог сра-

батывания которого определяется условием соотношения Ерег. и заданного значения ЕЗ. Если Ерег. < ЕЗ, то УНЧ отключается, если Ерег. > ЕЗ включается.

137

На практике наибольшее распространение получили инерционные си-

стемы АРУ с обратной связью (Рис. 5. 6). Эффект стабилизации уровня достига-

ется за счёт того, что с ростом уровня uвых увеличивается и управляющее напря-

жение Eрег., под действием которого, уменьшается коэффициент усиления ЛТПР и приводит к снижению уровня входного сигнала.

Рис. 5. 6. Структурная схема усиленной, задержанной АРУ «Назад» Амплитудная характеристика радиоприёмного устройства с системой АРУ

представлена на рисунке (Рис. 5. 5). Динамический диапазон входного сигнала радиоприёмного устройства определяется выражением

где EАmax и EАном — максимальное и номинальное значения э.д.с., наводимая в антенне радиоприёмного устройства соответственно.

Допустимое изменение напряжения на выходе линейного тракта приём-

ника (динамический диапазон на выходе линейного тракта)

где UВЫХmax и UВЫХном — максимальное и номинальное значения напряжения на выходе линейного тракта радиоприёмного устройства соответственно.

Качество работы системы АРУ определяется эффективностью, заданной в техническом задании, или определяется выражением:

Э DDВХ . (5. 3)

АРУ DDВЫХ

Характеристика регулирования определяется выражением

138

— параметр регулирования (напряжение или ток);

K0 UР — общий коэффициент усиления радиотракта приёмника до введения системы АРУ;

Характеристика регулирования АРУ UР определяется максимальным зна-

чением параметра регулирования (UРmax), при котором обеспечивается необходи-

мый коэффициент усиления приёмника К0min (Рис. 5. 7).

К0max К0

К0min

Рис. 5. 7. Характеристика регулирования системы АРУ

Если UРmax > Um вых, то система АРУ должна быть усиленной. Коэффициент усиления приёмника, охваченного системой АРУ, определяется:

139

Число каскадов усиления в цепи АРУ определяется

Ориентировочные регулировочные характеристики регулируемых звеньев на основе электронно-управляемых аттенюаторов на диодах и полевых транзи-

сторах, а также регулируемых усилительных каскадах представлены в таблице

(Таблица 5. 1).

Таблица 5. 1. Ориентировочные регулировочные характеристики

Если одно звено не обеспечивает пределы регулирования, используют два или более звеньев. В этом случае регулируемые звенья распределяют в преселек-

торе (УРЧ), в тракте основного каскада УПЧ приёмника.

В радиолокационных приёмниках, в условиях воздействия мощных помех

(10—15 кВт и более) на его входе включается специальное защитное устройство,

которое шунтирует вход приёмника на корпус [40].

5.4. Система автоматической подстройки частоты

Системы автоматической подстройки частоты (АПЧ) применяются для стабилизации частоты генерируемых колебаний, слежения за частотой сигнала в радиоприёмниках. Эффективность работы АПЧ определяется изменением по-

лосы пропускания радиоприёмника за счёт её уменьшения

где kАПЧ — коэффициент автоматической подстройки частоты;FСП — эффективная ширина спектра принимаемого сигнала;

140

ПНС — полоса пропускания, обусловленная нестабильностью настройки радиоприёмника;

FД — полоса пропускания, обусловленная эффектом Доплера.

Для устойчивой работы системы АПЧ обычно выбирают коэффициент kАПЧ = 15…20, причём верхняя граница значений соответствует сложным систе-

мам АПЧ.

Структурная схема автоматической подстройки частоты супергетеродин-

ного приёмника ЧМ-сигналов содержит в своём составе смеситель (СМ), усили-

тель промежуточной частоты (УПЧ), частотный детектор (ЧД), фильтр низкой частоты (ФНЧ), гетеродин (Г) и управитель гетеродина (УГ) (Рис. 5. 8). Входной сигнал Uс с частотой c преобразуется в смесителе в напряжение промежуточной частоты пр, затем усиливается УПЧ и подаётся на частотный детектор. Если промежуточная частота пр отличается на от номинального значения пр0, то на выходе ЧД возникает напряжение, значение и знак которого зависят от значе-

ния и знака отклонения промежуточной частоты . Напряжение с ЧД Uчд через ФНЧ подаётся на управитель гетеродина (УГ). Перестройка гетеродина обеспе-

чивает минимальное рассогласование пр и пр0.

Г УГ ФНЧ

Рис. 5. 8. Структурная схема системы АПЧ Величина отклонения промежуточной частоты сигнала пр от пр0

где пр с г – промежуточная частота

c, г – отклонение частот входного сигнала и гетеродина от номинальных значений c0, г0.

Напряжение на выходе ЧД является функцией отклонения промежуточной частоты от номинального значения