Радиоприемные устройства

4.1. Входные цепи радиоприемных устройств

где γ/вых — отношение сигнал/помеха на выходе детектора радиоприемника, заданное в зависимости от необходимого качества работы (например, для вещательных радиоприемников 20–26 дБ); mАМ — глубина амплитудной модуляции; mЧМ = DfД / DfД max; DfД — девиация частоты, принятая при измерении чувствительности; DfД max — наибольшая допустимая девиация частоты; ВЧМ — выигрыш в помехоустойчивости при переходе от АМ к ЧМ при флуктуационный помехах, где индекс частотной модуляции Ψm = DfД max / Fmax; Fmax — максимальная модулирующая частота.

Для приемников умеренно высоких частот NПР ≈ NВЦ, выражение для реальной чувствительности:

При работе от ферритовой антенны чувствительность задают как напряженность поля:

где NВЦ — коэффициент шума ВЦ с первым транзистором.

Для определения NВЦ используем эквивалентную схему (рис. 57), где GK/ и GA/ — приведенные ко входу активного элемента активные проводимости контура и А, В — трансформированная со стороны входа реактивная проводимость.

GA

ВGK/

Рис. 57. Шумовая модель эквивалентная схемы ВЦ и транзистора

Для одноконтурной входной цепи коэффициент шума [11]:

-101-

ГЛАВА 4. ЭЛЕМЕНТЫ И УЗЛЫ РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ

где NТР — коэффициент шума транзистора, который работает от генератора с внутренней проводимостью GГ = GK/ + GA/ ; rсв — сопротивление потерь катушки связи.

Коэффициент шума первого транзистора зависит от режима по постоянному току, типа каскада, рабочей частоты f0, а также от проводимости генератора GГ.

Зависимость NТР от величины GГ имеет минимум [24]:

В диапазоне f0 ≤(0,1...0,2)fa, где fa — граничная частота транзистора по коэффициенту передачи по току в схеме с общей базой (a). Для определения NТР можно использовать приближенные формулы:

температуре 20 °С; rБ — сопротивление базовой области транзистора; a — коэффициент усиления по току в схеме с общей базой на низких частотах; D = 1…5 — дробовый коэффициент, зависящий от качества и технологии изготовления транзистора.

При работе транзистора в преобразовательном режиме его коэффициент шума существенно возрастает по сравнению с режимом усиления и достигает величины Nпр 4 Nтр. Минимизация шумов транзистора может быть обеспечена за счет подбора связи контура с транзистором:

-102-

4.1. Входные цепи радиоприемных устройств

ротность контура, нагруженного сопротивлением антенны.

Другой путь уменьшения шумов ВЦ — оптимизация связи между контуром и антенной. Как видно из выражения (4.81), уровень шумов падает с увеличением отношения

пропорционально квадрату коэффициента связи. Падение шумов ВЦ при увеличении kсв объясняется ухудшением добротности входного контура за счет сопротивления, вносимого из цепи антенны.

Для минимизации шумов следует выбирать с учетом (4.85):

При таком увеличении связи ухудшается селективность и возрастает влияние изменений параметров антенны на частоту настройки ВЦ.

Разумный компромисс для приемников умеренно высоких частот

Шумы ВЦ с настроенной антенной. Расчет шумов ВЦ цепи с настроенной антенной отличается тем, что связь контура с антенной

инагрузкой выбирают из двух условий — согласования по мощности

исогласования по минимуму внутренних шумов, т.е. по максимуму отношения сигнал/шум, в частности для схемы с двойной автотрансформаторной связью (рис. 54). Условие согласования проводимостей нагруженного контура с проводимостью, вносимой антенной, и условие согласования транзистора по минимуму шума (4.82) образуют систему [11]:

-103-

4.2. Селективные усилители радиосигналов радиоприемников

где Lвх — затухание входного тракта радиоприемного устройства, равное обратной величине коэффициента передачи от антенны до ВЦ; NвЦ — коэффициент шума входной цепи; N1, N2, ... — коэффициенты шума последующих за ВЦ устройств; KРВЦ — коэффициент передачи по мощности ВЦ; KP1, KP2, ... — коэффициенты передачи по мощности последующих устройств.

Выражение (4.96) показывает, что коэффициент шума приемника,

азначит и чувствительность, определяется величиной затухания входного тракта, коэффициентом шума и коэффициентом передачи ВЦ,

атакже коэффициентом передачи по мощности последующего устройства.

Коэффициент шума контура с электронной перестройкой частоты на варикапах (рис. 55, а и 56, б) определяется формулой [16]:

где q = 1,6 – 10–19 K — заряд электрона; IОБР — обратный ток p–n-пере- хода; R0Э — резонансное сопротивление контура.

При включении в контур конденсатора C2 (рис. 56, а), коэффициент шума рассчитывается по формуле:

Включение конденсатора C2 уменьшает коэффициент шума.

4.2. СЕЛЕКТИВНЫЕ УСИЛИТЕЛИ РАДИОСИГНАЛОВ РАДИОПРИЕМНИКОВ

4.2.1. Общие сведения и структура селективных усилителей

К селективным усилителям радиосигналов относятся усилители, предназначенные для усиления мощности сигнала на частоте полезного сигнала, к которым относятся как усилители радиочастоты (УРЧ), так и на преобразованной частоте — усилители промежуточной частоты (УПЧ).

-105-

ГЛАВА 4. ЭЛЕМЕНТЫ И УЗЛЫ РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ

Усилители радиочастоты могут быть перестраиваемые, с фиксированной настройкой частоты — служат для обеспечения предварительной избирательности и повышения чувствительности приемника.

Усилители промежуточной частоты, как правило, предназначены для работы на фиксированной частоте и служат для обеспечения заданной избирательности по соседнему каналу приема и основного усиления мощности сигнала.

Селективные усилители радиосигналов классифицируются:

–по типу используемого усилительного элемента (лампы, биполярные и полевые транзисторы, интегральные микросхемы и т.п.);

–по типу используемого базового усилительного элемента (каскады с ОЭ, ОБ, ОЭ-ОБ, ОИ, ОЗ, дифференциальные каскады и т.д.);

–по диапазону принимаемых частот;

–по способу связи с источником сигнала и нагрузкой;

–по способу реализации заданной избирательности (сосредоточенной и распределенной);

–по конструктивному исполнению (избирательные цепи с сосредоточенными и распределенными параметрами);

–по виду цепей, обеспечивающих селективность (отрезки линий

сраспределенными параметрами, отрезки волноводов, полосовые фильтры и др);

–по виду ФЧХ (ФНЧ, ФВЧ, полосовые);

–по виду функциональной зависимости амплитудной характеристики (линейные, логарифмические, усилители-ограничители).

При определении конкретных требований к УРЧ необходимо учитывать следующие особенности:

1. Малый уровень сигнала на входе усилителя, малые собственные шумы и высокую степень линейности амплитудной характеристики, широкий динамический диапазон входных воздействий на входе УРЧ.

2. Обеспечение в приемнике диапазонного типа заданного диапазона его перестройки.

3. Малая температурная зависимость основных качественных показателей усилителя радиочастоты.

При определении конкретных требований к УПЧ учитываются: 1. Заданная избирательность по соседнему каналу.

2. Устойчивость коэффициента усиления.

3. Обеспечение заданной функциональной зависимости амплитудной характеристики УПЧ (линейной, логарифмической, ограничительной).

-106-

4.2. Селективные усилители радиосигналов радиоприемников

QЭ = ωr0КL.ЭК ;

R0Э =QЭω0LК .

Коэффициент усиления на произвольной частоте определяется выражением:

На стадии проектирования УРЧ исходят из условия оптимизации фильтра по заданным требованиям избирательности и неравномерности АЧХ в пределах полосы пропускания. Это позволяет передать максимальную мощность от одного УЭ к другому, при сохранении полосы пропускания, с учетом влияния нагрузки и необходимости согласования будет:

где G0 — резонансная проводимость контура; G22 — выходная проводимость базового усилительного элемента; GН — проводимость нагрузки.

Оптимальный коэффициент трансформации с нагрузкой:

ГЛАВА 4. ЭЛЕМЕНТЫ И УЗЛЫ РАдИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ

Передаточные свойства УРЧ связываются с величиной индуктивности катушки. Поэтому ее выбирают так, чтобы вносимая в контур емкость не превышала допустимой величины эквивалентной емкости контура в целом. В диапазонных УРЧ используют одиночные колебательные контура, а с фиксированной настройкой допускается применение сложных избирательных цепей.

4.2.3. Усилители промежуточной частоты

Структурные схемы УПЧ строятся по принципу распределенной или сосредоточенной избирательности. При распределенной реализации избирательность и усиление осуществляются поочередным каскадированием избирательных и усилительных звеньев, а при сосредоточенной — отдельным функциональным узлом — фильтром сосредоточенной селекции (ФСС) и многокаскадным апериодическим усилителем.

При построении УПЧ по схеме распределенной избирательности

показатели и характеристики многокаскадных резонансных усилителей зависят от числа каскадов и типа избирательных систем.

Полоса пропускания одного каскада УПЧ, построенного из идентичных каскадов, связана с полосой пропускания всего тракта соотношением:

где y(n) — функция расширения полосы пропускания, зависящая от типа и количества избирательных цепей; П1, П — полоса пропускания одного каскада и всего усилителя соответственно.

Эквивалентное затухание одного контура определяется:

-110-