Радиоприемные устройства.-2

61

управляющее напряжение Uу, изменяющее коэффициент усиления. Зависимость коэффициента усиления усилителя от управляющего напряжения называют регулировочной характеристи-

где k0 — коэффициент усиления при управляющем напряжении, равном нулю;

— крутизна регулировочной характеристики.

Эффект стабилизации уровня выходного напряжения Uвых(t) достигается за счет того, что с ростом уровня Uвых(t) увеличивается и управляющее напряжение Uу, под действием которого, в соответствии с выражением (2.39), уменьшается коэффициент усиления усилителя, что приводит к снижению уровня входного сигнала.

Рис. 2.10 — Функциональная схема системы усиленной задержанной АРУ с обратной связью

Для предотвращения снижения уровня выходного сигнала при малых входных воздействиях и обеспечения работы системы АРУ с определенного уровня, в систему подают напряжение задержки Uз. В результате напряжение управления появится только в случае, когда напряжение на выходе амплитудного детектора превысит напряжение задержки Uз.

где Kд — коэффициент передачи детектора.

Фильтр нижних частот в цепи обратной связи систем АРУ предназначен для передачи управляющего напряжения с частотами изменения уровня выходного напряжения АРУ. При этом

62

ФНЧ должен быть инерционным по отношению к частотам полезной модуляции, иначе произойдет демодуляция полезного сигнала.

Уравнениям (2.40)–(2.41) соответствует структурная схема системы АРУ (рис. 2.11). На этой схеме нелинейное звено (НЗ)

В установившемся режиме (при постоянном уровне напряжения на входе системы АРУ) из (2.40)–(2.42) следуют:

uвых k0uвх при uд < uз;

где kупт — коэффициент усиления УПТ.

k(t) ФНЧ

Uу

Рис. 2.11 — Структурная схема системы АРУ с обратной связью

Уравнение (2.43) определяет регулировочную характеристику системы АРУ с обратной связью.

Амплитудные характеристики замкнутой системы АРУ (рис. 2.12) представлены для случаев: 1 — без системы АРУ, 2 — простая АРУ, 3 — задержанная АРУ, 4 — усиленная и задержанная АРУ. На практике в радиоприемных устройствах используется автоматическая регулировка усиления с задержкой, представленная кривыми 3 и 4.

63

Uвых

1 2

3

4

Uвх max Uвх

Рис. 2.12 — Амплитудные характеристики системы АРУ

На этапе проектирования структурной схемы приемника следует выбрать вид регулировки усиления, регулируемые каскады в радиотракте приемника, детектор АРУ и определить число каскадов в усилителе АРУ. Наибольшее распространение получили такие виды регулировок, как режимная, схемотехническая (с помощью управляющих высокочастотных делителей напряжения и изменением глубины отрицательной обратной связи) и др. Из известных видов регулировок усиления в профессиональных приемниках применяются в основном режимные регулировки и регулировки с помощью межкаскадных высокочастотных делителей (аттенюаторов на диодах и полевых транзисторах).

Режимные регулировки усиления просты в реализации, не требуют дополнительных каскадов в радиотракте и способны обеспечить очень большой динамический диапазон регулирования. Однако для регулировки приходится использовать нелинейный участок проходной характеристики электронного прибора, что приводит к ухудшению шумовых и нелинейных свойств регулируемого каскада, а также к ухудшению чувствительности и многосигнальной избирательности всего приемника. Поэтому использование регулируемого усилителя во входных каскадах преселектора не желательно.

В системе АРУ используется совмещенный или отдельный детекторный каскад, выполненный на диоде или транзисторе. В настоящее время промышленностью выпускается большой перечень микросхем с уже встроенными элементами и узлами системы АРУ.

В приемниках, у которых предусмотрен прием амплитудной телеграфии на слух, напряжение на детектор АРУ, как пра-

64

вило, подается с предпоследнего каскада усилителя основной ПЧ, чтобы уменьшить влияние относительно большого напряжения телеграфного гетеродина на работу системы АРУ.

В техническом задании на проектирование приемника, в разделе «автоматические регулировки», задаются относительное изменение э.д.с. сигнала в антенне и допустимое изменение напряжения на выходе линейного тракта приемника.

Относительное изменение э.д.с. сигнала в антенне (динамический диапазон входного сигнала) определяется выражением

где EАmax и EАном — максимальное и номинальное значения

э.д.с., наводимая в антенне радиоприемного устройства соответственно.

Допустимое изменение напряжения на выходе линейного тракта приемника (динамический диапазон напряжения сигнала на выходе линейного тракта) определяется выражением

где U ВЫХmax и U ВЫХном — максимальное и номинальное значения напряжения на выходе линейного тракта радиоприемного устройства соответственно.

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

Если в техническом задании не заданы параметры, предъявляемые к системе АРУ, то эффективность системы АРУ может быть определена самостоятельно, в соответствии с назначением радиоприемного устройства [3].

После оценки эффективности системы АРУ производится

где U Р — параметр регулирования (напряжение или ток);

65

K0 U Р — общий коэффициент усиления радиотракта приемника до введения системы АРУ;

та усиления при напряжении управления U Р 0 ;

приемного устройства, n — функция, связанная с типом и количеством избирательных систем;

n

max Si — произведение крутизн электронных прибо-

i 1

ров регулируемых каскадов при U Р 0.

Минимальное значение коэффициента усиления радиотракта, при котором обеспечивается требуемый динамический диапазон регулирования системы АРУ:

По характеристике регулирования системы АРУ UР определяют максимальное значение параметра регулирования (UРmax), при котором обеспечивается необходимый коэффициент усиления приемника в целом К0min (рис. 2.13).

66

Если UРmax > Um вых, то система АРУ должна быть усиленной. Коэффициент усиления радиотракта приемника, охваченного системой АРУ, определяется выражением

Если каскады усиления в тракте АРУ построены аналогично каскадам усиления в тракте УПЧ, то число каскадов

Ручная регулировка усиления (РРУ), как правило, воздействует на те же каскады, что и автоматическая. Зная динамический диапазон РРУ, по графику характеристики регулирования определяют необходимые значения напряжения или тока источника регулировки усиления.

При использовании для регулировки усиления межкаскадных высокочастотных делителей необходимо выбрать их схему и место включения каскада с делителем. Применяемые в настоящее время межкаскадные делители, как правило, включаются в тракте первой промежуточной частоты после фильтров и в тракте основной ПЧ в первых каскадах. В преселекторе используется режимная регулировка усиления, так как схемотехнические способы ухудшают многосигнальную избирательность приемника.

Расчет состава системы АРУ с использованием межкаскадных высокочастотных делителей напряжения можно производить по той же методике, что и для режимных регулировок, если под функцией UÐ понимать зависимость коэффициента деления

(ослабления аттенюатора) от величины параметра регулирования. Для конкретных схем делителей эти характеристики известны или их нетрудно рассчитать.

Ориентировочные регулировочные характеристики регулируемых звеньев на основе электронно-управляемых аттенюаторов на диодах и полевых транзисторах, а также регулируемых усилительных каскадах представлены в таблице (табл. 2.11). При условии, если одно звено не обеспечивает пределы регулирования, используют два или более звеньев. В этом случае регули-

67

руемые звенья распределяют в преселекторе (УРЧ), в тракте основного УПЧ и в первом тракте преобразования частоты (для приемников с двойным преобразованием частоты).

Таблица 2.11 — Ориентировочные регулировочные характеристики

В приемниках диапазона коротких волн необходимо предусмотреть на входе приемника аттенюатор для регулировки чувствительности приемника. Уменьшая коэффициент передачи аттенюатора при действии отдельных мощных сосредоточенных помех или группового радиосигнала большой мощности, можно в значительной мере повысить многосигнальную избирательность приемника и помехозащищенность его высокочастотного тракта. Этим способом достигают уменьшения интенсивности шумов нелинейного происхождения. Для обеспечения эффективного действия аттенюатора изменение его коэффициента ослабления должно производиться автоматически в соответствии с интенсивностью воздействующих помех. Практическое осуществление такой адаптивной регулировки чувствительности приемника связано с определенными трудностями. Поэтому в настоящее время коэффициент ослабления аттенюатора изменяется дискретно вручную и имеет следующие градации: 0, 10, 20, 40 дБ.

Для защиты приемника от воздействия больших напряжений на входе включается специальный каскад, который закорачивает вход приемника на корпус при напряжениях помехи, превышающей определенный уровень (обычно 10—15 В).

Ручная регулировка усиления в тракте НЧ осуществляется с помощью делителя напряжения низкочастотного сигнала, снимаемого с нагрузки детектора.

Из других регулировок следует предусмотреть:

 подстройку входа при работе приемника с различными антеннами, особенно ненастроенными, если не предусматривается специальный блок согласования с антеннами;

68

регулировку запаса усиления (выведенную под шлиц), предназначенную для повышения коэффициента усиления радиотракта приемника и для выравнивания усиления в двух приемниках при работе на разнесенные антенны, осуществляющую изменением питающих напряжений на электродах усилительных приборов;

регулировку тона биений на выходе приемника в заданных пределах путем изменения частоты телеграфного гетеродина;

переключатель постоянной времени системы АРУ;

переключатель видов работы и т. д.

Расчет системы АРУ радиоприемного устройства должен быть отражен на его структурной схеме и дополнен элементами и узлами системы.

2.7.2Выбор структурной схемы автоматической подстройки частоты

Врадиоприемных устройствах системы автоматической подстройки (АПЧ) частоты используют для подстройки частоты гетеродина для слежения за частотой принимаемого сигнала. Автоматическая подстройка частоты позволяет уменьшить полосу пропускания за счет уменьшения нестабильности частотной настройки радиоприемного устройства. Эффективность работы системы АПЧ определяется изменением полосы пропускания радиоприемного устройства за счет уменьшения полосы

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

нала;

ПНС — полоса пропускания, обусловленная нестабильностью настройки радиоприемника;

FД — полоса пропускания, обусловленная эффектом Доп-

лера.

69

Для устойчивой работы системы АПЧ обычно выбирают коэффициент kАПЧ = 15…20, причем верхняя граница значений соответствует сложным системам АПЧ.

Функциональная схема АПЧ супергетеродинного приемника (рис. 2.14) содержит в своем составе смеситель (СМ), усилитель промежуточной частоты (УПЧ), частотный дискриминатор (ЧД), фильтр низкой частоты (ФНЧ), управитель гетеродина (УГ) и гетеродин (Г). Входной сигнал Uс(t) с частотой c преобразуется в смесителе в напряжение промежуточной частоты пр, затем усиливается усилителем промежуточной частоты и подается на частотный дискриминатор. Если промежуточная частота пр отличается на от ее номинального значения пр0, то на выходе ЧД возникает напряжение, значение и знак которого зависят от значения и знака отклонения промежуточной частоты . Напряжение с ЧД Uчд через ФНЧ подается на гетеродин (Г), частота которого перестраивается, обеспечивая минимальное рассогласование значения пр от номинальной частоты пр0.

Рис. 2.14 — Функциональная схема системы автоматической подстройки частоты радиоприемного устройства

Отклонение промежуточной частоты сигнала пр от номи-

где пр = c – г, c = c0 + c — частота входного сигнала;г = г0 + г — частота гетеродина;

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

Напряжение на выходе ЧД является функцией отклонения