Радиоприемные устройства.-2

71

Структурная схема системы АПЧ учитывает дестабилизирующие факторы, влияющие на точность ее работы: n(t) — флуктуационная составляющая напряжения, поступающая с дискриминатора; г — нестабильность гетеродина.

Принцип работы системы АПЧ радиоприемного устройства показан на рисунке (рис. 2.17).

3

1/4

1

2

Направление

перестройки приемника Полоса захвата

Полоса удержания

Рис. 2.17 — Описание принципа работы системы АПЧ

Процесс работы системы АПЧ в режимах захвата и удержания при перестройке гетеродина «вверх» по частоте. При большой отстройке приемника от центральной частоты система АПЧ находилась первоначально в устойчивом состоянии (кривая характеристики управителя имеет одно пересечение с детекторной характеристикой). При уменьшении отстройки приемника возникает неустойчивость работы системы АПЧ (кривая характеристики управителя имеет два или три пересечения с детекторной характеристикой до точки 1). При дальнейшем уменьшении отстройки система АПЧ переходит в устойчивый режим захвата (кривая управителя переходит из точки 1 в точку 2). При даль-

72

нейшей перестройке гетеродина (до точки 3) система АПЧ удерживает настройку приемника. Значение частот, обеспечивающее вход в режим захвата, называют полосой захвата (1-1/). При дальнейшей перестройке приемника (частоты гетеродина) система обеспечивает устойчивую настройку (до точки 3), затем настройка приемника принимает значение, соответствующее точке 4 рисунка. Эта точка характеризуется полосой удержания.

При разработке и анализе качественных показателей системы АПЧ необходимо определить передаточные функции системы: смесителя, усилителя промежуточной частоты, частотного детектора, фильтра нижней частоты и управителя гетеродина.

Передаточные функции смесителя и УПЧ представляются в виде безынерционного звена:

Wсм p kсм — передаточная функция смесителя; Wупч p kупч — передаточная функция УПЧ.

Передаточная функция частотного детектора описывается выражением для апериодического звена:

Tчд — постоянная времени нагрузки детектора. Передаточная функция детектора описывается выражением:

где kфнч — коэффициент передачи ФНЧ; Tфнч — постоянная времени ФНЧ.

В качестве ФНЧ рекомендуется использовать активный фильтр [4], представленный на рисунке (рис. 2.18). Передаточная функция и постоянная времени ФНЧ определяются из условия обеспечения устойчивости работы системы АПЧ.

При разработке управителя перестраиваемого гетеродина радиоприемного устройства используют колебательный контур с электронной перестройкой по частоте, на варикапах V1 и V2 с встречно-последовательным включением (рис. 2.19).

73

Rос

R1

-

RФ

+

СФ

Рис. 2.18 — Принципиальная схема активного фильтра нижних частот системы АПЧ

V2

Рис. 2.19 — Принципиальная схема управителя гетеродина

Зависимость емкости варикапа управителя от напряжения управления описывается выражением (2.57).

где Сспр., Сраб. — справочная и рабочая емкости варикапа, в пФ; Uспр. — напряжение смещения, при котором задана справоч-

ная емкость, в В;

Uупр. — напряжение управления на варикапе, в В.

n — коэффициент аппроксимации вольтфарадной характеристики варикапа, характеризирующий плавность p-n перехода.

При использовании варикапной матрицы, т.е. последова- тельно-встречно-соединенных двух варикапов, величина эквивалентной емкости уменьшается в два раза (рис. 2.19).

Технические характеристики управляющего элемента (варикапа) представлены в приложении (П.5.2).

Коэффициент передачи управителя в рабочей точке, приведенный к единице напряжения, определяется выражением

74

(2.58)

где Lк — индуктивность контура, в мкГн;

Uраб — рабочее напряжение смещения на варикапе, в В. Величина индуктивности контура управителя Lк рассчиты-

вается из условия обеспечения заданной частоты настройки радиоприемного устройства. Инерционные свойства управителя описываются постоянной времени Tупр, постоянная времени управителя определяется выражением.

После расчета параметров радиотехнических звеньев, выбора электрической принципиальной схемы элементов системы радиоавтоматики производится расчет ее устойчивости по одному из критериев (алгебраическому или частотному).

2.7.3Рекомендации по выбору структурной схемы дополнительных регулировок

Для приемников, предназначенных для работы с различной аппаратурой (анализаторами спектра частот, аппаратурой для приема специальных видов передач и т. п.), предусматриваются соответствующие выходы сигналов (выходы первой и основной ПЧ, выходы НЧ после детектора и после ФНЧ, выходы напряжений гетеродинов, выход эталонной частоты и др.).

Радиоприемники обязательно снабжаются встроенными органами контроля за работой приемника. В простейшем случае это стрелочный индикаторный прибор, в качестве которого обычно используется магнитоэлектрический миллиамперметр или микроамперметр, предназначенный для проверки напряжений источников питания и режимов работы усилительных приборов.

В приемниках второго и первого класса функции прибора значительно расширяются, предусматривается возможность контроля за работой отдельных блоков приемника, измерения уров-

75

ней сигнала на выходе приемника, выходе ПЧ и АРУ, а также контроль точности настройки приемника. Для контроля чувствительности в единицах kT0 по измерительному прибору в приемник встраивается генератор шума.

Впрофессиональных приемниках связи предусматривается возможность проверки и коррекции шкал. В качестве калибратора используется отдельный автогенератор с кварцевой стабилизацией частоты, дающий необходимую сетку опорных частот. Основная частота кварцевого резонатора выбирается таким образом, чтобы получить в пределах поддиапазона не менее двух опорных точек для проверки градуировки в начале и в конце шкалы. Абсолютная суммарная нестабильность кварцевого калибратора (с учетом высшего используемого номера гармоники) должна быть на порядок меньше, чем нестабильность корректируемых гетеродинов. С этой целью кварцевые резонаторы помещают в термостат.

Гармоники кварцевого калибратора подаются в контур первого или второго УВЧ. При включении калибратора вход приемника должен отключаться. Коррекция частот гетеродинов, включая и гетеродин для приема радиотелеграфных сигналов на слух, производится с помощью электрических и механических (сдвиг визира шкалы) корректоров, выведенных на переднюю панель приемника под «шлиц». Для повышения точности коррекции градуировки шкалы приемника предусматривается возможность подключения кварцевого резонатора с частотой, равной номиналу основной ПЧ, к телеграфному гетеродину.

Вприемниках, имеющих в своем составе блок опорных частот, напряжение эталонной частоты для коррекции нуля телеграфного гетеродина берется с синтезатора частоты. Предусматриваются проверка и коррекция частоты опорного генератора с помощью первичного эталона частоты.

77

пергетеродинного радиоприемника: УРЧ, преобразователь частоты, УПЧ, детектор, УНЧ и цепи системы АРУ.

Микросхемы серии К237. В состав серии К237 входят микросхемы, предназначенные для работы в радиоприемных устройствах звукового вещания с амплитудной и частотной модуляцией.

Таблица 3.2 — Перечень микросхем серии К237

Рабочий диапазон частот микросхем данной серии для приема сигналов АМ не превышает 15…25 МГц, для сигналов с ЧМмодуляцией — 100 МГц. Используются микросхемы, как и схемы К157 серии, в схемах не выше второй группы сложности. В состав серии К237 входят все основные узлы супергетеродинного радиоприемника: УРЧ, преобразователь частоты, УПЧ, детектор, УНЧ и цепи систем АРУ и АПЧ.

Микросхемы серии К174. Микросхемы семейства серии К174 являются самой многочисленной и предназначены для работы в составе магнитофонов, магнитол и радиоприемников телевизионного и звукового вещания. В состав схем серии К174 входят микросхемы как специализированного (для частного применения в конкретной РЭА), так и универсального назначения (общего применения). Микросхемы используются в высококачественной радиовещательной и профессиональной аппаратуре (включая аппаратуру 0-группы сложности) во всем диапазоне частот (вплоть до 1000 МГц и более). Данное семейство содержит все узлы и блоки радиоприемной аппаратуры, а также все вспомогательные и дополнительные системы управления. В таблице (табл. 3.3) приведены перечень микросхем, необходимый для построения радиоприемного устройства, и их функциональное назначение.

79

Окончание табл. 3.3

В процессе курсового проектирования используется ограниченный перечень микросхем серии К174, представленный в приложении. При необходимости такой перечень может быть расширен самостоятельно.

Микросхема КХА058. Микросхема КХА 058 содержит основные узлы супергетеродинного радиоприемного устройства: усилитель радиочастоты, преобразователь частоты, усилитель промежуточной частоты, детектор ЧМ-сигналов и предварительный усилитель низкой частоты. Для обеспечения стабильности работы приемника используется система автоматической подстройки частоты гетеродина. Микросхема выполнена на базе однокристального радиоприемника, расположенного керамической подложке элементами схемы питания и дополнительные элементы радиоприемника. Внешними цепями радиоприемника является колебательный контур гетеродина, обеспечивающего его настройку. Используется ИМС в радиоприемных устройствах 2-го и ниже классов.

3.1.2 Элементная база радиоприемных устройств звукового вещания

В таблице (табл. 3.4) представлен перечень микросхем серий К157, К237, К174 и К175, рекомендованный для использования в приемниках АМ-сигналов. Все микросхемы ориентированы на построение радиоприемников супергетеродинного типа с одноили двукратным преобразованием частоты. Микросхемы различаются схемотехническими, технологическими и конструктивными решениями.

80

Таблица 3.4 — Микросхемы для построения АМ-приемников

В процессе проектирования радиоприемных устройств из предложенного перечня рекомендуется использовать микросхемы К157 и К174 серий. Однако в ряде случаев, когда необходимо реализовать разработанную структурную схему, можно использовать более ранние разработки микросхем (К237). При построении усилителей, компенсирующих потери сигнала, можно использовать микросхемы К174ПС1, К174ПС3 и К174ПС4, включенные в усилительном режиме. При построении радиоприемников с двойным преобразованием частоты в качестве первого преобразователя рекомендуется использовать схемы на базе микросхем К174ПС1, К174ПС3 (до частот 200 МГц) и К174ПС4 (до частот 1000 МГц). Справочные данные и типовые схемы включения изложены в разделе (Приложение 4).

При построении радиоприемного устройства, предназначенного для приема и обработки сигналов с частотной модуляцией, рекомендуется использовать микросхемы (см. табл. 3.5). Для управления системой настройки приемника ЧМ-сигналов рекомендуется использовать ИМС К174ХА19. ИМС позволяет сформировать напряжения управления варикапами контуров входной цепи, усилителя радиочастоты и гетеродина с обеспечением режима сопряжения контуров преселектора и гетеродина.