книги из ГПНТБ / Радиоприемные устройства учебник

обобщенная расстройка Е0 соответствует р. Следовательно, частотная

Так как частотные и фазовые характеристики каскада с двумя свя­ занными контурами и пары расстроенных каскадов равны, то можно использовать выражения для усилителя с парами расстроенных кас­ кадов для усилителя с двумя связанными контурами в каждом каска­

Проводимости резисторов, шунтирующих контуры, определяем по формулам

при одинаковой полосе пропускания усилителя единичное усиление каскада с двумя связанными контурами в два раза больше, чем у одноконтурного каскада.

181

связанных контуров мало искажается при случайных расстройках контуров, чего нельзя получить при dBl Ф dB2.

Достоинствами усилителя с двумя связанными контурами в каж­ дом каскаде являются: хороший коэффициент прямоугольности; боль­ шой коэффициент усиления при заданной полосе пропускания; малое искажение частотной характеристики при случайных расстройках контуров.

К недостатку усилителя следует отнести усложнение его конструк­ ции.

5.6. Усилители промежуточной частоты со смешанной схемой

Рассмотрим усилитель, состоящий из четного числа каскадов, каж­ дые два из которых представляют сочетание каскада с двумя связан­ ными контурами и каскада с одиночным контуром.

Частотные и фазовые характеристики усилителя с двумя связан­ ными контурами и пары расстроенных каскадов, как было показано, одинаковы. Поэтому частотные и фазовые характеристики двух ка­ скадов с двумя связанными контурами и одиночным контуром соответ­ ствуют частотной и фазовой характеристикам тройки каскадов (5.53) и (5.54). Для получения симметричной частотной характеристики кас­ кад с одиночным контуром, так же как и у тройки каскадов, должен иметь эквивалентное затухание контура, в два раза большее эквива­ лентного затухания связанных контуров.

Усилитель со смешанной схемой обладает стабильной частотной характеристикой при широкой полосе пропускания и большим коэф­ фициентом усиления [7].

Коэффициент усиления двух каскадов равен произведению коэф­ фициента усиления каскада с двумя связанными контурами (5.69) и ко-

182

эффициента усиления каскада с одиночным контуром:

где Rel, /?э2 — эквивалентные резонансные сопротивления каждого связанного контура; Rg3— эквивалентное резонансное сопротивление одиночного контура.

Усилитель со смешанной схемой при {5кр = ]/3 имеет частотную характеристику с плоской вершиной. При этом справедливо следую­ щее выражение (7J:

где ф„(и) = ]f 4,62" |% (н)Г,

Усилителю со смешанной схемой присущи достоинства усилителя с одиночными контурами, настроенными на три частоты, и также, малые искажения частотной характеристики при случайных расстрой­ ках контуров.

Рассмотренные схемы УПЧ применяют как для широкополосных усилителей, так и для узкополосных.

5.7. Усилители промежуточной частоты с минимальным коэффициентом шума

Коэффициент шума приемника с УРЧ, как известно, практически определяется коэффициентом шума УРЧ.

Радиолокационные приемники сантиметрового диапазона часто выполняют без УРЧ. Первым каскадом в них является полупроводни­ ковый диодный переобразователь частоты, имеющий коэффициент'уси­ ления номинальной мощности Крн ^ 0 ,4 . Коэффициент шума та-:

183

них приемников определяется коэффициентом шума преобразователя частоты и УПЧ, т. е. N =-- N U4 + (Nfn4 — \)!Кр„. Поэтому в приемни­ ках сантиметрового дипазона без УРЧ необходимо уменьшать коэф­ фициент шума УПЧ. Для уменьшения коэффициента шума УПЧ при­ меняют на входе каскодную схему (см. § 3.11). Так как коэффициент шума каскодной схемы практически равен коэффициенту шума перво-: го каскада, то коэффициент шума УПЧ будет минимальным. Коэф­ фициент шума первого каскада каскодной схемы снижают, согласо­ вывая входную цепь по минимальному коэффициенту шума (см. § 3.5).

5.8.Каскад с кабельной нагрузкой

Врадиолокационных приемниках, часто преобразователь частоты

иУПЧ или часть каскадов УПЧ конструктивно размещают в разных блоках. Для соединения разделенных блоков применяют каскад с ка­ бельной нагрузкой.

Схема каскада с кабельной нагрузкой приведена на рис. 5.16, а. Волновое сопротивление кабеля U? — 50 -у- 150 Ом невелико, н по­ этому кабель включают в контур последовательно. Несмотря на малую нагрузку (волновое сопротивление кабеля), каскад имеет коэффици­ ент усиления по напряжению Кп ~ 2 — 5. Чтобы обеспечить в ка­ беле бегущую волну, его нагружают сопротивлением нагрузки, рав­ ным волновому сопротивлению кабеля: RH— W. Эквивалентная схе­ ма такого каскада приведена на рис. 5.16, б. В контур каскада последо­ вательно включены параллельно соединенные R и волновое сопротив­ ление кабеля W.

Чтобы найти э. д. с. Е, введенную в контур, разрежем эквивалент­ ную схему, приведенную на рис. 5.16, б по линии аа и к левой части

можно упростить (рис. 5.16, в), и согласно упрощенной схеме ток в кон­ туре при резонансе можно записать в виде

)0 = E/W = \ Y n \U BXhoeCaW.

184

5.9.Усилитель промежуточной частоты

сфильтрами сосредоточенной избирательности

Вприемниках непрерывных сигналов для получения высокой из­ бирательности при заданной полосе пропускания (коэффициент прямоугольности близок к единице) применяют в одном из каскадов усилителя фильтр сосредоточенной избирательности (ФСИ), который иногда называют фильтром сосредоточенной селекции (ФСС). Избирательность усилителя обеспечивается каскадом с ФСИ, а ос­ тальные каскады имеют широкую полосу пропускания и поэтому мало

Рис. 5.18

влияют на частотную характеристику усилителя; они служат для по­ лучения требуемого усиления, и в некоторых случаях их выполняют апериодическими.

ФСИ делят на следующие типы:

—электрические фильтры,

—электромеханические фильтры,

—пьезоэлектрические фильтры,

—пьезомеханические фильтры,

—кварцевые фильтры.

Электрические фильтры. Наиболее простой ФСИ состоит из двух одинаковых пар индуктивно связанных контуров, которые имеют между собой внешнеемкостную связь (рис. 5. 18).Внешнеемкостная связь должна иметь такой же параметр связи между контурами, как и индуктивная связь в каждой паре контуров:

Так как ФСИ имеет три пары связанных контуров, то уравнение ча­ стотной характеристики приближенно равно уравнению частотной ха-' рактеристики одной пары контуров, возведенному в куб. При Ркр = 1

а коэффициент усиления равен

Из сравнения выражений (5.70) и (5.92) видно, что при р 1!р — 1 коэф­ фициент усиления каскада с ФСИ, состоящим из трех пар связанных контуров, в четыре раза меньше, чем у каскада с двумя связанными контурами.

18в

Для получения коэффициента прямоугольное™, приближающегося к единице, применяют многозвенные фильтры. Эти фильтры на основе методов общей теории электрических фильтров выполняют из иде­ альных элементов L и С, т. е. элементов без потерь. Требуемая полоса пропускания (полоса прозрачности) обеспечивается соответствующим выбором величин L и С. Реальные катушки и конденсаторы обладают потерями, ухудшающими характеристики фильтров. Поэтому приме­ няют контуры с возможно малым затуханием. Принципиальное отличие таких фильтров от фильтров с двумя связанными контурами состоит в том, что у первых полоса пропускания определяется отношением величин L и С, а у вторых — эквивалентным затуханием контуров. Многозвенный фильтр представляет собой цепь, состоящую из реак­

тивных элементов, к концам которой присоединены резисторы R, согласованные с характеристическим сопротивлением цепи (К = р).

На рис. 5.19 приведена схема каскада с четырехзвенным ФСИ (первое и последнее полузвенья и три звена). Расчет многозвенных фильтров очень сложен и поэтому выполняется с помощью графиков 17, 9]. Применение многозвенного фильтра целесообразно, если соб­ ственное затухание контуров удовлетворяет условию

Практически можно выполнить контуры с минимальным затуханием

Если это условие не выполняется, то избирательность каскада с ФСИ будет хуже, чем у каскада с двумя связанными контурами.

187

Электромеханические фильтры. В них используется система свя­ занных механических резонаторов. Структурная схема электроме­ ханического ФСИ приведена на рис. 5.20, а. ФСИ состоит из трех элементов. Входной электромеханический преобразователь П, пре­ образует электрические колебания в механические и возбуждает ко­ лебания в механических резонаторах. Они выполнены из стали, алю­ миния и магния в виде дисков, которые соединены упругими стержня­ ми (связками). Получается система связанных контуров, в которой каждый диск резонирует подобно колебательному контуру, а стержни

Связки

Механические• резонатора

а.

Рис. 5.20

действуют аналогично емкостям связи. Выходной электромехани­ ческий преобразователь П2 преобразует механические колебания ре­ зонаторов в электрические.

Механические резонаторы имеют очень высокую добротность. Она зависит от типа металла, из которого изготовлены резонаторы, и сос­ тавляет 2000—3000, а в некоторых случаях достигает 10 000. Это является значительным преимуществом механических резонаторов перед электрическими. Недостаток механических резонаторов состоит в их низкой резонансной частоте.

Резонансная частота электромеханических ФСИ зависит от разме­

ная частотная характеристика такого ФСИ приведена на рис. 5.20, б. Резонансный коэффициент передачи равен 0,05—0,1.

Пьезоэлектрические фильтры. В них применяют пьезокерамичес­ кие резонаторы, выполняемые в виде дисков (рис. 5.21, а). Этот резо­

резонаторов (рис. 5.21, г). Фильтр состоит из ряда звеньев. Чем боль­

189

Пьезомеханические фильтры сочетают свойства электромехани­ ческого и пьезоэлектрического фильтров. Звено его состоит из двух пьезоэлектрических ^резонаторов, механически соединенных между собой металлической или диэлектрической связкой (рис. 5.23, а). Введение механической связки устраняет основной недостаток пьезой

электрического фильтра — отсутствие возрастания затухания с из­ менением частоты.

Пьезоэлектрические и пьезомеханическне фильтры не обладают трансформирующим свойством. Поэтому для согласования выходного сопротивления УП с сопротивлением фильтра включают согласующий*

трического фильтра может быть значи­ тельно уменьшен, если согласующий контур будет иметь полосу про­

пускания, соизмеримую с полосой пропускания фильтра, и этим уве­ личивать его затухание с увеличением расстройки.

Кварцевые фильтры. Для получения очень узкой полосы пропу­ скания (II < 1 кГц) применяют кварцевые фильтры. Схема каскада с однокристалльным кварцевым фильтром приведена на рис. 5.25 [7J. Эквивалентная схема кварцевого резонатора, так же как и пьезоке­ рамического резонатора, соответствует последовательному контуру гк, С„ и LK, параллельно которому включена емкость держателя квар­ ца Сд (см. рис. 5.21, в). Резонансная частота кварцевой пластины опре­ деляется ее формой и размерами. Ее выбирают равной резонансной частоте усилителя /0 Контуры, настроенные на /0 связывают .кварце­ вой пластиной. Емкость Сд нейтрализуют следующим образом. При т1 — 0,5 напряжение на первом контуре между точками 1 — 0 равно

)$0