книги из ГПНТБ / Радиоприемные устройства учебник

Ток преобразователя в режиме согласования (рис. 7.17, б) равен /дч = \in4lJJ2Ri пч. Подставляя это значение тока в выражение

Режим триодного преобразователя выбирают так, чтобы шумовое сопротивление было минимальным при возможно большем коэффи­ циенте усиления номинальной мощности. Шумовое сопротивление (7.32) пропорционально отношению 5 0/5пЧ и оно минимально для 1-й гармоники напряжения гетеродина при 0 = 90°, а коэффициент уси­ ления номинальной мощности (7.59) пропорционален отношению S;V50. Поэтому минимальное значение шумового сопротивления со­ ответствует максимальному значению коэффициента усиления номи­ нальной мощности.

Параметры преобразования при 0 = 90° согласно формулам (7.48),

Модуль коэффициента усиления преобразователя с одиночным конту­ ром на основании формулы (7.26) равен

Коэффициент усиления преобразователя, имеющего нагрузку из двух связанных контуров, будет определен аналогично коэффициенту уси­ ления усилительного каскада с двумя связанными контурами, т. е.

Все формулы, полученные для пентодного и триодного преобразо­ вателей, справедливы и для преобразователя на полевом транзисторе.

В заключение рассмотрим зависимость коэффициента усиления преобразователя от частоты настройки приемника. При перестройке частоты гетеродина для получения постоянной промежуточной ча­

в режиме с отсечкой тока и при изменении угла отсечки с изменением амплитуды напряжения гетеродина можно получить коэффициент

усиления преобразователя независимым от частоты настройки прием­ ника [2J:

250

7.10. Двухсеточные преобразователи частоты

Двухсеточные преобразователи частоты осуществляют на многосеточных лампах — гептодах (рис. 7.20, а) [2, 4,9, 11]; напряжения сигнала и гетеродина в них Uc и Ue подают на разные сетки: 1 и 3. Между этими сетками находится экранирующая сетка 2, которая зна­ чительно уменьшает емкость между сетками 1 и 3, а это существенно ослабляет связь между контурами сигнала и гетеродина. Сеточная характеристика анодного тока гептода приведена на рис. 7.20, б. При изменении напряжения на сетке 3 (гетеродинная сетка) изменяется наклон характеристики iR (ис1), т. е. изменяется крутизна характери­

стики по первой се’гке. При действии напряжения гетеродина на сет­ ку 3 крутизна характеристики изменяется с частотой гетеродина. Следовательно, крутизна лампы будет периодической функцией вре­ мени с периодом Tv = 1//г, и уравнение тока двухсеточного преобразо­ вателя будет таким же, как и односеточного. Поэтому все получен­ ные выводы и соотношения для односеточного преобразователя будут справедливы и для двухсеточного.

Отличие двухсеточного преобразователя от односеточного заклю­ чается в том, что в первом крутизна по управляющей сетке меняется под действием напряжения гетеродина, приложенного к гетеродинной сетке, а во втором — крутизна по управляющей сетке меняется под действием напряжения гетеродина, приложенного к этой сетке. По­ этому преобразование частоты в двухсеточном преобразователе возмож­ но при линейной зависимости ia = / (ыск). В односеточном преобразо­ вателе преобразование частоты возможно только при нелинейной за­ висимости /а = f (иск), при которой крутизна изменяется во времени.

Многосеточные лампы имеют несколько положительно заряжен­ ных сеток, что значительно увеличивает в них уровень флюктуационного шума, который обусловлен хаотическим перераспределением

251

электронов между анодом и этими сетками. Следовательно, преобра­ зователи на многосеточных лампах имеют значительно больший уро­ вень шума, чем на триодах и пентодах. Если перед преобразователем частоты имеется УРЧ с достаточным усилением, то шум преобразова­ теля на многосеточной лампе будет незначительно увеличивать общий

Рис. 7.21

уровень собственного шума приемника, так как на входе преобразова­ теля будет обеспечено большое отношение сигнала к шуму.

В 40—50-х годах применялись гептоды, выполняющие одновре­ менно функции преобразователя и гетеродина. Их называли преобра­ зователями с совмещенным гетеродином (рис. 7.21, а). Гетеродинная часть лампы состоит из сеток 1 и 2, являющихся соответственно сеткой

252

жение вызывает периодическое изменение крутизны лампы по сиг­

нальной сетке 3 с частотой / г, что приводит к преобразованию частоты сигнала.

Перед сеткой 3, имеющей отрицательное напряжение смещения образуется пространственный заряд, который пульсирует с частотой гетеродина. Из-за наличия емкости между сеткой и пространственным зарядом напряжение гетеродина воздействует на контур сигнала, что

на с сетки триода подается на третью сетку гептода. Последовательно с управляющей сеткой триода и третьей сеткой гептода включен рези­ стор с сопротивлением 51—200 Ом, который служит для устранения паразитного самовозбуждения на метровых волнах. Паразитный кон­ тур состоит из междуэлектродных емкостей и индуктивностей вводов лампы. Резистор, включенный последовательно с индуктивностями вводов ламп, снижает добротность паразитного контура и этим исклю­ чает самовозбуждение на УКВ.

Параметры двухсеточного преобразователя рассчитывают по тем же формулам, что и для односеточного преобразователя, но амплитуду напряжения гетеродина определяют по характеристике 5 (нсз). На-

253

пряжение смещения Е сг на гетеродинной сетке 3 выбирают так, чтобы

На рис. 7.22 приведены графики усредненного значения крутизны преобразования лампы 6И1П в типовом режиме при различных зна­

7.11. Транзисторные преобразователи частоты

Для транзисторного преобразователя частоты характерно следую­

щее:

—'транзистор как активный нелинейный четырехполюсник обла­ дает худшими частотными свойствами, чем лампа, поэтому в общем случае транзистор следует рассматривать как активный инерционный нелинейный преобразующий элемент;

— поскольку транзисторный преобразователь обычно' работает с амплитудами гетеродина, не превышающими 100—150 мВ, то ли­ нейный режим работы такого преобразователя соответствует амплиту­ де сигнала, не превышающей 7—10 мВ.

Методика расчета параметров преобразователя для общего слу­ чая, при котором преобразующий элемент является инерционным не­ линейным четырехполюсником, достаточно сложна, и в настоящее время ее нельзя считать завершенной. Однако на частотах /< 0 ,1 /> параметры транзистора в режиме преобразования можно определить, используя общую теорию преобразования частоты.

На практике широко используют эмпирическую связь между пара­

где Уш У21 — параметры транзистора в режиме усиления на частоте сигнала / 0; У22 — параметр транзистора в режиме усиления на про­ межуточной частоте/п. Заметим, что при такой записи ток в рабочей точке усилителя предполагается равным постоянной составляющей тока коллектора в режиме преобразования.

В первом приближении можно считать, что входные и выходные емкости в режимах усиления и преобразования равны.

Для транзистора как преобразующего элемента в ряде случаев (особенно на высоких частотах) характерно обратное преобразование частоты. Этот эффект обусловлен нелинейностью цепи внутренней обратной связи (емкость и проводимость коллекторного перехода) и нелинейностью элементов входной цепи (емкость и проводимость эмиттерного перехода) преобразующего транзистора; он приводит

254

к появлению на входе транзистора дополнительной составляющей тока с частотой / с.

Практически обратным преобразованием можно пренебречь и тог-

схемам односеточного преобразователя на триодах с ОК и ОС. Наи­ более часто применяют преобразователь с ОЭ [5, 2].

Рис. 7.23

Транзисторные преобразователи делят на два типа: с внутренним гетеродином и с внешним гетеродином. Схема преобразователя с ОЭ и внутренним гетеродином приведена на рис. 7.23, а. Гетеродин вы­ полнен по схеме с индуктивной обратной связью. Контур гетеродина имеет неполное включение в коллекторную цепь транзистора последо­ вательно с выходным контуром, настроенным на промежуточную ча­ стоту. Так как/г > / п, то выходной контур не влияет на контур гете­ родина. Преобразователь с внутренним гетеродином применяют в пере­ носных приемниках, где необходимо уменьшить число транзисторов и мощность, потребляемую от источника питания. Он имеет худшие параметры, чем преобразователь с внешним гетеродином, поскольку

255

Цепь сигнала в транзисторном преобразователе частоты с внешним гетеродином может быть выполнена по схеме с ОЭ или ОБ. Использо­ вание схемы с ОЭ является предпочтительным перед схемой с ОБ, по­ скольку она обладает значительно лучшими шумовыми характери­ стиками {5]. В этой схеме гетеродинное напряжение может быть подано либо в цепь базы, либо в цепь эмиттера. При подаче гетеродинного напряжения в цепь базы удается реализовать больший коэффициент усиления, однако при подаче напряжения гетеродина в цепь эмиттера получается лучшая стабильность коэффициента усиления и развязка между сигнальным и гетеродинным контуром. Недостаток схемы при подаче напряжения в цепь эмиттера — большая мощность, потребляе­ мая от источника гетеродинного напряжения.

Использование режима преобразователя, при котором транзистор работает без отсечки коллекторного тока, целесообрано, если необхо-. димо получить небольшие искажения сигнала. Оптимальные значения амплитуды гетеродина при этом порядка Ur ж 100 мВ и тока в рабо­ чей точке порядка I Kfa0,5 мА позволяют получить минимально воз­ можный коэффициент шума и достаточный коэффициент усиления при допустимых нелинейных искажениях. Заметим, что по сравнению с ко­

зоне изменений температуры окружающей среды. Для выполнения данного требования амплитуду напряжения гетеродина выбирают не меньшей 150—200 мВ. При такой величине Ur уровень собственного шума преобразователя возрастает незначительно, так как оптимальное значение амплитуды, при котором коэффициент шума минимален, не является критичным. Однако такая величина £/г ухудшает нели­ нейную избирательность преобразователя, т. е. возможность отделять сигналы полезной частоты от сигналов комбинационных частот, возникающих в широкополосном тракте при воздействии нескольких мешающих сигналов. Для повышения нелинейной избирательности в транзисторный преобразователь обычно вводят отрицательную обрат­ ную связь, включая в эмиттер активное сопротивление небольшой вели­ чины, а также специально подбирая режим транзистора по постоянному току.

Схема преобразователя с ОЭ и внешним гетеродином приведена на рис. 7.23, б. Напряжение гетеродина подается в цепь эмиттера через разделительный конденсатор.

256

.7.12. Сопряжение настроек контуров сигнала и гетеродина

Для настройки супергетеродинного приемника одной ручкой на различные частоты радиостанций, работающих в его диапазоне ча­ стот, необходимо произвести сопряжение настроек контуров сигнала

и их разность /г — / с = / п должна быть постоянной во всем диапазоне частот приемника.

Рис. 7.24

Для всех настраиваемых контуров в большинстве приемников при­ меняют блок переменных конденсаторов, имеющий одинаковые емкости. В контур гетеродина включают последовательно и параллельно до­ бавочные конденсаторы С2 и С3 (рис. 7.24). При этом уменьшается коэффициент перекрытия контура гетеродина, и это позволяет полу­ чить сопряжение настроек контуров в трех или двух точках поддиапа­ зона. На всех других частотах поддиапазона сопряжение контуров на­ рушается, но неточность сопряжения невелика. При смене поддиа­ пазонов вместе с катушками индуктивности переключают и добавоч­ ные конденсаторы С2 и С3, а это дает возможность осуществить сопря­ жение настроек контуров во всех поддиапазонах приемника.

Коэффициенты перекрытия поддиапазона контуров сигнала и гете­ родина равны:

Следовательно, для сопряжения настроек контуров должно выпол­ няться условие

При /г < / 0 получаем

I —fn/fc мако

что практически невыполнимо. Поэтому в диапазонных приемниках применяют частоту гетеродина /г> / с.

Паразитная емкость Сх в контуре гетеродина имеет небольшую величину и поэтому ее можно не учитывать. Подстроечными конденса­ торами Сп выравнивают начальные емкости контуров сигнала и гете­ родина, так чтобы они были одинаковыми. Полная емкость контура сигнала Сс = Ск + Ссх + Сп, а полная емкость контура гетеродина Сг = Сг (С 4- Св)/(С, + С + С3), где С = Ск -f CD+ Ссх. Емкости

Для большей наглядности при построении графика были использованы прямочастотные конденсаторы, при которых частота пропорциональна углу поворота ротора а. Линия АБ показывает изменение частоты кон­ тура сигнала, а линия ВГ — изменение частоты контура гетеродина для идеального случая: /ги = / с + / п- Если выбрать индуктивность контура гетеродина так, чтобы без емкостей С2 и С3 сопряжение полу­ чилось в середине поддиапазона, то частота гетеродина будет изменять­

258