книги из ГПНТБ / Радиоприемные устройства учебник

зывают опорным и относительно него производят отсчет фазы колеба­ ния иг (t).

Параметры фазовых детекторов. Основной характеристикой фазово­ го детектора является детекторная характеристика

выражающая зависимость выходного напряжения Нвых фазового детектора от разности фаз ф0 сравниваемых колебаний. Детекторная характеристика снимается в отсутствие фазовой модуляции при равенстве частот входных колебаний. Она представляет собой непре­ рывную периодическую функцию фазового сдвига ф0 (рис. 9.21).

Иногда детекторная характеристика называется амплитудно-фазовой характеристикой, поскольку, помимо зависимости от разности фаз,

и коэффициент передачи напряжения, равный отношению максималь­ ного выходного напряжения и выхыакс к амплитуде U вх входного сигнала:

Важными параметрами, кроме того, являются входное и выходное сопротивления фазового детектора, влияющие на работу предшест­ вующего детектору и следующего за ним каскадов, а также степень искажений, вносимых детектором в передаваемое сообщение.

По принципу действия фазовые детекторы подразделяются на век­ торомерные и коммутаторные. В первом случае фазовые рассогласова­ ния входных напряжений преобразуются в амплитудные и затем про­ изводится измерение амплитуды суммарного колебания. Во втором — одно из колебаний периодически изменяет параметры цепей фазового детектора. Благодаря этому происходит преобразование фазовых рас­ согласований в амплитудные, которые в дальнейшем измеряются.

340

—разность фаз входных колебаний; ф0 = ф01 — ф02 — начальная разность фаз.

Напряжение на выходе фазового детектора равно разности напря­

При равенстве частот м 01и ш02ив отсутствие модуляции [ф (t) — = 0] (9.53) представляет собой аналитическое выражение детекторной

Из (9,54) следует, что детекторная характеристика симметрична от­ носительно.амплитуд входных сигналов Uх и Uг и является периоди­ ческой функцией разности их фаз ф0. Нули характеристики располо; жены в точках ф0 = ±тп/2, где т — целое нечетное число.

Дифференцируя (9.54) по ф0 и полагая ф„ = л/2, находим крутизну характеристики для произвольного отношения амплитуд Ux и U2:

В ряде случаев амплитуду одного колебания, например Uи выби­ рают намного меньшей амплитуды второго (U2). При этом детекторная характеристика принимает вид

а ее максимальная крутизна

При работе детектора в качестве демодулятора фазо-модулирован- ных сигналов для уменьшения нелинейных искажений передаваемого сообщения требуется, чтобы детекторная характеристика на интервале

342 .

от 0 до я была линейной. В этом случае добиваются равенства амплитуд U1 и U3. Тогда детекторная характеристика принимает вид

Нормированные характеристики детектора для указанных случаев приведены на рис. 9.23, откуда видно, что при равенстве амплитуд входных сигналов детекторная характеристика (кривая 2) почти пря­ молинейна на отрезке 0 — я.

V аьгх

Рис. 9.23 Рис. 9.24

Линейная зависимость выходного напряжения фазового детектора от амплитуды меньшего сигнала на входе позволяет использовать фа­ зовый детектор для детектирования амплитудно-модулированных сиг­ налов. В этом случае фазовый детектор называется синхронным. Для осуществления режима синхронного детектирования необходимо, чтобы оба входных сигнала находились в фазе или, по крайней мере, раз­ ность их фаз была близка к нулю. На рис. 9.24 изображена зависимость выходного напряжения балансного фазового детектора от отношения амплитуд входных сигналов для различных значений разности фаз Ф0. Как видно из рис. 9.24, строго линейная зависимость выходного напряжения (Увых от амплитуды Uг при постоянной амплитуде U2су­ ществует только для разности фаз, равной 0 или 180°. На интервале отношений UJ U 2 от 0 до 1 эта зависимость близка к линейной, если фазовые рассогласования малы (ф0 <1 10°). Дальнейшее увеличение и 1не вызывает изменения выходного напряжения, которое будет опре­ деляться амплитудой меньшего сигнала, в данном случае U2. Напря­ жение на выходе отсутствует, когда сдвиг фаз ф„ = 90°. Для разности фаз, заключенной в интервале 90—180°, выходное напряжение меняет полярность на противоположную.

Режим синхронного детектирования достигается в приемнике бла­ годаря применению системы ФАПЧ [9].

343

Оценим величины входных сопротивлений балансного детектора. Входное сопротивление детектора, приведенное ко вторичной обмотке трансформатора Трх (Тр2), равно отношению амплитуды напряжения на этой обмотке к амплитуде 1-й гармоники тока, протекающего через нее. Ток во вторичной обмотке Тр* определяется разностью токов амплитудных детекторов. Поэтому входное сопротивление фазо­ вого детектора со стороны источника сигнала будет равно сумме вход­ ных сопротивлений амплитудных детекторов. Из теории амплитудного детектирования известно, что входное сопротивление последователь­ ного детектора равно половине сопротивления нагрузки. Благодаря этому входное сопротивление фазового детектора со стороны сигнала равно

Ток вторичной обмотки трансформатора Тр2 равен сумме токов амплитудных детекторов. Следовательно, сопротивление # ВХфД2 равно сопротивлению параллельно соединенных входных сопротивлений амплитудных детекторов

Пересчитав сопротивления (9.62) и (9.63) в первичные обмотки со­ ответствующих трансформаторов, можно получить непосредственные значения входных сопротивлений фазового детектора.

Выходное сопротивление балансного детектора складывается из последовательно соединенных выходных сопротивлений амплитудных детекторов. Так как выходное сопротивление каждого детектора равно 4 R t, где R { — внутреннее сопротивление диода, то

Причиной нелинейных искажений, вносимых фазовым детектором в переданное при демодуляции сигнала сообщение, помимо нелиней­ ности детекторной характеристики может быть инерционность ампли­ тудных детекторов. Применительно к случаю неравных амплитуд вход­ ных сигналов (U! < 0 2) и гармонической фазовой модуляции условие

344

Обычно сопротивление нагрузки R амплитудных детекторов выби­ рают намного больше внутреннего сопротивления диодов, а емкость С нагрузки — из условия заданной фильтрации несущих частот вход­ ных сигналов и вредных продуктов их взаимодействия. При этом по­ стоянная времени Т фД получается столь малой, что ею обычно пре­ небрегают.

В заключение рассмотрим работу фазового детектора при слабых сигналах. В этом случае амплитудные детекторы являются квадратич­ ными, т. е. ток каждого диода пропорционален квадрату входного напряжения. Выходное напряжение фазового детектора равно разности

Следовательно, при малых амплитудах подводимых колебаний фазовый детектор является перемножителем, т. е. он может быть ис­ пользован для вычисления корреляционной функции случайного процесса.

Список литературы

1.К а р т ь я н у Г . Частотная модуляция. Изд-во Академии наук Румынской народной республики, 1961.

2.Ч и с т я к о в Н. И. К расчету одной схемы дискриминатора. —«Известия

345

10. Ручная и автоматическая регулировка

вприемниках

10.1.Общие сведения о ручной и автоматической

регулировке

Основное назначение различных регулировок в процессе эксплу­ атации радиоприемных устройств состоит в обеспечении наилучших условий приема ожидаемых радиосигналов. Регулировки позволяют провести первоначальную настройку приемника, т. е. установить такие параметры его радиотехнических цепей, при которых осущест­ вляется прием этих сигналов. Кроме того, они обеспечивают сохране­ ние качественных показателей радиоприема при различных измене­ ниях условий прохождения сигналов между передатчиком и приемни­ ком, напряжений источников питания, температуры окружающей среды и т. п.

Все виды регулировок, применяемых в современных приемниках, можно разделить на два типа: ручные и автоматические. В одном и том же приемнике могут применяться как ручные, так и автоматические регулировки, своими свойствами взаимно дополняя друг друга.

Выбор количества и типов регулировок при проектировании радио­ приемных устройств зависит от видов селекции радиосигналов, кото­ рые используются в приемнике, от типа и назначения разрабатыва­ емой аппаратуры. Как уже было отмечено в гл. 1, чаще всего для выде­ ления радиосигналов нужного передатчика в приемниках различного назначения используется частотная селекция. При этом в системах радиолокации, радиоуправления, телеметрии часто применяют прием­ ники с фиксированной настройкой на несущую частоту сигнала. В та­ ких приемниках имеются только элементы ручной подстройки резонанс­ ных частот колебательных систем, которые используются при перво­ начальной настройке приемников на заводе-изготовителе или при проведении регламентных работ в процессе эксплуатации. Приемники систем радиосвязи или звукового радиовещания должны обеспечивать прием радиосигналов в широком диапазоне частот. Это требование определяет наличие в таких приемниках различных видов ручной и автоматической настройки резонансных частот колебательных систем, с помощью которых осуществляется частотная селекция радиосигналов.

Из-за целого ряда причин, важнейшими из которых являются не­ стабильность несущей частоты передатчика, нестабильность частоты гетеродина в супергетеродинных приемниках, изменение условий рас­ пространения радиоволн, настройка приемника на частоту выбранного передатчика может оказаться нестабильной. Это в конечном счете приводит к ухудшению качественных показателей радиоприема, а при некоторых видах радиосвязи может привести даже к существенным ошибкам при передаче информации. Нерегулярный характер указан­ ных нестабильностей практически исключает использование. ручной

348

регулировки резонансных частот колебательных систем в приемнике для компенсации их вредного влияния. Правда, можно предотвратить выход частоты принимаемого радиосигнала из полосы приема в результате отмеченных нестабильностей, расширяя полосу пропуска­ ния высокочастотного тракта приемника. Величина этого расширения определяется величинами возможных уходов частоты принимаемого ра­ диосигнала и гетеродина, в тех случаях, когда проектируется супер­ гетеродинный приемник. Однако при этом понижается избирательность приемника и, кроме того, в широкополосных приемниках трудно полу­ чить требуемое усиление. Указанного расширения полосы можно избе­ жать, применяя устройство автоматической подстройки либо резонанс­ ных частот колебательных систем приемника, либо частоты гетеродина в супергетеродинных приемниках. В обоих случаях система автопод­ стройки устраняет также неточность первоначальной настройки прием­ ника на нужные сигналы.

Практически в любых радиотехнических системах интенсивность принимаемых радиосигналов может значительно изменяться. В системах радиовещания и телевидения такое изменение связано с обеспечением высококачественного приема сигналов в общем случае значительного числа радиостанций, находящихся на различных расстояниях от места приема. Аналогичные условия приема сигналов характерны для ра­ диосвязи и радиолокации. В радиолокации, например, изменение рас­ стояния до отражающего объекта, непостоянство во времени условий распространения радиоволн, флюктуации сигнала при изменении эффективной поверхности радиолокационной цели приводят к тому, что уровень принимаемых сигналов может меняться в широких пре­ делах.

Таким образом, при проектировании различных радиоприемных устройств обычно возникает задача обеспечения высококачественного радиоприема при возможных изменениях амплитуды сигналов на входе приемника от нескольких микровольт до сотен милливольт. Во всех указанных случаях усиление, необходимое для приема слабых сигналов, оказывается не только излишним, но и вредным при приеме сильных сигналов, поскольку последние создают значительную пере­ грузку каскадов приемника, резко снижая его качественные показа­ тели. Поэтому для обеспечения нормальных условий работы отдель­ ных каскадов и выходных устройств в приемнике применяется регу­ лировка усиления, которая может производиться вручную или автома­ тически. Автоматическая регулировка усиления (АРУ) позволяет защитить приемник от перегрузки сильными сигналами без участия слушателя или оператора. Однако для изменения величины выходного напряжения при заданном напряжении на входе необходима ручная регулировка усиления. Поэтому независимо от наличия или отсутст­ вия АРУ в большинстве приемников применяется и ручная регу­ лировка.

Если приемник не имеет АРУ, то ручная регулировка должна пред­ шествовать тем каскадам, на входах которых могут появиться сигналы чрезмерно большой амплитуды: При наличии АРУ ручной регулятор

347

включают обычно в детекторном каскаде или в усилителе низкой час­ тоты после каскадов, входящих в схему авторегулировки.

При различных условиях радиоприема часто бывает желательной различная полоса пропускания. В первую очередь, это зависит от величины отношения уровня полезного сигнала к уровню помех, кото­ рая может быть в месте приема. Если это отношение велико, можно расширить полосу пропускания, так как при этом повышается качество воспроизведения сигнала. В тех случаях, когда указанное отношение мало, необходима значительно более узкая полоса пропускания,так как при этом улучшаются избирательные свойства приемника и уро­ вень помех на его выходе уменьшается; однако одновременно ухуд­ шается качество воспроизведения принимаемого сигнала. Компромис­ сное решение достигается путем регулирования полосы пропускания. Обычно эта регулировка проводится вручную одновременно или раз­ дельно в высокочастотных и низкочастотных каскадах приемника. Сокращение полосы до детектора в большей степени повышает помехо­ устойчивость приемника, чем сокращение полосы после него.

Одной из разновидностей регулировок полосы пропускания низ­ кочастотного тракта является широко применяемая в вещательных приемниках регулировка тембра. Зта регулировка позволяет изменять форму частотной характеристики низкочастотного тракта приемника и позволяет тем самым придать звучанию тембр, соответствующий вкусу слушателей.

10.2. Методы настройки приемников

Для переменной настройки широкодиапазонного приемника в его высокочастотном тракте применяют избирательные системы, которые можно настраивать на любую частоту рабочего диапазона. Чаще всего в качестве таких избирательных систем используют одиночные конту­ ры, так как многоконтурные избирательные системы трудно приспосо­ бить для работы в широких диапазонах рабочих частот.

Обычно весь рабочий диапазон приемника разбивают на несколько поддиапазонов, которые частично перекрываются. Переход с одного поддиапазона на другой осуществляют при помощи переключателя поддиапазонов путем скачкообразного изменения одного из реактив­ ных элементов контура, чаще всего индуктивности, а перестройку внутри поддиапазона — плавным изменением величины другого реак­ тивного элемента, обычно емкости. Переменные элементы всех пере­ страиваемых контуров электрически или механически связаны в один блок, общий для всех поддиапазонов, что существенно уменьшает габа­ риты и упрощает настройку приемника. Таким образом, процесс на­ стройки широкодиапазонного приемника распадается на выбор нужного поддиапазона и изменение частоты настройки колебательных контуров высокочастотного тракта внутри поддиапазона.

Существуют различные конструкции переключателей диапазонов. В современных вещательных приемниках широко распространены клавишные переключатели. В таких приемниках коммутация эле-

348

ментов колебательных контуров осуществляется путем нажатия ща клавишу, в результате чего происходит выбор нужного поддиапазона. Общее число поддиапазонов обычно бывает не менее двух-четырех, для чего необходимо соответствующее число клавиш.

В качестве примера на рис. 10.1 показан вариант схемы настройки вещательного приемника, имеющего два поддиапазона. В этой схеме во входной цепи используется трансформаторная связь, образованная катушками L x, L 2, L3и L4, расположенными на внутренней магнитной антенне. Коммутация элементов колебательных контуров, позволяю­

щих принимать сигналы радиостанций, частоты которых расположены в двух поддиапазонах волн, производится с помощью клавишного переключателя П, имеющего три контактных ножа. При нажатии кла­ виши первого поддиапазона все ножи переключателя переходят в левое положение, а имеющийся в переключателе фиксатор удерживает кла­ вишу в положении нажатия. При нажатии клавиши второго поддиапа­ зона ножи переходят в правое положение, фиксация первой клавиши снимается, а вторая клавиша, наоборот, фиксируется до тех пор, пока не будет нажата другая клавиша.

Плавная настройка входных контуров осуществляется переменным конденсатором Съ а контуров гетеродина — переменным конденсато­ ром С2. Роторы этих конденсаторов расположены на одной оси, которая поворачивается оператором при настройке приемника.

Преобразователь частоты собран на транзисторе Т 1 по схеме с сов­ мещенным гетеродином. Напряжение сигнала с входных цепей посту­ пает в цепь базы транзистора Т и который для принимаемого сигнала включен по схеме с общим эмиттером. Гетеродин собран по схеме ин­ дуктивной трехточки с заземленным коллектором. Его частота изме-

349