книги из ГПНТБ / Симонов Ю.Л. Усилители промежуточной частоты

ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬЮ

6.1.ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

КУПЧ могут быть предъявлены очень высокие тре­ бования по избирательности, особенно эффективной. Для

ееобеспечения в таких случаях применяют фильтры со­ средоточенной избирательности (ФСИ).

Как правило, бывает достаточно одного ФСИ, кото­ рый включается на входе УПЧ между преобразователем

частоты и первым каскадом, что существенно уменьшает перекрестные искажения и интермодуляцию.

В качестве ФСИ используются:

—многозвенные LC-фильтры;

—пьезоэлектрические фильтры;

—электромеханические фильтры;

—пьезомеханические фильтры.

Различают два типа УПЧ с ФСИ.

1. ФСИ включается на входе УПЧ с распределенной избирательностью для резкого сужения полосы пропуска­ ния при изменении рода работы приемника. Так, напри­ мер, при приеме речевых амплитудно-модулированных сигналов необходима полоса пропускания порядка 6— 10 кгц. Она обеспечивается двухкаскадным двухконтур­ ным УПЧ (рис. 6.1,а, переключатели П1г Я2 в положе­ нии 2).

При приеме незатухающих телеграфных сигналов до­ статочна полоса пропускания от десятков до нескольких сотен герц. На входе включают ФСИ (переключатели на рис. 6.1,а в положении 1).

В качестве ФСИ в подобных случаях обычно исполь­

имеющего избыточную полосу пропускания и состоящего из апериодических резисторных или одноконтурных резо­ нансных каскадов (рис. 6.1,6).

Полоса пропускания и избирательность определяются главным образом ФСИ, В приемниках с переменной по­

191

лосой пропускания регулируют полосу ФСИ изменением его .параметров или применяют несколько фильтров с различными полосами пропускания. УПЧ с ФСИ чаще используются в приемниках высоких классов.

Улучшение избирательности и снижение ослабления сигнала ФСИ на LC может быть достигнуто лишь умень­ шением потерь в элементах фильтра и прежде всего уменьшением собственного затухания, индуктивностей.

п г к і

LX-LLI

Рис. 6.1. Основные типы УПЧ с ФСИ:

а — УПЧ с распределенной избирательностью (ФСИ включается при приеме узкополосных сигналов); б— УПЧ с постоянно включенным ФСИ.

Из-за конструктивных трудностей величина последнего редко бывает меньше 0,002—0,003. Это обстоятельство накладывает ограничение на достижимую избиратель­ ность, при заданной полосе пропускания и при умерен­ ном ослаблении сигнала. Кроме этого многозвенные LC'-фильтры имеют сравнительно большие габариты.

При особо жестких требованиях к избирательности и к габаритам в УПЧ применяют пьезоэлектрические, пьезомеханические и электромеханические ФСИ.

В зависимости от вида реализуемых колебаний и ма­ териала резонаторов они имеют затухания от 0,3- ІО-2 до ІО“6. Форма кривой избирательности у этих фильтров близка к идеальной прямоугольной.

Основными характеристиками ФСИ являются:

1.Средняя частота полосы пропускаемых частот, рав­ ная номинальной промежуточной частоте /о-

2.Полоса пропускаемых частот П„.

192

3. Коэффициент передачи по напряжению Кф= и^иу.

4.Избирательность сг„ при расстройке Л/с.

5.Относительная неравномерность вершины резо­

нансной КрИВОЙ (7р.

6. Входное рг и выходное рг характеристическое со­ противление,

7.Интервал рабочих температур.

8.Габаритные размеры, вес и стоимость. Электромеханические, пьезомеханические и много­

звенные пьезоэлектрические ФСИ представляют собой обычно конструктивно законченный узел УПЧ, в готовом виде выпускаемый промышленностью. При проектирова­ нии УПЧ остается лишь выбрать ФСИ, качественные ха­ рактеристики которого наиболее близки к необходимым.

Фильтры на LC чаще всего проектируются и изготов­ ляются для УПЧ конкретного типа приемника. Они мо­ гут быть построены по мостиковой или многозвенной цепочечной схеме. В первом случае, при одинаковых ка­ чественных показателях фильтр содержит меньше дета­ лей, чем во втором. Однако мостиковые фильтры требу­ ют более высокой стабильности индуктивностей и емко­ стей, чем цепочечные. Это является одной из основных причин столь широкого применения цепочечных филь­ тров.

Фильтры, использующие мостиковые схемы, обычно выполняются на высокостабильных пьезоэлектрических (кварцевых) резонаторах.

Одним из важнейших условий применения ФСИ в тракте промежуточной частоты является согласование его входного характеристического сопротивления рг- с вы­ ходной проводимостью g22п преобразователя частоты и выходного характеристического сопротивления р; с про­ водимостью нагрузки guс (входной проводимостью пер­ вого каскада УПЧ).

6.2.МЕТОДЫ СОГЛАСОВАНИЯ ФСИ В УПЧ

Вобщем виде структурная схема тракта промежуточ­ ной частоты приемника с ФСИ может быть представле­ на в виде, показанном на рис. 6.2. Она состоит из соб­ ственно ФСИ, входного (СУі) и выходного (СУ;) согла­ сующих устройств. Способы согласования определяются

величиной произведений pig2 2 n и pzguo шириной полосы пропускания фильтра П«, а также необходимой точно­

стью согласования. Рассмотрим соответствующие устрой­ ства для наиболее распространенных случаев.

Л

2

О

Рис. 6.2. Обобщенные схемы УПЧ с ФСИ:

а — упрощенная по переменному току; б — эквивалентная.

применяются проводимости gi и ёі (рис. 6.3,а). Условия согласования имеют вид

В УПЧ па биполярных транзисторах, когда проводимо­ сти g 2 2 u И g u c велики (р ,^ 2 2 п > 1 и р ^ и с > 1 ) , методика согласования зависит от ширины полосы пропускания

тивлений (рис. 6.3,6), параллельные колебательные кон­ туры (рис. 6.3,б) и (сравнительно редко) несимметрич­ ные трансформаторные Т- или П-образные полузвенья LC-фильтров (рис. 6.3,а). Последний способ характерен для широкополосных ФСИ.

Коэффициенты трансформации широкополосных трансформаторов (рис. 6.3,6) определяются из условий согласования

§22ХІ?І 7= 1 К É f l jC p / = = l j (6.3)

194

откуда

где Кмп — усилительный потенциал преобразователя ча­ стоты:

Р и с. 6.3. Схемы согласования ФСИ при помощи согласующих прово­ димостей gi и gi (а), широкополосных трансформаторов (б), коле­ бательных контуров (в), трансформаторных звеньев (г).

и выбирая конструктивно удобные значения коэффици­ ентов связи ki и ki, получаем расчетные соотношения для

Lzi и Lu'.

рис. 6.3,в настроены на промежуточную частоту (емко­ сти Сггп и Сцс учтены соответственно в емкостях С, и Q)

каскадами на частоте гетеродина, что важно при ис­ пользовании, например, многозвенных пьезоэлектриче­ ских ФСИ типа ПФ1П [19]. Расчетные значения эквива­ лентных затухания контуров *>

fv/fo— ft/ft

d0 V У--

где /г, Gr— частота гетеродина и необходимая избира­ тельность на этой частоте; Nn — количество контуров УПЧ, настроенных на промежуточную частоту, включая согласующие контуры Lu, Cg Lu, Сі.

*> Если к приемнику не предъявляется повышенных требований по избирательности, то принимают d0= (4-f-5) Пп//о [19].

196

Подставляя их в (6.12) при d3i = d3i = d0 И имея В виду, что С{ — С, -f- СтЦ- тйи C22n, Ci = С2 -\-Ст-f- тп СиС, на­ ходим расчетные соотношения для коэффициентов транс­ формации:

Из технологических соображений удобно выбирать собственную емкость контура Сі так, чтобы гпц—l (пол­ ное включение контура Ьц, С,).

Из первого выражения (6.13), полагая Шц=\, опре­ деляем

Полное включение контура Ьц, Сі не всегда возможно (из-за больших Яне, Сцс значение С2, при котором тц = 1 , получается чрезмерно большим). Поэтому технологиче­ ски удобно брать С2=Сі.

Значения ki, Ь2І, Ь2і определяются так же, как в предыдущем случае.

Коэффициент усиления по напряжению преобразова­ теля частоты на промежуточной частоте равен

В широкополосных УПЧ на биполярных транзисто­ рах, когда полоса пропускания соизмерима с промежу­ точной частотой (П„//о>0,1 -ч-0,2) и требуется высокая точность согласования, рассмотренные выше методы со­ гласования становятся непригодными. В этом случае со-

197

198

П р о д о л ж е т е т а б л . 6.1.

гласование достигается путем использования в качестве согласующих устройств (рис. 6.3,г) несимметричных трансформаторных звеньев (ТЗ), содержащих мини­ мальное количество деталей. Схемы таких звеньев и ос­ новные расчетные формулы приведены в табл. 6.1, где fi, / 2 — соответственно нижняя и верхняя частоты среза, в первом приближении равные /і, 2= /о + П п/2.

Согласование при помощи трансформаторных звеньев иногда применяется в случае многозвенных ФСИ, исполь­

коэффициенты трансформации и коэффициент усиления преобразователя частоты определяются формулами (6.3)-(6.6).

199

6.3. МНОГОЗВЕННЫЕ ФИЛЬТРЫ СОСРЕДОТОЧЕННОЙ ИЗБИРАТЕЛЬНОСТИ

Многозвенные LC-фильтры строятся на основании ме­ тодов общей теории электрических фильтров. Эта теория позволяет в принципе проектировать ФСИ из идеальных индуктивностей L и емкостей С. Нужная полоса про­ пускания обеспечивается путем соответствующего выбо­ ра величин L и С. Реальные контурные индуктивности и конденсаторы обладают потерями, которые ухудшают характеристики фильтров. По этой причине потери (за­ тухания) в фильтрах стараются сделать минимальными конструктивно выполнимыми? В этом состоит принципи­ альное отличие таких фильтров от рассмотренных ранее

валентным затуханиям контуров.

ФСИ представляет собой систему Т- или П-образных полосовых LC-звеньев, согласованных между собой по характеристическому сопротивлению. Общее число звень­ ев может достигать 5—10 и более. ФСИ используются как в узкополосных, так и в широкополосных УПЧ (до Пп//о<ГО,5). Опыт показывает, что построение качествен­ ных ФСИ возможно, если IWforf^l,4-=-2,0.

ФСИ может быть симметричным, т. е. иметь одинако­ вые характеристические сопротивления как со стороны входных, так и со стороны выходных полюсов, и несим­ метричным, если эти сопротивления различаются.

ФСИ усилителей на электронных лампах выполняет­ ся из симметричных звеньев. При расчете такого ФСИ задаются его характеристическим сопротивлением р в диапазоне 50—150 ком. Согласование с преобразова­ телем частоты и с первым каскадом УПЧ достигается при помощи согласующих резисторов (рис. 6.4,а), про­ водимости которых gi=8i= 1/р.

Фильтры транзисторных УПЧ также изготовляются из симметричных звеньев. Согласование достигается в узкополосных УПЧ за счет неполного включения кон­

в ФСИ двух концевых трансформаторных звеньев (ТЗ), как показано на рис. 6.3,г. Эти звенья являются полно­ правными звеньями фильтра, определяющими все его качественные показатели. Последний способ согласова­ ния чаще используется в широкополосных УПЧ,

200