книги из ГПНТБ / Левичев В.Г. Радиопередающие и радиоприемные устройства [учеб. пособие]

После значительного усиления избирательными усилителями принятые высокочастотные колебания детектируются. В резуль­ тате детектирования получаются низкочастотные сигналы. Именно они и являются носителями полезной информации, так как спо­ собны привести в действие оконечный прибор. Но для этого низ­ кочастотные (информационные) сигналы должны иметь опреде­

схем.

На рис. 2.1 изображена структурная схема самого простого приемника. Он называется детекторным. В этом приемнике всего два элемента. Входная цепь (ВЦ) представляет собой одиночный колебательный контур. За счет его резонансных свойств происхо­ дят выделение принимаемых высокочастотных колебаний и значи­ тельное подавление помех. Данныйпроцесс называется частот­ ной избирательностью. Затем выделенные колебания детектиру­ ются. Созданный низкочастотный (информационный) сигнал при-

водит в действие оконечный прибор. Успешная работа детектор­ ного приемника возможна только при относительно большой мощ­ ности принимаемых сигналов. Его достоинство заключается в от­ сутствии источников питания.

На рис. 2.2 приведена усложненная схема детекторного прием­ ника специального назначения. В нем после детектора имеется многокаскадный видеоусилитель. Следовательно, данный прием­ ник предназначен для приема импульсных сигналов. Такие при­ емники применяются в некоторых радиолокационных системах (например, маяках).

На рис. 2.3 показана обычная схема приемника прямого уси­ ления. Он отличается от детекторного приемника наличием уси-

200

лителя высокой частоты. В большинстве случаев УВЧ имеет один или два резонансных каскада на лампах или транзисторах. При числе каскадов более двух усилитель высокой частоты работает неустойчиво. Он обладает склонностью к самовозбуждению. Из-за такой опасности УВЧ не может иметь большого коэффициента усиления. Отрицательной особенностью УВЧ является зависи­ мость его показателей от частоты усиливаемых колебаний. Усили­ тель низкой частоты содержит один или два каскада. Они выпол­ няются на лампах или транзисторах. Избирательными свойствами УНЧ не обладает.

V _ _

Рис. 2.3. Структурная схема приемника прямого усиления

На рис. 2.4 изображена супергетеродинная схема радиолока­ ционного приемника. Ее типичной особенностью является наличие преобразователя частоты (ПЧ) и усилителя промежуточной ча­ стоты (УПЧ). Остальные элементы такие же, как и в приемниках прямого усиления. Преобразователь частоты состоит из смесителя

(С) и гетеродина (Г).

"И

Рис. 2.4. Структурная схема супергетеродинного приемника импульсных сигналов

Супергетеродинная схема приемника является наиболее совер­ шенной и наиболее распространенной. Поэтому поясним ее более подробно.

1) Входная цепь служит переходным звеном от приемной ан­ тенны к входу первого усилительного каскада. Ее назначение можно рассматривать с различных точек зрения. Выше было от­ мечено, что вследствие резонансных свойств колебательного кон­ тура входная цепь осуществляет предварительную частотную из­ бирательность полезных высокочастотных колебаний. К этому

201

можно добавить, что входная цепь обеспечивает согласование вол­ нового сопротивления антенного фидера с входным сопротивле­ нием приемника. Тем самым достигается возможно большее пре­ вышение напряжения сигнала над уровнем помех и шумов. По­ лезно также отметить, что входная цепь управляет работой пер­ вого усилительного каскада за счет энергии, принятой из окру­

ке есть не всегда, поэтому он изображен пунктиром. Однако чаще УВЧ имеется и обычно состоит из одного каскада. В этом избира­ тельном усилителе происходит преимущественное усиление коле­ баний полезного высокочастотного сигнала. Одно из главных тре­ бований к УВЧ радиолокационного приемника состоит в дости­ жении малого уровня внутренних шумов. Совокупность входной цепи и УВЧ в любом супергетеродинном приемнике называют преселектором. Преселектор осуществляет предварительно селек­

в сигнал промежуточной частоты. Промежуточная частота ниже несущей частоты принимаемого сигнала, но выше основных ча­ стот модуляции. Важной особенностью промежуточной частоты является ее постоянство при любой настройке приемника. Дости­

Гетеродин представляет собой автоколебательный генератор малой мощности. Он создает непрерывные синусоидальные коле­ бания высокой частоты, которая несколько отличается от несущей частоты принимаемого сигнала. Колебания гетеродина поступают в смеситель и смешиваются там с колебаниями сигнала.

В результате смешивания двух колебаний разных частот об­

4) Усилитель промежуточной частоты. Это многокаскадный избирательный усилитель. Он выполняется на пентодах или тран­ зисторах. Отличительной особенностью УПЧ является постоянная настройка его контуров. Они настраиваются один раз (на заво­ де) и в процессе эксплуатации приемника не перестраиваются.

Постоянная настройка контуров УПЧ позволяет иметь в нем много каскадов, не склонных к самовозбуждению до 12 и более. Технические показатели УПЧ не зависят от настройки приемника,

т.е. от настройки контуров входной цепи и УВЧ.

5)Детектор радиолокационного приемника осуществляет пре­ образование радиоимпульсов промежуточной частоты в видеоим­ пульсы.

202

6) Видеоусилитель увеличивает амплитуду импульсов до ве­ личины, обеспечивающей нормальную работу индикатора.

Рассмотренная структурная схема радиолокационного прием­ ника является неполной. Обычно в реальном приемнике имеются еще автоматические системы. Наиболее часто к ним относятся си-

I

Рис. 2.5. Структурная схема супергетеродинного приемника связи

стема автоматической регулировки усиления (АРУ) и система ав­ томатической подстройки частоты гетеродина (АПЧ). До входной цепи обычно включается разрядник защиты приемника. Прием­ ник необходимо защищать

ной помехи. Этой помехой называют такие высокочастотные ме­ шающие сигналы, которые, складываясь на входе смесителя с ко­

203

дина зеркальная помеха и полезный сигнал симметричны. По­ этому зеркальную помеху иногда называют симметричной по­ мехой.

Для устранения приема зеркального сигнала требуется не до­ пустить его до преобразователя частоты. Эту задачу должен ус­ пешно выполнять преселектор, т. е. входная цепь приемника и УВЧ.

Кроме обычных супергетеродинных приемников применяются приемники с двойным, а иногда и с тройным преобразованием частоты. Возможны также приемники гетеродинные, регенера­ тивные и сверхрегенератпвные. Чаще всего они имеют узкоспе­ циальное назначение.

2. Основные показатели приемника

Радиоприемник характеризуется определенными t качественны­ ми показателями.

1) Чувствительность характеризует способность приемника ус­ пешно принимать слабые сигналы.

Чувствительностью приемника называется наименьшая вели­ чина полезного сигнала в приемной антенне, способная обеспечить нормальную работу оконечного прибора. Условия нормальной ра­ боты оконечного прибора специально оговариваются.

Измерять чувствительность можно по напряжению (в микро­ вольтах), по мощности (в микроваттах) или по напряженности поля сигнала в месте приема (в милливольтах на метр). Чувст­ вительность по напряжению определяют у приемников длинных, средних и коротких волн. В диапазоне УКВ (особенно на санти­ метровых волнах) ее обычно измеряют по мощности. Измерение чувствительности по напряженности поля характерно для при­ емников с магнитной (ферритовой) антенной. Чувствительность приемника зависит от его коэффициента усиления и внутренних шумов.

Коэффициент усиления приемника измеряют при его точной на­ стройке на частоту принимаемых колебаний. При расстройке при­ емника его усиление и чувствительность понижаются.

Величина внутренних шумов приемника в основном опреде­ ляется сигнальным трактом. К этому тракту (или части приемни­ ка) относятся входная цепь, УВЧ и преобразователь частоты. Уровень шумов на выходе приемника также зависит от полосы пропускания УПЧ.

На практике измерение чувствительности производится путем под2чи испытательного сигнала на вход приемника через эквива­ лент антенны. Испытательный сигнал получается от измеритель-

204

ноги генератора. Он должен быть синусоидальным, непрерывным и иметь нормальную модуляцию. Если она амплитудная, то глу­

сигналов, то девиация частоты испытательного сигнала обычно со­ ставляет 30% максимально допустимой.

Чувствительность радиолокационных приемников часто оцени­ вается коэффициентом шума. Он определяется подачей на согла­ сованный вход приемника так называемых «белых» шумов. Их уровень устанавливается равным уровню собственных шумов при­ емника. О равенстве этих уровней судят по удвоению мощности шума на выходе приемника.

2) Избирательность приемника характеризует его способность отделять полезный высокочастотный сигнал от всех мешающих сигналов (т. е. помех), которые возникают в приемной антенне. На практике наиболее опасны помеха от соседней станции и зер­ кальная помеха.

Избирательность по соседнему каналу обеспечивается усилите­ лем промежуточной частоты. Избирательность по зеркальному ка­ налу обеспечивается преселектором.

Физическая суть частотной избирательности заключается в преимущественном (избирательном) усилении полезного сигнала. Такое усиление получается за счет использования резонансных свойств колебательных контуров.

Количественная оценка избирательности приемника в целом или его отдельных частей осуществляется при помощи коэффи­ циента избирательности и коэффициентов прямоугольности ча­ стотной характеристики. Приблизительно об избирательности приемника можно судить по его полосе пропускания.

Коэффициент частотной избирательности приемника равен от­ носительному ослаблению его чувствительности при заданной рас­ стройке, что равноценно ослаблению помехи в такое же число раз.

Величина расстройки, выбираемой для определения избира­ тельности по соседнему каналу, зависит от назначения приемника, его диапазона, вида модуляции и других причин. У связных и ра­ диовещательных приемников длинных, средних и коротких волн

избирательность по соседнему каналу определяют для расстрой­ ки Д/ = 10 кгц.

Избирательность по зеркальному каналу у всех приемников определяется для расстройки A / = 2 f n p , т. е. равной удвоенной про­ межуточной частоте.

С небольшой точностью определение избирательности прием­ ника можно осуществлять по его частотной характеристике. При-

205

мер возможной частотной характеристики приемника приведен на

В дальнейшем индексы при обозначении а всегда будут соответ­

206

Выше отмечалось, |Что избирательность приемника можно определять в децибелах. Тогда имеются ввиду следующие соот­ ношения:

Лучшая избирательность приемника по соседнему каналу объ­

К тому же их эквивалентная добротность ниже, чем у контуров усилителя промежуточной частоты. Избирательность по зеркаль­ ному каналу уменьшается с повышением частоты настройки при­

ристика приемника близка к прямоугольной. Частотную характе­ ристику примерно прямоугольного вида получают за счет приме­ нения связанных контуров или при помощи особой настройки одиночных контуров различных каскадов приемника. Примеры ча­ стотных характеристик, поясняющие взаимную связь полосы про­

На нижней части рисунка показаны возможные варианты ча­ стотных характеристик приемника с необходимыми пояснениями.

Полоса пропускания является условным понятием, так как может определяться на различных уровнях частотной характери­ стики. Наиболее часто ее определяют на уровне 0,707 от макси­ мального и обозначают 2Д/0,7 или JLo.v-

У связных телефонных приемников с амплитудной модуляцией 2Д/о,7<5—6 кгц. У радиовещательных приемников полоса пропу­ скания 6—12 кгц при амплитудной модуляции и 200—300 кгц при

207

частотной модуляции. У телевизионных приемников полоса про­ пускания значительно шире (3—15 Мгц).

У импульсных радиолокационных приемников полоса пропу­ скания обычно соответствует уравнению

где хц — длительность принимаемых радиоимпульсов.

Рис. 2.8. Примеры различных резонансных характеристик приемника:

а — желательная форма резонансной характеристики; б — хорошая из­ бирательность, но малая полоса пропускания: в — широкая полоса пропускания, но плохая избирательность; г—хорошая избирательность к достаточная полоса пропускания

4. Выходная мощность или выходное напряжение, обеспечи­ вающие нормальную работу оконечного прибора. В приемниках связи и в радиовещательных приемниках оконечный прибор по­

ся электронно-лучевая трубка. Для ее нормальной работы требу­

зона. При дискретной настройке прием осуществляется только на фиксированных волнах. Очень часто весь диапазон рабочих волн

208

разделяется на несколько поддиапазонов. Коэффициент перекры­ тия поддиапазона обычно не бывает больше трех.

Приемники различных диапазонов волн заметно отличаются конструктивным выполнением преселектора и преобразователя ча­ стоты.

§ 2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ 1. Классификация усилителей

Усилителем называется устройство, предназначенное для уве­ личения мощности электрических колебаний (сигналов) без изме­ нения их формы или частотного спектра. Однако на практике ис­ пользуют три термина: усилитель мощности, усилитель напряже­ ния и усилитель тока. Эти термины условны, но достаточно об­ основаны.

В усилителе мощности основной задачей является выделение определенной мощности на полезной нагрузке, а выходное на­ пряжение не имеет значения. Оно может быть даже меньше, чем на входе.

В усилителе напряжения режим работы выбирается так, чтобы выходное напряжение сигнала получалось возможно больше вход­ ного. При этом величина выходной мощности не имеет сущест­ венного значения, хотя она, конечно, больше, чем на входе.

В усилителе тока интересуются только этим параметром сиг­ нала, а его мощность и напряжение не имеют значения.

В указанном смысле в радиоприемниках преобладают усили­ тели напряжения и только его оконечный каскад обычно можно

относятся усилители низкой частоты и видеоусилители.

В настоящее время встречаются различные названия усили­ телей, применяемых до преобразователя частоты. Их называют

Усилительные каскады можно также классифицировать по спе­

ные каскады бывают: с общим катодом, с общей сеткой, с общим анодом, с общим эмиттером, с общей базой и с общим коллекто­ ром. К особой группе относят усилительные каскады с разделен­ ной нагрузкой.

2. В зависимости от вида нагрузки лампы или транзистора каскад может быть резисторный (реостатный), трансформаторный или дроссельный. Р1ногда применяют комбинированную нагрузку,

209