Учебники / РПрУ Палшков (1) (1)

ки связи [»‹, определяемая взаимоиндуктивностью М, наводит эдс в катушке контура Г... Взаимоиндуктивность можно регулировать, изменяя расположение катушек [е и [ь. Катушки разделены электростатическим экраном, устраняющим передачу сигна-

ла от антенно-фидерной системы к контуру ГьСк за счет емкостной связи. Наличие этой связи приводит к нежелательному

проявлению антенного эффекта фидера.

Определим оптимальный коэффициент связи Когт. Воспользу-

где АЮ^ — вещественная часть сопротивления, вносимого из цепи антенны.

По формуле, известной из теории связанных цепей, рассчитаем

где Юл=Ал— -вещественнаяЮ, часть сопротивления антенной цепи; Ю:‹ — активное сопротивление катушки связи}; Хев=®оМ —

сопротивление связи цепи антенны с контуром; 7250=оА-- + 02[2—квадрат. модуля полного сопротивления антенной цепи.

Предполагая, что Юле < и учитывая, что к=М/У Тк, получаем (3.42) в виде

Копт == (И о Г/В Е ВА/ь Ге).

Коэффициент связи Копт, Необходимый для согласования, опре-

Если в0[‹/0ф5=1, ТО Копт>> Копт шт. При неудачном выборе ин- дуктивности катушки связи может оказаться, что Копз превысит конструктивно обеспечиваемое значение кКконстр. Конструктивно обеспечиваемый коэффициент связи между катушками всегда меньше единицы:

51

для трансформаторов с замкнутым магнитопроводом из фер-

родиэлектрика Кконстр= 0,85-—0,95; для воздушных трансформаторов с электрическим экраном

Кконстр< 0,5--0,6.

Из соотношения (3.43) следует, что при добротности контура

меньше двух единиц невозможно осуществить согласование, используя трансформаторную связь фидера с контуром (при @к<2

Коптиит> 1, Что физически осуществить невозможно).

При изменении частоты настройки входной цепи в заданном диапазоне требуемый для согласования коэффициент связи также изменяется. Пределы изменения Кот будут наименьшими, если выбрать индуктивность катушки связи так, чтобы на средней

частоте диапазона Фор коэффициент связи Копт был минимальНЫМ, Т. ©.

Ге — б/о ср’

ГДе*®оср = у опии@отах.

Избирательность входных цепей прн больших расстройках

При изучении входных цепей были получены соотношения, определяющие коэффициент избирательности при малых рас-

стройках, т. е. когда Лю=и—в <. На практике представляет также интерес избирательность при больших расстройках, соответствующих побочным каналам приема. Общие формулы, полученные на основе полных решений задачи прохождения сигнала, оказываются громоздкими. Достаточная для практики точность достигается, если оценить избирательность при очень больших

(бэвч> 00) и очень малых (®нчо<) частотах мешающего сигнала.

Коэффициент избирательности можно найти, предполагая, что в области высоких частот индуктивные сопротивления существенно превосходят емкостные, а в области низких частот, наоборот, емкостные сопротивления оказываются много болыше индуктивных. Анализ практических схем входных цепей позволяет сделать следующие выводы:

1. Избирательность входных цепей при больших расстройках определяется добротностью контуров @х и растет с ее увеличе-

нием.

2. Коэффициент избирательности при больших расстройках можно получить, если воспользоваться предельными соотношени-

3.9. Входная цепь приемника с электронной настройкой

Настройка колебательного контура входной цепи и последующих пепей, перестраиваемых при приеме сигналов с различны-

ми несущими частотами, может осуществляться электронным спо-

52

собом с помощью варикапа (рис. 3.17, а, в.) или ферровариометра— ФВ (рис. 3.17, 6).

Настройке ферровариометрами свойственны существенные недостатки: сравнительно большая мощность, необходимая для из-

Рис. 3.17

менения индуктивности; большая температурная нестабильность магнитной проницаемости феррита; неоднозначность настройки, обусловленная гистерезисом; инерционность в процессе установления индуктивности; критичность к механическим воздействиям; низкая добротность.

Поэтому чаще используется настройка варикапом.

Достоинствами электронного способа настройки варикапом являются: высокая скорость перестройки; отсутствие механических контактов в пепях контура; высокая устойчивость по отношению к климатическим и механическим воздействиям; простота реализации дистанционного управления настройкой; невысо-

кая стоимость элемента перестройки; простота осуществления необходимого закона изменения частоты настройки при перемеще-

нии ручки настройки.

Принципиальная схема одноконтурной входной цепи с элект-

ронной перестройкой с помощью варикапа изображена на рис. 3.17, а. Контур [кСк связан с антенной посредством внешне емкостной связи через конденсатор Сс и с первым каскадом с помощью трансформаторной связи. Цепь трансформаторной связи работает в режиме малого удлинения, компенсируя неравномер-

ность коэффициента передачи цепи связи антенны < контуром Емкость варикапа зависит от постоянного напряжения у. Со-

гласно [10]

53

`

ной емкости необходимю считаться с нелинейными процессами, со-

провождающими прием полезного сигнала.

Во-первых, ‘при появлении напряжения сигнала емкость Ск будет изменяться по несинусоидальному закону ютносителыьно значения емкости Ср, определяемой напряжением Роу. Постоянная составляющая этой емкости Со окажется больше Ср. Вследствие

этого понизится частота настройки контура. Таким образом, частота настройки входного контура зависит от уровня входного сигнала.

Следует обратить внимание на то, что это же явление будет наблюдаться также при действии любой помехи. Определим допустимый уровень напряжения ма контуре.

Найдем закон изменения емкости, полагая У,=Е,уНи., где Еу=фЕ—, — полное постоянное напряжение на р—п переходе ди-

ода; и_ — переменная составляющая напряжения на варикапе. Тогда для варикапа, емкость которого описывается соотноше-

нием Ск={(и), получим

С.=ЕЕы-и.). (3.46)

Предположим, что ‘переменная составляющая и. мала. Представим (3.46) рядом Тейлора:

С. (Вы) (Въ. + ие +...

Если на зажимах контура существует напряжение и_ = ИжссоЗ®св, то

С=Р (Еоу) Итс‹ — амплитуда первой гармоники емкости; Ста=

=(Е) И? — амплитуда второй гармоники емкости. На рис.

3.19показана зависимость отношения СуСр от Ито/Есу, из кото-

54

рой видно, что большее изменение средней емкости контура Со характерно для варикапов с резким переходом (3.44).

Используя (3.47), находим относительное приращение емкости

АС 1 Г (В) 2

Ср 4 [(Е) "т.

Допустим, что смещение частоты настройки

Учтем, что АСь=АС и Сь=С,»-+Се-Слош, где Сдоп— емкость подстроечного конденсатора и собственная емкость катушки кон-

О" с. доп = (Ф— Бо») 3/ ИО, = 3 Воу/У ©,.

Следовательно, диоды с резким переходом допускают работус меньшими уровнями сигнала по сравнению © диодами другого

типа, Вторым эффектом; с которым следует считаться при использо-

регенерацией сигнала.

Из курса «Теории нелинейных электрических цепей» [59] известно, что при параметрическом изменении емкости контура с частотой в 2 раза выше частоты сигнала происходит компенсация потерь в контуре. Это параметрическое изменение емкости вари» капа может происходить как вследствие большого уровня самого

сигнала (3.47) с амплитудой Иже, так и вследствие помехи.

В последнем случае, когда помеха создает изменение емкости с частотой ®п=2с, уровень регенерации сигнала оказывается более высоким.

Найдем напряжение помехи, вызывающее допустимое изменение параметров входной цепи. Помеха с несущей частотой ®и=

=2%‹ вызывает компенсацию потерь в контуре, которую можно оценить согласно [59] вносимым отрицательным сопротивлением

где Ю’=Ю-+— сопротивление-АЮвн потерь в контуре с регенерацией; Ю — сопротивление потерь в контуре без регенерации.

Учитывая (3.52), получаем (3.53) в виде

где Ст› — амплитуда изменения емкости с частотой 2; Ско— постоянная составляющая емкости контура.

Ин плон = 2 | (В») УТ,Ю Р (Еь,)

или

И т.п дов = 2 И (Ф— Ебу) УТ к,/0, = Е» И1—ку,/Цк,

где п=2 для варикапов с резким переходом и п=3 для варика-

ная цепь самовозбудится. В‘этих условиях будет генерироваться колебание с частотой сигнала ®с за счет энергии, поступающей на

частоте юл= ес.

Очевидно, ку следует принять близким к единице, если необходимо получить стабильные показатели входной цепи. Обычно ку= =0,9; при этом добротность контура будет изменяться не более

чем на 104.

Если варикап с резким переходом (п=2), то допустимое напряжение помехи на зажимах варикапа

Допустимое напряжение на зажимах контура можно увеличить путем встречно-последовательного включения варикапов так, как показано на рис. 3.17, в. В диапазоне километровых, гектометровых и декаметровых волн уровень напряжения помехи может существенно превосходить значения, определяемые по формуле (3.56). Поэтому для осуществления электронной перестройки необходимо предусмотреть в элементах связи антенны с кон-

56

туром дополнительное подавление помехи. Возможно также при-

менение для этой цели нелинейных цепей — ограничителей, В диапазоне УКВ реальные условия приема практически ис-

ключают появление помех с большим уровнем, превосходящим

С тпдоп. Поэтому в диапазоне УКВ обычно нет необходимости в дополнительных мерах повышения избирательности входной цепи при использовании электронной перестройки.

3.10. Особенности схем и конструкций входных цепей на различных радиотехнических диапазонах.

Пути миниатюризадии входных цепей

В качестве избирательных цепей во входном устройстве приемника могут быть использованы любые резонансные системы. Естественно стремление конструкторов уменьшить габаритные размеры резонансных систем при сохранении достаточно высоких значений добротности, так как добротность определяет избиратель-

ность контуров.

Известно, что добротность контура @= во[к/Кк. Поэтому для получения большой добротности желательно иметь контур с бобльним отношением индуктивности к активному сопротивлению. В диапазонах километровых, гектометровых и декаметровых волн ма-

лые габаритные размеры контуров можно обеспечить, используя цепи с сосредоточенными параметрами Гк и Ск. Индуктивность „контура выполняют в виде катушек с многослойной намоткой на низких частотах указанных диапазонов и с однослойной намоткой— на высоких частотах. Магнитопровод катушки выполняют -из материалов с большой магнитной проницаемостью иь>[ на низкочастотных диапазонах. Это позволяет при небольших размерах и при относительно малом числе витков тюлучить большую

индуктивность. При этом возможно использовать провод большего диаметра и, следовательно, можно уменьшить активное сопротивление контура КЮ.

Хорошие результаты дает применение намотки катушек из литцендрата —‘провода, составленного из ‘отдельных изолированных эмалью проводников. Эти проводники скручивают особым образом, с тем чтобы исключить уменьшение действующего сечения провода, вызванное поверхностным эффектом.

Катушки овязи в этих диапазонах выполняют обычно с уни-

версальной намоткой и проводом меньшего сечения, чем провод контурной катушки. Это обусловлено малым влиянием потерь в катушках связи на характеристики входной цепи.

В диапазоне метровых волн и более коротких применение цепей с сосредоточенными параметрами становится затруднительным из-за невозможности осуществления требуемой индуктивности. Дело в том, что емкость контура не ‘может быть уменьшена ниже

определенного значения Сши= Свх-^ Свь где Сьх — входная емкость усилительного каскада и Си — емкость монтажа. При высокой частоте настройки необходимая индуктивность становится меньше

57

собственной индуктивности соединительных проводов и нереализуемой и неконтролируемой. На границе метрового и дециметро-

вого диапазонов находят применение контуры, сочетающие сосредоточенную регулируемую емкость и индуктивность в виде дуг, соединяющих симметрично расположенные статорные ‘пластины конденсатора. Перемещение подвижных (роторных) пластин кон-

максимальная. В этих же условиях индуктивность также макоимальная. При полностью выведенных пластинах ротора (рис. 3.20,

6) емкость контура минимальная. В этом ‘положении тело ротора перекрывает дуги — индуктивную часть контура. В роторе возникают вихревые токи, магнитное поле которых компенсирует ‘магнитное поле соединительных дуг— индуктивность контура. При

небольшом зазоре это может вызвать сильное уменьшение индукливности контура. Таким образом, достигается одновременно из-

менение как емкости, так и индуктивности контура. На рис. 3.20, в показана эквивалентная схема контура. Она содержит два конденсатора, включенных последовательно, и две индуктивности, включенные параллельно. Коэффициент перекрытия диапазона

при использовании этого контура достигает пятикратного значения. Контуры подобного типа получили название конденсатор-

ных или бабочковых. Они используются в различных измерительных УКВ приемниках с широким диапазоном настройки. Преимущество этого контура— практическое постоянство характеристи-

ческого сопротивления контура рк=И Гх/Ск, недостаток— трудность создания многодиапазонного приемника. При переходе на

другой поддиапазон необходима полная замена этого контура. Для осуществления связи с таким контуром достаточно подключиться к соответствующему участку индуктивной его части. На рис. 3.20, а и в показаны выводы контура для осуществления автотрансформаторной связи с антенной (1—1) и непосредственной

связи с усилительным каскадом (1—2).

58

В диапазонах волн короче 1 м в качестве резонананых систем используют обычно цепи с распределенными параметрами [4 и С:. В дециметровом диапазоне волн чаще всего применяют отрезки коаксиальных линий, короткозамкнутые на одном или обоих концах. В сантиметровом диапазоне волн широко используют ютрезки волноводов либо полосковых линий

Последние позволяют удачно сочетать изготовление интегральных узлов приемника и резонансных систем в едином технолюгическом процессе и обеспечить миниатюризацию входных элементов радиоприемников

В миллиметровом диапазоне волн также широко используются резонаторы в виде отрезков волноводов и микрополосковых линий Эквивалентные схемы этих резонаторов, электрические параметры этих схем, зависимость этих параметров от конструкции резонаторов, элементы связи резонатора свнешними цепями изу-

чаются в курсах «Техническая электродинамика» и «Теория и техника сверхвысоких частот» Эквивалентные схемы резонаторов не от-

личаются от эквивалентных схем цепей с сосредоточенными параметрами, поэтому все положения теории входных цепей применимы и ко входным цепям любого радиотехнического диапазона ВОЛН

4. Резонансные усилители

®

4.1. Назначение и классификация резонансных усилителей

Резонансными называют усилители, осуществляющие усиление высокочастотных модулированных колебаний в заданной полосе частот. В состав усилительного каскада входят усилительный прибор, избирательная цепь, предназначенная для выделения

области частот, где содержится основная часть спектра полезного сигнала; цепи связи

Согласование усилительного прибора с избирательной цепью и этой цепи с нагрузкой осуществляется с помощью реактивных

элементов с тем, чтобы не ухудшать усилительные и избирательные свойства каскада. В качестве усилительного прибора исполь-

зуются транзистор; электронная лампа, туннельный диод, пара-

метрический квадрупольный, квантово-механический приборы; микроузлы (интегральные схемы) и др Нагрузкой резонансного усилителя являются следующие элементы структурной схемы усилительный каскад, преобразователь частоты, детектор

При необходимости получения большого усиления сигнала применяют многокаскадные усилители Еоли избирательные свойства

обеспечены в предыдущих элементах структурной схемы, то для усиления могут быть использованы апериодические усилители с

резистивными нагрузками Однако следует иметь в виду, что апериодические усилители имеют относительно малый коэффициент

59

усиления по сравнению с резонансными при применении одних и тех же усилительных приборов.

Апериодические усилители имеют, как правило, избыточную полосу пропускания. Вследствие этого вещественная часть проводи-

В зависимости ют числа контуров в составе избирательной цепи усилителя различают одноконтурные, двухконтурные и многоконтурные усилители. К последним также относятся усилители с фильтрами сосредоточенной избирательности (ФСИ).

В зависимости от отношения полосы пропускания АЁРо к ча- стоте настройки 0 различают широкополосные усилители (при АР> 0,2} и узкополосные (при АР/№ю< 0,2). Основанием для указанного различия является, то, что широкополосные усилители трудно осуществить при высоких требованиях к симметрии частотных характеристик относительно центральной частоты наст-

ройки р. Простые избирательные цепи в виде одного или двух

колебательных контуров в каждом каскаде позволяют получить достаточно симметричные характеристики только при относитель-

но узких полосах пропускания (АР/р< 0,1).

Известна связь между полосой пропускания АЁк одиночного

Реализуемая добротность контура ограничена, поэтому ‘невоз-

можно получить узкие полосы меньше величин, юпределяемых со-

отношением (4.1).

4.2.Основные показатели резонансных усилителей

1.Резонансный коэффициент усиления равен отношению амплитуд напряжений: выходного И» к входиому Ош на резонансной

частоте настройки усилителя (рис. 4.1):

60