7.2.4. Усилитель промежуточной частоты изображения
На рис. 7.6 представлена одноканальная (последовательная) схема радиоканала телевизионного приемника, в которой усиление сигналов изображения и звукового сопровождения происходит совместно в тракте УПЧИ. Такое построение усилительного тракта широко распространено, так как позволяет упростить схему приемника и обеспечить хорошие характеристики тракта. Сигналы изображения и звукового сопровождения разделяются после видеодетектора BД.
Функции УПЧИ. В одноканальной схеме радиоканала УПЧИ выполняет следующие функции:
усиливает сигналы изображения и звукового сопровождения;
обеспечивает частотную избирательность по соседним каналам приема;
изменяет форму спектра сигнала, изображения в области низких частот модуляции, передаваемых двумя боковыми.
Форма АЧХ УПЧИ. Полоса пропускания УПЧИ должна соответствовать ширине спектра телевизионного сигнала (8 МГц в стандартах D/K). За пределами этой полосы коэффициент передачи должен быть как можно меньше для подавления помех, поступающих по соседним каналам приема. В пределах полосы пропускания коэффициент передачи должен быть неравномерен, что связано с необходимостью получения различного усиления для различных составляющих спектра радиосигнала вещательного телевидения: для составляющих спектра сигналов звукового сопровождения, для составляющих спектра сигнала изображения, передаваемых одной боковой полосой, и для составляющих сигнала изображения, передаваемых двумя боковыми полосами.
Типичная АЧХ УПЧИ схематически представлена на рис. 7.13.
Участок АЧХ (1) возле частоты 31,5 МГц служит для усиления сигналов звукового сопровождения. Его ширина соответствует ширине спектра сигнала звукового сопровождения (0,25 МГц в стандартах D/K). Усиление УПЧИ на этом участке выбирают относительно небольшим, так как сигнал звукового сопровождения большего уровня при плохом разделении сигналов изображения и звука мог бы создать помехи на экране кинескопа.
Участок АЧХ (2) служит для усиления сигналов изображения, передаваемых одной боковой полосой амплитудно-модулированного сигнала. На этом участке УПЧИ должен иметь наибольшее усиление, по возможности одинаковое для всех частот. В этой области фазо-частотная характеристика линейна, что минимизирует искажения сигнала.
Участок АЧХ (3) служит для усиления несущего колебания, а также сигналов изображения, передаваемых двумя боковыми полосами АМ сигнала. На этом участке усиление УПЧИ равномерно падает с увеличением частоты, составляя на частоте несущей изображения 38 МГц ровно половину от максимального усиления.
Рис. 7.13. Спектр радиосигнала вещательного телевидения (а) и амплитудно-частотная характеристика УПЧИ (б): I – спектр сигналов звукового сопровождения; II – однополосные составляющие спектра сигнала изображения; III – составляющие спектра сигнала изображения, передаваемые двумя боковыми полосами
Срез Найквиста. Спад АЧХ УПЧИ в области верхних частот (37 – 39 МГц) называют комплементарным спадом АЧХ или, иначе, спадом Найквиста. Комплиментарный спад нужен для формирования такой формы спектра радиосигнала изображения, которая обеспечила бы неискаженное детектирование.
Дело в том, что при детектировании двухполосного сигнала уровень выходного сигнала детектора в два раза больше, чем при детектировании однополосного сигнала. Но в радиосигнале изображения мелкие детали изображения передаются одной боковой, а крупные – двумя боковыми. При детектировании такого сигнала в выходном напряжении детектора мелкие детали передавались бы меньшим уровнем, чем крупные. Соответствующие искажения спектрального состава продетектированного сигнала иллюстрируются рис 7.14, а.
Для выравнивания спектрального состава выходного сигнала видеодетектора следовало бы полностью подавить вторую боковую. Однако это сложно сделать технически, и, кроме того, фильтры с резким срезом характеристик вносят фазовые искажения. Поэтому в АЧХ УПЧИ формируют плавный спад, причем неполное подавление составляющих спектра второй боковой компенсируется (дополняется) частичным подавлением соответствующих составляющих спектра первой боковой (рис 7.14, б).
Рис. 7.14. Искажения спектра сигнала при детектировании (а) и их компенсация комплиментарным спадом в спектре сигнала (б): 1 – спектр входных сигналов видеодетектора; 2 – спектр выходных сигналов видеодетектора
Требования к УПЧИ. При уровне сигнала на входе УПЧИ порядка 1мВ уровень сигнала на его выходе должен быть порядка 1 В. Таким образом, коэффициент усиления УПЧИ должен составлять не менее 60 дБ. Для сигнала звукового сопровождения усиление выбирают на 20 дБ меньше. Во избежание перегрузки усилителя сильным входным сигналом, усиление уменьшается системой АРУ.
Жесткие требования предъявляют к полосе пропускания УПЧИ и к равномерности его АЧХ в области соответствующей спектру сигналов изображения. При чрезмерно широкой полосе пропускания снижается помехозащищенность телевизионного приемника, при слишком узкой – ухудшается четкость изображения и искажается цветопередача, вплоть до потери цветности.
С точки зрения избирательности по соседним каналам приема наиболее опасными являются частоты 30 МГц (несущая изображения соседнего канала) и 39,5 МГц (несущая звукового сопровождения другого соседнего канала). Ослабление на этих частотах должно быть не менее 40 дБ.
Режим работы усилительных приборов должен обеспечить линейность амплитудной характеристики. В телевизорах черно-белого изображения нелинейные искажения приводят к нарушению градаций яркости. В телевизорах цветного изображения они могут вызвать, кроме того, появление цветных горизонтальных полос, чередующихся через строку.
Функциональная схема УПЧИ. Типовая функциональная схема УПЧИ приведена на рис. 7.15.
В современных телевизорах требуемая форма АЧХ УПЧИ достигается применением фильтров сосредоточенной избирательности ФСИ. Используются фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ). К усилительным каскадам требования по избирательности при этом не предъявляются.
Рис. 7.15. Схема УПЧИ: ПУПЧ – предварительный усилитель промежуточной частоты; ФСИ – фильтр сосредоточенной селекции; УПЧ – основной усилитель промежуточной частоты
Фильтр на ПАВ. Фильтр на ПАВ содержит входной и выходной встречно-штыревые преобразователи (ВШП), расположенные на поверхности пьезоподложки. При поступлении электрического сигнала на входной ВШП на поверхности пьезоподложки возбуждаются акустические волны. Эти волны достигают выходного ВШП, который осуществляет обратное преобразование акустических волн в выходной электрический сигнал. Форма и расположение электродов на пьезоподложке определяют время задержки и величину каждого парциального (частичного) сигнала, поступающего на выход фильтра, полный выходной сигнал представляет собой сумму парциальных сигналов. Фильтры, работа которых основана на суммировании сигналов с разной задержкой, взятых в разных весовых соотношениях, называют трансверсальными. Таким образом, фильтр на ПАВ можно рассматривать как трансверсальный фильтр, выполненный не на отдельных дискретных элементах, а в виде принципиально неразъемного функционального узла. Для получения нужной формы АЧХ используют изменение степени перекрытия соседних электродов ВШП по их длине (так называемая аподизация), изменение ширины электродов, удаление части электродов, неэквидистантную расстановку электродов и включение дополнительных электродов на пути распространения ПАВ от входного к выходному ВШП. Конструктивно фильтры на ПАВ оформляют в виде частотно-избирательных микросборок.
Усилители. Предварительный усилитель промежуточной частоты ПУПЧ выполняется на одном или двух транзисторах. В его функции входит:
согласование входа УПЧИ с выходом СК;
согласование выхода ПУПЧ со входом ФСИ на ПАВ;
улучшение отношения сигнал/шум за счет компенсации ослабления сигнала, возникающего в ФСИ.
Основной УПЧ обеспечивает требования к усилению сигнала и в современных ТВ приемниках выполняется в виде интегральной микросхемы, как правило, многофункциональной. Его выходные сигналы обеспечивают нормальную работу видеодетектора и системы АПЧГ. Коэффициент усиления изменяется системой АРУ при изменениях уровня входного сигнала.