- •Раздел 1. Общие сведения о радиоприемных устройствах
- •1.1 Основные функции РПУ
- •1.2 Классификация РПУ
- •Раздел 2. Помехи радиоприему
- •2.1 Классификация радиопомех
- •2.2 способы описания внутренних шумов
- •2.3 Шумы сопротивлений
- •2.4 Шумы антенны
- •2.5 Шумы колебательного контура
- •2.6 Шумы усилительных компонентов
- •2.7 Эквивалентные шумовые схемы усилительных элементов
- •2.8 Коэффициент шума
- •2.9 Метод шумящего четырехполюсника
- •2.10 Оптимальное сопротивление источника сигнала
- •2.11 Коэффициент шума каскадного соединения четырехполюсников
- •2.12 Связь коэффициента шума и чувствительности
- •2.13 Коэффициент шума пассивного четырехполюсника
- •2.14 Расчет чувствительности РПУ
- •3.1 Классификация согласующих цепей
- •3.3 Структура идеальной согласующей цепи
- •3.4 Двухэлементная согласующая цепь
- •3.6 Анализ коэффициента передачи по мощности
- •3.7 Анализ коэффициента передачи по напряжению
- •3.8 Анализ полосы пропускания СЦ
- •3.9 Искажения сигналов
- •3.10 Общие сведения о ВЦ
- •3.11 Автотрансформаторная ВЦ
- •3.12 ВЦ с внешнеемкостной связью с антенной
- •3.13 Входная цепь с трансформаторной связью
- •3.14 ВЦ с комбинированной связью с антенной
- •3.15 ВЦ с внутриемкостной связью с антенной
- •3.16 Многозвенные согласующие цепи
- •3.17 Входная цепь с магнитной антенной
- •3.18 Согласующие цепи СВЧ
- •3.19 Согласование по мощности в цепях с распределенными параметрами
- •3.20 Входная цепь на микрополосковых линиях
- •3.21 Специальные входные устройства СВЧ
- •4.4 Анализ УРС с сосредоточенными параметрами
- •4.5 Коэффициент устойчивого усиления
- •4.6 Коэффициент передачи по мощности
- •4.7 Коэффициент шума УРС
- •4.8 УРС на полевых и биполярных транзисторах
- •4.9 Каскодная схема УРС
- •4.10 Многокаскадные УРС
- •4.11 Бесконтурные УРС
- •4.12 Узкополосные УРС с сосредоточенной избирательностью
- •4.13 Особенности УРС диапазона СВЧ
- •4.15 Усилители на ЛБВ
- •Раздел 5. Каскады с переменными параметрами
- •5.3 Транзисторные ПЧ
- •5.4 Диодные ПЧ
- •5.6 Расчет избирательности по зеркальному каналу
- •Раздел 6. Детекторы приемных каналов
- •6.1 Историческая справка
- •6.2 Общие сведения о детекторах
- •6.3. Амплитудные детекторы
- •6.5. Частотные детекторы
- •7.2. Настройка частоты
- •7.3 Системы автоматической подстройки частоты
- •7.4. Регулировка усиления
- •7.5 Примеры систем на основе АРУ
- •7.6. Регулировка чувствительности
- •8.2 Радиоприемные устройства с активными антеннами
- •8.3 Особенности РПрУ с активной фильтрацией
- •8.4 Приемники сигналов стереовещания
- •8.5 Прием ЧМ сигналов
- •8.6 Прием импульсных сигналов
- •8.7 Приём телеграфных сигналов
- •8.8 Прием сигналов в оптическом диапазоне
- •8.9 Телевизионные приёмники
- •8.10 Радиорелейные и спутниковые линии связи
- •Лекция №1. Основные определения и классификация радиоприёмных устройств
- •Лекция №2. Структуры и особенности построения радиоприёмных трактов
- •Лекция №3. Основные характеристики и параметры радиоприёмных устройств
- •Лекция №7. Согласование в цепях с сосредоточенными параметрами
- •Лекция №8. Входные цепи с сосредоточенными параметрами
- •Лекция №9. Согласование в цепях с распределенными параметрами
- •Лекция №10. Устройства согласования СВЧ специального назначения
- •Лекция №13. Типовые схемы УРС
- •Лекция №14. УРС СВЧ диапазона
- •Лекция №15. Окружности равного усиления
- •Лекция №17. Реактивные преобразователи частоты
- •Лекция №18. Резистивные преобразователи частоты
- •Лекция №19. Типовые схемы преобразователей частоты
- •Лекция №20. Общие сведения о детекторах. Внутренние и внешние параметры АМ детекторов
- •Лекция №21. Режим слабого сигнала
- •Лекция №22. Режим сильного сигнала
- •Лекция №23. Синхронные АМ детекторы
- •Лекция №24. Фазовые детекторы
- •Лекция №25. Частотные детекторы
- •Лекция №26. Регулировка частоты настройки
- •Лекция №27. Системы автоматической подстройки частоты
- •Лекция №28. Регулировка усиления. Основные способы и структуры
- •Лекция №32. РПРУ с активной фильтрацией
- •Лекция №34. Приемники ЧМ сигналов
- •Лекция №36. Приемники дискретных сигналов
- •Лекция №37. Приемники радиорелейных и спутниковых линий связи
- •Лекция №38. Цифровые приемники. Формирование цифровых сигналов
- •Лекция №40. Сжатие информации. Современные системы цифрового вещания
|
Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
S |
|
n |
|
2 4 n 2 −1 |
n |
= |
Кnϕ |
|
|
|
|
|
||
|
= |
|
|
|
|
|
|
3 |
(n), |
|
|
|||||||
|
|
2πC F |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|||
|
|
0,707 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
и при К1=4 и n=4 равен примерно 12 (рис. 4.31). |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
7 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
передача |
6 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Суммарная |
3 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
3 |
5 |
7 |
9 |
1 1 |
1 3 |
1 5 |
1 7 |
1 9 |
2 1 |
2 3 |
2 5 |
2 7 |
2 9 |
3 1 |
3 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Число каскадов |
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 4.31
4.11 Бесконтурные УРС
Основным фактором, не позволяющим полностью интегрализовать УРС, является наличие катушки индуктивности. Существуют два основных способа обеспечения необходимой селективности без катушек индуктивности и решения этой проблемы:
1)применение пассивных RC фильтров;
2)применение активных RC фильтров (АФ).
Первый подход позволяет формировать любые АЧХ, в том числе и полосовые, но приводит к значительному снижению коэффициента передачи. На рис. 4.33 показан принцип формирования АЧХ полосового типа с помощью дифференцирующей (ФВЧ) и интегрирующей (ФНЧ) цепей первого порядка (рис. 4.32).
C1 |
К |
|
|
|
|
|
ФНЧ |
ФВЧ |
Rc |
|
|
|
C2 |
|
|
Rн |
|
e |
|
Формируемая |
|
АЧХ полосового типа |
f
Рис. 4.32 |
Рис. 4.33 |
Этот принцип может быть легко реализован в апериодических УРС. Разделительные конденсаторы при этом могут выполнять функции элементов
129
Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства
дифференцирующих цепей, а входные емкости активных элементов совместно с коллекторной нагрузкой – интегрирующих цепей (рис. 4.34). Второй подход основан на применении частотно-зависимых обратных связей.
Rк |
Ср |
Rк |
|
||
|
Ср |
|
Ср |
|
|
|
|
|
|
|
Свх |
Рис. 4.34
4.11.1. Типы активных элементов в АФ
Обобщенная структурная схема АФ может быть представлена в соответствии с рис. 4.35.
|
|
|
|
a11 |
a12 |
|
|
|
|
I1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
a21 |
a22 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
U1 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
y11 |
y12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
y21 |
y22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 4.35 |
I2
Активный |
U2 |
элемент |
Пассивная цепь описывается матрицей Y-параметров, а активный элемент - так называемой цепной матрицей (4.5)
|
A |
|
= |
a11 |
|
a12 |
= |
1 g21 |
|
1 y21 |
, |
(4.47) |
||||
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
a21 |
|
a22 |
1 z21 |
1 h21 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
которая соответствует уравнениям |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
U |
= a |
|
|
U |
|
+ a |
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
11 |
|
2 |
|
12 |
|
2 |
|
(4.48) |
|
|
|
|
|
I1 = a21U2 + a22I2. |
|
|
Направление тока I2 при этом изменено на противоположное.
В (4.47) g21- коэффициент передачи по напряжению, y21 - проводимость прямой передачи, z21- передаточное полное сопротивление, h21- коэффициент передачи по току.
130
Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства
Входное сопротивление АЭ можно определить из (4.48) согласно выражению
Z |
|
= U |
I |
= |
a11Zн + a12 |
, |
(4.49) |
|
|
||||||
|
вх |
1 |
1 |
|
a21Zн + a22 |
|
где Zн = U2 I2 - сопротивление нагрузки.
В зависимости от значений элементов матрицы различают следующие
типы АЭ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Конверторы: a12 = a21 = 0. В этом случае: |
|
|||||||
Z |
вх |
= |
a11 |
Z |
н |
. |
(4.50) |
|
a22 |
||||||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
При этом могут быть:
а) конверторы положительного сопротивления (КПС) при a11a22 > 0; б) управляемые источники при a11a22 = 0:
источник тока, управляемый током (ИТУТ), если a11 = 0 и a22 ≠ 0; источник напряжения, управляемый напряжением (ИНУН), если a11 ≠ 0
и a22 = 0;
нуллор (идеальный ОУ), если a11 = 0 и a22 = 0;
в) конверторы отрицательного сопротивления (КОС) при a11a22 > 0: по напряжению (КОСН), если a11 < 0, а a22 > 0 (рис. 4.36);
по току (КОСТ), если |
a11 > 0, а a22 < 0 (рис. 4.37). |
|
||
Пример АФ на основе КОС представлен на рис. 4.38. |
|
|||
|
|
|
I1 |
|
I1 |
|
|
VT1 |
I2=-I1 |
|
I2=I1 |
|
||
|
|
|
||
|
VT1 |
|
|
|
|
|
|
U1 |
VT2 |
|
|
U2= -U1 |
|
|
U1 |
VT2 |
|
U2=U1 |
|
|
|
|||
|
R |
|
|
|
|
R |
R |
R |
Рис. 4.36 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 4.37 |
||
|
|
R |
|
|
|
|
|
R |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КОС |
R |
КОС |
C |
Рис. 4.38
131
Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства
Входное сопротивление цепи равно
|
|
1 |
|
(−R) |
|
|
|
||||
|
R − |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
jωC |
|
|
2 |
2 |
|
||||
Z =R+ |
|
|
|
|
|
|
|
=R+R |
|
jωC − R=jωR |
C=jωL |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
вх |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
э |
|
|
R − |
|
− R |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
jωC
и представляет собой некоторую эквивалентную индуктивность. Если к входу схемы добавить емкость, то получим параллельный колебательный контур.
2. Вторая группа - инверторы или обобщенные гираторы при
a11 = a22 = 0.
Для этой группы
Z |
вх |
= |
a12 |
|
1 |
, |
(4.51) |
|
|
||||||
|
|
a21 |
|
Zн |
|
||
|
|
|
|
|
при этом различают:
а) инверторы положительного сопротивления (ИПС) при a12a21 > 0.
Именно эту подгруппу чаще всего и называют гираторами. Если гиратор нагрузить на емкость, т.е.
Zн = 1 , jωCн
то входное сопротивление гиратора равно
Z |
вх |
= |
a12 |
= jω |
a12Cн |
= jωL |
э |
|
|
|
|||||||
|
|
a21Zн |
|
a |
|
|
||
|
|
|
|
21 |
|
|
и представляет собой эквивалентную индуктивность.
Внутренние y-параметры гиратора как активного элемента представляются через параметры цепной матрицы следующим образом
|
|
|
|
y11 |
y12 |
|
1 |
|
a22 |
− a |
|
0 |
|
|
a21 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
= |
|
= |
1 |
|
|
|
|
. |
|||||||
|
|
|
− y21 |
− y22 |
a12 |
|
1 |
a11 |
|
|
0 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
a12 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
= |
|
= S , структура такого гиратора представлена на рис. |
||||||||||||||||
Обычно |
y12 |
y21 |
|||||||||||||||||
4.39. Эквивалентная индуктивность при этом равна L |
э |
= |
Cн |
. |
|||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S2 |
|
|
-S
S
Cн
Рис. 4.39
132
Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства
Схема электрическая перестраиваемого гираторного полосового звена на дифференциальных каскадах представлена на рис. 4.40.
б) управляемые источники при a12a21 = 0:
источник напряжения, управляемый током (ИНУТ) при a12 = 0, a21 ≠ 0 ; источник тока, управляемый напряжением (ИТУН) при a12 ≠ 0, a21 = 0; нуллор (идеальный ОУ) при a12 = a21 = 0;
|
|
+Еп |
|
|
Выход |
Вход |
VT1 |
VT2 |
VT3 VT4
R1 |
R2 |
|
|
VD1 R3 |
R4 VD2 |
Настройка
-Еп
Рис. 4.40
в) инверторы отрицательного сопротивления (ИОС) при a12a21 < 0 , которые используются крайне редко.
На практике чаще всего применяются АФ на основе управляемых источников, АФ на основе КОС, АФ на основе ИПС или гираторов.
Для конверторов характерна наиболее высокая нестабильность и чувствительность параметров. Гираторы отличаются большой сложностью при выполнении в виде дискретных элементов и наиболее подходят для интегрального исполнения. В дискретном исполнении наибольшее распространение получили АФ, выполненные на основе усилителей (управляемых источников) с обратными связями.
Рассмотрим реализацию АФ на основе ИНУН. На рис. 4.41 представлены пассивный LC-фильтр и активный RC-фильтр на основе ИНУН.
Докажем, что эти на первый взгляд совершенно разные устройства формируют совершенно одинаковые АЧХ и ФЧХ, т.е. имеют одинаковые передаточные функции.
Передаточная функция LC-фильтра определяется в соответствии с выражением
|
1/ pC |
1 |
|
|
|
K(p) = |
|
= |
|
, |
(4.52) |
r + pL +1/ pC |
p2LC + prC +1 |
где p=jω – оператор Лапласа.
133
Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства
|
Вход |
r |
L |
Выход |
|
|
|
|
C |
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
Eпит |
|
|
|
|
R5 |
|
R1 |
|
|
VT2 |
|
|
|
|
|
С1 |
R3 |
А |
R4 |
|
|
VT1 |
|||
|
|
|
|
|
Вход |
|
|
|
R7 Выход |
|
R2 |
|
С2 |
С3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R6 |
б |
|
|
|
|
Рис. 4.41
Нормированная передаточная функция RC-фильтра при R3=R4=R и C2=C3=C равна
) |
K(p) |
|
1 |
|
|
|
K(p) = |
= |
|
, |
(4.53) |
||
|
p2R2C2 + pRC(3− K0 ) + 1 |
|||||
|
Ko |
|
|
где K0 =1 + R7/R6 – коэффициент передачи ИНУН, выполненного на транзисторах VT1 и VT2.
Передаточные функции будут одинаковы, если будут выполняться следующие соотношения между коэффициентами знаменателей:
|
2 |
|
2 |
|
|
LC = R |
|
C |
|
. |
(4.54) |
|
|
|
|
|
|
rC = RC(3 − K0 ) |
|
Из первого условия получаем, что в случае активного фильтра образуется эквивалентная индуктивность, величина которой равна Lэкв = R2C ,
Из второго условия следует, что величина коэффициента передачи ИНУН определяет величину эквивалентного сопротивления потерь rэкв = R(3 − K0 ) или эквивалентную добротность
|
|
|
|
|
Lэкв |
|
|
|
|
|
Qэкв = |
ρ |
= |
|
C |
= |
1 |
. |
|||
r |
|
R(3 − K0) |
3 − K0 |
|||||||
|
|
|
|
При К0 =3 потери полностью компенсируются положительной обратной связью и устройство превращается в генератор.
Таким образом, при полученных условиях устройства имеют одинаковые АЧХ, соответствующие рис. 4.42.
134