Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Lection RPrU / Lection RPrU.pdf
Скачиваний:
393
Добавлен:
11.05.2015
Размер:
51.34 Mб
Скачать

 

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

 

 

 

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.

Ср

 

 

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