11.2.2. Тракт промежуточной частоты

Тракт промежуточной частоты ТВ-радиосигнала состоит (рис. 8.2) из фильтра (ФП), который включается между ПЧ выходом селектора и ПЧ входом ИМС100 (выводы 45); усилителей промежуточной час­тоты изображения (УПЧИ); синхронного детектора (СД); видеоусили­теля (ВУ).

Фильтр (ФП) предназначен для формирования амплитудно-час­тотной характеристики (АЧХ) тракта УПЧИ. Этот фильтр создает срез Найквиста в АЧХ тракта УПЧИ в области частот 38 МГц и ослабляет соседние каналы приема на 43 дБ. УПЧИ ИМС100 усиливает ТВ-ра­диосигнал на промежуточной частоте до величин, необходимых для нормальной работы видеодетектора. Входной сигнал УПЧИ составля­ет единицы милливольт, выходной – десятые доли вольта.

ФП представляет собой фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ). К достоинствам таких фильтров следует отнести:

• малые габариты;

• высокую технологичность и надежность;

• возможность получения АЧХ, близкой к прямоугольной, и, что особенно важно для телевидения, – реализовать АЧХ несим­метричной формы;

• возможность достижения малых потерь в полосе пропускания.

Фильтр на ПАВ представляет собой резонансную систему, выпол­ненную из пластины пьезоэлектрика (кварц, пъезокерамика) с нане­сенными на ее поверхность электродами и контактными площадками методом фотолитографии.

Пъезокерамика (ПК) обладает той особенностью, что при воздей­ствии на нее электрического поля происходит деформация диэлект­рика (растяжение/сжатие), и, наоборот, растяжение/сжатие ПК при­водит к появлению в ней электрических зарядов. Эти свойства ПК используют при создании фильтров.

Фильтр на ПАВ содержит входной и выходной встречно-штыре­вые преобразователи (ВШП), расположенные на одной стороне пьезопластины. Каждый ВШП состоит из двух гребенок с «зубцами» (электродами). «Зубцы» гребенок взаимно перекрываются (рис. 8.4).

При подаче электрического сигнала на входной ВШП между «зуб­цами» верхней и нижней гребенок возникает электрическое поле, ко­торое приводит к деформациям пластины, расположенной под ВШП. Например, под «зубцами» верхней гребёнки возникают зоны растяже­ния пьезоэлектрика, а под «зубцами» нижней зоны — сжатия или на­оборот (это зависит от разности потенциалов, приложенной к верхней и нижней гребенкам).

Одновременно с появлением зон сжатия/растяжения появляются и электрические заряды, распределенные по поверхности пьезоэлект­рика в соответствии с этими зонами.

В силу упругости материала подложки зоны сжатия/растяжения распространяются от ВШП в виде акустических волн вместе с соот­ветствующими им электрическими зарядами. Длина волны акустиче­ского колебания, как следует из структуры преобразователя, равна расстоянию между «зубцами» верхней (нижней) гребенки . Ско­рость распространения акустических волн для кварца составляет V₀ = 3,1510³ м/с.

Часть энергии Р1 акустических волн распространяется в направ­лении выходного ВШП, где происходит их обратное преобразование в электрический сигнал. Другая часть Р2 распространяется в обратном направлении, поглощается специальными поглотителями и не участвует в формировании выходного сигнала.

Рис 11.4. Структура фильтра на поверхностных акустических волнах

Электрические заряды, про­ходя под «зубцами» выходного ВШП, наводят на его выходе ЭДС, по­лярность которой периодически изменяется. Период изменения этой ЭДС Т₀ равен времени прохождения акустической волны между со­седними «зубцами» одной из гребенок преобразователя. То есть час­тота выходного сигнала составит:

Выбирая степень перекрытия «зубцов» L_i, верхней и нижней гребе­нок во входных и выходных ВШП по всей длине преобразователей, а также выбирал количество «зубцов», можно получать фильтры с раз­личными АЧХ.

Фильтры на ПАВ сравнительно легко реализовать в диапазоне ча­стот от 10 МГц до 1 ГГц. Нижний предел по частоте ограничен разме­рами пьезоподложки, а верхний — возможностями технологии. Коли­чество «зубцов» в гребенках может составлять от нескольких единиц до нескольких сотен, а величина — от десятых долей миллиметра до единиц микрометра.

Синхронный детектор (СД).В качестве видеодетектора в ИМС100 используется синхронный детектор. Такой детектор позволяет осуще­ствить детектирование сигнала при малых отношениях сигнал/шум на входе без ухудшения качества изображения. Опорный контур де­тектора, настроенный на частоту 38 МГц, представляет собой высокодобротную колебательную систему, подключенную к выводам 2, 3 ИМС100. С помощью контура (совместно с ограничителем (О) формируется опорное напряжение для синхронного детектора. С выхода СД снимается ПЦТС и сигнал звукового сопровождения на второй промежуточной частоте (5,5 или 6,5 МГц). Смесь этих сигналов через видеоусилитель (ВУ) поступает на вывод 7 ИМС100.

Схема обнаружения видеосигнала (ОС) (рис. 8.2) предназначена для обнаружения сигнала на выходе тракта промежуточной частоты. Она состоит из последовательного соединенных низкочастотного фильтра (ФНЧ), детектора (Д_ос) и идентификатора сигнала (ИД). Схема рабо­тает следующим образом. Сигнал ПЦТС, выделенный из смеси сигна­лов на выходе ВУ фильтром ФНЧ, детектируется пиковым детектором. Напряжение с Д_ос поступает на идентификатор, который при наличии сигнала на выходе детектора вырабатывает постоянное напряжение стандартного уровня (логическую «единицу»), свидетельствующее о приеме ТВ-радиосигнала. Напряжение с выхода идентификатора поступает в канал звукового сопровождения (КЗ) ИМС100 и на вывод 34 микроконтроллера. Через этот вывод МК уведомляется о приеме ТВ-радиосигнала. При отсутствии напряжения на этом выводе МК переводит ТВ-приемник в дежурный режим через пять минут.

Система автоматической подстройки частоты гетеродина (АПЧГ) (рис. 8.2) предназначена для поддержания постоянства промежуточ­ной частоты приемника. Это необходимо по двум причинам. Во-пер­вых, как известно, соседние каналы в вещательном телевидении рас­полагаются через 8 МГц относительно друг друга. Для ослабления со­седнего канала при таком их «плотном» расположении требуется АЧХ УПЧИ с крутыми скатами. При этом, чтобы форма спектра принято­го ТВ-радиосигнала не искажалась амплитудно-частотной характери­стикой УПЧИ (АЧХ УПЧИ), необходимо стабилизировать промежу­точную частоту сигнала. Во-вторых, для нормальной работы синхро­нного детектора остаток подавленной несущей должен располагаться строго посередине правого ската АЧХ УПЧИ (так называемого среза Найквиста). Удовлетворение этих требований приводит к необходи­мости использовать систему АПЧГ.

Система АПЧГ представляет аналого-цифровое устройство. Ана­логовая часть системы состоит из смесителя, гетеродина, размещен­ных в селекторе каналов; фильтра ФП, УПЧИ, частотного детектора (ЧД), устройства выборки и хранения (УВХ), расположенных в ИМС100.

Цифровая часть системы реализована в микроконтроллере (ИМС402), в котором собраны устройство поиска ТВ-радиосигнала и формирователь напряжения настройки гетеродина.

Частотный детектор вырабатывает напряжение рассогласования, пропорциональное отклонению частоты входного сигнала от 38 МГц. ЧД работает по синхроимпульсам строк, т. к. радиосигнал, передавае­мый во время активной части строки, имеет паразитную частотную модуляцию (ПЧМ). ПЧМ вызвана частичным подавлением нижней боковой полосы радиосигнала. Для обеспечения работы в ключевом режиме детектор пробируется импульсами U_c, вырабатываемыми в системе синхронизации ИМС100. С выхода ЧД напряжение рассогла­сования в виде видеоимпульсов поступает на устройство выборки и хранения, которое запоминает уровень поступившего импульса и со­храняет его до прихода следующего импульса.

Частотный детектор АПЧГ построен на основе фазового детекто­ра (ФД) (рис. 8.5, a). На первый вход ФД поступает сигнал с УПЧИ U, на второй — напряжение U_oп. Напряжение U_oп формируется из выходного сигнала УПЧИ цепочкой элементов, состоящей из узкопо­лосного контура (К) и ограничителя (О). Уровень ограничения в огра­ничителе выбирается таким, чтобы амплитуда его выходного сигнала была неизменной. Начальная фаза сигнала U_оп определяется фазочастотной характеристикой контура (рис. 8.5, б).

Рис. 11.5. Детектор АПЧГ: а — упрощенная схема детектора; УПЧИ — усилитель промежуточной частоты изображения; К — контур; О — ограничитель;

ФД — фазовый детектор; б — зависимость разности фаз сигналов на входе ФД от частотысигнала

Фазочастотная характеристика контура определяет фазовый набег гармонического сигнала при прохождении его через контур. Величина зависит от частоты сигнала. Напряжение на выходе ФД определяет­ся разницей фаз напряжений, поступающих на его входы, которая в рассматриваемой схеме зависит от расстройки частоты сигнала на выходе УПЧИ относительно резонансной частоты контураf₀. Это на­пряжение используется для работы системы АПЧГ.

Система АПЧГ может работать в двух режимах: в режиме поиска ТВ-радиосигнала и в режиме слежения за отклонениями промежуточ­ной частоты сигнала от 38 МГц.

В режиме слежения напряжение с выхода УВХ, пропорциональное расстройке промежуточной частоты сигнала относительно 38 МГц, через вывод 9 ИМС100 поступает на 9 вывод микроконтроллера. К выводу 9 МК подключен аналого-цифровой преобразователь (АЦП), где поступившее напряжение преобразуется в цифровой код. Этот код складывается с кодом напряжения, настройки селектора ка­налов на выбранный канал вещания. Результирующий код поступает в выходной цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и преобразу­ется в импульсы, длительность которых зависит от поступившего кода. Импульсы поступают на вывод 1 микроконтроллера, к которому подсоединен формирователь управляющего напряжения (ФН1), пред­ставляющий собой интегрирующий фильтр. Полученное в результате фильтрации напряжение U_H подается в селектор каналов на варикапы гетеродинов. Под воздействием этого напряжения изменяется частота сигнала гетеродина до тех пор, пока промежуточная частота ТВ-радиосигнала не станет равной 38 МГц.

В режиме поиска система АПЧГ оказывается разомкнутой. Это обеспечивается отсоединением выхода детектора от входа УВХ систе­мой управления ИМС100. Замыкание системы АПЧГ осуществляется при переходе ее в режим слежения, наступающего в тот момент, когда обнаружен сигнал на выходе тракта промежуточной частоты и систе­ма синхронизации ТВ-приемника введена в синхронизм с принимае­мым ТВ-радиосигналом.

Работа системы АПЧГ в режиме поиска осуществляется следую­щим образом. Во входном регистре ЦАП микроконтроллера по команде «поиск» начинает изменяться находящееся в нем число. Это осуществляется в соответствии с программой поиска, записанной в постоянном запоминающем устройстве микроконтроллера. Измене­ние содержимого регистра ЦАП приводит к последовательному изме­нению длительности импульсов на выводе 1 микроконтроллера. Им­пульсы подаются на формирователь управляющего напряжения, кото­рый преобразует их в постоянное напряжение. Величина этого напряжения пропорциональна длительности импульсов. В режиме «поиск» напряжение на выходе ФН1 перестраивает по частоте усили­тели высокой частоты и преобразователи селектора каналов одновре­менно, тем самым осуществляется поиск ТВ-радиосигнала в выбран­ном частотном диапазоне. Поиск по частоте осуществляется до тех пор, пока на выводе 4 ИМС100 (выход схемы обнаружения радиосиг­нала) не появится напряжение идентификации, свидетельствующее о приеме одного из каналов ТВ-вешания.

Система АРУ (рис. 8.2) предназначена для поддержания постоян­ным уровня сигнала на выходе тракта ПЧ. Система АРУ отрабатывает медленные изменения амплитуды радиосигнала, вызванные в основ­ном изменением условий распространения радиоволн. Стабилизация уровня сигнала на выходе тракта необходима, потому что изменения этого уровня приводят к нарушению цветопередачи изображения и снижению помехоустойчивости приема.

Системой АРУ охвачены УПЧИ (первая петля АРУ) и селектор каналов (вторая петля АРУ). В состав первой петли АРУ входят УПЧИ, синхронный детектор (СД), видеоусилитель (ВУ), фильтр (ФНЧ), детектор АРУ (Д_АРУ)- Во вторую петлю АРУ кроме каскадов, входящих в первую петлю АРУ, входят пороговое устройство (ПГ), селектор каналов (СК) и фильтр ФП. Первая петля АРУ формирует регулирующее напряжение U_P1, которое изменяет коэффициент уси­ления УПЧИ. Вторая петля АРУ вырабатывает регулирующее напря­жение f_P2, которое изменяет коэффициент усиления селектора ка­налов, что позволяет улучшить стабилизирующее действие системы автоматической регулировки усиления. Эта петля работает лишь при больших уровнях входного сигнала, которые перегружают тракт ПЧ. При малых уровнях входного сигнала вторая петля АРУ размыкает­ся, что достигается включением в ее цепь порогового устройства ПГ. Если уровень сигнала на выходе детектора АРУ оказывается ме­ньше напряжения срабатывания порогового устройства, то цепь ре­гулирования оказывается разомкнутой. Напряжение порога устанав­ливается потенциометром R, подсоединенным к выводу 49 ИМС100. Система АРУ работает по строчным синхроимпульсам, выделенным из ПЦТС на выходе радиоканала. С этой целью Д_АРУ стробируется импульсами U_c, совпадающими по времени с синхроимпульсами принятого сигнала ПЦТС. Такие импульсы формируются в системе синхронизации ТВ-приемника лишь только после того, как эта сис­тема оказывается введенной в синхронизм с принимаемым ТВ-ра­диосигналом.

Использование для работы АРУ синхроимпульсов ПЦТС объяс­няется тем, что принимаемый ТВ-радиосигнал — это сигнал с одной боковой полосой. При передаче изображения амплитуда сигнала ОБП оказывается зависящей от передаваемой информации, и только уро­вень синхроимпульсов несет информацию о затухании сигнала в канале распространения радиоволн.