6.3. Упч с сосредоточенной избирательностью
Особенностью УПЧ с сосредоточенной избирательностью является разграничение функций усиления и избирательности по соседнему каналу. При этом избирательность по соседнему каналу реализуется с помощью разновидностей ФСС, которые могут быть выполнены на LC-контурах или активных RC-фильтрах, с электромеханическими, кварцевыми, пьезокерамическими или цифровыми фильтрами, а также с фильтрами на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Выбор того или иного ФСС зависит от конкретных требований, предъявляемых к тракту УПЧ, и частоты, на которой производится усиление.
ФСС включается либо непосредственно после смесителя, либо в одном из первых каскадов усиления. Усиление обеспечивается апериодическими каскадами или каскадами с малой избирательностью. УПЧ с сосредоточенной избирательностью имеет ряд преимуществ перед УПЧ с распределённой избирательностью: они обладают большей устойчивостью к изменению параметров УЭ, большей помехоустойчивостью. Кроме того, использование апериодических каскадов повышает устойчивость УПЧ к самовозбуждению, обеспечивает лучшую стабильность АЧХ и ФЧХ в условиях эксплуатации, позволяет использовать интегральные технологии.
Недостаток УПЧ с ФСС заключается в неполном использовании УЭ, так как широкополосные каскады с избыточной полосой пропускания имеют меньшее усиление и повышенное энергопотребление из-за увеличения числа УЭ.
Фильтры сосредоточенной селекции.
Для обеспечения высокой избирательности в УПЧ применяются сложные колебательные системы – фильтры сосредоточенной селекции (ФСС). Существует довольно большое разнообразие ФСС: на дискретных LC-элементах, электромеханические, кварцевые, пьезокерамические, фильтры на ПАВ.
ФСС на LC- контурах.
Фильтр на LC-контурах представляет собой полосовой фильтр из контуров, включённых последовательно и согласованных на средней частоте между собой, с источником и нагрузкой. Схема УПЧ с ФСС на LC-контурах представлена на рис.6.9:
Рис.6.9. Схема УПЧ с ФСС на LC-контурах
К основным параметрам ФСС относят промежуточную частоту (fПР), полосу пропускания (П), а также ослабление сигнала на границе полосы пропускания (σП) и ослабление соседнего канала (σСК).
Выбор ФСС сводится к нахождению частот среза и числа звеньев, при которых фильтр удовлетворяет предъявленным к нему требованиям. Необходимое число звеньев зависит от полосы пропускания и избирательности, которую должен обеспечить фильтр. Для получения высокой избирательности число звеньев в фильтре должно быть возможно большим. Наиболее употребительны трёх-четырёхзвенные ФСС. Применение большего числа звеньев нецелесообразно из-за большого затухания сигнала в полосе пропускания. Применение двухзвенных фильтров также не рекомендуется, так как не даёт никакого преимущества по сравнению с применением двухконтурных ПФ. Избирательность ФСС также зависит от добротности входящих в них контуров. Чем выше добротность контуров фильтра, тем ближе форма его АЧХ к прямоугольной, тем меньше ослабление полезного сигнала фильтром в полосе пропускания и больше ослабление мешающих сигналов в полосе задерживания. Поэтому собственную добротность контуров фильтра стремятся сделать как можно большей.
Развитие микроэлектроники привело к значительным достижениям в разработке ФСС с использованием механического резонанса и активных фильтров без катушек индуктивности. К ФСС с использованием механического резонанса относятся электромеханические, кварцевые и пьезокерамические фильтры. Достоинствами этих ФСС являются малые размеры и высокая стабильность параметров. Принцип действия этих ФСС состоит в преобразова-
нии электрических колебаний в механические, затем в передаче этих механических колебаний в резонансную систему и в обратном преобразовании колебаний выходного резонатора в электрические. В качестве резонансной системы могут использоваться механические резонаторы, кварцевые и керамические пластины.
Электромеханические фильтры (ЭМФ).
В ЭМФ подлежащие фильтрации электрические колебания подводятся к электромеханическому преобразователю, расположенному на входе фильтра. В нём они преобразуются в механические колебания, которые затем в виде волн распространяются вдоль фильтрующей системы, представляющей собой цепочку связанных резонаторов. Отфильтрованные механические колебания попадают на выходной преобразователь, в котором они снова преобразуются в электрические колебания, поступающие на выход ЭМФ.
Резонаторы ЭМФ имеют добротность Q = 8000 … 15000, обеспечивающую высокую избирательность по частоте. Кроме того, механические резонаторы, выполненные из специального железоникелевого сплава, обладают хорошей временной и температурной стабильностью.
Наиболее эффективно ЭМФ используются в качестве узкополосных фильтров в диапазоне частот от 50 до 500 кГц при полосе пропускания в несколько десятков герц. ЭМФ обладает малым затуханием в полосе пропускания, малой неравномерностью АЧХ в полосе пропускания и крутыми склонами за её пределами. К серьёзным недостаткам ЭМФ следует отнести высокие потери из-за низкой эффективности входного и выходного преобразователей.
ФСС других типов работают на аналогичных принципах прямого преобразования электрических сигналов в механические (или акустические) колебания и обратного преобразования механических (или акустических) колебаний в колебания электрические. Подробная информация об этих ФСС имеется в специальной литературе.
Контрольные вопросы:
Каково назначение УПЧ в супергетеродинном приёмнике? По каким признакам классифицируются УПЧ?
Почему именно в тракте УПЧ производится основное усиление радиосигнала?
Какой вид частотной избирательности обеспечивает тракт УПЧ? Объясните принцип избирательности УПЧ.
Дайте определение полосы пропускания и коэффициента прямоугольности АЧХ УПЧ. Что такое коэффициент прямоугольности АЧХ и как он определяется?
В чём отличие избирательных цепей УРЧ и УПЧ?
Какие избирательные цепи применяются в каскадах УПЧ и почему?
Дайте определение полосового усилителя. На каких элементах строятся современные полосовые усилители?
Каковы преимущества и недостатки УПЧ с одиночными контурами, парами взаимно расстроенных контуров и тройками контуров?
Дайте определение фильтра сосредоточенной селекции. Какие элементы применяются в качестве ФСС? В чём их преимущества?