7 Содержание отчета

7.1. Наименование и цели работы.

7.2 Результаты выполнения домашнего задания (пп. 3.2, 3.3).

7.2 Структурная схема лабораторного макета, схема измерений.

7.3 Результаты измерений, временные диаграммы и таблицы.

7.4 Выводы по результатам измерений.

7.5 Ответы на контрольные вопросы (по заданию преподавателя).

8 Контрольные вопросы

8.1 Поясните с физической точки зрения процесс преобразования частоты с помощью нелинейного элемента. Пояснения дайте с применением элементарной теории преобразования частоты.

8.2 Какая из схем диодных ПЧ обеспечивает наименьший коэффициент шума при прочих равных условиях?

8.3 Поясните с применением спектральных диаграмм прием на гармониках гетеродина.

8.4 Возможно ли в схемах реальных РПУ исключить проникновение сигнала гетеродина во входную цепь и антенно-фидерное устройство? Если да, то каким образом это можно осуществить?

8.5 Поясните принципы построения синтезаторов частоты с применением прямого или косвенного синтезирования.

8.6 Дайте сравнительную характеристику одноэлектродной и двухэлектродной схем ПЧ на транзисторах.

8.7 Как обеспечивается стабильность работы гетеродина в бытовых РПУ?

8.8 Поясните, на основании каких рекомендаций обеспечивается выбор значений промежуточной частоты в профессиональной аппаратуре с многократным преобразованием частоты?

8.9 Зависит ли коэффициент шума ПЧ от режима работы нелинейного элемента смесителя? Если да, то каким образом.

8.10 Перечислите основные современные фильтры, которые могут применятся в

качестве нагрузки ПЧ.

9 Содержание зачета.

Студент должен знать:

• основные схемы ПЧ на диодах, транзисторах и ИМС;

• режимы работы смесительного ПЧ, основные схемы гетеродинов.

Должен уметь исследовать преобразователи частоты.

10 Методические указания

Преобразователь частоты служит для преобразования частоты модулированных радиочастотных колебаний входного сигнала в колебания промежуточной частоты, величина которой для любой частоты принимаемого сигнала остается неизменной. При этом сохраняется закон модуляции. Преобразование частоты обеспечивает супергетеродинному приемнику по сравнению с приемником прямого усиления ряд преимуществ: высокую избирательность, высокую чувствительность, постоянство чувствительности и избирательности по диапазону и повышенную устойчивость.

Рисунок 2.2 – Структурная схема преобразователя частоты

Преобразователь частоты (рисунок 2.2) включает в себя нелинейный элемент (смеситель), маломощный автогенератор (гетеродин) и три согласующих устройства.

Согласующие устройства представляют собой избирательные системы, настроенные соответственно на частоты сигнала , гетеродина и промежуточную

частоту . В смесителе осуществляется нелинейное взаимодействие напряжений сигнала и гетеродина. Преобразование частоты осуществляется по закону

. (1)

Избирательная система на выходе смесителя служит для выделения сигнала промежуточной частоты.

Преобразование частоты необходимо для обеспечения высокой избирательности по соседнему каналу (для радиовещательных приемников в диапазонах ДВ, СВ, КВ при расcтройке на 9 кГц от частоты принимаемого сигнала). Полоса пропускания колебательных контуров, с помощью которых осуществляется выделение полезного сигнала в радиоприемнике (РПУ), определяется по формуле

, (2) где П_0,7 - полоса пропускания;

- резонансная частота;

- добротность контура.

Если учесть, что в пределах одного частотного диапазона добротность изменяется незначительно ( =const), то при реальных значениях конструктивной добротности контуров =100…200 в диапазонах средних и коротких волн радиовещательного приемника полоса пропускания становится настолько широкой, что оказывается невозможным подавление соседнего канала. Использование промежуточной частоты, величина которой обычно выбирается меньше частоты принимаемого сигнала ( ) позволяет сузить полосу пропускания РПУ до необходимого значения. С другой стороны, нельзя уменьшать в сильной степени полосу пропускания приемника, т.к. при этом произойдет ограничение спектра сигнала, что приведет к потере информации и ухудшению качества воспроизведения сигнала. Поэтому частотную характеристику РПУ обычно стремятся сделать как можно более прямоугольной (рисунок 2.3).

Такая характеристика формируется в тракте промежуточной частоты без особых затруднений благодаря постоянству , что позволяет использовать в нем высокоизбирательную систему (фильтр сосредоточенной избирательности (ФСИ), кварцевый или электромеханический фильтр), имеющую коэффициент прямоугольности, близкий к единице.

Рисунок 2.3 - АЧХ радиоприемного устройства

На промежуточной частоте осуществляется основное усиление в радиочастотном тракте РПУ. Для этой цели служит усилитель сигналов промежуточной частоты (УПЧ). Малая величина позволяет повысить устойчивость работы УПЧ при одновременном увеличении его коэффициента усиления. Увеличение коэффициента усиления РПУ улучшает его чувствительность.

Использование преобразователя частоты приводит к усложнению схемы РПУ и появлению дополнительных мешающих каналов приема. Появление дополнительных мешающих каналов приема обусловлено нелинейным характером процесса преобразования. Напряжения сигнала и гетеродина подаются на нелинейный

элемент (смеситель), ток которого изменяется при одновременном воздействии и и содержит большое количество комбинационных составляющих, в том числе и с разностной частотой . Сигнал разностной частоты выделяется избирательной системой, настроенной на частоту . Если на вход смесителя одновременно с поступит сигнал с частотой, равной (рисунок 2.4), то в результате его взаимодействия с напряжением гетеродина также образуется сигнал с промежуточной частотой, т.к. .

Рисунок 2.4 - Спектральная диаграмма, поясняющая преобразование частоты сигнала

Этот сигнал тоже выделится избирательной системой на выходе смесителя и будет создавать помеху основному каналу приема. Такой канал называется зеркальным или симметричным каналом, т.к. на оси частот он расположен симметрично относительно частоты гетеродина. Сигнал (рисунок 2.4) преобразуется в сигнал с частотой . Этот сигнал не попадает в полосу пропускания тракта промежуточной частоты и не будет являться серьезной помехой приему на основной частоте. Как видно из рисунка 2.4, для подавления зеркального канала необходимо уменьшать полосу пропускания (повышать избирательность) каскадов приемника, предшествующих смесителю, т.е. входной цепи и усилителя радиочастоты.

Большой помехой радиоприему может оказаться канал с частотой, равной

(прямой канал приема). Если на вход смесителя одновременно с сигналом на частоте поступает сигнал с частотой, равной данного приемника, то он усиливается смесителем, причем коэффициент его усиления оказывается больше коэффициента преобразования основного сигнала. Эта помеха является самой мощной из всех дополнительных каналов приема. Однако с ней легко бороться благодаря тому, что известна ее частота. Во входные каскады приемника включаются режекторные фильтры, настроенные на : “запирающий” (рисунок 2.5,а) или “пропускающий”(рисунок 2.5,б).

а) б)

Рисунок 2.5 – Режекторные фильтры:

а) фильтр-пробка, б) «пропускающий»

При перестройке супергетеродинного приемника в пределах диапазона нужно одновременно изменять частоту гетеродина и частоту настройки преселектора . Изменение их частот необходимо производить так, чтобы разность между ними

оставалась постоянной и равной промежуточной частоте приемника, на которую настроен тракт промежуточной частоты: .

Напряжение сигнала в смесителе обычно подается на базу транзистора, так как при этом получается более высокий коэффициент преобразования. Напряжение гетеродина может подаваться как на базовый, так и на эмиттерный электроды транзистора. При подаче его на базу контур гетеродина в меньшей степени шунтируется входной проводимостью транзистора, что выгодно с точки зрения стабилизации частоты гетеродина. Однако следует помнить, что при этом увеличивается взаимосвязь контуров гетеродина и преселектора, усложняется схема коммутации, увеличивается глубина обратной связи по промежуточной частоте с выхода тракта промежуточной частоты на вход ПЧ. Последнее обстоятельство приводит к сильным искажениям резонансной характеристики тракта промежуточной частоты и даже в некоторых случаях приводит к самовозбуждению приемника.

Лабораторная работа № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЕЙ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ (УПЧ)

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1 Приобрести начальные умения и навыки измерения основных качественных показателей УПЧ.

1.2 Исследовать усилительные и избирательные свойства УПЧ.

1.3 Закрепить теоретические знания по принципу построения и основным параметрам УПЧ.

2 ЛИТЕРАТУРА

2.1 Головин О.В. Радиоприемные устройства.– М.: Высшая школа, 1987. –С.106…143.

2.2 Екимов В.Д., Павлов К.М. Радиоприемные устройства.– М: Связь, 1972. – С.129…164.

2.3 Малевич И.Ю. Радиоприемные устройства: Учебное пособие.– Мозырь: Белый Ветер, 2000. – С.86…94.

2.4 Головин О.В. Радиоприемные устройства. - М.: Горячая линия – Телеком, 2002. – С.63…103.

3 ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

3.1 Изучить по [2.1] - [2.4] принципы построения УПЧ типовых РПУ.

3.2 Подготовить бланк отчета.

3.3 Ответить на вопросы для самопроверки.

4 ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

4.1 Перечислите основные качественные показатели УПЧ.

4.2 Какие функции выполняет тракт УПЧ в радиоприемном устройстве?

4.3 Перечислите основные принципы построения усилителей промежуточной частоты в РПУ.

4.4 Укажите особенности выбора значения промежуточной частоты для УПЧ в РПУ с однократным преобразованием частоты.

4.5 С какой целью применяют двукратное преобразо­вание частоты? Как выбираются значения f_пч1 и f_пч2?

4.6 Перечислите типы каскадов усиления, применяемых в УПЧ.

4.7 Дайте сравнительную характеристику фильтрам на поверхностных акустических волнах, электромеханическому и пьезокерамическому. Какой из них более распространен?

4.8 С помощью какого коэффициента можно оценивать степень идеальности АЧХ УПЧ?

4.9 Перечислите особенности построения УПЧ изображения в ТВ приемниках. Изобразите идеальную АЧХ УПЧ изображения (УПЧИ) одноканального ТВ приемника.

5 ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

5.1 Лабораторный макет «Усилители промежуточной частоты».

5.2 Генератор стандартных сигналов Г4-102.

5.3 Вольтметр ВЗ-38.

5.4 Осциллограф.