Глава 4

усилители промежуточной частоты

§ 4.1. Основные показатели и типы упч

Усилители промежуточной частоты, как это следует из структурной схемы супергетеродинного приемника (см. рис. 1.5), работают на фиксированной частоте и обеспечивают усиление принимаемого радиосигнала до уровня, необходимого для эффективной работы демодулятора. Одновременно УПЧ формирует амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) линейного (до демодулятора) тракта приемного устройства, которая определяет его избирательность- по соседнему каналу.

В зависимости от назначения радиотехнической системы, в состав которой входит приемное устройство, и условий ее работы к показателям УПЧ предъявляются определенные требования. Основными качественными показателями УПЧ являются:

1. Номинальное значение промежуточной частоты /_п, соответствующее средней (квазирезонансной) частоте настройки усилителя. Значение /_п в современных радиоприемниках может изменяться в широких пределах в зависимости от ширины спектра принимаемых радиосигналов.

Для повышения помехозащищенности приема по каналу прямого прохождения установлен международный стандартный ряд значений /_п и одновременно наложен запрет на их использование в качестве несущих. Так, например, в системах радиовещания с AM значение /_п обычно выбирают равным 465 кГц, а с ЧМ — 10,7 МГц. В приемниках РЛС используют более высокие промежуточные частоты — 30, 60 МГц и выше.

2. Полоса пропускания УПЧ, определяемая допустимыми частотными искажениями принимаемого радиосигнала и обычно оцениваемая по уровню 3 дБ (0,707). Типовые полосы про-

пускания П_ол УПЧ составляют в Я диовещательных приемниках АМ-сип налов 8—10 кГц, приемниках ЧМ-сиг налов 250 кГц, приемниках РЛС 1—10 МГц.

3. Коэффициент усиления по напряжению

(4.1;

где \К\ — модуль коэффициент? усиления; ср_п — угол фазового сдвига.

На частоте /_п модуль коэффициент* усиления \К\ = К₀, следовательно уравнение нормированной амплитуд но-частотной характеристики УПЧ можно записать в виде

(4.2;

В зависимости от назначения радиоприемного устройства значение Kt составляет 10*—10^е.

4. Частотная избирательность под которой понимают способное™ УПЧ ослаблять воздействие на уси ливаемый сигнал помех, частоты кото рых расположены за полосой про пускания УПЧ. Избирательность оп ределяется формой АЧХ усилителя В зависимости от конкретной помехо вой обстановки (наличие широкопо лосных или узкополосных помех) 1 форме АЧХ предъявляются различ ные требования. Для радиовещатель ных приемников характерной явля ется помеха от соседней по несущей частоте радиостанции. Степень ее ос лабления характеризуют избиратель ностью по соседнему каналу

(4.3;

где \К_с.к\ — модуль коэффициента усиления УПЧ на частоте, соответствующей соседнему каналу.

Нередко частотную избирательность оценивают коэффициентом пря-моугольности

который характеризует степень приближения формы реальной АЧХ к идеальной (прямоугольной). Уровень 1/5/ обычно выбирают равным 0,1 или 0,01.

5. Устойчивость работы УПЧ, характеризующая способность усилителя сохранять при воздействии дестабилизирующих факторов (например, температуры) свои основные параметры в заданных пределах.

Перечисленные показатели не исчерпывают всех требований, предъявляемых к характеристикам УПЧ радиоприемных устройств различного назначения. Так, например, УПЧ радиолокационных приемников должны обеспечивать нормальное функционирование в широком динамическом диапазоне (100—120 дБ) входных сигналов, что обусловливает специфи-фическое построение УПЧ на основе логарифмирования усиливаемых колебаний.

В приемниках диапазона СВЧ, в качестве первых каскадов которых используется диодный смеситель, к УПЧ предъявляется требование минимального коэффициента шума, поскольку

= Яш.см + (ЯшУПЧ — 1)//\"/>_СМ)(4.5)

где /Сш.см- Крем — коэффициент шума и коэффициент передачи мощности смесителя.

Типичные значения этих величин составляют: Х_ш.см - 5-4-10, К_Рси = = 0,15ч-0,3. С учетом этого из (4.5) при 20 %-ном ухудшении К_ш за счет УПЧ находим

/Сшупч < 1 + 0,2/(_ш._см/С_ЯсМ) (4.6)

т. е. значение К_{т УП}ч должно быть порядка 1 дБ, что обеспечить достаточно трудно.

В приемных устройствах фазовых систем предъявляются высокие требо-

вания к линейности фазочастотной характеристики (ФЧХ) УПЧ и ее стабильности. Примеры подобных специфических требований к параметрам усилителя промежуточной частоты можно было бы продолжить.

УПЧ представляет собой многокаскадный усилитель, содержащий частотно-избирательные цепи. Реализовать такой усилитель можно двумя способами:

1) постепенным накоплением усиления и избирательности в многокаскадной схеме, что следует из выражения для коэффициента передачи кас-кадно соединенных четырехполюсников:

\K\~\KiK, ••• КпЫКМ) х

x(/C₂₀/S/₂)...(AWS/_n). (4-7)

Структурная схема усилителя, выполненного по алгоритму (4.7), показана на рис. 4.1. Усилитель содержит каскадно соединенные усилительные приборы (УП) и избирательные цепи (ИЦ) и называется УПЧ с распределенной избирательностью. Частотная избирательность в таких схемах может формироваться на основе использования LC-элементов (одиночные контуры, связанные контуры и т. д.) в качестве цепей межкаскадной связи и активных /?С-фильт-ров;

2) разделением функций усиления и частотной избирательности. Из (4.7) следует

\К\ = (К₁₀К_Ы ... K_m)/(SI,Sl₂ ... S/„)= = KJSI. (4.8)

Алгоритм (4.8) реализуется структурными схемами, изображенными на рис. 4.2, а, б. Усилители промежуточной частоты, выполненные по этому способу, включают в себя мно-

гокаскадный усилитель (МУ) и фильтр сосредоточенной избирательности (ФСИ) и называются УПЧ с сосредоточенной избирательностью. Для ослабления действия интенсивных помех, а также снижения вероятности возникновения перекрестной модуляции более предпочтительной является вторая схема. Частотно-избирательные функции в таких усилителях выполняются различными многорезона-торными фильтрами (пьезоэлектрическими, пьезомеханическими и т. д.), а функции усиления — апериодическими или слабо избирательными многокаскадными усилителями.

В настоящее время УПЧ выполняются обоими способами. УПЧ с распределенной избирательностью позволяют более полно использовать усилительный потенциал активных приборов и обеспечивают необходимое усиление при меньшем числе транзисторов. УПЧ с сосредоточенной избирательностью позволяют реализовать высокую стабильность характеристик усилителя, они просты в настройке и эксплуатации.