Вопрос №1. Назначение, классификация, основные характеристики и

Назначение, классификация, основные характеристики и

область применения полосовых усилителей

Определение. Полосовые усилители – это резонансные усилители, работающие на фиксированной частоте и имеющие сложную избирательную систему (нагрузку).

Полосовые усилители применяются, в частности, в качестве усилителей промежуточной частоты (УПЧ) супергетеродинного радиоприемника (далее полосовые усилители будут именоваться УПЧ). Как известно, номинал промежуточной частоты f_ПЧ постоянен, поэтому нагрузка УПЧ (избирательная система) неперестраиваемая − настроена на одну частоту.

Определение. УПЧ − электронный усилитель сигналов промежуточной частоты, поступающих с преобразователя частоты (см. схему супергетеродинного радиоприемника лекция№15).

К УПЧ предъявляются ряд требований:

− УПЧ должен обладать высоким коэффициентом усиления (К=100÷10000) на заданной частоте (полосе пропускания) при хорошей устойчивости;

− в УПЧ должно быть максимальное ослабление частот, лежащих за пределами полосы пропускания;

− в полосе пропускания УПЧ должны быть минимальные частотные и нелинейные искажения.

Особенности УПЧ

1. Полоса пропускания УПЧ по сравнению с полосой пропускания преселектора значительно уже, поэтому от ее величины будут зависеть частотные искажения сигнала и избирательность по соседнему каналу. Полоса пропускания УПЧ определяется спектром полезного принимаемого сигнала.

2. УПЧ имеют фиксированную настройку. Такая настройка значительно упрощает конструкцию УПЧ и благодаря этому в УПЧ возможно применение сложных избирательных систем, обеспечивающих требуемую форму частотной характеристики.

3. В качестве резонансных систем в УПЧ применяются одиночные контуры и полосовые фильтры различных типов:

− двухконтурные;

− многозвенные LC-фильтры;

− пьезокерамические, пьезоэлектрические и пьезомеханические;

− электромеханические.

Определение: Полосовой фильтр – это электрический частотный фильтр, имеющий полосу пропускания, расположенную между двумя частотами среза.

Поэтому УПЧ часто называются полосовыми усилителями. Применение полосовых фильтров позволяет получить форму частотной характеристики, близкой к прямоугольной (идеальной) и тем самым обеспечить высокую избирательность по соседнему каналу и равномерное усиление спектра сигнала в пределах заданной полосы пропускания.

4. УПЧ обеспечивает основное усиление высокочастотного сигнала (на промежуточной частоте f_ПЧ усиление более устойчиво, так как номинал f_ПЧ достаточно низкий).

Классификация УПЧ

1. По типу усилительного элемента – ламповые, транзисторные и т.д.

2. По числу каскадов – однокаскадные, многокаскадные.

3. По типу избирательной системы – одноконтурные, с полосовыми фильтрами.

4. По ширине полосы пропускания Dfп:

− Df_П / f_ПЧ < 0,05 − узкополосные УПЧ (применяются в профессиональных и радиовещательных приемниках АМ сигналов на ДВ, СВ и КВ);

− Df_П / f_ПЧ > 0,05 − широкополосные УПЧ (применяются в телевизионных, радиовещательных и радиолокационных приемниках ЧМ сигналов на УКВ, а также в радиоприемниках космической, тропосферной и радиорелейной связи).

5. По принципу построения тракта усиления и обеспечения заданной избирательности существует два принципа построения схемы УПЧ−

− схема УПЧ с сосредоточенными избирательностью и усилением (функции усиления и избирательности разделены: одни каскады выполняют функцию избирательности, а другие − усиления);

− схема УПЧ с распределенными избирательностью и усилением (функции усиления и избирательности распределены по всем каскадам, то есть каждый каскад выполняет и функцию усиления, и функцию избирательности).

Схема УПЧ с сосредоточенными избирательностью и усилением

В такой схеме УПЧ сложная избирательная система (КФ, ЭМФ и т.д.) включается в первый каскад, а остальные каскады делаются либо широкополосными, либо апериодическими (рис.17.1.). Избирательность УПЧ определяется избирательностью сложной избирательной системы, а остальные каскады имеют малую избирательность, и их основное назначение - усиливать сигнал.

УПЧ-1 УПЧ-2 УПЧ-N

Вход Сложная Выход

избирательная f_ПЧ f_ПЧ

система f_ПЧ

Рис.17.1. УПЧ с сосредоточенными избирательностью и усилением

Схема УПЧ с распределенными избирательностью и усилением

УПЧ этого вида делятся на следующие группы:

а) УПЧ с настроенными одноконтурными каскадами (рис.17.2), контур каждого из которых настроен на f_ПЧ − УПЧ I типа.

УПЧ-1 УПЧ-2 УПЧ-N

Вход Выход

f_ПЧ f_ПЧ f_ПЧ

Рис.17.2. УПЧ с настроенными одноконтурными каскадами

б) УПЧ с парами расстроенных одноконтурных каскадов (рис.17.3), в которых контуры каждой пары каскадов настраиваются на частоты f₀₁ и f₀₂, симметричные относительно f_ПЧ − УПЧ II типа.

УПЧ-1 УПЧ-2 УПЧ-N

Выход

Вход f_O1 < f_ПЧ f_O2 > f_ПЧ f_O1 < f_ПЧ f_O2 > f_ПЧ

Рис.17.3. УПЧ с парами расстроенных одноконтурных каскадов

К УПЧ II типа можно отнести и УПЧ с тройками расстроенных одноконтурных каскадов.

в) УПЧ с двухконтурными полосовыми фильтрами в каждом каскаде (рис.17.4) − УПЧ III типа.

УПЧ-1 УПЧ-2 УПЧ-N

Вход Выход

f_ПЧ f_ПЧ f_ПЧ f_ПЧ f_ПЧ f_ПЧ

Рис.17.4. УПЧ с двухконтурными полосовыми фильтрами

УПЧ с распределенной избирательностью являются широкополосными УПЧ. Широкополосные УПЧ использовались в связных приемниках первых поколений. В настоящее время широкополосные УПЧ применяются в радиоприемниках диапазона СВЧ: в телевидении, радиолокации, в связках УКВ радиостанциях, в радиорелейных и спутниковых станциях.

Каскады широкополосных УПЧ должны обеспечивать значительное усиление сигнала (до 10⁵ раз) и широкую полосу пропускания (в несколько десятков мГц).

В современных радиоприемниках ВМФ применяются каскады УПЧ, построенные по каскадной схеме (например, в УПЧ, Р-680).

Основные характеристики УПЧ

1. Коэффициент усиления К₀. В отличие от УРЧ коэффициент усиления определяется не в диапазоне рабочих частот, а на промежуточной частоте f_ПЧ, постоянной для данного радиоприемника.

2. Полоса пропускания Df_П определяется шириной спектра принимаемого сигнала и нестабильностью радиоканала. Полоса пропускания тракта ПЧ практически полностью определяет полосу пропускания приемника.

3. Избирательность по соседнему каналу оценивает ослабление помех по соседним каналам приема. Соседний канал (СК) – полоса частот, равная по ширине полосе пропускания Df_П и примыкаемая к ее верхней и нижней границам (рис.17.5).

Этот показатель объединяет такие показатели, как полоса пропускания, коэффициент прямоугольности и частотные искажения сигнала. С точки зрения наибольшей частотной избирательности и наименьших частотных искажений сигнала желательна прямоугольная форма характеристики избирательности.

Δf_Пδ

1,41

-Δf СК 0 СК +Δf

Δf_П

Рис.17.5. Характеристика избирательности усилителя

Остальные параметры УПЧ совпадают с параметрами УРЧ.

Выводы по 1-му вопросу:

1. Полосовые усилители используются, как правило, в качестве УПЧ супергетеродинных радиоприемников

2. К полосовым усилителям предъявляются высокие требования по избирательности и усилению.

ВОПРОС №2