Усилители с многозвенным LC-фильтром

ВОПРОС №2

Одним из видов ФОС являются многозвенные LC-фильтры, состоящие из нескольких колебательных контуров, связанных между собой внешнеемкостной связью. Колебательные контуры в таком фильтре объединяются в звенья. В связных радиоприемниках наибольшее распространение получили схемы ФОС, состоящие из П-образных звеньев.

На рисунке 18.4 показаны одно П-образное звено. При соединении трех контуров в последовательную цепь получается 2-хзвенный ФОС (рис.18.5).

С_СВ С_СВ С_СВ

Рис.18.4. П-образное звено Рис.18.5. 2-хзвенный ФОС

В схеме (рис.18.5) индуктивности L и емкости С внутренних контуров соединяются параллельно и образуют эквивалентный контур со следующими параметрами: L₁ = L/2 и С₁ = 2С. Кроме того, контуры не перестраиваются, так как они настроены на постоянную промежуточную частоту.

Во избежание потерь энергии в ФОС, обусловленных отражениями энергии на входе и выходе фильтра, необходимо, чтобы выходное сопротивление усилительного прибора R_ВЫХуп (нагрузкой которого является ФОС) и входное сопротивление следующего каскада R_ВХ были равны характеристическому (волновому) сопротивлению фильтра r_Ф:

R_ВЫХуп = R_ВХ = r_Ф.

Такое согласование достигается:

− при R_ВЫХуп и R_ВХ меньших r_Ф (при произведении коэффициентов включения р₁´р₂<1) − применяется неполное (например, автотрансформаторное) включение крайних контуров ФОС;

− при R_ВЫХуп и R_ВХ больших r_Ф (при р₁´р₂>1) − на входе и выходе включаются дополнительные шунтирующие резисторы R_Ш.

Схема одного из возможных каскадов УПЧ с ФОС показана на рисунке 18.6.

С_СВ С_СВ

U_ВХ

R_Э C_Э R_Ф C_Ф

Рис.18.6. УПЧ с 2-звенным ФОС

Число звеньев в фильтре можно определить двумя способами:

1. По числу емкостей связи С_СВ.

2. По числу контуров, без одного.

Полоса пропускания и избирательности ФОС зависит от числа звеньев и добротности входящих в них контуров. При увеличении числа звеньев избирательность ФОС улучшается, но при этом возрастает затухание ФОС − уменьшается коэффициент передачи фильтра в полосе пропускания. Из-за значительного затухания в полосе пропускания фильтры более 6 звеньев в ФОС на практике встречаются редко. Наиболее широкое применение получили 3- и 4-хзвенные фильтры. Применение 2-хзвенных фильтров не рекомендуется, так как это не дает преимущества по сравнению с двухконтурным полосовым фильтром.

Избирательность ФОС также зависит от добротности контуров. Чем больше добротность контуров, тем ближе форма АЧХ фильтра к прямоугольной. Поэтому добротность контуров фильтра стремятся сделать как можно большей. Для повышения добротности контуров целесообразно применять контурные катушки с замкнутыми магнито-диэлектрическими сердечниками. Катушки фильтров должны быть экранированы (показано на рисунке 18.6), а экраны заземлены.

Целесообразность применения ФОС определяется расчетом добротности входящих в него контуров при выполнении условия

,

где Q_К − конструктивная добротность катушек индуктивности (обычно выбирается равной 150÷250).

Если это условие не выполняется, то в таком ФОС невозможно получить коэффициент прямоугольности лучше, чем в 2-хконтурном полосовом фильтре с контурами той же добротности. Поэтому принимается решение вместо ФОС использовать 2-хконтурный полосовой фильтр. Коэффициент усиления каскада УПЧ с ФОС определяется по формуле

K = 1/2 р₁ ´ р₂ ´ S ´ K_Ф ´ r_Ф,

где р₁ и р₂ − коэффициент включения фильтра соответственно со стороны входа и выхода, определяемые выражениями

;

S − крутизна характеристики усилительного прибора;

К_Ф − коэффициент передачи фильтра (его величина зависит от числа звеньев и величины параметра связи между контурами. С увеличением этих двух величин значение К_Ф уменьшается. Обычно К_Ф < 0,5);

r_Ф − характеристическое сопротивление фильтра, определяемое выражением

.

Достоинства усилителя с многозвенным LC-фильтром:

1. Простота и экономичность.

2. Простота настройки и регулировки полосы пропускания (Df_П регулируется изменением С_СВ).

3. Возможность получения достаточно высокого коэффициента прямоугольности.

Недостаток усилителя с многозвенным LC-фильтром − большие геометрические размеры (причина − катушки индуктивности с сердечниками, экранировка колебательных контуров и др.).

Применение электрических ФОС позволяет получить весьма хороший коэффициент прямоугольности, например, при количестве звеньев равном четырем, коэффициент прямоугольности K_П = 2,7.

Выводы по 2-му вопросу:

1. ФОС предназначен для обеспечения основной избирательности по соседним каналам приема.

2. Одной из разновидностей ФОС является многозвенный LC-фильтр.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В лекции был рассмотрен один из видов ФОС − многозвенный LC-фильтр. Главным недостатком этого фильтра, который препятствует его широкому использованию в технике связи, является его значительные геометрические размеры. В настоящее время разработаны и активно применяются кварцевые и электромеханические фильтры, которые при небольших размерах обладают высокими тактико-техническими параметрами.