Усилители промежуточной частоты (УПЧ)

УПЧ-четырехполюсник

Назначение. Преимущественное усиление РС на промежуточной частоте.

Критерий функционирования: .

Решаемые задачи: качественное усиление РС на промежуточной частоте избирательность по соседней помехе, обеспечение устойчивости и стабильной работы.

Показатели каскада. Критерии его работоспособности.

–

–

–

– Критерий устойчивости

 

– Критерий стабильности. Каскад работоспособен при замене полупроводниковых приборов данного и следующего каскадов, при изменении параметров среды и питающего напряжения в нормативных пределах.

Структурная схема

– Структурные элементы УДЧ -аналогия с УСЧ 3.2. Возбудитель-СМ

– Потребитель- АД

Варианты УПЧ

– Классификация каскадов

· По типу УЭ: на биполярном или полевом транзисторе

· По виду ПФ: одноконтурные, многоконтурные и апериодические

· По элементной базе: на дискретных элементах или микросхеме

– Техническое наименование каскада. В состав информации входит общее назначение и место подключения каскада (УПЧ) и основные классификационные элементы.

Особенности условий работы УПЧ

– Каскады обрабатывают PC на фиксированной пониженной несущей частоте .

– Полоса пропускания узкая: ).

– В ТПЧ может применяться один или группа каскадов УПЧ в зависимости от требуемой реальной чувствительности РПУ.

– УПЧ могут быть с сосредоточенной или распределенной избирательностью. При использовании сосредоточенной избирательности ПФ в основном входит в состав СМ, При распределенной и в состав группы каскадов УПЧ.

 

УПЧ С РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬЮ.

Многокаскадные одноконтурные УПЧ.

– Алгоритм использования схемы одного каскада такой же как резонансного УСЧ базового варианта с фиксированной настройкой (рис.11,б, а)

– Проверка технического состояния одиночного каскада - полная аналогия с УСЧ.

– Структурная схема наименование и назначение цепей, критерий их функционирование и поиск отказавшей цепи каскада – аналогия с УСЧ.

– Расчетные формулы основных показателей для 'n' однородных каскадов.

· Резонансный коэффициент усиления по напряжению

 

· Нормированная АЧХ

· Фазочастотная характеристика

 

· Коэффициент избирательности но соседней помехе

 

· Коэффициент прямоугольности

 

 

· Полоса пропускания

 

– Применение. В узкополосных РПУ с 3.

Многокаскадные двухконтурные УПЧ.

(Сопоставление с предыдущим вариантом).

– Особенности схемы каскада. Вместо одиночного контура используется два связанных одинаковых по параметрам контура (рис.11,а)

– Сопоставление показателей и характеристик.

· Резонансный коэффициент усиления по напряжению для n однородных двухконтурных УПЧ

При n=1,β=1,,

При n=1,β=2.41,

· Сопоставление коэффициентов усиления по напряжению

- при n=1,β=1, ;

- при n=1, β=2.41,;

- при n=1,β=1,

- при n=1,β=2.41,

· Нормированная АЧХ

 

Форма графика ДПФ при:β<1- одногорбая, β=1- двугорбая с

плоской вершиной ,β>1- двугорбая с провалом на f_пр. ОПФ-одногорбая.

· Фазочастотная характеристика

 

Форма графика одинаковая по закономерности для УПЧ с ДПФ и УПЧ с ОПФ, однако первый имеет большую крутизну.

· Коэффициент избирательности по соседней помехе для 'n' однородных двухконтурных УПЧ.

 

 

· Коэффициент прямоугольности для 'n' однородных двухконтурных УПЧ при

 

 

· Полоса пропускания для 'n' однородных двухконтурных УПЧ при.β=1

 

При

· Коэффициенты устойчивого усиления для УПЧ с ДПФ и ОПФ равны

 

– Применение .В узкополосных РПУ при

 

УПЧ С СОСРЕДОТОЧЕННОЙ ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬЮ

(сопоставление с двухконтурным УПЧ)

Особенности схемы каскада. Вместо ДПФ (рис. 11,а) подключены ФСС (рис.11,в), ЭМФ (рис.11,г), ПКФ (рис.12, д ) или резистор (рис.11, е).

Сопоставление свойств при (табл.12).

–

–

Простота в изготовлении, стабильность АЧХ и ФЧХ в условиях эксплуатации, меньшая склонность к самовозбуждению.

Применение. УПЧ с ФСС при К_п >1.5, УПЧ с ПКФ при К_п ≥1.3.УПЧ с ЭМФ при K_п ≥1.2.

 

АЛГОРИТМ РАСЧЕТА КАСКАДА УПЧ.

Исходные условия. Дано: принципиальная схема и основные показатели каскада, типовые параметры выходной цепи высокочастотного транзистора УПЧ и параметры входного сопротивления следующего каскада, полярность и номинал напряжения источника питания.

Результаты расчета. Определены значения и выбраны по ГОСТ параметры элементов каскада.

Последовательность логических операций.

– Определяют значения параметров ПФ УПЧ с распределенной избирательностью, повторив ПЗ.1-3.7 алгоритма расчета ВЦ или выбирают стандартный фильтр для УПЧ с сосредоточенной избирательностью, используя справочную литературу (табл. 12).

– Остальные операции аналогичны расчету УСЧ

 

МИКРОМИНИАТЮРИЗАЦИЯ УРЧ

Классификация УРЧ по элементной базе. УРЧ выполняются на дискретных элементах, на микромодуле или на микросхеме, а также в виде молекулярного устройства. Классификация и характеристика приведена на рис 12.

Информация по микромодулям и микросхемам. 2.1 Источники: паспорт, справочник, техническое описание РЭО. 2.2. Структура информации

– Функциональное назначение (рис. 13,в; 14.1,3; 15.1).

– Обозначение микросхемы (рис.13,а,6,в). Опознавание микросхемы

– Основные электрические показатели (рис. 15.2).

– Принципиальная схема (рис. 15.3).

– Физические параметры и схема выводов (рис. 14.2).

– Рекомендации технической эксплуатации (рис. 15.6, 14.4,5)

– Проверка технического состояния (рис. 15.4,5).

Т.О. справочная информация по микросхеме позволяет обеспечить необходимое техническое обслуживание устройства с таким видом элементной базы.

Алгоритм подключения подвесных элементов к микросхеме.

– Микросхема, как правило, универсальная, т.е. способна выполнять множество функций в зависимости от схемы и параметров подключенных элементов.

– Последовательность операций формировании принципиальной схемы с применением микросхемы.

· Используют принципиальную схему каскада с заданной функцией на дискретных элементах.

· Выбирают тип микросхемы с заданным назначением, с наиболее простой принципиальной схемой.

· Копируют принципиальную схему выбранного типа микросхемы и изучают состав и схему соединения ее элементов.

· К каждому электроду транзистора микросхемы подключают через выводы необходимые внутренние и внешние элементы, пользуясь схемой каскада на дискретных элементах.

– Пример. Необходимо сформировать принципиальную схему, двухконтурного УПЧ на транзисторе с ОЭ.

· Исполняем принципиальную схему на дискретных элементах (рис.11,а).

· Выбираем микросхему "УР", обозначенною на рис. 11, ж - "РА"

· В составе микросхемы предусмотрены: транзистор с проводимостью n-p -n и группа резисторов.

· Формируем схему каскада:

На участке эмиттера VT:

а. на дискретной схеме к эмиттеру - подключены R_э и С_э;

б. подключаем к эмиттеру, VT микросхемы внутренний резистор R_э, благодаря заземлению вывода 5;

в. подключаем конденсатор C, с внешней стороны между выводом 4 и корпусом.

на участке коллектора VT:

а. на дискретной схеме подключен ДПФ и источник питания с дополнительными элементами;

б. в составе микросхемы подключаем к коллектору VT через вывод 14 ДПФ и источник питания с другой полярностью.

На участке базы VT:

а. на дискретной схеме подключен делитель смещения

Остальные показатели приблизительно равные и могут рассчитываться по формулам для УПЧ.

Применение. В РПУ ДВ, СВ, КВ, МВ со средним значением реальной чувствительности в составе ТПЧ с распределённой и сосредоточенной избирательностью.

 

СМЕСИТЕЛИ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Однотактный, одноэлектродный, двухконтурный СМ на транзисторе с истоковой связью отдельного гетеродина на дискретных элементах.

– Схема каскада (рис.17,а). Принцип исполнения схемы такой же как двухконтурного УПЧ на полевом транзисторе с ОИ.

Особенность - к истоку VT подключен гетеродин через С_И.

– Сопоставление свойств с базовым вариантом:

 

 

· меньше комбинационных помех, так как ВАХ ПТ квадратичная парабола, S(U_г)- линейная функция, поэтому в процессе параметрического преобразования частоты формируются только две комбинации

· меньше коэффициент усиления по напряжению, т.к.

– Применение. В РПУ MB с повышенной реальной чувствительностью.

Однотактный, двухэлектродный, двухконтурный СМ на двухзатворном транзисторе с отдельным гетеродином на дискретных элементах.

– Принцип исполнения схемы (рис. 17,б).

· В качестве ПЭ используется двухзатворный ПТ с квадратичной вольтамперной проходной характеристикой.

· К первому затвору VT подключён УСЧ через высокочастотный трансформатор Т₂.

· Ко второму затвору VT подключен Г через высокочастотный трансформатор T₁.

· На участке истока используется делитель напряжения из двух резисторов R_и1 и R_и2 для обеспечения различных значений напряжения смещения на первой и второй затворов V Т.

– Сопоставление свойств с базовым вариантом.

· Режим работы VT:

а. линейный по первому затвору (ТИР1малая амплитуда напряжения РС);

б. нелинейный по второму затвору (ТИР2,значительная амплитуда напряжения гетеродина).

· Меньше выходное напряжение внутреннего шума:

 

· Больше коэффициент избирательности по зеркальной помехе УСЧ:

 

· Возможность регулировки коэффициента усиления каскада по напряжению за счет изменения напряжения смещения на первом затворе.

· Выше стабильность настройки на рабочей частоте из-за слабой паразитной связи между полосовыми фильтрами Г и УСЧ.

· Меньше резонансный коэффициент усиления каскада по напряжению, так как .

· Меньше комбинационных помех, так как проходная вольтамперная характеристика ПТ -квадратичная парабола.

– Применение. В РПУ ДВ, СВ, KB, MB при повышенной реальной чувствительности, помехозащищенности и стабильности работы.

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ НА ДИОДАХ

Однотактный двухконтурный СМ на диоде с отдельным гетеродином.

– Принцип исполнения схемы (рис.18,а)

· В качестве ПЭ применяется высокочастотный диод (VD).

· В его цепь подключены УСЧ, ДПФ и Г с помощью высокочастотных трансформаторов T₁, Т₂, Т₃.

– Сопоставление свойств с базовым вариантом.

· Работает как параметрический преобразователь частоты с сильной обратной связью.

· Упрощенная схема.

· Меньше выходное напряжение внутреннего шума.

· Не обеспечивает усиления по напряжению.

· Ниже стабильность работы из-за сильной связи между полосовыми фильтрами УСУ, Г и ДПФ.

– Условия для применения. В РПУ СМВ, если приняты специальные меры по стабилизации частоты гетеродина.

Двухтактный (балансный), двухконтурный см на диодах с отдельным гетеродином.

(сопоставление с предыдущим каскадом)

– Принцип исполнения схемы (рис 18,б)

· В качестве преобразовательных элементов применены два высокочастотных диода с равными параметрами.

· Диоды с однополярным включением входят в состав двух симметричных, плеч.

· Гетеродин подключён в общую цепь двух плеч через Т₃, обеспечивает синфазное возбуждение.

· УСЧ подключён к плечам с помощью T₁, возбуждает плечи со сдвигом по фазе на 180°.

· ДПФ связан с плечами преобразовательной цепи с помощью Т₂.

– Особенности свойств.

· Больше помехозащищенность:

меньше выходное напряжение внутреннего шума, так как на выходе симметричной двухтактной схемы напряжение шумов гетеродина равно нулю;

двухтактная - симметричная схема создаёт меньше комбинационных помех, так как способна подавлять комбинационные составляющие, в состав которых входят четные гармоники несущей PC при нелинейном преобразовании частоты (рис. 19 а,б).

 

-колебания гетеродина не могут излучаться через приёмную антенну.

· Выше стабильность настройки. Нет паразитной связи между Г и УСЧ, Г и ДПФ, так как Г подключен в одну диагональ, а УСЧ и ДПФ в другую диагональ сбалансированной мостовой схемы, образованной секциями Т₁ и Т₂.

· Сложность схемы:

а. больше элементов в составе каскада;

б. необходимость балансировки высокочастотных плеч.

– Применение. В РПУ MB, ДМВ и CMВ с повышенной реальной чувствительностью, помехозащищённостью и стабильностью работы.

Двойной двухтактный (кольцевой), двухконтурный СМ на диодах с отдельным гетеродином.

– Принцип исполнения схемы (рис. 18,в).

· Основное звено - мост из высокочастотных диодов VD1....4, которые в направлении прямой проводимости образуют схему кольца.

· К одной диагонали моста 1-1 подключён УСЧ с помощью T₁.

· К другой диагонали моста 2-2 подключён ДПФ помощью T₂.

· Гетеродин связан со смесителем через средние точки Т₁и Т₂ посредством T₃.

– Структурная схема. СМ содержит два - симметричных двухтактных плеча:

· 1 плечо: VD1 и VD3;

· 2 плечо: VD2 и VD4

– Сопоставление свойств с предыдущим вариантом.

· Обеспечивает большую помехозащищённость:

а. двойная симметричная двухтактная схема создаёт меньше комбинационных помех, так как способна подавлять комбинационные составляющие, в состав которых входят чётные гармоники несущей PC или чётные гармоники колебаний Г (рис.19,в,б).

 

б. подавляет помеху на промежуточной частоте, так как УСЧ и ДПФ разделены сбалансированной мостовой схемой, образованной диодами.

· Сложность схемы:

а. больше элементов в составе каскада;

б. необходимость балансировки двух двухтактных - плеч.

– Применение. В РПУ ДВ, СВ, КВ, MB, если промежуточная частота входит в состав рабочего диапазона радиоприемника.

 

ГЕТЕРОДИН (Г)

Г - двухполюсник

Назначение. Гетеродин формирует электрические колебания гармонической формы с заданной амплитудой и радиочастотой, которые необходимы для преобразования несущей PC в промежуточную.

Критерий функционирования U_г≠0 при E=E_ном.

Показатели Г. Критерии его работоспособности.

– U_г=ψ(t) – гармоническая функция.

– U_гm=U_норм.

– .

– .

– .

Варианты гетеродинов.

– Классификация Г.

· По количеству каскадов: простые и сложные.

· По диапазону частот: ДВ, СВ, KB, MB, ДМВ.

· По принятым мерам стабилизации установленной частоты:

а. без стабилизации γ=10^-3 .

б. с параметрической стабилизацией γ=10^-4.

в. с кварцевой стабилизацией γ=10^-5.

г. с комбинированной стабилизацией γ=10^-6.

· По элементной базе; на дискретных элементах или микросхеме.

Наименование. В состав информации входит назначение устройства (Г) и его классификационные элементы.

Краткая характеристика гетеродинов

Простые диапазонные Г без стабилизации частоты.

– Схемотехническое исполнение. АГ с индуктивной обратной связью, с индуктивной или емкостной трехточкой, по схеме Батлера на транзисторе или микросхеме .

– Одноручечная сопряженная перестройка колебательных контуров ТСЧ и Г в диапазоне рабочих частот обеспечивается за счет подключения в контур Г последовательного (C₁₀) и параллельного (С₁₂) конденсаторов сопряжения (рис.20,б), критерий сопряженной перестройки .

– Применение. В простейших РПУ с ручным управлением, работающих в благоприятных климатических условиях.

Простые диапазонные Г с параметрической стабилизацией частоты.

– Схемотехническое исполнение как и в предыдущем варианте, однако в Г применяют специальные элементы, обеспечивающие стабилизацию частоты от каждого изменяющегося параметра среды, источника питания и нагрузки.

– 2.2. Обеспечивается сопряженная перестройка как и в предыдущем варианте.

– 2.3. Применение в РПУ с ручным управлением, который эксплуатируется в жестких климатических условиях.

Простые диапазонные Г с кварцевой стабилизацией частоты.

– Схемотехническое исполнение АГ аналогично варианту 1, однако кварцевый резонатор является составной частью колебательного контура и определяет частоту настройки Г.

– Перекрытие рабочего диапазона частот осуществляется за счет использования гармоник и сменных кварцев.

– Применение. В РПУ с ручным управлением, который эксплуатируется в жестких климатических условиях, РПДУ имеет высокую стабильность частоты, если в процессе применения требуется оперативное изменение частоты настройки РПУ.

Простые диапазонные гетеродины со стабилизацией частоты с помощью АПЧ.

– Схемотехническое исполнение аналогично варианту 1, однако дополнительно подключена АПЧ, которая стабилизирует - промежуточную частоту РПУ при отклонении от номинала несущей частоты РПДУ и Г РПУ;

– Обеспечивается одноручная сопряженная установка рабочей частоты РПУ как и варианте 1.

– Применение. В РПУ с ручным управлением, который эксплуатируется, в жестких климатических условиях при нестабильной работе РПДУ.

Сложные диапазонные гетеродины с комбинированной стабилизацией частоты.

– Гетеродин - многокаскадное устройство - синтезатор с диапазонной кварцевой и параметрической стабилизацией частоты, формирующий сетку высокостабильных частот в рабочем диапазоне РПУ е заданной дискретностью.

– Применение. В РПУ, с помощью которых решаются оперативно ответственные задачи в жестких условиях эксплуатации при необходимости автоматической перестройки РПУ, если РПДУ имеет высокую точность установки и стабильности частоты колебаний.