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 fпр. 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 Кп >1.5, УПЧ с ПКФ при Кп ≥1.3.УПЧ с ЭМФ при Kп ≥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 Rэ и Сэ;
б. подключаем к эмиттеру, VT микросхемы внутренний резистор Rэ, 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 СИ.
– Сопоставление свойств с базовым вариантом:
· меньше комбинационных помех, так как ВАХ ПТ квадратичная парабола, S(Uг)- 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 Rи1 и Rи2 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 Uг≠0 при E=Eном.
Показатели Г. Критерии его работоспособности.
– Uг=ψ(t) – гармоническая функция.
– Uгm=Uнорм.
– .
– .
– .
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.