Особливості побудови деяких елементів радіоприймачів

 

Ці особливості пов'язані з широкодіапазонністю радіоприймачів як за частотою, так i за динамічністю сигналів на вході. Висока якість приймання потребує в цих умовах зберігання всіх основних параметрів елементів (коефіцієнтів передачі, смуг пропускання, рівнів спотворень) незмінними i незалежними від частоти та рівня сигналу.

Першим елементом на шляху радіосигналу є вхідне коло, з'єднане з антеною як з еквівалентним генератором через елементи зв'язку. Зв'язок може бути ємнісним, індуктивним, комбінованим.

Рис.8.9. Принципові схеми одноконтурних вхідних кіл для одного піддіапазону і

залежність їхніх коефіцієнтів передачі від частот

 

Весь діапазон робочих частот вхідне коло має перекрити зміною ємності конденсатора. Проте при розумних конструктивних параметрах конденсатор змінної ємності не може мати коефіцієнт перекриття діапазону, який би перевищував 34. Тому робочий діапазон радіоприймача розбивається на піддіапазони (кіло-, гекто-, декаметрові та метрові хвилі), кожному з яких відповідає своя котушка індуктивності, приєднана до конденсатора змінної ємності.

Принципові схеми одноконтурних вхідних кіл для одного піддіапазону показано на рис. 8.9. Неповне вмикання до входу підсилювача зменшує шунтувальну дію транзистора на контур, що з6epiгaє задану смугу пропускания. Одноконтурні схеми вхідних кіл більш поширені порівняно з багатоконтурними завдяки спрощеній комутації, вищій чутливості та незмінному резонансному коефіцєнту передачі в діапазоні частот.

Схема ємнісного зв'язку вхідного кола з антеною (рис. 8.9, а) — найпростіша. Вона забезпечує значно менше внесення згасань у вхідне коло з боку антенн порівняно з безпосереднім приєднанням антени. Проте її резонансний коефіцієнт передачі залежить від частоти.

Найпоширешшою е схема індуктивного (трансформаторного) зв'язку вхідного кола (рис. 8.9, б). Якщо забезпечити слабкий зв'язок між L_3B і L, то можна здобути майже незалежний від частоти резонансний коефіцієнт передачі кола.

Схема комбінованого зв'язку вхідного кола з антеною (рис. 8.9, в) забезпечує практично незмінне значения K_0вх в усьому діапазоні часто , але еквівалентна добротність вхідного кола при цьому зменшується, що погіршує вибірність схеми відносно дзеркального каналу.

Однією з проблем супергетеродинного принципу приймання радіосигналів є спряження контурів вхідного кола та гетеродина при перестроюванні частоти в межах піддіапазону. Справа в тому, що обидва конденсатори, які входять до складу блоку конденсаторів змінної ємності, мають один i той самий коефіцієнт перекриття K_д. Проте частота гетеродина f_г вища за частоту сигналу f_с на значения проміжної частоти f_пр; тому для контуру гетеродина потрібен менший коефіцієнт перекриття, ніж для вхідного кола.

Якщо схеми вхідного кола та гетеродина зробити ідентичними i для однакових ємностей С розрахувати індуктивності котушок вхідного кола L_с та гетеродина L_г в середині діапазону (точка А на рис. 8.10, а), тобто забезпечити точне спряження в точці А при f_пр=f_г–f_с, то на кінцях діапазону матимемо

Δf_п<f_пр<Δf_к. (8.12)

Щоб усунути це негативне явище, яке призведе до того, що проміжна частота на кінцях діапазону виходитиме за межі смуги пропускання ФЗС, зменшують коефіцієнт перекриття гетеродинного контуру введенням в його схему додаткових конденсаторів. Цим забезпечують точне спряження контурів не в одній точці А,а ще в двох або чотирьох точках діапазону. На рис. 8.10, б зображено найпростішу схему спряження контурів у трьох точках за допомогою додаткових конденсаторів С_п i С_к, ємність яких вибирають з умови

С_п>С_max; C_к<C_min. (8.13)

На нижній частоті конденсатор С_к майже не впливає на загальну ємність схеми, а конденсатор С_п внаслідок послідовного з'єднання з конденсатором С2 зменшує максимальну ємністъ контуру, підвищуючи мiнімальну частоту гетеродина. На високій частоті, навпаки, С_п майже не впливає на загальну ємність схеми, а С_к збільшує мінімальну ємність контуру внаслідок паралельного приєднання до С2, знижуючи максимальну частоту гетеродина. Ємності конденсаторів С_п i C_к вибирають так, щоб точки точного спряження контурів знаходились на деякій відстані від кінців діапазону. Тоді крива ВАС зміни частоти менше відрізнятиметься від ідеальної прямої ВАС, яку на рис. 8.10, а показано штриховою лінією.

Автоматичне регулювання підсилення в радіоприймачах забезпечує роботу вихідних каскадів без перевантажень і нелінійних спотворень у разі приймання близьких та потужних радіостанцій. Справа в тому, що рівень сигналу, прийнятого від цих станцій, на вході радіоприймача може в десятки разів перевищувати його чутливість. Тому загальний коефіцієнт підсилення сигналу проміжної частоти треба зменшити або обмежити деякою величиною, залишивши його незмінним для слабких сигналів.

Для того щоб автоматично регулювати коефіцієнт підсилення сигналу, потрібно виробити напругу, яка була б пропорційна амплітуді сигналу на виході підсилювача i якимось чином змінювала б один iз параметрів, що входять у рівняння

Рис. 8.10. Діаграма (а) i схема (б) спряження контурів сигналу та гетеродина в трьох точках

 

 

K_рез=SR_{рез. екв} , (8.14)

де S = g₂₁ — крутістьВАХ прямої передачі сигналу;

R_{рез. екв} — еквівалентний oпip навантаження каскаду на резонансній частоті.

Змінювати опір R_{рез. екв} недоцільно,оскільки це призведе до зміни смуги пропускання, вибірності радіоприймача тощо. Змінювати ж крутість S можна зміною положення РТ на ВАХ транзистора. Цього легко досягти введенням додаткової постійної напруги в коло стабілізації положення РТ транзистора.

Для встановлення напруги, що керує коефіцієнтом підсилення сигналів проміжної частоти, можна використати лінійний діодний детектор. Постійна складова струму такого детектора пропорційна амплітуді напруги носійної частоти. Якщо її подати в коло бази транзистора підсилювача, то можна досить ефективно змінювати положення РТ транзистора, а разом із ним і коефіцієнт підсилення сигналу.

Принципову схему простого АРП сигналів зображено на рис. 8.11. У цій схемі основний детектор виконує також функції детектора АРП сигналів. Щоб сигнал низької частоти не потрапив у схему, застосовується ФНЧ, складений з елементів R_ф та С_ф, із дуже великою сталою часу. Для приймачів радіомовлення її вибирають у межах 0,05…0,2 с. Проте керувальний струм такої схеми обмежений і може бути поданий лише на один каскад підсилювача. Крім того, в схемі простого АРП сигналів зменшується коефіцієнт підсилення не тільки сильних, а й слабких сигналів, що знижує чутливість радіоприймача.

Щоб усунути ці недоліки, застосоують схеми АРП з затримкою та схеми з підсиленням сигналів. Принцип їхньої роботи такий самий, як і простого АРП сигналів. Тільки в схемі АРП з затримкою використовують окремий детектор, на який подається негативна напруга затримки. Наявність цієї напруги приводить до того, що при малих рівнях сигналу (нижчих за напругу затримки) діод VD схеми АРП закритий, і вона починає спрацьовувати лише після деякої затримки сигналів, тобто після досягнення напругою на вході детектора АРП деякого початкового значення U_{вх. п}. У тих випадках, коли АРП сигналів охоплюють не один, а кілька каскадів підсилювачів, постійної складової струму детектора АРП може не вистачити i тоді між детектором АРП та каскадами, де відбувається регулювання підсилення сигналів, установлюють ППС. Таким способом одержують схему підсиленого АРП сигналів.

На рис. 8.12 для порівняння показано АХ радіоприймача при різних схемах АРП сигналів, де крива 1 стосується приймача без АРП, крива 2— приймача зі схемою простого АРП, крива 3 — приймача зі схемою АРП з затримкою, а крива 4 — приймача зi схемою підсиленого АРП.

Kpiм зміни режиму роботи підсилювальних каскадів у схемах АРП сигналів іноді використовують керовані негативні 33. В радіоприймачах iз сигналом ЧМ схеми АРП, як правило, не застосовують, оскільки аналогічну функцію в них виконує амплітудний обмежувач.

Автоматичне регулювання частоти гетеродина в радіоприймачах забезпечує підтримку точного настроювання на вибрану радіостанцію. Відносна нестабільність частоти гетеродина визначається багатьма факторами — від зміни температури до зміни напруги живлення. У приймачах радіомовлення вона становить 10^-3 ...10^-4. Якщо в діапазоні середніх хвиль це допустимо (забезпечується точність підтримки частоти ±1 кГц), то для короткохвильових діапазонів (наприклад, для сигналу з частотою 10 МГц) неточність підтримки частоти ±10 кГц означає повну втрату радіоприймачем сигналу станції.

До структурної схеми автоматичного підстроювання частоти гетеродина (рис. 8.13) входять дискримінатор i пристрій керування. На дискримінатор подається напруга від підсилювача проміжної частоти. Якщо частота цієї напруги відрізнятиметься від номінальної проміжної частоти, то на виході дискримінатора з'явиться напруга, яка через пристій керування відповідним чином змінить частоту гетеродина. Результатом цієї зміни буде наближення частоти сигналу в підсилювачі проміжної частоти до її номінального значення. Розглянута схема називається схемою з частотним автоматичним підстроюванням гетеродина.

 

Рис. 8.11. Принципова схема Рис. 8.12. АХ радіоприймача при різних

простого АРП схемах АРП сигналів

Рис. 8.13. Структурна схема автоматичного підстроювання частоти генератора

 

Якщо в схему на рис. 8.13 увести генератор еталонної частоти, то за допомогою фазового детектора, що виконує функції дискримінатора, i пристрою керування можна забезпечити синфазність напруг проміжної частоти й еталонного генератора. Така схема називається схемою з фазовим автоматичним підстроюванням гетеродина. Її застосовують рідко.

Дискримінатор у схемах автоматичного підстроювання гетеродина будують за схемою частотного детектора, а функції пристрою керування виконує реактивний транзистор. Якщо частота на вході частотного детектора відрізняється від проміжної частоти, то на його виході буде постійна напруга, значення та знак якої залежать від розстроювання ±Δf. Ця напруга подається на реактивний транзистор i змінює реактивну складову його еквівалентного опору так, що Δf прямуе до нуля.

Для точного настроювання на вибрану радіостанцію не менш актуальною є проблема відліку частоти. На механічних шкалах, які застосовуютъся в більшості побутових радіоприймачів, поділки нанесено з інтервалами (до того ж указується не частота, а. довжина хвилі). Точність нанесення поділок i pyxy вказівної стрілки досить мала. Kpiм того, велика глибина розміщення радіостанцій припадає на одиницю довжини відлікової шкали. Наприклад, якщо в деяких стаціонарних радіоприймачах довжина шкали сягає 30 см (у переносних вона значно менша), то в діапазоні гектометрових хвиль на ній розміщується 120 радіостанцій, тобто по чотири радіостанції на 1 см шкали. Відстань між сусідніми станціями на шкалі — всього 2,5 мм, що сумірно з товщиною вказівної стрілки. Для декаметрових діапазонів щільність розміщення радіостанцій зростає.

Отже, для настроювання радіоприймачів на вибрану станцію бажано переходити від механічного до цифрового відліку частоти, що дає змогу точно настроюватись на вибрану радіостанцію навіть ще до виходу її в ефір.

Рис. 8.14. Структурна схема найпростішого синтезатора частот

 

Проблема стабшьності частоти гетеродина разом iз проблемою цифрового відліку частоти вирішується за допомогою синтезатора частот. Структурну схему найпростішого синтезатора частот зображено на рис. 8.14. У ньому є два генератори: один — кварцовий зі стабільною фіксованою частотою (відносна стабільність частоти 10^-7), інший — зі змінною частотою, яку можна перестроювати електронним способом у заданому діапазоні. Цей генератор i відіграє роль гетеродина. Від органів керування (ручка настроювання, кнопки настроювання або програмна матриця внутрішньої пам'яті) через пристрій встановлення частоти змінюються коефіцієнти поділу т та п подільників частоти f_кв кварцового генератора. Таким способом можна точно встановити частоту гетеродина

. (8.15)

На цифровому індикаторі встановлюється значення частоти станції з урахуванням поправки на частоту f_пр , тобто f_с = f_г – f_пр.

Настроювання може вестись як за допомогою механічної ручки, так i автоматизовано, наприклад за допомогою двох кнопок перестроювання частоти «вгору» та «вниз» (за діапазоном частот) або системою автоматичного пошуку станції. Можна ввести блок пам'яті, в який записано частоти тих радіостанцій, на які найчастіше настроюються. Тоді настроювання виконується набором адреси потрібної комірки пам'яі!.

У сучасних радіоприймачах уже вирішується проблема використання вбудованого мікропроцесора, який використовується для фільтрування сигналів замість аналогових резонансних фільтрів. У цифрових фільтрах вхідний аналоговий сигнал спочатку перетворюється на цифрову форму, потім обробляється мікропроцесором, а далі знову перетворюється на аналогову форму. Це забезпечує практично ідеальну вибірність i стабільність за відсутності будь-яких механічних перестроювальних елементів.

Щоправда, синтезатори частот, мікропроцесори, цифрові фільтри, дистанційне керування застосовують тільки в професійних та радіоприймальних пристроях дуже високої якосі.

 

ГЛАВА 9. СИСТЕМИ ТЕЛЕБАЧЕННЯ