книги / Основы радиоэлектроники
..pdfш
t }
V » \ |
,Y<7^ |
Рис. 7.49
т. e. напряжение на выходе пропор ционально интегралу от входного напряжения.
Условие (7.4) выполняется, ког
да
г
о
Для прямоугольного импульса длительностью Т2 (рис. 7.48) интег рирование осуществляется без ис кажений, если
RC '^ Mmaxi
т. е. T2<^RC— постоянная време
ни RC цепи должна быть много больше длительности импульса Г2.
На рис. 7.50 приведено выходное напряжение на выходе интег-
шрующей цепи при подаче на вход прямоугольного импульса ?рис. 7.48).
Дифференцирующие и интегрирующие цепи могут быть ре ализованы с ОУ В этом случае они называются дифференци аторами и интеграторами.
Схема дифференциатора приведена на рис. 7.51. Для этой схемы выполняется соотношение RC<z:Tu где Тг— длитель ность фронта импульса.
В данной схеме используются следующие свойства ОУ: его выходное сопротивление очень велико (десятки и сотни килоом), а выходное сопротивление мало
(единицы Ом). |
R |
Приближенно |
представим в |
виде четырехполюсника с беско нечно большим входным сопро тивлением. На выходе этого че тырехполюсника включен управ ляемый генератор тока ir= Su^X9 а параллельно ему выходное
Рис. 7.52
R
сопротивление R BUX (рис. 7.52). Коэф фициент усиления ОУ равен K = S R Bax и много больше единицы.
Используя схему замещения |
ОУ, |
|
схему дифференциатора можно пред |
||
ставить |
в виде, изображенном |
на |
рис. 7.53. Для этой схемы, согласно |
||
первому закону Кирхгофа, |
|
|
UJL + ^ = S u b%=' |
S (U B X - U c ). |
|
Я А.ы.
Отсюда
и.ых= ~ ‘ljLJ ^ + S R Bax(uBX-U c).
1Ф |
4 |
пВх |
Поскольку |
K = S R Btlx^>l, |
|
|
|
^ « 1 , |
|
|
Рис. 7.53 |
|
можно записать |
|
|
|
|
||
|
|
Мвых^-' К(ивх Мс)- |
(7.5) |
|
Согласно второму закону Кирхгофа,
ивх = ил + ис- и аых,
отсюда |
|
|
|
|
|
ивх- и с = ия - и вых. |
|
|
(7.6) |
||
Подставляя (7.6) в (7.5), имеем |
|
|
|
|
|
м„ых = К(ик - и вых). |
|
|
|
||
Отсюда |
|
|
|
|
|
к |
, |
к |
, |
uR |
? |
-----WR, WBX |
= WC+ WD |
--------U R = Uc -\------- |
1 + К |
||
i + к н вх |
с к |
1 + К R |
с |
|
|
Поскольку
ttK = R C ^ = R C ^ ,
окончательно имеем
dutx ^вых 1+к RC ~dT'
Достоинством дифференциатора с ОУ является независимость выходного напряжения от входного сопротивления следующего каскада в отличие от простейшей дифференцирующей цепочки, где эта зависимость имеет место.
Рис. 7.54 |
Рис. 7.55 |
Схема интегратора приведена на рис. 7.54. В схеме интег ратора, как и в схеме интегрирующей цепочки, выполняется соотношение /? С » Г 2, где Т2— длительность импульсов, в этом случае uR^>uc.
Используя схему замещения ОУ (рис. 7.52), представим схему интегратора в виде, изображенном на рис. 7.55.
Напряжение на входе ОУ равно uBX= uBX— uR. Согласно перво му закону Кирхгофа для схемы интегратора, имеем:
^ |
+^ = S(uBX- u R), |
^ |
^вых |
откуда
uBaxUR^ ut + SRBUX(uBt- u R).
Поскольку
K=SRBUX^ \ , а ^ р « : 1,
то
^вых /'4' К(илх UR).
Согласно второму закону Кирхгофа,
ивх— UR~\~UC WBblx .
Отсюда
UBX UR uc ивых.
Подставляя (7.9) в (7.7), получим
к
Мвых-1+KUc’
Подставив (7.10) в (7.9), найдем
и«
Поскольку А » 1,
(7.7)
(7.8)
(7.9)
(7.10)
213
имеем
u„&uR = iR.
t |
t |
0 0
и окончательно
К 1
Ивых = -----*—
1 + К RC
о
В отличие от простейшей интегрирующей цепочки данная схема имеет следующее достоинство: напряжение на выходе ин тегратора не зависит от входного сопротивления следующего каскада из-за малого выходного сопротивления ОУ
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ К ГЛАВЕ 7
1.Расскажите классификацию нелинейных преобразований сигналов.
2.Нарисуйте обобщенную схему нелинейного преобразователя сигналов. Какова роль нелинейного элемента и фильтра при нелинейных преобразованиях?
3.Расскажите принцип получения амплитудно-модулированного радиосиг
нала.
4.Расскажите принцип получения частотно-модулированного радиосигнала.
5.Опишите принцип действия преобразователя частоты.
6.Расскажите принцип детектирования амплитудно-модулированного сиг
нала. Какие типы амплитудных детекторов Вы знаете? Какова роль фильтра нижних частот? Нарисуйте схему простейшего амплитудного детектора.
7.Расскажите принцип детектирования частотно-модулированного сигнала. Нарисуйте простейшую схему частотного детектора.
8.Опишите принцип действия и нарисуйте схему амплитудного ограничителя сигналов.
9.Что такое дифференцирование сигналов? Нарисуйте схему и расскажите принцип действия дифференцирующей цепочки.
10.Что такое интегрирование сигналов? Нарисуйте схему и расскажите Прин цип действия интегрирующей цепочки.
11.Графически продифференцируйте импульс трапецеидальной формы-
12.Графически проинтегрируйте импульс прямоугольной формы.
Г Л А В А 8
РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА
Радиоэлектронные устройства широко используются для пе редачи информации. Условно области их применения можно разделить на две части. Во-первых, область передачи инфор мации слушателям или зрителям. Прием осуществляется с по мощью радиовещательных или телевизионных приемных уст ройств. Эти широко распространенные устройства будут рас смотрены в данной и следующей главах. Радиоэлектронные устройства (в первую очередь усилители) используются также при получении информации с помощью грамзаписи или маг нитофонной записи. Классификация бытовой радиоэлектронной аппаратуры приведена в главе 10. В той же главе описаны физи ческие принципы грамзаписи и магнитофонной записи и цифро вые грампластинки. Второй областью применения радиоэлектро ники является передача и получение информации для решения научных и технических задач в радиолокации, радиоастрономии, системах космической связи. Кратко эти применения рассмот рены в главе 10.
§ 8.1. Классификация радиоприемных устройств
Радиоприемные устройства— это широкий класс систем, обеспечивающих решение задачи приема и преобразования ра диосигнала и воспроизведения сообщения, передаваемого радио передатчиком.
Все радиоприемные устройства можно разделить на три груп пы: радиовещательные, телевизионные и профессиональные при емники. К приемникам профессионального назначения относятся связные, радиолокационные и другие приемники специального назначения.
Наиболее широко распространенными являются радиовеща тельные и телевизионные приемники.
Антенна радиопередающего устройства излучает в простран ство радиосигналы — модулированные высокочастотные колеба ния, создаваемые передатчиком. В этих модулированных колеба ниях запечатлен сигнал сообщения, так как форма модулирован ных колебаний определяется сигналом сообщения.
Любое радиоприемное устройство содержит ряд необходи мых элементов. Для приема радиосигнала радиоприемные уст ройства должны иметь приемную антенну. Падающие на антенну электромагнитные волны приводят к появлению в ней ЭДС ра диосигнала, поступающего на вход приемника. Приемник имеет входную цепь — фильтр, выделяющий из всех радиосигналов только один радиосигнал интересующей нас радиостанции. Сле дующим обязательным элементом приемника является детек тор— устройство, преобразующее высокочастотный модулиро ванный радиосигнал в низкочастотный сигнал сообщения.
На выходе приемника включается преобразующее устройст во: в случае радиовещательного приемника преобразователь электрического сигнала сообщения в звук — головной телефон, громкоговоритель или акустическая система, а в случае телевизи онного приемника— преобразователь электрического сигнала со общения в оптическое изображение— кинескоп. На рис. 8.1 при ведены структурная схема простейшего приемного устройства (рис. 8.1а), спектры колебаний на выходе антенны (рис. 8.16), входной цепи (рис. 8.1в), детектора (рис. 8.1г). На рис. 8.2 изоб ражена схема простейшего радиовещательного детекторного приемника, на выходе которого включен головной телефон. Из меняя переменную емкость С контура входной цепи, можно
менять резонансную частоту контура соре1 = 1ly/LC и выделять радиосигнал, несущая частота сонес которого близка к сорез. Ем-
Антенна
а |
а |
г CJ |
кость Ссв служит для связи антенны |
|
|
||||||
с приемником, емкость С |
входит |
|
|
|||||
в фильтр детектора. |
приемные |
уст |
|
|
||||
Более |
сложные |
|
|
|||||
ройства содержат каскады усиления |
|
|
||||||
и во многих случаях каскад преоб |
|
|
||||||
разования |
несущей |
частоты радио |
|
|
||||
сигнала. |
|
|
|
|
схем |
Вх.-L цепь |
Детектор |
|
По |
принципу построения |
|||||||
приемники |
делятся |
на |
приемники |
|
|
|||
прямого усиления, |
в которых |
уси |
Рнс. 8.2 |
|||||
ление |
осуществляется |
на |
несущей |
|
|
|||
частоте радиосигнала и на супергетеродинные приемники, в ко торых осуществляется преобразование несущей частоты сиг нала с сохранением закона модуляции и, следовательно, ин формации и основное усиление происходит на промежуточной частоте.
Согласно ГОСТ 5651-82, радиоприемные устройства делятся на 4 группы сложности: высшую (0), первую (1), вторую (2), третью (3) в соответствии с их качественными показателями.
§ 8.2. Качественные показатели радиовещательных приемников
1. Диапазон рабочих частот. |
в интервале частот |
|
Массовое радиовещание |
проводится |
|
150 кГц — 73 МГц. В этом интервале выделены диапазоны: |
||
а) Длинных волн (ДВ) 148—284 кГц (2030— 1060 м). |
||
б) Средних волн (СВ) 525— |
1606 кГц (570— 187 м). |
|
в) Коротких волн (КВ) 3,95—26,4 мГц |
(11,5— 75,5 м) с подди |
|
апазонами 11, 13, 16, 19, 25, 31, 41, 75 м, в которых работают радиовещательные радиостанции.
г) Ультракороткие волны (УКВ) 65,8—74 МГц (4,07—4,57 м).
В диапазонах ДВ, СВ, КВ используется амплитудная модуля ция, в диапазонах УКВ — частотная, позволяющая получить вы сококачественное воспроизведение музыки.
На частоте 500 кГц (^ = 600 м) передаются сигналы SOS. Эту частоту запрещено использовать для радиовещания.
2. Коэффициент нелинейных искажений.
Для приемников 0 группы в диапазонах ДВ, СВ, КВ у ^4% , для приемников 1 группы — у ^5% , для приемников 2 группы у < 6%.
3. Выходная мощность.
Различают номинальную выходную мощность Р„ом, максималь ную мощность на выходе при заданном у и нормальную выход ную мощность Р„орм= ОЛ^номПри Рнорм у уменьшается в 10 раз. Мощности Р„0рМсоответствует нормальное выходное напряжение
UHopM= ч/Люрм Z, где Z — сопротивление нагрузки приемника
на частоте 400 Гц. Как уже отмечалось, для акустических коло нок Z = 4 Ом.
4. Правильная передача спектра сигнала сообщения опреде ляется частотной характеристикой всего приемника— кривой верности воспроизведения сообщения £/вых (F), F— частота моду ляции. Кривая верности снимается при / с = 250 кГц, глубине мо дуляции т = 0,3 и входном напряжении UBX, позволяющем полу
чить |
на выходе приемника Р„орм |
при частоте модуляции |
F= 1000 Гц. Изменяется частота модуляции в пределах от 20 Гц |
||
до 10 |
кГц. |
выделить сигнал интере |
5. |
Избирательность— способность |
|
сующей радиостанции и ослабить сигналы соседних по частоте радиостанций. Избирательность характеризуется увеличением UBX, обеспечивающем на выходе Рнорм, при заданной отстройке ча стоты внешнего сигнала от частоты настройки приемника. При измерении избирательности находят на частоте настройки прием ника / с = 250 кГц, m = 0,3, F= 1000 Гц UBX, обеспечивающее на выходе Р„орм. Затем изменяют частоту внешнего радиосигнала на А/. При оценке избирательности по соседнему каналу Д /= 9 кГц. Поскольку теперь приемник не настроен на частоту внешнего радиосигнала, мощность на выходе падает. Увеличиваем UBXдо UBXх, когда мощность на выходе снова равна Риорм. Избиратель
ность характеризуется величиной £/=20 l g ^ i дБ. Для ПереНОС- ^ВХ
ных приемников 0 группы в ДВ диапазоне £/= 56 дБ, для прием ников 3 группы в СВ диапазоне £/=20 дБ.
6. Чувствительность— способность приемника принимать слабые радиосигналы.
Различают максимальную и реальную чувствительности. Ма ксимальная чувствительность характеризуется величиной мини мального сигнала £/Bxmin, который обеспечивает на выходе при емника Р„орм при максимальном усилении низкой частоты. При этом регулятор громкости приемника выведен на максимум, а на
шумы приемника внимания не |
обращается. Для приемников |
||
0 группы £/вхмин<50 мкВ, |
1 группы £/вхмин< 100 мкВ, |
2 группы |
|
£/вхмин <150 мкВ, 3 группы |
£/вхм„„ ^200 мкВ. Реальная чувстви |
||
тельность— это минимальное |
напряжение входного |
сигнала |
|
£/вх мин реал. КОТОрЫЙ обеСПвЧИВаеТСЯ на выходе Риорм при заданном
превышении сигнала над уровнем шума 7V= —игн'|,шу--. Обычно
Ощума
N определяется в ДБ
/VдБ = 20 lg Uc“rH+uiyM‘ .
О шума
Для измерения реальной чувствительности вначале при отсутст вии сигнала, поставив регулятор громкости на максимум, опре-
деляют £/шума ма)[. Затем регулятором громкости уменьшают уро вень шума на выходе до UHopJ N , уменьшая коэффициент усиле ния усилителя звуковой частоты (УЗЧ). Если подать теперь на вход приемника UBX мин, то мощность на выходе будет меньше Рнорм, так как коэффициент передачи УЗЧ уменьшен. Увеличива ем UBXдо UBXмин реал, когда мощность на выходе окажется равной РнормПоложение ручки регулятора громкости при этом не меня ется.
§ 8.3. Радиовещательные приемники прямого усиления
Приемники прямого усиления содержат антенну, входную цепь, NB4 каскадов высокой частоты (УВЧ), детектор и N„4 каска дов усиления звуковой частоты (УЗЧ). Структурная схема радио вещательного приемника усиления приведена на рис. 8.3. Такой приемник описывается формулой NB4— V ■N34, где V— наличие
детектора. |
Например, |
1 — V— 2 |
|
|
|
|
|
|
означает, что перед нами прием |
|
|
|
|
|
|||
ник прямого усиления с одним ка |
|
|
|
|
|
|||
скадом усиления высокой часто |
_ | ВхоЗная | _ |
|
|
|
|
|||
ты (А^вч=1) |
и двумя |
каскадами |
УВЧ |
— |
Детектор |
|||
цепь |
||||||||
усиления |
звуковой |
частоты |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||||
(N34 = 2). Входная цепь, включен |
|
|
|
|
\4\ |
|||
ная между антенной и УВЧ, обя |
|
|
|
| УЗЧ |
||||
зательно содержит избиратель |
|
|
|
|
|
|||
ный фильтр — параллельный ко |
|
Рис. 8.3 |
|
|
|
|||
лебательный контур, который на |
|
|
|
|
|
|||
страивается |
на несущую частоту |
|
И |
|
|
|
||
интересующей радиостанции. Ес- |
|
|
|
|
||||
|
|
f |
|
|
|
|
|
|
ли добротность контура Q = 2 FMlIC |
|
|
|
|
|
|||
Семаке— максимальная |
частота |
|
и,’н |
|
Uo |
|
||
модуляции), то входная цепь вы |
|
|
CJ |
|||||
деляет спектр AM колебания од |
|
|
|
|
|
|||
ной радиостанции и ослабляет ко |
Рис. 8.4 |
|
лебания другой. Чтобы добротность контура не зависела от параметров антенны, осуществляют слабую связь антенны с кон туром: либо емкостную— через емкость Ссв = 5-ь 15 пФ (рис. 8.4), либо индуктивную — (рис. 8.5),
либо |
комбинированную. |
При |
|
|
к УВЧ 1*1 |
|
||
емкостной |
связи коэффициент |
|
|
|
||||
передачи |
входной |
цепи |
К= |
|
|
|
|
|
= 0 мвых/и иа, где t/Ma— напря- |
1C |
|
|
|
||||
жение |
сигнала на |
выходе |
ан |
Г |
6J0 |
а |
||
тенны, сильно возрастает с ро |
|
|||||||
|
|
|
||||||
стом несущей частоты (рис. 8.4).
При этом резко по диапазону частот от сон до юв меняется чувствительность приемника, из-за чего емкостная связь ис пользуется редко. В случае индуктивной связи коэффициент пе редачи резко падает с ростом несущей частоты. Выравнивание коэффициента передачи в диапазоне частот удается получить при использовании комбинированной связи (рис. 8.6). Принципиаль ная схема простейшего транзисторного приемника 0— V— 1 при ведена на рис. 8.7. Она содержит входную цепь, детектор и УЗЧ. Катушки Z-iZ-2 размещены на ферритовом сердечнике. Потенцио метр /?! служит в качестве регулятора громкости. В верхнем положении движка на вход УНЧ через С3 поступает максималь ный сигнал. Сопротивления Л2 и R3 определяют рабочий режим транзистора. Ключ К г служит для отключения источника пита ния Е„.
На рис. 8.8 приведена принципиальная схема транзисторного приемника 1 — V— 1. В отличие от схемы рис. 8.7 во входной цепи включен переключатель К2, который позволяет изменить величину Lx и получить два диапазона работы приемника. В УВЧ сопротивления Л4 и Я5 служат для выбора рабочего режима транзистора, R6— сопротивление нагрузки УВЧ, Л7С5— фильтр развязки УВЧ от других частей схемы. При отсутствии этого фильтра может возникнуть положительная обратная связь между каскадами усилителей через источник питания, и приемник само-