книги / Основы радиоэлектроники

возбудится. Через разделительную емкость С4 напряжение с вы­ хода УВЧ подается на детектор с диодом VDv Сопротивле­ ние R-, обеспечивает протекание постоянной составляющей через диод VDi.

Качественные показатели приемника прямого усиления

Обычно в качестве УВЧ используется резонансный усилитель (см. § 4.6). Его коэффициент усиления равен K=SZ„, где S —

крутизна транзистора, ZH= — -----резонансное сопротивление па-

С, /?к

раллельного контура с элементами LK, Ск, RK; LKи RKвключены последовательно (рис. 2.40). Резонансная частота контура равна

(орд= —r^=, С, — перестраиваемая емкость, которая меняется

\J LXC,

в пределах от Смин до Смакс. При изменении С меняется |АГ|. При переходе в более высокочастотный диапазон работы надо умень­ шать L*. Это приводит к уменьшению Z* и К. Поскольку УВЧ должен перестраиваться по частоте, трудно поднять его коэф­ фициент усиления за счет увеличения числа каскадов, так как конструкция получается сложной и склонной к самовозбужде­ нию. Малое К приводит к низкой чувствительности приемника. Чувствительность резко меняется по диапазону из-за изменения

КК » )-

Сростом ©ре, увеличивается также полоса пропускания вход­

ной цепи и УВЧ Дсо = — = —. Это приводит к ухудшению из-

Q

бирательности приемника, так как в полосу пропускания попада­ ет теперь не только полезный радиосигнал, но и радиосигнал соседней по частоте радиостанции. В коротковолновом диапазо­ не избирательные свойства приемника теряются, так как £)« 40 и Дсо с л и ш к о м велико, поэтому эти приемники не имеют КВ диапазонов. Избирательность невелика и в диапазоне ДВ и СВ (£/= 15-г20 дБ). Плохая избирательность и малая чувствитель­ ность, изменяющаяся в диапазоне частот,— недостатки прием­ ников прямого усиления. Его достоинством является простая схема. Такие радиовещательные приемники применяются на на­ чальных этапах радиолюбительской практики и в радиокружках для начинающих.

В радиолюбительской практике в настоящее время появляется все больше устройств с использованием ИМС, что уменьшает размеры этих устройств и улучшает их качественные показатели. В качестве примера на рис. 8.8а приведена схема приемника

o + 9 B

T 0 H -2 A

К140УД1А

Рис. 8.8 a

радиостанции на расстоянии до 100 км. При этом операционный усилитель выполняет сразу несколько функций: усиливает колебания высокой частоты, детектирует их, усиливает ко­ лебания звуковой частоты. Конденсаторы Ct и С2 обеспечивают фильтрацию колебаний и звуковой частоты после детекти­ рования AM колебаний, С3— разделительный конденсатор, /?! обеспечивает передачу сигнала с выхода на вход опе­ рационного усилителя, чтобы произвести дополнительное уси­ ление звуковых колебаний, LK, Ск образуют входной контур. Катушка входного контура является и катушкой магнитной антенны, которая может быть изготовлена практически из любого ферритового стержня длиной 100— 160 мм и провода диаметром 0,18—0,2 мм, катушка контура LKимеет 60— 100 вит­ ков, катушка связи 5— 10 витков; катушка связи необходима для того, чтобы через нее сигнал подать на вход ОУ, непосредственное подключение входного контура к ОУ ухудшает добротность контура и, соответственно, избирательность при­ емника.

§ 8.4. Радиовещательные супергетеродинные приемники AM сигналов

Высокой чувствительностью и большой избирательностью обладает супергетеродинный приемник благодаря наличию в его схеме преобразователя частоты (см. § 7.5) и многокаскадного усилителя радиосигнала на фиксированной промежуточной час­ тоте. Преобразование несущей частоты сигнала в более низкую промежуточную частоту позволяет резко улучшить фильтрацию радиосигналов различных радиостанций.

Рассмотрим следующий пример. Пусть имеются два радиоси­ гнала с несущими частотами f c =10 МГц и fc =10,2 МГц. От-

Рис. 8.9а— ж

носительное различие между ними по частоте мало (fc —f c)// с = = 2%. Если эти радиосигналы подаются на преобразователь частоты, на который также поступают гармонические колебания от местного генератора — гетеродина с частотой / г= 10,465 МГц, то на выходе преобразователя появляется два радиосигнала с не­ сущими частотами / г —f c = 465 кГц и / г —/ с = 265 кГц. Относи­ тельное различие между ними по частоте довольно велико:

что облегчает разделение этих сигналов с помощью фильтров. Структурная схема супергетеродинного приемника приведена на рис. 8.9а, на рис. 8.96, в, г, д, е, ж изображены спектры колебаний на выходе каждого каскада. Представляющий интерес радиосиг­ нал с выхода антенны (рис. 8.96) выделяется, отфильтровывается входной цепью (рис. 8.9в) и поступает на преобразователь, а на входе преобразователя появляется модулированный радиосигнал с несущей промежуточной частотой (рис. 8.9г). Этот радиосигнал усиливается усилителем промежуточной частоты (УПЧ) (рис. 8.9д), детектируется, в результате чего получается низкоча­ стотный управляющий сигнал (рис. 8.9е). Управляющий сигнал усиливается усилителем звуковой частоты (УЗЧ) (рис. 8.9ж) и по­ ступает в громкоговоритель.

В супергетеродинном приемнике настройка на желательную радиостанцию производится путем изменения емкости С контура

входной цепи (изменения резонансной частоты этого контура), а также путем одновременного изменения емкости Сх в контуре гетеродина, при этом согласованно изменяется частота колеба­ ний гетеродина, а промежуточная частота остается неизменной и равной / пр = 465 кГц. Эту частоту всем радиостанциям запреще­ но использовать в качестве несущей. При неизменной промежу­ точной частоте проявляются дополнительные преимущества су­ пергетеродинного приемника:

1.Возможность использовать неперестраиваемые фильтры на промежуточной частоте со связанными контурами и с АЧХ, близкой к идеальной П-образной характеристике, что обеспечи­ вает высокую избирательность приемника.

2.Возможность получить большой коэффициент усиления ра­ диосигнала на промежуточной частоте и обеспечить устойчи­ вость усилителя.

3.Высокая чувствительность приемника определяется большим коэффициентом усиления на промежуточной частоте и слабо зависит от несущей частоты принимаемого радиосигнала.

4.Из-за большего коэффициента усиления на промежуточной частоте на входе детектора появляется сигнал большой амплиту­ ды, что позволяет использовать линейное детектирование с ма­ лыми искажениями (см. § 7.3).

5.Приемник становится менее склонным к самовозбуждению из-за наличия каскадов, работающих на разных частотах: на несущей частоте принимаемого сигнала, промежуточной частоте

извуковой частоте.

Преобразователь частоты радиовещательного супергетеро­ динного приемника, как правило, представляет собой транзис­ торное устройство, на вход которого подается AM сигнал с вход­ ной несущей частотой, и, кроме этого, подается немодулированное гармоническое колебание на частоте гетеродина. На выходе преобразователя включается система связанных контуров, на­ строенных на фиксированную промежуточную частоту.

На рис. 8.10 приведен преобразователь частоты на транзисто­ ре VTX и гетеродин на транзисторе VT2, собранный по схеме генератора с индуктивной обратной связью и контуром в цепи базы. Совместное изменение резонансной частоты контура L iC u настроенного на несущую частоту входного сигнала / вх и контура L2C2 С3С4 гетеродина, настроенного на / г, позволяет получить постоянную разность этих частот, равную промежуточной частоте / Пр= /Г—/в»- АЧХ преобразователя частоты и УПЧ (рис. 8.11) определяется системой связанных контуров и близка к прямо­ угольной (см. § 2.6). С целью уменьшения шунтирующего дей­ ствия выходного сопротивления транзистора и входного сопро­ тивления каскада УПЧ (рис. 8.10) или детектора (рис. 8.11) на систему связанных контуров часто выход транзистора и вход УПЧ или детектора подключается к части витков соответству-

ющей катушки L x или L2, т. е. используется неполное включение

CI R 2 равно нулю. Все спект­ ральные составляющие управ­ ляющего сигнала достигают базы транзистора. При поло­ жении движка вправо все со­ ставляющие проходят через це­ почку CI R2. Так как емкость Ci мала, ее сопротивление для

низких частот велико 1^1 = — , 1 с| Q с

а для высоких — мало, то вы­ сокочастотные составляющие проходят без ослабления, а низкочастотные— ослабляются.

приемниках при D = 104 10 5 получают В = 1,1 -f-10. Кроме АРУ, в высококачественных приемниках используется автоматическая подстройка частоты (АПЧ) гетеродина. В схеме АПЧ сигнал с выхода УПЧ подается на частотный детектор (см. § 7.4), и если его частота отлична от 465 кГц, вырабатывается постоянное напряжение, пропорциональное отклонению частоты. Это напряже­ ние подается на запертый диод — варикап — в контуре гетеродина и изменяет емкость варикапа. Изменение емкости приводит к изме­ нению резонансной частоты контура, равной частоте генерации гетеродина.

В УКВ диапазоне используется частотная модуляция радио­ сигнала, и супергетеродинный приемник этого диапазона содер­ жит все изображенные на рис. 8.9 каскады и частотный, а не амплитудный детектор. Перед частотным детектором включают амплитудный ограничитель, который устраняет паразитную (вы­ званную помехами) амплитудную модуляцию ЧМ сигнала.

Качественные показатели супергетеродинного приемника

1.Благодаря фиксированной промежуточной частоте/пр = 465 кГц

иотличию частоты входного сигнала от промежуточной частоты, удается обеспечить большую стабильность приемника при высо­ ком коэффициенте усиления многокаскадного УПЧ.

2.Высокий коэффициент усиления УПЧ позволяет реализовать высокую чувствительность приемника, в частности приемников

1группы UBXмин= Юн-15 мкВ.

3.Чувствительность в приемниках с АРУ одинакова в разных диа­ пазонах, поэтому рабочий диапазон приемника может быть рас­ ширен и включать диапазоны коротких и ультракоротких волн.

4.Понижение несущей частоты КВ диапазона до промежуточной частоты и простота реализации неперестраиваемых полосовых фильтров преобразователя и УПЧ позволяют получить близкую

кидеальной П-образной АЧХ в полосе пропускания радиосиг­ нала и высокую избирательность приемника по соседнему каналу (И«60 дБ для приемника 1 группы)

5.Большой коэффициент усиления УПЧ позволяет получить на выходе УПЧ радиосигнал большой амплитуды и использовать линейное детектирование с малыми нелинейными искажениями,

т.е. получить более качественное воспроизведение управляюще­ го сигнала и звука, чем в приемнике прямого усиления.

Недостатки супергетеродинного приемника

Недостатками супергетеродинного приемника являются пара­ зитные каналы приема:

1. Симметричный канал (канал зеркальной помехи).

Если входной сигнал имеет частоту / с = / г —/ пр, а частота гетеро­ дина / г > / с, то / Пр = / г " / с - Однако зеркальная помеха на частоте

§ 8.5. Тенденции развития современных радиовещательных приемных устройств

В современные радиовещательные радиоприемные устройства все шире внедряются микропроцессоры — программируемые микроэлектронные устройства, которые обеспечивают оптималь­ ное качество приема в условиях помех, управление автопоиском, электронную память десятков радиостанций, коммутацию источ­ ников программ, работу таймера, включающего и выключаю­ щего приемник по заданной программе, т. е. осуществление про­ граммного управления. Используется цифровая настройка (на­ жатием цифровых кнопок) и обзорная (приемник сам «просма­ тривает» диапазон до получения команды «стоп», после чего фиксирует настройку и сам следит за станцией, обеспечивая в случае необходимости нужную подстройку с помощью АРУ и АПЧ, переключение тракта УПЧ на более узкую полосу при появлении помехи по соседнему каналу, переключает регулятор тембра).

В качестве перестраиваемых емкостей широко используются не конденсаторы переменной емкости, а варикапы— запертые диоды, емкость р-п перехода которых изменяется при вариации управляющего постоянного напряжения с помощью потенциоме­ тров.

С помощью цифровых кнопок подключаются поочередно потенциометры, с которых на варикапы подстройки гетеродина и входной цепи подаются соответствующие постоянные напря­ жения.

Обзорная настройка сводится к изменению емкостей варика­ пов входной цепи и гетеродина под действием плавно изменя­ ющегося напряжения.

Для дистанционного управления радиоприемников в пределах одного помещения используются ультразвуковые и инфракрас­ ные линии связи. (Инфракрасные линии оказались более удоб­ ными.)

Сигналы управления с пульта дистанционного управления поступают на кодирующее устройство, в котором вырабатывает­ ся последовательность импульсов, поступающая на фотодиод, где осуществляется импульсно-кодовая модуляция (см. главу 1) инфракрасного излучения. Промодулированное излучение посту­ пает на расположенные на некотором расстоянии приемник (фо­ тотранзистор), затем на усилитель и декодирующее устройство и, наконец, на устройство управления.

В диапазонах СВ, УКВ и ДМВ в настоящее время получило распространение стереофоническое вещание. В России в диапазо­ нах УКВ для этой цели применяется система со сложным управ­ ляющим сигналом, содержащим суммарный управляющий сиг­ нал правого и левого каналов п+ л со спектром 30-М 5000 Гц,

а также дополнительный управляющий сигнал с ультразвуковой поднесущей, необходимый для разделения сигналов левого и пра­ вого каналов.

В СВ диапазоне используются для стереофонического веща­ ния сигналы с комбинированной модуляцией — амплитудной и частотной или амплитудной и фазовой, сигналы с двумя неза­ висимыми боковыми полосами и общей несущей, сигналы с квад­ ратной модуляцией— два AM сигнала, у которых несущие име­ ют одну и ту же частоту, но различаются на 90° по фазе.

Особые достоинства в качестве воспроизведения управляющего сигнала сулит использование цифрового радиовещания. В этом случае сигнал превращается в последовательность импульсов, ха­ рактеризующих значение сигнала в определенные моменты време­ ни (см. главу 1). Цифровая система передачи звука уже работает в системах спутниковой связи и спутникового радиовещания, а так­ же используется для цифровой звукозаписи (см. главу 10). Цифро­ вое вещание может обеспечить практически неискаженное воспро­ изведение звука: полосу воспроизводимых частот 5—20000 Гц, коэффициент нелинейных искажений < 0,01 %, динамический диапа­ зон >90 дБ, практически полное отсутствие внешних помех (отношение сигнал/шум > 90 дБ), а также осуществить стереофони­ ческое вещание. Недостатком линий цифрового вещания является широкая полоса частот ~ 8 МГц, занимаемая одной радиостанцией, что определяет диапазоны несущих частот цифрового вещания.

Цифровое радиовещание позволяет просто реализовать вы­ вод информации на дисплей, режим повтора сообщений, запоми­ нание сообщений и т. д.

В последнее время все большее внимание привлекает ис­ пользование в бытовой радиоаппаратуре систем управления и оповещения человеческим голосом. Управление в этом случае производится с помощью речевых команд. Исполнение команд оператора подтверждается синтезированным человеческим голо­ сом. Сигнал управления превращается в цифровую форму и по­ ступает в микропроцессор управления.

Системы распознавания голоса станут частью автомобиля, лифта, компьютера, бытовых приборов, которые будут выпол­ нять команды лишь определенного человека. После исполнения команды микропроцессор вырабатывает сигнал ответа, который поступает в синтезатор человеческой речи, и громкоговоритель воспроизводит ответ.

Создана большая интегральная схема распознавания речи, позволяющая распознать 64 слова с коэффициентом распознава­ ния 98%.

Разработаны образцы радиоприемной аппаратуры с система­ ми речевого оповещения.

Например, в ФРГ разработаны стереофонические кассетные автомобильные магнитолы (радиоприемник и магнитофон). Они