книги / Усилители промежуточной частоты

6.1.ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

КУПЧ могут быть предъявлены очень высокие тре­ бования по избирательности, особенно эффективной. Для

ееобеспечения в таких случаях применяют фильтры со­ средоточенной избирательности (ФСИ).

Как правило, бывает достаточно одного ФСИ, кото­ рый включается ца входе УПЧ между преобразователем частоты и первым каскадом, что существенно уменьшает перекрестные искажения и интермодуляцию.

Вкачестве ФСИ используются:

—многозвенные LC-фильтры;

—пьезоэлектрические фильтры;

—электромеханические фильтры;

—пьезомеханическче фильтры.

Различают два типа УПЧ с ФСИ.

1. ФСИ включается на входе УПЧ с распределенной избирательностью для резкого сужения полосы пропуска­ ния при изменении рода работы приемника. Так, напри­ мер, при приеме речевых амплитудно-модулированных сигналов, необходима полоса пропускания порядка б— 10 кгц. Она обеспечивается двухкаскадным двухконтур­ ным УПЧ (рис. 6.1,я, переключатели Я ь Я2 в положе­ нии 2).

При приеме незатухающих телеграфных сигналов до­ статочна полоса пропускания от десятков до нескольких сотен герц. На входе включают ФСИ (переключатели на рис. 6.1,а в положении 1).

В качестве ФСИ в подобных случаях обычно исполь­ зуют пьезоэлектрические (кварцевые) фильтры.

2. ФСИ включается на входе широкополосного УПЧ, имеющего избыточную полосу пропускания и состоящего из апериодических резисторных или одноконтурных резо­ нансных каскадов (рис. 6.1,6).

Полоса пропускания и избирательность определяются главным образом ФСИ. В приемниках с переменной по-

лосой пропускания регулируют полосу ФСИ изменением его -параметров или применяют несколько фильтров с различными полосами пропускания. УПЧ с ФСИ чаще используются в приемниках высоких классов.

Улучшение избирательности и снижение ослабления сигнала ФСИ на LC может быть достигнуто лишь умень­ шением потерь в элементах фильтра и прежде всего уменьшением собственного затухания индуктивностей.

Рис. 6.1. Основные типы УПЧ с ФСИ:

а — УПЧ с распределение^! избирательностью (ФСИ включается при приеме узкополосных сигналов); б — УПЧ с постоянно включенным ФСИ.

Из-за конструктивных трудностей величина последнего редко бывает меньше 0,002—0,003. Это обстоятельство накладывает ограничение на достижимую избиратель­ ность, при заданной полосе пропускания и при умерен­ ном ослаблении сигнала. Кроме этого многозвенные LC-фильтры имеют сравнительно большие габариты.

При особо жестких требованиях к избирательности и к габаритам в УПЧ -применяют пьезоэлектрические, пьезомеханические и электромеханические ФСИ.

В зависимости от вида реализуемых колебаний и ма­ териала резонаторов они имеют затухания от 0,3* 10-2 до 10"6. Форма кривой избирательности у этих фильтроз близка к идеальной прямоугольной.

Основными характеристиками ФСИ являются:

1. Средняя частота полосы пропускаемых частот, рав­ ная номинальной промежуточной частоте /о-

2. Полоса пропускаемых частот Пп.

3. Коэффициент передачи по напряжению /Сф = ц2/^1.

4.Избирательность сп при расстройке Д/с.

5.Относительная неравномерность вершины резо­

нансной К Р И В О Й Ор.

6.Входное pi и выходное р* характеристическое со­ противление.

7.Интервал рабочих температур.

8.Габаритные размеры, вес и стоимость.

Электромеханические, пьезомеханические и много­ звенные пьезоэлектрические ФСИ представляют собой обычно конструктивно законченный узел УПЧ, в готовом виде выпускаемый промышленностью. При проектирова­ нии УПЧ остается лишь выбрать ФСИ, качественные ха­ рактеристики которого наиболее близки к необходимым.

Фильтры на LC чаще всего проектируются и изготов­ ляются для УПЧ конкретного типа приемника. Они мо­ гут быть построены по мостиковой или многозвенной цепочечной схеме. В первом случае, при одинаковых ка­ чественных показателях фильтр содержит меньше дета­ лей, чем во втором. Однако мостиковые фильтры требу­ ют более высокой стабильности индуктивностей и емко­ стей, чем цепочечные. Это является одной из основных причин столь широкого применения цепочечных филь­ тров.

Фильтры, использующие мостиковые схемы, обычно выполняются на высокостабильных пьезоэлектрических (кварцевых) резонаторах.

Одним из важнейших условий применения ФСИ в тракте промежуточной частоты является согласование его входного характеристического сопротивления р* с вы­ ходной проводимостью gzzn преобразователя частоты и выходного характеристического сопротивления р/ с про­ водимостью нагрузки g'iic (входной проводимостью пер­ вого каскада УПЧ).

6.2.МЕТОДЫ СОГЛАСОВАНИЯ ФСИ В УПЧ

Вобщем виде структурная схема тракта промежуточ­ ной частоты приемника с ФСИ может быть представле­ на в виде, показанном на рис. 6.2. Она состоит из соб­

ственно ФСИ, входного (СУ*) и выходного (СУ*) согла­ сующих устройств. Способы согласования определяются величиной произведений pigzm и р/£цс, шириной полосы пропускания фильтра Цп, а также необходимой точно-

стыо согласования. Рассмотрим соответствующие устрой­ ства для наиболее распространенных случаев.

В приемниках на электронных лампах и униполяр­ ных транзисторах проводимости g&п и gilc малы (p^22n4Cl» P(giic<Cl)- В качестве согласующих устройств

Рис. 6.2 . Обобщенные схемы УПЧ с ФСИ:

а— упрощенная по переменному току; б— эквивалентная.

применяются проводимости gi и Si (рис. 6.3,а). Условия согласования имеют вид

В УПЧ на биполярных транзисторах, когда проводимо­

сти g 22a И güc велики (р,-^22п>1 И p ig iic > l), методика согласования зависит от ширины полосы пропускания П*. При Пп^ 0,02 -г-0,1 в качестве согласующих устройств используются широкополосные трансформаторы сопро­ тивлений (рис. 6.3,6), параллельные колебательные кон­ туры (рис. 6.3,в) и (сравнительно редко) несимметрич­ ные трансформаторные Т- или П-образные полузвенья LC-фильтров (рис. 6.3,г). Последний способ характерен для широкополосных ФСИ.

Коэффициенты трансформации широкополосных трансформаторов (рис. 6.3,6) определяются из условий согласования

Подставляя их в (6.12) при d^i = da = d0 И иМбЯ в виду, что Ci = C, -\-Ст-\-т2и С22П, Ci — С2-\-Ст-\-т2н Спс,на­ ходим расчетные соотношения для коэффициентов транс­ формации:

Из технологических соображений удобно выбирать собственную емкость контура САтак, чтобы miü=l (пол­ ное включение контура Lu, C i ) .

Из первого выражения (6.13), полагая пгц= 1, опре­ деляем

(из-за больших ёцс, Сцс значение С2, при котором т-ц= 1, получается чрезмерно большим). Поэтому технологиче­

В широкополосных УПЧ на биполярных транзисто­ рах, когда полоса пропускания соизмерима с промежу­ точной частотой (n n/fo>0,l-f-0,2) и требуется высокая точность согласования, рассмотренные выше методы со­ гласования становятся непригодными. В этом случае со-

гласование достигается путем использования в качестве согласующих устройств (рис. 6.3,г) несимметричных трансформаторных звеньев (ТЗ), содержащих мини­ мальное количество деталей. Схемы таких звеньев и ос­ новные расчетные формулы приведены в табл. 6.1, где fu /2 — соответственно нижняя и верхняя частоты среза, в первом приближении равные /1,2= /о+ П п/2 .

Согласование при помощи трансформаторных звеньев иногда применяется в случае многозвенных ФСИ, исполь­

коэффициенты трансформации и коэффициент усиления преобразователя частоты определяются формулами (6.3)-(6.6).

6.3. МНОГОЗВЕННЫЕ ФИЛЬТРЫ СОСРЕДОТОЧЕННОЙ

ИЗБИРАТЕЛЬНОСТИ

Многозвенные LC-фильтры строятся на основании ме­ тодов обиден теории электрических фильтров. Эта теория позволяет в принципе проектировать ФСИ из идеальных индуктивностей L и емкостей С. Нужная полоса про­ пускания обеспечивается путем соответствующего выбо­ ра величин L и С. Реальные'контурные индуктивности и конденсаторы обладают потерями, которые ухудшают характеристики фильтров. По этой причине потери (за­ тухания) в фильтрах стараются сделать минимальными конструктивно выполнимыми. В этом состоит принципи­ альное отличие таких фильтров от рассмотренных ранее

валентным затуханиям контуров.

ФСИ представляет собой систему Т- или П-образиых полосовых LC-звеньев, согласованных между собой по характеристическому сопротивлению. Общее число звень­ ев может достигать 5—10 и более. ФСИ -используются как в узкополосных, так и в широкополосных УПЧ (до Пп//о<0;5). Опыт показывает, что построение качествен­ ных ФСИ возможно, если Un/fo d ^ 1,4ч-2,0.

ФСИ может быть симметричным, т. е. иметь одинако­ вые характеристические сопротивления как со стороны входных, так и со стороны выходных полюсов, и несим­ метричным, если эти сопротивления различаются.

ФСИ усилителей на электронных лампах выполняет­ ся из симметричных звеньев. При расчете такого ФСИ задаются его характеристическим сопротивлением р в диапазоне 50—150 ком. Согласование с преобразова­ телем частоты и с первым каскадом УПЧ достигается при помощи согласующих резисторов (рис. 6.4,а), про­ водимости которых gi=gi= 1/р.

Фильтры транзисторных УПЧ также изготовляются из симметричных звеньев. Согласование достигается в узкополосных УПЧ за счет неполного включения кон­

в ФСИ двух концевых трансформаторных звеньев (ТЗ), как показано на рис. 6.3,г. Эти звенья являются полно­ правными звеньями фильтра, определяющими вес его качественные показатели. Последний способ согласова­ ния чаще используется в широкополосных УПЧ.