Тракт промежуточной частоты

Тракт промежуточной частоты ТВ радиосигнала состоит (рис.8.2) из фильтра (ФП), который включается между ПЧ выходом селектора и ПЧ входом ИМС 100 (выводы 45); усилителей промежуточной частоты изображения (УПЧИ); синхронного детектора (СД); видеоусилителя (ВУ).

Фильтр (ФП) предназначен для формирования амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) тракта УПЧИ. Этот фильтр создает срез Найквиста в АЧХ тракта УПЧИ в области частот 38 МГц и ослабляет соседние каналы приема на 43 дБ. УПЧИ ИМС 100 усиливает ТВ радиосигнал на промежуточной частоте до величин, необходимых для нормальной работы видеодетектора. Входной сигнал УПЧИ составляет единицы милливольт, выходной - десятые доли вольта.

ФП представляет собой фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ). К достоинствам таких фильтров следует отнести:

- малые габариты;

- высокую технологичность и надежность;

- возможность получения АЧХ близкой к прямоугольной, и, что особенно важно для телевидения, - реализовать АЧХ несимметричной формы;

- возможность достижения малых потерь в полосе пропускания.

Фильтр на ПАВ представляет собой резонансную систему, выполненную из

пластины пъезоэлектрика (кварц, пъезокерамика) с нанесенными на ее поверхность электродами и контактными площадками методом фотолитографии.

Пъезокерамика (ПК) обладает той особенностью, что при воздействии на нее электрического поля происходит деформация диэлектрика (растяжение/сжатие), и, наоборот, растяжение/сжатие ПК приводит к появлению в ней электрических зарядов. Эти свойства ПК используют при создании фильтров.

Фильтр на ПАВ содержит входной и выходной встречно-штыревые преобразователи (ВШП), расположенные на одной стороне пъезопластины. Каждый ВШП состоит из двух гребенок с «зубцами» (электродами). «Зубцы» гребенок взаимно перекрываются (рис.8.4).

Рис 8.4. Структура фильтра на поверхностных акустических волнах

При подаче электрического сигнала на входной ВШП между «зубцами» верхней и нижней гребенок возникает электрическое поле, которое приводит к деформациям пластины, расположенной под ВШП. Например, под «зубцами» верхней гребенки возникают зоны растяжения пъезоэлектрика, а под «зубцами» нижней зоны – сжатия или наоборот (это зависит от разности потенциалов, приложенной к верхней и нижней гребенкам).

Одновременно с появлением зон сжатия/растяжения появляются и электрические заряды, распределенные по поверхности пъезоэлектрика в соответствии с этими зонами.

В силу упругости материала подложки зоны сжатия/растяжения распространяются от ВШП в виде акустических волн вместе с соответствующими им электрическими зарядами. Длина волны акустического колебания, как следует из структуры преобразователя, равна расстоянию между «зубцами» верхней (нижней) гребенки a0. Скорость распространения акустических волн для кварца составляет V0=3,15 . 103 м/с.

Часть энергии P1 акустических волн распространяется в направлении выходного ВШП, где происходит их обратное преобразование в электрический сигнал. Другая часть P2 распространяется в обратном направлении, поглощается специальными поглотителями и не участвует в формировании выходного сигнала. Электрические заряды, проходя под «зубцами» выходного ВШП, наводят на его выходе ЭДС, полярность которой периодически изменяется. Период изменения этой ЭДС Т0равен времени прохождения акустической волны между соседними «зубцами» одной из гребенок преобразователя. То есть частота выходного сигнала составит:

f0= 1/T0= V0 /a0,

Выбирая степень перекрытия «зубцов» Li верхней и нижней гребенок во входных и выходных ВШП по всей длине преобразователей, а так же выбирая количество «зубцов», можно получать фильтры с различными АЧХ.

Фильтры на ПАВ сравнительно легко реализовать в диапазоне частот от 10МГц до 1ГГц. Нижний предел по частоте ограничен размерами пъезоподложки, а верхний - возможностями технологии. Количество «зубцов» в гребенках может составлять от нескольких единиц до нескольких сотен, а величина a0- от десятых долей миллиметра до единиц микрометра.

Синхронный детектор (СД). В качестве видеодетектора в ИМС 100 используется синхронный детектор. Такой детектор позволяет осуществить детектирование сигнала при малых отношениях сигнал / шум на входе без ухудшения качества изображения. Опорный контур детектора, настроенный на частоту 38 МГц, представляет собой высокодобротную колебательную систему, подключенную к выводам 2,3 ИМС 100. С помощью контура (совместно с ограничителем (О) формируется опорное напряжение для синхронного детектора. С выхода СД снимается ПЦТС и сигнал звукового сопровождения на второй промежуточной частоте (5,5 или 6,5 МГц). Смесь этих сигналов через видеоусилитель (ВУ) поступает на вывод 7 ИМС 100.

Схема обнаружения видеосигнала (ОС)(рис.8.2) предназначена для обнаружения сигнала на выходе тракта промежуточной частоты. Она состоит из последовательного соединенных низкочастотного фильтра (ФНЧ), детектора (Дос) и идентификатора сигнала (ИД). Схема работает следующим образом. Сигнал ПЦТС, выделенный из смеси сигналов на выходе ВУ фильтром ФНЧ, детектируется пиковым детектором. Напряжение с ДОСпоступает на идентификатор, который при наличии сигнала на выходе детектора вырабатывает постоянное напряжение стандартного уровня (логическую “единицу”), свидетельствующее о приеме ТВ радиосигнала. Напряжение с выхода идентификатора поступает в канал звукового сопровождения (КЗ) ИМС 100 и на вывод 34 микроконтроллера. Через этот вывод МК уведомляется о приеме ТВ радиосигнала. При отсутствии напряжения на этом выводе МК переводит ТВ приемник в дежурный режим через пять минут.

Система автоматической подстройки частоты гетеродина (АПЧГ) (рис.8.2) предназначена для поддержания постоянства промежуточной частоты приемника. Это необходимо по двум причинам. Во-первых, как известно, соседние каналы в вещательном телевидении располагаются через 8 Мгц относительно друг друга. Для ослабления соседнего канала при таком их “плотном” расположении требуется АЧХ УПЧИ с крутыми скатами. При этом, чтобы форма спектра принятого ТВ радиосигнала не искажалась амплитудно-частотной характеристикой УПЧИ (АЧХ УПЧИ), необходимо стабилизировать промежуточную частоту сигнала. Во-вторых, для нормальной работы синхронного детектора остаток подавленной несущей должен располагаться строго по середине правого ската АЧХ УПЧИ (так называемого среза Найквиста). Удовлетворение этих требований приводит к необходимости использовать систему АПЧГ.

Система АПЧГ представляет аналого-цифровое устройство. Аналоговая часть системы состоит из смесителя, гетеродина, размещенных в селекторе каналов; фильтра ФП, УПЧИ, частотного детектора (ЧД), устройства выборки и хранения (УВХ), расположенных в ИМС 100.

Цифровая часть системы реализована в микроконтроллере (ИМС 402), в котором собраны устройство поиска ТВ радиосигнала и формирователь напряжения настройки гетеродина.

Частотный детектор вырабатывает напряжение рассогласования, пропорциональное отклонению частоты входного сигнала от 38 МГц. ЧД работает по синхроимпульсам строк, т.к. радиосигнал, передаваемый во время активной части строки, имеет паразитную частотную модуляцию (ПЧМ). ПЧМ вызвана частичным подавлением нижней боковой полосы радиосигнала. Для обеспечения работы в ключевом режиме детектор стробируется импульсами U_C, вырабатываемыми в системе синхронизации ИМС 100. С выхода ЧД напряжение рассогласования в виде видеоимпульсов поступает на устройство выборки и хранения, которое запоминает уровень поступившего импульса и сохраняет его до прихода следующего импульса.

Частотный детектор АПЧГ построен на основе фазового детектора (ФД)
(рис. 8.5.а). На первый вход ФД поступает сигнал с УПЧИ U, на второй-
напряжение UОП. Напряжение UОПформируется из выходного сигнала УПЧИ
цепочкой элементов, состоящей из узкополосного контура (К) и ограничителя
(О). Уровень ограничения в ограничителе выбирается таким, чтобы амплитуда его выходного сигнала была неизменной. Начальная фаза сигнала UОПопределяется фазочастотной характеристикой контура (рис. 8.5,б).

а б

Рис.8.5. Детектор АПЧГ: а - упрощенная схема детектора; УПЧИ - усилитель промежуточной частоты изображения; К - контур; О - ограничитель; ФД - фазовый детектор; б- зависимость разности фаз сигналов на входе ФД от частоты сигнала

Фазочастотная характеристика контура определяет фазовый набег гармонического сигнала при прохождении его через контур. Величина j зависит от частоты сигнала. Напряжение на выходе ФД определяется разницей фаз напряжений Dj, поступающих на его входы, которая в рассматриваемой схеме зависит от расстройки частоты сигнала на выходе УПЧИ относительно резонансной частоты контура f0. Это напряжение используется для работы системы АПЧГ.

Система АПЧГ может работать в двух режимах: в режиме поиска ТВ радиосигнала и в режиме слежения за отклонениями промежуточной частоты сигнала от 38 МГц.

В режиме слежения напряжение с выхода УВХ, пропорциональное расстройке промежуточной частоты сигнала относительно 38 МГц, через вывод 9 ИМС 100 поступает на 9 вывод микроконтроллера. К выводу 9 МК подключен аналого-цифровой преобразователь (АЦП), где поступившее напряжение преобразуется в цифровой код. Этот код складывается с кодом напряжения, настройки селектора каналов на выбранный канал вещания. Результирующий код поступает в выходной цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), и преобразуется в импульсы, длительность которых зависит от поступившего кода. Импульсы поступают на вывод 1 микроконтроллера, к которому подсоединен формирователь управляющего напряжения (ФН1), представляющий собой интегрирующий фильтр. Полученное в результате фильтрации напряжение U_Н подается в селектор каналов на варикапы гетеродинов. Под воздействием этого напряжения изменяется частота сигнала гетеродина до тех пор, пока промежуточная частота ТВ радиосигнала не станет равной 38 МГц.

В режиме поиска система АПЧГ оказывается разомкнутой. Это обеспечивается отсоединением выхода детектора от входа УВХ системой управления ИМС 100. Замыкание системы АПЧГ осуществляется при переходе ее в режим слежения, наступающего в тот момент, когда обнаружен сигнал на выходе тракта промежуточной частоты, и система синхронизации ТВ приемника введена в синхронизм с принимаемым ТВ радиосигналом.

Работа системы АПЧГ в режиме поиска осуществляется следующим образом. Во входном регистре ЦАП микроконтроллера по команде “поиск” начинает изменяться находящееся в нем число. Это осуществляется в соответствии с программой поиска, записанной в постоянном запоминающем устройстве микроконтроллера. Изменения содержимого регистра ЦАП приводит к последовательному изменению длительности импульсов на выводе 1 микроконтроллера. Импульсы подаются на формирователь управляющего напряжения, который преобразует их в постоянное напряжение. Величина этого напряжения пропорциональна длительности импульсов. В режиме “поиск” напряжение на выходе ФН1 перестаивает по частоте усилители высокой частоты и преобразователи селектора каналов одновременно, тем самым осуществляется поиск ТВ радиосигнала в выбранном частотном диапазоне. Поиск по частоте осуществляется до тех пор, пока на выводе 4 ИМС 100 (выход схемы обнаружения радиосигнала) не появится напряжение идентификации, свидетельствующее о приеме одного из каналов ТВ вещания.

Система АРУ (рис.8.2) предназначена для поддержания постоянным уровня сигнала на выходе тракта ПЧ. Система АРУ отрабатывает медленные изменения амплитуды радиосигнала, вызванные в основном изменением условий распространения радиоволн. Стабилизация уровня сигнала на выходе тракта необходима, потому что изменения этого уровня приводят к нарушению цветопередачи изображения и снижению помехоустойчивости приема.

Системой АРУ охвачены УПЧИ (первая петля АРУ) и селектор каналов (вторая петля АРУ). В состав первой петли АРУ входят УПЧИ, синхронный детектор (СД), видеоусилитель (ВУ), фильтр (ФНЧ), детектор АРУ (Д_АРУ). Во вторую петлю АРУ кроме каскадов, входящих в первую петлю АРУ, входят пороговое устройство (ПГ), селектор каналов (СК) и фильтр ФП. Первая петля АРУ формирует регулирующее напряжение U_Р1, которое изменяет коэффициент усиления УПЧИ. Вторая петля АРУ вырабатывает регулирующее напряжение U_Р2, которое изменяет коэффициент усиления селектора каналов, что позволяет улучшить стабилизирующее действие системы автоматической регулировки усиления. Эта петля работает лишь при больших уровнях входного сигнала, которые перегружают тракт ПЧ. При малых уровнях входного сигнала вторая петля АРУ размыкается, что достигается включением в ее цепь порогового устройства ПГ. Если уровень сигнала на выходе детектора АРУ оказывается меньше напряжения срабатывания порогового устройства, то цепь регулирования оказывается разомкнутой. Напряжение порога устанавливается потенциометром R, подсоединенным к выводу 49 ИМС 100. Система АРУ работает по строчным синхроимпульсам, выделенным из ПЦТС на выходе радиоканала. С этой целью Д_АРУ стробируется импульсами UС, совпадающими по времени с синхроимпульсами принятого сигнала ПЦТС. Такие импульсы формируются в системе синхронизации ТВ приемника, лишь только после того как эта система оказывается введенной в синхронизм с принимаемым ТВ радиосигналом.

Использование для работы АРУ синхроимпульсов ПЦТС объясняется тем, что принимаемый ТВ радиосигнал это сигнал с одной боковой полосой. При передаче изображения амплитуда сигнала ОБП оказывается зависящей от передаваемой информации, и только уровень синхроимпульсов несет информацию о затухании сигнала в канале распространения радиоволн.