4 страница. На мал. 4.9, а показана спрощена схема по змінному струмі перетворювача з ОЭ, у якій напруга сигналу ис подано в ланцюг бази транзистора
Малюнок 4.9
На мал. 4.9, а показана спрощена схема по змінному струмі перетворювача з ОЭ, у якій напруга сигналу ис подано в ланцюг бази транзистора, а напруга гетеродина иг — у ланцюг емітера; для сигналу транзистор включений за схемою з ОЭ, а для гетеродина — за схемою із ПРО. На мал. 4.9, б показана схема перетворювача із ПРО, у цій схемі напруга ис подана в ланцюг емітера транзистора, а напруга иг— у ланцюг бази (для гетеродина це схема з ОЭ). В обох перетворювачах мал. 4.9 сумарна напруга сигналу й гетеродина діє між емітером і базою. У перетворювачі з ОЭ (мал. 4.9, а) вхідний струм із частотою fс визначається струмом бази, а в перетворювачі із ПРО (мал. 4.9, б) — струм емітера; оскільки струм бази менше струму емітера, перетворювач із ОЭ споживає від джерела сигналу менший струм у порівнянні з перетворювачем із ПРО.
Напруга гетеродина можна подавати в ланцюг разом з напругою сигналу, однак при цьому між ланцюгами сигналу й гетеродина виникає зв'язок, що може привести: а) до взаємного впливу настроювання контурів сигналу й гетеродина; б) до просочування напруги із частотою сигналу в ланцюг гетеродина, що може викликати синхронізацію гетеродина напругою сигналу, при цьому fг=fс і перетворення частоти не відбудеться; в) до випромінювання антеною приймача напруги із частотою fг,якщо контур є вхідним, що створює перешкоди близько розташованим РПУ. Для ослаблення перерахованих негативних явищ напруга сигналу й гетеродина подають у різні ланцюги транзистора;
Малюнок 4.10
однак навіть при цьому деякий зв'язок між ланцюгами сигналу й гетеродина має місце через опір база - емітера.
Схема перетворювача частоти на двох затворному польовому транзисторі наведена на мал. 4.11. Напруга иг подають на один затвор транзистора VT, а напруга иг — на іншій; при цьому досягається гарна розв'язка ланцюгів сигналу й гетеродина. Для узгодження вихідного опору транзистора з низьким вхідним опором кварцового фільтра в ланцюг стоку включений контур, що погодить, Cк Lк . Основна перевага польових транзисторів при використанні їх у перетворювачах - близька до квадратичного залежність струму стоку від напруги затвор- джерело, при якій число побічних каналів при перетворенні частоти зменшується.
Схема ПРЧ зі сполученим гетеродином представлена, на мал. 4.12. Контур L1C1 настроєний на частоту сигналу, контур L2C2 — на частоту гетеродина, контур L3C3 — на проміжну частоту. Колекторний струм транзистора iк, містить крім складових із частотами |kfг±fc| складову із частотою fг, що у перетворювачі з окремим
Малюнок 4.11
гетеродином відфільтруватись, а в перетворювачі зі сполученим гетеродином використається для одержання коливання із частотою fг. Для генерування коливання із частотою fг у перетворювачі передбачений індуктивний зворотний зв'язок через котушку Lсвіз контуром L2C2 .Настроювання приймача здійснюється одночасною зміною
Малюнок 4.12
ємності конденсаторів З1 і З2 контурів сигналу й гетеродина, які звичайно вибираються однаковими. При перебудові приймача необхідно забезпечувати різниця між частотами настроювання контурів сигналу й гетеродина, рівну проміжній частоті, тобто виконувати умова f0ін=| fг- fс|. Реально ця умова {сполучення контурів) можна виконати тільки в деяких крапках діапазону робочих частот. Для забезпечення сполучення контурів у контур гетеродина включають спеціальні конденсатори сполучення Спарі Спосл або резистори сполучення при варакторному настроюванню Помітимо, що схему перетворювача зі сполученим гетеродином використають в окремих випадках, у недорогих приймачах низького класу, оскільки такі перетворювачі частоти мають низьку стабільність частоти.
Висновок. 1. У транзисторних перетворювачах частоти для зменшення взаємного зв'язку між ланцюгами сигналу й гетеродина напруга сигналу звичайно подається в ланцюг бази, а напруга гетеродина — у ланцюг емітера.
2. Перетворення частоти в транзисторному перетворювачі здійснюється за рахунок періодичної зміни крутості транзистора під дією напруги гетеродина із частотою fг.
3. Найбільше широко використають схему перетворювача з окремим гетеродином. Можлива побудова перетворювача зі сполученим гетеродином, у якому для генерування коливань із частотою fг корисно використається складова колекторного струму із частотою fг.
Кільцеві ПРЧ.Для підвищення розв'язки між ланцюгами сигналу й гетеродина, а також для забезпечення практично повного виключення проходження сигналу й гетеродина в ланцюзі проміжної частоти використають подвійні балансові перетворювачі, що одержали назву кільцевих. На мал. 4.13 наведена схема діодного кільцевого перетворювача, у якому діоди утворять кільце з однобічною провідністю. Напруга сигналу через котушку, що погодить, зв'язку із середньою крапкою підводить до кільця з діодів VDl ? VD4 (перша діагональ моста), у другу діагональ моста включена котушка зв'язку з фільтром на частоті f0ін. Напруга игпідключена між середніми крапками котушок зв'язку.
Малюнок 4.13
На виході кільцевого перетворювача при високій симетрії плечей забезпечується придушення побічних ефектів перетворення. Знизити рівень нелінійних ефектів при перетворенні вдається застосовуючи діоди Шотки. Подібні перетворювачі мають низький рівень
Малюнок 4.14
шумів і велика лінійна ділянка амплітудної характеристики, однак мають значні втрати при перетворенні. Для зменшення втрат перетворювач повинен бути погоджений по сигнальному й гетеродинному входах, а також по виходу на частоті f0ін.
Використання в перетворювачах діодів Шотки дозволяє здійснити краще узгодження в порівнянні зі звичайними кремнієвими або германиевыми діодами. Кільцеві перетворювачі використають у діапазоні частот до 100 Мгц; їх широко застосовують у професійних РПУ декаметрового діапазону.
Перетворювачі частоти без дзеркального каналу. При деякому ускладненні балансові перетворювачі дозволяють компенсувати дзеркальний канал прийому. Перетворювач (мал. 4.14) доцільно використати при малій частоті f0ін, оскільки в цьому випадку дзеркальний канал перебуває настільки близько до основного, що погано послабляється селективними ланцюгами вхідного ланцюга й УРЧ. Згідно мал. 4.14, напруги сигналу ис із частотою fс і фазою φс і дзеркального каналу изк із частотою fзк і фазою φзкподають на ПЭ1 і ПЭ2. Напруга гетеродина иг подається на ПЭ1 і ПЭ2 через фазообертачі зі зрушенням по фазі відповідно на +π/4 й -π/4. У результаті на виході ПЭ1 одержують напругу сигналу із частотою fc-fг і фазою φс — φг+45° і напруга дзеркального каналу із частотою fг—fзкі фазою φг— φзк + 45°. У цьому можна переконатися, якщо визначити струм на виході ПЭ1 за методикою, розглянутої в § 4.1. На виході ПЭ2 одержують напруги сигналу й дзеркального каналу з тими ж частотами й з фазами, відповідно рівними φс — φг + 45° й φг — φзк — 45°. Перетворені по частоті напруги сигналу й дзеркального каналу з виходу ПЭ1 подаються на фазообертач зі зрушенням фази +45°, на виході якого фаза сигналу дорівнює φс—φг, а дзеркального каналу — φг — φзк + 90°. Аналогічно, на виході нижнього плеча перетворювача (на виході фазообертача зі зрушенням фази —45°) фаза сигналу становить φс — φг, а дзеркального каналу — φг — φзк—90°. Напруги з верхнього й нижнього плечей подаються на суматор, коефіцієнти передачі плечей якого вибирають однаковими. Оскільки напруги сигналу на виході плечей мають однакові фази, вони в суматорі складаються й надходять у наступний УПЧ; напруги дзеркального каналу на виході плечей мають протилежні фази, тому при додаванні дзеркальна перешкода компенсується.
Висновки. 1.Характерним для балансових ПРЧ є те, що із двох підведених до ПЭ напруг сигналу й гетеродина одне діє на обоє ПЭ синфазно, а інше — противофазно.
2. При синфазному впливі на обоє ПЭ будь-яких джерел у балансовому перетворювачі, напруга на виході якого визначається різницею вихідних струмів ПЭ, забезпечується на виході ПРЧ компенсація всіх перешкод.
3. При протифазних сигналах і синфазних напругах гетеродина на ПЭ в строго симетричному балансовому перетворювачі забезпечується компенсація шумів гетеродина й у вхідний ланцюг приймача не просочується напруга із частотою гетеродина.
4. У балансових ПРЧ зменшується число побічних каналів прийому, знижується рівень нелінійних ефектів при перетворенні.
5. Кільцеві ПРЧ дозволяють істотно послабити взаємний зв'язок між ланцюгами сигналу й гетеродина, а також забезпечити компенсацію струмів сигналу й гетеродина в навантаженні.
6. При деякому ускладненні балансові ПРЧ дозволяють компенсувати дзеркальний канал прийому.
5. МАЛОШУМЯЩИЕ ПІДСИЛЮВАЧІ
5.1 Види малошумових підсилювачів
Створення високочутливих приймачів вимагає розробки малошумових УРЧ, роль яких особливо велика в приймачах СВЧ, Це порозумівається тим, що у СВЧ- приймача зовнішні перешкоди, включаючи флуктуативні шуми, малі й чутливість приймача визначається внутрішніми шумами. Малошумові СВЧ- підсилювачі можна створити на біполярних і польових транзисторах. Кращими показниками, особливо при роботі у СВЧ- діапазоні, володіють параметричні підсилювачі, що використають принцип регенеративного посилення.
Регенеративним підсилювачем називають пристрій, що забезпечує посилення радіосигналів за рахунок внесення в електричний ланцюг негативного опору, що відповідає внесенню в цей ланцюг додаткової енергії. Енергія сигналу, що надходить із антени в коливальний контур, витрачається на втрати еквівалентного контуру, обумовлені втратами в самому контурі й втратами в підключеній до контуру навантаженню. Якщо до контуру підключити двополюсник з негативним опором, то результуючі втрати в контурі зменшаться, при цьому потужність сигналу в навантаженні зросте. При рівності підключеного до контуру негативного опору власному опору контуру відбувається компенсація втрат у контурі. При цьому потужність сигналу з антени передається в навантаження (на вхід першого підсилювального або перетворювач каскаду) без ослаблення. Якщо внесене в контур негативний опір більше власного опору контуру, тобто частково компенсує не тільки втрати в контурі, але й поглинання енергії навантаженням, то потужність сигналу в навантаженні більше, ніж потужність сигналу від антени, тобто відбудеться посилення сигналу. Якщо внесений негативний опір повністю компенсує втрати еквівалентного контуру разом з навантаженням, то в контурі виникнуть незатухаючі коливання, тобто підсилювач перетвориться в генератор.
Зі збільшенням внесеного в контур негативного опору добротність контуру зростає, посилення підсилювача збільшується, однак смуга пропущення зменшується. Отже, збільшення коефіцієнта підсилення пов'язане зі звуженням смуги пропущення.
Елемент із негативним опором можна створити за рахунок ланцюга позитивної ОС або за допомогою деяких нелінійних елементів. Найбільше широко застосовуються регенеративні підсилювачі, що використають для створення негативного опору нелінійний елемент. Залежно від типу нелінійного елемента розрізняють підсилювачі з тунельним діодом і параметричні підсилювачі з варикапами. При використанні обміну енергією між електромагнітним полем і молекулами деяких кристалів реалізують квантові підсилювачі. Схема, що пояснює принцип побудови регенеративного підсилювача, показана на мал. 5.1. Сигнал від джерела сигналу подається в резонансний контур LC, до якого підключений елемент із негативною провідністю g_. Зв'язок контуру із джерелом сигналу й навантаженням — автотрансформаторна. Особливість регенеративного підсилювача полягає в тому, що вхідний і посилений сигнал відповідно подається й знімається з того самого контуру, тобто ланцюга джерела сигналу й навантаження збігаються (з урахуванням коефіцієнтів включення), отже, підсилювач має властивість взаємності, при якому вхід і вихід підсилювача можна поміняти місцями. Завдяки цій властивості шуми електронного приладу, включеного на виході підсилювача, надходять назад у підсилювач і підсилюються в ньому, погіршуючи шумові параметри підсилювача. Із цієї причини регенеративні підсилювачі, як правило, роблять односпрямованими (невзаємними). У таких підсилювачах посилюваний сигнал проходить тільки в напрямку від джерела сигналу до навантаження, дорога назад від навантаження до підсилювача виключається. Властивість односпрямованості в підсилювачі можна реалізувати двома шляхами: 1) включенням між джерелом сигналу, підсилювачем і навантаженням односпрямованих (звичайно феритових) вентилів; при цьому підсилювач є регенеративним підсилювачем з односпрямованими вентилями або регенеративним підсилювачем прохідного типу; 2) з'єднанням джерела сигналу, підсилювача й навантаження через феритовий
Малюнок 5.1 Малюнок 5.2
циркулятор (мал. 5.2); при цьому підсилювач є регенеративним підсилювачем із циркулятором або підсилювачем відбивного типу. У підсилювачі мал. 5.2 сигнал від джерела надходить на плече 1циркулятора Ц и далі через плече 2 до регенеративного підсилювача РУ; посилений сигнал через плече 3 проходить у навантаження. Шуми навантаження надходять у плече 4 і далі поглинаються резистивним навантаженням РН, не потрапляючи в підсилювач.
Висновки. 1. Регенеративне посилення сигналів забезпечується за рахунок внесення в електричний ланцюг негативного опору.
2. Зі збільшенням внесеного в контур негативного опору добротність контуру й посилення підсилювача зростають, однак при цьому його смуга пропущення звужується.
6. АМПЛІТУДНІ ДЕТЕКТОРИ
6.1 Класифікація детекторів. Принцип роботи амплітудного детектора
Класифікація детекторів.Детектором називають пристрій, що служить для створення напруги, що змінюється відповідно до закону модуляції одного з параметрів вхідного сигналу. Детектори можна класифікувати по характері вхідного сигналу й виду параметра, що піддається модуляції; по способі виконання й т.д.
Малюнок 6.1
Амплітудний детектор — пристрій, на виході якого створюється напруга відповідно до закону модуляції амплітуди вхідного гармонійного сигналу. Якщо на вході ПЕКЛО діє напруга uвх, модульоване по амплітуді коливанням із частотою F, то графік зміни цієї напруги в часі і його спектрі мають вигляд, показаний на мал. 6.1, а. Напруга на виході детектора Ед(мал. 6.1, б) повинне мінятися відповідно до закону зміни що обгинає uвх вхідної напруги uвх. Як відомо, спектр АМ- коливань на вході АД складається із трьох складових: несучого коливання з несучою частотою fн й амплітудою uн і двох бічних складових із частотами fн+F й fн-F й амплітудами 0,5mUи (m — коефіцієнт модуляції); спектр продетектованої напруги Едскладається із двох складових: постійної складової Ед0на частоті f=0 і низькочастотної складової із частотою F й амплітудою UF (мал. 6.1, б). Таким чином, напруга на виході АД містить складові частот, яких не було у вхідній напрузі. Тому завдання амплітудного детектування зводиться до простої фільтрації за допомогою лінійного ланцюга з постійними параметрами (лінійний ланцюг з постійними параметрами не створюють складових з новими частотами). Нові частотні складові можуть виникнути тільки при проходженні сигналу через параметричний лінійний ланцюг або через нелінійний ланцюг. Отже, залежно від способу виконання можна підрозділити на синхронні детектори, що використають лінійний ланцюг з періодично мінливими параметрами, і детектори на основі нелінійного ланцюга. У свою чергу, залежно від типу електронного приладу, що реалізує нелінійний ланцюг, АД підрозділяють на діодні й транзисторні. Залежно від того, нелінійність характеристики якого струму транзистора використається для детектування, транзисторні АД ділять на колекторні, базові, емітерні, стокові, затворні й витокові. На практиці найбільше часто використають діодні АД.
Принцип роботи АД. Розглянемо принцип дії параметричних і діодних АД.
Діодні АД. Діодний, АД побудований за схемою мал. 6.3, називають послідовним, оскільки навантаження Rні діод VD включені послідовно. Діодний АД, у якому діод і навантаження включені паралельно, називають паралельним. Принцип роботи діодного АД можна пояснити з тимчасовий або зі спектральної точки зору.
Тимчасове трактування принципу роботи ПЕКЛО. Нехай на вхід ПЕКЛО надходить гармонійна напруга з повільно мінливою амплітудою ивх= Uccosωct (мал. 6.2). Якщо напруга ивх позитивно (полярність ивх відповідає показаної на мал. 6.2), то діод відкривається й конденсатор Снпочинає заряджатися. Постійна часу заряду τз конденсатора визначається ємністю Сн і малим опором відкритого діода. У міру заряду Сн вихідна напруга Едросте й прагне закрити діод. Дійсно, згідно мал. 6.3,
Малюнок 6.2
Малюнок 6.3
напруга на діоді ид= ивх-ед й у момент часу t=t1 ивх = Ед,при цьому ид=0. Починаючи з моменту часу t1 діод закривається (ивх<Ед) і конденсатор Сн починає розряджатися через резистор Rн. Постійна часу розряду конденсатора τр=RнСн»τз, тому розряд Сн відбувається значно повільніше, ніж його заряд. Розряд конденсатора Сн триває до моменту часу t=t2, при якому напруга идстає рівним нулю. Починаючи з моменту часу t2 діод знову відкривається й конденсатор Сн починає заряджатися. У результаті серії зарядів і розрядів на виході АД створюється продетектована напруга Ед, щомає пульсуючу складову із частотою сигналу. З огляду на, що час τρ у практичних схемах ПЕКЛО в багато разів більше періоду несучої ивх, рівень пульсації Едмалий.
Детектор з подвоєнням вихідної напруги. Подібні детектори (мал. 6.4) використаються для підвищення Кд. При позитивному напівперіоді вхідного сигналу VD2 закритий і конденсатор Сн1 заряджається через відкритий діод VD1 до напруги Uвх m;у наступний напівперіод вхідної напруги діод VD1 закривається, діод VD2 відкривається й конденсатор Сн2заряджається через Сн1 й VD1 до напруги 2Uвх m. Вхідний опір детектора за схемою мал. 6.4 у два рази нижче, ніж у детекторі за схемою мал. 6.1.
Висновки. 1.Транзисторні детектори підрозділяються на колекторні, базові, емітерні, затворні й витокові залежно від того, нелінійність характеристики якого струму транзистора використається для детектування. Основна перевага колекторного детектора в порівнянні з діодним у тім, що його коефіцієнт передачі може бути більше одиниці.
2. Для усунення перекручувань при сумірності частот несучого й модульованого коливань застосовують двотактні детектори, у порівнянні з однотактними в цих детекторах Rвх збільшується в чотири, а Кд у два рази.
3. Для підвищення Кд використаються детектори з подвоєнням вихідної напруги. Для розширення динамічного діапазону застосовуються амплітудні детектори на операційних підсилювачах.
7 АМПЛІТУДНІ ОБМЕЖНИКИ. ЧАСТОТНІ Й ФАЗОВІ ДЕТЕКТОРИ
7.1 Амплітудні обмежники
Види обмежників.Обмежником називають пристрій, що забезпечує сталість вихідної напруги при зміні вхідної напруги в певних межах.
Малюнок 7.1
Малюнок 7.2
Амплітудні обмежники (АТ) служать для обмеження синусоїдальних коливань із повільно, що змінюється амплітудою. Діаграми напруг на вході й виході АТ показані на мал. 7.1, а, б. Напруга на виході АТ постійно по амплітуді, однак його фаза й частота при обмеженні практично не змінюються. Такі обмежники усувають тільки паразитну амплітудну модуляцію, не вносячись помітних перекручувань у частотну й фазову модуляцію. АТ застосовуються в приймачах тому, що існуючі частотні детектори створюють на виході напруга, як правило, що одночасно залежить як від частоти, так і від паразитної супутньої амплітудної модуляції, при наявності якої детектори без АТ дають неоднозначний результат.
Операція обмеження — нелінійна, тому при цьому виникає ряд гармонійних складові напруги. Для забезпечення на виході АТ гармонійної напруги необхідно після нелінійного перетворення напруги ивх здійснити фільтрацію першої гармоніки вхідного коливання. Тоді структурна схема АТ (мал. 7.2) містить у собі нелінійний ланцюг і фільтр, що виділяє першу гармоніку струму на виході ланцюга. Якщо із цього пристрою виключити фільтр, то можна одержати обмежник миттєвих значень. Залежно від виду нелінійного ланцюга АТ підрозділяються на діодні й транзисторні.
Діодні АТ. Діодні АТ (мал. 7.3) - резонансний одноконтурний підсилювач із автотрансформаторними ланцюгами зв'язку контуру з виходом
Малюнок 7.3
транзистора й із входом наступного каскаду, у якому паралельно контуру підключений діод VD із джерелом постійного зсуву Ед(схема з фіксованим зсувом). Замість джерела Едможна включити RC-ланцюг (схема з автоматичним зсувом), напруга Едвиходить за рахунок детектування напруги на контурі ик; тому що постійна часу τ = RC
Малюнок 7.4
вибирається досить великий, то напруга Едпри зміні огинаючої напруги на контурі практично не міняється.
Принцип роботи діодного АТ полягає в наступному. Якщо амплітуда напруги на контурі Uк<Εд, те діод VD закритий і не робить впливу на контур. У цьому випадку схема працює як звичайний підсилювач й Uк = K0 Uвх, де K0=Uк}Uвх. Якщо Uк>Eд, то діод відкривається, його вхідний опір починає шунтувать контур, загасання контуру збільшується, еквівалентний опір контуру при резонансі Rэкв зменшується, (отже, згідно (3.26) знижується коефіцієнт підсилення ДО0,що забезпечує зразкову сталість напруги на виході АТ.
Основна залежність АТ — амплітудна характеристика (АХ), що показує, як змінюється амплітуда вихідної напруги Uк≡Uвых
при зміні напруги Uвхна вході (мал. 7.4). Гранична напруга Uпор показує, з якої вхідної напруги підсилювач починає працювати як АТ. Чим ближче АХ до ідеального (горизонтальна пряма на мал. 7.4), тим краще обмежувальні властивості АТ. Форма амплітудної характеристики АТ залежить від добутку Rэкв gд,де gд— вхідна провідність діода. Чим .більше добуток Rэкв gд,тим ближче АХ до ідеального.
Транзисторні АТ. Існує кілька різновидів транзисторних АТ: найпростіші, із двома транзисторами й загальним Rэ,зі змінним зсувом.
Найпростіший транзисторний АТ. Такий АТ аналогічний звичайному транзисторному підсилювачу (див. мал. 3.2). На відміну від підсилювача транзистор АТ працює в нелінійному режимі, для цього колекторна напруга Ε беруть трохи менше, ніж у звичайному
підсилювачі; напруга Uвх має досить більшу амплітуду. На вихідних характеристиках транзистора iк=f(uкэ) (мал. 7.5) побудована динамічна характеристика змінного струму
Малюнок 7.5
Малюнок 7.6
(навантажувальна пряма), кут нахилу якої визначається опором Rэкв контуру. При великій амплітуді Uвх наступає двостороннє відсічення колекторного струму, викликане наявністю областей запирання й насичення. При цьому струм iк виявляється обмеженим по максимуму й по мінімуму; резонансний контур виділяє першу гармоніку колекторного струму. При Uвх < Uпор(див. мал. 7.4) струм iк не має відсічення й напругу Uвых росте пропорційно Uвх; при Uвх > Uпор з'являється відсічення струму iк, ріст амплітуди першої гармоніки сповільнюється зі збільшенням Uвх, що забезпечує в певних межах сталість напруги Uвых.
7.2 Принцип дії й структурні схеми частотних детекторів
Малюнок 7.7
Частотним детектором (ЧД) називають пристрій, що служить для одержання напруги, що змінюється відповідно до закону зміни частоти вхідного сигналу. На вході детектора діє напруга частоти, що змінюється, ивх = cos cos?вх (t) t (мал. 7.7, а). Якщо кутова частота сигналу на вході ЧД міняється, наприклад, за законом ωвх(t) = ωн - ∆ωmaxcosΩt (мал. 7.7, б), де ωн — кутова частота несучого коливання, ∆ωmax — девіація кутової частоти вхідного сигналу, Ω — кутова частота, що модулює, те, відповідно до визначення, напруга на виході ЧД повинне мінятися відповідно до мал. 7.7, в.
Оскільки спектр напруги на виході ЧД містить
Дата добавления: 2016-03-27; просмотров: 1769;