«Радиопередающие и радиоприемные устройства». 1 Лекция. Основное назначение радиопередающих устройств (рпду), терминология и требования. Основные этапы

• Название: 1 Лекция. Основное назначение радиопередающих устройств (рпду), терминология и требования. Основные этапы
• Анкор: «Радиопередающие и радиоприемные устройства
• Дата: 18.11.2021
• Размер: 1.79 Mb.
• Имя файла: lektsii rperirpmu.doc
• Тип: Лекция; #275429
• страница: 6 из 8

13   Лекция. Помехи радиоприему

 

Цели  лекции: 

- изучить виды внешних помех и их источники;

- изучить внутренние шумы в приемниках;

- изучить статистические характеристики шума.

 

Основным источником помех в супергетеродинном приемнике является наличие побочных (комбинационных) каналов приема. Предположим, что приемник принимает сигнал от радиостанции на частоте fг = fс (см. рисунок 13.1). Для этого в приемнике устанавливается частота гетеродина fг , прикоторой fпр = fг - fс. При этом, если на вход ПрЧ поступает сигнал, который при взаимодействии с частотой гетеродина или ее гармониками также преобразуется в промежуточную частоту, то такой сигнал проходит на выход ПрЧ так же, как и полезный сигнал.

 



Рисунок 13.1 – Спектральная диаграмма супергетеродинного приемника

 

Частоты нескольких побочных каналов приема показаны на рисунке 13.1  и соответствуют частотам f₁, f₂, f₃, f₄. При этом предполагается, что в ПрЧ не образуются гармоники сигнала (n=1), то есть преобразователь линеен относительно сигнала. В противном случае сигнал при переносе на промежуточную частоту будет искажен. Частота f₁ = f_пр соответствует каналу прямого прохождения. Сигнал этой частоты проходит через ПрЧ без преобразования как через усилитель (если ПрЧ транзисторный) или как через пассивную цепь (ПрЧ диодный). Частота f_з = f_зк соответствует зеркальному каналу, отстоит от полезного сигнала на 2f_пр и взаимодействует с гетеродином так же, как полезный сигнал f_зк - f_г = f_пр.

Наиболее опасным из побочных каналов приема является зеркальный канал, поэтому одним из основных показателей РПрУ является избирательность по зеркальному каналу Se_зк. Ввиду того, что ВЦ и УРЧ в РПрУ выполняют функцию предварительной фильтрации, их обычно называют преселектором.

Очевидно, выбор промежуточной частоты влияет на основные показатели РПрУ. Чем выше f_пр,  тем легче обеспечить избирательность позеркальному каналу, но тем труднее обеспечить большое устойчивое усиление и фильтрацию в тракте промежуточной частоты. С другой стороны, понижение f_пр приводит к ухудшению избирательности преселектора и увеличению вероятности излучения колебаний гетеродина через приемную антенну (ввиду близости частоты гетеродина к частоте настройки преселектора). Таким образом, выбор частоты f_пр ограничен противоречивыми требованиями. Поэтому в ряде приемников используется многократное (чаще двукратное) преобразование частоты. При первом преобразовании частота f пр выбирается достаточно высокой, чтобы проще отфильтровать помехи по ЗК, при втором преобразовании – достаточно низкой, что облегчает фильтрацию соседнихстанций и обеспечение большого усиления.

Особое значение имеют шумовые показатели РПрУ, определяющие его предельную чувствительность. Для оценки уровня собственных шумовприемника (или любого четырехполюсника) вводится понятие коэффициента шума Ш, оценивающего уровень собственных шумов РПрУ в общем шуме навыходе устройства.

Для любого четырехполюсника коэффициент шума представляет собой

 

    .                                        (13.1)

                             

Здесь P_{швых ид}  - мощность шума на выходе идеального нешумящего четырехполюсника; P_шсоб – собственные шумы четырехполюсника.

Интерпретацией коэффициента шума может служить отношение

,                                                                                     (13.2)

оценивающем ухудшение P_c/P_ш на выходе четырехполюсника за счет добавления собственных шумов.

Иногда, особенно для малошумящих устройств, удобно пользоваться понятием шумовой температуры. Шумовая температура Т_ш показывает, на сколько надо изменить температуру сопротивления источника сигнала R_и , чтобы, считая его не шумящим, получить на выходе такую же мощность шума, какую дает реальный усилитель. При этом Т_ш=(Ш-1)*Т₀.

Коэффициент шума многокаскадного устройства

 

            (13.3)

 

Отсюда следует, что влияние каждого последующего каскада на общий коэффициент шума меньше предыдущего,  и это уменьшение тем заметнее, чем выше коэффициент передачи предыдущих каскадов. Поэтому в РПрУ для обеспечения высокой предельной чувствительности, т.е. низкогокоэффициента шума, стремятся первые каскады (УРЧ) выполнять малошумящими и с возможно большим коэффициентом усиления по мощности.

 

14   Лекция. Входные цепи радиоприемных устройств

 

Цели  лекции: 

- изучить назначение и характеристики входных цепей;

- изучить ВЦ различных диапазонов и их особенности.

 

Входной цепью (ВЦ) называется цепь, соединяющая антенну с первым усилительным или преобразовательным каскадом приемника. Основное назначение ВЦ – передача полезного сигнала от антенны ко входу первого активного элемента (АЭ) приемника и предварительная фильтрация помех.

Отсюда основные требования к показателям качества:

1. Возможно больший коэффициент передачи по мощности К_рВЦ . При этом уменьшается и коэффициент шума Ш_ВЦ=1/К_рВЦ , а следовательно,уменьшается коэффициент шума всего приемника.

2. Обеспечение предварительной фильтрации накладывает требования к селективности по зеркальному каналу Se_зк , а следовательно, и к допустимой неравномерности АЧХ в полосе пропускания приемника.

3. Обеспечение перестройки ВЦ в заданном диапазоне от f0min до f0max.

4. Допустимые изменения резонансного коэффициента передачи K0 по диапазону.

5. Допустимая расстройка контуров ВЦ за счет вносимых реактивных проводимостей (в первую очередь со стороны антенны).

Обычно ВЦ представляет собой пассивный четырехполюсник, содержащий один или несколько колебательных контуров (резонаторов),

настроенных на частоту принимаемого сигнала. Наибольшее распространение получили одноконтурные ВЦ, особенно в приемниках с переменной настройкой, как наиболее простые, обладающие наименьшими потерями, следовательно наибольшим Кр. В радиовещательных приемниках ДВ и СВ применяются двухконтурные ПФ.

ВЦ классифицируются по виду фильтров и способам связи входного контура с антенной и входом следующего каскада. На рисунке 14.1. приведена схема с трансформаторной связью с антенной и автотрансформаторной со входом следующего каскада. В схеме рисунка 14.2. использованы емкостная связь с антенной и полное подключение входного контура ко входу АЭ. В схеме рисунка 14.3. входной контур связан с антенным фидером через автотрансформатор. Кроме того, существуют непосредственная связь входного контура с антенной (ВЦ с ферритовой магнитной антенной) и комбинированная.

 

                    Рисунок14.1                                            Рисунок14.2



Рисунок 14.3 – Автотрансформаторная связь контура с антенной

 

Плавно настраивать контуры в заданном диапазоне частот можно, изменяя индуктивность или емкость (либо то и другое). Однакоцелесообразнее настройку осуществлять изменением емкости, так как только в этом случае добротность контура, определяющая его резонансныйкоэффициент передачи, не зависит от частоты настройки. Следовательно, настройка емкостью сопровождается менее резким изменением параметровконтура (полоса пропускания и эквивалентное сопротивление пропорциональны частоте). При настройке емкостью коэффициент перекрытия диапазона

                                                                                (14.1)

Если приемник должен работать в широком диапазоне частот (Кд>3), то диапазон разбивают на поддиапазоны. Переход от одного поддиапазона на другой осуществляют переключением индуктивностей. Основными способами разбиения диапазона на поддиапазоны являются разбиения с постоянным частотным интервалом (f_0imax-f_0imin=Δfпд=Const) и с постоянным коэффициентом перекрытия Кпд=f_0imax/f_0imin=Const. При втором способе обычно требуется меньшее число поддиапазонов, поэтому он более экономичен. В то же время с увеличением частоты в этом случае возрастает плотность настройки.

Вместо громоздких механических конденсаторов переменной емкости (КПЕ) в настоящее время обычно применяют варикапы, главное преимущество которых – малые размеры, механическая надежность, простота автоматического и дистанционного управлений настройкой.

 



Рисунок 14.4 – Схема ВЦ на базе варикапа

 

Недостатком варикапов является существенная нелинейность их характеристик. Ослабить нелинейные эффекты можно, используя встречно-последовательное включение двух варикапов.

Коэффициент передачи K0 ВЦ максимален при одинаковом шунтировании контура как со стороны антенны, так и со стороны входа следующего каскада, т.е. когда

                                                                      (14.2)

 

Очевидно, значение K0max зависит от коэффициента шунтирования Ψ. При Ψ = 1 (m1=m2=0) K0max=0 (нет передачи энергии из антенны на вход АЭ). При Ψ>>1 (контур с малыми потерями) имеем наибольшее возможное значение

                                                                                    (14.3)

                        

В случае идеального контура без потерь равенство вносимых проводимостей соответствует одновременному согласованию входного контура как с антенной, так и со входом следующего каскада, что и обеспечивает получение наибольшего теоретически возможного коэффициента усиления. На самом деле условие не соответствует согласованию ни с одной стороны, поэтому иногда называется условием оптимального рассогласования. При работе с настроенными антеннами обычно стараются согласовать цепь антенны с ВЦ. Условие согласования предполагает равенство вносимой из антенной цепи в контур активной проводимости и собственной резонансной проводимости контура с учетом внесенной входной проводимости АЭ:

 

                                                                                  (14.4)

 

Необходимый для согласования коэффициент включения

 

                                                                (14.5)

 

 

15   Лекция.  ВЦ различных диапазонов

 

Цели  лекции: 

- изучить элементы входных цепей и защиты приемника;

- изучить основы расчета  входных цепей различных диапазонов частот.

 При работе на частотах ниже 100 МГц контур входной цепи реализуется на сосредоточенных  LC - элементах.

На частотах выше 300 МГц катушка индуктивности контура вырождается в один неполный виток, а требуемая емкость становится соизмеримой с входной емкостью транзистора совместно с емкостью монтажа; контур превращается в отрезок линии.

Таким образом, в диапазоне длин волн короче 1м в качестве колебательного контура используются цепи с распределенными параметрами.

Колебательные контуры с сосредоточенными параметрами применяются до частот порядка 200 – 220 МГц, т.е. в метровом и более длинноволновых диапазонах.

В дециметровом диапазоне волн во входных цепях применяют коаксиальные резонаторы. Они представляют собой четвертьволновые отрезки коаксиальных линий, короткозамкнутых на одном конце.

Достоинством таких резонаторов является высокая добротность (десятки тысяч), стабильность, механическая прочность, жесткость конструкции, совершенное  самоэкранирование, что устраняет нежелательные связи с другими элементами и потери на излучение.

Коаксиальные резонаторы хорошо сопрягаются с металлокерамическими лампами, с дисковыми выводами. В большинстве случаев потери, вносимые в резонансную линию, намного превосходят ее собственные, поэтому можно считать ее идеальной, без потерь. Связь резонансной линии с антенным фидером может быть автотрансформаторная (с помощью отвода от внутреннего провода, см. рисунок15.1а), трансформаторная (витком связи, см. рисунок15.1б), емкостная (см. рисунок15.1в).

Настройку резонансных линий можно производить изменением емкости или действующей длины l_k.

 



 

Рисунок 15.1 –  Связь коаксиального резонатора с антенной при помощи отвода (а), витка связи (б), емкости (в)

 

В сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн входная цепь приемника состоит из волноводного тракта, отдельные участки которого представляют собой одиночные или связанные объемные резонаторы. Они образуются замкнутой металлической оболочкой, во внутренней полости которой возбуждается электромагнитное поле с помощью отверстия в стенке резонатора, петли или штыря (см. рисунок15.2).

Достоинства объемных резонаторов: высокая добротность, стабильность, удобные размеры, почти идеальная экранировка.

Объемный резонатор может служить трансформирующим элементом.

В последнее время вместо отрезков коаксиальных линий и волноводов используют отрезки микрополосковых линий.

  



 

Рисунок 15.2 –  Виды связи объемного резонатора:

а – при помощи диафрагмы; б – петли; в – зонда

 

Входные устройства приемников СВЧ в конструктивном отношении нераздельно связаны с высокочастотным блоком, содержащим лампу бегущей волны, параметрический усилитель, усилитель на туннельном диоде или кристаллический преобразователь. Поэтому их удобнее рассматривать вместе.

                                                      

16  Лекция. Высокочастотные усилители

 

Цели  лекции: 

- изучить транзисторные усилители и обратные связи в УРЧ;

- изучить устойчивость избирательных усилителей и способы её повышения. 

 

Усиление принимаемых радиосигналов в приемном устройстве осу­ществляется в его преселекторе,  т.е.на радиочастоте,  и после преоб­разователя частоты - на промежуточной частоте.  Соответственно раз­личают усилители радиочастоты (УРЧ) и усилители промежуточной час­тоты (УПЧ). В этих усилителях,  вместе с усилением   должна обеспечивать­ся частотная избирательность приемника. Для этого усилители содер­жат резонансные цепи: одиночные колебательные контуры, фильтры на связанных контурах, различные типы фильтров сосредоточенной избирательности. Усилители радиочастоты с переменной настройкой обыч­но  выполняют с избирательной системой, аналогичной    примененной во входной цепи приемника,  чаще всего это одноконтурные избирательные цепи.

В усилителях промежуточной частоты находят применение сложные типы избирательных систем, обладающие АЧХ, близкими к прямоугольным. В большинстве современных приемников используют однокаскадные УРЧ. Реже, при высоких требованиях к избирательности и коэф­фициенту шума, УРЧ могут содержать до трех каскадов.

К числу основных электрических характеристик усилителей отно­сятся:

1.     Резонансный коэффициент усиления напряжения   .

На сверхвысоких частотах (СВЧ) чаще применяют понятие коэффициента усиления по мощнос­ти  ,где     -  активная составляющая входной проводимости усилителя;  - активная составляющая проводимость нагрузки.

2. Частотная избирательность усилителя показывает относитель­ное уменьшение усиления при заданной расстройке  . Иногда избирательность характеризуют коэффициентом прямоугольности, например,  .

3. Коэффициент шума определяет шумовые свойства усилителя.

4. Искажения сигнала в усилителе: амплитудно-частотные, фазо­вые, нелинейные.

5. Устойчивость работы усилителя определяется его способностью сохранять в процессе эксплуатации основные характеристики (обычно К_о и АЧХ), а также отсутствие склонности к самовозбуждению.

На рисунках 16.1-16.3 приведены основные схемы УРЧ, а на рисунке 16.4 схе­ма УПЧ с фильтром сосредоточенной избирательности (ФСИ) в виде электромеханического фильтра. В усилителях радиочастоты и промежуточной частоты,  в основном применяют два варианта включения усилительного прибора: с общим эмиттером (общим истоком) и каскодную схему включения транзисторов.



 

Рисунок 16.1 –  УРЧ на полевом транзисторе

 



Рисунок 16.2 – УРЧ на биполярном транзисторе



 

Рисунок 16.3 – УРЧ с индуктивной связью с избирательной системой

 

На рисунке 16.1   приведена схема усилителя на полевом транзисторе с общим истоком. В цепь стока включен колебательный контур L_КС_К. Контур настраивается конденсатором С_К (может применяться для нас­тройки контура варикап или варикапная матрица).

В усилителе применено последовательное питание стока через фильтр R3C3 . Напряжение смещения на затворе VT1определяется падением напряжения от тока истока на резисторе  R2     . Резистор   R1    является сопротивлением утечки транзистора VT1   и служит для передачи напряжения смещения на затвор транзистора.

 



 

Рисунок 16.4 – УПЧ с фильтром сосредоточенной избирательности

 

На рисунке 16.2 приведена аналогичная схема УРЧ на биполярном тран­зисторе. Здесь применено двойное неполное включение контура с транзисторами VT1, VT2,что позволяет обеспечить необходимое шунти­рование контура со стороны выхода транзистора VT1и со стороны вхо­да транзистора VT2. Напряжение питания на коллектор транзистора подано через фильтр R4C4 ичасть витков катушки контура L_К. Режим по постоянному току и температурная стабилизация обеспечивается с помощью резисторов R1, R2 и R3. Емкость С2 устраняет отрицательную обратную связь по переменному току.

На рисунке 16.3 показана схема с трансформаторной связью контура с коллектором транзистора и автотрансформаторной связью со входом следующего каскада. Обычно, в этом случае, применяют "удлиненную" настройку контура.

На рисунке 16.4 представлена схема каскада УПЧ с ФСИ, выполненного на микросхеме 265 УВЗ. Микросхема представляет собой каскодный усилитель ОЭ - ОБ.

Усилители промежуточной частоты обеспечивают основное усиление и селективность приемника по соседнему каналу. Их важной особенностью является то, что они работают на фиксированной промежуточ­ной частоте и имеют большое усиление, порядка  .

При использовании различных типов ФСИ, требуемое усиление УПЧ достигается применением широкополосных каскадов.

Приведенные соотношения позволяют получить уравнение резонан­сной кривой усилителя. Так, при малых расстройках, .  Откуда, полоса пропускания УРЧ поуровню 0,707 (- 3дБ)  равна

 

.                                              (16.1)

 

      Резонансный коэффициент усиления одноконтурного каскада УПЧ такой же,  как и у одноконтурного УРЧ

 

                                                    (16.2)

 

Для УПЧ с двухконтурным полосовым   фильтром резонансный коэф­фициент усиления каскада определяется выражением

 

                    (16.3)

 
где  - фактор связи между контурами, а   - коэффициент связи между контурами.

Коэффициент усиления (по напряжению) УПЧ с любым ФСИ при сог­ласовании фильтра на входе и выходе может быть рассчитан по формуле

 

                                                    (16.4)

Здесь  ,  - характеристические (волновые) сопротивления ФСИ по входу и выходу соответственно;  - коэффициент передачи фильтра в полосе прозрачности (пропускания).

Коэффициент усиления избирательного усилителя не должен превышать величины коэффициента устойчивого усиления  . В общем случае,   можно оценить из выражения

                                                                        (16.5)

Если в качестве усилительного элемента используется каскодная схема, то необходимо подставить соответствующие значения проводимостей для каскодной схемы, например, для схемы ОЭ – ОБ

                                                            (16.6)

В случае использования полевых транзисторов активной составляющей проводимости   можно пренебречь и

.                                                                   (16.7)

 



 

Рисунок 16.5 – Различные способы подключения четырехполюсника

обратной части схемы к усилителю

 

1 – Последовательная ООС – устраняется при холостом ходе на входе усилителя.

2  – Параллельная ООС – устраняется при коротком замыкании входных клемм усилителя.

3 – ООС по напряжению – четырехполюсник ООС управляется выходным напряжением. Устраняется при коротком замыкании выходных клемм усилителя.

4 – ООС по току – четырехполюсник ООС управляется выходным током. Устраняется при размыкании выходных клемм.

ООС влияет на входное и выходное сопротивление усилителя и используется для согласования каскадов (см. таблицу 16.1).

Таблица - 16.1



 

17  Лекция.  Преобразователи частоты

 

Цели  лекции: 

- изучить назначение и характеристики преобразователей частоты;

- изучить общую теорию преобразования;

- изучить основные схемы транзисторных ПЧ;

- изучить гетеродины преобразователей частоты и их основные характеристики.

 

Преобразователем частоты называют устройство, осуществляющее перенос спектра радиосигнала из одной области частот в другую без изменения характера модуляции.

     f_c                                                                                                 f_пр

 

 

                             f_г

 

Рисунок 17.1 – Гетеродинный преобразователь частоты

 

В таком преобразователе частоты сигнал и колебания маломощного вспомогательного генератора, называемого гетеродином (Г), одновременно воздействуют на нелинейный элемент (НЭ) (или на элемент с переменным параметром).

В результате на выходе нелинейного элемента (часто называемого смесителем (См)) появляется множество комбинационных составляющих токов/напряжений с частотами f_к = | ± n f_г ± m f_c | ,  где n = m = 0, 1, 2, … .

Одна из этих комбинационных частот используется в качестве новой несущей частоты выходного сигнала. Эта частота называется промежуточной частотой (f_пр). Для её выделения в качестве нагрузки смесителя используют различные типы избирательных систем (ИС).

Преобразователь частоты характеризуется рядом качественных показателей, основные из которых следующие:

- коэффициент преобразования (К_п), являющийся отношением комплексных амплитуд напряжения промежуточной частоты   и частоты сигнала  :

- входное сопротивление 

- выходное сопротивление 

- крутизной преобразователя 

- внутренней проводимостью 

- крутизной обратного преобразования 

- входной проводимостью преобразователя 

 

 

 

                                                                     

Рисунок 17.2                                                Рисунок 17.3                          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 17.4

 

Применение балансных схем преобразователей частоты также поз­воляет уменьшить число паразитных каналов приема. Преобразователь частоты можно сделать балансным как для входного, так и для ге­теродинного сигналов. Такие схемы называют двойными балансными и обычно выполняют с использованием дифференциальных усилителей или диодов. На рисунках 17.2-17.4 приведены примеры схем преобразователей час­тоты.

Возможны различные варианты схем подачи напряжения сигнала и гетеродина на ПЭ.

На рисунке 17.2 приведена схема ПрЧ с отдельным гетеродином на биполярном транзисторе. Напряжение сигнала подаётся в цепь базы,  напряжениегетеродина – в цепь эммитера. Этим достигается хорошая развязка цепей сигнала и гетеродина.

Лучшая развязка между сигнальной и гетеродинной цепью достигается в схеме на двухзатворном полевом транзисторе, так как напряжения сигнала и гетеродина подаются на разные затворы.

Схема ПрЧ с совмещенным гетеродином представлена на рисунке 17.3 Коллекторный ток транзистора содержит помимо составляющих с частотами kf _г ± f_c  составляющую с частотой fг, которая используется для генерирования колебаний с частотой fг. Для этого предусмотрена индуктивная связь через катушку L_св с контуром L₂C₂.



 

Рисунок 17.5  – Преобразователь частоты на полевом транзисторе



 

Рисунок 17.6  –  Преобразователь частоты на биполярном транзисторе



 

Рисунок 17.7 – Преобразователь частоты на дифференциальном каскаде

В большинстве приёмников СВЧ диапазона в качестве ПЭ используются кристаллические диоды, обладающие малой инерционностью и сравнительно малыми шумами. Недостатком их является отсутствие усилительных свойств.



Рисунок 17.8 –  Диодный преобразователь частоты.

 

Балансный ПрЧ – соединение двух небалансных ПрЧ. Из двух подводимых к ПЭ напряжений uc и uг одно действует на оба ПЭ синфазно, а другое –противофазно. Напряжение на выходе балансного ПрЧ определяется разностью выходных токов ПЭ.



Рисунок 17.9 –  Балансный преобразователь частоты

 


18  Лекция.  Усилители промежуточной частоты с сосредоточенной и распределительной избирательностью

 

Цели  лекции: 

- изучить усилители промежуточной частоты с сосредоточенной избирательностью;

- изучить усилители промежуточной частоты с распределительной избирательностью;

- изучить ФСИ на элементах, спиральные, пьезофильтры, кварцевые, ПАВ.

 

УПЧ по своей структуре и режиму работы, в принципе,  не отличаются от УРЧ, работающих в том же диапазоне частот. Только последние каскады УПЧ работают при сравнительно больших амплитудах усиливаемого сигнала.

УПЧ классифицируют по ряду следующих признаков:

-  по типу усилительного прибора (транзисторные, ламповые и т.п.);

-  по числу каскадов (однокаскадные и многокаскадные);

-  по применяемым избирательным цепям (одноконтурные, с полосовым фильтром, с ФСИ и т.п.);

-  по ширине полосы пропускания (узкополосные и широкополосные).

Фильтры сосредоточенной избирательности (ФСИ) используются для того, чтобы получить высокую избирательность и одновременно хорошую равномерность усиления в заданной полосе пропускания, т.е. чтобы обеспечить хорошую прямоугольность формы частотной характеристики.

В настоящее время находят применение электрические LC фильтры различной сложности, электромеханические, пьезоэлектрические, пьезокерамические и пьезомеханические фильтры. Такие фильтры обычно включают на входе УПЧ, ими в основном и определяется форма частотной характеристики тракта. Остальные каскады УПЧ выполняют функцию усиления, поэтому их полосу пропускания делают более широкой, чем ФСИ, чтобы не ухудшить результирующую частотную характеристику.

Сосредоточение избирательности в одном каскаде обеспечивает большую устойчивость формы резонансной кривой тракта при изменении температуры и режима питания.

На рисунках 18.1–18.4 приведены некоторые варианты схем ФСИ.

Многозвенный LC фильтр (см. рисунок 18.1) строится на основе методов общей теории электрических фильтров. Электрические LC фильтры используются как в широкополосных, так и в узкополосных УПЧ приемников.



Рисунок 18.1 – Усилитель с   фильтром сосредоточенной избирательности

 

Электромеханический фильтр (см. рисунок 18.2) состоит из входного преобразователя электрических колебаний в механические, механического фильтра и выходного преобразователя механических колебаний в электрические.

В настоящее время наибольшее распространение получили магнитострикционные преобразователи. Эффект магнитострикции заключается в способности некоторых металлов (никель, пермаллой) изменять свои размеры в магнитном поле.

Механический фильтр представляет собой систему механических резонаторов, которые могут иметь форму прямоугольных пластин, цилиндрических стержней или дисков, связанных между собой механическим связками.



Рисунок 18.2  – Усилитель с электромеханическим фильтром

 

Механические колебания входного преобразователя возбуждают колебания в системе связанных механических резонаторов, каждый из которых резонирует подобно колебательному контуру с очень высокой добротностью (порядка десятков тысяч). Последний резонатор возбуждает колебания в выходном преобразователе, который преобразует механические колебания в электрические, за счет обратного эффекта магнитострикции. Такие фильтры имеют очень хорошую прямоугольность формы резонансной кривой, малые габариты и высокую температурную стабильность.

Для получения очень узких полос пропускания порядка несколько сотен или десятков герц используются пьезоэлектрические (кварцевые) фильтры (см. рисунок 18.3 а).



Рисунок 18.3 – Кварцевый фильтр (а) и его резонансная кривая (б)

 

Фильтрующее действие кварцевого резонатора, который эквивалентен последовательному колебательному контуру, основано на резком уменьшении сопротивления его в узкой полосе в окрестности резонансной частоты.

Для нейтрализации емкости кварцедержателя фильтр выполняется по мостовой схеме. Плечи моста образованы конденсаторами С₁, С₂, С_N и емкостью кварцедержателя. На частоте f_n (см. рисунок 18.3 б), где сопротивление кварца имеет емкостный характер, мост сбалансирован и напряжение на выходе отсутствует. При изменении частоты баланс моста нарушается и на выходе схемы возникает напряжение. Оно максимально на частоте последовательного резонанса f₀ кварцевой пластины. Полосовые пьезоэлектрические фильтры могут быть многокварцевые мостового типа.

Пьезоэлектрический эффект может наблюдаться не только в кристаллах, но и поликристаллических веществах, после их поляризации. К таким веществам относятся так называемые пьезокерамические материалы.

Пьезокерамические материалы позволяют изготовлять методами керамической технологии резонаторы заданной формы и размеров, пригодные для построения миниатюрных фильтров. Вследствие малой стоимости и размеров можно строить довольно сложные по структуре фильтры, добиваясь хорошей прямоугольности формы частотной характеристики. Для примера на рисунке 18.4 показана схема пьезокерамического фильтра лестничного типа.