Мендл М. 200 избранных схем электроники. Матью Мэндл 200 избранных схем электроники редакция литературы по информатике и электронике 1978 PrenticeHall, Inc
 Скачать 2.25 Mb.
|
|
Глава 7 ДЕМОДУЛЯТОРЫ И СХЕМЫ АРГ, АРУ И ДРУГИЕ 7.1. Детектор АМ-сигналов В связных радиоприемных устройствах для выделения звуковых составляющих из амплитудно- модулированной ВЧ-несу-щей широко используется диодный детектор (демодулятор). Общий вид такой схемы приведен на рис. 7.1. Эта же схема используется для детектирования видеосигналов в телевидении, а также для получения напряжений автоматической регулировки громкости (АГР) или автоматической регулировки усиления (АРУ). Как показано на рис. 7.1, АМ-несущая с выхода резонансного контура подается через трансформатор на резонансную L 2 С 1 -цепь детектора с высоким импедансом. Модулированная несущая представляет собой составной сигнал, содержащий несущую и боковые полосы (см. гл. 6 и 15). Твердотельный диод пропускает только положительные полуволны (импульсы) модулированных колебаний, и эти пульсирующие импульсы по- ступают на фильтрующую R 1 C 2 -цепь (рис. 7.1). Далее изменения амплитуды пульсирующих импульсов преобразуются в низкочастотное напряжение, повторяющее звуковой или видеосигнал, который использовался для модуляции несущей. Такие звуковые сигналы выделяются на резисторе R 1 и при помощи ползунка реостата (регулирующего громкость) через конденсатор С 3 подаются на усилитель. Разделительный конденсатор С 3 пропускает звуковые или НЧ-сигналы, а постоянная составляющая сигнала выделяется на этом конденсаторе. Рис. 7.1. Диодный детектор АМ-сигналов. а — модулированный радиочастотный сигнал от предшествующего ПЧ-усилителя; б — выпрямляющее действие-диода; в — формирование огибающей фильтрующим конденсатором. При немодулированной несущей сигналы, подаваемые на .детектор, имеют неизменную амплитуду; в этом случае средний уровень напряжения пульсаций имеет неизменную величину, и на Ri будет выделяться постоянное напряжение, что соответствует отсутствию звукового сигнала на выходе детектора. Если же амплитуда составного сигнала изменяется (рис. 7.1,а), то на выходе детектора появляются звуковые сигналы. Любой полуволне входного сигнала положительной полярности соответствует полуволна напряжения положительной полярности на обмотке L 2 , действующего от верхнего зажима обмотки к ее нижнему зажиму. Под воздействием этого напряжения диод отпирается и конденсатор С 2 заряжается до максимального значения амплитуды напряжения данной полуволны. Во время отрицательной полуволны входного сигнала диод закрыт и конденсатор начинает разряжаться через резистор Ri. Однако постоянная времени R 1 C 2 устанавливается настолько большой, что до начала действия следующей положительной полуволны сигнала конденсатор разрядится не очень значительно. В случае если колебание второго положительного полупериода имеет более высокую амплитуду, то конденсатор зарядится до этого нового максимального значения амплитуды. Если же амплитуда поступающего сигнала уменьшается, то конденсатор заряжается до этого меньшего значения амплитуды полуволны. Поэтому С 2 ведет себя как конденсатор фильтра и преобразует радиочастотное пульсирующее колебание в низкочастотное колебание, амплитуда которого изменяется в соответствии с изме- нением амплитуды звукового сигнала (даже наивысшая составляющая частоты такого колебания много ниже частоты радиочастотного колебания несущей). Пульсирующее радиочастотное колебание показано на рис. 7.1,6, а выделяемое на резисторе R 1 колебание звуковой частоты — на рис. 7.1, в. Детектор, схема которого приведена на рис. 7.1, может работать в качестве приемника без каких-либо дополнительных схем, если выводы антенны соединить с выводами обмотки L 2 , а резистор Ri заменить головным телефоном. Однако без предварительного усиления АМ-несущей или дополнительного усиления звуковых сигналов принимаемые сигналы довольно слабые, причем избирательность и усиление оказываются минимальными. Тем не менее сигналы местных (близких) станций могут прослушиваться в телефоне с достаточной громкостью. 7.2. Регенеративный детектор В схеме регенеративного детектора применяется катушка обратной связи для передачи части усиленного сигнала на вход схемы; здесь используется положительная (регенеративная) обратная связь. Регенеративный детектор находит применение в основном в радиолюбительских и портативных коротковолновых приемниках. Он обеспечивает хорошую избирательность и высокую чувствительность и по своим характеристикам сопоста- вим с диодным детектором вместе с каскадом радиочастотного усилителя. К недостаткам регенеративного детектора относятся неустойчивость режима усиления, если регенерация происходит слишком близко к точке генерации. Кроме того, при работе в режиме свободных колебаний имеет место излучение сигнала. Это излучение приводит к появлению в близко расположенных приемниках нежелательных шумов. Рис. 7.2. Регенеративный детектор. На рис. 7.2 показана схема регенеративного детектора на транзисторе. Поступающий АМ-сигнал подается на резонансный контур через трансформатор, образованный обмотками L 1 и L 3 . Транзистор включен по обычной схеме с заземленным эмиттером, и детектирование (выпрямление) осуществляется на участке база — эмиттер, который ведет себя подобно обычному детектирующему диоду. Изменяющийся базовый ток транзистора оказывает соответствующее воздействие на ток коллектора, поскольку транзистор работает в режиме усиления. Звуковой сигнал выделяется на обмотке L 4 , а при помощи обмотки L 5 он подается на каскад усиления сигналов звуковой частоты. Составляющие радиочастотного сигнала, действующие в цепи коллектора, отфильтровываются конденсатором С 3 , оказывающим очень низкое емкостное сопротивление радиочастотным сигналам. Часть энергии радиочастотных сигналов благодаря трансформаторной связи между обмотками L 2 и L 3 передается во входной резонансный контур. Фазировка обмотки Li устанавливается такой, чтобы сигнал обратной связи находился в фазе с напряжением входного сигнала, поступающего во входной резонансный контур. При выполнении этого условия сигналы обратной связи усиливают входные сигналы и коэффициент усиления схемы увеличивается. Катушку индуктивности L 2 обычно называют катушкой обратной связи. Коэффициент связи между L 2 и L 3 можно изменять для регулировки степени обратной связи. Возможно также зафиксировать положение катушки L 2 , а коэффициент обратной связи регулировать переменным резистором R 1 . Как и в случае диодного детектора, рассмотренного ранее, на вход регенеративного детектора могут подаваться сигналы от каскада пред- варительного усиления радиочастотных сигналов или непосредственно от резонансной цепи антенны. Вместо L 4 может использоваться телефон. Если при помощи резистора Ri постепенно увеличивать положительную обратную связь, то можно достигнуть точки максимальной эффективности, которая находится чуть ниже точки самовозбуждения приемника, который переходит в режим работы с незатухающими колебаниями. Если это происходит, то приемник генерирует свой собственный сигнал, искажающий радиоприем. Однако режим автоколебаний используется для приема телеграфных сигналов типа кода Морзе, которые являются немодулированными (точнее, колебания немодулированной несущей периодически прерываются для представления точек и тире кода). При приеме таких сигналов регенеративным детектором возникает процесс гетеродинирования: вследствие биений приходящих сигналов с генерируемыми сигналами образуется новое колебание, имеющее разностную частоту. При нулевом биении, когда приходящий и генерируемый сигналы имеют одну и ту же частоту, разностного сигнала не образуется. При увеличений разности частот двух сигналов частота звукового сигнала также увеличивается. Поэтому если частота приходящего сигнала 3000 кГц, а частота генерируемого сигнала 3000,5 кГц, то образуется звуковой тон разностной частоты 500 Гц. Детектор, работающий в режиме незатухающих колебаний, называется автодинным детектором. Если используются диоды-или другие детекторы, в которых для возбуждения автоколебаний обратная связь не применяется, то для приема непрерывных немодулированных кодовых сигналов необходимо применять отдельный генератор для подачи генерируемых им сигналов на детектор. 7.3. Фазовый детектор Схему фазового детектора, показанную на рис. 7.3, нельзя отнести к схемам типа демодулятора, как две предыдущие схемы. Эта схема детектирует разность фаз двух сигналов, так что при наличии разности фаз могут быть приняты определенные меры по корректированию (см. разд. 4.6, 6.6, 6.7, 15.2 и 15.3). Фазовый детектор часто называют также фазовым дискриминатором или частотным компаратором. Схема фазового детектора, показанная на рис. 7.3, близка к схеме дискриминатора (демодулятора) ЧМ-сигналов, изображенного на рис. 7.5, а их основные рабочие характеристики практически идентичны. Поэтому анализ схемы, данный в этом разделе, применим и к схеме, показанной на рис. 7.5. В демодулирующей системе (рис. 7.5) индуктивность L 4 связана с L b т. е. она не является вторичной обмоткой трансформатора L 4 L 5 , как это имеет место в схеме, изображенной на рис. 7.3. Рис. 7.3. Фазовый детектор. Рис. 7.4. Векторные диаграммы фазового детектора. Подлежащий анализу сигнал прикладывается к входной обмотке LI и трансформируется во вторичную обмотку, состоящую из L 2 — L 3 . Вторичная обмотка шунтируется конденсатором переменной емкости С ь благодаря чему образуется параллельный резонансный контур, настроенный на частоту контрольного (опорного) сигнала, который прикладывается к первичной обмотке L 5 трансформатора и наводится на L 4 Если оба сигнала имеют идентичные частоты, то при хорошей балансировке системы прикладываемые к диодам сигналы одинаковы. В этом случае токи диодов протекают в направлениях, показанных на рис. 7.3 стрелками, создавая выпрямленный сигнал. Каждый диод проводит через полупериод, вследствие чего через диоды протекают пульсирующие токи. Однако пульсации напряжения на резисторах Ri и R 2 сводятся к мини- муму благодаря фильтрующему действию конденсаторов С 2 и С 3 , так что через Ri и R 2 протекают практически постоянные токи. Вследствие использования центрального отвода в обмотке L 2 — L 3 и равенства резисторов R 1 и R 2 падения напряжений на этих выходных резисторах равны и противоположны по знаку; поэтому при равенстве частот сигналов выходное напряжение равно нулю. Работу схемы легче всего понять из анализа фазовых соотношений в рассматриваемом компараторе. На векторной диаграмме, приведенной на рис. 7.4, а, показаны соотношения фаз напряжений при равенстве частот обоих входных сигналов, когда входной колебательный контур находится в состоянии резонанса. В этом случае действующая в контуре индуцированная э д. с. E инд изменяется в фазе с током I к , протекающим через элементы (активные и реактивные) контура. Такое положение обусловлено тем, что при резонансе реактивное емкостное сопротивление контура равно по величине и обратно по знаку индуктивному реактивному сопротивлению контура; эти сопротивления компенсируются, так что контур имеет лишь активное сопротивление. Поэтому между з. д. с., действующей в контуре,, и током контура нет ни опережения, ни отставания. Напряжение опорного сигнала E L ± на вторичной обмотке L 4 . сдвинуто по фазе на 180° относительно индуцированной э.д. с,. E ИНД . Поэтому E L4 показано на рис. 7.4, а в виде вектора, направленного противоложно вектору Е инл . Поскольку катушка L 4 связана с входом и выходом системы, каждый диод подвержен воздействию двух сигналов: опорного и входного. Однако общее напряжение на каждом диоде является не арифметической, а векторной суммой напряжений сигналов. Это объясняется тем, что падение напряжения E L на нижней половине вторичной обмотки, отсчитываемое от средней точки этой обмотки, опережает на 90° ток 1 К , протекающий через эту часть обмотки, по этой же причине падение напряжения E L2 на верхней половине вторичной обмотки, также отсчитываемое от средней точки этой обмотки, должно отставать от вектора I к на 90°; таким образом, при резонансе напряжение £д э на диоде Д1 равно векторной сумме E L4 и E L2 , а напряжение Eд 2 на диоде Д 2 равно векторной сумме E L4 и E L3 , Напряжения Eд х и Eд 2 показаны на рис. 7.4, а в виде диагоналей параллелограммов. Если входной сигнал на L 1 отличается от опорного сигнала на L 5 , то фазовые соотношения сигналов в рассматриваемом компараторе изменяются, в результате чего один из диодов проводит лучше другого. Поэтому падение напряжения на одном из выходных резисторов становится больше падения напряжения на другом резисторе и их суммарное падение напряжение перестает быть равным нулю, причем его величина и полярность зависят от разности этих падений напряжений. При изменении частоты входного сигнала колебательный контур (L 2 — L 3 )C 1 выходит из резонанса и ток I к во вторичноГс обмотке не изменяется в фазе с э.д. с. E HHR . Это объясняется тем, что колебательный контур на частоте выше или ниже резонанса имеет индуктивное или емкостное сопротивление. Если ток отстает от э.д.с. E ИНД , то векторная диаграмма принимает вид, показанный на рис. 7.4,6. Но между I к и E L2 или E L3 сохраняется разность фаз, равная 90°. В результате этого напряжение на диоде Д1 увеличивается, а на диоде Д 2 уменьшается, В этом случае диоды проводят неодинаково, и на выходе ком-ларатора появляется напряжение. Изменение частоты входного сигнала в другом направлении приводит к увеличению £д 2 и уменьшению £д х Появляется выходное напряжение, полярность которого противоположна полярности напряжения, образующегося в предыдущем случае. 7.4. Дискриминатор ЧМ-сигналов Одним из наиболее ранних типов детектора частотно-модулированных сигналов является дискриминатор, схема которого показана на рис. 7.5. Его все еще можно встретить в некоторых приемниках, хотя для демодуляции ЧМ-сигналов чаще используется детектор отношений (ratio detector). Описание этого детектора дается в разд. 7.5. Рис. 7.5. Дискриминатор ЧМ-сигналов. В схеме, изображенной на рис. 7.5, ЧМ-несущая (от каскадов усиления ПЧ) поступает на L 1 и наводит напряжение во вторичной обмотке L 4 . Часть входного сигнала при помощи обмотки L 5 подается на выход схемы дискриминатора. Другой способ отвода части сигнала предполагает отказ от L 4 и связь с L 1 через последовательно включенный конденсатор. Если поступающая на вход несущая не модулирована, схема является симметричной и через каждый диод проходит ток одинаковой величины. Диоды проводят по очереди, т. е. Д1 проводит в тот полупериод, когда сигнал на верхнем выводе обмотки L 2 положительный, а на нижнем выводе обмотки L 3 отрицательный. Диод Д 2 проводит в другой полупериод сигнала. Вследствие этого токи поочередно (в зависимости от частоты: сигнала несущей) протекают через резисторы R l и R 2 в направлениях, показанных стрелками. Конденсаторы С 3 и С 4 разряжаются через резисторы и благодаря этому обеспечивают фильтрацию радиочастотных составляющих. Результатом этого является преобразование пульсирующих колебаний в постоянные напряжения на резисторах. Поскольку полярности напряжений на R 1 и R 2 противоположны, то при равенстве падений напряжений на резисторах напряжение на выходных зажимах равно нулю. Если частота ЧМ-несущей изменяется, то вследствие нарушения баланса схемы один из диодов проводит лучше другого. Если, например,, диод Д 1 проводит сильнее диода Д 2 , то падение напряжения на R 1 увеличивается и на выходе схемы появляется напряжение,, причем верхний зажим находится под положительным потенциалом, а нижний — под отрицательным. Если частота несущей изменилась в противоположном направлении, то диод Д 2 проводит сильнее диода Дь падение напряжения на R 2 увеличивается, а на Ri уменьшается. В этом случае результирующая разность потенциалов на выходных зажимах имеет обратную полярность. Поэтому, если модулированная частота несущей отклоняется вверх или вниз относительно номинального (среднего) значения, то детектор формирует на выходе низкочастотный сигнал, положительный и отрицательный полупериоды ко- торого представляют один период звуковой частоты. При ЧМ частота несущей отклоняется выше и ниже средней частоты со скоростью, пропорциональной частоте звукового сигнала. Величина отклонения определяется амплитудой звукового модулирующего сигнала. Поэтому на выходе детектора образуется зву- ковая составляющая ЧМ-сигнала несущей. Разбаланс схемы, вызванный девиацией частоты ЧМ-несущей, является результатом изменений фаз между поступающими сигналами и сигналами, наводимыми на L 4 . Векторные диаграммы для таких разностей фаз рассматривались в разд. 7.3, где аналогичная схема используется для целей контроля и коррекции по частоте и фазе радиочастотной несущей. ЧМ-детектор типа дискриминатора чувствителен также и к изменениям ам- плитуды и поэтому будет детектировать АМ-сигналы (такие, как шумы) на ЧМ-несущей. Следовательно, перед подачей на .дискриминатор сигналы ЧМ-несущей необходимо ограничивать. Это осуществляется при помощи ограничителей напряжения, которые срезают амплитуду сигнала выше определенного уровня (см. гл. 11). 7.5. Детектор отношений ЧМ-сигналов Детектор отношений частотно-модулированных сигналов (рис. 7.6) имеет преимущество перед дискриминатором: перед детектором не требуется устанавливать каскад ограничения, поскольку детектор отношений нечувствителен к амплитудной модуляции. По сравнению со схемой дискриминатора (рис. 7.5) диоды детектора отношений включены в одном направлении. Токи через резисторы Ri и R 2 не разветвляются в средней точке, а имеют одинаковое направление, показанное стрелками. Поэтому при наличии немодулированной несущей оба диода проводят во время отрицательной полуволны напряжения на вторичной обмотке, получаемого при подаче входного сигнала на LI (если бы оба диода были включены в обратном направлении, функции схемы были теми же, за исключением того что диоды проводили бы во время положительной полуволны напряжения на вторичной обмотке). Когда оба диода находятся в состоянии проводимости, на резисторах R 1 и R 2 образуется почти постоянное выходное напряжение, так как в моменты запирания диодов конденсаторы С 3 и С 4 разряжаются через резисторы, обеспечивая фильтрацию переменных составляющих пульсаций постоянного напряжения, образуемых из-за периодического отпирания и запирания диодов. Рис. 7.6. Детектор отношений ЧМ-сигналов. Если поступающая несущая модулирована по частоте, вследствие чего ее частота отклонена от средней частоты, один диод будет проводить сильнее другого, как это описано в разд. 7.3 и 7.4 для схем фазового детектора и дискриминатора. Предположим, например, что немодулированная несущая вызывает падение напряжения на каждом выходном резисторе, равное 2 В. Тогда напряжение на двух резисторах, включенных последовательно, равно 4 В. Предположим также, что частота несущей отклоняется от средней частоты так, что диод Д1 проводит слабее диода Д 2 , в результате чего напряжение на Ri может уменьшиться до 1 В, а на R 2 — увеличиться до 3 В. Общее падение напряжения на двух резисторах останется равным 4 В, в то время как напряжение на каждом резисторе изменяется. Аналогично при отклонении частоты в другом направлении диод Д 2 проводит слабее Д 1 и падение напряжения на R 2 уменьшается до 1 В, а на R 1 увеличивается до 3 В. И в этом случае общее напряжение остается равным 4 В, однако напряжение на каждом резисторе изменяется. Это означает, что изменяется соотношение напряжений, причем сигнал звуковой частоты можно снимать с любого резистора, а не с обоих, как в случае дискриминатора. Емкость шунтирующего конденсатора С 6 гораздо больше емкости конденсатора Сз или С 4 . Поэтому конденсатор С 6 , заряженный до полного напряжения, падающего на последовательно включенных резисторах, противодействует любому неожиданному изменению напряжения. Вследствие таких характеристик заряда конденсатор С 6 эффективно ослабляет резкие выбросы напряжения, а также другие АМ-сигналы, наложенные на ЧМ-несущую. 7.6. Схема ослабления звуковых сигналов более высоких частот Для компенсации действия схемы предварительной коррекции, введенной в процессе модуляции (см. разд. 6.8), между демодулятором и усилителем сигналов звуковой частоты в приемниках ЧМ-сигналов устанавливают специальную схему, компенсирующую постепенный подъем уровня звуковых сигналов более высоких частот с тем, чтобы они стали пропорциональными уровням сигналов, поступающих на микрофон передающей станции. Рис. 7.7. Схема ослабления звуковых сигналов более высоких частот. На рис. 7.7 приведена схема компенсации такого подъема амплитуд. По существу схема ведет себя как фильтр нижних частот, поскольку шунтирующее действие конденсаторов Ci и С 2 возрастает для более высокочастотных составляющих сигнала» Последовательно включенные резисторы Ri и R 2 вместе с шун- тирующими конденсаторами имеют постоянную времени, соответствующую постоянной времени схемы предварительной коррекции, используемой в процессе модуляции. Конденсатор C s является обычным конденсатором связи, а резистор R 3 — регулятором громкости. Схема, показанная на рис. 7.7, может быть упрощена путем исключения элементов R z и С 2 и изменения значений Ri и Ci таким образом, чтобы они имели требуемую постоянную времени. Однако для получения более плавного линейного перехода предпочтительнее схема, показанная на рис. 7.7. 7.7. Видеодетектор На рис. 7.8 показана типичная схема диодного видеодетектора, используемая в черно-белых телевизионных приемниках. В этой схеме полный видеосигнал с выхода последнего каскада усилителя промежуточной частоты (УПЧ) поступает на первичную обмотку L1 трансформатора. Индуктивность этой обмотки вместе с емкостью схемы составляет резонансную цепь на промежуточной частоте сигнала. Емкость, необходимая для получения резонанса, может быть образована из емкостей монтажа, внутренних емкостей между выводами транзистора и других паразитных емкостей. (Сигналы ПЧ находятся в области частот около 40 МГц и имеют характеристики, аналогичные характеристикам других ВЧ-сигналов.) Рис. 7.8. Видеодетектор. Сигнал ПЧ через трансформатор LiL 2 прикладывается к. диодному детектору. В течение полупериода ПЧ, соответствующего положительному потенциалу верхнего вывода обмотки L 2 , диод заперт, так как в это время к нему прикладывается напряжение обратной полярности. Однако при отрицательной полярности напряжения ПЧ, когда верхний вывод обмотки L 2 находится под отрицательным потенциалом, диод оказывается в проводящем состоянии. При отпертом диоде электроны проходят через диод и нагрузочный резистор Rs и замыкаются через землю на нижний вывод обмотки L 2 . Поэтому на резисторе R 2 имеет место падение напряжения, т. е. (см. рис. 7.8) начинается формирование детектированного видеосигнала. Падение напряжения на R 2 пропорционально амплитуде поступающего полного видеосигнала, который выпрямляется во время процесса детектирования. Емкостная цепь, шунтирующая резистор R?, фильтрует пульсирующее напряжение, получающееся в процессе выпрямления, и огибающая этих пульсаций сигнала образует детектированный видеосигнал. Емкость этой цепи достаточна для фильтрации пульсирующего радиочастотного сигнала, но слишком мала для сглаживания изменений напряжения на частотах ниже 5 МГц. В дополнение к процессу детектирования в этой схеме происходит также процесс гетеродинирования (смешения). Если, например, ПЧ звукового сигнала составляет 41,25 МГц, а ПЧ сигнала изображения 45,75 МГц, то в результате смешения получается сигнал разностной частоты 4,5 МГц. Этот сигнал затем подается на отдельный канал ПЧ звука и демодулируется детектором ЧМ-сигналов (таким, как детектор отношений, описанный в разд. 7.5). Катушки индуктивности L 3 и L 4 способствуют подавлению сигналов частот существенно выше 4,5 МГц, хотя часто они рассчитаны так, чтобы пропускать сигналы верхнего участка видеочастотного диапазона (для подъема частотной характеристики на этом участке с целью обеспечения воспроизведения мелких деталей на экране кинескопа). Настройка связи между катушками L 1 и L 2 часто упрощается применением регулируемых сердечников (на рис. 7.8 регулировка обозначена стрелками, расположенными около этих катушек). Такие сердечники позволяют осуществлять настройку на частоты, обеспечивающие оптимальную полосу пропускания. Конденсатор C 1 и резистор R 1 образуют цепь развязки сигнала от источника питания. Величина сопротивления резистора R 1 выбирается с учетом получения нужного коллекторного напряжения транзистора УПЧ. Конденсатор d, шунтирующий источник питания, одновременно замыкает цепь сигнала через эмит-терную цепь транзистора УПЧ. Как показано в разд. 1.6, такое блокирование питающего источника применяется в усилителях любого типа. На рис. 7.9 приведена схема демодулирующей системы для цветных телевизионных приемников. Сигналы ПЧ с коллектора последнего каскада УПЧ подаются на диодный детектор сигналов звукового сопровождения частотой 4,5 МГц, а также на видеодетектор. Поскольку в схеме имеются заграждающие фильтры, предназначенные для сведения к минимуму помех на экране кинескопа, сигналы звукового сопровождения также ослабляются, поэтому здесь используют отдельную схему детектора звука (см. гл. 3 и 5). В детекторе сигналов звукового сопровождения ПЧ-сигналы изображения и звука смешиваются для получения нового ПЧ- сигнала частотой 4,5 МГц (в черно-белом приемнике этот сигнал частотой 4,5 МГц получается в видеоде- текторе). Сигналы, направляемые на диодный видеодетектор, демоду-лируются, так что выделяются видеосигналы, используя которые получают телевизионное изображение. Перед видеодетектором находится заграждающий фильтр на промежуточную частоту сигналов звукового сопровождения 41,25 МГц, предназначенный для сведения к минимуму помех, которые могли бы вызвать эти сигналы при их попадании на кинескоп. Конденса- тор С б и катушка L 2 образуют последовательную резонансную цепь на частоте 41,25 МГц; вследствие низкого полного сопротивления этой цепи на резонансной частоте сигналы этой частоты шунтируются. Конденсатор связи С 2 блокирует источник напряжения, питающий коллектор через резистор R 3 , а индуктивный элемент является обычной последовательно включенной .корректирующей катушкой каскада усиления видеосигналов (см. рис. 1.12 и соответствующие пояснения). Рис. 7.9. Демодулятор цветного телевизионного приемника. 7.8. Автоматическая регулировка громкости Схема автоматической регулировки громкости (АРГ) широко используется в радио- и других связных приемниках для обеспечения относительно постоянного уровня громкости на выходе независимо от уровня принимаемого сигнала. Выходной уровень громкости, поддерживаемый системой АРГ, устанавливается регулятором громкости. Когда приемник перестраивают со станции с высоким уровнем сигнала на удаленную станцию с низким уровнем сигнала, разность амплитуд поступающих сигналов будет автоматически выравниваться, так же, впрочем, как и в случае, если имеет место явление замирания сигнала. Системы АРГ работают в широком диапазоне изменений уровней принимаемых сигналов, хотя при приеме очень мощных сигналов местной станции и очень слабых сигналов удаленной станции диапазон корректирования этой системы может оказаться недостаточным. Рис. 7.10. Схема автоматической регулировки громкости. Системы автоматической регулировки громкости обеспечивают уровень смещения для транзисторов в каскадах радиочастоты и ПЧ в зависимости от уровня поступающего сигнала. Поэтому при приеме мощного сигнала смещение автоматически изменяется и соответственно уменьшаются коэффициенты усиления каскадов усиления, корректируя тем самым уровень выходного сигнала. Аналогично этому при приеме слабых сигналов смещение изменяется таким образом, что коэффициент усиления каскадов повышается, выравнивая тем самым низкий уровень сигнала.. На рис. 7.10 показана типичная схема АРГ. Амплитудно-мо-дулированный сигнал поступает в детектор через два индуктивно связанных контура — входной (LiCi) и выходной (L 2 C 2 ). Детектор АМ-сигналов работает так, как было описано выше. Диод выпрямляет радиочастотный сигнал, причем электроны протекают в направлении, показанном стрелкой; ток течет в обратном направлении. Конденсатор С 3 отфильтровывает высокочастотные составляющие однополярных импульсов тока, протекающих через диод, вследствие чего через резистор R 2 протекает ток звуковой частоты. Звуковой сигнал через конденсатор С 5 поступает на базу первого транзисторного усилителя звуковой сигнал. Выделяемое на резисторе R 2 отрицательное напряжение (его полярность указана на рис. 7.10) через резистор R, ответвляется дчя использования схемой АРГ в качестве напряжения смещения Такое напряжение смещения не должно иметь составляющих сигнала звуковых частот, поэтому резистор fli и конденсатор С 4 образуют сглаживающий фильтр, подавляющий колебания звуковой частоты. Емкость конденсатора С 4 должна быть достаточно велика для шунтирования составляющих звуковых частот. Если для функционирования АРГ требуется напряжение смещения положительной полярности, то диод детектора, показанного на рис. 7.10, включается в обратном направлении, что изменяет в свою очередь направление движения электронов и полярность напряжения на резисторе R 2 . При настройке на мощную станцию образующееся при этом напряжение смещения должно уменьшить коэффициент усиления каскадов. При этом следует учитывать, что если в каскаде усиления на радиочастоте и ПЧ используются я — р — n- транзисторы, то нормальное напряжение смещения, подаваемое в цепь базы, должно быть положительным по отношению к эмиттеру; в случае же использования р-n-р-транзисторов на базу подается отрицательное напряжение относительно эмиттера. Поскольку уменьшение прямого напряжения смещения биполярного транзистора приводит к уменьшению его проводимости, для снижения коэффициента усиления в случае n — р- n-транзисторов регулирующее напряжение смещения, снимаемое с выхода АРГ, должно уменьшать прямое смещение базы транзистора, т. е. делать его менее положительным (см. также гл. 3 и рис. 3.3 и 3.4). Функционально схема АРГ аналогична схемам АРУ (автоматической регулировки усиления), используемым в телевизионных приемниках (см. разд. 7.9). В схемах АРУ регулируется амплитуда видеосигнала, поэтому термин «автоматическая регулировка громкости» здесь не применим. В некоторых радиоэлектронных устройствах, используемых в промышленности, применяются подобные схемы, однако их называют схемами автоматической регулировки уровня или автоматической регулировки амплитуды сигнала. Функционально они схожи со схемами АРГ и АРУ, которые рассматриваются в данной главе. 7.9. Основная схема АРУ Схемы АРУ используются в телевизионных приемниках для поддержания постоянного уровня сигнала изображения, установленного регулятором контрастности приемника. Как и в случае схем АРГ, схемы АРУ формируют напряжение смещения в зависимости от уровня сигналов радиочастотной несущей; это напряжение прикладывается к радиочастотным и ПЧ-каска-дам приемника. На рис. 7.11 изображена наиболее простая схема АРУ. На этой схеме видеосигнал поступает с каскада видеодетектора. При показанной полярности включения диод Д1 проводит ток в направлении, указанном стрелкой, и заряжает конденсатор С 1 до максимального значения амплитуды синхроимпульсов, размещаемых на гасящих импульсах. Во время проводящего состояния диода Д1 вследствие весьма малой постоянной времени зарядной цепи происходит быстрый заряд конденсатора Сь По окончании гасящего импульса передаются видеосигналы меньшей амплитуды и диод Д1 оказывается запертым. Так как при запертом диоде постоянная времени разряда RiCi конденсатора С 2 весьма велика, то конденсатор остается почти полностью за- ряженным в течение интервала времени между синхроимпульсами. Рис. 7.11. Основная схема АРУ. Конденсатор C 1 , весьма медленно разряжающийся через резистор R 1 , создает на нем падение напряжения указанной на рис. 7.11 полярности. Часть этого напряжения образует напряжение смещения АРУ, которое прикладывается к радиочастотным и ПЧ-каскадам усиления. Величина смещения для принимаемых сигналов среднего уровня может устанавливаться при помощи движка переменного резистора Ri. Так как во время передачи амплитуда синхроимпульсов поддерживается постоянной, то образуемое напряжение смещения имеет неизменную величину. При настройке на отдаленную станцию с более слабым сигналом амплитуда синхроимпульсов уменьшается и на резисторе Ri образуется отрицательное напряжение смещения более низкого уровня. Это приводит к уменьшению обратного смещения, прикладываемого к радиочастотным и ПЧ- усилите-лям, что вызывает увеличение коэффициента передачи слабого входного сигнала. Если осуществлена настройка на станцию с мощным сигналом, образуется обратное смещение большей величины, в результате чего коэффициент передачи радиочастотных и ПЧ-каскадов понижается. За счет этого обеспечиваются выравнивание амплитуд видеосигналов, подаваемых на кинескоп, и регулировка степени контрастности. В описываемой системе АРУ настройка на отдаленную станцию вызывает уменьшение напряжения смещения. Такое уменьшение приводит к увеличению коэффициента усиления полевых МОП-транзисторов, работающих в режиме обеднения носителей, когда ток стока протекает при отсутствии смещения, и к уменьшению при увеличении смещения. Для транзисторов других типов увеличение прямого смещения вызвало бы увеличение коэффициента усиления и возрастание тока. Однако для получения лучших характеристик, лучшей стабильности и увеличения чувствительности предпочитают использовать ключевую схему АРУ. 7.10. Ключевая схема АРУ Рис. 7.12. Ключевая схема АРУ. Ключевым схемам АРУ отдают предпочтение перед основной схемой, описанной в разд. 7.9, по той причине, что они обеспечивают лучшие, рабочие характеристики. Ключевая схема АРУ характеризуется более высоким отношением сигнал/шум и более быстрой реакцией на изменение амплитуды сигнала. В ключевой схеме АРУ (рис. 7.12) используются два транзистора, один из которых служит в качестве ключа, а другой — как усилитель. При применении n— р — n-транзистора оба импульса, подаваемых на транзистор Т 1 , должны иметь положительную полярность. Это обусловлено тем, что движок переменного резистора (потенциометра) Ri устанавливается таким образом, что при отсутствии входных сигналов транзистор Т 1 заперт. Поскольку к коллектору транзистора не подводится постоянного напряжения для создания отрицательного обратного смещения его коллекторного перехода, необходимого для нормальной работы открытого транзистора, импульс, подаваемый на коллектор, должен иметь положительную полярность. Аналогично этому, если при наличии напряжения прямого смещения, снимаемого с резистора R 1 , транзистор все же остается закрытым, то для его отпирания на базу транзистора следует подать сигнал положительной полярности. Следовательно, для отпирания транзистора Т 1 оба положительных импульса, подаваемых на транзистор, должны поступать одновременно. Движок потенциометра R 1 устанавливается таким образом, чтобы только при воздействии синхроимпульсов, поступающих на базу транзистора Т 1 , создавалось прямое смещение, достаточное для открывания транзистора при условии, что потенциал коллектора положительный. Поэтому при подаче положительных импульсов на коллектор транзистор TI периодически открывается с частотой гасящих импульсов (15750 Гц для черно-белых приемников и 15734 Гц для цветных). Эмиттерный ток транзистора Т 1 поступает на цепь R 3 ,C 1 , а также ответвляется к базе транзистора Т 2 , протекая через резисторы R 4 и R 5 и замыкаясь через резистор R 6 и источник +E. Ток, протекающий через R б , повышает потенциал базы транзистора Т 2 и открывает его. Таким образом, периодическое открывание Т 1 приводит к появлению импульсов на эмиттерном выходе транзисто--ра, поступающих на цепь R 3 C 1 , и на входе транзистора 7Y Эти импульсы усиливаются и подаются на входы УВЧ и УПЧ (вместо двух выходных линий с коллектора и эмиттера при наличии соответствующих развязывающих резисторов можно использовать один вывод). Так как транзистор АРУ Т 1 может проводить только при наличии синхроимпульсов, совпадающих во времени с импульсами строчной развертки, подаваемыми на коллектор транзистора Ti, то в промежутках между синхроимпульсами он не проводит. Поэтому любые шумовые сигналы, прикладываемые к схеме в промежутках времени между соседними синхроимпульсами, не оказывают воздействия на систему АРУ. Фильтр на выходе транзистора Т 1 должен быть рассчитан на частоту горизонтальной развертки; поэтому он может иметь малую постоянную времени, обеспечивающую малую чувствительность АРУ к быстрым изменениям уровня сигнала несущей. Ключевая схема АРУ особенно хорошо подходит для сведения к минимуму флуктуации контрастности изображения, причиной которых являются пролетающие самолеты. Самолеты вызывают многократные отражения сигналов, что приводит к дрожанию изображения на экране телевизора. При увеличении уровня входного видеосигнала на базу Т 1 поступает сигнал большей амплитуды, что вызывает увеличение прямого смещения и проводимости. Вследствие этого для целей регулирования усиления формируется большой выходной сигнал. Более слабый сигнал обеспечивает соответственно меньшее прямое смещение с последующим уменьшением выходного напряжения АРУ. 7.11. Автоматическая подстройка частоты В телевизионных приемниках ручной подстройкой можно точно установить частоту гетеродина, благодаря чему для определенной станции (программы) обеспечивается получение нужной промежуточной частоты. При переключении телевизора на другую программу может вновь появиться необходимость в точной установке частоты гетеродина для получения оптимального изображения. Устройство, которое устраняет необходимость в точной подстройке после каждого переключения ПТК, называется устройством автоматической подстройки частоты (АПЧ) или автоматической точной подстройки (АТП). На рис. 7.13 приведена основная схема АПЧ. Рис. 7.13. Схема автоматической подстройки частоты. При точной настройке частота гетеродина ПЧ изображения равна 45,75 МГц (стандартное значение для современных телевизионных приемников). В схеме, показанной на рис. 7.13, видеосигналы с последнего каскада УПЧ подаются на базу транзистора TI , который их усиливает и направляет на дискриминатор, аналогичный описанному в разд. 7.5. Резонансные схемы между Tj и дискриминатором настраивают на частоту 45, 75 МГц, и, пока частота входного сигнала соответствует этой частоте настройки, напряжение на выходе дискриминатора не появится. При переключении на другую станцию и некотором смещении частоты гетеродина частота сигналов, поступающих на базу транзистора Т 1 , уже не соответствует резонансной частоте 45,75 МГц. Поэтому дискриминатор разбалансирован (см. разд. 7.4), и появляется выходное напряжение. Это напряжение используется для корректировки настройки частоты гетеродина: напряжение подают на варакторный диод, выполняющий функции подстроечной емкости, который включен в колебательный контур гетеродина (эта часть схемы описывается в разд. 12.4 и 12.5). После корректировки частоты гетеродина частота сигнала на входе схемы АПЧ настолько близка к 45,75 МГц, что сигнал на выходе дискриминатора практически отсутствует и дальнейшей корректировки не производится. Полярность сигнала, формируемого дискриминатором, зависит от того, находится ли частота поступающего сигнала выше или ниже резонансной частоты, на которую настроена схема дискриминатора. При помощи специального ключа выход дискриминатора можно шунтировать, чтобы при необходимости точной ручной подстройки корректирующую схему можно было бы отключать. Для получения оптимальных результатов при работе со схемой АПЧ схема дискриминатора должна быть настроена на требуемую резонансную частоту. Такая настройка обеспечивается сердечником между обмотками трансформатора, на что указывает стрелка на рис. 7.13. 7.12. Автоматическая регулировка усиления сигналов цветности Для сведения к минимуму затухания сигналов и изменений уровня сигналов цветности при переключении телевизионных программ часто применяют схему автоматической регулировки усиления сигналов цветности (АРУСЦ). Основная схема АРУСЦ показана на рис. 7.14; характеристики такой схемы схожи с характеристиками схемы АРУ, описанной в разд. 7.9 и 7.10. Вместо использования в качестве опорного сигнала синхроимпульсов, как и в схеме АРУ, в схеме АРУСЦ используется сигнал частотой 3,58 МГц (группа колебаний опорной цветовой поднесущей частоты), подаваемый на базу транзистора Т 1 . Как и в схеме АРУ, для более мощных станций получают сигнал более высокой амплитуды, и эта разница в уровне сигналов различных станций применяется для регулировки усиления сигналов цветности. Рис. 7.14: Схема автоматической регулировки усиления сигналов цветности. Диод Д1 выпрямляет и детектирует входной сигнал, причем усиленный сигнал выделяется на резисторе R 3 в цепи коллектора транзистора. С этого резистора сигнал подается на первый из двух полосовых усилителей и служит для создания управляющего напряжения смещения, которое регулирует усиление первого полосового усилителя пропорционально амплитуде входного сигнала. Благодаря этому обеспечивается регулировка уси- ления сигналов цветности (см. рис. 2.4 и 2.5). Транзистор Т 2 — выключатель канала цветности — выполняет те же функции, что и схема выключения, описанная в гл. 2 (см. рис. 2.4), за исключением того, что в данном случае он управляет проводимостью транзистора второго полосового усилителя. При протекании коллекторного тока транзистора T 1 через резистор Rz на последнем создается значительное падение напряжения, и потенциал коллектора снижается настолько сильно, что оказывается недостаточным для отпирания транзистора Т 2 . При приеме же сигналов черно-белого изображения передачи группы колебаний опорной цветовой поднесущей частотой 3,58 МГц не производится. В отсутствие таких сигналов на входе транзистора Т 1 последний оказывается запертым. В этом случае положительный потенциал коллектора Т 1 максимален и достаточен для открывания транзистора Т 2 . Вызываемое этим снижение потенциала коллектора транзистора Т 2 приводит к запиранию второго полосового усилителя, как это уже было описано для схемы выключения канала цветности, показанной на рис. 2.4. Конденсатор Сз имеет малое реактивное сопротивление для высокочастотных составляющих тока и поэтому шунтирует их на землю. Данный конденсатор вместе с резистором R 4 образует цепь сглаживания пульсаций тока. 7.13. Демодулятор цветоразностных сигналов В — Y и R — Y [Y-сигнал — яркостный сигнал, содержащий 59% зеленого, 30% красного а 11 % синего цвета. — Прим. ред.] Как будет показано в гл. 15 (см. рис. 15.5), для экономии частотного спектра три телевизионных цветовых сигнала: красный (R), синий (В) и зеленый (G) — преобразуются в синфазную I- и квадратурную Q- составляющие. В приемнике необходимо восстановить три исходных цветовых сигнала. Это осуществляется смешиванием .цветовых сигналов с сигналом поднесущей, поступающим от генератора частотой 3,58 МГц (см. рис. 4.6), и демодуляцией составляющих R — У и В — У результирующего составного сигнала 1 ). Далее для получения сигналов С — У (путем смешивания) используется матричная схема. На рис. 7.15 показана типичная схема демодуляции сигналов цветности, выполняющая функции, описанные в предыдущем разделе. На этой схеме транзисторы Т 1 иТ 2 являются демодуляторами каналов цветности R — Y и В — Y, хотя часто их обозначают латинскими буквами X и Z для отражения определенных фазовых соотношений между сигналами цветности. В схеме на рис. 7.15 сигналы цветности поступают одновременно на базы транзисторов Т 1 и 7 2 через последовательно включенные развязывающие резисторы R 1 и Rз. Сигнал подне-сущей частоты 3,58 МГц, получаемый от генератора 3,58 МГц, подается на резисторы R 1 и R 5 , включенные в цепи эмиттеров. Путем изменения падений напряжения на этих резисторах, создаваемых поднесущей, изменяются надлежащим образом эмиттерные и коллекторные токи транзисторов. На выходные токи схемы, безусловно, также оказывают влияние входные сигналы цветности, поступающие на базы транзисторов. Поэтому составляющие боковых полос цветности смешиваются с поднесущей, и соответствующие сигналы R — У и В — У демодулируются и выделяются в цепях . коллекторов. Катушка индуктивности, включенная последовательно с резистором R 5 , служит для создания нужного фазового сдвига. Иногда R 5 также шунтируют конденсатором для регулировки нужной степени фазового сдвига (около 90°), что позволяет достичь наилучшего цветового воспроизведения. Рис. 7.15. Схема демодулятора цветоразностных сигналов и матричная схема. Транзисторы 7 3 и Т 4 усиливают сигналы R — Y и В — У, и снимаемые с каждого коллектора усиленные сигналы прикладываются к соответствующим управляющим сеткам кинескопа для получения красного и синего цвета. Некоторая часть сигналов с выходов транзисторов Т 3 и Г 4 подается при помощи резисторов Ri8, Rн и Ris на базу транзистора Т 6 . Эти резисторы образуют матрицу для смешивания нужных значений амплитуд выходных сигналов с целью получения требуемого колебания G — У для сигналов зеленого цвета. Поэтому величины сопротивлений резисторов R16 и Rn различны, причем нужные номиналы зависят от характеристик транзисторов и параметров схемы, а также от амплитуд сигналов в каналах R — У и В — У (см. также рис. 2.6 и соответствующий текст.). |