скан учебника. Устройства приема и обработки сигналов Е.А.Колосовский 2007-600.. Учебное пособие для вузов. М Горячая линияТелеком, 2007. 456 с. ил. Isbn 593517264Х

• Название: Учебное пособие для вузов. М Горячая линияТелеком, 2007. 456 с. ил. Isbn 593517264Х
• Анкор: скан учебника
• Дата: 16.01.2021
• Размер: 0.55 Mb.
• Имя файла: Устройства приема и обработки сигналов Е.А.Колосовский 2007-600..docx
• Тип: Учебное пособие; #168586
• страница: 3 из 12

НАСТРОЙКА

Рис. 1.2. Структурная схема детекторного приемника

вичный сигнал. Эта операция называется детектированием и вы­полняется специальным устройством - детектором.

Простейший приемник, выполняющий над радиосигналом указанные выше операции, состоит из входной избирательной цепи (одиночного контура), осуществляющего фильтрацию сигнала, и детектора. Его назы­вают детекторным приемником (рис. 1.2).

Принципиальная схема такого РПУ представлена на рис. 1.3.

Такие приемники применялись на заре радиотехники, в настоя­щее время вследствие присущих им серьезных недостатков (табл. 1.4) практически не используются, за исключением оптического диапазона волн.

Итак, основные недостатки детекторного приемника - слабая избирательность и неспособность принимать слабые сигналы. Слабые сигналы, подаваемые на вход детектора, преобразуются в первичный сигнал с большими искажениями. Для того чтобы эти искажения были в допустимых пределах, на вход детектора необ­ходимо подать сигнал вполне определенного уровня, т.е. слабые сигналы необходимо усилить.

Таким образом, третья операция, проводимая приемником над радиосигналом - усиление.

Усиление может осуществляться как на высокой частоте (до де­тектора), так и на низкой частоте (после детектора). Усиление до детектора реализуется с помощью усилителей с резонансной на­грузкой, которые обеспечивают дополнительную фильтрацию. Из­меняя сопряженно резонансную частоту контуров в нагрузке усили­телей с помощью конденсатора переменной емкости, можно пере-



Рис. 1.3. Принципиальная схема детекторного приемника

Основные типы структурных схем радиоприемников страивать приемник по частоте, выделять необходимые полезные сигналы в некотором диапазоне рабочих частот.

Таблица 1.4

№	Преимущества	Недостатки
1	Простота схемы	Слабая избирательность
2	Легкость настройки	Низкая чувствительность
3	Стабильность настройки	Искажения сигналов
4	Отсутствие побочных каналов приема	Зависимость чувствительности от частоты
5	Отсутствие источников питания	Зависимость избирательности от частоты

Уровень принимаемых сигналов на входе приемника может быть различным, а напряжение на входе детектора должно быть постоян­ным. Поэтому в приемник обычно вводят регулировку усиления.

Все выше перечисленные операции реализуются в приемниках прямого усиления и в приемниках супергетеродинного типа.

Структурная схема приемника прямого усиления изображена на рис. 1.4. Усиление сигнала производится непосредственно на час­тоте принимаемого сигнала вплоть до детектора, т.е. на частоте, которая воспринимается антенной.

В данной структурной схеме можно выделить основные тракты радиоприемника: принимаемой и низкой частот.

Приемник прямого усиления имеет существенно лучшие, чем детекторный приемник, качественные показатели (табл. 1.5).



Рис. 1.4. Структурная схема приемника прямого усиления

К основным достоинствам такого приемника можно отнести:

• 
  высокую стабильность частоты настройки;
  
• 
  отсутствие в схеме различного рода генераторов.
  

Таблица 1.5

№	Преимущества	Недостатки
1	Простота схемы	Недостаточная избирательность
2	Легкость настройки	Низкая чувствительность
3	Стабильность настройки	Искажения сигналов
4	Отсутствие побочных кана­лов приема	Неравномерность чувствительно­сти в ДРЧ
5	Отсутствие различных гене­раторов	Неравномерность избирательно­сти по частоте

Однако и эта схема не может обеспечить высокие и постоянные во всем диапазоне рабочих частот чувствительность и избиратель­ность. Отсюда вытекают основные недостатки такого приемника:

1. 
   Недостаточно высокая избирательность. Основная изби­рательность в приемнике прямого усиления осуществляется в тракте принимаемой частоты, элементами которого являются входное устройство (ВхУ) и усилитель высокой частоты (УВЧ).
   

Входное устройство предназначено для эффективной передачи напряжения или мощности полезных сигналов, принятых антенной, к входу первого каскада усиления и для первоначальной избира­тельности.

Усилитель высокой частоты осуществляет практически все уси­ление и избирательность до детектора.

Но в перестраиваемых приемниках невозможно применять сложные фильтры. В качестве входного устройства и нагрузки ре­зонансных перестраиваемых усилителей обычно используются одиночные контуры, реже - связанные двухконтурные системы. Как известно, такие фильтры имеют на высоких частотах широкую по­лосу пропускания и весьма пологие скаты, поэтому помехи, лежа­щие за пределами полосы пропускания и вблизи основного канала, будут подавляться слабо.

Если же использовать большее количество перестраиваемых избирательных систем и каскадов УВЧ, то в связи с высокой часто­той усиление будет неустойчивым и возникнут серьезные конструк­тивные трудности.

2. 
   Неравномерность избирательности при перестройке радио­приемника в диапазоне рабочих частот. Поскольку полоса пропуска­ния одиночного колебательного контура определяется выражением
   

AFn = -^-. (1-2)

Чэ

то при изменении частоты настройки контура f₀, изменяется и его полоса пропускания, что приводит к изменению избирательности приемника.

Пример. При добротности контура О_э= 50 на /₀ = 300 кГц поло­са пропускания AF_n = 300/50 = 6 кГц, т.е. приблизительно соответ­ствует спектру AM колебания. Но уже на частоте f₀ = 1 МГц, полоса при той же добротности будет шире в 3,3 раза (20 кГц), т.е. через этот фильтр пройдут и полезный сигнал, и другие мешающие.

3. 
   Низкая чувствительность. При перестройке каскадов УВЧ в широком диапазоне частот резко изменяется их усиление. На высоких частотах коэффициент устойчивого усиления К_у„ невелик и обратно пропорционален номиналу частоты:
   

К_уст = (0,31.. .0,57)/-^-, (1.3)

V Скб/0

где >21 - крутизна характеристики усилителя; С& - емкость пере­хода коллектор-база.

Следовательно, для реализации большого коэффициента усиле­ния необходимо использовать большое число каскадов усиления.

4. 
   Неравномерность чувствительности во всем ДРЧ из-за резкой неравномерности усиления в радиотракте. Коэффициент усиления усилительного каскада УВЧ К_ус изменяется при пере­стройке вследствие изменения эквивалентного сопротивления на­грузки R₃:
   

К_ус = Н_э*8 = р_эхОхЗ,

где р_э = wot=—77-

(о₀С

Учитывая изменение частоты (Во в ходе перестройки, аналогич­но^ изменение будет претерпевать и эквивалентное сопротивле­ние нагрузки, а следовательно, и коэффициент усиления.

5. 
   Возможность появления больших нелинейных искажений в случае малого усиления до детектора, и как следствие - работа в нелинейном режиме.
   

Эти недостатки можно устранить, если основное усиление и фильтрацию сигнала осуществлять на некоторой постоянной и бо­лее низкой частоте.

Структурная схема приемника супергетеродинного типа. Приемник, в котором частота сигнала преобразуется в некоторую постоянную, обычно достаточно низкую частоту, называют прием­ником супергетеродинного типа. Частоту, в которую преобразуются сигналы, называют промежуточной частотой.

Схема супергетеродина была предложена в 1918 г. Армстронгом (США), Леви (Франция), Рауддом (Англия) независимо друг от друга. Первые супергетеродины были чрезвычайно громоздки и не пред­ставляли видимого преимущества по сравнению с приемником пря­мого усиления, главным образом из-за плохого качества ламп. По­этому после его изобретения усилия ученых направлялись на со­вершенствование приемника прямого усиления, в частности, за счет использования в некоторых каскадах усиления регенерации (реге­неративные приемники). Окончательный перелом в сторону суперге­теродина произошел в 1931 - 1932 г. в связи с появлением качест­венных ламп (пентодов) и быстрым освоением декаметрового диа­пазона волн, где преимущества супергетеродина особенно видны.

Структурная схема супергетеродина представлена на рис. 1.5. Схема содержит:

• 
  тракт принимаемой (высокой) частоты;
  
• 
  тракт промежуточной частоты;
  
• 
  тракт низкой частоты.
  

Тракт принимаемой (высокой) частоты содержит входное устрой­ство и несколько резонансных усилителей высокой частоты (1-3 кас­када). Входное устройство также содержит 1 - 2 контура. Все резо­нансные системы настраиваются на частоту принимаемого сигнала.

Преобразователь частоты состоит из нелинейного элемента (смесителя) и местного генератора частоты f_reT (гетеродина).

На вход смесителя преобразователя частоты поступает напря­жение с частотой сигнала f_c и гармоническое напряжение от гете­родина с частотой f_reT.

Из курса теории цепей известно, что ток нелинейного элемента преобразователя частоты содержит ряд гармоник с частотами:

f = nxf_c + mxf_rei,

где п, т = 0; ±1; ±2; ... - целые положительные и отрицательные числа.

Тракт принимаемой—►|^_Тр_акт промежуточной частоты-^



к Тракт низкой частоты й

Рис. 1.5. Обобщенная структурная схема РПУ супергетеродинного типа

Избирательная система, включенная в нагрузке преобразовате­ля, выделяет одну полезную компоненту, называемую промежу­точной частотой /пч- Для образования ПЧ обычно используется разностное преобразование вида f_n4 = f_c - f_r или f_m = f_r - f_c.

Если f_r> f_c, говорят о верхней настройке гетеродина, если на­оборот - о нижней.

Чтобы промежуточная частота оставалась постоянной при пе­рестройке приемника, необходимо, чтобы резонансная частота преселектора и частота гетеродина изменялись сопряженно, отли­чаясь друг от друга на значение f_n4 (рис.1.6). Обеспечение постоян­ной разности f₀ и f_r в диапазоне рабочих частот называется сопря­жением настройки.

При такой схеме недостатки, присущие приемнику прямого уси­ления, в значительной мере устраняются. Постоянство f_m и воз­можность выбора ее низкого значения обусловливают достоинства супергетеродина:

Более высокая и постоянная в диапазоне рабочих частот изби­рательность, так как в тракте промежуточной частоты на постоян-



Рис. 1.6. Сопряжение настройки контуров входного устройства

и гетеродина

ной и достаточно низкой промежуточной частоте можно использо­вать сложные избирательные системы (фильтры сосредоточенной селекции (ФСС), кварцевые, электронно-механические и т.д.). С помощью таких высокодобротных фильтров можно получить дос­таточно узкие и неизменные полосы пропускания [по аналогии с выражением (1.2)]:

Более высокая и постоянная (равномерная) в диапазоне рабо­чих частот чувствительность приемника, так как основное усиление также обеспечивается в тракте промежуточной частоты усилите­лями с низкой и фиксированной частотой настройки, равной f_m [см. формулу (1.3)]:

К_уст = (0,31-0,57)

V Скб f пч

Таким образом, легко осуществить большое и устойчивое уси­ление на каждый каскад, что позволяет уменьшить количество кас­кадов в тракте ПЧ.

Небольшие нелинейные искажения при детектировании, так как обеспечивается достаточное усиление и работа в линейном режиме.

Однако такая схема приемника имеет и существенные недос­татки по сравнению с приемником прямого усиления, а именно: