1. Основные характеристики и параметры радиоприёмных устройств (рпу)

Вид материала

Документы

Содержание ПЧ на биполярных транзисторах. 8.3. Диодные ПЧ. Балансная схема Рассмотрим режимы работы детектора в случае слабого сигнала.

Подобный материал:

• Лекция Внешние устройства компьютера, 309.96kb.
• Проект №3/271 «Параметры семантической характеристики слова в толковом словаре», 40.33kb.
• Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 зет (108 час), 49.28kb.
• Программа междисциплинарного экзамена для поступления в магистратуру по направлению, 51.62kb.
• Методические указания к лабораторным работам по курсу «Электроника», 384.45kb.
• Назипов Рамиль Хайретдинович Назначение и устройство компьютера урок, 165.22kb.
• Классификация и основные параметры, 145.52kb.
• Типы и характеристики интерфейсов, 204.95kb.
• Термины и терминологические сочетания: основные характеристики, 619.93kb.
• Руководство по эксплуатации лтк10У. 11. 00. 000Рэ ООО "цинус завода гаро", 463.33kb.

U_г >>U_c.

Фильтр или УПЧ должен иметь резонансную частоту, соответствующую промежуточной частоте контура, т.е. , а полоса должна быть шире полосы полезного сигнала, т.е. >_c.

Типы ПЧ:

1. ПЧ с линейным элементом с параметрическим изменением.

2. Использование нелинейного элемента.

Линейные обычно строятся на базе транзисторов, а нелинейные на базе диодов.


8.1. Линейные ПЧ.



(1) , - коэффициент передачи. (2) .

Подставим во (2)-ую - (1), а выбирая n можно получить то или иное значение промежуточной частоты.






8.1.1. Структурная схема ПЧ.




Z_c - внутреннее сопротивление.




ВАХ ПЭ - нелинейной


S - крутизна (tg угла наклона); Ф - прямоугольный.


{


,

,

1) _Uп0 = , где S_nn - крутизна n-ой гармоники.

2) _{Uc = 0}= - выходная проводимость преобразователя (внутренняя).

3) _{Uп = 0}= - входная проводимость преобразователя.

4) _{Uc = 0}= - обратная проводимость.

8.1.2. Параметры преобразователя.

1) - коэффициент преобразования , где Z_нэ=Z_н||Z_in, Z_in=1/G_i .

2) - коэффициент обратного преобразования, где Z_сэ=Z_с||Z_вх, Z_вх=1/G_вх.

3) ,






8.1.3. Помехи ПЧ.

8.1.4. Типы помех.

1) зеркальный канал;

2) канал прямого прохождения;

3) соседний канал.







2) На промежуточной частоте возникает помеха.




Второй метод борьбы - законом закрепить частоты для приемников, на которых проходят эти помехи.


3) _с2 находится не далеко от _с


Добиваются большей избирательности УПЧ или запрещают вещать станции на этой частоте.


8.2. Транзисторный ПЧ.

Два типа ( биполярные и полевые).

Биполярные транзисторы позволяют строить ПЧ до единиц МГц, а полевые до десятков МГц.




- ВАХ ПЧ на полевых транзисторах.

Существуют два варианта схем: с отдельным гетеродином и с совмещенным.

С отдельным у ПЧ характеристики лучше, т.к. есть развязка с источником сигнала.

Во втором варианте схема более экономична, но ухудшаются характеристики).




Два способа реализации схемы транзисторного ПЧ:

Достоинства: малая мощность гетеродина.




Недостатки: сильное взаимовлияние источника сигнала и гетеродина.


Достоинства: улучшена развязка между источником сигнала и гетеродином.

Недостатки: требуется более мощный гетеродин, т.к. управление осуществляется током истока; стабильность работы гетеродина меньше за счет меньшего входного сопротивления ( сток-исток); отсутствие С_бл в цепи истока приводит к созданию отрицательной обратной связи по промежуточной частоте _п.

Обе схемы предполагают работу в приемниках с переменной настройкой .

Рассмотрим ПЧ на биполярных транзисторах.

Схемы также имеют два варианта.






От Е_см зависит крутизна и коэффициент преобразования.

Достоинства и недостатки аналогичны первой схеме для полевого транзистора.




Достоинства и недостатки как у второй схемы для полевого транзистора.

коэффициента преобразования:

К_.п.=U_п/U_с=-S_пZ_нэ ,где Z_нэ равно сумме резонансного сопротивления контура, выходного сопротивления транзистора и входного сопротивления следующего каскада (УПЧ).

Входная проводимость:

G_вх.п. (0,7-0,8)|Y_11с|, где Y_11c - входная проводимость на частоте сигнала. С_вх.п.C_вх.у..

Выходная проводимость:

G_вых.п. (0,6-0,8)|Y_22с|, где Y_22c - выходная проводимость транзистора на промежуточной частоте.

Выходная емкость: С_вых.п. C_вых.у, где C_вых.у - емкость усилителя.

У транзисторных ПЧ практически отсутствует эффект обратного преобразования частоты.

8.3. Диодные ПЧ.

Имеют обязательно отдельный гетеродин.

Диоды обладают малыми собственными емкостями, алыми сопротивлениями потерь, меньшим сопротивлением шума по сравнению с транзисторным ПЧ. Таким образом эти ПЧ являются основными ПЧ на любом диапазоне.

Эквивалентная схема диодного ПЧ:




, где R_i- внутреннее сопротивление.

Для диодных ПЧ является характерным эффект обратного преобразования частоты. S_п=S_обр.п.

Параметры диодного ПЧ:

1) , где G₀ - выходная проводимость диодного ПЧ.

2) , где Z_сэ=(1/S₀)||Z_c

3) Входная и выходная проводимость: , где G_х - характеристическая проводимость для режима согласования: , где S_п - крутизна преобразования: .

Для обеспечения режима согласования должно выполняться: 1/R_c=G_х ( на входе); G_х=1/R_y ( на выходе).

Два способа включения источника и нагрузки ( индуктивная и емкостная связь):



Индуктивная связь

 .


Если обеспечить это согласование, то получаем максимальный коэффициент преобразования.

Это справедливо для расчета диодных ПЧ, построенных как на полупроводниковых диодах, так и на кристаллических.

В зависимости от величины эффекта обратного преобразования частоты диодные ПЧ делятся на узкополосные и широкополосные.

В узкополосных на входе ПЧ ставится колебательный контур, который обеспечивает хорошую избирательность по зеркальному каналу.

В широкополосных недостаточная избирательность по зеркальному каналу во входном контуре.

В таких ПЧ возникает двойное обратное преобразование частоты.




8.3.1. Основные разновидности диодных ПЧ.

1. Полупроводниковые (туннельные диоды) имеют малый уровень шумов, большую энергетическую прочность, высокую стабильность.

Недостатки: малый динамический диапазон.

2. Полупроводниковые диоды с барьером Шотки.

Достоинства: Большая прочность, большой динамический диапазон.

Недостатки: Более мощный гетеродин.

3. ДПЧ на варикапах.

Достоинства: Высокая стабильность характеристик.

Недостатки: Гораздо больший уровень собственных шумов.

Все диодные ПЧ как правило строятся по балансной или двубалансной схеме.




- Балансная схема.

U_г - подается синфазно, а U_c - парофазно. Отсюда следует, что можно уменьшить амплитуду входного сигнала т.к. работают два диода.

Также здесь хорошая развязка источника от гетеродина, поэтому уменьшается излучение гетеродина через входные цепи приемника, повышается стабильность работы гетеродина и можно обеспечить более сильную связь между гетеродином и саим преобразователем, а следвательно , увеличить требуемую мощность гетеродина.

В этой схеме также компенсируются шумы гетеродина, т.к. шумы синфазны и в нагрузке они компенсируют друг друга.

8.4. Детекторы РПУ.

Назначение: выделение полезного сигнала из радиосигнала. От вида модуляции делятся на амплитудные, частотные и фазовые.


9. Амплитудные детекторы (АД).

Они составляют основу также частотных и фазовых детекторов. АД выделяют отгибающую радиосигнала с одновременной фильтрацией несущего колебания.

В качестве несущего могут быть использованы гармонические сигналы, последовательность радио и видеоимпульсов.

Детектор состоит из нелинейного элемента и фильтра. В качестве нелинейного элемента обычно используют полупроводниковые или вакуумные диоды, а также полевые и биполярные транзисторы.

В качестве фильтра обычно используют НЧ RC-фильтр.

Для улучшения фильтрации при гармоническом несущем сигнале может быть использован дроссель:




- Фильтр АД .



Дроссель играет роль режекторного фильтра.

Принцип работы АД можно пояснить с помощью спектральных диаграмм:



Временные диаграммы этого сигала:


9.1. Основные параметры АД.

1. Коэффициент передачи немодулированных сигналов: К =U /U₀;

U =U -U_n ,где U - приращение постоянной составляющей на выходе детектора. U_n - напряжение покоя при условии U_вх=0. U₀ - амплитуда входного сигнала. U - постоянная составляющая.

2. Коэффициент передачи детектора для модулированных сигналов: , где U_ - амплитуда огибающей на выходе; m - коэффициент глубины амплитудной модуляции.

3. Входное сопротивление: .

4. Выходное сопротивление: .

5. Коэффициент линейных искажений (частотных и фазовых). Определяется как для любых усилителей; т.е.- это коэффициент передачи на нижней и верхней граничной частоте: K_в , _в.

6. Коэффициент нелинейных искажений: . В числителе мощность паразитных составляющих, в знаменателе мощность основной составляющей на выходе.

Все параметры зависят от режима работы детектора. Режимы работы определяются амплитудой входного сигнала.

Рассмотрим режимы работы детектора в случае слабого сигнала.




 I = f ( U =U_п + U_вх ), где f - функция, которая описывает нелинейность ВАХ диода.

Функция раскладывается в ряд I = I - I_п =

= f’(U_п)U_вх + 1/4 f’’(U_п)U_вх² + 1/8 f’’’(U_п)U_вх³ +...

Слагаемыми больше второго по счету пренебрегаем 

 I f’’’(U_п)U_вх² )/4 ;

U =I R = (f’’’(U_п)RU_вх³ )/4 ,

где (f’’’(U_п)RU_вх³ )/4 = A = const,

т.е. приращение постоянной составляющей U пропорциональна U_вх², т.е. в случае слабого сигнала детектор явл. квадратичным.

Режимы квадратного детектирования имеет особенность: подавление полезного сигнала шумом.



Т.к.шум - случайный процесс, а сигнал и шум статистически не зависимы, то после фильтрации  .

Рассмотрим отношение сигнал/шум на входе и выходе детектора: ,

.



Т.к. сигнал слабый, то для квадратичного детектора выполняется: U_cш, U_c<м, то _вх=0,5 ,а _вых  0,25, т.е. возникает эффект подавления сигнала шумом.


График помехоустойчивости АД.


- коэффициент помехоустойчивости.


9.2. Детектирование сильных сигналов.

ВАХ может быть апроксимирована кусочно-линейными функциями:



Предположим, что Е_см=0, тогда U =U ; U =U₀ cos  , где - угол отсечки.

Разложим импульсный сигнал в ряд Фурье, т.е.по гармоникам частоты .

Тогда: I = , где S- крутизна ВАХ (S=tg).

С другой стороны: I =U /R. Приравниваем два полученных выражения и получаем: .

Если сопротивление нагрузки велико и крутизна велика, т.е. SR стремится к бесконечности, то -угол отсечки.




Предположим, что в качестве схемы используется схема последовательного АД:


Особенность схемы в выборе параметров RC-фильтра.



Два случая сигнала на выходе (немодулированный и модулированный).


во втором случае _зар=R_iC , _разр=RC.


При выборе R и C должно выполняться: 1/jC<>R, т.е. для несущего колебания емкость короткозамыкающая.


Тогда параметры для случая сильного сигнала:

1.К =U /U₀= cos - коэффициент передачи немодулированных сигналов.

2. Коэффициент передачи для модулированных сигналов:

- для случая тональной модуляции - амплитуда полезного сигнала  .

Отсюда следует, что коэффициент передачи максимальный будет равен единице.

Если SR стремится к бесконечности, то имеем малый угол отсечки.

3. Входное сопротивление: оно влияет прежде всего на режим работы выходного каскада УПЧ: .

Первый случай R стремится к 0 таким образом /2 R_вх 2R_i

Второй случай R стремится к бесконечности 0  R_вх R/2 .




R_i - внутреннее сопротивление диода.


Чем больше сопротивление нагрузки, тем больше коэффициент передачи детектора и больше входное сопротивление.

Однако, с ростом сопротивления нагрузки возрастает инерционность детектора и увеличиваются частотные искажения.


4. Детекторные характеристики: U =f(U₀), где R_н=const; K =f(U₀).




R₁23

Чем больше R_н, тем больше U .

Если R стремится к бесконечности, то  стремится к 0, К стремится к 1,  стремится к 45^о