Усилители радиочастоты и промежуточной частоты радиоприемника

Усиление принимаемых радиосигналов в приемном устройстве осуществляется в его преселекторе, т.е. на радиочастоте, и после преобразователя частоты - на промежуточной частоте. Соответственно различают усилители высокой частоты (УВЧ) 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, такие, как электромеханические фильтры (ЭМФ), кварцевые фильтры (КФ), фильтры на поверхностных (объемных) акустических волнах (ПАВ, ПОВ) и др.

В большинстве современных приемников используют однокаскадные УВЧ. Реже, при высоких требованиях к избирательности и коэффициенту шума, УВЧ 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 рис.1-3 приведены основные схемы УВЧ, а на рис.4 схема УПЧ с фильтром сосредоточения избирательности (ФСИ) в виде электромеханического фильтра.

Рис.1. УВЧ на полевом транзисторе

Рис.2. УВЧ на биполярном транзисторе

Рис.3. УВЧ с индуктивной связью с избирательной системой

Рис.4. УПЧ с фильтром сосредоточенной избирательности

В усилителях радиочастоты и промежуточной частоты, в основном применяют два варианта включения усилительного прибора: с общим эмиттером (общим истоком) и каскодную схему включения транзисторов.

На рис.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 VT1 определяется падением напряжения от тока истока на резисторе R2 . Резистор R1 является сопротивлением утечки транзистора VT1 и служит для передачи напряжения смещения на затвор транзистора.

На рис. 2 приведена аналогичная схема УВЧ на биполярном транзисторе. Здесь применено двойное неполное включение контура с транзисторами VT1, VT2, что позволяет обеспечить необходимое шунтирование контура со стороны выхода транзистора VT1 и со стороны входа транзистора VT2. Напряжение питания на коллектор транзистора подано через фильтр R4C4 и часть 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 рис. 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 (см. лаб. работу №1).

На рис. 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.

Общим для всех схем является двойное неполное включение избирательной системы. (Полное включение можно рассматривать как частный случай, когда коэффициенты трансформации m и n равны единице). Поэтому для анализа можно использовать одну обобщенную эквивалентную схему замещения усилителя (см. рис.5).

Рис.5. Обобщенная эквивалентная схема резонансного усилителя

На схеме транзистор со стороны выхода заменен эквивалентным генератором тока с параметрами , и током , а со стороны входа следующего каскада проводимостью , . Резистор утечки R4 (рис.1) или делитель (рис.2) заменены проводимостью ( или ).

Обычно сумму проводимостей считают проводимостью нагрузки GН, т.е.

Анализ эквивалентной схемы позволяет получить все расчетные соотношения для определения характеристик каскада [1].

Так, комплексный коэффициент усиления каскада определяется выражением

, где -

эквивалентная резонансная проводимость контура;

- обобщенная расстройка контура.

Из данного соотношения легко определить модуль коэффициента

усиления

и резонансный коэффициент усиления каскада УВЧ

Резонансный коэффициент усиления достигает своего максимального значения при одинаковом шунтировании контура со стороны выхода активного прибора и со стороны нагрузки (входа следующего каскада), т.е. когда

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

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

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

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

Здесь , - характеристические (волновые) сопротивления ФСИ по входу и выходу соответственно;

- коэффициент передачи фильтра в полосе прозрачности (пропускания).

В том случае, если известно затухание фильтра в полосе прозрачности в децибелах, то

Коэффициенты включения m и n вычисляются из условия согласования фильтра на входе и выходе

, .

Резонансная характеристика каскада УПЧ с ФСИ полностью определяется кривой изменения коэффициента передачи ФСИ от частоты. Отдельные точки резонансной кривой ФСИ задаются в справочниках.

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

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

В случае использования полевых транзисторов активной составляющей проводимости можно пренебречь и

к оглавлению

Знаете ли Вы, что, как и всякая идолопоклонническая религия, релятивизм представляет собой инструмент идеологического подчинения одних людей другим с помощью абсолютно бессовестной манипуляции их психикой для достижения интересов определенных групп людей, стоящих у руля этой воровской машины? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира