Усилитель промежуточной частоты – два принципа построения. Виды полосовых фильтров для упч.

УПЧ отличаются от УРЧ большим коэффициентом усиления, следовательно они многокаскадные, полосовой фильтр более селективный, усилители ПЧ не перестраиваются. По сравнению с УРЧ требования к собственному электрическому шуму ниже.

Существует 2 основных подхода к построению схем УПЧ:

1) УПЧ реализуется в виде нескольких каскадов и каждый каскад содержит свой узкополосный фильтр.

Чем больше каскадов, тем больше коэф-т усиления и выше избирательность. Такие усилители называются УПЧ с покаскадным наращиванием избирательности и усиления.

Недостатки подхода: при воздействии дестабилизирующих факторов на усилительный прибор изменяется настройка ПФ в каскаде, т.к. меняются реактивные и активные вх. и вых. сопротивления усилительного прибора. При этом нарушается согласованная работа полосовых фильтров, следовательно уменьшается селективность усилителя, поэтому более перспективным является второй подход.

2) Усилитель состоит из высокоселективного ФСИ и многокаскадного, относительно широкополосного усилителя.

 

 

        

 

 

Несмотря на возможные значительные изменения АЧХ ШУ под воздействием дестабилизирующих факторов, в итоге АЧХ УПЧ меняется намного меньше, чем в 1-ом подходе.

Недостатком УПЧ с ФСИ является большой К_Ш, что связано с большим затуханием сигнала в многозвенном ФСИ, поэтому для снижения К_Ш перед ФСИ устанавливают 1,2 каскада предварительного усиления.

Кроме того, количество усилительных приборов в данном УПЧ больше, т.к. Ш каскад усиления имеет коэффициент усиления, чем узкополосный.

 

Разновидности ФСИ применяемые в УПЧ:

Наиболее часто используется пьезо-керамические фильтры. Т.к. перестройка этих фильтров невозможна, то они выпускаются заранее настроенные на стандартные значения ПЧ. Достоинством фильтра являются малые габариты, большая добротность, что обеспечивает высокую степень прямоугольности АЧХ, что характеризуется коэффициентом прямоугольности.

=0,1…0,01

Следующая особенность – при достаточно больших расстройках нарушается монотонность зависимости затухания от величины расстройки.

Более высокую добротность имеют кварцевые фильтры. Они обладают более узкой полосой, большей селективностью и устойчивостью к воздействию дестабилизирующих факторов. Стоимость выше.

Используются также электро-механические фильтры, в которых резонансные явления реализуются в механических системах. Достоинство фильтра – возможность работы в НЧ.

В последнее время широко распространены фильтры на ПАВ (поверхностные акустические волны). Они сочетают высокую добротность с возможностью реализации ЧХ различной формы. Недостаток ПАВ – невозможность реализации в НЧ.

LC фильтры имеют по сравнению с предыдущими возможности перестройки и создания АЧХ различного вида. Могут работать в широком диапазоне частот. Недостаток: малая стабильность, большие габариты. Часто используются в системах с пьезо-керамическими и кварцевыми фильтрами.

Активные RC фильтры (ARC). Достоинство: нет катушек индуктивности. Недостаток: относительно НЧ, малая добротность.

Дискретные фильтры, реализуются на приборах с зарядовой связью. Позволяют перестраивать фильтры программным способом и обладают высокой степенью стабильности.

Цифровые фильтры – полностью цифровая реализация допускает как программное, так и аппаратное решение. Основной недостаток – только НЧ.

Главное условие использования ФСИ – необходимо при проектировании приемника задаться стандартным значением ПЧ.

УПЧ с покаскадно наращиваемой избирательностью и усилением: если необходимо обеспечить совместную работу LC фильтров и пьезокерамики, то приходится использовать каскады УПЧ с покаскадно наращиваемой изб и усилением. Кроме того, использование такого вида УПЧ оправдано при низких требованиях, предъявляемых к избирательности приемника. Основные виды реализации:

1) УПЧ с одинаково настроенными одиночными контурами. Достоинство – низкая стоимость, недостаток – большой коэффициент прямоугольности.

2) Использование 2-х контурных полосовых фильтров. Достоинство – меньший коэффициент прямоугольности, но стоимость выше.

3) Каскады на расстроенных контурах:

- с попарно расстроенными

- с тройками расстроенных контуров

УПЧ на расстроенных двойках – половина каскадов настроена на одну частоту, половина – на другую (аналогично на тройках).  

30. Преобразование частоты. Требования к смесителям. Искажение сигналов.

 

Основой ПЧ является математическая основа – операция перемножения 2-х сигналов (гетеродина и сигнала). Покажем, что операция перемножения реализуется не только на специализированных устройствах но и на многих нелинейных элементах. Рассмотрим:

; считаем что Uвх=Uг+Uс.

Квадратурный член степенного ряда обеспечивает процедуру перемножения сигнала. Поэтому можно реализовать преобразование частоты путем подавания «+»Uг и Uс на нелинейный элемент в котором достаточно сильно выражен квадратичный член степенного ряда. Наличие всех прочих членов степенного ряда является «вредным» и обуславливает образование комбинационных гармоник на вых. нелинейного элемента. fк=|m×fг±n×fc|, m и n-целые.

Наличие комбинационных гармоник приводит к специфическим искажениям сигнала в смесителе. Если искаженный сигнал в смесителе продетектировать и прослушать, имеет место «свист» с переменной тональностью т.е. говорят об искажениях сигнала типа «свист». fпч=fc-fг. Предположим, что возникла комбинационная гармоника fк=m×fс-n×fг = и пусть она попала в полосу пропускания = fпч. Т.е. в данном случае сигнал и гетеродин порождают две спектральных составляющих на вых. смесителя, которые попадают в полосу пропускания УПЧ.

     Предположим, что из-за нестабильности fг она приняла fг’= fг+D.

Имеет место сумма двух ВЧ компонентов с малой разницей частот (n-1)D. Возникают биения, а следовательно на вых. демодулятора появляется дополнительный тон с частотой Fтон=(n-1)D.

     Для подавления данного вида помех надо использовать смесители с малым уровнем комбинационных гармоник. Если не удается обеспечить достаточно малого уровня комбинационных гармоник, то соответствующие настройки приемника помечаются как нерекомендуемые.

     Рассмотрим общие требования предъявляемые к смесителям.

При реализации Смеситель стараются обеспечить большую развязку между входами, а также между вх. и выходом. Если развязка между входами не велика то мощные колебания гетеродина могут проникнуть на сигнальный вх. смесителя, и далее через преселектор поступить в антенну, приемник превращается в передатчик который создает помехи к близлежащим радиоэлектронным средствам.

     Если мощные сигнальные колебания попадают на гетеродинный вход смесителя, то произойдет паразитная внешняя синхронизация колебаний гетеродина, что приведет к «подтягиванию» частоты гетеродина к частоте сигнала.

     Прямое прохождение гетеродинного колебания на вых. смесителя обуславливает, перенос шума гетеродинного колебания на вых. смесителя, снижается с/ш.

     Совокупное проникновение U₁ и U₂ на вых. обуславливает высокий уровень комбинационных гармоник.

 

31. Схемотехника смесителей. Гетеродины.

Наиболее простым является одно-диодный смеситель.

На нелинейный элемент – диод поступает сумма колебаний сигнала и гетеродина. Ток диода содержит множество комбинационных гармоник. Данная спектральная составляющая выделяющая на контуре смесителя, все остальные комбинационные гармоники этим контуром подавляются.

Достоинства: низкая стоимость и широкий частотный диапазон вх. колебаний.

Недостатки: развязка между входами низкая; развязка между входами и выходом обусловлена только фильтрующими свойствами контура.

     Покажем каким образом шум гетеродина проникает на вых. смесителя.

Если рассматривать выделенные шумовые полосы в спектре гетеродина как совокупность 3-х отдельных узкополосных колебаний которые попадают на нелинейный элемент формируют свою группу комбинационных гармоник и среди этих гармоник, существуют гармоники с разностной частотой, равны по частоте настройки контура. Следовательно контур выделит данные шумовые гармоники, что приведет к снижению с/ш.