Усилители промежуточной частоты.

Усилители промежуточной частоты (УПЧ) следуют непосредственно за преобразователем частоты супергетеродинного приёмника и предназначены для усиления сигнала на фиксированной (промежуточной) частоте в заданной полосе частот, определяемой шириной спектра принимаемого сигнала. Полоса пропускания УПЧ самая узкая, поэтому от её величины зависят частотные искажения и избирательность по соседнему каналу. В большинстве случаев нагрузкой каскада УПЧ служит одиночный колебательный контур или полосовой фильтр (рис. 60). В качестве полосового фильтра применяется система из двух, трёх и более связанных контуров. Кроме того могут применяться фильтры сосредоточенной селекции (избирательности), Пьезоэлектрические, пьезокерамические и электромеханические фильтры. Обычно усилитель промежуточной частоты состоит из нескольких каскадов. В радиовещательных приёмниках их два или три.

Рис. 60. принципиальная схема одноконтурного усилителя промежуточной частоты.

С4 – конденсатор нейтрализации влияния проходной ёмкости транзистора, R1, С3 – фильтр в цепи автоматической регулировки усиления (АРУ), R4С7 – развязывающий фильтр в цепи питания, R2 – резистор смещения транзистора.

 

Если в УПЧ применяется элемент сосредоточенной избирательности, то избирательная система располагается в одном каскаде, а остальные каскады делаются, либо широкополосными либо апериодическими. Применение сосредоточенной избирательности намного упрощает настройку УПЧ и приёмника в целом. В транзисторных приёмниках фильтр сосредоточенной селекции используется в качестве нагрузки преобразователя частоты (Рис. 59).

 

Детектор.

Процесс получения напряжения, изменяющегося по закону модуляции, из модулированного напряжения высокой частоты называется детектированием. В зависимости от вида модуляции, используемой на передающей радиостанции, в детекторном каскаде радиоприёмника должно осуществляться соответствующее детектирование – амплитудное, частотное или фазовое.

 

Амплитудный детектор.

Амплитудные детекторы предназначены для преобразования радиосигнала, модулированного по амплитуде, в напряжение, меняющееся по закону модуляции. Амплитудное детектирование осуществляется в нелинейных системах, которые состоят из полупроводникового диода и нагрузки детектора. При подаче на вход детектора модулированного высокочастотного колебания на его выходе будет действовать пульсирующее напряжение, содержащее постоянную составляющую U 0 и переменную составляющую U F полезного сигнала. Рис. 61. Процесс детектирования сходен с процессом выпрямления, разница лишь в том, что выпрямленное напряжение на выходе детектора должно сохранять закон изменения амплитуды входного сигнала.

Рис. 61. Графики, поясняющие процесс детектирования.

 

Принципиальная электрическая схема амплитудного детектора приведена на рисунке 62. здесь детекторный каскад связан с источником модулированного напряжения посредством трансформатора L1, L2. Высокочастотное напряжение с обмотки c обмотки связи L2 поступает на диод VD1, где происходит однополупериодное выпрямление. Затем выпрямленное напряжение подвергается фильтрации с помощью одно- или двухзвенного R C фильтра нижних частот.

 Постоянная времени фильтра выбирается такой, чтобы устранить

 

Рис. 62. Принципиальная схема диодного последовательного амплитудного детектора а) и вольтамперная характеристика диода б).

 

изменения выходного сигнала с частотой несущего колебания, но в то же время не ослаблять по возможности напряжение модулирующего колебания низкой частоты.

В приведённой схеме применён однозвенный простейший ёмкостный фильтр. Нагрузкой детектора является резистор R1, с которого выделенное детектором низкочастотное напряжение поступает на следующий каскад радиоприёмника. Принцип работы рассмотренной схемы амплитудного детектора поясняются временными диаграммами напряжений в различных точках её. Эти диаграммы приведены на рисунке 63.

Рис. 63. Временные диаграммы, поясняющие работу амплитудного детектора. а) – напряжение на входе детектора, б) – напряжение выпрямленное диодом без учёта действия фильтра, в) – то же с учётом действия однозвенного фильтра, г) – с двухзвенным фильтром.

 

Нелинейность вольтамперной характеристики и наличие порогового напряжения диода приводят к появлению нелинейных искажений. В реальных схемах радиоприёмников применяются германиевые детекторные диоды, обладающие незначительным пороговым напряжением и достаточно линейным участком характеристики в рабочей части её. Постоянная составляющая выходного напряжения детектора пропорциональна величине входного сигнала и используется в системе автоматического регулирования усиления. С этой целью постоянная составляющая через фильтр нижних частот подаётся в цепь базы транзистора УПЧ и меняет его усилительные свойства обратно пропорционально величине выходного напряжения. Кроме последовательного диодного детектора амплитудно-модулированных колебаний существуют и другие редко применяемые схемы.

 

Частотный детектор.

 

Также как и амплитудный, частотный детектор должен обладать нелинейными свойствами и обеспечивать преобразование частотно модулированного сигнала в напряжение, изменяющееся по закону модуляции. Простейшим детектором частотно модулированного сигнала может служить детекторный каскад амплитудно-модулированного сигнала, входной контур которого расстроен относительно сигнала промежуточной частоты f₀ (рис. 64).

Рис. 64. К вопросу о детектировании частотно-модулированного сигнала. 1 – резонансная кривая входного контура детектора, 2 – частотно-модулированный сигнал (изменение частоты сигнала во времени), 3 – изменение напряжения на контуре, О – рабочая точка, f _рез – резонансная частота контура.

 

Входной контур детектора настраивается так, чтобы средняя частота сигнала f₀ соответствовала середине одной из боковых ветвей резонансной характеристики, а изменение частоты сигнала находилось в пределах этой боковой ветви. В этом случае изменение частоты сигнала по закону f(t) приведёт к соответствующему изменению напряжения на колебательном контуре. Например, с ростом промежуточной частоты будет увеличиваться амплитуда напряжения на контуре. При понижении частоты амплитуда напряжения на контуре уменьшается. Подавая такое напряжение с колебательного контура на обычный амплитудный детектор, получим на выходе детектора напряжение, изменяющееся по закону, близкому к закону модуляции частотно модулированного сигнала. Для устранения паразитной амплитудной модуляции частотно модулированных сигналов в схему приёмника вводятся амплитудные ограничители, включаемые до частотного детектора. Амплитудные изменения частотно модулированного сигнала обуславливаются влиянием различного вида помех, а также неравномерностью частотной характеристики приёмника в полосе пропускания высокочастотного тракта.

Эффективность простейшего частотного детектора низкая, а нелинейные искажения очень велики. Поэтому на практике для детектирования частотно модулированного сигнала применяют специальные частотные детекторы. К ним относятся балансные частотные детекторы со связанными, настроенными на промежуточную частоту контурами, балансные с взаимно расстроенными контурами и дробные детекторы.