Основные характеристики входной цепи. Коэффициент передачи напряжения - это отношение напряжения сигнала на входе первого активного каскада приемника Ubx к электродвижушей силе ЭДС в антенне £л. На частоте настройки входной цепи /о, равной частоте принимаемого сигнала fc, коэффициент передачи напряжения называется резонансным коэффициентом передачи:

/Со.ц=<Оьх/£а. (6.1)

Избирательность определяется формой и шириной резонансной характеристики ВЦ, она может быть охарактеризована уменьшс-1шем коэффициента передачи при заданной расстройке К по сравнению с его значением при резонансе Ко, т. е. а=Ко/К.

Диапазон рабочих частот -это частоты от fmax до fmin, в пределах которых входная цепь должна обеспечивать возможность настройки на любую из них.

Коэффициент перекрытия - отношение максималыюй частоты

настройки к МШШМаЛЬНОЙ, т. е. Ka = fmax/finin.

Стабильность параметров ВЦ заключается в том, что при изменении параметров антенны и входного сопротивления активного каскада основные показатели (избирательность, коэффициент передачи) не должны изменяться более допустимого значения. Особенно сильно проявляется нестабильность параметров ВЦ при работе с ненастроенной антенной. При этом во входную цепь вносится как активное, так и реактивное сопротивление. Вносимое активное сопротивление увеличивает потери во входной цепи, что приводит к раснщрению полосы пропускания и ухудшению избирательности. Вносимое реактивное сопротивление приводит к расстройке ВЦ и изменению коэффициента передачи по диапазону.

Изменение резонансного коэффициента по диапазону. Качество работы ВЦ в сильной степени характеризуется коэффициентом передачи, который можно определить как произведение трех коэффициентов передачи:

где Ki характеризует передачу ЭДС из антенны в фильтр; К2 характеризует связь фильтра с активным каскадом; Kz характеризует коэффициент передачи фильтра.

Для получения максимального коэффициента передачи входной цепи па резонансной частоте необходимо добиться оптимальной связи фильтра с антенной и активным каскадом и минимальных потерь в фильтре. Оптимальная связь фильтра с антенной и активным каскадом обеспечивается при равенстве вносимых в фильтр затуханий нз антенной цепи и от активного каскада.

В диапазонном приемнике очень важно обеспечить постоянство коэффиинеита передачи в диапа.зоие рабочих частот. Коэффициенты К2 и Кг слабо зависят от изменения частоты. При перестрон-174

Рис. 6.10. Зависимость от частоты сигнала при емкостной связи ВЧ с антенной

ке приемника в основном изменяется коэффициент Ki. Характер изменения К\ сильно зависит от вида цепи связи.

Для входной цепи с емкостной связью с антенной (см. рис. 6.6,6) наблюдается сильная зависимость коэффициента передачи К\ от частоты принимаемого сигнала. Сопротивление конденсатора не постоянно, а зависит от частоты принимаемых сигналов. На более высоких частотах сопротивление конденсатора уменьшается, что приводит ,к увеличению напряжения в контуре. Емкостная связь антенны с фильтром применяется в приемниках, работающих на фиксированной частоте или в узком диапазоне частот.

Примерный характер зависимости коэффициента К\ и, следовательно, KoBv. ОТ частоты принимаемых сигналов приведен на рис. 6.10.

При трансформаторной связи антенны с фильтром (см, ис. 6.6,а) антенная цепь представляет собой контур, собственная частота которого (Оо.\=1/УСл-1-(1-л--Ьсв), а фильтр - контур, настроенный на частоту принимаемого сигнала. Оба контура образуют систему связанных контуров. В зависимости от соотношения UJUo изменение резонансного коэффициента передачи входной цепи будет различным.

Возможны три случая: fA>f,nax; fA<fmax; fmin<fA<fmax.

При fA>fmax (укороченная антенна) с увеличением собственной частоты фильтра (настройка на более высокие частоты рабочего диапазона) Ко возрастает, так как чстоты fo и fA сближаются, расстройка уменьшается.

При f<fmin (удлиненная антенна) с увеличением собственной частоты фильтра (настройка на более низкие частоты рабочего диапазона) Ко уменьшается, так как частоты /о и /л расходятся расстройка увеличивается.

Примерный вид зависимости резонансного коэффиниепта передачи Ко при трансформаторной связи от частоты приведен на

/Со. А

I антенна I

[удлиненная \ антенна

Рис. 6.11. Зависимость Копа от частоты сигнала при трансформаторной связи С антенной

рис. 6.11, где штриховой линией показан характер резонансной кривой антенной цепи. Как видно из рисунка, при работе на удлиненную антенну Ко изменяется менее резко, чем при работе иа укороченную антенну, поэтому на практике обычно применяют режим работы на уд;н111снную антенну, выбирая коэффициент уд.:и-

НеНИЯ /fyfl = fDmtn o\~ 1,5.

При fmin<fiK<fniax зависимость Ки ОТ частоты в диапазоне рабочих частот довольно резкая и немонотонная, поэтому такой рс жим работы практически не применяют.

контрольный вопросы

1. Для чего нужна входная цень прие.мннка?

2. Перечислите основные характеристики входной цепн и дайте их определение.

3. Перечислите В1гди связи входной цепи с ангенной и активным каскадом.

4. Каковы условия 1голучония максимального коэффициента передачи входной цепн?

5. Как изменяется резонансный коэффициент передачи входной цепн по диапазону частот прн различных пндах связи с антенной? Почему?

6. Каковы конструктивные особещюсти входных цепей СВЧ диапазона?

6.3. УСИЛИТЕЛИ РАДИОЧАСТОТЫ

Назначение и основные параметры. Усилители радиочастоты УРЧ - это каскады радиоприемника, в которых сигнал усиливается на его несущей частоте. Располагаются они либо перед детектором в приемнике прямого усиления, либо перед преобразователем в супергетеродинном приемнике. Основные функции, выполняемые УРЧ в приемнике: усиление полезного принимаемого сигнала, обеспечение частотной избирательности, снижение коэффициента шума приемника. 176

Усилители радиочастоты работают в режиме усиления малых сигналов, т. е. в линейном по сигналу режиме. Нагрузкой УРЧ являются резонансные цепи: колебательные контуры, фильтры из связанных контуров и др. В качестве активных элементов УРЧ используются биполярные и полевые транзисторы, лампы бегущей волны ЛБВ, лампы маячкового типа и т. д.

К основным параметрам УРЧ относятся: резонансный коэффициент усиления, избирательность, коэффициент шума, устойчивость работы и искажения сигнала.

Резонансным коэффициентом усиления Ко называется отношение амплитуды полезного сигнала на выходе усилителя отахвых к амплитуде напряжения полезного сигнала на его входе UomaxBx при настройке нагрузочных контуров в резонанс с частотой сигнала:

В диапазоне дециметровых и более коротких волн этот коэффициент оценивается как отношение мощностей:

В многокаскадных усилителях коэффициент усиления определяется как прои.зведение коэффициентов усиления каждого каскада Коус=К\К2, Кп. Необходимо отметить, что с увеличением числа каскадов результирующая полоса пропускания уменьнгает-ся. Для сохранения заданной полосы пропускания необходимо увеличить коэффициенты включения контура, если усилители реализованы на биполярных транзисторах, либо заП1унтировать контура резисторами, если усилители реализованы на полевых транзисторах и контура включены полностью. Это несколько снижает ко-.эффициент усиления каждого каскада. Чтобы сохранить неизменной полосу пропускания многокаскадного усилителя, не уменьнгая коэффициента усиления отдельных каскадов, идут на усложнение настройки контуров, применяя взаимную расстройку контуров отдельных каскадов. Этот прием будет подробно рассмотрен в § 6.5.

В диапазоне рабочих частот Ко с увеличением частоты растет, а полоса пропускания расширяется, так как увеличивается эквивалентное затухание контуров. Чтобы получить незначительное изменение Ко в диапазоне рабочих частот, применяют вариант комбинированной внутриемкостной и трансформаторной связи контура со входом следующего каскада аналогично тому, как это рассматривалось в § 6.2.

Избирательность УРЧ определяется его резонансной характеристикой, построенной в координатах d, Af (см. рис. 6.4). При этом необходимо обеспечить ширину полосы пропускания УРЧ больше ширины спектра усиливаемого сигнала.

Коэффициент шума УРЧ определяет шумовые свойства уси лителя. Чем он меньше, тем более слабые сигналы можно npnini мать. Коэффициент шума зависит от частоты и от шумовых параметров активного элемента схемы. Для уменьшения коэффициента шума следует выбирать малошумящие активные элементы, поэтому в первых каскадах УРЧ предпочтительнее применять по левые транзисторы вместо биполярных.

Устойчивость работы УРЧ характеризует его способность сохранять в процессе работы основные характеристики на уровне заданных, а также отсутствие самовозбуждения.

Искажения в УРЧ происходят за счет нелинейности амплитуд ной характеристики каскада, что приводит к появлению гармо ник в выходном токе, а также к изменению Ко от амплитуды входного сигнала. Для уменьшения уровня искажений сигнала необходимо выбирать рабочую точку активного элемента на линейном участке и снижать (по возможности) амплитуду усиливаемого сигнала.

Схемы усилителей радиочастоты. В усилителях радиочастоты применяются в основном две схемы втслючения активного элемента: с общим катодом (эмиттером, истоком) и общей сеткой (базой, затвором). Усилители с общим катодом (эмиттером, истоком) дают более высокое усиление по мощности, но склоенны к самовозбуждению, особенно на высоких частотах, поэтому в дециметровом диапазоне волн и выше применяют схемы с общей сеткой (базой, затвором).

В усилители радиочастоты связь контура с активным элементом может быть непосредственной, автотрансформаторной, трансформаторной и емкостной. Пример схемы одноконтурного резо нансного УРЧ на полевом транзисторе показан иа рис. 6.12. В схеме применено последовательное питание стока через развязыва-

П 4 п 2 г

Г

Г

рис. 6.12. Схема одноконтурного резонансного усилителя на полевом транзисторе

ющий фильтр Сз/?з и индуктивность LcB. Исходный режим творе определяется величиной падения напряжения тока ис на /?2. Емкость Сг устраняет отрицательную обратную связь поп^ ременному току. Емкость С, разделительная. Резистор /?, служит для подачи исходного напряжения на затвор. Резонансная частота коптура определяется величинами /. Ск и емкостью варикапов Vil/2. Встречно-последовательное включение варикапов позволяет устранить зависимость емкости варикапов от радиочастотных переменных напряжений. Величина емкости варикапов определяется напряжением Еу р. Резистор Rt служит для уменьшения шунтирующего действия цепи управления настройкой на резонансный контур.

Электронная настройка избирательных цепей широко применяется в современных приемниках, обеспечивая простоту автоматического и дистарщионного управления настройкой, высокую надежность, широкие возможности микроминиатюризации.

В усилителях, особенно на биполярных транзисторах, за счет внутренней обратной связи с выхода на вход изменяется АЧХ входного контура, и это приводит к изменению основных параметров УРЧ (полоса пропускания, коэффициент усиления). При очень сильной связи усилитель самовозбуждается.

Влияние внутренней обратной связи можно уменьшить, вводя в схему усилителя элементы коррекции и нейтрализации. Элементы коррекции R, L., включенные между коллектором и базой транзистора, уменьшают вероятность самовозбуждения УРЧ. Более эффективный способ ослабления обратной связи - применение каскадного усилителя (рис. 6.13). Транзистор VT, первого каскада включен по схеме ОЭ, нагрузкой коллекторной цепи VT\ служит малое входное сопротивление второго каскада, включенного по схеме ОБ. Такое включение транзисторов дает хорошую развязку между входом и выходом каскадного усилителя, ослабляет обратную связь и существенно повышает устойчивость усилителя.

с, Вход Я,

VT2 С^ЛТХ Нсъ

Рис. 6.13. Схема каскадного УРЧ