Входные цепи радиоприёмников

Назначение, структурная схема и качественные показатели входных цепей

Как известно, входная цепь является первым элементом РПУ и она расположена между антенной, находящейся за пределами РПУ, и первым каскадом РПУ. Это положение определяет её назначение.

Входная цепь выполняет следующие функции:

1. Обеспечивает избирательность принимаемого сигнала и подавление других сигналов. Очевидно, что это можно выполнить только с помощью резонансного контура, который является основной частью входной цепи.

2. Обеспечивает согласование РПУ с антенной, для обеспечения передачи максимума мощности сигнала, наводимого в антенне, во входную цепь.

3. Обеспечивает согласование согласование входной цепи с первым каскадом РПУ для обеспечения передачи максимума максимума мощности сигнала из входной цепи в первый каскад РПУ.

На рис.7 представлена структурная схема входной цепи.

Рис.7 Структурная схема входной цепи.

Качественные показатели входной цепи.

12. Коэффициенты передачи входной цепи:

Коэффициент передачи по напряжению:

.

Коэффициент передачи по мощности:

.

где U_Вц, P_Вц - напряжение и мощность сигнала на выходе входной цепи;

U_А, P_А - напряжение и мощность сигнала на входе входной цепи.

Коэффициент избирательности ВЦ - это отношение коэффициента передачи на резонансной частоте к коэффициенту передачи при заданной расстройке:

Коэффициент неравномерности в полосе пропускания - это отношение коэффициента передачи на резонансной частоте к коэффициенту передачи на границе полосы пропускания :

.

Коэффициент перекрытия диапазона принимаемых частот – отношение максимальной частоты резонансного контура ВЦ к минимальной частоте резонансного контура ВЦ:

.

При настройке приёмника изменяется величина ёмкости конденсатора резонансного контура ВЦ. При минимальной ёмкости конденсатора будет максимальная частота контура и при максимальной ёмкости конденсатора будет минимальная резонансная частота резонансного контура ВЦ.

Схемы входных цепей РПУ

Базовым элементом входной цепи является параллельный резонансный контур, который определённым образом связан с антенной. Имеют следующие виды связи ВЦ с антенной: индуктивная, емкостная и индуктивно емкостная.

Индуктивная связь подразделяется на трансформаторную и автотрансформаторную связи (рис.8) антенны с входной цепью.

а б

Рис. 8 Трансформаторная связь (а) и автотрансформаторная связь (б)

антенны с входной цепью.

От вида связи антенны с входной цепью зависит вид коэффициента передачи антенны во входную цепь от частоты (рис. 9).

Рис. 9 Зависимость К_А от частоты при индуктивной связи антенны с входной цепью.

Как видно из графика, с увеличением частоты коэффициент передачи уменьшается. Это связано с тем, что при увеличении частоты возрастает сопротивление катушки связи X_LСв = ω L_Св , что ведёт к уменьшению тока в ней. Это ведёт к уменьшению магнитного потока между катушкой связи и катушкой контура, а, значит, к уменьшению наводимой Э.Д.С. в катушке контура.

На схеме контура ВЦ показаны два конденсатора. Конденсатором со стрелкой осуществляется настройка контура на частоту принимаемого сигнала. Конденсатор со звёздочкой является подстроечным конденсатором и он предназначен для подстройки контура ВЦ. Его ёмкость не значительная и на много меньше ёмкости настроечного конденсатора.

Емкостная связь показана на рис. 10.

Рис. 10 Емкостная связь антенны с входной цепью.

При емкостной связи с увеличением частоты коэффициент передачи антенны возрастает рис.11.

Рис. 11 Зависимость К_А от частоты при емкостной связи

антенны с входной цепью.

Увеличение коэффициента передачи антенны при емкостной связи объясняется уменьшением сопротивления конденсатора связи при увеличении частоты. По второму закону Кирхгофа:

E_A = U_C,Св + U_Lk

Из этого уравнения видно, что уменьшение сопротивления конденсатора связи ведёт к увеличению тока в индуктивности контура и увеличению напряжения на ней.

Индуктивно емкостная связь показана на рис. 12.

Рис. 12. Индуктивно емкостная связь антенны с контуром.

В этой схеме работают два механизма передачи сигнала из антенны во входную цепь. На низких частотах проявляет себя индуктивная связь, а на высоких частотах работает емкостная связь. На рис.13 показана зависимость коэффициента передачи антенны при индуктивно емкостной связи.

Рис.13 Зависимость К_А от частоты при индуктивно емкостной связи

антенны с входной цепью.

Сигнал, поступивший из антенны во входную цепь, далее из входной цепи передаётся в нагрузку. В качестве нагрузки является усилитель. Различают несколько способов подключения нагрузки к входной цепи – индуктивный, емкостной и индуктивно-емкостной.

Индуктивный способ подключения подразделяется на трансформаторный и на автотрансформаторный. На рис.14 показаны два этих способа подключения нагрузки к входной цепи.

а б

Рис.14 Трансформаторный (а) и автотрансформаторный

способы подключения нагрузки к входной цепи.

Эти способы позволяют осуществлять согласование входной цепи с нагрузкой, т.е. с водным сопротивлением усилителя.

Емкостной способ связи входной цепи с нагрузкой показан на рис.15 (а).

а б

Рис.15 Емкостной (а) и индуктивно-емкостной (б) способы подключения

нагрузки к входной цепи.

Усилители

Усилители – это устройства, которые осуществляют усиление сигнала. В РПУ применяются резонансные усилители и апериодические (резистивные) усилители. Резонансные усилители помимо усиления сигнала решают задачу селекции усиливаемого сигнала, т.е. выделения самого сигнала и подавления помех. Обязательным элементом этого усилителя является резонансный контур. Апериодический усилитель решает задачу только усиление сигнала по какому либо параметру – по мощности, по току или по напряжению.

Базовым элементом любого усилителя является усиливающий элемент, которым является или транзистор или электровакуумный прибор (триод, тетрод, пентод).

Режимы работы транзистора.

В схемотехнике применяются три схемы включения биполярных транзисторов – с общей базой, с общим эмиттером и с общим коллектором (рис.16).

При анализе работы транзисторов используются следующие коэффициенты усиления.

Коэффициентом усиления по токуназывается отношение приращения тока на выходе к приращению тока на входе:

Коэффициентом усиления по напряжениюназывается отношение приращения на выходе к приращению входного напряжения:

Коэффициентом усиления по мощностиназывается отношение приращения мощности на выходе к приращению мощности на входе:

Для транзистора, включённого по схеме с общей базой, коэффициент усиления по току определяется по формуле:

;

Исходя из принципа работы транзистора, ток коллектора заметно больше тока базы. Поэтому значения коэффициента усиления в схеме с ОБ несколько меньше единицы и принято считать, что его значения лежат в интервале 0,9 ÷ 0,99. С целью большего удобства коэффициент усиления по току в схеме с ОБ обозначают через α:

;

Для транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером, коэффициент усиления по току определяется по формуле:

Из-за особой важности коэффициента усиления по току в схеме транзистора с ОЭ этот коэффициент принято обозначать дополнительно к общему обозначению греческой буквой β (бета).

Учитывая, что коэффициент усиления по току в схеме с общей базой изменяется в пределах α=0,9 – 0,99, находим, что β изменяется в пределах:

= 9÷99

Теоретически, при α → 1, что возможно при → 0, значение → ∞.

Коэффициент усиления по напряжению определяем по формуле:

Коэффициент усиления по мощности определим как произведение коэффициентов усиления по току и по напряжению:

;

Отношение сопротивления нагрузки к входному сопротивлению составляют величину большую единицы. Поэтому видно, что у транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером коэффициент усиления по напряжению составляет 10², а коэффициент усиления по мощности составляет 10⁴.

Сравнивая коэффициенты усиления для двух рассмотренных схем включения транзистора, видим, что в схеме включения с общим эмиттером коэффициенты усиления на много больше коэффициентов усиления в схеме, включения с общей базой. Поэтому понятно, что при построении усилителей используется включение транзистора по схеме с общим эмиттером.

Динамический режим работы транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером, представлен характеристиками на рис. 17 – рис.19.