26 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Усилители радиосигналов различных диапазонов

Усилители радиосигналов;

Избирательные усилители

Избирательные усилители (ИУ) предназначены для получения основного усиления в приемном тракте до детектора, а также требуемой избирательности.

Различают усилители радиочастоты (УРЧ) или усилители радиосигналов (УРС), усиливающие колебания на частоте принимаемого сигнала и входящие в состав преселектора приемника, и усилители промежуточной частоты, усиливающие сигнал промежуточной частоты после преобразователя частоты.

УРС приемника должен выполнять три основные функции: снижать коэффициент шума приемника для повышения его чувствительности; усиливать полезный принимаемый сигнал; обеспечивать частотную избирательность [4].

Основные требования к УРС:

— получение усиления, достаточного для пренебрежения влиянием шумов последующего тракта;

— малый коэффициент шума, так как УРС вносит основной вклад в коэффициент шума РПрУ;

— высокая избирательность по побочным каналам приема (зеркальному каналу и т.д.). УРС обеспечивает предварительную частотную избирательность по соседнему каналу;

— малые искажения (линейные и нелинейные);

— устойчивость работы, т.е. постоянство основных параметров УРС при действии дестабилизирующих факторов и отсутствие склонности к самовозбуждению;

Для обеспечения избирательности в УРС, как правило, используются частотно-избирательные системы: одиночные или связанные контуры, а также полосовые фильтры. Как правило, частотно-избирательные системы УРС настроены в резонанс на частоту принимаемого сигнала, поэтому такие усилители принято называть резонансными.

Рассмотрим основные электрические характеристики УРС.

Резонансным коэффициентом усиления принято называть отношение амплитуды напряжения несущей частоты сигнала на выходе УРС к амплитуде напряжения несущей частоты сигнала на входе усилителя

при настройке нагрузочных контуров в резонанс на несущую частоту сигнала. При использовании в нагрузке усилителя полосовых фильтров резонансный коэффициент усиления определяется на средней частоте полосы пропускания.

Точно так же на рабочей частоте определяется коэффициент усиления по мощности, под которым понимают отношение мощности сигнала в нагрузке усилителя к мощности сигнала на входе

В первых усилительных каскадах РПрУ обычно стремятся получить как можно большее значение с тем, чтобы в соответствии с выражением

где — коэффициент усиления по мощности первого каскада,

снизить общий коэффициент шума РПрУ.

Коэффициент шумаопределяет шумовые свойства УРС. Чем он меньше, тем более слабые сигналы можно усиливать. Для повышения чувствительности РПрУ согласно

УРС следует применять в тех случаях, когда он позволяет снизить коэффициент шума приемника.

Если , то УРС будет снижать коэффициент шума приемника.

Избирательность усилителя (как и входного устройства) определяют по резонансной кривой. Она обычно характеризуется шириной полосы пропускания избирательного усилителя и величиной ослабления мешающего сигнала при заданной расстройке , т.е. иногда избирательность оценивается с помощью коэффициента прямоугольности формы резонансной кривой, под которым понимают отношения полосы пропускания усилителя на некотором уровне к полосе пропускания на уровне 0,707

Избирательные свойства УРС оцениваются характеристикой избирательности, представляющей собой отношение коэффициентов усиления на резонансной и несущей частотах

где — коэффициент усиления на текущей частоте.

Амплитудно-частотные искажения полностью определяются формой резонансной кривой УРС. В УРС большинства супергетеродинных РПрУ полоса пропускания оказывается много больше, чем полоса пропускания всего приемника, и частотные искажения сигнала оказываются незначительными. Это объясняется тем, что промежуточная частота выбирается значительно меньшей частоты приемного сигнала.

Фазо-частотные искажения являются следствием нелинейности фазовой характеристики УРС. В пределах полосы пропускания фазовая характеристика УРС с любым числом каскадов близка к прямой линии. Поэтому для сигналов, спектр частот которых находится в пределах полосы пропускания таких усилителей, фазо-частотные искажения незначительны и ними практически пренебрегают.

Нелинейные искажения усилителя определяются нелинейностью рабочего участка его амплитудной характеристики. Они тем меньше, чем меньше амплитуда сигнала и прямолинейней амплитудная характеристика. Амплитуды полезных сигналов на входе УРС обычно не превышают 0,01 В. Поэтому существенные нелинейные искажения могут возникнуть лишь при наличие на входе УРС полезных и мешающих сигналов от других станций с э.д.с., большей указанной величины.

Устойчивость работы усилителя определяется отсутствием склонности к самовозбуждению, которое возможно как за счет внутрикаскадных, так и за счет межкаскадных паразитных обратных связей.

Усилители радиосигналов различных диапазонов

емкости эмиттерного и коллекторного переходов; g 6’э >> g 6′ к – проводимость

эмиттерного перехода и обратная проводимость коллекторного; g ra – прово-

димость между выводами коллектора и эмиттера; S U – крутизна зависимого

Рис. 2.2. Замещение биполярного транзистора активным линейным четырехполюсником

 Устройства приема и обработки сигналов. Лаб. практикум

2. УСИЛИТЕЛЬ РАДИОСИГНАЛА

2.3. Общий анализ усилителя радиосигналов

U c ( t ) Y 1 C 1 L 1

Рис. 2.3. Усилитель радиосигналов с входным контуром

Пользуясь общими методами теории четырехполюсников и выраже-

ниями (2)–(6) можно найти для цепи на рис. 2.1 входную Y ВХ , выходную Y BЫX

полные проводимости и коэффициент усиления по напряжению K u

усилителя ( рис. 2.2 ), нагруженного на входе сопротивлениями Z 2

подключенного к источнику с выходным сопротивлением Z 1 = 1/ Y 1 . Полная

входная проводимость описывается выражением

Y вх = Y 11 – ( Y 12 ·Y 21 ) / ( Y 22 + Y 2 ) = ( g 11 + j ω cб’э ) / (1 + j ωτ б ) + Y 21 · ( g 12 + j ω С k )/

/ [(1 + j ωτ б ) ·[( g 22 + Y 2 )(1 +j ωτ б + j ωτ к Y 11 )]].

При стремлении ω к нулю из ( 2.7 ) имеем

Y вх = g 11 + Sg 12 /( g 22 +Y 2 ),

Полная выходная проводимость определяется следующим образом:

Y вых = Y 22 – ( Y 12 ·Y 21 ) / ( Y 11 + Y 1 ) = g 22 + j ω Y 21 τ k /(1 + J ωτ б ) +

+ Y 21 ( g 12 + j ω c k ) [(1 + j ωτ б ) · ( g 11 + j ω с б’э + Y 1 (1

При стремлении ω к нулю из ( 2.9 )получим

Y вых = g 22 + Sg 12 / ( g 11 + Y 1 ),

Коэффициент усиления по напряжению усилителя, изображенного на рис. 2.2 , вычисляется по формуле

K U = – Y 21 / (Y 22 + Y 2 ) = – Y 21 / [( g 22 + Y 2 ) ·(1 + j ωτ б ) + j ω Y 21 τ k ].

При стремлении ω к нулю из ( 2.11 ) имеем

K U = – S /( g 22 + Y 2 ),

Оценка значений параметров высокочастотных транзисторов показывает, что на частотах порядка единиц и десятков мегагерцωτ б > g 22 и можно пренебречь g 22 в выражениях ( 2.7 ), ( 2.8 ), ( 2.9 ), ( 2.10 ), ( 2.11 ),

того, что di б / dU кэ |

Отсутствие самовозбуждения еще не означает неизменность показателей УРС при наличии дестабилизирующих факторов: изменения режимов питания, температуры, влажности.

Для оценки устойчивости усилителей вводится понятие коэффициента

k y = ( G э1 + G oc )/ G э1 .

Если k у = 0, то усилитель радиосигналов может самовозбудиться. При k у = 1 обратная связь отсутствуёт, что соответствует максимальной устойчивости УРС. Обычно принимают k у = 0,8–0,9. При этом изменение коэффициента усиления и полосы пропускания под действием обратной связи не превышает 10–20 %.

Определим условия устойчивости УРС с заданным запасом устойчи-

вости. Подставив ( 2.20 ) в ( 2.24 ), получим

k у = 1 + ( R э2 / G э1 ) | Y 21 Y 12 | (cos φ + ξsin φ) / (1 + ξ 2 ).

После соответствующих преобразований из ( 2.25 ) имеем

( R э2 | Y 21 |) 2 = ( k yэ − 1) R 2 | Y 21 | |1 +ξ 2 | /[(cos ϕ+ξ sin ϕ ) R э1 | Y 12 |],

где R э 1 = 1/ G э 1 .

Учитывая, что К U = –Y 21 / G э2 (см.( 2.11 ) и ( 2.14 )), из ( 2.26 ) получим вы-

ражение для устойчивого коэффициента усиления К U уст по напряжению:

(1 +ξ 2 )) /((cos ϕ+ξ sin ϕ ) | Y

Устойчивость УРС обеспечивается, если K U >» – кнопка перелистывания страниц с пунктами работы к

 «Т» – кнопка сброса контроллера управления.

С помощью кнопки «ТИП УСИЛИТЕЛЯ» происходит подключение одного из трех блоков УРС к выходу лабораторной установки.

Блок I служит для исследования амплитудно-частотных характеристик УРС на биполярном транзисторе.

Блок II предназначен для проведения исследований амплитудночастотных характеристик УРС на полевом транзисторе.

Блок III позволяет проводить исследования амплитудно-частотных характеристик каскодного усилителя радиосигналов, выполненного на биполярных транзисторах.

Входной немодулированный сигнал U c ( t ) =U m c cosω c t поступает на входной контур УРС, подключенный к входам усилительных приборов трех блоков. В поле «ГВЧ» находятся кнопки управления параметрами генератора высокой частоты (генератора входного сигнала). С помощью последовательного нажатия кнопки «ДИАПАЗОН» происходит переключение диапазонов настройки контуров: индикатор «Д1» отображает диапазон частот 700–1200 кГц, а индикатор «Д2» – 1200–1500 кГц. Плавная регулировка частоты происходит

с помощью потенциометра «ЧАСТОТА». Переключение уровней сигнала 1:1 и 1:10 происходит с помощью последовательного нажатия кнопки «УРОВЕНЬ». Индикация уровня входного сигнала происходит с помощью светодиодов 5мВ и 50 мВ. На выходе генератора высокой частоты регистри-

руется значение частоты f c входного сигнала. Регистрация этого значения может быть выполнена с помощью встроенного частотомера (в поле цифробуквенного дисплея на лицевой панели установки) либо с помощью внешних измерительных приборов.

 Устройства приема и обработки сигналов. Лаб. практикум

2. УСИЛИТЕЛЬ РАДИОСИГНАЛА

2.6. Перестраиваемые усилители радиосигналов

В лабораторной установке предусмотрена возможность одновременного изменения собственных резонансных частот всех контуров путем по-

следовательного нажатия кнопки « K f ». При подключении конденсаторов светодиодный индикатор у кнопки « K f » светится. При отключенных конденсаторах – не светится. Для снятия амплитудно-частотных характеристик УРС при нагрузке предусмотрено шунтирование выходного контура резистором. Под-

Читать еще:  Так где же собирают Тойоту Камри Toyota Camry

ключение резисторов осуществляется с помощью кнопки « К н ». При подключении резисторов светодиодный индикатор у кнопки « K н » светится. При отключенных конденсаторах – не светится.

Для измерения зависимости устойчивого коэффициента усиления УРС от величины крутизны биполярного транзистора предусмотрена регулировка эмиттерного тока с помощью переменного резистора, которая осуществляется с помощью потенциометра «КРУТИЗНА».

На задней стенке установки имеются контрольные выходы: «Вых 1» –

частота входного сигнала f c , «Вых 2» – напряжение на выходе усилителей радиосигналов U с .

Ознакомившись с описанием лабораторной установки и составив план проведения экспериментальных исследований, включить питание и саму установку нажатием кнопки «Вкл».

Все переключения производятся с помощью кнопок на передней панели установки, включенное состояние кнопки индицируется светодиодом. Измерения выполняются встроенными приборами под управлением микроконтроллера, а результаты измерений которого выводятся на цифробуквенный дисплей, расположенный на лицевой панели. Выбор измеряемых величин и подключение их к дисплею производится кнопками выбора пункта ла-

бораторной работы (« > »), расположенными вместе с кнопкой «сброс» («T») под цифробуквенным дисплеем.

В данной установке максимальная собственная резонансная частота ( f 0 ) max настройки контуров находится в диапазоне (1300–1400) кГц, минимальная частота ( f 0 ) min в диапазоне (750–850) кГц. Установить уровень входного сигнала U m c =50 mB и поддерживать его неизменным в процессе всех измерений по пп. 1–3. При снятии резонансных кривых (7–9 точек) изменение частоты производить в пределах уменьшения коэффициента передачи до нормированного уровня 0,2–0,3 от резонансной частоты.

Лабораторная работа включает четырезадания.

Задание 1. Получить зависимость эффективных значений выходного напряжения от частоты f 0 входного сигнала для УРС на биполярном транзисторе (блок I) при минимальном значении крутизны (ручка «КРУТИЗНА» в крайнем левом положении).

1.1. Для резистивной нагрузки (светодиодный индикатор у кнопки « К н » светится) при выборе максимальной собственной резонансной частоты

 Устройства приема и обработки сигналов. Лаб. практикум

2. УСИЛИТЕЛЬ РАДИОСИГНАЛА

2.6. Перестраиваемые усилители радиосигналов

( f 0 ) max контуров (светодиодный индикатор «Д2» светится, светодиодный индикатор « K f » не светится) получить зависимость U âû õ = ϕ ( f c ) . Результаты

измерений занести в таблицу и построить график.

1.2. Для резонансной нагрузки (светодиодный индикатор у кнопки «К н » не светится) при выборе максимальной собственной резонансной частоты ( f 0 ) max контуров (светодиодный индикатор «Д2» светится, светодиодный

индикатор « K f » не светится) получить зависимость U âû õ = ϕ ( f c ) . Результаты

измерений занести в таблицу и построить график.

1.3. Для резистивной нагрузки (светодиодный индикатор у кнопки « К н » светится) при выборе минимальной собственной резонансной частоты ( f 0 ) min контуров (светодиодные индикаторы «Д1» и « K f » светятся) получить

зависимость U âû õ = ϕ ( f c ) . Результаты измерений занести в таблицу и постро-

1.4. Для резонансной нагрузки (светодиодный индикатор у кнопки « К н » не светится) при выборе минимальной собственной резонансной частоты ( f 0 ) min контуров (светодиодные индикаторы «Д1» и « K f » светятся) полу-

чить зависимость U âû õ = ϕ ( f c ) . Результаты измерений занести в таблицу и построить график.

Задание 2. Получить зависимость эффективных значений выходного напряжения U вых от частоты входного сигнала f c для УРС на полевом транзисторе (блок II). Измерение U вых проводить в соответствии с пп. 1.1–1.4.

Задание 3. Получить зависимость эффективных значений выходного напряжения U вых от частоты входного сигнала f c для каскодной схемы УРС (блок III). Измерение U вых проводить в соответствии с пп. 1.1–1.4.

Задание 4. Определить зависимость коэффициента усиления по напряжению от частоты f c при различных значениях крутизны транзистора УРС на биполярном транзисторе (блок I) при уровне входного сигнала 5 мВ.

4.1. Для резонансной нагрузки (светодиодный индикатор у кнопки « К н » не светится) при выборе минимальной собственной резонансной частоты ( f 0 ) min (светодиодный индикатор «Д1» светится, светодиодный индикатор у кнопки « K f » не светится) снять зависимость эффективных значений выходного напряжения U вых от частоты f c . Построить резонансную кривую, определить напряжение ( U вых ) рез при резонансе, резонансный коэффициент усиления

( K U ) рез и резонансную частоту ( f c ) peз .

4.2. Ручкой «КРУТИЗНА» увеличить резонансный коэффициент усиления в 1,5 раза, одновременно поддерживая частоту f c = ( f c ) peз в резонансе с собственной частотой контуров (корректируется смещение настройки контуров УРС при изменении крутизны). Провести измерения, аналогичные п. 4.1. Получить ( K U ) рез и ( f c ) peз .

4.3. Увеличить резонансный коэффициент усиления в 2–2,5 раза, провести измерения, аналогичные п. 4.2, получить ( K U ) рез и ( f с ) рез

4.4. Получить резонансный коэффициент усиления, равный 3–3,5, провести измерения, аналогичные п. 4.2, получить ( K U ) рез и ( f с ) рез

 Устройства приема и обработки сигналов. Лаб. практикум

Усилитель радиосигнала для автомагнитолы

Акустическая система является важной частью каждого автомобиля. Многие автовладельцы предпочитают в дороге слушать радио. Для повышения качества звука устанавливается усилитель радиосигнала для автомагнитолы. Несмотря на высокое качество современного оборудования, обеспечить хороший радиосигнал может не каждое. Автомобильная антенна с усилителем для радио обладает большим количеством особенностей.

Как определить что сигнал слабый

Устанавливать усилитель для антенны авто следует только в том случае, если уровень сигнала низкий. Основными признаками можно назвать:

  • Частые помехи.
  • Искажение звука при прослушивании радиостанции.
  • Потеря синхронизации изображения.
  • Периодичное полное исчезновение сигнала.

Для магнитолы усилитель является устройством, которое способно повысить уровень сигнала. При этом можно повысить качество передачи в два раза. Провести установку аппарата можно самостоятельно, проблем с этим не возникает.

Причины плохого сигнала

Усилитель для автоантенны выбирается с учетом того, какая причина привела к возникновению проблемы. Основными можно назвать:

  • Неисправность антенны и других элементов. Высокая влажность часто становится причиной появления окиси, которая ухудшает контакт.
  • Шипение и хрипы на момент прослушивания радио свидетельствует о неисправности самого приемника. В большинстве случаев проблема заключается в треснувшей плате.
  • Дополнительные помехи ухудшают качество сигнала в авто. Они могут создаваться вышками мобильных операторов, электростанциями, железнодорожными путями.
  • Удаление от источника сигнала также становится причиной снижения качества приема.
  • Дополнительные помехи могут создаваться при подключении регистратора к источнику питания через прикуриватель. Решить подобную проблему можно путем установки оборудования, которое работает от встроенного аккумулятора.

В большинстве случаев искусственные помехи и удаленность от источника становятся причиной ухудшения сигнала. Усиливать радио рекомендуется в случае частых дальних поездок.

Критерии выбора усилителя

Выбрать подходящий усилитель антенны для автомагнитолы можно при учете различных рекомендаций. Они следующие:

  • Для начала уделяют внимание тому, что устройство должно быть расположено в непосредственной близости от антенны.
  • Рабочая полоса должна перекрывать нужный диапазон частот. За счет этого можно будет слушать все доступные радиостанции.
  • Амплитудно-частотная характеристика должна быть максимально равномерной.
  • Коэффициент усиления выбирается в диапазоне 15-25 дБ.
  • Стабильность работы должна обеспечиваться при разбросе питающего напряжения.
  • Динамический диапазон выбирается с учетом необходимости защиты устройства от перегрузки.
  • Коэффициент шума намного меньше значения сигнал/шума.
  • Рекомендуется отдавать предпочтение устройствам популярных брендов. Они служат намного дольше, обладают более привлекательными свойствами.

Частота FM при установке подходящего усилителя будет практически без помех. Однако в некоторых случаях есть вероятность того, что подобный элемент приведет к появлению шума при высоком уровне сигнала.

Лучшие модели

Популярных моделей среди усилителей практически нет. Подобные устройства устанавливаются крайне редко, так как современная мультимедийная система позволяет воспроизводить музыку с различных носителей. При определении популярной модели учитываются нижеприведенные моменты:

  • Стоимость устройства. Предложение отечественного происхождения обходится в 1000 рублей. Не стоит забывать о том, что цена определяет основные свойства устройства.
  • Длительность эксплуатационного срока. Установка усилителя предусматривает изменение цепи подключения приемника. Поэтому следует подключать устройство, которое сможет прослужить в течение нескольких лет.
  • Надежность. Устройство должно работать в различных условиях эксплуатации: перепадов напряжения, температур, влажности и других ситуаций.
  • Уровень сигнала. Этот показатель может варьироваться в большом диапазоне.

В продаже встречаются модели отечественного и зарубежного происхождения. Большей популярностью пользуются модели зарубежного происхождения, отечественные обходятся в несколько раз дешевле.

Триада 304

Отечественный усилитель автомобильной антенны под названием «Триада 304» стоит 650 рублей. В интернете встречаются различные отзывы, многие из них отрицательного характера. Положительными моментами являются следующие:

  • Невысокая цена.
  • Хорошее качество сборки.
  • Есть возможность отключить устройство в случае уверенного сигнала.
  • Оптимальная функциональность.

Подобный усилитель не служит в течение длительного периода. Поэтому часто отдают предпочтение другим моделям зарубежных производителей.

Prology TFB-100

Усилитель для антенны иностранного происхождения пользуется большей популярностью по причине привлекательных эксплуатационных характеристик. Модель Prology tfb-100 обладает следующими особенностями:

  • Устройство может одновременно работать с несколькими антеннами.
  • Проводится качественное усиление сигнала в цифровом и аналоговом диапазоне.
Читать еще:  Как проверить права на лишение по базе ГИБДД онлайн

Рассматриваемое устройство обладает небольшими размерами, поэтому с установкой не возникает проблем.

Мастер-кит

При поиске универсального варианта исполнения выбирается автомобильный антенный усилитель «Мастер-кит». Он обладает нижеприведенными особенностями:

  • Применяемая схема двухкаскадная.
  • Есть специальные наборы, которые просты в сборке. Для этого достаточно иметь паяльник и требуемые расходные материалы.

Стоимость подобных наборов относительно невелика. Поэтому выбирают их для улучшения качества приема радиосигнала в различных диапазонах.

Как сделать своими руками

Изготовить усилитель радиостанций для автомагнитолы можно самостоятельно. Среди особенностей проведения работы отметим нижеприведенные моменты:

  • Схема представлена сочетанием нескольких резисторов. Они соединяются путем пайки. При соединении нужно тщательно зачищать контакт, так как в противном случае может появится дополнительное сопротивление.
  • Резисторы R1, R2, R4, R6 применяются для стабилизации происходящих изменений в транзисторах VT1. Изменения могут касаться напряжения и температуры.
  • Все элементы подбираются для обеспечения максимальной характеристики амплитуд и частот усилителя.
  • В схему включены биполярные транзисторы 2SC29, частота которых должна быть не менее 1 ГГц. Этот элемент позволяет снизить шум, который генерируется самим устройством при работе.
  • Устройство собирается путем пайки всех элементов на специальной плате. Провести пайку можно самостоятельно, для чего требуется небольшой набор инструментов. Приобрести требуемую плату можно в специализированном магазине.

Упростить задачу по сборке собственного усилителя можно при применении специальных наборов.

Как установить и подключить

После сборки изделия следует провести его подключение. Рекомендации по проведению подобной работы следующие:

  • Наружная антенна соединяется с входом усилителя. Для этого применяется кабель с сопротивлением не менее 75 Ом.
  • Кабель рекомендуется изолировать. Не стоит забывать о том, что высокая влажность становится причиной появления окиси. При этом он крепится хомутами, так как при движении может возникать сильная вибрация.
  • При соединении следует строго соблюдать полярность.
  • Для питания требуется напряжение 12В, которое применяется в машине часто. Подключается плата к выходу магнитолы ANT. За счет этого напряжение будет подаваться на момент включения устройства.
  • При установке устройства снаружи транспортного средства следует обеспечить качественную герметизацию корпуса. Попадание влаги внутрь устройства станет причиной появления коррозии.

Преимуществом самодельного устройства заключается в том, что его можно разобрать и изменить практически в любой момент. Путем подбора подходящей схемы снижается количество помех.

Усилители радиосигналов. Принципы работы и схемы УРС. Избирательные свойства УРС

Страницы работы

Содержание работы

4. Усилители радиосигналов

4.1 определение, назначение, основные параметры и классификация УРС.

УРС– устройство, обеспечивающее усиление сигнала на принимаемой частоте и частотную избирательность по побочным каналам приема.

1. обеспечение такого усиления, чтобы с шумами последующих преобразовательных каналов можно было не считаться (особенно важно для диапазона СВЧ).

2. Обеспечение частотной избирательности по побочным каналам приема (особенно по З.К. и П.П.).

3. иметь как можно меньше К шума, так как УРС вносит основной вклад в коэф. шума.

1.Резонансный коэфф. Передачи (усиления по U, по P) (1).

2.Собственный Коэфф. Шума N.

3.Избирательность по побочным каналам приема d=(1)

4.Перекрытие заданного диапазона частот Кпд= (2)., где Фс мин, Фс макс – частоты, при которых УРС обеспечивает заданные параметры.

5.Динамический диапазон Д=(2)

6. Уровень искажений сигнала ( лин. част, лин фаз. и нелин.).

7.Устойчивость работы – обеспечение постоянства параметров УРС при действии дестабилизирующих факторов и отсутствие склонностик самовозбуждению.

Классификация УРС:

1. По числу каскадов а).однокаскадные, б).многокаскадные.

2. По виду и характерам нагрузочных цепей отдельных каскадов а).одно–или многоконтурные,б). перестраиваемые в диапазоне частот или с фиксированной настройкой, в). с резонансной или нерезонансной нагрузкой

3. По типу используемых усилительных приборов а). На невзаимных трехполюсных усилит. приб. (бип. Тр–ры, полев. Тр–ры, эл. Лампы), б).на 2–х полюсных Эпр с параметрическим управлением – параметрические усилители (осуществляют преобразование энергии вспомогат. Источника переменного напряжения. Которое управляет параметрами 2–хполюсника, в энергию усиленного сигнала), в). на 2–х полюсных Эпр с отрицательным сопротивлением – на туннельных диодах (осуществляют преобразование ист. Постоянного тока в энергию усиленного сигнала), г). на лампах бегущей волны (ЛБВ, мазеры и т.д.).

4. По числу усилительных приборов в каскаде и по способу их включения а).однотранзисторные (ОЭ, ОБ, ОИ, ОЗ), б). Каскодные (ОЭ–ОБ, ОИ–ОЗ), в). дифференциальный каскад и т.д.

5. По виду связи усилит. Прибора с нагрузкой и источником сигнала а).с трансформ. Связью, б). с автотрансформат, в). с емкостным делителем, г). с непосредственной связью.

6. По способу питания усилит. Прибора а).с последоват пит., б). с параллельным пит.

4.2 Принципы работы и схемы УРС

Обобщенная структурная схема УРС показана на рис.4.2

На примере однокаскадного УРС с автотрансформаторной связью рассмотрим основные элементы схемы

Здесь Rф – выбирается из заданного гашения лишнего напряжения, Urф=1..2В. Сф>= Cр>= Cp>=, где минимальн.– минимальная раб частота усилителя. Ссх–паразитная емкость монтажа., Rвх.с.к. – сопрот. Входа следующ. Каскада. (1)

Схема УРС с трансформаторной связью на входе и последовательным питанием

Схема УРС с трансформаторной связью на выходе

Остальные схемы аналогичны ранее приведенным или как ВЦ.

Одним из важнейших требований является обеспечение широкого динамического диапазона, чтобы исключить искажения сигнала.

От типа Упр ДД может быть получен такой.

4.2.Обобщенная эквивалентная схема УРС и его коэфф. Передачи

Обобщенная эквивалентная схема УРС с усилительным элементом с ОЭ и индуктивной связью с катушкой показана на рис. 4.7

Здесь Y1=Y*1+Y22,а Y*1– учитывает дополнительную проводимость в коллекторной цепи, g–собственная проводимость контура, Y2– проводимость нагрузки.

Данная схема справедлива для любого каскада с резонансным усилением – обобщенная схема.

Тогда К= , коэфф. Вкл. р1= и р2 = (1).

Если пересчитать проводимости к выходу усилительного элемента и с учетом, что Y– комплексная проводимость контура, тогда комплексный коэффициент предачи К= (3), где Yэ – эквивалентная проводимость контура

4.4 Резонансный коэффициент усиления и полоса пропускания УРС (на примере с ОЭ)

При резонансе все реактивности компенсируются. Тогда Yэ–>Gэ, а Gэ=(4). Дэ–эквивалентное затухание контура (нагруженного контура), РО– характеристическое сопротивление=WoL/

Тогда Ко= (5) – результирующий резонансный коэфф. Передачи УРС в схеме с ОЭ.

Проанализируем данное выражение Дэ – практически постоянно. А при перестройки С Ко растет. Тогда для сохранения равномерного Ко при переходе на новый диапазон нужно уменьшить L, но при этом Ко скачком изменится.

Полоса пропускания определится аналогично ВЦ.

4.5 Избирательные свойства УРС

Аналогично ВЦ избирательность УРС с одиночным контуром Д= (7).

Например избирательные свойства по зеркальному каналу Дзк=(7), где = (7) – обобщенная расстройка по ЗК.

ФЧХ одиночного контура ФИ=(8).

Особо необходимо остановиться на УРС с трансформаторной связью усилительного прибора с избирательным контуром.

Свых и Lсв образуют контур, имеющий собственную резонансную частоту fвых=(9), где Свых – сумма: межвитковая емкость, емкость монтажа, емкость коллектора.

Тогда Ко=(10). Коэфф. Включения р1=(11).

Возможно 3 режима работы:

1. Wвых принадлежит рабочему диапазону. Этот режим не используется, т.к. велика неравномерность Ко.

2. Режим укорочения Wвых>Wo. Тогда Ко при перестройке по диапазону растет. Режим большого укорочения Wвых>>Wо. Тогда Ко=(1). Здесь видим, что Ко пропорционален частоте.

3. Режим удлиннения Wвых 1, то приходится учитывать влияние проводимостей УП и следующего каскада на Ко.

Прямая проводимость УП в значит. Степени определяется режимом его работы по пост.току. а значит обеспечение стабильности рабочего тока – это главное в обеспечении устойчивости УРС.

Для стабилизации режима по пост. Току применяют:

1. ООС по току за счет Rэ, т.е. схема включения выглядит на рис.4.10.

Простые усилители высокой частоты (УВЧ) для приемников

Усилители высоких частот (УВЧ) применяются для увеличения чувствительности радиоприемных средств — радиоприемников, телевизоров, радиопередатчиков. Помещенные между приемной антенной и входом радио или телеприемника, подобные схемы УВЧ увеличивают сигнал, поступающий от антенны (антенные усилители).

Использование таких усилителей позволяет увеличить радиус уверенного радиоприема, в случае радиостанций (приемо-передающих устройств -приемопередатчиков) либо увеличить дальность работы, либо при сохранении той же дальности уменьшить мощность излучения радиопередатчика.

На рис.1 приведены примеры схем УВЧ, часто используемых для увеличения чувствительности радиосредств. Значения используемых элементов зависят от конкретных условий: от частот (нижней и верхней) радиодиапазона, от антенны, от параметров последующего каскада, от напряжения питания и т.д.

На рис.1 (а) приведена схема широкополосного УВЧ на одном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером (ОЭ). В зависимости от используемого транзистора данная схема может успешно применяться до частот в сотни мегагерц.

Читать еще:  Особенности перевозок негабаритного груза

Необходимо напомнить, что в справочных данных на транзисторы приводятся предельные частотные параметры. Известно, что при оценке частотных возможностей транзистора для генератора, достаточно ориентироваться на предельное значение рабочей частоты, которое должно быть, как минимум, в два-три раза ниже предельной частоты, указанной в паспорте. Однако для ВЧ-усилителя, включенного по схеме ОЭ, предельную паспортную частоту уже необходимо уменьшать, как минимум, на порядок и более.

Рис.1. Примеры схем простых усилителей высокой частоты (УВЧ) на транзисторах.

Радиоэлементы для схемы на рис.1 (а):

  • R1=51к(для кремниевых транзисторов), R2=470, R3=100, R4=30-100;
  • С1=10-20, С2= 10-50, С3= 10-20, С4=500-Зн;
  • Т1 — кремниевые или германиевые ВЧ-транзисторы, например, КТ315, КТ3102, КТ368, КТ325, ГТ311 и т.д.

Значения конденсаторов приведены для частот УКВ-диапазона. Конденсаторы типа КЛС, КМ, КД и т.д.

Транзисторные каскады, как известно, включенные по схеме с общим эмиттером (ОЭ), обеспечивают сравнительно высокое усиление, но их частотные свойства относительно невысоки.

Транзисторные каскады, включенные по схеме с общей базой (ОБ), обладают меньшим усилением, чем транзисторные схемы с ОЭ, но их частотные свойства лучше. Это позволяет использовать те же транзисторы, что и в схемах с ОЭ, но на более высоких частотах.

На рис.1 (б) приведена схема широкополосного усилителя высокой частоты (УВЧ) на одном транзисторе, включенном по схеме с общей базой. В коллекторной цепи (нагрузка) включен LС-контур. В зависимости от используемого транзистора данная схема может успешно применяться до частот в сотни мегагерц.

Радиоэлементы для схемы на рис.1 (б):

  • R1=1к, R2=10к. R3=15к, R4=51 (для напряжения питания ЗВ-5В). R4=500-3 к (для напряжения питания 6В-15В);
  • С1=10-20, С2= 10-20, С3=1н, С4=1н-3н;
  • Т1 — кремниевые или германиевые ВЧ-транзисторы, например. КТ315. КТ3102, КТ368, КТ325, ГТ311 и т.д.

Значения конденсаторов и контура приведены для частот УКВ-диапазона . Конденсаторы типа КЛС, КМ, КД и т.д.

Катушка L1 содержит 6-8 витков провода ПЭВ 0.51, латунные сердечники длиной 8 мм с резьбой М3, отвод от 1/3 части витков.

На рис.1 (в) приведена еще одна схема широкополосного УВЧ на одном транзисторе, включенном по схеме с общей базой. В коллекторной цепи включен ВЧ-дроссель. В зависимости от используемого транзистора данная схема может успешно применяться до частот в сотни мегагерц.

  • R1=1к, R2=33к, R3=20к, R4=2к (для напряжения питания 6В);
  • С1=1н, С2=1н, С3=10н, С4=10н-33н;
  • Т1 — кремниевые или германиевые ВЧ-транзисторы, например, КТ315, КТ3102, КТ368, КТ325, ГТ311 и т.д.

Значения конденсаторов и контура приведены для частот СВ-, КВ-диапазона. Для более высоких частот, например, для УКВ-диапазона, значения емкостей должны быть уменьшены. В этом случае могут быть использованы дроссели Д01.

Конденсаторы типа КЛС, КМ, КД и т.д.

Катушки L1 — дроссели, для СВ-диапазона это могут быть катушки на кольцах 600НН-8-К7х4х2, 300 витков провода ПЭЛ 0,1.

Большее значение коэффициента усиления может быть получено за счет применения многотранзисторных схем. Это могут быть различные схемы, например, выполненные на основе каскодного усилителя ОК-ОБ на транзисторах разной структуры с последовательным питанием. Один из вариантов такой схемы УВЧ приведен на рис.1 (г).

Данная схема УВЧ обладает значительным усилением (десятки и даже сотни раз), однако каскодные усилители не могут обеспечить значительное усиление на высоких частотах. Такие схемы, как правило, применяются на частотах ДВ- и СВ-диапазона. Однако при использовании транзисторов сверхвысокой частоты и тщательном исполнении такие схемы могут успешно применяться до частот в десятки мегагерц.

  • R1=33к, R2=33к, R3=39к, R4=1к, R5=91, R6=2,2к;
  • С1=10н, С2=100, С3=10н, С4=10н-33н. С5=10н;
  • Т1 -ГТ311, КТ315, КТ3102, КТ368, КТ325 и т.д.
  • Т2 -ГТ313, КТ361, КТ3107 и т.д.

Значения конденсаторов и контура приведены для частот СВ-диапазона. Для более высоких частот, например, для КВ-диапазона, значения емкостей и инду ктивность контура (число витков) должны быть соответствующим образом уменьшены.

Конденсаторы типа КЛС, КМ, КД и т.д. Катушка L1 — для СВ-диапазона содержит 150 витков провода ПЭЛШО 0.1 на каркасах 7 мм, подстроечники М600НН-3-СС2,8х12.

При настройке схемы на рис.1 (г) необходимо подобрать резисторы R1, R3 так, чтобы напряжения между эмиттерами и коллекторами транзисторов стали одинаковыми и составили 3В при напряжении питания схемы 9 В.

Использование транзисторных УВЧ позволяет усиливать радиосигналы. поступающие от антенн, в теледиапазонах — метровые и дециметровые волны. При этом наиболее часто применяются схемы антенных усилителей, построенные на основе схемы 1(а).

Пример схемы антенного усилителя для диапазона частот 150-210 МГц приведена на рис.2 (а).

Рис.2.2. Схема антенного усилителя МВ-диапазона.

  • R1=47к, R2=470, R3= 110, R4=47к, R5=470, R6= 110. R7=47к, R8=470, R9=110, R10=75;
  • С1=15, С2= 1н, С3=15, С4=22, С5=15, С6=22, С7=15, С8=22;
  • Т1,Т2,ТЗ — 1Т311(Д,Л), ГТ311Д, ГТ341 или аналогичные.

Конденсаторы типа КМ, КД и т.д. Полосу частот данного антенного усилителя можно расширить в области низких частот соответствующим увеличением емкостей, входящих в состав схемы.

Радиоэлементы для варианта антенного усилителя для диапазона 50-210 МГц:

  • R1=47к, R2=470, R3= 110, R4=47к, R5=470, R6= 110. R7=47к, R8=470. R9=110, R10=75;
  • С 1=47, С2= 1н, С3=47, С4=68, С5=47, С6=68, С7=47, С8=68;
  • Т1,Т2,ТЗ — ГТ311А, ГТ341 или аналогичные.

Конденсаторы типа КМ, КД и т.д. При повторении данного устройства необходимо соблюдать все требования. предъявляемые к монтажу ВЧ-конструкций: минимальные длины соединяющих проводников, экранирование и т.д.

Антенный усилитель, предназначенный для использования в диапазонах телевизионных сигналов (и более высоких частот) может перегружаться сигналами мощных СВ-, КВ-, УКВ-радиостанций. Поэтому широкая полоса частот может быть неоптимальной, т.к. это может мешать нормальной работе усилителя. Особенно это сказывается в нижней области рабочего диапазона усилителя.

Для схемы приведенного антенного усилителя это может быть существенно, т.к. крутизна спада усиления в нижней части диапазона сравнительно низка.

Повысить крутизну амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) данного антенного усилителя можно применением фильтра верхних частот 3-го порядка. Для этого на входе указанного усилителя можно применить дополнительную LС-цепь.

Схема подключения дополнительного LС-фильтра верхних частот к антенному усилителю приведена на рис. 2 (б).

Параметры дополнительного фильтра (ориентировочные):

  • С=5-10;
  • L — 3-5 витков ПЭВ-2 0,6. диаметр намотки 4 мм.

Настройку полосы частот и формы АЧХ целесообразно проводить с помощью соответствующих измерительных приборов (генератор качающейся частоты и т.д ). Форму АЧХ можно регулировать изменением величин емкостей С, С1, изменением шага между витками L1 и числа витков.

Используя описанные схемотехнические решения и современные высокочастотные транзисторы (сверхвысокочастотные транзисторы — СВЧ-транзисторы) можно построить антенный усилитель ДМВ-диапазона Этот усилитель можно использовать как с У КВ-радиоприемником, например, входящим в состав УКВ-радиостанции, или совместно с телевизором.

На рис.3 приведена схема антенного усилителя ДМВ-диапазона.

Рис.3. Схема антенного усилителя ДМВ-диапазона и схема подключения.

Основные параметры усилителя ДМВ диапазона:

  • Полоса частот 470-790 МГц,
  • Усиление — 30 дБ,
  • Коэффициент шума -3 дБ,
  • Входное и выходное сопротивления — 75 Ом,
  • Ток потребления — 12 мА.

Одной из особенностей данной схемы является подача напряжения питания на схему антенного усилителя по выходному кабелю, по которому осуществляется подача выходного сигнала от антенного усилителя к приемнику радиосигнала — УКВ-радиоприемника, например, приемника УКВ-радиостанции или телевизора.

Антенный усилитель представляет собой два транзисторных каскада, включенных по схеме с общим эмиттером. На входе антенного усилителя предусмотрен фильтр верхних частот 3-го порядка, ограничивающий диапазон рабочих частот снизу. Это увеличивает помехозащищенность антенного усилителя.

  • R1 = 150к, R2=1 к, R3=75к, R4=680;
  • С1=3.3, С10=10, С3=100, С4=6800, С5=100;
  • Т1,Т2 — КТ3101А-2, КТ3115А-2, КТ3132А-2.
  • Конденсаторы С1,С2 типа КД-1, остальные — КМ-5 или К10-17в.
  • L1 — ПЭВ-2 0,8 мм, 2,5 витка, диаметр намотки 4 мм.
  • L2 — ВЧ-дроссель, 25 мкГн.

На рис.3 (б) приведена схема подключения антенного усилителя к антенному гнезду ТВ-приемника (к селектору ДМВ-диапазона) и к дистанционному источнику питания 12 В. При этом, как видно из схемы, питание на схему подается через коаксиальный кабель, используемый и для передачи усиленного ДМВ-радиосигнала от антенного усилителя к приемнику — УКВ-радиоприемнику или к телевизору.

Радиоэлементы подключения, рис.3 (б):

Монтаж выполнен на двустороннем стеклотекстолите СФ-2 навесным способом, длина проводников и площадь контактных площадок — минимальные, необходимо предусмотреть тщательное экранирование устройства.

Налаживание усилителя сводится к установке токов коллекторов транзисторов и регулируются при помощи R1 и RЗ, Т1 — 3.5 мА, Т2 — 8 мА; форму АЧХ можно регулировать подбором С2 в пределах 3-10 пФ и изменением шага между витками L1.

Литература: Рудомедов Е.А., Рудометов В.Е — Электроника и шпионские страсти-3.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector