ПРАКТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ УРЧ РАДИОПРИЕМНИКОВ
схемы включения транзистора если нет блока КПЕ усилители ЗЧ усилители РЧ усилители ЗЧ на микросхемах источники питания применение цифровых микросхем в линейном режиме
ПРАКТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ УРЧ РАДИОПРИЕМНИКОВ
Существует великое множество различных схем усилителей РЧ .
На этой страничке приведу три практические схемы усилителей РЧ приемников прямого усиления. Все усилители расчитаны для изготовления приемников, имеющих диапазоны ДВ, либо СВ.
Первая схема — самая
простая
содержит два каскада усиления и детектор.
На вход усилителя сигнал поступает с катушки связи контура магнитной антенны. Схема обладает усилением в диапазоне ДВ примерно 1-2 тысячи.
Оба каскада усилителя собраны по одинаковой схеме. Каскады охвачены отрицательной обратной связью, что несколько повышает температурную стабильность работы усилителя в целом. Детектор выполнен на диодах VD1 VD2 по схеме удвоения напряжения. Напряжение низкой частоты снимается с движка переменного резистора R5. Настройка усилителя сводится к подбору резисторов в базовых цепях транзисторов до получения коллекторных токов в пределах 0,8…1 миллиампера. На время настройки вход усилителя должен быть закорочен!
Вторая схема
усилителя — более
сложная, но она позволяет существенно
повысить чувствительность приемника в
целом.
Данный усилитель может иметь
коэффициент усиления до 10 тысяч (зависит от
параметров примененных транзисторов). Если
в этой схеме применить транзисторы с более
низкой граничной частотой (например КТ315),
то коэффициент усиления может упасть до 2-3
тысяч.
Схема собрана на трех
транзисторах по так называемой схеме с
динамической нагрузкой. Суть динамической
нагрузки состоит в применении вместо
нагрузочных резисторов в цепи коллектора
активных элементов (в данном случае -
другого транзистора). Такое включение
нагрузки позволяет получить максимально
возможное усиление. Детектор в данном
усилителе собран на диодах VD1-VD3. Эти диоды
дополнительно осуществляют ограничение
сигнала на выходе усилителя, т.е.
осуществляют автоматическую регулировку
усиления. Данная схема при правильной
сборке из заведомо исправных деталей
практически налаживания не требует.
Следующая схема усилителя радиочастоты — с применением гибридной интегральной микросхемы. Микросхема содержит в своем составе усилитель с детектором и цепью АРУ. Микросхема предназначалась для построения усилителей ПЧ радиовещательных приемников, но как показала практика, она неплохо работает и в качестве УРЧ.
Схема не требует
налаживания.
Следует только откорректировать номинал
резистора R1. Величина этого резистора
указывается на корпусе микросхемы возле
первого вывода. На вход усилителя сигнал с
колебательного контура магнитной антенны
подается через разделительную катушку (как
во второй схеме). Коэффициент усиления
данной схемы зависти от конкретного
экземпляра микросхемы и может быть от 5 до 10
тысяч.
Усилители радиочастоты — Приём и обработка сигналов (Инженерия)
Усилители радиочастоты
К УРЧ относятся каскады, осуществляющие усиление сигнала на радиочастоте и обеспечивающие частотную избирательность. В состав УРЧ входит электронный прибор и избирательная система, как нагрузка электронного прибора. Связь избирательной системы с выходом усилительного прибора и входом следующего каскада выполняется с помощью цепей связи (и ).
Для повышения чувствительности приемника УРЧ должно обладать малыми собственными шумами и большим коэффициентом передачи по мощности. УРЧ совместно с входной цепью должны обеспечивать избирательность приемника по зеркальному каналу, каналу промежуточной частоты, а также по отношению к сильным помехам, вызывающим нелинейные эффекты.
УРЧ должны также обеспечивать защиту антенны от проникновения в нее колебаний гетеродина, которые могут создавать помехи соседним РПУ. УРЧ характеризуется такими параметрами как:
— коэффициент усиления по напряжению и мощности,
— полоса пропускания,
— избирательность.
Искажения сигналов в усилителях вызваны характеристиками избирательных цепей и нелинейностью характеристик усилительных приборов. Устойчивость работы усилителя — это способность его сохранять постоянство основных параметров при изменении условий эксплуатации. Принципиальная схема УРЧ с общим эмиттером и двойной автотрансформаторной связью приведена на рис. 1.
Рис. 1 Принципиальная схема УРЧ с общим эмиттером и автотрансформаторной связью.
На заданную частоту колебательный контур настраивается конденсатором переменной емкости . Питание коллекторной цепи осуществляется от источника питания по последовательной схеме питания.
Резонансный коэффициент усиления равен:
S – крутизна проходной характеристики транзистора:
Из формулы (1) видно, что в пределах одного поддиапазона (L = const) резонансный коэффициент усиления пропорционален частоте настройки усилителя и с увеличением частоты растет (рис.
2).
Рис. 2 Зависимость коэффициента усиления () УРЧ от частоты настройки
Небольшая нелинейность изменения коэффициента усиления объясняется нелинейностью зависимости добротности контура от частоты. При переключении поддиапазона индуктивность контура изменяется скачком, поэтому скачком изменяется и коэффициент усиления. Выровнять коэффициенты усиления при смене поддиапазонов можно, подобрав в каждом поддиапазоне коэффициент включения усилительного элемента в контур . Тогда коэффициенты усиления в начале каждого поддиапазона будут одинаковыми (сплошные линии на рис. 2).
Принципиальная схема УРЧ с трансформаторным включением контура в коллекторную цепь приведена на рис. 3.
Рис. 3 Принципиальная схема УРЧ с трансформаторной связью.
Физические процессы в схеме протекают аналогично процессам как в схеме с автотрансформаторной связью. Отличие в том, что переменный ток сигнала в выходной цепи протекает через катушку . В результате в катушке контура наводится Э.
Д.С. и на контуре создается усиленное напряжение входного сигнала. Эквивалентная схема усилительного каскада с трансформаторной связью представляет собой систему двух связанных контуров. Первый контур образован индуктивностью связи и входной емкостью, включающей емкость монтажа и емкость катушки связи:
Второй контур состоит из индуктивности и емкости , а также емкости монтажа и входной емкости следующего (второго) каскада:
Второй контур настраивается на рабочую частоту конденсатором . Значение и характер изменения коэффициента усиления каскада по диапазону зависят от собственной резонансной частоты первого контура ( — ). В зависимости от соотношения частот этих двух контуров и возможны три режима работы усилителя (рис. 4): режим удлинения — 2, режим укорочения – 1 и средний режим – 3.
Рис. 4 Зависимость резонансного коэффициента усиления УРЧ от частоты в пределах поддиапазона.
Когда резонансная частота первого контура меньше резонансной частоты второго контура, то второй контур имеет индуктивный характер.
А когда частота первого контура выше резонансной частоты второго контура – то емкостный характер.
Зависимость резонансного коэффициента усиления УРЧ от частоты получается аналогичной как коэффициент передачи входной цепи с комбинированной связью (рис. 5).
Рис. 5 Характер реактивного сопротивления контура ( , ) в зависимости от частоты контура (, ).
В результате изменения внешних условий параметры усилительного прибора и других элементов схемы могут изменяться и вызывать изменения параметров усилителя в целом. Особенно сильное влияние на устойчивость работы усилителя оказывает положительная обратная связь. При выполнении условий баланса фаз и баланса амплитуд возникает самовозбуждение усилителя. В результате усилитель превращается в автогенератор, т.е. работает неустойчиво. Под устойчивой работой усилителя понимают такой режим его работы, при котором он не только не самовозбуждается, но и далек от самовозбуждения и сохраняет постоянство параметров в процессе эксплуатации.
Обратные связи в усилителе создаются следующим образом:
1 – через внутреннюю обратную связь в усилительном приборе (емкость коллектор-база).
2 – через общие источники питания.
3 – через индуктивные и емкостные связи отдельных каскадов.
Наличие внутренней проводимости () в усилительных приборах приводит к влиянию этой проводимости на параметры контура и вызывает изменения АЧХ усилителя. Степень изменения АЧХ усилителя и основных его параметров характеризуется коэффициентом устойчивости .
где , , П – соответственно эквивалентное резонансное сопротивление, добротность и полоса пропускания без учета влияния обратной связи, а , , П с учетом влияния обратной связи. Коэффициент устойчивости может быть от 0 до 1 и чем он ближе к 1, тем больше запас устойчивости и тем дальше усилитель от самовозбуждения. Обычно коэффициент устойчивости равен 0.8 – 0.9.
При этом изменение параметров усилителя будет составлять 10 – 20 %, что допустимо.
Искажение формы АЧХ будут тем сильнее, чем больше коэффициент усиления УРЧ.
Для нормальной работы усилителя необходимо уменьшить изменение АЧХ под действием внутренней обратной связи.
Поэтому следует определить максимальный устойчивый коэффициент усиления, при котором искажения будут допустимыми. Для одноконтурного усилителя:
Рекомендация для Вас — 19 Вопросы к практическим занятиям.
где, – крутизна характеристики усилительного прибора, ω – рабочая частота, – проходная емкость для транзистора.
Если рассчитанный коэффициент усиления по выражению оказывается больше, чем , то его надо уменьшить, ослабив связь контура усилителя с усилительным прибором. Условием устойчивости является выполнение неравенства .
Методы повышения устойчивости работы УРЧ:
1 – применение транзисторов с минимальной внутренней обратной связью или большим отношением .
2 – нейтрализация внутренней обратной связи или каскадное включение транзисторов.
3 – включение транзистора по схеме ОБ (с общей базой).
ВЧ-усилитель— работа, принципиальная схема и преимущества
Поиск
В этой лекции мы узнаем об одном блоке супергетеродинного приемника, который называется ВЧ-усилителем.
Мы узнаем о том, зачем нужен ВЧ-усилитель, и его принципиальную схему, и, в конце концов, увидим преимущества ВЧ-усилителя. Итак, давайте обсудим это один за другим.
Содержание
ВЧ-усилитель- ВЧ-усилитель представляет собой настраиваемый усилитель слабого сигнала с настроенной схемой как на входе, так и на выходе. Обе эти входные и выходные настроенные схемы настраиваются на желаемую входящую несущую частоту.
- Соответственно настроенные схемы выбирают желаемую несущую частоту и отбрасывают все нежелательные частоты, включая частоту изображения. Следовательно, РЧ-усилитель обеспечивает подавление частоты изображения. Кроме того, усиление, обеспечиваемое РЧ-усилителем, приведет к улучшению отношения сигнал/шум на выходе приемника. Это связано с тем, что входящий слабый сигнал поднимается до более высокого уровня с помощью ВЧ-усилителя перед подачей на вход каскада смесителя, что вносит большую часть шума, генерируемого в приемнике.
- Однако, если входящий слабый сигнал подается непосредственно на смеситель частоты, отношение сигнал/шум на выходе каскада смесителя будет очень плохим, и, следовательно, любое последующее применение не сможет улучшить отношение сигнал/шум. . таким образом, одной из важных функций ВЧ-усилителя является улучшение отношения сигнал/шум.
- Также бывают случаи, когда ВЧ-усилитель не используется в приемнике, поскольку его использование там неэкономично. Лучшим примером такого приемника является бытовой приемник, используемый в зоне с высоким уровнем сигнала, например, в мегаполисе. Поскольку в таком мегаполисе, как Дели, несколько станций расположены и в таких местах, очевидно, что мощность очень высока, и поэтому нет необходимости в использовании ВЧ-усилителя. В таких случаях настроенный контур, подключенный к антенне, является фактическим входным контуром микшера.
- Однако приемник с РЧ-усилителем явно превосходит по характеристикам приемник без РЧ-усилителя.
На приведенном ниже рисунке показана принципиальная схема однокаскадного ВЧ-усилителя с использованием NPN-транзистора. Это небольшой усилитель сигнала, использующий параллельно настроенные схемы в качестве импеданса нагрузки. Эта схема с параллельным выходом настраивается на частоту входящего желаемого сигнала. Выход приемной антенны представляет собой трансформатор, соединенный с базой транзистора.
Вторичная катушка входного резонансного контура настраивается на частоту поступающего полезного сигнала с помощью группового подстроечного конденсатора. Фактически, настроечный конденсатор, т. е. переменные воздушные конденсаторы на входе и на выходе усилителя ВЧ, объединены вместе.
В дополнение к этому небольшие подстроечные конденсаторы соединены шунтом с этими подстроечными конденсаторами с целью выравнивания ВЧ.
Самосмещение обеспечивается с помощью резисторов R 1 и R 2 и R E -C E в сборе.
Развязывающая цепь, состоящая из резистора R b и конденсатора С b , размещена в вводе питания коллектора.
Усиленный РЧ сигнал, развиваемый в цепи, настроенной коллектором, проходит через понижающий трансформатор, обеспечивающий согласование импеданса между высоким импедансом ВЧ и Коллекторная цепь усилителя и низкоомная цепь база-эмиттер следующего каскада. Кроме того, коллектор подключается к подходящей точке на первичной обмотке выходного трансформатора, чтобы полное сопротивление нагрузки на коллектор было оптимальным.
Часто задаваемые вопросы по радиочастотному усилителю- Для чего нужен ВЧ-усилитель?
Ответ: РЧ-усилитель, по сути, представляет собой настроенный усилитель, который позволяет входному сигналу вещания или передаваемой информации управлять выходным сигналом. ВЧ-усилитель использует частотно-определяющие сети для преобразования входного сигнала в выходной сигнал, обеспечивая требуемый отклик на заданной частоте.
- Что такое усиление радиочастотного усилителя?
Ответ: Коэффициент усиления РЧ-усилителя определяется как разница в мощности между выходным сигналом усилителя и входным сигналом. Предполагается, что входное и выходное сопротивления усилителя такие же, как характеристическое сопротивление системы.
- Какова функция RF каскада?
- Что такое РЧ каскад в супергетеродинном приемнике?
Ответ: ВЧ-настройка и усиление: Этот ВЧ-каскад в общей блок-схеме приемника обеспечивает начальную настройку для удаления сигнала изображения. Он также обеспечивает некоторое усиление. Существует множество различных подходов, используемых в конструкции радиочастотной схемы для этого блока, в зависимости от его применения.
Предыдущая статьяДвоичная амплитудная манипуляция | БАСК | Клавиша ВКЛ-ВЫКЛ
Следующая статьяПроцесс модуляции | Необходимость модуляции
Trupal Bhavsar
Home 2
Electronics Engineering(2014 pass out) Младший сотрудник по телекоммуникациям (BSNL) Разработка проекта, проектирование печатных плат Преподавание предметов электроники
БОЛЬШЕ ИСТОРИЙ
Схема транзисторного ВЧ-усилителя| Преимущества
Радиоприемник всегда имеет радиочастотную секцию, представляющую собой настраиваемую схему, подключенную к клеммам антенны. Здесь можно выбрать желаемую частоту и отклонить некоторые нежелательные частоты. Однако такой приемник не обязательно должен иметь схему транзисторного ВЧ-усилителя, следующую за этой настроенной схемой. При наличии усилителя его выход подается на смеситель, на входе которого присутствует другая перестраиваемая схема. Однако во многих случаях настроенная цепь, подключенная к антенне, является фактической входной цепью микшера.
В этом случае говорят, что приемник не имеет радиочастотного усилителя.
Приемник с ВЧ-каскадом несомненно превосходит по характеристикам приемник без такового, при прочих равных условиях. С другой стороны, бывают случаи, когда схема транзисторного ВЧ-усилителя неэкономична, т. е. когда ее включение может значительно увеличить стоимость приемника при незначительном улучшении характеристик. Лучшим примером такого приемника является домашний приемник, используемый в зоне с высоким уровнем сигнала, например, в столичном районе любого крупного города.
Схема транзисторного ВЧ-усилителя имеет следующие преимущества:- Большее усиление, т. е. лучшая чувствительность
- Улучшенное подавление частоты изображения
- Улучшенное подавление соседних нежелательных сигналов, т. е. лучшая селективность
- Лучшая связь приемника с антенной (важно на УКВ и выше)
- Предотвращение попадания паразитных частот в смеситель и гетеродинирование там для получения частоты помехи, равной ПЧ от полезного сигнала
- Предотвращение переизлучения гетеродина через антенну приемника (относительно редко)
е. лучшая селективность Одночастотный усилитель с трансформаторной связью чаще всего используется для усиления радиочастот, как показано на рис. 6-3. На обеих диаграммах на рисунке видно, что имеется регулировка усиления РЧ, что очень редко встречается в бытовых приемниках, но довольно часто встречается в коммуникационных приемниках. Усилитель средней частоты на рис. 6-3а довольно прост, а УКВ-усилитель на рис. 6-3б содержит ряд усовершенствований. Проходные конденсаторы используются в качестве шунтирующих конденсаторов и, в сочетании с ВЧ-дросселем, для развязки выходного сигнала от V 
см . Как показано на рис. 6-3b, одним из электродов проходного конденсатора является провод, проходящий через него. Он окружен диэлектриком, а вокруг него находится заземленный внешний электрод. Такое расположение минимизирует паразитную индуктивность, включенную последовательно с шунтирующим конденсатором. Проходные конденсаторы почти всегда предусмотрены для шунтирования на УКВ и часто имеют номинал 1000 пФ. На входе используется одночастотный контур, который соединяется с антенной с помощью подстроечного резистора (последний регулируется вручную для согласования с разными антеннами). Такая связь используется здесь из-за вовлечения высоких частот. На практике схема транзисторного ВЧ-усилителя имеет входные и выходные конденсаторы настройки, объединенные друг с другом и с одним, настраивающим гетеродин.
Чувствительность радиоприемника — это его способность усиливать слабые сигналы. Его часто определяют с точки зрения напряжения, которое необходимо приложить к входным клеммам приемника, чтобы получить стандартную выходную мощность, измеренную на выходных клеммах.
Для радиовещательных AM-приемников стандартизировано несколько соответствующих величин. Таким образом, используется 30-процентная модуляция синусоидальной волны с частотой 400 Гц, и сигнал подается на приемник через стандартную соединительную сеть, известную как фиктивная антенна. Стандартная мощность составляет 50 милливатт (50 мВт), и для всех типов приемников громкоговоритель заменяется сопротивлением нагрузки равного значения.
Чувствительность часто выражается в микровольтах или децибелах ниже 1 В и измеряется в трех точках вдоль диапазона настройки, когда производственный приемник настроен. Из кривой чувствительности на Рисунке 6-4 видно, что чувствительность изменяется в диапазоне настройки. На частоте 1000 кГц этот конкретный приемник имеет чувствительность 12,7 мкВ, или –98 дБВ (дБ ниже 1 В). Иногда определение чувствительности расширяется, и производитель этого приемника может указывать не просто 12,7 мкВт, а «12,7 мкВт при отношении сигнал/шум 20 дБ на выходе приемника».
Для профессиональных приемников существует тенденция указывать чувствительность с точки зрения мощности сигнала, необходимой для получения минимально приемлемого выходного сигнала с минимально приемлемым отношением сигнал/шум. Измерения выполняются в описанных условиях, а минимальная входная мощность указывается в дБ ниже 1 мВт или дБм. Под заголовком «чувствительность» в спецификациях приемника производитель может указать: «а – 85 дБм 1 МГц сигнал, 30% модулированный синусоидой 400 Гц, при подаче на входные клеммы этого приемник через фиктивную антенну, выдавать на выходе мощность не менее 50 мВт с отношением сигнал/шум на выходе не менее 20 дБ».
Наиболее важными факторами, определяющими чувствительность супергетеродинного приемника, являются коэффициент усиления усилителя (усилителей) ПЧ и коэффициент усиления схемы транзисторного ВЧ-усилителя, если таковой имеется. Очевидно, что важную роль играет коэффициент шума. На рис. 6-4 показан график чувствительности довольно хорошего домашнего или автомобильного радиоприемника.
Портативные и другие небольшие приемники, используемые только для широковещательного диапазона, могут иметь чувствительность около 150 мкВ, тогда как чувствительность приемников качественной связи может быть выше 1 мкВ в диапазоне ВЧ.
Избирательность приемника — это его способность подавлять нежелательные сигналы. Он выражается в виде кривой, такой как на рис. 6-5, которая показывает затухание, которое приемник оказывает на сигналы на частотах, близких к той, на которую он настроен. Селективность измеряется в конце теста на чувствительность при тех же условиях, что и для чувствительности, за исключением того, что теперь частота генератора изменяется в любую сторону от частоты, на которую настроен приемник. Выход приемника естественно падает, так как входная частота теперь неверная. Входное напряжение необходимо увеличивать до тех пор, пока выходное напряжение не станет таким же, как оно было изначально. Отношение напряжения, необходимого для резонанса, к напряжению, необходимому, когда генератор настраивается на частоту приемника, рассчитывается в нескольких точках, а затем строится в децибелах, чтобы получить кривую, которая представлена на рис.
6-5. Глядя на кривую, мы видим, что на 20 кГц ниже настроенной частоты приемника мешающий сигнал должен быть на 60 дБ больше, чем полезный сигнал, чтобы иметь ту же амплитуду.
Селективность зависит от частоты приема, если в секции ПЧ используются обычные настроенные схемы, и несколько ухудшается при повышении частоты приема. Как правило, это определяется откликом секции ПЧ, при этом входные цепи смесителя и ВЧ-усилителя играют небольшую, но значительную роль. Следует отметить, что именно избирательность определяет подавление соседнего канала приемника.
Частота изображения и его отклонение: В стандартном широковещательном приемнике (а, собственно, и в подавляющем большинстве всех производимых приемников) частота гетеродина сделана выше частоты входящего сигнала по причинам, которые станут очевидными. Он всегда равен частоте сигнала плюс промежуточная частота. Таким образом, f 0 = f s +f i или f s = f o -f i , независимо от частоты сигнала.
Когда f s и f o смешиваются, разностная частота, являющаяся одним из побочных продуктов, равна f i. Поэтому он единственный, который проходит и усиливается этапом IF.
, если частота F Si удается добраться до миксера, так что F Si = F O + F I , то есть F Si = F S + 2F I , Then Ther эта частота также даст f i при смешивании с f o . Соотношение этих частот показано на рис. 3-2, хотя и в другом контексте. К сожалению, этот ложный сигнал промежуточной частоты также будет усиливаться каскадом ПЧ и, следовательно, создавать помехи. Это приводит к одновременному приему двух станций, что, естественно, нежелательно. Член f si называется частотой изображения и определяется как частота сигнала плюс удвоенная промежуточная частота.
Повторяем, имеем
Подавление частоты изображения одночастотной схемой, т.
е. отношение усиления на частоте сигнала к усилению на частоте изображения, определяется выражением
Q = загруженная добротность настроенного контура
Если приемник имеет ВЧ-каскад, то имеется два настроенных контура, оба настроены на f с . Отказ от каждого будет рассчитываться по одной и той же формуле, а общий отказ будет произведением двух. Все, что относится к расчетам усиления, применимо и к расчетам отклонения.
Подавление изображения зависит от входной избирательности приемника и должно быть достигнуто до этапа ПЧ. Как только паразитная частота попадает в первый усилитель ПЧ, становится невозможным удалить ее из полезного сигнала. Видно, что если f si /f s большой, так как он находится в диапазоне AM-вещания, использование РЧ-каскада не обязательно для хорошего подавления частоты изображения, но становится необходимым выше примерно 3 МГц.
Избирательность по соседнему каналу (Двойное обнаружение): Это хорошо известное явление, проявляющееся в приеме одной и той же коротковолновой станции в двух соседних точках на шкале приемника.
