Конспект комбинированного занятия по МДК.01.01 Приемо-передающие устройства, линейные сооружения связи и источники электропитания (специальность 10.02.04 Обеспечение информационной безопасности телекоммуникационных систем)
план-конспект занятия

Тема: Входные цепи приёмных устройств. Особенности входных цепей различных частотных диапазонов

План

1 Назначение входной цепи,

2 Классификация

3 Основные характеристики.

4 Структура входной цепи (ВЦ).

5 Методика электрического расчета ВЦ.

1 Назначение входной цепи

ВЦ промежуточная цепь между антенной и первым каскадом приемника. Она служит для передачи сигнала от антенны на вход первого каскада приемника, при этом эта передача должна быть эффективной (обеспечение максимальной передачи мощности, максимального отношения сигнала к шуму, лучшей избирательности при заданной полосе пропускания, максимального коэффициента передачи при заданных изменениях параметров антенны)

Таким образом ВЦ колебательная система (одиночный колебательный контур, объемный резонатор, полосовой фильтр, связанные контуры, отрезки длинной линии), которая выполняет функцию избирательности.

2 Классификация

1.По способу построения - избирательные и апериодические (не обладают избирательными свойствами и не могут использоваться в условиях воздействия помех).

2. По количеству резонансных контуров, настроенных на частоту сигнала - одноконтурные, двухконтурные и многоконтурные.

3. По способу настройки - ВЦ с дискретной, ступенчатой ​​и плавной настройкой.

4.По способу связи с антенной - простые, в которых параметры антенны и усилительного устройства непосредственно входят в состав ВЦ и сложные, в которых связи с антенной или усилительным прибором уменьшены избирательного каналом.

5. По виду связи с антенной или усилительным прибором отличают сложные ВЦ с трансформаторной, автотрансформаторной, емкостной или комбинированной связью.

6. По конструктивному оформлению избирательных цепей - цепи с сосредоточенным и распределенными параметрами.

3 Основные показатели качества

1. Рабочий диапазон частот f min ... f max, или рабочая частота fo.

2. Коэффициент поддиапазонов Кд = f max / f min.

3.Селективнисть Se = Ko / K.

4 Структурная схема ВЦ

Рисунок 1

Элементами связи между антенной и ВЦ могут быть: конденсатор (внешне емкостной и внутренне емкостную связь), индуктивность (трансформаторная и автотрансформаторная связь), L и С (комбинированная), непосредственная.

Принципы построения электрических принципиальных схем ВК

        Рисунок 2

В качестве КК используется одиночный КК. В схеме используется трансформаторная связь с антенной и непосредственная связь с последующим каскадом. КК настроен на рабочую частоту или диапазон частот. Среди большого количества сигналов в антенне имеет место и рабочая частота КК. КК отделяет и принимает эту частоту (диапазон частот) и направляет к первому каскаду приемника. Непосредственная связь ВЦ с последующим каскадом используется в том случае, если УЭ первого каскада приемника является полевой транзистор. Этот вид связи чаще всего используется в приемниках АМ - сигнала.

Рисунок 3

ВЦ связана внешне емкостной связью с антенной и трансформаторной связью с последующим контуром. Такая связь с ПК используется в том случае, если УЭ - биполярный транзистор. Uвх снимается через катушку Lсв для уменьшения шунтирующего действия на контур малого входного сопротивления биполярного транзистора. Схема используется для радиовещательных приемников АМ - сигнала.

5 Методика электрического расчета ВЦ.

Из расчета структурной схемы приемника определяются следующие характеристики входной цепи:

-    количество контуров;

-    элемент настройки на частоту сигнала;

-    индуктивность контура;

-    наличие или отсутствие растянутой настройки;

-    вид связи контура с антенной и параметры элементов связи;

-    вид связи контура с УРЧ (или СМ ПЧ) и параметры элементов связи;

-    величина эквивалентной емкости схемы, при которой выбранный элемент настройки обеспечивает перекрытие диапазона.

По данным табл. 1 выбираются значения емкостей монтажа и катушки контура ВЦ.

Таблица 1  -Ориентировочные значения емкостей монтажа, катушек  и погрешности емкости схем контуров ВЦ

Емкость, вносимая УРЧ в контур ВЦ:

,                                                                (1)

где   С11 – входная емкость транзистора первого каскада;

m2 – коэффициент включения входа транзистора в контур ВЦ.

В преселекторе с резонансным УРЧ, если в нем используется контур, рассчитанный для входной цепи, в контур ВЦ должна быть введена дополнительная емкость:

,                                                            (2)

где   С22 – выходная емкость транзистора УРЧ,

         m1 – коэффициент включения выходной цепи транзистора УРЧ в контур нагрузки.

На этапе расчета ВЦ принимается m1 = 1.

Из таблицы 2. выбираем подстроечный конденсатор.

Таблица 2 Типы и емкости подстроечных конденсаторов

* в числителе – минимальная, в знаменателе – максимальная емкость.

Для выбора подстроечного конденсатора определяем половину поля компенсации:

,                                                      (3)

где    Сп max – максимальная емкость подстроечного конденсатора;

Сп min – минимальная емкость подстроечного конденсатора.

Из условия выбирается подстроечный конденсатор:

.                                                           (4)

Определяется дополнительную емкость ВЦ, обеспечивающую перекрытие диапазона:

,                               (5)

где   Сп ср – средняя емкость подстроечного конденсатора.

.                                             (6)

Определяемтся емкость уравнительного конденсатора:

.                                                  (7)

Если Су £ Спср/2, то уравнительный конденсатор не ставится.

Для ВЦ с трансформаторной связью с УРЧ определяется индуктивность катушки связи:

,                                                           (8)

где   Ксв – максимальный конструктивно достижимый коэффициент связи

.

Для контура с растянутой настойкой (рисунок 4) определяем максимальную емкость контура ВЦ:

,                                                              (9)

Рис.унок 4. - Контур преселектора с растянутой настройкой

Задаемся См, СL; определяем Свн, Спср и Сдоп1 до выполнения условия

,                         (10)

Cоставляем систему двух уравнений:

.        (11), (12)

Решаем ее относительно С¢1 и С2. В преселекторе с апериодическим УРЧ (Сдоп1 = 0) выбираем С1 = С¢1, а в преселекторе с резонансным УРЧ для контура ВЦ выбираем С1 = С¢1 + Сдоп1, для контура УРЧ выбираем С1= С¢1.

Двухконтурные входные цепи используются в ДВ и СВ диапазонах и обеспечивают минимальное ослабление на краях полосы пропускания при заданном ослаблении зеркальной помехи. Из соображения получения высокого постоянства полосы пропускания во всем диапазоне принимаемых частот целесообразно применение схемы с внешне- и внутриемкостной связью между контурами (рисунок 5). Эта схема удобна также тем, что позволяет элементами связи Ссв1 и Ссв2 легко устанавливать необходимую связь между контурами.

Рисунок 5. -Схема двухконтурной входной цепи с двойной емкостной связью

Как и в случае одноконтурной входной цепи, здесь возможна и внешнеемкостная и трансформаторная связь с антенной. Параметры элементов связи с антенной и УРЧ, элементов контуров определяются так же, как и для одноконтурной входной цепи.

При критической связи между контурами на минимальной и максимальной частоте диапазона емкости конденсаторов связи Ссв1 и Ссв2 определяются по формулам:

,                                                     (13)

,                                                                   (14)

После окончания расчетов емкости конденсаторов округляются до ближайшего номинального значения выпускаемых промышленностью конденсаторов.

Пример 1

Рассчитать входную цепь приемника СВ диапазона.

В результате расчета структурной схемы приемника были определены следующие характеристики ВЦ:

- количество контуров                                                                                                     1

-элемент настройки на частоту сигнала – КПЕ с механическим управлением, Сн min…Снmax, пФ   12…495

- индуктивность контура  Lк, мкГн                                                                                             182

- отсутствие растянутой настройки

- трансформаторная связь контура с антенной в режиме удлинения, Lсв а, мГн                       10

- полное включение контура ко входу апериодического УРЧ (истоковому повторителю на полевом транзисторе КП303), m2 = 1, С11 = 6 пФ;

- эквивалентная емкость схемы, при которой выбранный элемент настройки обеспечивает перекрытие диапазона Сэ, пФ                                                                                                     37,8

Емкость, вносимая УРЧ в контур ВЦ (8.1):

.

Задаемся емкостью монтажа Cм = 8 пФ, емкостью катушки СL = 7 пФ (таблица 8.1) и определяем емкость схемы ВЦ на максимальной частоте диапазона без учета емкости подстроечного и дополнительного конденсаторов:

,

.

Выбираем подстроечный конденсатор (таблица .2) КТ4-25-4/20 с максимальной емкостью Спmax = 20 пФ и минимальной емкостью Спmin = 4 пФ.

Половина поля компенсации (3):

,

что удовлетворяет требованию Спк>DСсх (8 > 4,5).

Средняя емкость подстроечного конденсатора (6):

.

Определяем дополнительную емкость схемы, обеспечивающую перекрытие диапазона (5):

.

Емкость уравнительного конденсатора (8.7):

.

Поскольку Су £ Сп ср/2 (4,8 < 12/2), уравнительный конденсатор не ставится.

Схема рассчитанного контура ВЦ приведена на рисунке 6.

Рисунок 6. -Одноконтурная ВЦ СВ диапазона

Пример 2

Рассчитать входную цепь приемника ДВ диапазона.

В результате расчета структурной схемы приемника были определены следующие характеристики ВЦ:

- количество контуров                                                                                                     2 связанных

-элемент настройки на частоту сигнала – варикап КВ127В, Сн min…Снmax, пФ               12,25…245

- индуктивность контура  Lк, мкГн                                                                                             3,77

 -отсутствие растянутой настройки

- магнитная антенна является элементом контура, в элементах связи нет необходимости

- полное включение контура ко входу апериодического УРЧ (истоковому повторителю на полевом транзисторе КП303), m2 = 1, С11 = 6 пФ;

- эквивалентная емкость схемы, при которой выбранный элемент настройки обеспечивает перекрытие диапазона Сэ, пФ                                                                                                     69

Емкость, вносимая УРЧ в контур ВЦ (1):

.

Задаемся емкостью монтажа Cм = 12 пФ, емкостью катушки СL = 17 пФ (таблица 1) и определяем емкость схемы ВЦ на максимальной частоте диапазона без учета емкости подстроечного и дополнительного конденсаторов:

,

.

Выбираем подстроечный конденсатор (таблица 2) КТ4-25-6/30 с максимальной емкостью Спmax = 30 пФ и минимальной емкостью Спmin = 6 пФ.

Половина поля компенсации (3):

,

что удовлетворяет требованию Спк≥DСсх (12≥12).

Средняя емкость подстроечного конденсатора (6):

.

Определяем дополнительную емкость схемы, обеспечивающую перекрытие диапазона (8.5):

.

Емкость уравнительного конденсатора (7)  совпадает с номинальной емкостью выпускаемых промышленностью конденсаторов.

Из соображений получения высокого постоянства полосы пропускания в диапазоне принимаемых частот выбираем двухконтурную ВЦ с внешне- и внутриемкостной связью между контурами (рисунок 7).

Рисунок 7. Схема двухконтурной ВЦ с электронной настройкой

Определяем максимальную и минимальную емкости контуров ВЦ:

,

.

Емкости конденсаторов связи (14):

;

.

Округляем значения конденсаторов связи до ближайших номинальных значений: Ссв1 = 62 пФ; Ссв2 = 390 пФ.

Пример 3

Рассчитать входную цепь приемника КВ диапазона.

В результате расчета структурной схемы приемника были определены следующие характеристики входной цепи:

- количество контуров                                                                                                                  1

-элемент настройки на частоту сигнала – КПЕ с механическим управлением, Сн min…Снmax, пФ   10…430

- индуктивность контура  Lк, мкГн                                                                                             3,93

- наличие растянутой настройки

- внешнеемкостная связь контура с антенной Ссв а, пФ                                                              3,3

- трансформаторная связь контура с резонансным УРЧ на биполярном транзисторе ГТ308В с коэффициентом включения m2 = 0,146; входная емкость С11 = 40 пФ, выходная емкость С22 = 4 пФ;

-  минимальная емкость контура, Скmin, пФ                                                                                 40

Емкость, вносимая УРЧ в контур ВЦ (1):

.

При дальнейших расчетах ею можно пренебречь.

Дополнительная емкость, вводимая в контур ВЦ для компенсации выходной емкости транзистора в контуре УРЧ (2):

.

Задаемся емкостью монтажа См = 7 пФ, емкостью катушки СL = 5 пФ (табл. 1) и определяем емкость схемы ВЦ на максимальной частоте диапазона без учета емкости подстроечного конденсатора:

,

.

Выбираем подстроечный конденсатор (табл. 2) КТ4-25-2/10 с максимальной емкостью Спmax = 10 пФ и минимальной емкостью Спmin = 2 пФ.

Половина поля компенсации (3):

,

что удовлетворяет требованию Спк ³ DСсх (4 > 2,5).

Средняя емкость подстроечного конденсатора (6):

.

Индуктивность катушки связи с УРЧ (8.8):

.

Схема контура ВЦ приведена на рисунке 8.

Рисунок 8.- Контур ВЦ с растянутой настройкой

Определяем максимальную емкость схемы контура ВЦ (9):

.

Составляем систему уравнений (8.11, 8.12)

и определяем , .

Для контура ВЦ С1 = 11,714 + 4 = 15,714 пФ.

Округляем полученные значения емкостей до ближайшего номинального значения: С1 = 16 пФ, С2 = 17 пФ.

Таблица 3 -Исходные данные