Лекция 6. Дать общие понятия об назначении, задачах, классификации и основных параметрах усилителей промежуточной частоты

Дать общие понятия об назначении, задачах, классификации и основных параметрах усилителей промежуточной частоты

Вопросы занятия:

1. Назначение, задачи, классификация и основные параметры усилителей промежуточной частоты

2. Принципиальные схемы УПЧ, выполненные с одним или двумя контурами.

Литература:

1. Р.В. Уваров, В.И. Хиленко, «Радиоприемные устройства», Москва, «Радио и связь», 1989, с.79-86.

Вопрос 1. Назначение, задачи, классификация и основные параметры усилителей промежуточной частоты

Усилителями промежуточной частоты (УПЧ) называют каскады супергетеродинного радиоприемника, которые усиливают прини­маемый сигнал на постоянной промежуточной частоте. В струк­турной схеме супергетеродинного приемника они размещаются после преобразователя частоты перед детектором.

Усилитель про­межуточной частоты должен выполнять следующие функции:

1. обе­спечивать основное усиление принимаемого сигнала для нормаль­ной работы детектора;

2. обе­спечивать основную избирательность приемника по соседнему каналу.

Для этого УПЧ должен иметь большой коэф­фициент усиления (порядка сотен тысяч раз). Обычно УПЧ со­стоит из двух-трех и больше каскадов.

Отличительной особенностью УПЧ является то, что частота усиливаемого сигнала постоянна. Она не изменяется при измене­нии частоты принимаемого сигнала, если приемник перестраива­емся на другую станцию. Это дает возможность применить в УПЧ сложные избирательные цепи, обеспечивающие частотные харак­теристики, близкие к прямоугольным.

В радиовещательных приемниках АМ-сигналов промежуточ­ная частота обычно выбирается порядка 465 кГц, при приеме ЧМ-сигналов - 10,7 МГц.

Полоса пропускания частот УПЧ связных приемников с 4… 6 кГц, радиовещательных 9... 13 кГц, а при ЧМ -250 кГц.

Классифицировать УПЧ можно по следующим признакам:

· по типу усилительного прибора — транзисторные, ламповые
и др.;

· по относительной ширине полосы пропускания —

узкополос­ные с П/f_пр<0,05

широкополосные с П/f_пр >0,05;

· по типу избирательной системы —

одноконтурные,

с двухконтурным полосовым фильтром,

с фильтрами сосредоточенной селекции (ФСС), (электромеханическими, пьезоэлектрическими и другими фильтрами.)

Узкополосные УПЧ применяют в связных и радиовещательных приемниках АМ-сигналов в диапазонах длинных, средних и ко­ротких волн. Фильтры в этих приемниках в основном двухконтурные или с сосредоточенной селекцией. Широкополосные УПЧ применяют в приемниках радиорелейной, тропосферной, космичес­кой связи и др.

Избирательные системы в них одноконтурные с расстроенными двойками или тройками контуров, двухконтурные и комбинированные.

По виду выполняемых каскадами функций различают два ти­па УПЧ: с совмещением избирательности и усиления в одном и том же каскаде, с разделением усиления и избирательности в разных каскадах.

В УПЧ первого типа каждый каскад обеспечивает часть за­данного усиления и часть избирательности. В УПЧ второго типа форма частотной характеристики и избирательность обеспечива­ются фильтрами сосредоточенной селекции, включаемыми или перед УПЧ, или в первых его каскадах. Основное усиление сигна­ла осуществляется в широкополосных или апериодических кас­кадах. Обеспечение избирательности до усиления, т. е. при малых амплитудах сигнала, позволяет избежать нелинейных искажений, вызываемых нелинейностью характеристик усилительных прибо­ров. Это создает преимущества для построения каскадов УПЧ на интегральных микросхемах.

Усилители промежуточной частоты характеризуются следую­щими основными параметрами.

Коэффициент усиления К_уо = К^п_о,

где К_о — коэффициент уси­ления одного каскада;

п — число каскадов.

Если контуры отдель­ных каскадов взаимно расстроены, то коэффициент усиления К_уо определяется на средней частоте полосы пропускания.

Полоса пропускания — полоса частот вблизи промежуточной частоты, в пределах которой коэффициент усиления УПЧ уменьшается не более заданного значения (обычно равного 0,707) относительно мак­симального. Полоса пропускания УПЧ определяется частотной характеристикой, которая оценивается коэффи­циентом прямоугольности, представ­ляющим собой отношение полосы частот, определенной выбранным уровнем (на­пример, 0,1; 0,01), к полосе частот на уро­вне 0,7:

С_п=По,₁/П₀,₇.

Рис. 1.1. Частотная характеристика УПЧ

Рис. 1.2. Структурная схема каскада УПЧ

Избирательность супергетеродинного приемника по соседнему- каналу, обеспе­чиваемой избирательными цепями УПЧ.

принцип построения схемы УПЧ, усилительные приборы и принцип работы такие же, как и УРЧ. Структурная схема УПЧ приведена на рис. 1.2.

. Вопрос 2. Принципиальные схемы УПЧ, выполненные с одним или двумя контурами.

2.1. Одноконтурный усилитель промежуточной частоты.

Принципиальная схема одноконтурного УПЧ приведена на

рис. 2.1.

рис. 2.1. Одноконтурный УПЧ

Транзисторы в таких системах включаются чаще всего по схеме с общим эмиттером, обеспечивающей достаточно боль­шое усиление сигнала и имеющей большое входное сопротивле­ние. Эти достоинства особенно важны при построении многокас­кадных усилителей, так как большое, входное сопротивление сле­дующего каскада не шунтирует выход предыдущего. Но при большом коэффициенте усиления каскад с общим эмиттером из-за внутренней обратной связи может не обеспечить устойчивую работу. В таких случаях применяют каскодную схему с общим эмиттером и общей базой. Отличие схемы УПЧ от схемы УРЧ со­стоит только в том, что колебательный контур его L_KC_K настроен на постоянную промежуточную частоту, которая в процессе пере­стройки приемника не изменяется. Для этого конденсатор конту­ра в УПЧ должен иметь постоянную емкость. В выходную цепь транзистора контур L_K C_K включен частично по автотрансформа­торной схеме с коэффициентом включения m₁, во входную цепь следующего каскада также частично с коэффициентом включения т₂ с помощью емкостного делителя C_K1C_K2.

Все полученные формулы для УРЧ на рис. 2.1 справедливы и для УПЧ. Только вместо частоты сигнала f_с нужно подставлять промежуточную f_пр

Анализ показывает, что избирательность одноконтурного УПЧ низка, что обусловлено сравнительно небольшим коэффициентом прямоугольности.

Ширина полосы пропускания также небольшая. Это ограничивает применение УПЧ с одиночными настроенными на одну частоту контурами в узкополосных радиоприемниках.

2.2 Двухконтурный усилитель промежуточной частоты.

Применение в УПЧ двухконтурных фильтров позволяет улуч­шить параметры усилителя, особенно избирательность. Поэтому двухконтур'ные фильтры так широко используются в радиоприем­ных устройствах. Связь между контурами полосового фильтра может быть индуктивной, внешнеемкостной, внутриемкостной и комбинированной (рис, 2.2,а, г).

С усилительным прибором и следующим каскадом двухконтурый фильтр может иметь непосредственную, трансформаторную, автотрансформаторную и емкостную связи. Чаще применяется частичное включение одного или двух контуров, обеспечивающее ослабление влия­ния усилительных приборов на их параметры, что повы­шает устойчивость работы усилителя, хотя и.снижает коэф­фициент усиления каскада. Кроме того, конструкция таких це­пей немного сложнее.

Анализ работы двухконтурного усилителя проводится по той же методике, что и одноконтурных усилителей.

Рис.2.2. Схемы связи между контурами.

Определим коэффициент усиления по напряжению полосового УПЧ.

К=m₁ m₂SρK_ф

Известно, что коэффициент передачи полосового фильтра при резонансе К_ф =β/(1+ β²),

где β=Q_эк К_св .

К_св -коэффициент связи между контурами. К_св=М

Q_эк – эквивалентная добротность контура.

Из формулы видно, что коэффициент усиления каскада с двухконтурным полосовым фильтром отличается от коэффициен­та усиления каскада с одиночным контуром множителем β/(1+ β²).

Коэффициент усиления двухконтурного полосового УПЧ зависит от фактора связи β.

Возможны три случая связи:

β <1— слабая связь,

β =1—критическая связь,

β >1—сильная связь.

Наибольшее значение коэффициент К_ф =β/(1+ β²),

принимает при критической связи (при β =1, K_ф = 0,5) и коэффициент уси­ления становиться максимальным..

Рис.2.3. Двухконтурный УПЧ

Следовательно, в случае одинаковых усилительных приборов и контуров коэффициент усиления каскада усилителя с двухкон­турным полосовым фильтром равен половине коэффициента уси­ления каскада с одиночным контуром. Это является следствием потери энергии в первом контуре при передаче ее от усилитель­ного прибора к второму контуру. Однако сравнивать коэффициен­ты усиления каскадов необходимо при одинаковых полосах про­пускания. Анализ показывает, что усиление одного каскада с оди­ночным контуром больше, чем усиление каскада с полосовым фильтром не в 2 раза, а в 1,4 раза. В четырехкаскадном полосо­вом усилителе при одинаковой полосе пропускания и одинаковых усилительных приборах коэффициент усиления оказывается боль­ше, чем в таком же усилителе с одиночными контурами, пример­но на 35%.

Избирательность двухконтурного полосового усилителя опре­деляется частотной характеристикой эквивалентного полосового фильтра. Вид частотной характеристики зависит от фактора свя­зи β. При β<1 характеристики имеют один максимум (рис. 2.4 ,а). При увеличении коэффициент усиления возрастает, до­стигая максимума при β=1 (критическая связь). При β>1 ха­рактеристика получается двугорбой и максимальное значение коэффициента усиления УПЧ при определенных расстройках ока­зывается больше, чем на частоте резонанса.

Коэффициент прямоугольности частотной характеристики по­лосового фильтра также лучше, чем коэффициент прямоугольно­сти частотной характеристики одиночного контура.

Рис.2.4 Частотные характеристики УПЧ.

Обще физические свойства. Почва – сложный компонент лесной экосистемы, обладающий множеством свойств. Для целей прогноза устойчивости и экологического нормирования необходимо отобрать довольно ограниченное количество свойств почвы, но достаточное для отображения существа прогнозируемых процессов. Процессы отображаются в изменении свойств. Необходимыми для этого физическими свойствами почвы являются её плотность (r), удельная масса (d), влагоемкость, коэффициент впитывания и фильтрации (K_f), определяющие их гранулометрический состав и гумусность почвенных горизонтов, а также влажность.

Кроме того, для целей прогноза и экологического нормирования необходимо и знание некоторых водных свойств почвы, таких как максимальная молекулярная влагоёмкость (ММВ), наименьшая влагоёмкость (НВ) и полная влагоёмкость (ПВ). Желательно также иметь и экспериментально полученное значение величины удельной поверхности почвенных горизонтов (S_уд).

Определение удельной массы почвы. Удельная масса горизонта почвы числено равна отношению массы твёрдой минеральной части к её обьёму. Определяется величина d пикнометрическим методом (Вадюнина, Корчагина, 1986: Ломтадзе, 1990).

Рис. 1.3. Определение плотности твердой фазы почвы

Одновременно определяют влажность образца воздушно-сухой почвы, так называемую гигроскопическую влажность, W_t. Рассчитывают плотность твердой фазы p_s:

где m_s - масса абсолютно сухой почвы [г], m1, - масса воздушно-сухой почвы в пикнометре [г], W_r - гигроскопическая влажность (% к массе абсолютно сухой почвы), V- объем почвы в пикнометре [см³], рассчитываемый как V = V₁ - (m3 – т2)/р_w, где F, - объем пик­нометра [см³], т_ъ - масса пикнометра с почвой после кипячения и долитой до метки водой, т₂ - масса пикнометра с почвой [г], p_w- плотность воды [г/см³]. Второй член разности (т3 - т₂)/p_w предcтавляет собой не что иное, как объем долитой воды.

Приведу лишь некоторые полезные в методологическом плане советы по упрощённым способам его определения. Без большой погрешности удельную массу почвенных горизонтов можно определить по их известному гранулометрическому составу, пользуясь приведённой ниже таблицей 1.

Таблица 1.

Удельный вес некоторых почвогрунтов.

Гранулометрический состав почвенного горизонта	Удельная масса, г/см^3
песок	2, 66
супесь	2, 70
суглинок	2, 72
глина	2, 76
лёссовидный суглинок	2, 68
лёсс	2, 65

Заметное влияние на величину d оказывает содержание органического вещества в почвенном горизонте (особенно для заторфованных верхних горизонтов лесных почв). Обработка имеющегося в научной литературе материала о влиянии содержания органического вещества на величину d почв и грунтов (Сеськов, 1977; Рубинштейн, 1986) свидетельствует, что с достаточной степенью точности значение d можно получить, зная содержание органического вещества (в %) и пользуясь приведённой выше таблицей 5, по следующей зависимости (Росновский, 1997):

(1.1)

где d_m - удельная масса минеральной основы по табл. 6; d_t - удельная масса органического вещества (d_t ~ 1, 48 г/см³); Q - содержание органического вещества, %.

Например, имеется почва супесчаного гранулометрического состава. Содержание гумуса в ней 10%, тогда удельная масса равнв:

d = 2,66 – [(2,66-1,5)/100]×10 = 2,54 г/см³.

Определение плотности почвы. Плотность (или плотность сложения) почвы — масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении. Выражается она в г/см³. Плотность почвы зависит от минералогического и гранулометрического составов, структуры и содержания органического вещества. Она может существенно изменяться при обработках, под уплотняющим воздействием передвигающихся машин и орудий.Наиболее рыхлой почва бываетсразу после обработки, затем постепенно уплотняется, и через некоторое время ее плотность приходит в состояние равновесия,т. е. мало изменяется (до следующей обработки).

Плотность почвы (r) или так называемая обьёмная масса сухого вещества определяют методом режущего кольца (Вадюнина, Корчаггина, 1985; Ломтадзе, 1990). Для её определения отбирают точно фиксированный обьём почвенного горизонта природного сложения и природной влажности. Для таких целей очень удобно пользоваться гильзами для компрессионных испытаний из полевой лаборатории Литвинова (ПЛЛ - 9), которые имеют крышки и строго фиксированный объём – 50 см³. Отобранные образцы закрывают в гильзе крышками и обматывают изолентой для последующего определения природной влажности почвы. Отобранные таким образом образцы сначала взвешиваются (для определения их влажности), затем с ними проводят фильтрационные и компрессионные испытания и лишь затем высушивают в сушильном шкафу для определения величины r. Зная величины r и d можно определить исходные пористость (n) и коэффициент пористости (е), для чего используются зависимости:

n = 1 - r/d; (3.12)

Коэффициентом пористости (е) почвы или грунта называется отношение объема пор грунта (или почвенного горизонта) к объему его скелета (твердой фазы), т.е.

Дата добавления: 2014-01-07