Приемники прямого усиления

Структурная схема приемника прямого усиления показана на рис. 3.3.4. Здесь высокочастотный тракт, состоящий из избирательной входной цепи (ВЦ) и усилителя радиочастоты (УРЧ), содержит минимальное число блоков, необходимых для осуществления перечисленных функций радиоприемного устройства.

Приемник прямого усиления характеризуется тем, что его высоко­частотный тракт осуществляет усиление и частотную избирательность непосредственно (прямо) на частоте принимаемого сигнала. Этим объясняется название приемников такого типа.

Рис.3.3.4

Входная цепь и усилитель радиочастоты являются составными частями не только приемников прямого усиления, но и приемников других типов. Поэтому рассмотрим назначение этих блоков и требования, предъявляемые к ним, несколько подробнее. В первую очередь определим назначение входной цепи.

Известно, что на выходе приемной антенны помимо сигнала могут действовать помехи на различных частотах от многих передающих устройств. Ламповый или транзисторный каскад усилителя радиочастоты в принципе является нелинейным устройством. Если предположить, что сигнал и помехи с выхода антенны непосредственно поступают на вход первого каскада УРЧ, то их взаимодействие может вызывать так называемый эффект перекрестной модуляции. Внешнее проявление этого эффекта заключается в том, что модуляция помехи «переходит» на колебание принимаемого сигнала. Таким образом, входная цепь должна обеспечить высокую частотную избирательность до входа первого каскада УРЧ с целью ослабления помех и исключения эффекта перекрестной модуляции. Кроме того, входная цепь должна выполнять роль согласующего устройства, обеспечивающего, например, максимальную мощность сигнала, поступающего из антенны на вход УРЧ. Отметим, что с помощью входной цепи возможен другой вид согласования, позволяющий минимизировать влияние собственного шума первого каскада УРЧ.

Рассмотрим теперь основные требования, предъявляемые к усилителю радиочастоты. Помимо обеспечения частотнойизбирательности усилитель радиочастоты должен усилить принимаемый сигнал, мощность которого на входе приемника на много порядков меньше той, которая необходима для нормальной работы исполнительного устройства. Как уже было сказано, сигнал может быть усилен как в высокочастотном, так и в низкочастотном тракте. Распределение общего усиления между этими трактами весьма важный вопрос, решаемый при проектировании приемника.

Основное требование, которым руководствуются при выборе коэф­фициента усиления высокочастотного тракта, состоит в обеспечении нормальной работы детектора. Поясним это на примере диодного детектора АМ колебаний, который наиболее часто используется в приемниках. Граничное значение амплитуды входного сигнала, начиная с которой электрические покaзaтeли детектора становятся достаточно высокими, соответствует величина0,5…1 В в зависимости от типа диода. Таким образом, резонансный коэффициент усиления УРЧ целесообразно выбирать так, чтобы напряжение на выходе УРЧ обеспечивало режим линейного детектирования. Поэтому обычно выходное напряжение УРЧ принимают равным граничному или близким к нему. Уровень сигналов на входе приемника очень мал и обычно лежит в пределах 1 - 100 мкВ. Резонансный коэффициент усиления УРЧ в этом случае должен быть равен Коурч = 10⁶ -10⁴. Коэффициент усиления УРЧ сверх этой величины обычно не повышают, так как это вызывает серьезные трудности, связанные, с устранением паразитной обратной связи, вызывающей неустойчивую работу УРЧ.

В простейшем варианте низкочастотный тракт приемника состоит из усилителя низкой частоты (УНЧ), который усиливает выходное напряжение детектора до уровня, необходимого для нормальной работы исполнительного устройства. Если исполнительное устройство требует для своей работы значительной мощности, то последний каскад УНЧ должен быть усилителем мощности. Обычно выходное напряжение, поступающее на исполнительное устройство или усилитель мощности, не превышает десятков вольт. Требуемый коэффициент усиления УНЧ при этом не превосходит Кунч = 100. Сопоставляя приведенные здесь типичные значения для Коурч и Кунч, можно сделать вывод, что основное усиление в приемнике, как правило, происходит в высокочастотном тракте.

Приемники прямого усиления были широко распространены примерно до 1935 г. К этому времени были освоены более совершенные супергетеродинные радиоприемники. Сейчас, когда к радиоприемным устройствам предъявляются весьма высокие требования и интенсивно осваиваются новые частотные диапазоны, радиоприемники прямого усиления из-за присущих им недостатков находят весьма ограниченное применение.

Покажем основные недостатки приемников прямого усиления.

Не касаясь пока вопроса о количественной оценке частотной изби­рательности, можно утверждать, что полоса пропускания приемника не должна превосходить ширину спектра принимаемого, сигнала, (рис. 3.3.5).

Рис.3.3.5

Если это условие будет нарушено, то избирательность приемника по соседнему каналу окажется неудовлетворительной, так как приемник не сможет освободиться от мешающего действия сигналов на частотах fʹ и fʺ.

Рассмотрим с этой точки зрения возможности достаточно распространенного варианта (из-за простоты его реализации) приемника прямого усиления, частотная избирательность которого обеспечивается п- каскадным усилителем радиочастоты с идентичными одиночными колебательными контурами, настроенными в резонанс.

Отметим, что из-за сложности реализации перестройки большого числа каскадов их число обычно не превышает 3-4. В этой связи приемлемая избирательность при заданной полосе пропускания приемника может быть обеспечена на частотах не свыше 2-2,5 МГц [13]. Таким образом, приемник прямого усиления может обеспечить требуемую частотную избирательность по соседнему каналу только в начальном участке всего радиочастотного диапазона (до КВ диапазона).

Кроме того, следует отметить, что такие важные характеристики приемника как коэффициент усиления и полоса пропускания существенно меняются при перестройке приемника прямого усиления.

Можно считать [13], что в пределах диапазона перестройки (Кпд=3-4) коэффициент усиления одного каскада увеличивается пропорционально резонансной частоте. Для многокаскадных схем УРЧ при Кпд=3-4 коэффициент усиления может изменяться в несколько десятков раз.

При заданном числе n каскадов УРЧ изменение его полосы пропускания при Кпд=3-4 получается в 3-4 раза, что в большинстве случаев считается недопустимым.