Учебно-лабораторный стенд «Входные цепи» РУ 5

Учебно-лабораторный стенд «Входные цепи» РУ 5

Методические указания

к проведению лабораторных работ

Санкт-Петербург

2010г.

1 Общие вопросы.

Входной цепью (ВЦ) называется цепь устройств приема и обработки сигналов (УПОС), связывающая антенны с избирательным усилителем радиосигналов или преобразователем частоты. Она предназначена для передачи энергии входного сигнала с частотой колебания f_c из антенны на вход последующих каскадов и предварительной фильтрации помех. Необходимость такой фильтрации обусловлена, прежде всего, тем, что следующие за входной цепью усилитель радиосигналов и преобразователь частоты содержат электронные приборы (транзисторы, интегральные микросхемы), обладающие нелинейными вольтамперными характеристиками (ВАХ). Наличие таких приборов приводит к появлению, например, перекрестных напряжений – переносу модуляции мешающего сигнала на полезный сигнал.

С помощью входных цепей УПОС супергетеродинного типа происходит ослабление приема мешающих сигналов на частоте f_з зеркального канала и на промежуточной частоте f_пч. Частота зеркального канала приема, как правило, оказывается равной f_з = f_c+2 f_пч. Мешающие сигналы на этой частоте не могут быть отфильтрованы в полосовом усилителе промежуточной частоты и они ослабляются с помощью входной цепи и избирательного усилителя радиосигналов, причем степень их ослабления определяется эквивалентной добротностью входной цепи.

Структурная схема входной цепи изображена на рис. 1, где E_A – наводимая в приемной антенне э.д.с.; Z_А– внутреннее сопротивление антенны.

Рис. 1 Функциональная схема входной цепи устройства приема и обработки сигналов.

Избирательная система (контур)

Элемент связи 1

Z_A

E_A

u_вых

В качестве элемента связи антенны с резонансным контуром могут использоваться емкость, индуктивность или их комбинация.

Основные характеристики входной цепи.

Коэффициент передачи по напряжению равен отношению напряжения u_вых выходного сигнала на выходе входной цепи (на входе электронного прибора усилителя радиосигналов) к э.д.с. E_A, наведенной полем принимаемого полезного входного сигнала:

резонансный коэффициент передачи K_u0 – коэффициент передачи входной цепи при частоте, равной собственной частоте контура. Для повышения чувствительности УПОС целесообразно выбирать входную цепь таким образом, чтобы резонансный коэффициент передачи оказывался возможно больше.

Частотная селективность характеризует уменьшение значения модуля |K_u( f )| коэффициента передачи при заданной расстройке по частоте по сравнению с его значением при резонансе K_u0 при |E_A|=const:

Представление о частотной селективности входной цепи дает ее резонансная характеристика, которая позволяет определить избирательность входной цепи при произвольной частотной расстройке.

Полоса пропускания – ширина области частот вокруг собственной частоты контура f₀с допустимой неравномерностью коэффициента передачи.

Коэффициент перекрытия диапазона частот. под перекрытием диапазона частот понимается возможность настройки входной цепи на любую частоту данного диапазона или поддиапазона, при условии, что неравномерность коэффициента передачи находится в допустимых пределах. Отношение максимальной частоты диапазона f_{с max}к минимальной f_{с min}называется коэффициентом перекрытия диапазона: . При использовании в качестве регулировочного элемента конденсатора переменной емкости отношение максимального значения C_maxк минимальному значению C_minэтой емкости выразится как .

Постоянство резонансного коэффициента передачи по напряжению в заданном диапазоне частот определяет постоянство чувствительности УПОС в этом диапазоне или поддиапазоне. Чем выше постоянство коэффициента передачи входных цепей УПОС, тем легче обеспечить постоянство чувствительности устройств приема и обработки сигналов.

Виды входных цепей.

В качестве элемента связи антенны с контуром во избежание дополнительных потерь обычно используются реактивные элементы. На рис. 5 представлены различные виды входных цепей:

а) – с внешнеемкостной;

б) – с внутриемкостной;

в) – с индуктивной трансформаторной (магнитной);

г) – с комбинированной (трансформаторной и внешнеемкостной);

д) – с автотрансформаторной связью.

Для эквивалентной схемы с внешнеемкостной связью (5, а), очевидно, r_св = 0; ; p₁ = 1; p₂ = 1.

Рис. 5 Виды входных цепей.

а)

к УРС

C_св

L_k

б)

к УРС

C_св

в)

к УРС

L_св

к УРС

C_св

L_св

г)

д)

к УРС

L₁

Для схемы с индуктивной трансформаторной связью (рис. 5, в): r_св = (r_св)_L; x_св = wL_св; p₁=M/L; p₂ = 1, где (r_св)_L– активное сопротивление катушки связи.

При схеме с автотрансформаторной связью как с антенной, так и с усилителем радиосигналов УРС (рис. 1.5, д), так как нет элемента связи, r_св = 0; x_св = 0; p₁=(L₁+M)/L; p₂ = 1, где M – взаимоиндуктивность между частями контурной катушки, на которые их делит точка подключения антенной цепи.

Типы входных цепей:

· одноконтурные перестраиваемые;

· многоконтурные (обычно двух-, реже трехконтурные) перестраиваемые;

· на основе неперестраиваемых полосовых фильтров;

· на основе фильтров низких частот;

· на основе сложных цепей, содержащих в своем составе режекторные фильтры, избирательно подавляющие помехи на определенных частотах.

Рис. 6 Входная двухконтурная цепь.

На рис. 6 в качестве примера приведена схема входной цепи с перестраиваемым двухконтурным полосовым фильтром (контур L_k₁, C₁, C_св2и контур L_k₂, C₂, C_св2связаны друг с другом двумя видами связей – внешнеемкостной C_св1и внутриемкостной C_св2).

Лабораторная работа.

Входная цепь представляет собой часть приемно-усилительного тракта радиочастоты устройств приема и обработки сигналов. На относительно низких частотах (от 100 кГц до 5 МГц) во входных цепях для перестройки частоты широко используются конденсаторы переменной емкости или полупроводниковые приборы (варикапы).

Целью лабораторной работы является экспериментальное исследование входных цепей с ненастроенной антенной и электронной перестройкой собственной частоты контура, выполненных по следующим схемам:

· с внешнеемкостной связью;

· с индуктивной связью антенны с контуром (в режиме удлинения);

· с комбинированной связью.

Установка может использоваться в автономном режиме и режиме программного управления от ЭВМ.

Вид лицевой панели лабораторной установки приведен на рис. 12. На левом верхнем поле изображена структурная схема установки. На нижнем поле расположена панель ручного управления с переключателями режимов работы. На правом поле расположен цифробуквенный дисплей с кнопками управления.

Рис 12 Вид лицевой панели

Панель ручного управления.

Панель ручного управления состоит из трех полей:

Поле «ГВЧ» – генератор высокочастотного сигнала u_с.

«ДИАПАЗОН» – кнопка переключения диапазона регулировки частоты:

; ; .

«ЧАСТОТА» – потенциометр плавной регулировки частоты ГВЧ внутри диапазона;

Поле «ВЦ» – входная цепь.

«НАСТРОЙКА» – потенциометр регулировки U_н (настройка контура входной цепи);

«СВЯЗЬ» – кнопки подключения элементов связи C1, C2, С3 и М.

На задней стенке установки имеются разъем для подключения ЭВМ и контрольные выходы: «Вых 1» – напряжение выходного сигнала U_вых, «Вых 2» – напряжение входного сигнала U_с.

Содержание отчета.

Отчет о лабораторной работе должен содержать:

· Наименование и цель работы.

· Структурные схемы, краткое описание и принципы работы входной цепи.

· Результаты измерений для 3-х видов связи антенны с контуром.

ü Таблицы с результатами измерений для С1, С2, С3 (пункт П.1), для М (пункт П.2) и для М – С1 (пункт П.3).

ü расчетные величины , где – минимальное значение резонансного выходного напряжения в диапазоне настройки входной цепи для данного вида связи.

ü Зависимости , построенные на одном графике для пункта П.1 и на другом графике для пунктов П.2 и П.3.

ü Результаты измерения собственной резонансной частоты f_А (пункт П.4).

ü Результаты измерения и расчета вносимой расстройки в начале и конце диапазона настройки входной цепи для С1, С2 и С3 (пункт П.5).

ü Таблицы с результатами измерения резонансных характеристик, графики зависимостей для пунктов П.6 и П.7.

· Анализ полученных результатов.

ü Объяснить характер зависимостей выходного резонансного напряжения от частоты входного сигнала для различных видов связи антенны с контуром.

ü Провести анализ собственной резонансной частоты «удлиненной антенны».

ü Оценить степень расстройки контура входной цепи, вносимой антенной, для вншнеемкостной связи.

10. Контрольные вопросы.

· Назначение, принципы работы и схемы входных цепей? Достоинства и недостатки различных вариантов схем.

· Что представляет собой обобщенная эквивалентная схема одноконтурных входных цепей? Как, пользуясь обобщенной эквивалентной схемой, получить соотношение для определения резонансного коэффициента передачи входной цепи?

· Как определить избирательность входной цепи по зеркальному каналу и каналу прямого прохождения? Как рассчитать полосу пропускания входной цепи?

· Как определить коэффициент шума входной цепи? Какие меры следует предпринимать для уменьшения коэффициента шума входной цепи?

· Как определяются коэффициенты включения, обеспечивающие максимальный коэффициент передачи входной цепи? Как изменяются избирательные свойства входной цепи при выборе коэффициентов включения, обеспечивающих ее максимальный коэффициент передачи? Из каких соображений при проектировании входных цепей выбираются коэффициенты включения?

· Как определяются резонансные коэффициенты передачи входных цепей с внешнеемкостной и индуктивной связями контура с антенной? Какие режимы работы входной цепи с индуктивной связью целесообразно использовать на практике?

· Какие эффекты могут возникать во входных цепях, перестраиваемых с помощью варикапов? Что следует предпринимать для уменьшения влияния нелинейности характеристик варикапа?

· Какова методика измерения коэффициента передачи входной цепи?

· Какова методика измерения избирательности входной цепи по зеркальному каналу и каналу прямого прохождения?

Список литературы.

Основная

1. Буга Н.Н., Фалько А.И., Чистяков Н.И. Радиоприемные устройства: Учебник для вузов / Под ред. Н.И. Чистякова. –М.: Радио и связь, 1986. -320с.

2. Радиоприемные устройства: Учебник для вузов / Н.И. Фомин, Н.Н. Буга, О.В. Головин и др.; Под. ред. Н.Н. Фомина. –М.: Радио и связь, 1996. -512с.

Дополнительная

1. Радиоприемные устройства: Учебное пособие для вузов. / Под общ. ред. Б.М. Богдановича. –М: Высшая школа., 1991. -428 с.

2. Палшков В.В. Радиоприемные устройства. –М.: Радио и связь, 1984. -392с.

3. Радиоприемные устройства: Учебное пособие для радиотехнических спец. вузов / Ю.Т. Давыдов, Ю.С. Данич, А.П. Жуковский и др.; Под ред. А.П. Жуковского.-М.: Высш.шк., 1989. -342с.

4. Радиоприемные устройства /А.Г. Зюко, Ю.Ф. Коробов, В.И. Левитан и др.; Под ред. А.Г. Зюко. –М.: Связь, 1975. -399с.

Учебно-лабораторный стенд «Входные цепи» РУ 5

Методические указания

к проведению лабораторных работ

Санкт-Петербург

2010г.

1 Общие вопросы.

Рис. 1 Функциональная схема входной цепи устройства приема и обработки сигналов.

Избирательная система (контур)

Элемент связи 1

Z_A

E_A

u_вых

12 3 Следующая ⇒