2.43 Полосовые усилители промежуточной частоты

Как следует из структурной схемы супергетеродинного приемника УПЧ работают на фиксированной частоте , обеспечивая  усиление принимаемого сигнала до уровня, необходимого для нормальной работы демодулятора, а также формируя АЧХ линейного УТ, определяющую его избирательность по соседнему каналу. Для повышения помехоустойчивости приема установлен международный ряд значений , которые запрещается использовать в качестве несущих.

Исходя из функционального назначения УПЧ, их основными качественными показателями являются: коэффициент усиления по напряжению К, полоса пропускания П, обычно по уровню 3 дБ (), определяемая допустимыми частотными искажениями принимаемого сигнала, избирательность по соседнему каналу  (или коэффициент прямоугольности ). По относительной ширине полосы пропускания УПЧ подразделяют на узкополосные () и широкополосные (П/fпр>0.05). Поскольку аналоговый УПЧ представляет собой многокаскадный усилитель, содержащий частотно-избирательные цепи, его можно реализовать двумя способами. В УПЧ с распределенной избирательностью (рисунок 3.29,а) в каждом каскаде кроме УП имеется своя избирательная цепь (ИЦ), т.е. происходит постепенное покаскадное накопление усиления и избирательности. В качестве ИЦ используются цепи межкаскадной связи в виде одиночных колебательных контуров или связанных контуров на основе LC-элементов, применяются и активные RC-цепи, не содержащие индуктивных элементов.

Усилители с сосредоточенной избирательностью (рисунок 3.29,б) содержат обычно апериодический или слабо избирательный многокаскадный усилитель и фильтр сосредоточенной избирательности (ФСИ); таким образом, функции усиления и избирательности оказываются разделенными. В качестве ФСИ используются многозвенные LC-фильтры, ARCФ, пьезоэлектрические фильтры на объемных (ОАВ) и поверхностных (ПАВ) акустических волнах, а также электромеханические.

Особое место в современных РпрУ занимают УПЧ на основе дискретных и цифровых фильтров.

Рассмотрим сначала основные особенности УПЧ с распределенной избирательностью. Коэффициент усиления N-каскадного транзисторного УПЧ с идентичными одноконтурными каскадами, настроенными на частоту  определяется выражением

Модуль коэффициента усиления

(3.81)        (3.82)

  

резонансный коэффициент усиления ()(3.83)

где  – модуль крутизны транзистора на резонансной частоте . В узкополосном УПЧ крутизну транзистора в пределах полосы пропускания можно считать постоянной: . что для сохранения заданной полосы при увеличении числа каскадов приходится увеличивать затухание контуров каждого каскада, уменьшая тем самым их усиления. Усилители на одиночных контурах просты в настройке, но при одинаковых коэффициентах усиления имеют меньшую по сравнению с усилителями других типов полосу пропускания и наихудший коэффициент прямоугольности.

3.11 Фильтры сосредоточенной избирательности для трактов промежуточной частоты

Наиболее распространенные ФСИ представляют собой LC-фильтры, образованные каскадным включением элементарных полосовых звеньев, согласованных между собой по характеристическому сопротивлению . В таком звене (рисунок 3.31) имеет место емкостная связь между контурами, применяется и индуктивная связь. Из теории фильтров известно, что все элементы звена выражаются через частоты среза ;  : ; ; . В транзисторных УПЧ обычно  кОм. Вносимые таким ФСИ потери , дБ, где n – число контуров;  – их собственная добротность. Фильтры сосредоточенной избирательности такого типа могут проектироваться как с чебышевскими , так и с максимально плоскими АЧХ, причем необходимое число звеньев и добротности контуров оказываются различными при одинаковых требованиях к ширине полосы и избирательности. Фильтры с чебышевской АЧХ обладают более линейной ФЧХ (менее неравномерной характеристикой ГВЗ). На частотах 50…1000 МГц вместо контуров на элементах с сосредоточенными параметрами в рассмотренных ФСИ используются спиральные резонаторы, представляющие собой четвертьволновый коаксиальный резонатор с внутренним проводником, для сокращения размеров свернутым в спираль.

 Находят применение и ЦФ, представляющие собой специализированные компьютеры, встроенные в аппаратуру или реализуемые на основе микроЭВМ . Они строятся по алгоритмам нерекурсивных или рекурсивных фильтров, но в них производится обработка не дискретных выборок из сигнала, а двоичных кодовых последовательностей. Структурная схема ЦФ показана на рисунке 3.40. В дискретизаторе (Д) аналоговый сигнал преобразуется в последовательность его мгновенных значений, взятых в моменты , которые подаются на АЦП, где превращаются в двоичные кодовые последовательности, поступающие в арифметическое устройство (АУ). Последнее содержит цифровые запоминающие устройства, перемножители и сумматоры. Перемножители обеспечивают реализацию весовых коэффициентов и перемножение на них всех разрядов входного числа, затем эти произведения суммируются. В ЦАП и сглаживающем фильтре (СФ) происходит обратное преобразование последовательностей в аналоговый выходной сигнал.

Синтез АУ проводится с использованием одного из трех основных алгоритмов: линейных разностных уравнений с постоянными коэффициентами, позволяющих найти выходную дискретную последовательность {} по заданной входной {}; временной свертки; дискретного преобразования Фурье. Основными достоинствами ЦФ по сравнению с аналоговыми является возможность формирования сложных, но высокостабильных АЧХ и линейных ФЧХ, которые могут оперативно видоизменяться по заданной программе, отсутствие реактивных элементов, пригодность для полной интеграции. Могут быть достигнуты высокие добротность и точность, отсутствует явление дрейфа. Применительно к приемной технике основными недостатками ЦФ являются трудность реализации на высоких частотах, появление шумов квантования, сравнительно сложная схемная реализация.