Усилители промежуточной частоты (УПЧ). Детектирование амплитудно-модулированных сигналов. Параллельный диодный детектор

Усилители промежуточной частоты (УПЧ)

УПЧ предназначены для усиления входного сигнала (сигнала промежуточной частоты) до величины, обеспечивающий нормальную работу детектора и создания необходимой избирательности приёмника по соседнему каналу. Как и в других типах усилителей, частотные искажения сигналов, вносимые усилителем не должны превышать допустимых пределов. С этой точки зрения идеальным является каскад с прямоугольной АЧХ, что реально не представляется возможным. Применение в качестве нагрузки специальных полосовых фильтров позволяет приблизить АЧХ к прямоугольной форме. В зависимости от назначения приёмника полосовые усилители (УПЧ) могут иметь полосу пропускания от сотен Гц до десятков МГц с коэффициентом усиления (80-120)дб или 10-10.

Основными показателями при оценке УПЧ являются:

Ø  Коэффициент усиления Ко, определяемый на средней частоте полосы пропускания.

Ø  Избирательность. В УПЧ она может характеризоваться как значениями полосы пропускания и ослабления с/о при заданной расстройке Dfс, так и коэффициент прямоугольности резонансной кривой Кnd. Как правило, этот коэффициент определяется на уровне d=10.

Ø  Коэффициент шума. Для УПЧ требования минимального коэффициента шума особенно важно в приемниках СВЧ диапазона с диодным смесителем, т.к. шумовые свойства УПЧ во многом определяют уровень шумов приемника и определяют чувствительность.

Ø  Степень искажения сигнала.

Ø  Устойчивость  и надежность работы. Это не только отсутствие склонности к самовозбуждению, но и стабильность формы резонансной характеристики в процессе эксплуатации.

Ø  Мощность, потребляемая от источника питания.

Ø  Простота схемы  и конструкции. УПЧ, у которых отношение полосы пропускания к промежуточной частоте  меньше 0,1 принято считать узкополосным, в отличие от широкополосного, когда это отношение больше 0,1.

Практически находит применение большое разнообразие схем УПЧ, среди которых усилители с нагрузкой в виде связанных контуров. УПЧ с нагрузкой в виде фильтров сосредоточенной селекцией, которые применяются в приёмниках с относительно узкой полосой пропускания и малым числом каскадов. В качестве фильтра используется цепочка из нескольких одинаково настроенных контуров с равными параметрами связи между ними. Для повышения избирательности усилителей интерес представляют электромехенические фильтры сосредоточенной селекции, в которых вместо контуров используются системы связанных механических резонаторов. Упрощенная схема такого фильтра включает преобразователь электрических колебаний в механические, механические резонаторы и обратный преобразователь. Отличительной особенностью механических колебательных систем, является их высокая добротность. В зависимости от материала Q=2х10 до 10х10 , что позволяет создать фильтры с коэффициентом прямоугольности резонансной кривой близкой к 1 и относительной полосой пропускания порядка  0,1%.

Для получения полос пропускания в пределах сотен Гц применяются УПЧ с нагрузкой в виде кварцевых фильтров. Однако он может обеспечить избирательность по соседнему каналу. Резонансная характеристика такого фильтра в первом приближении соответствует характеристике одиночного контура высоким коэффициентом прямоугольности.

U_прU_пр  

При  необходимости получения достаточно большого усиления сигнала ПЧ используют широкополосные усилители, к которым относятся:

Ø  Усилитель с парами симметрично расстроенных одноконтурных каскадов. В каждой паре каскадов один из контуров настраивается на частоту ниже промежуточной fпр, а другой на частоту выше промежуточной fпр. Резонансная кривая пары расстроенных контуров определяется произведением резонансных кривых с учётом их расстройки относительно средней частоты.

Ø  Усилитель с одноконтурными каскадами, настроенными на три частоты. Три соединенных каскада настраиваются следующим образом.

Ø  Один настроен на среднюю частоту полосы пропускания усилителя fпр, два других образуют симметрично расстроенную пару.

При сравнительной оценке различных схем УПЧ можно сделать следующий вывод:

простейшими УПЧ по конструкции и по обеспечению настройки являются резонансные усилители. Но эти схемы обладают весьма низкой избирательностью  и малым предельным значением произведения коэффициента усиления на полосу пропускания.

С точки зрения избирательности предпочтительнее каскады с фильтром сосредоточенной селекции, но это в свою очередь связано с необходимостью существенного увеличения добротности контуров.

В случае, когда основной задачей усилителя является обеспечение высокого коэффициента усиления, а требования по избирательности сравнительно невелики, целесообразно применять схемы с расстроенными тройками и двойками каскадов.

Высокая избирательность при малом числе каскадов может быть обеспечена при использовании фильтров сосредоточенной селекции или системы двух связанных контуров.

Если к усилению предъявляются жесткие требования по линейности и стабильности фазовых характеристик целесообразно применять резонансный усилитель.

Аналогичный УВЧ с фиксированной настройкой. Для построения одноконтурных УПЧ широко применяются интегральные схемы.

9+6:9В                

УПЧ с фильтром сосредоточенной селекции (ФСС) на LCэлементах. Ряд контуров связан между собой индуктивной или ёмкостной связью. Связь со следующим каскадом может быть трансформаторной или автотрансформаторной. Степень связи с ФСС выбирается исходя из согласования Rвх следующего каскада.