9.2. Входные устройства, радиоприемных устройств
Входные устройства (ВУ,
их называют еще преселекторами) радиоприемных устройств представляют собой резонансную
систему, схема которой определяется типами связи с антенной и с первым каскадом
приемника (рис. 13.10).
Входное устройство по схеме
рис. 13.10, а рассчитано на применение в первом каскаде приемника резонансного
усилителя с достаточно высоким входным сопротивлением
(каскад на полевом транзисторе), катушка L1 в этом случае носит название катушки
связи, если L1 и L2 намотаны на одном каркасе.
Входное устройство на рис.
13.10, б характерно для приемников с магнитной антенной и возможностью подключения
дополнительно внешней антенны (через конденсатор Са) при трансформаторной связи
с первым каскадом приемника. Отметим, что с целью минимизации влияния входного
сопротивления этого каскада на избирательные характеристики резонансного контура
емкость конденсатора связи Са с антенной выбирается достаточно малой.
Входное устройство на рис.
13.10, в является наиболее простым и широко используемым практически на всех
диапазонах; при необходимости согласования со входным каскадом приемника от
катушки L делается отвод, который подключается ко входному каскаду (автотрансформаторная
связь с нагрузкой). 
Рассмотрим эквивалентную
схему ВУ с трансформаторно-емкостной связью с антенной на рис. 13.11, на котором
обозначено: La, Caa, Ra — эквивалентная индуктивность, емкость и активное сопротивление
антенны, Em — ЭДС, наводимая в антенне.
Как правило, в диапазоне
частот вплоть до ультракоротких волн индуктивное и активное сопротивление антенны
значительно меньше емкостного [55], что позволяет упростить схему на рис. 13.11
и привести ее к виду, показанному на рис. 13.12, на котором Со=Саа-Са/(Саа +Са);
Le — индуктивность рассеяния первичной обмотки трансформатора (устанавливается
в диалоговом окне параметров трансформатора); Сn'=n2Cn — приведенная к первичной
обмотке емкость нагрузки Cn [50], где n — коэффициент трансформации, задаваемый
в окне параметров трансформатора. Сопротивление Rk, состоит из активного сопротивления
первичной обмотки трансформатора Rp, которое устанавливается в окне его параметров
и по умолчанию равно нулю, и эквивалентного сопротивления нагрузки Rn'=n2Rn
[50], пересчитанному параллельно контуру. Для преобразования его в последовательно
включенное, что более удобно для дальнейшего анализа, используется формула
— резонансная частота
контура;
. Таким образом,
Поскольку, как указывалось
выше, емкость конденсатора связи Са выбирается достаточно малой, ток, поступающий
в параллельный колебательный контур, образованный элементами Сn', С, Le, L1
и Rn', равен
(13.1)
При резонансе ток Im' в
индуктивной или емкостной ветви параллельного колебательного контура равен [56] 
(13.2)
где
— добротность контура.
После подстановки (13.1)
в (13.2) получим 
Напряжение на первичной
обмотке трансформатора 
Напряжение на выходе устройства
(на вторичной обмотке трансформатора) 
, Следовательно, коэффициент
передачи входного устройства равен 
(13.3)
Пренебрегая индуктивностью
рассеяния, т.е. выбирая в окне параметров трансформатора Le=0, рассмотрим два
случая:
1) активное сопротивление
первичной обмотки Rp = О;
2) активное сопротивление
значительно больше эквивалентного сопротивления нагрузки.
В первом случае 
(13.4)
Во втором случае Rp>>Rp'
следовательно, Rk=Rp и 
(13.5) 
Перейдем к моделированию
ВУ, показанного на рис. 13.13, а, для которого приняты следующие значения параметров
трансформатора: Rp=0 и п=3. При остальных параметрах, указанных на схеме, расчеты
по формуле (13.4) дают 
Результаты моделирования
показаны на рис. 13.13, б, откуда видно, что коэффициент передачи составляет
-41,6 дБ, что весьма близко к расчетному. Отметим, что расчетное значение резонансной
частоты — 2,9 кГц — также близко к полученному при моделировании.
Перейдем к рассмотрению
процесса прохождения через ВУ (рис. 13.14, а) АМ-сигналов. При моделировании
используется источник АМ-сигнала 
(13.6)
где Еm — амплитуда несущей;
М<1 — коэффициент модуляции;
Переключатель Z позволяет
подключиться к функциональному генератору для оперативного получения АЧХ входного
устройства.
Как видно из выражения
(13.6), спектр АМ-сигнала состоит из трех компонентов: несущей и двух боковых
колебаний. Для случая настройки колебательного контура на частоту сигнала ток
на его входе определяется выражением [51]: 
где
— коэффициент уменьшения
модуляции;
— абсолютная
величина обобщенной расстройки
для верхней и нижней боковых частот;
Из выражения (13.7) видно,
что на верхней боковой частоте ток запаздывает, а на нижней он опережает напряжение
на угол В, при этом коэффициент модуляции
уменьшается в соответствии
с выражением: 
Попробуем воспользоваться
приведенными формулами для расчета параметров выходного АМ-сигнала со следующими
исходными данными (кроме показанных на рис. 13.14, 
Lk=0,5 Гн, Ck=5 нФ, контур
настроен на несущую частоту. В результате расчетов получаем: Q=0,5 20000/1000=10;
С=2 10-3140/20000=3,14; B=arctg3,14=72,33°; 
Результаты моделирования
показаны на рис. 13.14, б, откуда видно, что временной интервал Т2-Т1, характеризующий
фазовый сдвиг выходного сигнала, составляет около 0,4 мс, что при периоде модулирующей
частоты 2 мс соответствует примерно 72°, т.е. близко к расчетному.
Контрольные вопросы и задания
1. Проведите моделирование
ВУ на рис. 13.13, а при Rp=l кОм и Rn=1000 МОм и сравните полученные результаты
с расчетными по формуле (13.5).
2. При расчетах зависимости
резонансной частоты и коэффициента передачи ВУ по формуле (13.5) от емкости
нагрузки Сп получены, в частности, следующие ре- 
зультаты (цифры в скобках
относятся к результатам моделирования): при Сп=1нФ К=-32,26 дБ (-31,9 дБ), F=2,87
кГц (2,87 кГц); при Сп=10 нФ К=-34,2 дБ (-31,6 дБ), F=2,66 кГц (2,66 кГц). Из
приведенных данных видно, что если результаты расчета и моделирования по определению
резонансной частоты совпадают, то по коэффициенту передачи они заметно отличаются.
Причем, если расчетные значения К с ростом Сп уменьшаются, то при моделировании
они, наоборот, увеличиваются. Чем объяснить такое явление и имеет ли оно практическое
значение?
3. Используя схему на рис.
13.13, а при Rn>>Rp=l кОм, на основании выражения (13.3) рассчитайте зависимость
резонансной частоты и коэффициента передачи ВУ от индуктивности рассеяния Le.
Сопоставляя результаты расчета с результатами моделирования, установите правомерность
включения индуктивности Le в соответствии с эквивалентной схемой на рис. 13.12.
4. Используя модель на
рис. 13.14, а, исследуйте зависимость фазового угла и формы выходного сигнала
от частоты модулирующего сигнала в диапазоне частот от 10 до 800 Гц.
5. Используя выражение
(13.7), по аналогии с методикой получения формулы (13.3) получите выражение
для коэффициента передачи ВУ для АМ-колебаний.
6. Используя методику,
изложенную в разд. 13.5, определите коэффициент модуляции AM колебания на рис.
13.14, б и сравните с расчетным значением.
|
