Рис. 11.3. Синфазная мостовая схема на двух транзисторах

Для выходной цепи согласования:

,

.

Rб2 должно быть рассчитано на рассеивание половинной мощности одного транзистора (при случае выхода из строя второго транзистора).

,

где Р1 - полезная мощность одного плеча.

В диапазоне СВЧ реактивные элементы реализуются в виде четвертьволновых микрополосковых линий:

Рис. 11.4. Четвертьволновый отрезок МПЛ - элемент мостовых схем

Недостаток: балластное сопротивление не заземлено.

Это можно устранить с помощью квадратного синфазного МС:

Рис. 11.5. Квадратный синфазный мост - сумматор

Необходимо помнить, что полная взаимная развязка работы генераторов обеспечивается только на частоте, соответствующей четвертьволновому отрезку линии. Изменение рабочей частоты приводит к появлению взаимного влияния генераторов.

Общий недостаток синфазных мостов: при изменении одновременно всех входных сопротивлений усилителей изменяется общее входное сопротивление на входе моста, следовательно, изменяется нагрузка на предыдущий каскад.

б) Квадратурные мостовые схемы

В диапазоне метровых и более коротких волн применяют мостовые устройства, в которых разность фаз усиливаемых сигналов генераторов равна 900. ВЧ-напряжения генераторов равны по амплитуде и имеют разность фаз 900.

Квадратурные МС используют в тех случаях, когда необходимо устранить в нагрузке появление отраженных сигналов, вызванных конечной степенью согласования сопротивления нагрузки с сопротивлением мостового устройства.

На рис. 11.6 в двух усилительных элементах сигналы усиливаются сдвинутыми на 900.

Рис. 11.6. Квадратурные мостовые схемы усилителей мощности

Если входные сопротивления обоих транзисторов повышаются, то сопротивление R// возрастет, а R/ уменьшится , но входное сопротивление всего каскада будет неизменным.

Схема квадратного квадратурного МС показана на рис. 11.7.

Рис. 11.7. Квадратурный квадратный МС

Легко заметить, что ВЧ-сигналы генераторов оказываются синфазными в точке подключения нагрузки Rн и противофазны в точке подключения балластного резистора Rб. Генераторы взаимно независимы и имеют нагрузку сопротивлением Rн. Квадратурная мостовая схема на связанных МПЛ представлена на рис. 11.8.

Рис. 11.8. Мостовой усилитель мощности на связанных МПЛ

Мощность распределяется поровну для обоих транзисторов, тогда мощность в балластном резисторе Rб не будет выделяться.

12. Умножители частоты

Умножители частоты используются в передатчиках в ВЧ трактах - для повышения частоты задающего автогенератора, в возбудителях - для формирования сетки рабочих частот, при ЧМ и ФМ - для увеличения индекса модуляции. Кроме того, включение умножителей частоты (УЧ) в усилительный тракт позволяет повысить его устойчивость, поскольку усиление в каскадах ведется на разных частотах.

.

Транзисторные УЧ.

Транзистор работает в нелинейном режиме с отсечкой коллекторного тока. Оптимальный угол отсечки коллекторного тока при умножении частоты в n раз:

.

На один каскад не рекомендуется выбирать большой коэффициент умножения. Используются многокаскадные УЧ. На практике применяются в основном удвоители и утроители.

Причины использования многокаскадных УЧ:

Из-за меньшей амплитуды n-ых гармонических составляющих полезная мощность УЧ примерно в n раз меньше, чем усилителя.

.

Коэффициент усиления по мощности:

.

С увеличением n угол отсечки уменьшается, и для этого требуется большее отрицательное смещение и большая амплитуда входного возбуждения.

КПД коллекторной цепи УЧ уменьшается, т.к.:

.

УЧ применяют на малом уровне мощности, т.к. каскады имеют низкий и низкий КПД контура, выделяющий n-ую гармонику в коллекторной цепи.

.

На рис. 12.1 показана типичная схема транзисторного УЧ, работающего в области как низких, так и высоких частот.

Рис. 12.1. Принципиальная схема утроителя частоты

Контур в цепи базы настроен на основную частоту и обеспечивает согласование входной цепи транзистора с предыдущим каскадом. В цепи коллектора включены фильтрующие цепочки, которые обеспечивают короткое замыкание для 1-ой (С1, L1) и для 2-ой (C2, L2) гармоник и выделение в нагрузки 3-ей гармонической составляющей коллекторного тока (С3, С4, L3).

На рис. 12.2 представлена двухтактная схема удвоителя частоты.

Рис. 12.2. Двухтактный удвоитель частоты

Возбуждение на транзисторы подается в противофазе и они работают в классе В с углом отсечки .

Контур С1 - L1 настроен на частоту:

.

Варакторные УЧ.

Варакторы - мощные варикапы.

Используют на частотах: сотни МГц … единицы ГГц, т.к. на высоких частотах у транзисторов начинают сказываться инерционные свойства и существенное влияние оказывают паразитные емкости.

В варакторах используют нелинейность вольт-кулонных характеристик (ВКХ).



Рис. 12.3. Использование ВКХ варактора в умножителе частоты

Варикап в обратном направлении (как показано на рис. 12.3) ток не проводит.

На рис. 12.4 а,б приведены схемы УЧ при последовательном и параллельном включении варактора.

Рис. 12.4. Обобщенные схемы варакторных умножителей частоты

Первый фильтр настраивают на частоту входного сигнала f1, а второй фильтр - на частоту nf1.

Коэффициент передачи по мощности меньше единицы, поэтому усиление мощности здесь не происходит.

Параллельная схема включения варактора используется на практике чаще, но дополнительно необходимо подать питание на варикап (рис. 12.5).



Рис.12.5. Принципиальная схема варакторного умножителя частоты

12.1 Устойчивость ГВВ и способы её повышения

Устойчивость - способность ГВВ сохранить в заданных пределах основные технические характеристики при изменении внешних условий, т.е. работать без самовозбуждения.

При достаточно сильной положительной обратной связи возникают автоколебания, усилитель превращается в автогенератор. В ГВВ обратная связь возникает благодаря наличию междуэлектродных емкостей и индунктивностей выводов электронных приборов.

В большинстве случаев индуктивностями выводов можно пренебречь. Поэтому основное влияние на самовозбуждение ГВВ оказывает проходная емкость УЭ (рис. 12.6).

Рис. 12.6. Эквивалентная схема усилительного каскада с учетом проходной емкости

.

При большом КР возрастает вероятность самовозбуждения каскада, поэтому его необходимо снижать.

Максимально допустимое значение, при котором еще не возникает самовозбуждения:

;

.

С увеличением частоты допустимое значение уменьшается.

Для повышения устойчивости ГВВ необходимо:

уменьшить усиление (за счет уменьшения крутизны транзистора путем введения ООС);

уменьшить сопротивление нагрузки;

нейтрализовать проходную емкость.

12.2 Схемы нейтрализации проходной емкости

1. Первый вариант

Рис. 12.7. Схема нейтрализации проходной емкости транзистора

Вводят нейтрадинную емкость для компенсации CКБ.

Напряжения в точках подключения индуктивности L противофазны.

Скб, СN, С1, С2 - все четыре емкости представляют как бы элементы моста.

При этом должно выполняться условие:

Тогда:

Двухтактная схема нейтрализации на лампах

Рис. 12.8. Схема нейтрализации проходной емкости в двухтактном каскаде на ГЛ

Для ослабления влияния проходной емкости в цепь сетки лампы каждого плеча вводят равное и противофазное напряжение из анодной цепи другого плеча (рис. 12.8). Введение дополнительных цепей с конденсаторами СN1, СN2, емкость которых равна С1, С2, компенсирует проходную емкость ламп обоих плеч.

Схема с общей базой



Рис. 12.9. Схема с общей базой

Здесь входная мощность возбуждения будет выше, чем в схеме с ОЭ.

, где .

Мощность возбуждения:

.

13. Автогенераторы

13.1 Условия самовозбуждения и стационарного режима автогенератора

ВЧ-колебание можно получить с помощью обычного колебательного контура, но для того, чтобы ВЧ-колебание было незатухающим, необходимо все время пополнять запас энергии в контуре в процессе ее расходования. Для этого нужно часть напряжения с выхода усилителя подать на его вход, т.е. предусмотреть цепь обратной связи (ОС). В том случае, когда сдвиг фаз, вносимый цепью ОС, обеспечит своевременное получение контуром энергии и произойдет компенсация потерь энергии в контуре и нагрузке, колебания станут незатухающими.

Одно из главных требований к автогенераторам является высокая стабильность частоты.

В состав автогенератора входят: усилительный элемент; резонансный контур с высокой добротностью; цепь положительной обратной связи.

Рис. 13.1. Эквивалентная схема автогенератора

а) Условие стационарного режима

В этом режиме автогенератор самостоятельно сохраняет амплитуду установившегося колебания.

;

;

Тогда условие стационарного режима запишется в виде:

- баланс амплитуд; (13.1)

- баланс фаз (т.е. суммарный сдвиг фаз в цепях АГ (13.2) должен быть равен целому числу периодов);

S - средняя крутизна вольтамперной характеристики транзистора.

Если транзистор работает в области низких частот, то его инерционными свойствами можно пренебречь и тогда цs ? 0, а если на ВЧ, то появляется запаздывание коллекторного тока и цs ? 0.

, где .

б) Условие самовозбуждения

S0 - начальная крутизна транзистора (при отсутствии колебаний);

S0 > S, тогда:

> 1 - коэффициент регенерации.

Условие самовозбуждения:

.

Начальное смещение выбирают таким, чтобы S0 была достаточно большой.

,

Где - угол отсечки коллекторного тока в установившемся режиме.

При увеличении амплитуды колебаний смещение уменьшается за счет цепочки автосмещения и уменьшается значение средней крутизны транзистора.

Путем простых математических операций можно прийти к следующей формуле:

.

Обычно G = 3…5, при этом ? 60…700.

13.2 Мягкий и жесткий режимы самовозбуждения

Режим самовозбуждения, при котором после включения источника питания колебания плавно нарастают, называется мягким самовозбуждением, если же для возбуждения колебаний требуется какое-либо дополнительное воздействие, то такой режим называется жестким.

Рис. 13.2. Изменение крутизны при мягком режиме самовозбуждения

Реализации мягкого режима самовозбуждения можно достичь путем соответствующего выбора напряжения смещения на участке вольтамперной характеристики транзистора с большой крутизной.

Этому режиму соответствует зависимость S=f(Umб) следующей формы, показанной на рис. 13.2.

На этом же рис. проведена прямая . Для точки пересечения графиков выполняется уравнение баланса амплитуд и установившаяся амплитуда колебания равна . При мягком режиме стационарный режим оказывается устойчивым, режим покоя - неустойчивым. Поэтому происходит самовозбуждение автогенератора.

Для жесткого режима характерным является то, что малые колебания на входе транзистора не могут вызвать самовозбуждения автогенератора; самовозбуждение возможно только при большой начальной амплитуде напряжения. Такой режим реализуется путем подачи на УЭ запирающего напряжения смещения, при котором малые амплитуды входного напряжения не могут вызвать тока в выходной цепи УЭ.

Для этого режима характерна следующая зависимость S=f(Umб), показанная на рис. 13.3.

Рис. 13.3. Изменение крутизны при жестком режиме самовозбуждения

Режим, соответствующий амплитуде колебаний , устойчив, а режим, соответствующий амплитуде , неустойчив.

13.3 Эквивалентные трехточечные схемы автогенератора

Простейшими по конфигурации автогенераторами являются автогенераторы, работающие по трехточечной схеме. В таких автогенераторах транзистор тремя своими выводами присоединяют к трем точкам колебательного контура, состоящего из трех реактивных элементов.

Обобщенная трехточечная схема автогенератора изображена на рис. 13.4.

Рис. 13.4. Обобщенная эквивалентная схема автогенератора

Для возникновения автоколебаний необходимо, чтобы:

реактивные элементы и имели одинаковые знаки;

реактивные элементы и были различны по знаку.

В зависимости от того, какие реактивные элементы количественно преобладают в контуре, различают автогенераторы, построенные по схеме индуктивной (рис. 13.5) и емкостной (рис. 13.6) трехточки.

1. Индуктивная трехточка:

Рис. 13.5. Индуктивная трехточка

,

,

.

2. Емкостная трехточка:

Рис. 13.6. Емкостная трехточка

- частота генерируемых колебаний.

,

,

.

Коэффициент обратной связи через элементы трехточечной схемы:

.

Для индуктивной трехточки:

.

Для емкостной трехточки:

.

3. Схема Клаппа

В модифицированной схеме емкостной трехточки достигается более высокая стабильность частоты (рис. 13.7).

Рис. 13.7. Схема Клаппа

Введение конденсатора С3 уменьшает коэффициент включения транзистора в контур, снижая дестабилизирующее влияние его параметров на частоту автогенератора.

, где .

Во всех схемах контур включен частично в коллекторную цепь транзистора.

Коэффициент включения контура в цепь коллектора:

Эквивалентное сопротивление цепи коллектора:

.

14. Схемы автогенераторов

14.1 Автогенераторы с фазированием

Обычно выбирают транзистор с fгр >> fраб автогенератора, чтобы фазовый угол крутизны транзистора был минимальным и стремился к нулю. Это не всегда удается, если АГ работает в области ВЧ.

, тогда баланс фаз будет уже наблюдаться на другой частоте.

.

Пусть цос =0 . Тогда частота генерируемых колебаний щг будет определяться уравнением , графическое решение которого приведено на рис. (14.1.)

Чем ближе частота автогенератора щГ к резонансной частоте контура щ0, тем выше стабильность его частоты, т.к. выше значение (рис. 14.1).

Рис. 14.1. Определение частоты генератора по фазовым характеристикам

На практике стремятся обеспечить условие баланса фаз при , тогда колебания возникают на частоте, близкой к резонансной частоте контура.

Эффективной мерой уменьшения влияния фазового сдвига , а, следовательно, повышения стабильности частоты автогенератора является включение в трехточечную схему фазосдвигающей цепочки (рис. 14.2)

.

Рис. 14.2. Автогенератор с полным фазированием

Рис. 14.3. Фазосдвигающая цепь в цепи обратной связи

Подбирая параметры фазосдвигающей цепочки (рис. 14.3) можно обеспечить требуемый сдвиг фаз.

14.2 Практические схемы АГ

Схема индуктивной трехточки

Рис. 14.4. Принципиальная схема автогенератора (индуктивная трехточка) (а), и его эквивалентная схема (б)

Rэ, Cэ - цепь термостабилизации;

R1-R3 - цепь смещения (обеспечивает мягкий режим работы транзистора, чтобы он был открыт);

Сбл - замыкание на землю по ВЧ;

Ср - чтобы постоянная составляющая коллекторного тока не проходила на базу транзистора, которая меняет режим его работы.

Эквивалентная схема такого АГ изображена на рис. 14.4,б)

,

.

Емкостная трехточечная схема

Рис. 14.5. Принципиальная схема автогенератора (емкостная трехточка)

Эквивалентные схемы АГ, собранного по схеме емкостной трехточки:

если , то последовательный L-C3 колебательный контур эквивалентен индуктивности.

Рис. 14.6. Эквивалентные схемы

если С3 порядка С1 и С2 или даже меньше их, то эквивалентная схема выглядит следующим образом:

Для перестройки частоты АГ обычно меняют емкость С3. Емкости С1 и С2 не меняют, т.к. при этом может меняться коэффициент передачи.

,

.

Схема с электронной перестройкой частоты (с помощью варикапа) на транзисторе p-n-p.

Рис. 14.7. Принципиальная схема ГУН

Варикап должен быть в закрытом состоянии, т.е. включен в обратном направлении, т.к. при прямом включении через него будет протекать большой ток и он будет шунтировать контур.

Эквивалентная схема АГ с электронной перестройкой частоты:

Рис. 14.8. Эквивалентная схема ГУН

14.3 Многоконтурные АГ

Пример схемы многоконтурного АГ приведен на рис. 14.9.

Рис. 14.9. Многоконтурный автогенератор

Если контур 1 настроен на частоту f1, а контур 2 - на частоту f2, то генерация колебаний будет только на частоте <f1, т.к. только на этих частотах эквивалентная схема АГ представляет собой индуктивную трехточку (рис. 14.4,б)), а на других частотах эквивалентные схемы АГ не образуют никакой трехточки (генерации колебаний не будет).

15. Кварцевая стабилизация частоты

Стабильность частоты АГ является одним из важнейших его параметров. Нестабильность частоты характеризуется:

абсолютным значением - ;

относительным значением - .

Без применения специальных мер стабильность АГ .

Дестабилизирующие факторы:

1) при изменении температуры изменяются емкость и индуктивность колебательного контура (параметрическая стабилизация):

;

2) изменение напряжения питания приводит изменению частоты, используют стабилизированное питание;

стабильность зависит от параметров транзистора.

Влияние изменения крутизны транзистора на частоту колебаний можно существенно ослабить путем увеличения добротности колебательного контура, т.к. частота колебаний описывается уравнением:

;

.



Рис. 15.1. Определение нестабильности частоты автогенератора по фазовым характеристикам

При высокодобротном контуре график более крутой. Крутизна графика определяется формулой:

.

Относительная нестабильность частоты:

.

Для повышения стабильности частоты АГ:

использование резонансных систем с высокой стабильностью емкостных и индуктивных элементов;

использование высокодобротных резонансных систем (следовательно, малое вносимое сопротивление, а значит, малая полезная мощность). Мощность АГ = 1…2мВт, чтобы был маленький нагрев элементов C и L;

использование кварцевых резонаторов.

15.1 Эквивалентная схема и параметры кварцевых резонаторов

Кварц обладает свойством прямого и обратного пьезоэффекта. Добротность кварцевых резонаторов на несколько порядков превышает добротность обычных LC-контуров и достигает нескольких десятков тысяч и даже нескольких миллионов. В кварцевом резонаторе пластина кварца помещается между двумя металлическими обкладками.

Частота собственных колебаний кварца зависит от толщины пластины:

.

Резонансные свойства кварца отображаются в эквивалентной схеме (рис. 15.2):

Рис. 15.2. Эквивалентная схема кварцевого генератора

Индуктивность кварца Lкв характеризует инерционные свойства пластины (единицы Гн), емкость характеризует упругие свойства пластины (сотые доли пФ), сопротивление характеризует потери в резонаторе (единицы Ом), емкость характеризует статическую емкость кварцедержателя (2…8пФ).

Емкостное отношение:

.

Величина Lкв не зависит от номера гармоники, Скв уменьшается примерно пропорционально квадрату номера гармоники, сопротивление rкв возрастает пропорционально квадрату номера гармоники.

Мощность, рассеиваемая на резисторе, Ркв.доп во многом определяет стабильность его собственной частоты. Обычно:

Ркв.доп = 1…2мВт.

При превышении мощностью, рассеиваемой на резонаторе, допустимого значения Ркв.доп происходит резкое ухудшение стабильности собственной частоты кварцевого резонатора из-за изменения структуры его кристаллической решетки.

При необходимости стабилизации более высоких частот используют гармоники механических колебаний кварцевого резонатора. При этом возбуждение кварцевого резонатора возможно только на нечетных гармониках (n=3,5,7…), т.к. только в этом случае на обкладках резонатора образуются заряды противоположного знака.

Из эквивалентной схемы кварцевого резонатора видно, что имеются две собственные частоты резонатора:

а) последовательный резонанс

.

б) параллельный резонанс

.

Эти частоты очень близко расположены друг к другу, т.к. .

Характер зависимости Rэкв, Xэкв от частоты представлен на рис. 15.3.

Рис. 15.3. Частотные характеристики кварцевого резонатора

В диапазоне частот и реактивное сопротивление кварцевого резонатора носит емкостной характер, а в диапазоне частот - индуктивный. Вблизи частоты кв кварцевый резонатор ведет себя как последовательный резонансный контур с высокой добротностью, а вблизи частоты пар - как высокодобротный параллельный контур. Благодаря большой добротности ФЧХ кварцевого резонатора вблизи резонансных частот имеет большую крутизну, что очень важно для построения высокостабильных АГ.

На частоте активное сопротивление кварцевого резонатора значительно меньше, чем на частоте , и следовательно, условие баланса амплитуд будет выполняться именно на этой частоте.

15.2 Схемы кварцевых АГ

Схемы кварцевых резонаторов разделяют:

осцилляторные схемы (используют индуктивный характер сопротивления резонатора);

гармониковые схемы (АГ возбуждается на гармониках с n = 3,5,7…);

фильтровые схемы (кварцевый резонатор включают последовательно в цепь ОС).

Пример осцилляторной схемы АГ показан на рис. 15.4.

Рис. 15.4. Осцилляторная схема кварцевого автогенератора

Кварцевый генератор возбуждается на частоте, близкой к частоте последовательного резонанса.

Можно менять в небольших пределах частоту генератора, поставив последовательно с кварцем переменный конденсатор или варикап.

На ВЧ резонаторы могут работать на гармониках механических колебаний кварцевой пластины. Схема генератора, работающего на заданной механической гармонике, на рис. 15.5 аналогична схеме генератора на рис. 15.4; отличием является то, что параллельно конденсатору С1 подключается дополнительная индуктивность, которая вместе с С1 образует колебательный контур, резонансная частота которого несколько ниже рабочей частоты, но выше частоты ближайшей низкой нечетной гармоники. Тогда на рабочей частоте контур эквивалентен емкости, и АГ представляет собой обычную трехточечную схему.

.

Кварцевый резонатор эквивалентен узкополосному фильтру в цепи ОС

Рис. 15.5. Фильтровая схема кварцевого автогенератора

АГ самовозбуждаются на частотах, близких к частоте последовательного резонанса, на которой полное сопротивление кварцевого резонатора минимально.

16. Синтезаторы частот

С ростом требований к стабильности частоты выходных колебаний возбудителя и с увеличением числа его рабочих частот в возбудителях используются синтезаторы частот (СЧ). Является одним из основных элементов возбудителя. Необходимо обеспечить возможность работы передатчика в определенном диапазоне частот (дискретные частоты). СЧ должны обеспечить формирование сетки стабильных частот.

Основные параметры:

- диапазон рабочих частот;

- шаг сетки частот (сотни Гц);

- количество рабочих частот -

; (тысячи частот);

стабильность: .

Необходимо учесть степень подавления побочных колебаний:

.

Синтезаторы строятся на основе:

методов прямого синтеза;

косвенных методов.

Прямой метод построения СЧ

Основан на использовании операций сложения, вычитания, умножения и деления частот, формируемых одним высокостабильным кварцевым генератором.



Рис. 16.1. Формирователь и селектор гармоник

ЗГ - задающий кварцевый генератор

С помощью узкополосных фильтров в селекторе гармоник выделяется сигнал требуемой частоты. Степень подавления нежелательных компонент на выходе синтезатора определяется параметрами фильтров.

В более сложных синтезаторах, построенных по методу прямого синтеза, используется декадный синтезатор (рис. 16.2).

Рис. 16.2. Декадный синтезатор частот

Полосовые фильтры выделяют сигналы суммарной частоты. Далее частота выделенного сигнала уменьшается в 10 раз делителем.

,

m - коэффициент кратности частоты.

Недостаток: очень громоздко.

2. Косвенный метод.

Выделить нужную гармоническую составляющую с помощью резонансных систем простыми способами не удается, поэтому для выделения частотной составляющей в широком диапазоне частот применяют системы фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ).

Рис. 16.3. Косвенный метод синтеза частот:

ДПКД - делитель с переменным коэффициентом деления;

ФД - фазовый детектор;

УЭ - управляющий элемент (варикап генератора);

ПГ - подстраиваемый генератор.

Выходное напряжение фазового детектора определяется разностью фаз напряжений, действующих на его входах. Выходное напряжение ФД через ФНЧ воздействует на УЭ, который изменяет частоту ПГ, приближая ее к частоте

fвых=N·fэт,

где N - коэффициент деления ДПКД.

17. Телевизионные передатчики сигналов изображения

17.1 Особенности телевизионного сигнала

Телевизионное вещание осуществляется в диапазоне меторовых волн (1-12 каналы) в полосе частот 48,5-230 МГц и в диапазоне дециметровых волн (21-81 каналы) на частотах 470-958 МГц.

Согласно стандарту вещательного телевидения кадр изображения содержит 625 строк. Номинальная частота кадров 25 в секунду, высшая частота сигналов изображения f = 6 МГц.

Сигнал изображения передается по радиоканалу путем АМ несущей изображения полным ТВ сигналом, причем максимум мощности соответствует синхроимпульсу (СИ), а минимум - уровню белого (т.е. модуляция негативна) (рис. 17.1). Сигнал звукового сопровождения передается путем ЧМ несущей звука.

Рис. 17.1. Форма полного телевизионного сигнала

Полный цветной ТВ сигнал (ПЦТС) состоит:

видеосигнал (сигнал об изображении: сигнал яркости (Y), сигнал цветности (Uцв));

смесь гасящих кадровых и строчных импульсов;

смесь кадровых и строчных синхронизирующих импульсов;

сигналы цветовой синхронизации.

Негативная модуляция обеспечивает более устойчивую синхронизацию и меньшую заметность импульсных помех при приеме.

В спектре АМ сигнала должна быть частично подавлена нижняя боковая полоса частот. Это позволяет существенно уменьшить полосу частот, занимаемую ТВ вещанием (до 8 МГц на канал).

Однако несимметрия спектра означает появление наряду с АМ сопутствующей ЧМ. Это повышает требования к АЧХ трактов передатчика.

Общая АЧХ передатчика показана на рис. 17.2.

Рис. 17.2. Стандартная АЧХ передающего устройства

Яркостные сигналы должны иметь определенные уровни:

АМ полный ТВ сигнал изображен на рис. 17.3.



Рис. 17.3. Высокочастотный сигнал с амплитудной модуляцией

Огибающая ПЦТС заполнена ВЧ сигналом несущей изображения.

17.2 Основные требования к ТВ передатчикам

Абсолютная нестабильность частоты несущей изображения:

.

Неравномерность АЧХ < 4дБ на частотах -0,75МГц и 6МГц от несущей.

Неравномерность характеристики группового времени запаздывания (ГВЗ) тракта передатчик - приемник < 50нс.

Искажения, вызванные нелинейностью ФЧХ ?w?, принято оценивать по ГВЗ:

.

Если f(w)--линейна ??то ?t--гр = const и абсолютная величина задержки сигнала в тракте не играет роли. При отличии ?w)--от линейной зависимости ?t--гр изменяется в диапазоне частот.

Расхождение во времени сигналов яркости и цветности .?

Коэффициент нелинейности?<?12%.

Паразитная фазовая модуляция < 50.

17.3 Структурные схемы ТВ передатчиков

Раздельное усиление сигналов изображения и зв. сопровождения.

Выходные сигналы каналов изображения и звука объединяются с помощью разделительного фильтра (РФ).

Рис. 17.4. Структура ТВ - передатчика с раздельным усилением составляющих

Модуляция на несущей частоте используется редко, т.к. на разных каналах формирователь АЧХ будет разным.

Поэтому модуляцию производят на промежуточной частоте и затем переносят спектр АМ колебаний на рабочую частоту (ставят преобразователь частоты).

Аналогично и для сигналов звукового сопровождения.

Фильтр гармоник - фильтр, осуществляющий подавление внеполосных гармоник (высший).

Совместное усиление мощности сигналов из. и зв. сопровож.

Модуляция производится на малом уровне мощности и на промежуточной частоте.

Рис. 17.5. Структурная схема ТВ - передатчика при модуляции на промежуточной частоте

- частота гетеродина.

Модулятор ВПС - восстановление постоянной составляющей в ТВ сигнале. Обязательное устройство в модуляторе. Здесь фиксируется уровень гашения, для этого формируется фиксирующий импульс.

Промежуточные частоты обычно выбираются:

.

Пример:

Тогда:

.

Основные преимущества модуляции на fПЧ:

получается унифицированная аппаратура формирователя АМ колебаний;

формирование АЧХ осуществляется на НЧ и на малом уровне мощности, что намного проще реализовать на практике требуемые характеристики передатчика;

при модуляции на НЧ можно обеспечить более высокую линейность модуляционных характеристик.

17.4 Схема восстановления постоянной составляющей (ВПС)

ТВ сигнал однополярен и его среднее значение может изменяться в пределах уровней "белое-черное", поэтому необходимо восстанавливать уровень постоянной составляющей.

Рис. 17.6. Эквивалентная схема ВПС (ИФ - импульс фиксации)

Ключ замыкается на время фиксирующего импульса (рис. 17.7). При замыкании конденсатор быстро заряжается до величины U, а затем, когда ключ разомкнется, сигнал на выходе:

.



Рис. 17.7. К работе схемы ВПС

Если необходимо осуществить фиксацию не на нулевой уровень, то необходимо поставить источник смещения под ключом и можно регулировать необходимый уровень.

Эпюры напряжений работы схемы ВПС показаны на рис. 17.8.

Рис. 17.8. Пример работы схемы ВПС

В ТВ передатчике ВПС обычно осуществляется в выходном каскаде модуляционного устройства или даже в двух последних его каскадах, т.к. желательно полностью использовать их амплитудные характеристики.

Пример схемы модулятора с ВПС приведен на рис. 17.9.



Рис. 17.9. Схема каскада с базовой модуляцией полным ТВ - сигналом и устройством ВПС

Каскады VT1 и VT2 - эмиттерные повторители, VT3 - транзистор в ключевом режиме. Нагрузка VT1 обеспечивает малое сопротивление выхода источника сигнала для управления фиксирующей схемы.

Эмиттерный повторитель на VT2 обеспечивает большое входное сопротивление для управляемой фиксирующей схемы.

Необходимый уровень фиксации задается R2.

Контур LC для того, чтобы сигнал цветовой синхронизации (поднесущей) сохранялся. Напряжение фиксации может быть положительным и отрицательным относительно Э-Б VT2, смещение соответствует уровню гашения. С помощью R1 подбирается размах сигнала ПЦТС, чтобы он укладывался в линейную область СМХ.

Выходной П-контур должен быть низкодобротным, т.к. полоса частот у выходного сигнала должна быть не менее удвоенной полосы ПЦТС (~12МГц).

Список рекомендуемой литературы

1. Устройства генерирования и формирования радиосигналов / Под ред. Г.М. Уткина - М.: Радио и связь, 1994.

2. Радиопередающие устройства / Под ред. В.В. Шахгильдяна - М.: Радио и связь, 1996., 3 изд.

3. Петров Б.Е., Романюк В.Н. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. - М.: Высшая школа, 1989.

4. Проектирование РПУ / Под ред. В.В. Шахгильдяна - М.: Радио и связь, 1993, 3 изд.

5. Шумилин М.С., Козырев В.Б., Власов В.А. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков. - М.: Радио и связь, 1987.

6. Проектирование РПУ СВЧ / Под ред. Г.М. Уткина. - М.: Советское Радио, 1979.

7. Альтшуллер Г.Б. Кварцевые генераторы. - М.: Радио и связь, 1984.

8. Проектирование РПУ на транзисторах. - Томск, ТИАСУР, 1987.

9. Проектирование радиопередатчиков: Учебное пособие для вузов / В.В. Шангильдян, М.С. Шумилин, В.Б. Козырев и др. Под ред. В.В. Шангильдяна. - М.: Радио и связь, 2000.

Размещено на Allbest.ru

...