Вхідні ЦЕПИ І УРЧ приймача
Як ми вже з'ясували в першому розділі, для підвищення чутливості і реальної селективності гетеродинного приймача вхідні ланцюг повинна забезпечувати близький до одиниці коефіцієнт передачі потужності в робочому діапазоні частот і якомога більше ослаблення внедіапазонних сигналів. Все це - властивості ідеального смугового фільтра, тому і виконувати вхідний ланцюг треба у вигляді фільтра.
Часто застосовується одноконтурна вхідні ланцюг найгірше відповідає поставленим вимогам. Для збільшення селективності треба підвищувати навантажену добротність контуру, послаблюючи його зв'язок з антеною і змішувачем або УРЧ. Але тоді майже вся потужність сигналу буде витрачатися в контурі і лише мала її частина пройде в змішувач або УРЧ. Коефіцієнт передачі потужності вийде низьким. Якщо ж сильно зв'язати контур з антеною і змішувачем, впаде навантажена добротність контуру і він буде мало послаблювати сигнали сусідніх по частоті станцій. А адже поруч з аматорськими діапазонами працюють і дуже потужні радіомовні станції.
Одиночний вхідний контур в якості преселектора можна використовувати на низькочастотних KB діапазонах, де рівні сигналів досить великі, в найпростіших гетеродинних приймачах. Зв'язок з антеною слід зробити регульованою, а сам контур перебудовуваним, як показано на рис. 1. У разі перешкод від потужних станцій можна послабити зв'язок з антеною, зменшуючи ємність конденсатора С1, тим самим збільшивши селективність контуру і одночасно збільшивши втрати в ньому, що еквівалентно включенню атенюатора. Сумарну ємність конденсаторів С2 і СЗ вибирають близько 300. 700 пФ, дані котушки залежать від діапазону.
Рис.1. Одноконтурна вхідні ланцюг
Значно кращі результати дають смугові фільтри, узгоджені по входу і виходу. В останні роки намітилася тенденція застосовувати перемикаються смугові фільтри навіть на вході широкодіапазонних професійних зв'язкових приймачів. Використовують октавні (рідко), полуоктавние і четвертьоктавние фільтри. Ставлення верхньої частоти їх смуги пропускання до нижньої дорівнює відповідно 2; 1,41 (корінь з 2) і 1,19 (корінь четвертого ступеня з 2). Зрозуміло, чим вузькосмуговими вхідні фільтри, тим перешкодозахищеність широкодіапазонного приймача вище, але число перемикаються фільтрів значно зростає. Для приймачів, розрахованих тільки на аматорські діапазони, число вхідних фільтрів дорівнює числу діапазонів, а їх смуга пропускання вибирається рівною ширині діапазону, зазвичай з запасом в 10. 30%.
У трансиверах смугові фільтри доцільно встановлювати між антеною та антенних перемикачем прийом / передача. Якщо підсилювач потужності трансивера досить шірокополосен, як, наприклад, в разі транзисторного підсилювача, його вихідний сигнал може містити багато гармонік і інших внедіапазоіних сигналів. Смуговий фільтр буде сприяти їх придушення. Вимога близького до одиниці коефіцієнта передачі потужності фільтра в цьому випадку особливо важливо. Елементи фільтра повинні витримувати реактивну потужність, в кілька разів перевищує номінальну потужність передавача трансивера. Характеристичний опір всіх діапазонних фільтрів доцільно вибрати однаковим і рівним хвильовому опору фідера 50 або 75 Ом.
Рис.2. Смугові фільтри:
а - Г-подібний; б - П-подібний
Класична схема Г-образного смугового фільтра дана на рис.2, а. Розрахунок його надзвичайно простий. Спочатку визначається еквівалентна добротність Q = fo / 2 D f, де fo - середня частота діапазону, 2 D f - смуга пропускання фільтра. Індуктивності і ємності фільтра знаходяться за формулами:
де R - характеристичний опір фільтра.
На вході і виході фільтр повинен навантажувати опорами, рівними характеристическому, ними можуть бути вхідний опір приймача (або вихідна передавача) і опір антени. Неузгодженість до 10. 20% практично мало позначається на характеристиках фільтра, але відміну навантажувальних опорів від характеристичного в кілька разів різко спотворює криву селективності, в основному в смузі пропускання. Якщо опір навантаження менше характеристичного, її можна підключити АВТОТРАНСФОРМАТОРНЕ, до відводу котушки L2. Опір зменшиться в k 2 раз, де k - коефіцієнт включення, рівний відношенню числа витків від відводу до загального проводу до повного числа витків котушки L2.
Селективність одного Г-образного ланки може виявитися недостатньою, тоді дві ланки з'єднують послідовно. З'єднувати ланки можна або паралельними гілками один до одного, або послідовними. У першому випадку виходить Т-подібний фільтр, у другому - П-подібний. Елементи L і С з'єднаних гілок об'єднуються. Як приклад на рис.2, б показаний П-подібний смуговий фільтр. Елементи L2C2 оеталісь колишніми, а елементи поздовжніх гілок об'єдналися в індуктивність 2L і ємність С1 / 2. Легко бачити, що частота настройки отриманого послідовного контуру (так само, як і інших контурів фільтра) залишилася колишньою і дорівнює середній частоті діапазону.
Часто при розрахунку вузькосмугових фільтрів значення ємності поздовжньої гілки С1 / 2 виходить занадто маленьким, а індуктивності - занадто великим. В цьому випадку подовжню гілка можна підключити до відведень котушок L2, збільшивши місткість в 1 / k 2 раз, а індуктивність в стільки ж разів зменшивши.
Рис.3. двоконтурний фільтр
У радіочастотних фільтрах буває зручно використовувати тільки паралельні коливальні контуру, з'єднані одним висновком із загальним проводом. Схема двоконтурного фільтра з зовнішньої ємнісний зв'язком показана на рис.3. Індуктивність і ємність паралельних контурів розраховуються за формулами (1) для L2 і С2, а ємність конденсатора зв'язку повинна скласти C3 = C2 / Q. Коефіцієнти включення висновків фільтра залежить від необхідного вхідного опору Rвх і характеристичного опору фільтра R: k 2 = Rвх / R. Коефіцієнти включення з двох сторін фільтра можуть бути і різними, забезпечуючи узгодження з антеною і входом приймача або виходом передавача.
Для збільшення селективності можна включити за схемою рис.3 три і більше однакових контурів, зменшивши ємності конденсаторів зв'язку СЗ в 1,4 рази.
Рис.4. Селективність Трьохконтурне фільтра
Теоретична крива селективності Трьохконтурне фільтра наведена на рис.4. По горизонталі відкладена відносна розладі x = 2 D fQ / fo, а по вертикалі - ослаблення, що вноситься фільтром. У смузі прозорості (x<1) ослабление равно нулю, а коэффициент передачи мощности - единице. Это понятно, если учесть, что теоретическая кривая построена для элементов без потерь, имеющих бесконечную конструктивную добротность. Реальный фильтр вносит некоторое ослабление и в полосе пропускания, что связано с потерями в элементах фильтра, главным образом в катушках. Потери в фильтре уменьшаются с увеличением конструктивной добротности катушек Q0. Например, при Q0 = 20Q потери даже в трехконтурном фильтре не превышают 1 дБ. Ослабление за пределами полосы пропускания прямо зависит от числа контуров фильтра. Для двухконтурного фильтра ослабление равно 2/3 указанного на рис.4, а для одноконтурной входной цепи - 1/3. Для П-образного фильтра рис.3,б пригодна кривая селективности рис.4 без всякой коррекции.
Рис.5. Трьохконтурне фільтр - практична схема
Практична схема Трьохконтурне фільтра c пропускною здатністю 7,0. 7,5 МГц і його експериментально знята характеристика показані на рис.5 і 6 відповідно. Фільтр розрахований за описаною методикою для опору R = 1,3 кОм, але був навантажений на вхідний опір змішувача гетеродинного приймача 2 кОм. Селективність трохи зросла, але з'явилися піки і провали в смузі пропускання. Котушки фільтра намотані виток до витка на каркасах діаметром 10 мм проводом ПЕЛ 0,8 і містять по 10 витків. Відведення котушки L1 для узгодження з опором фідера антени 75 Ом зроблений від другого витка. Всі три котушки укладені в окремі екрани (алюмінієві циліндричні «стаканчики» від девятіштирькових лампових панельок). Налаштування фільтру проста і зводиться до налаштування контурів в резонанс подстроечнікамі котушок.
Рис.6. Виміряна крива селективності Трьохконтурне фільтра.
Варто окремо зупинитися на питаннях отримання максимальної конструктивної добротності котушок фільтрів. Не слід прагнути до особливої мініатюризації, оскільки добротність зростає зі збільшенням геометричних розмірів котушки. З цієї ж причини небажано використовувати занадто тонкий провід. Сріблення дроту дає відчутний ефект лише на високочастотних KB діапазонах і на УКВ при конструктивній добротності котушки більше 100. літцендрата доцільно застосовувати лише для намотування котушок діапазонів 160 і 80 м. Менші втрати в посрібленому дроті і літцендрата пов'язані з тим, що високочастотні струми не проникають в товщу металу, а протікають лише в тонкому поверхневому шарі дроти (так званий скін-ефект).
Ідеально провідний екран не знижує добротності котушки і до того ж усуває втрати енергії в оточуючих котушку предметах. Реальні екрани вносять деякі втрати, тому діаметр екрану бажано вибирати рівним не менше 2-3 діаметрів котушки. При цьому в меншій мірі зменшується і індуктивність. Основним же призначенням екранів залишається усунення паразитних зв'язків між елементами. Безглуздо, наприклад, говорити про отримання ослаблення більше 20. 30 дБ, якщо деталі фільтра не екрановані і сигнал може наводитися від вхідних ланцюгів на вихідні. Екран слід виконувати з добре провідного матеріалу (мідь, дещо гірше алюміній). Неприпустима забарвлення або лудіння внутрішніх поверхонь екрану.
Перераховані заходи забезпечують виключно високу добротність котушок, реалізовану, наприклад, в спіральних резонаторах. В діапазоні 144 МГц вона може досягати 700. 1000. На рис.7 показана конструкція дворезонаторних смугового фільтра діапазону 144 МГц, розрахованого на включення в 75-омную фідерні лінію. Резонатори змонтовані в прямокутних екранах розмірами 25X25X50 мм, спаяних з листової міді, латуні або пластинок двостороннього фольгованого склотекстоліти. Внутрішня перегородка має отвір зв'язку розміром 6X12,5 мм. На одній з торцевих стінок закріплені повітряні Конденсатори підлаштування, ротори яких з'єднані з екраном. Котушки резонатора безкаркасні. Вони виконані з посрібленого дроту діаметром 1,5. 2 мм і мають по 6 витків діаметром 15 мм, рівномірно розтягнутих на довжину близько 35 мм. Один висновок котушки припаивается до статора підлаштування конденсатора, інший - до екрану. Відводи до входу і виходу фільтра зроблені від 0,5 витка кожної кагушкі. Смуга пропускання налаштованого фільтра трохи більше 2 МГц, що вносяться втрати обчислюються десятими частками децибели Смугу пропускання фільтра можна регулювати, змінюючи розміри отвору зв'язку і підбираючи положення відводів котушок.
Рис.7. Фільтр на спіральних резонаторах
На більш високочастотних УКВ діапазонах котушку доцільно замінити прямим відрізком проводу або трубки, тоді спіральний резонатор перетворюється в коаксіальний четвертьволновий резонатор, навантажений ємністю Довжину резонатора можна вибрати близько л / 8, а її не вистачає до чверті довжини хвилі довжина компенсується подстроечного ємністю.
В особливо важких умовах прийому на KB діапазонах вхідний контур або фільтр гетеродинного приймача роблять вузькосмуговим, перебудовує. Для отримання високої навантаженої добротності і вузької смуги зв'язок з антеною і між контурами вибирається мінімальної, а для компенсації зрослих втрат застосовується УРЧ на польовому транзисторі. Його ланцюг затвора мало шунтирует контур і майже не знижує його добротності. Біполярні транзистори в УРЧ встановлювати недоцільно через їх низького вхідного опору і значно більшою нелінійності. Схема УРЧ показана на рис.8. Двоконтурний перебудовується смуговий фільтр на його вході забезпечує всю необхідну селективність, тому в ланцюзі стоку транзистора включений неперебудовувані контур L3C9 малої добротності, зашунтірованний резистором R3. Цим резистором підбирають коефіцієнт посилення каскаду. Зважаючи на малу посилення нейтралізації прохідний ємності транзистора не потрібно.
Рис.8. Підсилювач радіочастоти
Контур в ланцюзі стоку можна використовувати і для отримання додаткової селективності, якщо шунтирующий резистор виключити, а для зниження посилення стік транзистора підключити до відведення контурної котушки. Схема такого УРЧ для діапазону 10 м показана на рис.9. Він забезпечує чутливість приймача краще 0,25 мкВ В підсилювачі можна застосувати двозатворного транзистори КП306, КП350 і КП326, що мають малу прохідну ємність, що сприяє стійкості роботи УРЧ з резонансною навантаженням.
Рис.9. УРЧ на двухзатворном транзисторі
Режим транзистора встановлюють підбором резисторів R1 і R3 так, щоб струм, споживаний від джерела живлення, становив 4. 7 мА. Посилення підбирається переміщенням відведення котушки L3 і при повному включенні котушки досягає 20 дБ Контурні котушки L2 і L3 намотані на кільцях К10X6X4 з фериту 30ВЧ і мають по 16 витків дроту ПЕЛШО 0,25. Котушки зв'язку з антеною і змішувачем містять по 3-5 витків такого ж дроту. У підсилювач легко ввести сигнал АРУ, подавши його на другий затвор транзистора. При зниженні потенціалу другого затвора до нуля посилення зменшується на 40. 50 дБ.