Otázka č.12 - Přijímače AM: Blokové schéma AM přijímače

Transkript

1 Otázka č.12 - Přjímače AM: Blokové schéma AM přjímače vstupní vf laděný předzeslovač směšovač M vícestupňový mf zeslovač demodulátor zes. vf osclátor soustředěná mf selektvta preselektor řízení vf a mf ctlvost AVC kmtočtový konvertor mf část (obdoba přjímačů s přímým zesílením) vf předzeslovač: Základní smyslem je: 1) zvýšení vstupní selektvty, vf ctlvost přjímače a je šumového čísla (poměr S/N). 2) umožnění účnné regulace ctlvost (AVC) před vstupem sgnálu na směšovač. 3) Případné potlačování vyzařování osclátoru do antény zvláště př adtvním směšování. Prot těmto vlastnostem stojí těžko splntelný požadavek dokonalé lnearty předzeslovače za všech pracovních podmínek. Vlvem nedokonalé vstupní selektvty a nezbytnému šrokému rozsahu dynamky regulace AVC dochází př velkých vstupních sgnálech uplatněním nejen nelnearty k tvarovému zkreslení, ale nežádoucímu paraztnímu směšování všech vstupních sgnálů prošlých na vstup směšovače. Důsledkem jsou např. ntermodulační zkreslení a křížová modulace. Př klascké regulac zsku AVC se nejčastěj řídí strmost aktvního prvku ovládáním strmost g m řízením kolektorového proudu I c. Z tohoto hledska jsou nejvhodnější tranzstory MOS. Ve strukturách IO se používají složtějš řešení, jedním z nch je ovládaní kaskáda SC-SB. První stupeň pracuje jako emtorový sledovač Lc2 s relatvně vysokým R vst a A U = 1. Druhý +Un stupeň v zapojení SB s nízkým R vst směšovač předchozího stupně vhodně navazuje na nízký R výst předchozího stupně. Kapacty C BC se an SC SB v jednom stupn z hledska zpětného přenosu Lc1 neuplatní, celkové A U je vysoké př mnmální T1 T2 hodnotě řízeného vazebního odporu. Zsk je řízený možno řídt změnou přenosu mez oběma stupn v šrokém rozsahu a to teoretcky bez útlum Re1 Re2 ovlvnění pracovního režmu obou tranzstorů a tedy př zachování vysoké lnearty přenosu. Cv Podmínkou je lnearta řízeného útlumového odporu. Kaskáda CS-SB s řízeným zske ovládaným regulačním napětím U AVC může vznknout náhradou útlumového odporu dvojcí

2 T1 Re1 I1 I2 R T2 Re2 běžných dod, jejchž dynamcké odpory jsou proudově řízeny shodným protékajícím DC proudy. Stejný způsob se používá př řízení zsku vícestupňových mezfrekvenčních zeslovačů (OI). S výhodou se používají PIN dody. R>>Re = UAVC Směšovače: Ideální měnč kmtočtu je lneární systém s proměnným přenosem, řízeným okamžtou ampltudou osclátorové njekce. Směšovač transponuje vstupní vf sgnál z lbovolné kmtočtové polohy v přelaďovaném pásmu na defnovaný mezfrekvenční kmtočet beze změny ormačního obsahu (obálka, zdvh). Úplný směšovač je tvořen: 1) vlastím směšovací obvodem 2) osclátorem harmonckého průběhu 3) selektvním mf fltrem V prax je žádoucí selektvní vstupní obvod. Adtvní (součtový) směšovač: Uvst Uosc FA = - fvst 5p Umf 10n 5k6 2k7 Vždy se jedná o využtí nelnearty aktvního nebo pasvního prvku, na který je přváděn součet vstupního a osclátorového sgnálu.vlvem nelnearty konverzního prvku vznkají součtové a rozdílové složky obou vstupních sgnálů, ale jejch harmonckých (nežádoucí!). 2k2 10n 1. mf fltr +Un 68n 1. stupeň mf zeslovače Cp (padng) Krátká přblžně exponencální převodní charakterstka bpolárního tranzstoru znamená nemožnost řízení vf ctlvost napětím AVC a je zdrojem paraztních směšovacích produktů a příjmů, umocňovaných nedokonalou vstupní selektvtou. S K = f(u osc + u vst ) U osc > U vst Multplkatvní směšovač s dvouhradlovým MOS FETem: Uvst Ln. Umf Zásadní rozdíl vůč adtvnímu spočívá v tom, že konverzní prvek může být teoretcky naprosto lneární a tedy produkovat mnmum nežádoucích směšovacích produktů. Uosc = - fvst f f f f

3 mf odlaďovač Dlouhá přblžně kvadratcká charakterstka FETu se blíží požadavkům na lneární multplkatvní směšovač s mnmem paraztních produktů. Vysoký vstupní odpor hradla umožňuje přímou vazbu na vstupní LC obvod. Je užt externí osclátor s relatvně vysokou ampltudou kmtů. Na anténním vstupu je zařazen mf odlaďovač, anténní vazba je nduktvní. U obou typů směšovačů lze jako mf kmtočet využívat jak rozdílovou, tak součtovou složku. ad 2) f vst vst. LC obvod S K = f(uosc) G1 G2 MOS (100k) Rs Cb Cb 1. mf fltr +Un na 1. stupeň mf zeslovače Dodové směšovače: 1) jednoduchý dodový směšovač 2) vyvážený dvou dodový směšovač potlačuje f osc na mf výstupu 3) dvojtě vyvážený směšovač (kruhový modulátor) čtyř dody potlačuje f vst f osc použtí u profesonálních komunkačních přjímačů pro vysoký přípustný dynamcký rozsah vstupních sgnálů nízká strmost je kompenzována v obvodech preselektoru nebo mf zeslovače D2 D1 f osc >> fvst a) př U osc = 0 dody D1, D2 jsou pro vstupní sgnál U vst střídavě vodvé, sgnál tedy prochází na výstup a není potlačen b) př U vst = 0 jsou pro njekc U osc obě dody vodvé, díky symetr transformátoru kmtočet f osc na výstup neprochází. c) Vlvem součtu okamžtých hodnot u osc(t) a u vst(t) na sekundáru Tr1 se mění dynamcký odpor dod (r D1 r D2 ), dochází k rozvážení symetre, prmárním sekcem Tr2 tečou různé proudy a směšovač pracuje s potlačeným f osc. Zapojení tedy potlačuje osclátorový kmtočet f osc, pokud však výstupní obvod není řešen selektvní, tak vstupní sgnál f vst na výstup prochází v každém případě. ad 3) Tr1 D2 Tr2 Zapojení potlačuje ve vyváženém stavu pronkání obou vstupních sgnálů do výstupního obvodu. V rozváženém stavu vznkají na výstupu pouze dvě postranní pásma. Musí D4 D1 být dodržena dokonalá symetre sekcí Tr1 a Tr2 a čtveřce f vst D1-D4 (germánové, schotky s U AK a r dyn 0). a) U vst = 0 př ± U osc na svorkách f osc tečou stejné proudy D3 oběma dodam D1, D3 a D2, D4 oběma symetrckým sekcem transformátorů. Magnetcké toky Tr2 se vzájemně ruší, na výstupu není žádný sgnál, nosná je potlačena. b) U osc = 0 dynamcké odpory obou dodových dvojc D1, D2 a D3, D4 tvoří pro vstupní sgnál U vst zkrat a tento sgnál je na výstupu Tr2 potlačen. c) Jsou-l přvedeny současně oba vstupní sgnály, poruší se rovnováha systému protože k napětí u osc(t) se na obou sekcích sekundárního vynutí Tr1 přčítají okamžté hodnoty

4 ± u vst(t), dodovým dvojcem tečou různé proudy a na sekundáru Tr2 vznká jako výsledný produkt AM sgnál s potlačenou nosnou. Heterodynní směšování: fvst SM OSC f vst +- f vst - SM fvst obvod rekonstrukce synchronního nosného kmtočtu selektvta f selektvta f Př takovém směšován, kdy kmtočet osclátoru je roven přjímané nosné, tj. f osc = f vst (bez modulace) je rozdílovým směšovacím produktem přímo nemodulovaná složka sgnálu. Potom odpadá potřeba složtého a náročného mf zeslovače, který je nahrazen selektvní dolní propustí a jednoduchým zeslovačem s vysokým zskem. V současné době se nejvíce používá zdokonalená varanta, označovaná synchronní detektor, která umožňuje současnou AM a PHM demodulac. Mf zeslovač: Z výstupu směšovače přchází kmtočtově konvertovaný sgnál a nedostatečnou selektvtou na vstupu mf zeslovače. Protože mf zeslovač je narozdíl od vstupního LC obvodu naladěn pevně, jeho přenosová charakterstka se nemění. Mf zeslovač určuje výslednou mf ctlvost a mf selektvtu celého přjímače. Základní požadavky: 1) vysoký dosažtelný A U (60 až 90 db) př mnmálním přípustném zkreslení a omezení sgnálu a př šrokém rozsahu regulace ctlvost AVC. 2) a) odpovídající tvarová mf selektvta (potlačení sousedních kanálů) b) rovnoměrný přenos (p, φ) v propustné část mf charakterstky U více stupňových mf zeslovačů se užívají dvě základní metody zajštění selektvty. 1) Kaskáda pásmových fltrů: Jednotlvé fltry LC zajšťují vazbu mez stupn zeslovače a selektvta tedy postupně narůstá. U AM přjímačů jsou jednotlvé fltry řešeny s mírně nadkrtckou vazbou, kq 1 Nedostatky: Pracná výroba a slaďování cívky, dlouhodobá nestablta, nízká odolnost zeslovače vůč křížové modulac. usek Přenosovou funkc pásmového fltru charakterzuje tzv tranztvní mpedance Z T =. Ta prm platí a je defnována př deálním proudovém buzení prmární sekce ( R =, R Z = ) a nezatíženém sekundárním obvodu. Náhradní schéma skutečného fltru proto musí kvůl defnc čntele vazby ( Q = k Q EFprm + QEFsek ) zahrnout náhradní odpory, resp. vodvost skutečného budícího a zatěžovacího obvodu (např. u 1 1 R Q1 Q2 R3 y 11 R z =nekonečno tranzstorů R = a R Z = ). y22 y21 Tranztní mpedance: Z T fltru s přenosovou admtancí y 21 aktvního prvku společně určují napěťové zesílení

5 jednoho stupně. Sekundární napětí je na rezonančním kmtočtu vůč prmárnímu zpožděno o 90. 2) Soustředěná mf selektvta: Jadný jakostní pásmový fltr vyššího řádu s vysokou tvarovou selektvtou je umístěn mez výstup směšovače a vstup 1. mf stupně. Nedostatky př klasckém LC řešení: Složtost návrhu, pracnost výroby, montážní prostor,paraztní vazby, obtížné slaďování, vložený útlum zhoršující poměr S/N přjímače. Řešením jsou u radových přjímačů pezokeramcké monoltcké fltry. Pro zvýšení tvarové selektvty se užívají tyto fltry jako více stupňové (bltcké) s kombnovanou elektromechanckou vzájemnou vazbou. Důležté je správné admtanční přzpůsobení vstupu a výstupu fltru. Pro větší poměrné šíře pásma se používají fltry s tzv. povrchovou vlnou, pro podstatně menší šíře pásma s výbrusy křemenných krstalů. fvst SM soustředěná mf selektvta mf zes. IO doplňková mf selektvta na výstupu demodulátor AM regulace zesílení TAVC Demodulátory: 1) Sérový detektor: R D vf R Uvýst R1 C1 C Tn Ureg TAVC R vst = 1/2R1 T/2 2) Paralelní detektor: vf R C1 R D R1 C Ureg T AVC R vst = 1/3R1 ss složka U1m 2U1m Tn u2 V přjímačích AM se nejčastěj používá detektor sérový. U něj se odříznutím jedné polarty sgnálu a fltrací zbylého výstupního průběhu s vybíjecí časovou konstantou 1 R1C 1 obnovuje původní modulační sgnál s jednou vyjímkou: obsahuje DC 2τ f MODMAX

6 složku, úměrnou úrovn původního sgnálu a vstupu demodulátoru. Tato složka se odstraňuje automatcky vazební kapactou navazujícího zeslovače. Členy R, C v obou zapojeních fltrují zbytky mf nosné superponované na demodulovaném sgnálu. Detekční dody se obvykle volí germanové hrotové s nízkou kapactou C AK a napětím v propustném směru U AK = 0,2V. V některých aplkacích se používají aktvní demodulátory, funkc dody potom přebírá tranzstor ve vhodném režmu nebo složtější struktura. Klascký pasvní AM demodulátor je nelneární systém. Automatcké vyrovnávání ctlvost: Regulační stejnosměrné napětí je odvozováno ntegračním členem (Τ = 0,2s)ze stejnosměrné složky demodulovaného sgnálu na výstupu AM demodulátoru (nebo pomocného ampltudového detektoru u přjímačů FM). Zatímco přímé AVC řídí pouze zsk mf zeslovače, u jakostních přjímačů s preselektorem se užívá doplňkové zpožděné AVC pro řízení zsku zeslovače. Důvodem je optmalzace šumových poměrů př zpracování velm slabých vstupních sgnálů. S-metr: Indkátor ntenzty pole přjímané stance. Pro dostatečný rozsah a rozlšení by měl mít logartmcký průběh. Nejčastější, zjednodušená řešení využívají k vyhodnocení regulačního napětí AVC.