Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Прием и обработка сигналов - файл Конспект лекций 03.11.06.doc


Лекции - Прием и обработка сигналов
скачать (1597.1 kb.)

Доступные файлы (1):

Конспект лекций 03.11.06.doc6127kb.03.11.2006 16:48скачать

содержание

Конспект лекций 03.11.06.doc

1   2   3   4   5
нельзя брать слишком малой, это ухудшает фильтрацию высокочастотной составляющей детектированного напряжения, что может привести к самовозбуждению приемника.

Детектор через оказывается дополнительно нагруженным на входное сопротивление УЗЧ. По переменному току звуковой частоты детектор оказывается нагруженным на параллельное сопротивление резисторов Rн и Rвх и его эквивалентная нагрузка равна:



По постоянному току нагрузка детектора – прежняя – . При малых может олказаться , в этом случае амплитуда переменной составляющей тока звуковой частоты может быть больше постоянной составляющей. При этом возникает искажение в виде отсечки нижней части полуволны тока (рис. 3). Амплитуды .




Рис. 3 (Отсечка тока в детекторе). Искажения в детекторе при малом входном сопротивлении УЗЧ.


В приемниках импульсных сигналов различают виды модуляции:

АИМ – амплитудно-импульсная модуляция,

ЧИМ – частотно-импульсная модуляция,

ФИМ – фазоимпульсная модуляция,

ШИМ – широтно-импульсная модуляция.

Обычно они преобразуются в АИМ, что упрощает их детектирование. При этом входным сигналом для детектирования является последовательность АМ импульсов. Детектирование АМ радиоимпульсов может быть одно - и двухкратным. Однократное детектирование производится с помощью пиковых детекторов. Пиковыми называют детекторы радио и видеоимпульсов, напряжение на выходе которых пропорционально амплитуде или пиковому значению импульса. На первой стадии двукратного детектирования радиоимпульсы преобразуются в видеоимпульсы форма которых повторяет огибающую отдельных радиоимпульсов. Такое преобразование осуществляется с помощью детекторов, называемых импульсными (рис. 7). Вторая стадия двухкратного детектирования состоит в пиковом детектировании полученных видеоимпульсов (рис. 4).



Рис. 4 Детектирование радиоимпульсов.


В импульсном детекторе из-за влияния инерционности цепи нагрузки выходное напряжение будет повторять форму огибающей с искажениями (рис. 5).





Рис. 5 Искажение огибающей радиоимпульса при детектировании.


Задача для импульсного детектора – выбор параметров схемы, обеспечивающих минимальное искажение формы огибающей. Для этого необходимо выбрать минимальные емкость и сопротивление нагрузки, т.е. уменьшить инерционность нагрузки. Но выбор емкости С ограничен снизу требованием фильтрации напряжения промежуточной частоты, т.к. при уменьшении емкости увеличивается ее реактивное сопротивление и снижается фильтрация промежуточной частоты, т.е. выбор емкости ограничен и сверху и снизу. На практике выбирают, где – период колебаний промежуточной частоты. При пиковом детектировании радиоимпульсов выделяется огибающая последовательности радиоимпульсов, т.е. необходимо, чтобы конденсатор не успевал заметно разрядиться за время между импульсами, для этого должно выполняться условие:

, при , где Т – период следования радиоимпульсов

или (Рис.6)




Рис. 6 Пиковое детектирование последовательности радиоимпульсов.




Рис. 7 Схема импульсного детектора.

; или , .

При невыполнении этого условия наступает (сказывается) инерционность детектора.

Схема пикового детектора (рис. 8) работает на второй стадии двукратного детектирования. На ее вход подается последовательность отрицательных модулированных видеоимпульсов. Применяется параллельный детектор, т.к. он не шунтирует УПЧ и включен параллельно нагрузке широкополосного усилителя. Заряд емкости происходит через сопротивление стока и малое сопротивление диода, когда транзистор закрыт. Транзистор закрыт при поступлении отрицательных импульсов на затвор. При отсутствии отрицательных импульсов транзистор открыт, и емкость медленно разряжается через транзистор и сопротивление нагрузки и повторяет форму огибающей (при условии правильного выбора параметров схемы).



Рис. 8 Схема пикового детектора


Частотные детекторы

Частотные детекторы (ЧД) применяются в приемниках ЧМ - колебаний для преобразования ВЧ - колебания, модулированного по частоте, в напряжение, изменяющееся по закону низкочастотного модулирующего сигнала. Кроме того, ЧД широко применяются в системах АПЧ (автоматической подстройки частоты).

Различают:

частотно-амплитудные детекторы,

частотно-фазовые детекторы,

частотно-импульсные детекторы.

Детекторная характеристика ЧД (рис. 1) - это зависимость НЧ - напряжения в нагрузке от частоты входного сигнала. Диапазон частот, в пределах которого детекторная характеристика линейна, соответствует полосе пропускания ЧД.




Рис. 1 Детекторная характеристика ЧД.


В частотно-амплитудных детекторах ЧМ колебание преобразуется в частотно-амплитудно модулированное (ЧАМ), а затем детектируется обычным амплитудным детектором. Наиболее просто ЧМ-колебания преобразуются в ЧАМ с помощью одиночного контура, расстроенного относительно средней частоты ЧМ-колебаний, которая обычно в приемнике являются промежуточной, но ЧД с одиночным расстроенным контуром практически не находит применения, т.к. полоса пропускания такого детектора очень мала и детектирование сигналов с широким спектром сопровождается большими искажениями.

Повысить линейность детекторной характеристики, расширить полосу пропускания и уменьшить искажения позволяет ЧД с двумя взаимно расстроенными контурами (рис. 2). Такой детектор называется балансным. Резонансный контур L1C1 имеет резонансную частоту выше промежуточной на Δf , а контур L2C2 – ниже промежуточной на Δf. Нагрузки детекторов , включены встречно. Входные напряжения на диодах VD1 и VD2 противоположны по знаку. В результате суммирования выходных напряжений отдельных детекторов формируется детекторная характеристика, которая проходит через нуль при частоте, равной промежуточной. Увеличение протяженности детекторной характеристики и повышения ее линейности при встречном включении нагрузок двух отдельных детекторов, составляющих общий детектор, применяется и в других видах детекторов, например – фазовых.





Рис. 2 а) Балансный частотный детектор.





Рис. 2 б) Детекторная характеристика балансногоЧД.


Фазовые детекторы (ФД)

В устройствах для приема сигналов с фазовой модуляцией, в системах с фазовой автоподстройкой частоты и в других автоматических устройствах необходимо получать напряжение, амплитуда которого определяется сдвигом фаз между двумя колебаниями. Получить такое напряжение можно с помощью фазовых детекторов (ФД). Важнейшей характеристикой ФД является детекторная характеристика. Это зависимость амплитуды выходного напряжения от разности фаз между напряжением сигнала и опорным напряжением (). Опорное напряжение имеет постоянную фазу, относительно которой считывается фаза сигнала.

В простейшем ФД (рис. 1) напряжение сигнала и опорное напряжение последовательно складываются, и сумма напряжений подается в амплитудный детектор. Суммарное напряжение оказывается промодулированным по амплитуде по закону фазовой модуляции сигнала:

(1)

Амплитудно-модулированное напряжение детектируется амплитудным детектором. Детекторная характеристика описывается выражением:

(2)

где– коэффициент передачи амплитудного детектора.



а) б)

Рис. 1 Простейший ФД (фазовый детектор) и его детекторная характеристика.


Недостатки простейшего ФД:

- линейный участок детекторной характеристики – только вблизи 90° и 270° (рис. 1 б)).

- характеристика не проходит через 0 при изменении фазы, что не дает возможности применять такой ФД в системах АПЧ.

Для того чтобы расширить линейный участок детекторной характеристики и сделать его симметричным относительно отклонения фазы применяют балансный ФД (рис. 2 а).






Рис. 2 Балансный ФД и его детекторная характеристика.


Напряжение сигнала подводится к диодам VD1 и VD2 в противофазе, а опорное напряжение подводится к диодам синфазно. Детекторная характеристика проходит через 0 при φ = 90˚ и

φ = 270˚ (рис. 2 б)). Полярность выходного напряжения зависит от знака отклонения фазы φ (рис. 3 а, б, в).






а) б) в)


Рис. 3 Фазовая характеристика балансного ФД.


Фазовые детекторы могут быть еще и кольцевыми.


Автоматические системы регулирования в РПУ


Системы АРУ (автоматической регулировки усиления)

Для обеспечения приема сигналов с широким динамическим диапазоном, а также для сохранения постоянства уровня выходного сигнала одной станции в приемнике необходимо предусмотреть регулировку усиления, которая может быть ручной (РРУ) и автоматической (АРУ). РРУ целесообразна лишь при медленных изменениях уровня сигнала, АРУ – при быстрых изменениях уровня сигнала.

В приемниках применяют одновременно обе регулировки (и РРУ и АРУ). Чем ближе расположен регулятор усиления ко входу приемника, тем больше каскадов работает без перегрузок, в линейном режиме с минимальным коэффициентом шума. Поэтому регулятор усиления, в первую очередь АРУ, отрабатывающий как медленное так и быстрое изменение уровня сигнала стремятся расположить в ВЧ-тракте, как можно ближе ко входу приемника. РРУ осуществляется как в ВЧ-тракте, так и в НЧ-тракте. Способы регулировки усиления при РРУ и АРУ следующие:

1 – Изменение крутизны усилительных приборов,

2 – Изменение коэффициента передачи специальных делителей напряжения и глубины отрицательной обратной связи.

Эти регулировки в неменьшей степени влияют на другие параметры приемника. С целью поддержания выходного сигнала на заданном уровне при быстрых и больших изменениях входного сигнала применяются АРУ, которая осуществляется путем автоматического изменения коэффициента усиления. Зависимость коэффициента усиления каскада, охваченного АРУ, от регулировочного напряжения называется регулировочной характеристикой (рис. 1).





Рис. 1 Регулировочная характеристика АРУ.


Изменение коэффициента усиления при изменении регулировочного напряжения на 1 В называется чувствительностью регулировки. Совокупность каскадов приемника, охваченных АРУ, называется системой АРУ. Различают три основные системы АРУ:

1 – Система обратного регулирования (рис. 2).

В ней напряжение сигнала, подлежащее регулировке, снимается с выхода УПЧ и через выпрямитель АРУ (детектор и фильтр АРУ) воздействует на УРЧ, смеситель (См) и УПЧ, изменяя их коэффициент усиления. Все элементы системы АРУ образуют замкнутое кольцо обратной связи.



Рис. 2 Система обратного регулирования.


2 – Система прямого регулирования (без рисунка).

Регулирующее напряжение формируется выпрямителем АРУ и воздействует на УРЧ, См и УПЧ приемника, изменяя их коэффициент усиления. Замкнутого кольца обратной связи здесь не образуется. Такая система содержит усилитель АРУ. При малых сигналах он нужен, а при больших - перегружается, и возникают искажения. Поэтому такая система применяется редко.

3 – Комбинированная система АРУ (рис. 3).

Она содержит как систему прямого, так и обратного регулирования.



Рис. 3 Комбинированная система АРУ.


В зависимости от уровня сигнала, при котором начинается регулированное усиление, различают системы АРУ без задержки, с задержкой и бесшумное АРУ (рис. 4).




а) без АРУ б) с простой АРУ в) АРУ с задержкой г) АРУ с бесшумной

задержкой

Рис. 4 Амплитудные характеристики приемников.


В системах АРУ без задержки (простая АРУ) регулирование усиления происходит во всем динамическом диапазоне принимаемых сигналов. При малых сигналах ограничивать усиление, а значит снижать уровень выходного сигнала нецелесообразно. В этом случае применяют АРУ с задержкой, в которой регулирование усиления начинается лишь с некоторого уровня входного сигнала, называемого порогом срабатывания АРУ ( на рис. 4 в). До достижения порога срабатывания усиление происходит без регулирования. В процессе перестройки РПУ с одной станции на другую, когда полезный сигнал на входе отсутствует, приемник усиливает собственные шумы и помехи. Поэтому систему АРУ модернизируют так, что при сигнале, меньшем, чем чувствительность приемника усилительный тракт запирался системой АРУ (бесшумная АРУ). В этом случае настройка РПУ будет бесшумной, и АРУ в этом случае называют бесшумным. Для исключения опасности самовозбуждения система АРУ использует однозвенные RC-фильтры. Переходный процесс в них носит апериодический характер. В случае использования детектора АРУ основного детектора приемника возникает противоречие между требованиями к фильтру основного детектора и к фильтру детектора АРУ. Поэтому постоянная времени фильтра детектора АРУ (τ = RC) выбирается значительно больше максимального периода модуляции сигнала. При совмещении функций основного детектора с функциями детектора АРУ предусматривают раздельные фильтрующие цепи для основного сигнала и для системы АРУ (рис. 5).



Рис. 5 Пример схемы с совмещенными детекторами сигнала и АРУ.


Параметры элементов выбираются в соответствии с условием безинерционности амплитудных детекторов. Постоянная времени фильтра АРУ должна соответствовать условию:

.

Но постоянная времени АРУ ограничена сверху максимальным периодом затухания сигнала, это значит, что .

Практически постоянную времени фильтра АРУ выбирают для радиовещательных РПУ в пределах В схеме АРУ с задержкой (рис. 6) регулирование коэффициента усиления УПЧ будет происходить лишь после того, как регулировочное напряжение превысит напряжение стабилизации стабилитрона VD2. До этого момента регулировочное напряжение равно 0. После открытия стабилитрона регулировочное напряжение будет равно разности напряжений на выходе фильтра АРУ и напряжения стабилизации стабилитрона :





Рис. 6 Схема АРУ с задержкой.


Напряжение стабилизации стабилитрона должно соответствовать требуемому напряжению задержки. В рассмотренной схеме резистор R необходим для обеспечения режима работы стабилитрона VD2. Остальные элементы выполняют свои обычные функции. В простых схемах АРУ, где не предъявляются жесткие требования к напряжению задержки и его стабильности вместо стабилитрона можно использовать кремниевый диод, поскольку он открывается лишь после того, как напряжение на нем превысит 0.05 – 0.15 В. Это напряжение и будет напряжением задержки.

Регулировка коэффициента усиления усилителей часто осуществляется изменением крутизны усиления усилительных приборов. Один из вариантов такой АРУ в транзисторном приёмнике показан на рис. 7. Регулировка усиления в таких схемах достигается изменением крутизны усиления транзисторов VT1 и VT2, на которых собраны два каскада УПЧ, изменением режимов работы этих транзисторов. На транзисторе VT3 собран коллекторный детектор АРУ, нагрузкой которого является цепочка R10Cl0, a элементы R13C11 выполняют функции фильтра АРУ.

Исходное напряжение смещения и термостабилизации транзисторов VTl и VT2 обеспечивается делителями напряжения соответственно R10R13R3R1R2R4 и R10R13R7R5R6R8. Подачей отрицательного напряжения смещения на эмиттер транзистора VT3 обеспечивается режим работы АРУ с задержкой. Это объясняется тем, что детектор АРУ будет закрыт, пока напряжение на базе транзистора ,VT3 не превысит порога срабатывания, определяемого напряжением на резисторе в цепи эмиттера R11. Как только напряжение превысит порог срабатывания системы АРУ, транзистор VT3 откроется и напряжение на его коллекторе снизится. Это приведёт к уменьшению токов в делителях R13R3R1R2 и R13R7R5R6, которые задают базовые токи транзисторов VT1 и VT2, что, в свою очередь, снизится их коэффициент усиления. Чем больше выходное напряжение , тем в большей степени открывается транзистор VT3, тем больше уменьшаются токи делителей и коэффициенты усиления транзисторов VT1 и VT2.

Изменение базовых токов транзисторов VT1 и VT2 при действии системы АРУ приводит к изменению токов эмиттеров этих транзисторов и соответственно к изменению падении напряжении на резисторах R4 и R8. Характер этих изменений напряжения таков, что они противодействуют причине, их вызывающей, то есть снижают эффективность действия АРУ. Резисторы в цепи эмиттера R4 и R8 являются элементами термостабилизации транзисторов VT1 и VT2. Поэтому, там, где это возможно, с целью подавления снижения эффективности действия АРУ в каскадах УПЧ, охваченных АРУ, термостабилизация не применяется.

Резистор R3 и конденсатор С1, а также резистор R7 и конденсатор С5 образуют фильтры, предотвращающие взаимное влияние каскадов УПЧ. Остальные элементы схемы выполняют свои обычные функции.

На рис. 8 представлена схема АРУ с управляемым делителем напряжения. На этой схеме управляемый делитель напряжения образован сопротивлением диода VD1 и входным сопротивлением второго каскада УПЧ на транзисторе VT2 (первый каскад УПЧ собран на транзисторе VT1). Регулирующее напряжение снимается с детектора АРУ на диоде VD2 и усиливается усилителем постоянного тока на транзисторе VT3. Детектор АРУ является последовательным диодным детектором с нагрузкой,


В исходном состоянии диод VD1 полностью открыт напряжением, формируемым делителем R18R12R8R7R6R5 и коэффициент передачи управляемого делителя максимален. Как только выходное напряжение превысит порог срабатывания системы АРУ, диод VD2 откроется, и напряжение нагрузки с детектора АРУ через резистор R16 поступит на базу транзистора VT3, закрывая его. Это приведёт к росту отрицательного напряжения на коллекторе транзистора VT3, которое, будучи поданным через резисторы R12 и R8 на анод диода VD1, закроет диод, увеличив его сопротивление и тем самым, уменьшив коэффициент передачи управляемого делителя. Фильтр АРУ в этой схеме состоит из цепочек R15R16C11C12 и R12C7. Остальные элементы схемы выполняют свои обычные функции.




Рис.7 Схема АРУ с изменением крутизны усиления транзисторов.



Рис. 8 Схем АРУ с управляемыми делите­лями напряжения.


Автоматическая подстройка частоты (АПЧ)


Принцип действия и виды систем АПЧ

АПЧ должна обеспечивать требуемую точность настройки РПУ при воздействии дестабилизирующих факторов. Случайные изменения частоты гетеродина приводят к изменению промежуточной частоты .

Поэтому задача АПЧ сводится к подстройке частоты гетеродина для точного соответствия промежуточной частоты частоте, на которую настроен тракт ПЧ. Для АПЧ вводится специальная цепь АПЧ (рис. 1), состоящая из измерительного элемента (ИЭ), фильтра (Ф) и регулятора частоты (РЧ).



Рис. 1 Цепь АПЧ.


Измерительный элемент вырабатывает напряжение регулировки. В зависимости от вида ИЭ различают частотные и фазовые системы АПЧ. В системах с частотной АПЧ измерительный элемент оценивает отклонение частоты напряжения на входе цепи АПЧ от эталонного значения. В качестве ИЭ используется частотный детектор.

В системах фазовой АПЧ в качестве ИЭ используется фазовый детектор, оценивающий отклонение фазы напряжения на входе цепи АПЧ от фазы эталонного (опорного) напряжения. Фильтр в цепи АПЧ по аналогии с фильтром АРУ не пропускает быстрых изменений напряжения, а пропускает лишь медленное изменение напряжения, связанное с уходом частоты гетеродина. Регулятор частоты (РЧ) обеспечивает подстройку частоты гетеродина. В зависимости от точки, к которой в цепях приемника подключена цепь АПЧ, различают два вида устройств АПЧ. Устройство АПЧ, поддерживающее постоянной промежуточную частоту приведено на рис. 2.



Рис. 2 Разностная АПЧ.


Поскольку ПЧ равна разности частот гетеродина и сигнала такие устройства АПЧ называют разностными. В этом устройстве цепь АПЧ подключается к выходу УПЧ приемника (рис. 2). При появлении отклонения ПЧ от номинального значения вырабатывается напряжение, которое подстраивает частоту гетеродина. Устройство разностной АПЧ работоспособно только при наличии на входе приемника сигнала. В этом случае АПЧ обеспечивает подстройку приемника, как при изменении частоты гетеродина, так и при изменении частоты сигнала в передатчике.

Двухканальная система разностной частоты (рис. 3) применима при расположении передатчика рядом с приемником, что характерно, например для РЛС.

1   2   3   4   5



Скачать файл (1597.1 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации