Радиоқабылдағыштардың кіріс тізбектері

ҚАБЫЛДАҒЫШТАРДЫҢ НЕГІЗГІ ҚҰРЫЛҒЫЛАРЫ

Радиоқабылдағыштардың кіріс тізбектері

Кіріс тізбегі – антеннаны бірінші каскадпен байланыстыратын радиоқабылдағыштың бөлігі. Кіріс тізбек антенна қабылдаған сигналдарды өзінің таңдайшылық (іріктеушілік) қасиеті арқылы пайдалы сигналды анықтайды, бөгеулер әсерін азайтады, пайдалы сигналды күшейтуге (әлсіретуге) мүмкіндік береді.

Қабылдағыштар белгіленген жиілік диапазонында жұмыс істейді. Бұл жағдайда антенна ешқандай таратушыға бағытталып орнатылмайды. Бұндай антеннаның шығыс кедергісі комплексті болады: немесе активті-сыйымдылықты, активті-индуктивті. Бұл антенна орнатылмаған деп аталады.

Профессионалды қабылдағыштарда антенна таратушының жиілігіне бағытталып орнатыладыоның шығыс кедергісі активті болады. Бұл антенна орнатылған деп аталады.

Орнатылмаған антеннамен жұмыс істегенде кіріс тізбектің негізгі көрсеткіші болып берілу коэффициенті, айналық және тікелей арнаны іріктеуі табылады.

Орнатылған антеннамен жұмыс істегенде кіріс тізбектің негізгі көрсеткіші болып максималды берілу коэффициенті және шуыл коэффициенті табылады.

Орнатылмаған антенна кіріс тізбектің контурына реактивтілік беретіндіктен, бұл құраманы азайту үшін байланыс реактивті элементтері С және L қолданады.

Кіріс тізбектің негізгі көрсеткіштері

Кіріс тізбектің негізгі көрсеткіштері радиоқабылдағыш жұмыс істейтін антеннаның типіне байланысты болады. Резонанстық контурлар санына байланысты кіріс тізбек: бірконтурлы, екіконтурлы және көпконтурлы болып бөлінеді. Кіріс тізбек тек бір жиілікке орнатылуы мүмкін. Антеннамен байланысу тәсілі бойынша: сыйымдылықты, индуктивті, автрансформаторлы, комбинирленген. Антеннаның кіріс тізбектің тербеліс жүйесіне әсерін азайту үшін реактивті элементтер қолданылады.

Кіріс тізбектің таңдаушылығы резонанс жүйесінің формасымен анықталады. Егер кіріс тізбек жалғыз тербелмелі контурдан түрінде болса, онда шығыс кернеудің кіріс кернеу тұрақты амплитуда болғандағы жиіліктің өзгеруімен анықталатын амплитудалы-жиіліктік сипаттама резонанстық сипаттама деп аталады:

мұнда: dэ – параллель контурдың эквивалентті өшуі.

мұнда: Lk – контур катушкасының индуктивтілігі;

                 ω0 – контурдың өзіндік жиілігі;

                 gk – контурдың активті өткізгіштігі;

                  gk1kac – қабылдағыштың бірінші каскадының активті өткізгіштігі;

                  m – қосылу коэффициенті, бірінші каскад әсерін азайтуға мүмкіндік береді.

Айналық арнаның таңдаушылығын резонанстық жиіліктегі кернеудің айналық жиіліктегі кернеуге қатынасымен анықтайды:

Берілу коэффициенті – бірінші каскадтағы кіріс кернеудің ЭҚК ке қатынасы, Еа  эквивалентті сезімталдық.

Беріліс коэффициенті кіріс тізбектің антеннаға қосылу тәсіліне байланысты болады. Егер сыйымдылықты схемамен байланысса:

Ссв – байланыс сыйымдылығы.

Егер индуктивті схемамен байланысса:

мұнда: Ксв – катушкалар арасындағы байланыс коэффициенті;

                 ωа – антенналық контурдың өзіндік жиілігі.

Бұл формулалардан беріліс коэффициенті қабылданған сигналдың жиілігіне байланысты екенін көреміз.

ҚАБЫЛДАҒЫШ ҚҰРЫЛҒЫЛАРДЫҢ НЕГІЗГІ СИПАТТАМАЛАРЫ

Радиоқабылдағыш құрылғылардың сезімталдығы

Сезімталдық – қабылдағыштың әлссіз сигналдарды қабылдау қабілетін көрсетеді. Сезімталдықты Еа (мкВ) әдетте ЭҚК ең кішкене мәнімен бағаланады немесе оны бөгеуіліктермен бұрмалауға болмайтын сигналдың нормалды қайта қалпына келтірілуі бар тұрақты қабылдау мүмкін болатын антеннадағы радиосигналдың қуатымен бағаланады. 

         Қабылдағыштар сезімталдығы олардың арналуына қарай үлкен шектерде өзгереді. Осылай, радиохабар тарту қабылдағыштарының сезімталдығы сапа класына байланысты  50....300 мкВ аралығында жатыр. Радиолокациялық қабылдағыштардың  сезімталдығы   мәні шамамен 10-12...10-15 Вт.  Феррит антеннасы бар қабылдағыштар үшін өріс кернеулігі бойынша сезімталдық түсінігі пайдаланылады. Оның мәні 0,3 тен 5 мВ/м –ге дейін.

              Еа неғұрлым аз болған сайын сезімталдық соғұрлым жоғары болады. Қабылдағыш құрылғының сезімталдығы шығыс кернеудің К0 күшейту коэффициентімен  байланысты. К0 неғұрлым жоғары болған сайын сезімталдық та соғұрлым жоғары болады. Бірақ сезімталдық шуылдармен шектеледі яғни қабылдағыштың күшейткішін өсіргенде сигналдың шығыс кернеуімен қоса оның шуылы да қоса өседі.

              Жиіліктік модуляцияланған қабылдағыштарда негізгі бөгеу ішкі шум болып табылады. Бұл қабылдағыштардың сезімталдығын көбейт үшін олардың ішкі шуылын азайту қажет.

Радиоқабылдағыш құрылғының таңдаушылығы (іріктеушілігі)

Радиоқабылдағыш құрылғының таңдаушылығы (іріктеушілігі) деп жиілік бойынша ерекшеленетін әртүрлі сигналдардан қабылданатын станцияның сигналын бөліп алу қабілетін айтады. Сигналдың негізгі белгісі жиілігі болып табылады.

         Жиілік бойынша жақын бөтен сигналдардың, яғни көрші жиіліктік арнаның, бөгеуліктерін әлсірету үлкен қиындық тудыратыны белгілі.  Сондықтан қабылдағыштың сапасын бағалағанда әрқашан оныңкөрші арна бөгеуліктеріне қарағандағы іріктеушілігі анықталады.

                      Бірінші жуықтауда таңдаушылықтың мөлшерлік бағалауын, күшейту коэффициентінің антеннадағы тербелістер жиілігіне тәуелділігін бейнелейтін қабылдағыштың резонанстық сипаттамасы бойынша жүргізуге болады. Бұл жағдайда  fc жиіліктегі  бөгеулікке қарағандағы таңдаушылық  Se = U0/Un, мұнда U0  - баптау жиілігіндегі күшейту коэффициенті, Uп бөгеулік жиілігі fn – дегі күшейту коэффициенті.

Амплитудалық модуляция кезінде fn=25 кГц;

Жиіліктік модуляция кезінде fn=250 кГц.

          Қабылданған сигналдың қайта дыбыстық шығарылуы   қабылдағыштың жеке каскадтарындағы сигналдың әртүрлі бұрмалануына тәуелді. Осындай бұрмалануларға жиіліктік, фазалық және сызықтық еместер жатады. Қабылданған сигналдың сапасына  сондай-ақ  әртүрлі бөгеуліктер әсер етеді: атмосфералық, өнеркәсіптік, жиілік жағынан көрші қабылдағыштар бөгеуліктері, ал УКВ диапазонында – қабылдағыштың өзіндік шуылдары.

Қазіргі уақытта  тікелей күшейтуі бар, регенеративті, суперрегенеративті, жиілікті бір ретті және екі ретті түрлендіруі бар супергетеродиндік қабылдағыштар кең қолданыс тауып отыр.

Жиілік түрлендіргішіне fc жиілігі бар сигнал кернеуімен қатар жиілігі fг гетеродин (кіші қуатты автогенератор) кернеуі беріледі. Осы кернеулердің өзара әрекеттесуі нәтижесінде жиілік түрлендіргішінде әртүрлі комбинациялық жиіліктердің құрастырушылары пайда болады, олардың ішінен тек біреуі пайдаланылады. Әдетте  fnp =fr-fc құрастырушысы пайдаланылады.

         Іс жүзінде  fпр мәні әдетте

тасымалдаушы сигнал жиілігі fc – дан кіші, бірақ модуляциялайтын сигнал жиілігі Fc –дан үлкен. Сөйтіп fnp түрлендірілген жиілік  fc  мен  Fc  арасындағы шамаға тең болғандықтан ол аралық жиілік деп аталады.

«Супергетеродин» атауы құрама (супер + гетеродин), мұнда «гетеродин» сөзі супергетеродиндік қабылдағыштарға тән  каскадты – гетеродинді көрсетеді. «Супер» деген қосымша , супергетеродиндік қабылдағыштарда түрлендірілген жиілік fпр модуляция жиілігі Fc^ –дан жиіліктер облысында жоғары (үстінде) жатқанын бейнелейді.

         Супергетеродиндік қабылдағыштың маңызды жақсылығы, оның басқа станцияға қайта бапталғанында аралық жиілігінің  fnp өзгермеуінде. Өйткені қабылдағышты екінші сигнал жиілігі fc – ға келтіргенде онымен бірге гетеродин жиілігі де  fr -fc =fnp  айырмасы тұрақты болатындай солайша өзгереді.

        Сөйтіп, супергетеродиндік қабылдағышты баптағанда кіріс тізбек, УРЧ және гетеродин резонанстық жиіліктерін өзгертсек жеткілікті. УПЧ бұл жағдайда керек емес, ол бапталмайтындықтан оның сипаттамалары өзгермейді.

         Супергетеродиндік қабылдағыштардың кемшілігі оларда қосалқы арналардың пайда болуы, олардың ішіндегі ең бастысы  айналық арна.

         Айналық арнаның, пайдалы сигналдың жиілігі fc –дан екі еселенген аралық жиілікке айырмасы болатын  жиілігі  fай = fc + fnp бар. fай және  fc жиіліктері  fr  гетеродин жиілігіне қарағанда симметриялы түрде орналасқан. fай   және fг арасындағы айырма fnp –ға тең , сондықтан егер жиілік түрлендіргіш кірісіне  fай және  fc жиілікті станциялар сигналдары келіп түссе, онда оның шығысында екі станция да аралық жиілік кернеуін береді.  Егер fc жиілікті сигнал пайдалы болса, ал  түрлендіршішке келіп түскен  fай жиілікті сигнал бөгеуіл болып табылады. Сондықтан айналық арна бойынша бөгеулікті әлсірету жиілік түрлендіргішіне  дейін іске асырылуы керек.  Айналық арна бойынша таңдаушылықты жақсарту үшін аралық жиілік өте жо,ары болуы тиіс. Сонда  fc  және  fай тасымалдаушы жиіліктердің айтарлықтай айырмашы-лықтары болады.  Бұл жағдайда кіріс тізбектің (оның да резонанстық қасиеттері бар)  fай жиіліктегі тарату коэффициенті fc   жиіліктегіге қарағанда әлдеқайда кішкентай, сөйтіп «айналық» станцияның сигналы кіріс тізбекпен басып тасталады. Қабылдағышта УРЧ болғанда айналық бөгеулік оның таңдаушылық қасиеттері есебінен қосымша басып тасталынады.

        Жиілігі аралыққа тең арна екінші қосалқы арна болып табылады. Түрлендіргіш кірісіне келіп түсетін осындай жиіліктегі сигнал ешқандай өзгеріссіз УПЧ –ға жетеді. Оны бодырмау үшін радио хабар тарату станциялары  аралық жиілікте жұмыс істемеуі керек, ал аралыққа жақын жиіліктегі кездейсоқ сигналдар қабылдағыш кірісінде сәйкесті сүзгілермен басып тасталуы тиіс.

Тұрмыстық хабар тарату қабылдағыштарында тасымалдаушы жиілік 465 кГц-ке тең, яғни ол ҰТ(ДВ) және ОТ (СВ) толқындар радиохабар тарату диапазондарының шекарасында «терезеде» орналасқан.

Детектор. Детектрлеу (демодуляция) деп, пішіні төменгі жиілікті модуляциялайтын сигналды қайта қалпына келтіру үшін модуляцияланған жоғары жиілікті сигналды түрлендіру процесін айтады. Детектрлеу деп кіріс тербелісті нөлдік жиіліктік тербеліске түрлендіру процесін қарастыруға болады. Детекрлеу  көбінесе сызықтық емес элементтердің жартылай өткізгіш диодтың немесе төменгі жиілікті сүзгіш түріндегі жүктемелердің көмегімен жүзеге асады. Детекторлар (демодуляторлар) модулятолар іске  асыратын функцияға қарама-қарсы функцияны орындайды. Қабылданатын сигналдың түріне қарай детекторлер былай бөлінеді:

-                Амплитудалық детектор – ақпаратты амплитуданың өзгеруімен беретін сигналдармен жұмыс істейді;

-                Жиіліктік детектор – ақпаратты жиіліктіктің өзгеруімен беретін сигналдармен жұмыс істейді;

-                Фазалық детектор – тірек фазасына қатысты  өзгеретін фазалы сигналдармен жұмыс істейді;

-                Импульстік детектор – ақпарат импульстік сигналдардың парметрлерінде болатын сигналдармен жұмыс істейді;

-                Біржолақты сигналды детектор – ақпарат жиіліктің әртүрлілігі арқылы берілетін сигналдармен жұмыс істейді. Детектордың құрылымдық схемасы суретте көрсетілген.

Амплитудалық детектор. Амплитудалық детектор деп  кіріс сигнал амплитудасының  өзгеру заңын қайталайтын ток пен кернеуді алуға арналған құрылғы. Ол амплитудалы-модуляцияланған қабылдағыштарда қолданылады. Детектрлеу төменгі жиілікті сүзгіш болып табылатын жүктеме RC және жартылайөткізгіш  диодтың (сызықтық емес элемент) көмегімен жүзеге асады.

Амплитудалық детектор әлсіз сигналдармен де күшті сигналдармен де жұмыс істейді.

Күшті сигналдарды детектрлеу кезінде диод арқылы кіріс токтың жарты периодты өзгерісі ағады. Кіріс кернеудің амплитудасының детектордың шығыс тоғына қатынасы детектордың сипаттамасы деп аталады.  Детектрлік сипаттама әлсіз сигналдарда – сызықты емес (шаршы тәріздес), күшті сигналдарда – сызықты.

Амплитудалық детектордың негізгі параметрлері. Детектордың берілу коэффициенті Кд – бұл Uш шығыс кернеудің Umax жоғарғы жиілікті кіріс кернеуге қатынасы:

          Кд күшті сигналдарды детектрлеуде қиып түсу бұрышына байланысты болатындығы детектрлеу теориясынан бізге белгілі.  Қиып түсу бұрышы өз кезегінде детектор схемасына байланысты болады. Қиып түсу бұрышының мәні мына формуламен есептеледі:

Бұл жерде күшті сигналдарды детектрлегенде Кд=cosθ кіріс және шығыс кернеудің мәніне емес, тек детектордың параметрлерінің схемасына байланысты екенін көреміз. Әлсіз сигналдарды детектрлегенде детектрлік сипаттамасы сызықты емес және берілу коэффициенті Кд кіріс кернеудің амплитудасына тура пропорционал:

              мұнда: k – пропорционалдық коэффициенті.

              Детектордың кіріс кедергісі – детектордың кірісіндегі жоғарғы жиілікті кернеу амплитудасының бірінші гормоникадағы түзетілген токқа қатынасы:

мұнда:  Imax1 – түзетілген токтың 1-ші гормоникасының амплитудасы.

Детектрлеу теориясы бойынша күшті сигналдар детекторының кіріс кедергісі:

мұнда: Rж – жүктеме кедергісі.

Әлсіз сигналдар детекторы үшін кіріс кедергі:

              мұнда:  - диод крутизнасы (сипаттаманың дифференциялдық тіктігі).

Күшті сигнал детекторының кіріс кедергісінің мәні әлсіз сигнал детекторының кіріс кедергісіне қарағанда әлдеқайда көп және резонанс қисығының кеңеюіне қатысты соңғы каскадқа аз әсер етеді.

Амплитудалық детектордағы бұрмалану детектор сипаттамасының сызықтылық деңгейіне және детектор жүктемесінің инерциясына байланысты болады (RжCж).

Күшті сигналдар детекторында детектор сипаттамасы сызықты болады және шығыс сигналдардың сызықты емес бұрмалануы модуляция коэффициентіне, детектор жүктемесінің уақыт тұрақтысының артықтығына және детектор жүктеме кедергісінің тұрақты және айнымалы ток айырмашылығына байланысты. Осы факторларды ескере отырып, сызықты емес бұрмалануды азайту үшін жүктеменің уақыт тұрақтысын RжCж мына теңдеуден алады:

мұнда: Ωm – модуляцияның айналмалы жиілігі;

             т – модуляция коэффициенті.

Әлсіз сигналдарды детектрлегенде бұрмалану детектор сипаттамасының сызықты емес болуынан пайда болады. Бұл бұрмаланулар бұрмалану коэффициентімен бағаланады. Ол жоғарғы гармониканың шығыс кернеуінің, пайдалы сигналдың негізгі гармоникасының кернеуіне қатынасымен анықталады:

100% модуляцияда 25% Кб болады.

Жиіліктік детектор. Жиіліктік детектор жиілікті модуляцияланған сигналды  қабылдағыштарда қолданылады. Жиіліктік детектор деп тербелістің жиілігінің өзгеру заңын қайталайтын ток пен кернеуді алуға арналған құрылғыны айтамыз. Жиіліктік детекторлар сигнал амплитудасы өзгермеген жағдайда ғана хабарды қабылдай алады.

Импульстік сигналдар детекторы. Импульстік сигналдарды детектрлеудің екі түрі бар:

-                     радиоимпульсті бейнеимпульске түрлендіру. Бұл детектор импульстік детектор деп аталады.

-                     әр түрлі амплитудалы бейнеимпульстарды кернеуге түрлендіру.

Берілу коэффициенті:                   

Детектордың екі түрі де амплитудалық модуляцияланған диодтық детектор принципі бойынша жұмыс істейді.

Біржолақты сигналдар детекторы. Біржолақты детектор тербеліс болмаған жағдайда біржолақты сигналдарды қабылдайтын қабылдағыштарда жұмыс істейді. Бұл детектордың мақсаты қабылданған сигнал мәні мен тасушы мәні жиіліктерінің арасындағы айырмашылықты алу. Біржолақты детектор синхронды детектор принципі бойынша жұмыс істейді, яғни оның кірісіне жиіліктері әр түрлі екі кернеу беріледі: қабылданған сигнал жиілігі және қалпына келтірілген тасымалдаушы жиілігі. Нәтижесінде сызықтық емес элементтің шығысында берілетін хабардың өзгеріс заңын қайталайтын жиілік айырмашылығы алынады.