Главная
страница 1 ... страница 12страница 13страница 14страница 15страница 16

Рис. 5.12. LC-генераторы синусоидальных сигналов с самовозбуждением:

а – с трансформаторной связью; б – с автотрансформаторной связью – «индуктивная трехточка»


Если в контуре возникнут свободные колебания, то точно такие же колебания окажутся и на выходе вторичной обмотки. При этом амплитуду колебаний на вторичной обмотке мы можем получить любую, поскольку она определяется исключительно коэффициентом трансформации, т.е. соотношением витков основной катушки контура и дополнительной вторичной обмотки. Что же касается фазы, то она изменяется на 180° в зависимости от полярности включения вторичной обмотки.

Так реализовываются два условия, необходимые для поддержания в контуре незатухающих колебаний. Кроме третьего, самого главного: для того, чтобы поддерживать в контуре незатухающие колебания, нужно прежде всего, чтобы свободные колебания в нем уже существовали.

Однако же не зря генератор подобного типа назвали генератором с самовозбуждением. Оказывается, никакого первоначального сигнала в контур вводить не нужно. Можно проследить последовательность процессов, происходящих в схеме рис. 5.12, а после включения источника коллекторного напряжения.

К этому моменту конденсатор С2 полностью разряжен, а потому представляет для постоянного тока короткое замыкание. После включения коллекторного напряжения +Ек в коллекторной цепи потечет ток – естественно, по цепи наименьшего сопротивления, – через «короткозамкнутый» конденсатор С2. Протекая через конденсатор, коллекторный ток начнет его заряжать, следовательно, на обкладках конденсатора начнет возрастать постоянное напряжение.

Через какое-то время конденсатор полностью зарядится, дальнейший рост напряжения на нем прекратится и он, как и положено конденсатору в резонансном контуре, начнет разряжаться на катушку индуктивности L2.

Так возникнет первая фаза собственных колебаний в контуре с неизбежными потерями амплитуды на активном сопротивлении катушки. Но, протекая через катушку индуктивности, разрядный ток конденсатора создаст в катушке связи L1 наведенную ЭДС, фазу которой мы можем по собственному усмотрению сделать совпадающей или противоположной фазе собственных колебаний в контуре, просто поменяв местами выводы катушки L1.

А амплитуду этой наведенной ЭДС с помощью переменного резистора R1 мы можем также произвольно установить любой в интервале от нуля до максимума. И если теперь эту ЭДС подать на базу транзистора, то, будучи усиленной им, эта ЭДС вернется в колебательный контур в нужной нам фазе и нужной амплитуды, чтобы полностью скомпенсировать неизбежные потери в контуре. В результате раз возникшее колебание станет незатухающим, а весь каскад превратится в генератор незатухающих колебаний с самовозбуждением.

Остается только добавить, что частота этих колебаний будет однозначно определяться параметрами резонансного контура – индуктивностью катушки и емкостью конденсатора.

Выбирая степень обратной связи (т.е. амплитуду сигнала на базе транзистора), следует помнить, что при слишком малой величине сигнала компенсация потерь в контуре может оказаться недостаточной и возникшие колебания будут затухающими. А большая обратная связь неминуемо приведет к искажению формы генерируемых колебаний. Из сказанного становится ясно, что для получения устойчивых и в то же время неискаженных колебаний величина обратной связи должна быть выбрана оптимальной.

Но что значит – оптимальной? Это значит, что она должна отвечать условиям следующего соотношения:



где U (напряжение) и S (крутизна характеристики) – паспортные значения транзистора, а Rн – полное сопротивление контура на частоте резонанса.

В супергетеродинных приемниках и тюнерах наиболее часто встречаются три схемы гетеродинов, различающиеся по физическому принципу. Схемы имеют названия: с трансформаторной обратной связью, с индуктивной «трехточкой» и с емкостной «трехточкой». Каждая из них имеет свои достоинства и недостатки, поэтому выбор той или иной схемы осуществляет конструктор, руководствуясь в каждом конкретном случае определенными соображениями.

В преобразователях с совмещенным гетеродином чаще применяется схема гетеродина с индуктивной «трехточкой», поскольку она имеет наиболее простую коммутацию при переходе с одного диапазона на другой. Схема c «емкостной трехточкой» сегодня практически почти не применяется.

Кроме того, надо иметь в виду, что все сказанное относится лишь к схемам на дискретных активных элементах – транзисторах. В абсолютном же большинстве современных радиоприемников каскады УВЧ, смесителя, гетеродина, а иногда и всего радиотракта, включая УПЧ, детектор и схему АРУ, выполняются на одной общей ИС, поэтому в этом случае говорить об отдельных каскадах не приходится.

Все три рассмотренные выше схемы гетеродинов относятся к ГСС, причем к той их подгруппе, в которой для получения синусоидальных колебаний обязательно используются индуктивности и емкости. Их так и называют – LC-генераторы. Помимо них существует несколько разных схем RC-генераторов синусоидальных колебаний, в которых процесс генерации возникает без участия индуктивности.

Рассмотрим работу двух таких генераторов, схемы которых приведены на рис. 5.13. Работа обеих схем основана на свойстве последовательно соединенных резистора и конденсатора (RC-цепь) «сдвигать» по фазе подводимое к ней переменное напряжение. При определенном соотношении реактивного сопротивления конденсатора и активного сопротивления резистора и только на одной частоте сдвиг фазы составляет ровно 180°.

Рис. 5.13. RC-генераторы синусоидальных сигналов с самовозбуждением:

а – с трехзвенными фазосдвигающими цепями; б – по схеме моста Вина


В схеме рис. 5.13, а между коллектором и базой транзистора включены три последовательные RC-цепи, каждая из которых осуществляет «свой» сдвиг фазы. Кроме того, поскольку каскад выполнен по схеме с общим эмиттером, то он не только усиливает подводимый к базе сигнал, но и сдвигает его по фазе на те же самые 180°.

В момент включения схемы за счет так называемых неустановившихся процессов на базе транзистора возникнет некоторое напряжение. Пусть оно будет, к примеру, положительным (хотя с таким же основанием можно взять и отрицательное – от этого ничего не меняется). На схеме этот факт отображен знаком «+» в кружочке возле базы.

Тогда на коллекторе фаза окажется отрицательной (знак «–» в кружочке), после чего три фазосдвигающих цепи еще три раза поменяют эту фазу на противоположную, в результате чего подведенный к базе сигнал положительной полярности вернется на базу в той же самой положительной полярности, т.е. налицо окажется главное условие возникновения генерации – положительная обратная связь (ПОС).

Мы уже отметили, что изменение фазы ровно на 180° при заданных значениях R и C возможно только на одной какой-то частоте, поэтому и приведенная схема является одночастотной. Разумеется, ее можно заставить генерировать и на любой другой частоте, если соответствующим образом изменить параметры всех RC-цепей.

Качество генерируемого сигнала, т.е. степень его близости к идеальной синусоиде, можно улучшать, уменьшая степень обратной связи, что достигается уменьшением сопротивления резистора R5 почти до порога срыва колебаний. Переменным резистором R6 можно в некоторых пределах регулировать величину снимаемого сигнала за счет изменения глубины ООС по току.

Схема рис. 5.13, б по принципу возникновения условий генерации от предыдущей схемы отличается не так существенно. Тем не менее, это другая схема, и называется она мост Вина.

Сам мост Вина образуется двумя резисторами R1 и R2 и двумя конденсаторами C1 и C2. Подбором величин элементов моста он сбалансируется таким образом, что на какой-то определенной частоте сдвиг фазы на параллельной цепи R2 C2 равняется 180°, а значит, фаза на выходе моста совпадает с фазой на базе первого транзистора, обеспечивая наличие условия для самовозбуждения.

Генераторы несинусоидальных сигналов (релаксаторы). На рис. 5.14, а показана простая схема, состоящая из резистора R, конденсатора C и неоновой лампы VL, которую поначалу отключают с помощью тумблера S, как это и показано на схеме.

Рис. 5.14. Простейший релаксационный генератор на неоновой лампе:

а – принципиальная схема; б – график генерируемого напряжения


До включения напряжения источника конденсатор полностью разряжен и напряжение на нем равно нулю. На графике (рис. 5.14, б) это соответствует точке 0 в начале координат. Как только включается источник, конденсатор сразу же начнет заряжаться через резистор R, а напряжение на нем возрастает. Скорость этого возрастания обратно пропорциональна величинам сопротивления резистора и емкости конденсатора, а количественно будет определяться так называемой постоянной времени цепи, равной произведению RC (разумеется, в соответствующей системе единиц).

Но, независимо от постоянной времени и от величины приложенного напряжения, характер возрастания напряжения на конденсаторе всегда будет оставаться одним и тем же – оно будет возрастать по экспоненте. На рисунке она выглядит как кривая, идущая от начала координат через точки А и Б и дальше направо за пределы чертежа в бесконечность.

Лампа VL называется неоновой как раз потому, что ее колба внутри наполнена сильно разреженным инертным газом – неоном, который в «нормальном», неонизированном, состоянии электрический ток не проводит, а стало быть представляет собой бесконечно большое сопротивление. Даже если к лампе приложить некоторое небольшое постоянное напряжение, не приводящее к возникновению процесса ионизации газа, картина не изменится. А изменится она тогда, когда приложенное напряжение вызовет процесс ионизации, в результате чего через лампу потечет электрический ток, после чего ее сопротивление перестанет быть бесконечно большим и примет некоторое реальное значение.

Дальнейшее, даже ничтожное, увеличение напряжения вызовет лавинообразное возрастание тока, сопровождающееся, во-первых, возникновением свечения неона и, во-вторых, очень резким падением внутреннего сопротивления лампы. И если в ее цепь не включить защитный ограничительный резистор, произойдет короткое замыкание источника через лампу, после чего источник придется ремонтировать, а лампу – выбросить.

Итак, вернемся к нашей схеме и еще до включения источника замкнем тумблер S, т.е. подключим лампу параллельно конденсатору. Поскольку ее сопротивление в исходном состоянии бесконечно, можно считать, что, даже замкнув тумблер, мы к конденсатору ровным счетом ничего не подключили.

Теперь включаем напряжение источника и наблюдаем за ростом напряжения на конденсаторе. В строгом соответствии с требованием теории этот рост будет происходить по экспоненте от самого начала координат аж до точки А на нашем графике. А почему не дальше? А потому, что в точке А напряжение на конденсаторе достигнет величины а это напряжения зажигания Uзж неоновой лампы, после чего внутри нее начнется уже описанный процесс, внутреннее сопротивление лампы станет очень маленьким и оно попросту замкнет накоротко конденсатор. Конденсатор, естественно, тут же полностью разрядится через лампу, напряжение на нем сразу же упадет до нуля, а весь этот скоротечный процесс найдет свое отображение на нашем графике в виде отрезка А – В.

Но одновременно с этим упадет до нуля и напряжение на лампе. Она, естественно, погаснет, ее сопротивление снова возрастет до бесконечности, а поскольку напряжение источника от схемы никто не отключал, то конденсатор снова как ни в чем ни бывало начнет заряжаться по экспоненте, но теперь уже не от точки 0 до точки А, а от точки В до точки Г, поскольку время не стоит на месте, а движется от точки 0 вправо по горизонтальной оси нашего графика.

И когда напряжение на конденсаторе снова дорастет до значения Uзж (т.е. до точки Г на графике), процесс полностью повторится и будет самостоятельно повторяться неограниченное число раз, оставляя на нашем графике след в виде кривой, внешне очень напоминающей зубья пилы. Возможно именно поэтому переменное напряжение, самостоятельно генерируемое нашей простейшей схемой, и назвали пилообразным.

Этот простейший генератор открывает собой целый ряд так называемых релаксационных генераторов, в числе которых очень распространенным и широко применяемым является блокинг-генератор. До появления и широкого внедрения специализированных микросхем он являлся, пожалуй, единственным задающим генератором в схемах кадровой и строчной разверток всех телевизоров и видеомониторов. Такое предпочтение отдавалось блокинг-генераторам из-за их способности легко синхронизироваться, т.е. устанавливать свою собственную частоту генерации, в точности совпадающую с частотой внешних так называемых синхроимпульсов.

Типовая схема блокинг-генератора на транзисторе приведена на рис. 5.15.




Рис. 5.15. Типовая схема блокинг-генератора на биполярном транзисторе
Существует немало разновидностей этой схемы, но все они объединяются одним общим названием – мультивибраторы.

На рис. 5.16, а приведена схема обыкновенный двухкаскадного усилителя напряжения на транзисторах, работающих по схеме с общим эмиттером.



Рис. 5.16. Схема симметричного мультивибратора:

а – иллюстрация принципа работы; б – общепринятое начертание схемы мультивибратора


Известно, что каждый каскад изменяет фазу подводимого сигнала ровно на 180° (переворачивает), поэтому возле каждой базы и каждого коллектора на рисунке это изображено значками «+» и «–», которые соответствуют положительной и отрицательной фазам. Видно, что фазы сигнала на входе и на выходе усилителя совпадают. И если теперь соединить между собой вход и выход усилителя, как это изображено на схеме пунктирной линией, то усилитель немедленно превратится в генератор с самовозбуждением.

Рис. 5.16 иллюстрирует общепринятое начертание схемы мультивибратора.

На рис. 5.17 приведены графики зависимости коллекторных напряжений от времени для обоих транзисторов мультивибратора.

Рис. 5.17. Форма генерируемого напряжения:

а – на коллекторе 1-го транзистора; б – на коллекторе 2-го транзистора; в – при скважности, не равной 1


Чем больше сопротивление резистора и емкость конденсатора, тем больше постоянная времени и, соответственно, длительность паузы или другими словами – ниже частота собственных колебаний мультивибратора. А это в свою очередь позволяет, изменяя величины R и С, в широких пределах изменять собственную частоту генерации мультивибратора.

Выше было сказано, что рассмотренный мультивибратор является симметричным. Это означает, что время зарядки и время разрядки входящих в схему конденсаторов одинаковы, а потому верхняя («положительная») и нижняя («отрицательная») половинки импульса симметричны.

Эта форма будет симметричной, если будут равны между собой сопротивления обоих резисторов и емкости обоих конденсаторов, а оба транзистора – одного и того же типа и притом с одинаковым коэффициентом усиления.

А если, к примеру, сопротивление одного из резисторов взять поменьше, а одну из емкостей чуть больше, то тогда у двух RC-цепей окажутся разные постоянные времени и длительности двух соседних пауз окажутся разными. Это неизбежно приведет к изменению формы генерируемого напряжения, которая станет такой, как показано на рис. 5.17, в. И если длительность одной паузы обозначить через Т1, а другой – через Т2, то их отношение будет характеризовать уже известный читателю параметр генерируемого импульсного напряжения – скважность, т.е. отношение периода Т к длительности импульса τ. А если эта скважность будет равна двум, т.е. период в два раза больше длительности, то про этот частный случай принято говорить, что схема генерирует меандр.

Существует и много других схем мультивибраторов (например, «ждущие» мультивибраторы).

5.4. Детекторы
Детекторы АМ-сигналов. Детектирование – это процесс обратный модуляции, т.е. детектор должен с минимальными искажениями выделить и сохранить именно составляющую напряжения пульсаций модулированного ВЧ-колебания, отделив ее от ненужной постоянной составляющей и остатков («обрезков») синусоиды ВЧ-несущей.

Сегодня применяется исключительно диодное детектирование с использованием специальных полупроводниковых детекторных диодов. Чаще всего это точечные диоды, рассчитанные на небольшие токи (порядка единиц миллиампер), небольшие обратные напряжения (порядка единиц-десятков вольт) и достаточно высокие граничные частоты (от единиц мегагерц до единиц гигагерц).

Схемы детекторов существенно различаются между собой в зависимости от вида модуляции сигнала, подлежащего детектированию. Рассмотрим вначале детектор АМ-сигналов как наиболее простой. Классическая схема такого детектора приведена на рис. 5.18.


Рис. 5.18. Схема детектора АМ-сигналов
На резисторе нагрузки Rн выделяется верхняя или нижняя (в зависимости от полярности включения диода VD1) половина модулированного сигнала, содержащая три составляющие сложного сигнала. Это: в явной форме положительные или отрицательные полуволны сигнала несущей (показаны частыми вертикальными линиями), некоторая усредненная по величине постоянная составляющая и в неявной форме так называемая «огибающая» (показана пунктирной линией), т.е. низкочастотная составляющая модулированного сигнала, которая, собственно говоря, нас и интересует в первую очередь.

Конденсатор Сф1, включенный параллельно резистору нагрузки, обладает очень большим реактивным сопротивлением на модулирующих (как правило, звуковых) частотах, а потому практически не является для этих частот шунтом.

А на частоте несущей его сопротивление, напротив, много меньше сопротивления резистора нагрузки, поэтому конденсатор как бы замыкает накоротко выход детектора для этой составляющей.

Разделительный конденсатор Ср большой емкости служит непреодолимым препятствием для постоянной составляющей и сравнительно свободно пропускает переменную составляющую полезного НЧ-сигнала. Конденсатор Сф2 на выходе детектора «дофильтровывает» остатки половинок высокочастотной несущей.

Побочный продукт детектирования – постоянная составляющая положительной или отрицательной полярности – либо не используется вообще, либо используется для работы некоторых вспомогательных систем: автоматической регулировки усиления (АРУ), автоподстройки частоты гетеродина (АПЧГ), системы бесшумной настройки (БШН), системы оптической индикации точной настройки и т.п.

Детекторы ЧМ-сигналов. Совершенно иной принцип заложен в работу детекторов ЧМ-сигналов, задача которых – реагировать не на изменение амплитуды ВЧ-сигнала, а на отклонение частоты несущей в ту или иную сторону от некоторой средней величины. При этом амплитуда этих отклонений должна быть строго пропорциональна абсолютной величине изменения несущей частоты. В этом случае колебания амплитуды продетектированного сигнала на выходе детектора будут в точности соответствовать низкочастотному модулирующему сигналу.

Основой схемы служит последний каскад УПЧ радиоприемника или телевизора, нагрузкой которого является одиночный резонансный контур, настроенный таким образом, чтобы частота несущей fн (или fпч) при отсутствии модуляции располагалась точно на середине одного из склонов АЧХ контура – теоретически безразлично на каком именно (рис. 5.19,а). Нагрузкой каскада служит уже известный читателю однополупериодный АМ-детектор.



Рис. 5.19. Детектор ЧМ-сигналов:

а – частотная характеристика одиночного резонансного контура; б – дробный детектор (детектор отношений)


При отсутствии модуляции на детекторе вырабатывается некоторая небольшая по величине постоянная составляющая. При появлении модуляции несущая частота fн передатчика будет периодически, в такт с модулирующим НЧ сигналом, то повышаться, то понижаться (это суть частотной модуляции). Синхронно с этим несущая будет оказываться то ближе к собственной резонансной частоте fрез , то дальше от нее, а стало быть, и величина постоянной составляющей на выходе детектора будет также синхронно то увеличиваться, то уменьшаться, образуя переменное низкочастотное напряжение, в точности повторяющее характер изменения частоты несущей. Отклонение несущей в ту и в другую сторону от значения fн называется девиацией (Δf).

Практически в аппаратуре применяют две наиболее распространенные схемы частотных детекторов – частотный дискриминатор и детектор отношений (или иначе – «дробный детектор»). Типовая схема последнего приведена на рис. 5.19, б.

Эта схема выполнена на дискретных элементах, тогда как сегодня в подавляющем большинстве случаев ни амплитудные, ни частотные детекторы «в чистом виде» не встречаются, а входят в состав единой ИС вместе с другими функциональными узлами радиотракта приемника.
5.5. Системы управления и индикации
В любой системе управления и индикации современной аппаратуры можно выделить следующие функциональные узлы:

- пульт дистанционного управления (ПДУ), с помощью которого осуществляется общение оператора с комплексом аппаратуры (или с отдельным аппаратом – телевизором, DVD-плеером и т.п.);

- приемник ИК-сигналов и интеллектуальная схема обработки принятых сигналов;

- система отображения информации о текущем состоянии аппаратуры на специальном дисплее или с помощью светодиодных матриц;

- система «робототехники», управляющая с помощью процессоров, контроллеров и электромеханических приводов операциями загрузки/выгрузки магнитофонных кассет, CD- и DVD-дисков и т.п.

Помимо этих обязательных составляющих отдельные системы управления и коммутации могут дополняться такими функциональными узлами как системы самотестирования, распознавания отдельных команд, подаваемых голосом и пр.

Интеллектуальная схема обработки выполняется на базе микропроцессора (микроконтроллера, микрокомпьютера) и обеспечивает выполнение широкого диапазона функций помимо приема и детектирования ИК-сигналов ПДУ.

На рис. 5.20 приведена обобщенная структурная схема системы управления и индикации на основе микрокомпьютера IC1. Эта ИС декодирует команды (данные), полученные с приемника А, а также команды клавиатуры местного управления (кнопки управления) Б. Микрокомпьютер IC1 посредством цифровой системной шины обменивается данными с другими ИС системы управления: запоминающим устройством ЭСППЗУ IC3, устройством программируемой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) IC4 (часто это устройство встроено в ИС тюнера), устройство аналогового управления IC2 и др.



Рис. 5.20. Обобщенная структурная схема системы управления и индикации
ЭСППЗУ сохраняет информацию, связанную с установками пользователя, частотами каналов и другими установками производственного характера.

Отображение текущего состояния – обязательный элемент любой системы – радиокомплекса, музыкального центра. К примеру, даже в простом одиночном CD-плеере – это выведение на дисплей оглавления диска, хронометража звучания каждого отрывка, информации (в кодовой форме) о состоянии отдельных блоков плеера и возникновении в одном из них нештатной ситуации и т.п.

В CD-плеерах информация обычно отображается на жидкокристаллическом дисплее, а в радиокомплексах и музыкальных центрах в дополнение к дисплею могут использоваться отдельные светодиоды и целые светодиодные матрицы.

Показанная на рис. 5.20 система позволяет, например, подключать по цифровой шине многоразрядный светодиодный дисплейный модуль индикации. В телевизорах индикация производится чаще всего непосредственно на экране, для чего в составе микрокомпьютера имеется специальный знакогенератор.


<< предыдущая страница   следующая страница >>
Смотрите также:
А. Е. Пескин обслуживание и ремонт радиотелевизионной аппаратуры учебное пособие
2627.5kb.
16 стр.
О нормах трудовых затрат на техническое обслуживание и текущий ремонт автомобилей и автобусов
317.71kb.
1 стр.
Расчет затрат 2012 года Лошаковского с\п, д. Некрасовка
98.61kb.
1 стр.
Услуги бытовые ремонт и техническое обслуживание стиральных машин
113.57kb.
1 стр.
Учебное пособие Санкт-Петербург 2012
3455.98kb.
18 стр.
Учебное пособие для магистрантов и студентов гуманитарных специальностей Павлодар
2151.47kb.
9 стр.
Учебное пособие (075) Печатается
5189.84kb.
20 стр.
Учебное пособие для студентов металлургических специальностей Павлодар
1618.77kb.
9 стр.
Гусев Н. Ю. Статистика: основы методологии: Учебное пособие
13.17kb.
1 стр.
Учебное пособие для учащихся среднеспециальных учебных заведений экономических специальностей
826.38kb.
4 стр.
Учебное пособие 28365942 Москва 2008 ббк 66. 0 П 50
2984.78kb.
13 стр.
Учебное пособие для студентов четвертого курса специальности 032301. 65 Регионоведение Чита 2011 (075)
558.84kb.
8 стр.