Входные цепи (контуры) радиоприемника (приемных устройств ), Особенности и Классификация , пример задач

Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про входная цепь, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое входная цепь, классификация входных цепей приемных устройств, входные цепи радиоприемника, входные контуры, входные цепи, параллельный резонансный контур , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Устройства приема и обработки радиосигналов, Передача, прием и обработка сигналов.

входные цепи радиоприемника

Входной цепью называют часть схемы приемника, связывающую антенно-фидерную систему с входом первого каскада приемника. Первым каскадом может быть усилитель радиочастоты или смеситель.

Входной цепью (ВЦ) называют часть радиоприемного устройства, связывающую антенно-фидерную систему с входом первого каскада радиоприемного устройства (рис. 3.1). Первым каскадом может быть усилитель радиочастоты, преобразователь, детектор и др. входная цепь служит для обеспечения максимальной передачи мощности сигнала, максимального отношения мощности сигнала к мощности шумов и помех, обеспечения селекции сигнала при заданных параметрах антенного устройства.

Рис. 3.1 Обобщенная схема входной цепи

Входные цепи классифицируют по следующим признакам:

• по виду используемой антенны;
• по диапазону принимаемых частот;
• по числу селективных элементов;
• по способу связи входной цепи с антенной и нагрузкой;
• по конструктивному оформлению входной цепи.

Основным назначением входных цепей является передача полезного сигнала от антенны к входу первого активного элемента и предварительное выделение принимаемого полезного сигнала из всей совокупности сигналов, индуцируемых в антенной цепи.

Входная цепь обычно представляет собой пассивный четырехполюсник, включающий в себя резонансную систему и элементы связи. В зависимости от диапазона частот резонансная система выполняется на сосредоточенных или распределенных элементах и состоит из одного или нескольких колебательных контуров или резонаторов (коаксиальных, полосковых, объемных). Элементы связи обеспечивают связь антенной цепи с контуром (резонатором), а при нескольких резонансных элементах, связь между ними и первым каскадом приемника.

Входной цепью (ВЦ) называется цепь устройств приема и обработки сигналов (УПОС), связывающая антенну с последующими каскадами, например, с усилителем радиосигналов или преобразователем частоты.

ВЦ предназначена для передачи энергии входного сигнала из антенны на вход последующих каскадов и предварительной фильтрации помех. Необходимость фильтрации обусловлена тем, что следующие за входной цепью каскады (усилитель радиосигналов или преобразователь частоты) содержат электронные приборы (транзисторы, интегральные микросхемы), обладающие нелинейными вольт-амперными характеристиками (ВАХ). Наличие таких приборов приводит к появлению различных нелинейных эффектов, например, перекрестных искажений – переносу модуляции мешающего сигнала на полезный сигнал. Обычно входная цепь не имеет в своем составе источников энергии и может быть представлена в виде пассивного четырехполюсника.

Для входных цепей радиоприемных устройств супергетеродинного типа важное значение имеет ослабление приема сигналов на частоте зеркального канала fз и на промежуточной частоте fп.ч. Учитывая, что обычно частота

зеркального канала fз = fc + 2f п.ч и мешающие сигналы на этой частоте не мо-

гут быть отфильтрованы в полосовом усилителе промежуточной частоты, они должны быть ослаблены с помощью входной цепи и избирательного усилителя радиосигналов.

Структурная схема входной цепи изображена на рис. 1.1, где

EA – наводимая в приемной антенне ЭДС;

ZА – внутреннее сопротивление антенны;

ИС – избирательная система (один или несколько резонаторов).

Рис. 1.1. Структурная схема входной цепи

Рис. 1.2. Обобщенная эквивалентная схема входной цепи

На рис. 1.2 антенная цепь представлена генератором тока и выходной проводимостью .

Антенная цепь подключается к избирательной системе (контуру) через коэффициент включения p1 = U1/Uk, (где U1 и Uk – напряжения на входе контура и на конденсаторе C соответственно), характеризующий степень связи антенной цепи с контуром. Электронный прибор усилителя радиосигналов, подключенный к выходу контура, обладает входной проводимостью:

где G2 – активная, а b2 = ωC2 реактивная (емкостная) составляющие электронного прибора. Этот прибор подключается к контуру через коэффициент включения p2 = Uвых/Uk.

Таким образом, схему на рис. 1.2 удобно заменить более простой эквивалентной схемой рис. 1.3.

Рис. 1.3. Эквивалентная схема входной цепи

На этом рисунке

Резонансный коэффициент передачи

Входные цепи можно классифицировать по ряду признаков. Различают, например, следующие виды связи первого резонатора избирательной системы с антенной: непосредственная, емкостная (внутренняя и внешняя), трансформаторная, автотрансформаторная и комбинированная.

Основные характеристики входной цепи

• Коэффициент передачи по напряжению
• Резонансный коэффициент передачи (Ku0)
• Частотная селективность
• Полоса пропускания
• Коэффициент перекрытия диапазона частот
• Зависимость основных характеристик от частоты настройки,

параллельный резонансный контур

Входной цепью называется часть схемы приемника, соединяющая антенно-фидерную систему и вход первого каскада приемника. Входные цепи предназначены для передачи сигнала из антенны в последующие цепи и предварительного подавления помех. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Входная цепь обычно представляет собой пассивный четырехполюсник, содержащий одно или несколько частотно-селективных звеньев (в частности, резонансных контуров), выделяющих принимаемый сигнал. Наиболее распространены одноконтурные входные цепи. Двухконтурные и многоконтурные цепи применяются лишь при специальных требованиях к селективности. Колебательный контур представляет собой электрическую цепь (рис.2.1), состоящую из катушки индуктивности L и емкости конденсатор C. В такой схеме могут возникать электрические колебания. Резонансная частота таких колебаний определяется по формуле Томсона.

Рис. 2.1 Электрическая цепь колебательного контура

Рассмотрим схемы применения параллельного колебательного контура во входных цепях радиоприемной аппаратуры. В данной цепи параллельно соединены два реактивных элемента с разным типом реактивности. На рисунке 2.2 рассмотрены графические зависимости проводимостей индуктивности B_L=1/2πL и емкости конденсатора В_C=-2πC, а также общей проводимости ВΣ. Обе проводимости носят реактивный характер. В этом колебательном контуре имеется резонансная частота, на которой реактивные сопротивления обоих компонентов одинаковы по абсолютной величине. Отсюда следует, что (см. рис 2.2) на этой частоте проводимость параллельного колебательного контура переменному току теоретически равна нулю (т.е. сопротивление колебательного контура на резонансной частоте стремится к бесконечности). На других частотах сопротивление параллельного колебательного контура падает и приобретает индуктивный характер на более низких частотах, а на более высоких частотах характер сопротивления становится емкостным.

Рис. 2.2 Проводимость конденсатора

Дважды за период происходит энергетический обмен между индуктивностью и емкостью. Энергия поочередно копится то в
электрическом поле конденсаторе, то в магнитном поле катушки индуктивности. При этом через цепь идет контурный ток IК (см. рис. 2.3).

Рис. 2.3 Электрическая цепь с LC контуром
Рассмотрим (рис. 2.4) зависимость коэффициента передачи K=UВЫХ/UВХ колебательного контура, представленного в виде четырехполюсника, от частоты входного сигнала UВХ.

Рис. 2.4 Зависимость коэффициента передачи колебательного контура от частоты входного сигнала

В четырехполюснике при частоте входного сигнала 2πf=2πf_РЕЗ сопротивление колебательного контура будет очень большим, и
коэффициент передачи K будет максимален и будет стремиться к единице. При существенном отличии частоты от резонансной коэффициент передачи колебательного контура K будет стремиться к нулю, а источник сигнала
окажется практически зашунтированным.
Основным назначением входных цепей является передача полезного сигнала от антенны к входу первого активного элемента и предварительное выделение принимаемого полезного сигнала из всей совокупности сигналов, индуцируемых в антенной цепи [14].
Входные устройства (преселекторы) радиоприемных устройств представляют собой резонансную систему, схема которой определяется
типами связи с антенной и с первым каскадом приемника.
К входным цепям радиоприемника относится система контуров, соединяющая антенну с входом первого каскада. Входные цепи должны
создать на входе первого каскада наибольшее напряжение полезного сигнала и отфильтровать напряжение всех остальных частот. Основные типы входных цепей представлены на рис. 2.5.

Рис.2.5. Входные устройства с индуктивной (а), трансформаторно-емкостной (б) и емкостной (в) связь с антенной.

Входное устройство по схеме рис.2.5а предназначено для применения в первом каскаде приемника резонансного усилителя с достаточно высоким входным сопротивлением (каскад на полевом транзисторе), катушка L1 в этом случае носит название катушки связи, если L1 и L2 намотаны на одном каркасе.
Входное устройство по схеме рис.2.5б предназначено для приемников с магнитной антенной и возможностью подключения дополнительно внешней антенны (через конденсатор связи Са) при трансформаторной связи с первым каскадом приемника (емкость Са связи мала).
Входное устройство по схеме рис.2.5в является наиболее простым и широко используемым практически на всех диапазонах. При необходимости согласования с входным каскадом приемника от катушки L делается отвод, который подключается к входному каскаду (автотрансформаторная связь с нагрузкой).
Весь спектр высоких частот в радиоприемнике разбивается на диапазоны, каждый из которых имеет свой контур. При переключении
диапазонов один определенный контур подключается к входу первого каскада радиоприемника. Разбивка на диапазоны делается потому, что конструктивно невозможно выполнить настройку одним контуром на весь спектр радиочастот.
Когда необходимо увеличить плавность настройки приемника на коротких волнах, коротковолновый диапазон делят на несколько
поддиапазонов.
В многодиапазонных приемниках наибольшее распространение получили одноконтурные входные цепи. В профессиональных приемниках
могут применяться двухконтурные и многоконтурные входные цепи.
Двухконтурная цепь позволяет обеспечить более близкую к прямоугольной частотную характеристику, позволяющую повысить селективность.Емкостная связь с антенной используется чаще всего из-за своей
простоты. Емкостная связь подразделяется на внешнеемкостную и внутриемкостную (рис. 2.6). Выбирать С2 большим емкости антенны нет смысла, так как при этом увеличивается влияние антенны на входной контур. Принимать его слишком малым также нецелесообразно, поскольку это резко уменьшает коэффициент передачи напряжения. Поэтому С2 выбирают примерно равным 10 пФ. В рассмотренном случае активное сопротивление, вносимое антенной во входной контур, не учитывалось, хотя в действительности оно увеличивает сопротивление потерь в контуре, т. е. понижает добротность и коэффициент передачи напряжения.

Рис.2.6. Виды емкостной связи с антенной.

Связь антенны и входной цепи может осуществляться при помощи индуктивности (рис. 2.7). Индуктивная связь еще называется
трансформаторной. Такая связь обеспечивает более стабильный коэффициент передачи напряжения контура, чем емкостная связь. Влияние антенны на входной контур незначительно, что объясняется относительно слабой связью между контурами. Однако антенна вносит во входной контур индуктивное сопротивление и изменяет его настройку.

Рис.2.7. Индуктивная связь с антенной

Максимальную равномерность коэффициента передачи напряжения входной цепи позволяет получить комбинированная связь (рис. 2.8). Такая связь применяется в том случае, когда требуется получить сравнительно остоянный коэффициент передачи напряжения в заданном диапазоне частот. В этой схеме, кроме индуктивной связи, осуществляемой через катушку L5, используют связь через конденсатор связи С7. В результате одновременного действия обоих видов связи коэффициент передачи напряжения получается большим и почти постоянным по всему выбранному диапазону

Рис.2.8. Комбинированная связь с антенной.

Одноконтурная входная цепь

Рис.2.9. Схема с индуктивной (трансформаторной) связью между контуром входной цепи Lк Ск и антенной А

В диапазоне длинных, средних и коротких воли наиболее часто
применяются одноконтурные входные устройства, имеющие связь с
антенной: индуктивную (трансформаторную), внешнеемкостную,
комбинированную (индуктивно-емкостную).

Рис.2.10. Входная цепь с емкостной связью с антенной А

Входное устройство с емкостной связью (рис. 2.10) используется при работе с ненастроенными несимметричными антеннами. Это устройство отличается простотой выполнения. Выбором конденсатора ССВ можно изменять значение коэффициента связи с антенной в процессе работы, что позволяет применять его с различными антеннами, имеющими большой разброс параметров. Недостатком этого входного устройства является резкое изменение коэффициента передачи в диапазоне частот.

Рис.2.11. Неполное включение контура входной цепи LкСк (активный элемент -биполярный транзистор) - автотрансформаторная связь

В целях уменьшения неравномерности коэффициента передачи в радиоприемниках с большим перекрытием поддиапазона применяются входные устройства с комбинированной связью (см. рис. 2.11).

Двухконтурная входная цепь

Схема часто применяемой двухконтурной входной цепи представлена на рис. 2.12.
Связь первого контура с антенной – трансформаторная. Связь между контурами – внутриемкостная через конденсатор ССВ. Активный прибор – полевой транзистор, подключенный полностью во второй контур.

Рис.2.12. Схема двухконтурной входной цепи

Входные цепи приемников с магнитной антенной

Магнитные антенны относятся к антеннам, встроенным в корпус приемника. Магнитные антенны подразделяются в свою очередь на
рамочные и ферритовые антенны.

Достоинствами магнитной антенны являются их малый размер в сравнении со штыревыми, высокая помехозащищенность и пространственная селективность. К недостаткам относится их малая чувствительность. В состав ферритовой антенны (рис. 2.13) входят контурная катушка LK (1) и катушка связи LC (2), которые намотаны на каркасах (3) из изоляционного материала. Обе катушки размещены на сердечнике (4) из высокочастотного ферромагнитного материала (феррита) с большой магнитной проницаемостью.

Рис.2.13. Магнитная антенна

Рассмотрим схемы связи магнитной антенны с каскадами усиления радиочастоты (рис. 2.14). Более применима на практике трансформаторная связь. При этом катушка связи должна наматываться поверх контурной, или располагаться как можно ближе к ней, чтобы избежать ложных резонансов в диапазоне рабочих частот ферритовой антенны. Автотрансформаторная и внутриемкостная связь в этом случаи более применима. Основные электрические характеристики входных цепей Коэффициентом передачи входной цепи по напряжению называется отношение напряжения сигнала на входе первого активного элемента приемника к величине ЭДС в антенне, а в случае ферритовой антенны – к напряженности поля сигнала. Полоса пропускания – ширина области частот, в пределах которой
сохраняется допустимая неравномерность коэффициента передачи. Избирательность входных цепей определяет степень уменьшения
коэффициента передачи напряжения при заданной расстройке по сравнению с резонансным значением.
Диапазон рабочих частот. Входная цепь должна обеспечить
возможность настройки на любую частоту заданного диапазона приемника при удовлетворении требований, предъявляемых к изменению коэффициента передачи, полосы пропускания, избирательности.

Рис.2.14. Схемы связи магнитной антенны с каскадами усиления радиочастоты

классификация входных цепей приемных устройств

1) По диапазону рабочих частот и способу перестройки:

• - с плавной перестройкой;
• - с дискретной перестройкой.

2) По виду избирательной системы:

• - с одним резонансным контуром;
• - с двумя и более резонансными контурами;
• - со специальными полосовыми фильтрами.

3) По виду связи избирательной системы с антенной:

• а) с трансформаторной связью:

Входное устройство с трансформаторной связью используются при связи с несимметричными и симметричными, с ненастроенными и настроенными антеннами. Связь с избирательной системой может варьироваться в широких пределах. Коэффициенту передачи может придаваться необходимый характер изменения в пределах поддиапазона: возрастающий или уменьшающийся. Схемно и конструктивно этот вид связи несколько сложнее других. Катушка индуктивности контура с помощью катушки связи трансформаторно связывается с антенной. Степень связи между катушками связи и контура характеризуется коэффициентом взаимоиндукции М.

• б) с автотрансформаторной связью:

Входное устройство с автотрансформаторной связью обычно используется для связи с несимметричными, настроенными антеннами. Возможности уменьшения степени связи ограничены. Характер изменения коэффициента передачи по диапазону не может варьироваться. Схемно и конструктивно входное устройство относительно несложно. При автотрансформаторной связи антенна соединяется с резонансной системой путем подключения ее к части витков катушки индуктивности избирательной системы. Степень связи достаточно точно определяется соотношением индуктивности между отводом и корпусом и общей индуктивностью входного контура;

• в) с емкостной связью:

Входное устройство с емкостной связью обычно используется для связи с несимметричными, ненастроенными антеннами. Это входное устройство является наиболее простым по схеме и по возможностям изменения степени связи с антенной. Вместе с тем его параметры резко изменяются по диапазону частот.

Избирательная система при емкостной связи присоединяется к антенне через конденсатор . Степень связи с антенной зависит главным образом от соотношения емкостей и конденсатора контура;

• г) с комбинированной связью:

Использование комбинированной связи позволяет уменьшить неравномерность коэффициента передачи в радиоприемниках с большим коэффициентом перекрытия поддиапазона.

4) По виду связи избирательной системы со входом усилительно-преобразовательного каскада:

• а) с полным включением :

• б) с автотрансформаторной связью

• в) с трансформаторной связью

• г) со связью через емкостной делитель

При полном подключении входное сопротивление и входная емкость первого каскада непосредственно подключаются к избирательной системе. При неполном включении влияние входа может быть в значительной степени ослаблено.

5) По конструктивному исполнению:

• а) с использованием элементов с сосредоточенными параметрами - в диапазоне длинных, средних, коротких и метровых волн;
• б) с использованием отрезков длинных линий в виде коаксиальных и полосковых резонаторов - в диапазоне дециметровых волн;
• в) с использованием объемных резонаторов - в диапазоне сантиметровых и менее волн.

Пример задач

Решение

L=2,5 мГн=2,5*10^-3 Гн, С= 4,0 мкФ=4*10^-6 Ф.λ-?
λ=cT=c*2π√(LC), с=3*10^8 м/с - скорость радиоволн.
λ=3*10^8*6,28*√(2,5*10^-3*4*10^-6)=18,84*10^4 м.

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

• LR-цепь
• LC-контур
• Фильтр верхних частот
• Фильтр нижних частот
• RC-цепь
• Радио
• Антенна
• Радиопередатчик
• Телевизор
• Трансивер
• Программно-определяемая радиосистема
• Digital Radio Mondiale

Статью про входная цепь я написал специально для тебя. Если ты хотел бы внести свой вклад в развитие теории и практики, ты можешь написать коммент или статью отправив на мою почту в разделе контакты. Этим ты поможешь другим читателям, ведь ты хочешь это сделать? Надеюсь, что теперь ты понял что такое входная цепь, классификация входных цепей приемных устройств, входные цепи радиоприемника, входные контуры, входные цепи, параллельный резонансный контур и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Устройства приема и обработки радиосигналов, Передача, прием и обработка сигналов