Усилители промежуточной частоты устройств приема и обработки сигналов

Усилители промежуточной частоты отличаются от усилителей радиочастоты наличием более сложных избирательных систем, обеспечивающих основную избирательность по соседнему каналу, и большим числом усилительных каскадов, обеспечивающих основное усиление сигнала. Структурные схемы усилителей промежуточной частоты строятся по принципу распределенной или сосредоточенной избирательности. При распределенной реализации в тракте УПЧ избирательность и усиление осуществляются с помощью поочередного каскадирования избирательных и усилительных звеньев, а при сосредоточенной – функция избирательности и усиления обеспечивается отдельными функциональными узлами – фильтром сосредоточенной селекции (ФСС) и многокаскадным апериодическим усилителем.

При построении УПЧ по схеме распределенной избирательности показатели и характеристики многокаскадных резонансных усилителей зависят от числа каскадов и типа избирательных систем.

Полоса пропускания одного каскада УПЧ, построенного из идентичных каскадов, связана с полосой пропускания всего тракта соотношением

, (4.90)

где y(n)– функция расширения полосы пропускания; П₁, П – полоса пропускания одного каскада и всего усилителя соответственно.

Эквивалентное затухание одного контура определяется:

, где – единичное затухание; f₀ – резонансная частота.

Резонансный коэффициент усиления усилителя:

, (4.91)

где – коэффициент одного каскада; m₁ и m₂ – коэффициенты включения в контур усилительного прибора и входа следующего каскада; – модуль крутизны усилительного прибора; С_Э– полная эквивалентная емкость контура; , где с – коэффициент, зависящий от типа избирательных систем.

Коэффициент прямоугольности селективного усилителя зависит от уровня отсчета:

. (4.92)

В зависимости от типа резонансных систем в нагрузке усилительных каскадов нормированные АЧХ y(f), ФЧХ j(f), а также y(n), F(n) и K_п,отс(n) усилительного тракта определяются выражениями:

для одиночных настроенных контуров

; ;

; ;

,

где ;

x – обобщенная расстройка;

x – относительная расстройка;

f – текущая частота;

f_o – резонансная частота;

n – число избирательных систем;

для пары расстроенных контуров при критической расстройке

; ;

; ;

;

для двух связанных контуров при критической связи

; ;

; ;

.

Усилители с фиксированной настройкой частоты с сосредоточенной избирательностью строятся на основе сосредоточенных элементов или на ультразвуковых фильтрах. Построение усилителей на сосредоточенных элементах выполняется с использованием катушек индуктивности и конденсаторов, а на ультразвуковых – на электромеханических или пьезокерамических фильтрах. Принцип работы таких фильтров заключается в преобразовании электрических колебаний в механические и обратно. Такой способ фильтрации позволяет уменьшить конструктивные размеры за счет уменьшения длины волны в твердых средах, так как скорость распространения волны в керамике составляет сотни метров в секунду, а не 3×10⁸ м/сек. Эквивалентная схема такого фильтра имеет тот же вид, что и на сосредоточенных элементах. Если нагруженная добротность колебательного контура на сосредоточенных элементах составляет 60 – 80, то в ультразвуковых составляет 400 – 600. Принцип проектирования справедлив так же, как и для усилителей с распределенной избирательностью.

Усилители с фиксированной настройкой частоты, предназначенные для обработки импульсных радиосигналов, имеют свои особенности работы. В таких усилителях наиболее сильно проявляются нестационарные процессы, обусловленные переходными процессами. В таких усилителях искажаются как форма усиливаемых высокочастотных колебаний, так и форма огибающей сигнала. Искажения возникают только в сложных избирательных системах вследствие биений между вынужденными и собственными колебаниями. Величина искажений формы огибающей характеризуется величиной выброса, измеряемой в процентах [1].