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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Circuitos de entrada e receptor de RF. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / recepção de rádio Como já descobrimos no primeiro capítulo, para aumentar a sensibilidade e a seletividade real de um receptor heteródino, o circuito de entrada deve fornecer um coeficiente de transferência de potência próximo à unidade na faixa de frequência de operação e o máximo possível de atenuação de saída. sinais de banda. Tudo isso são propriedades de um filtro passa-faixa ideal, portanto, o circuito de entrada deve ser implementado na forma de um filtro. O circuito de entrada de loop único frequentemente usado é o pior para atender aos requisitos. Para aumentar a seletividade, é necessário aumentar o fator de qualidade carregado do circuito, enfraquecendo sua conexão com a antena e o mixer ou URF. Mas então quase toda a potência do sinal recebido será gasta no circuito e apenas uma pequena parte dela passará para o mixer ou URF. O coeficiente de transferência de potência será baixo. Se, no entanto, o circuito estiver fortemente conectado à antena e ao mixer, o fator de qualidade carregado do circuito cairá e atenuará levemente os sinais das estações adjacentes em frequência. Mas ao lado das bandas amadoras, também funcionam as emissoras muito poderosas. Um único circuito de entrada como pré-seletor pode ser usado em bandas KB de baixa frequência, onde os níveis de sinal são bastante altos, nos receptores heteródinos mais simples. A comunicação com a antena deve ser ajustável, e o próprio circuito sintonizável, conforme mostrado na Fig. 1. No caso de interferência de estações poderosas, você pode enfraquecer a conexão com a antena reduzindo a capacitância do capacitor C1, aumentando assim a seletividade do circuito e ao mesmo tempo aumentando as perdas nele, o que equivale a ligando o atenuador. A capacitância total dos capacitores C2 e C3 é escolhida em torno de 300 ... 700 pF, essas bobinas dependem da faixa.
Resultados significativamente melhores são obtidos por filtros passa-faixa combinados na entrada e na saída. Nos últimos anos, tem havido uma tendência de aplicar filtros passa-banda comutáveis mesmo na entrada de receptores de comunicação profissionais de amplo alcance. Use filtros de oitava (raramente), meia oitava e quarto de oitava. A razão da frequência superior de sua largura de banda para a inferior é igual a 2, respectivamente; 1,41 (raiz quadrada de 2) e 1,19 (quarta raiz de 2). Obviamente, quanto mais estreitos os filtros de entrada, maior a imunidade ao ruído do receptor de amplo alcance, mas o número de filtros comutados aumenta significativamente. Para receptores projetados apenas para bandas amadoras, o número de filtros de entrada é igual ao número de bandas, e sua largura de banda é escolhida igual à largura da banda, geralmente com uma margem de 10 ... 30%. Em transceptores, é aconselhável instalar filtros passa-banda entre a antena e a chave de recepção/transmissão da antena. Se o amplificador de potência do transceptor for largo o suficiente, como é o caso de um amplificador transistorizado, sua saída pode conter muitos harmônicos e outros sinais fora de banda. Um filtro passa-banda ajudará a suprimi-los. A exigência de um coeficiente de transferência de potência do filtro próximo à unidade é especialmente importante neste caso. Os elementos filtrantes devem ser capazes de suportar potência reativa várias vezes a potência nominal do transmissor do transceptor. É aconselhável escolher a impedância característica de todos os filtros de banda para que seja a mesma e igual à impedância de onda do alimentador 50 ou 75 Ohm.
O esquema clássico do filtro passa-faixa em forma de L é dado na Fig. 2a. Seu cálculo é extremamente simples. Primeiro, o fator de qualidade equivalente Q = fo/2Df é determinado, onde fo é a frequência média da faixa, 2Df é a largura de banda do filtro. A indutância e a capacitância do filtro são encontradas pelas fórmulas:
onde R é a impedância característica do filtro. Na entrada e na saída, o filtro deve ser carregado com resistências iguais à característica, podendo ser a impedância de entrada do receptor (ou a saída do transmissor) e a impedância da antena. Descasamento de até 10...20% praticamente tem pouco efeito sobre as características do filtro, mas a diferença entre a resistência de carga e a resistência característica por várias vezes distorce drasticamente a curva de seletividade, principalmente na banda passante. Se a resistência de carga for menor que a característica, pode ser conectado por um autotransformador à derivação da bobina L2. A resistência diminuirá em k2 vezes, onde k é a razão de espiras, igual à razão entre o número de espiras da saída ao fio comum e o número total de espiras da bobina L2. A seletividade de um link em forma de L pode ser insuficiente, então dois links são conectados em série. Os links podem ser conectados em ramificações paralelas entre si ou em série. No primeiro caso, obtém-se um filtro em forma de T, no segundo, em forma de U. Os elementos L e C das ramificações conectadas são mesclados. Como exemplo, a Fig. 2b mostra um filtro passa-banda em forma de U. Os elementos L2C2 permaneceram os mesmos e os elementos dos ramos longitudinais foram combinados em uma indutância 2L e uma capacitância C1 / 2. É fácil ver que a frequência de sintonia do circuito serial resultante (assim como o restante dos circuitos de filtro) permaneceu a mesma e igual à frequência média da faixa. Muitas vezes, ao calcular filtros de banda estreita, o valor da capacitância do ramo longitudinal C1 / 2 acaba sendo muito pequeno e a indutância é muito grande. Neste caso, o ramal longitudinal pode ser conectado às derivações das bobinas L2, aumentando a capacitância em 1/k2 vezes, e a indutância é reduzida na mesma quantidade.
Em filtros de RF, pode ser conveniente usar apenas circuitos oscilatórios paralelos conectados por uma saída a um fio comum. O esquema de um filtro de duas malhas com acoplamento capacitivo externo é mostrado na Fig.3. A indutância e a capacitância dos circuitos paralelos são calculadas pelas fórmulas (1) para L2 e C2, e a capacitância do capacitor de acoplamento deve ser C3=C2/Q. Os coeficientes de comutação das saídas do filtro dependem da resistência de entrada necessária Rin e da impedância característica do filtro R: k2=Rin/R. Os coeficientes de ativação em ambos os lados do filtro podem ser diferentes, fornecendo correspondência com a antena e a entrada do receptor ou saída do transmissor. Para aumentar a seletividade, três ou mais circuitos idênticos podem ser ligados de acordo com o esquema da Fig. 3, reduzindo as capacitâncias dos capacitores de acoplamento C3 em 1,4 vezes.
A curva de seletividade teórica de um filtro de três malhas é mostrada na Fig.4. A dessintonização relativa x=2DfQ/fo é plotada horizontalmente, enquanto a atenuação introduzida pelo filtro é plotada verticalmente. Na banda de transparência (x<1), a atenuação é zero e o coeficiente de transferência de potência é um. Isso é compreensível se levarmos em conta que a curva teórica é construída para elementos sem perdas com um fator de qualidade de projeto infinito. Um filtro real também introduz alguma atenuação na banda passante, que está associada a perdas nos elementos filtrantes, principalmente nas bobinas. As perdas no filtro diminuem com o aumento do fator de qualidade construtiva das bobinas Q0. Por exemplo, em Q0 = 20Q, as perdas mesmo em um filtro de três loops não excedem 1 dB. A atenuação fora da banda passante está diretamente relacionada ao número de loops do filtro. Para um filtro de duas malhas, a atenuação é 2/3 indicada na Fig. 4, e para um circuito de entrada de uma malha é 1/3. Para o filtro em forma de U da Fig. 3b, a curva de seletividade da Fig. 4 é adequada sem qualquer correção.
Um esquema prático de um filtro de três malhas com largura de banda de 7,0...7,5 MHz e sua característica medida experimentalmente são mostrados nas Figuras 5 e 6, respectivamente. O filtro é calculado de acordo com o método descrito para a resistência R = 1,3 kOhm, mas foi carregado na resistência de entrada do misturador receptor heteródino 2 kOhm. A seletividade aumentou ligeiramente, mas picos e quedas apareceram na banda passante. As bobinas do filtro são enroladas para girar em quadros com diâmetro de 10 mm com fio PEL 0,8 e contêm 10 voltas cada. A retirada da bobina L1 para igualar a resistência da antena do alimentador de 75 ohms é feita a partir da segunda volta. Todas as três bobinas são fechadas em telas separadas (copos cilíndricos de alumínio de painéis de lâmpadas de nove pinos). O ajuste do filtro é simples e se resume a ajustar os circuitos à ressonância com aparadores de bobina.
Particular atenção deve ser dada às questões de obtenção do máximo fator de qualidade construtiva das bobinas do filtro. Não se deve buscar uma miniaturização especial, pois o fator de qualidade aumenta com o aumento das dimensões geométricas da bobina. Pela mesma razão, é indesejável usar um fio muito fino. O prateamento do fio dá um efeito perceptível apenas nas bandas de HF de alta frequência e em VHF com um fator de qualidade construtiva da bobina superior a 100. É aconselhável usar fio litz apenas para enrolar bobinas nas faixas de 160 e 80 m. Menores perdas no fio prateado e fio litz são devido ao fato de que as correntes de alta frequência não penetram na espessura do metal, mas fluem apenas em uma fina camada superficial do fio (o chamado efeito pelicular). Uma tela perfeitamente condutora não reduz o fator de qualidade da bobina e também elimina as perdas de energia nos objetos ao redor da bobina. As telas reais apresentam algumas perdas, por isso é aconselhável escolher um diâmetro de tela igual a pelo menos 2-3 diâmetros de bobina. Ao mesmo tempo, a indutância também diminui em menor grau. O principal objetivo das telas é eliminar conexões parasitas entre os elementos. Não faz sentido, por exemplo, falar em obter uma atenuação superior a 20 ... 30 dB se os detalhes do filtro não forem blindados e o sinal puder ser induzido dos circuitos de entrada para os de saída. A tela deve ser feita de um material bem condutor (cobre, alumínio é um pouco pior). Não é permitido pintar ou estanhar as superfícies internas da tela. Essas medidas fornecem bobinas com fator de qualidade excepcionalmente alto, implementadas, por exemplo, em ressonadores helicoidais. Na faixa de 144 MHz, pode chegar a 700 ... 1000. A Figura 7 mostra o projeto de um filtro passa-banda de cavidade dupla de 144 MHz projetado para inclusão em uma linha de alimentação de 75 ohms. Os ressonadores são montados em telas retangulares de tamanho 25X25X50 mm, soldadas a partir de chapas de cobre, latão ou placas de fibra de vidro dupla face. O defletor interno possui um orifício de conexão medindo 6X12,5 mm. Os capacitores de ajuste de ar são fixados em uma das paredes finais, cujos rotores são conectados à tela. As bobinas do ressonador não têm moldura. São feitos de fio prateado com diâmetro de 1,5 ... 2 mm e possuem 6 voltas com diâmetro de 15 mm, esticadas uniformemente até um comprimento de cerca de 35 mm. Uma saída da bobina é soldada ao estator do capacitor trimmer, a outra à tela. As derivações para entrada e saída do filtro são feitas a partir de 0,5 voltas de cada bobina. A largura de banda do filtro sintonizado é ligeiramente superior a 2 MHz, a perda de inserção é calculada em décimos de decibéis. A largura de banda do filtro pode ser ajustada alterando o tamanho do orifício de acoplamento e selecionando a posição das derivações da bobina.
Nas bandas de VHF de alta frequência, é aconselhável substituir a bobina por um pedaço reto de fio ou tubo, então o ressonador espiral se transforma em um ressonador coaxial de quarto de onda carregado com uma capacitância. O comprimento do ressonador pode ser escolhido em cerca de l / 8, e o comprimento que falta até um quarto do comprimento de onda é compensado por uma capacitância de sintonia. Em condições de recepção particularmente difíceis nas bandas KB, o circuito de entrada ou filtro do receptor heteródino torna-se sintonizável em banda estreita. Para obter um alto fator de qualidade carregado e uma banda estreita, a conexão com a antena e entre os circuitos é escolhida para ser mínima, e para compensar as perdas aumentadas, é utilizado um amplificador transistorizado de efeito de campo. Seu circuito de porta desvia pouco o circuito e reduz seu fator de qualidade quase nada. É impraticável instalar transistores bipolares em URF devido à sua baixa resistência de entrada e não linearidade muito maior. O esquema URCH é mostrado na Fig. 8. Um filtro passa-banda ajustável de dois circuitos em sua entrada fornece toda a seletividade necessária, portanto, um circuito de Q baixo não ajustável L3C9, desviado pelo resistor R3, é incluído no circuito de drenagem do transistor. Este resistor seleciona o ganho da cascata. Devido à baixa amplificação da neutralização da capacitância de passagem do transistor não é necessária.
O circuito de dreno também pode ser usado para obter seletividade adicional se o resistor shunt for omitido e, para reduzir o ganho, o dreno do transistor é conectado à derivação da bobina de loop. O esquema de tal URCh para um alcance de 10 m é mostrado na Fig. 9. Ele fornece uma sensibilidade do receptor melhor que 0,25 μV. No amplificador, podem ser usados transistores de porta dupla KP306, KP350 e KP326, que possuem uma pequena capacitância de throughput, o que contribui para a estabilidade do URF com uma carga ressonante.
O modo do transistor é definido selecionando os resistores R1 e R3 de modo que a corrente consumida da fonte de alimentação seja de 4 ... 7 mA. O ganho é selecionado movendo o tap da bobina L3 e quando a bobina está totalmente ligada atinge 20 dB As bobinas de loop L2 e L3 são enroladas em anéis K10X6X4 feitos de ferrite 30VCh e possuem 16 voltas de fio PELSHO 0,25. As bobinas de comunicação com a antena e o mixer contêm 3-5 voltas do mesmo fio. É fácil introduzir um sinal AGC no amplificador aplicando-o à segunda porta do transistor. Quando o potencial da segunda porta é reduzido a zero, o ganho diminui em 40...50 dB. Literatura
Autor: V.T.Polyakov; Publicação: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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