Усилители промежуточной частоты

Усилители сигналов промежуточной частоты супергетеродинных приемников также содержат в своих каскадах колебательные системы. Но в отличие от диапазонных каскадов, описанных выше, каскад промежуточной частоты имеет неизменную (фиксированную) настройку контура, и эта настройка определяет значение промежуточной частоты f_np, установленной для данного приемника. Как мы уже сказали, для радиовещательных приемников f_np выбирается чаще всего около 465 кГц. При фиксированной настройке имеется возможность включать в каждом каскаде не один, а два и больше колебательных контуров, образующих полосовой фильтр. Такие усилители промежуточной частоты называются полосовыми. Они способны обеспечить лучшую избирательность, чем одноконтурные.

На рис. 3.а изображена ламповая схема каскада усиления промежуточной частоты с двухконтурным фильтром. Первый контур LC -фильтра включен непосредственно в анодную цепь, а второй связан с первым индуктивно и подключен к входу следующего каскада. Конструктивно катушки L имеют малые размеры и снабжаются сердечниками из магнитодиэлектрика, позволяющими уточнять настройку контуров. Оба контура настроены на одну и ту же промежуточную частоту.

Рис.3. Схемы полосовых усилителей промежуточной частоты:
а – на пентодах; б – на транзисторах.

Усиление полосового каскада зависит не только от параметров лампы и контура, но и от степени связи между контурами. При критической связи, т. е. при таком ее значении, когда активное сопротивление, вносимое из второго контура в первый, равно собственному его активному сопротивлению, коэффициент усиления на резонансной частоте будет вдвое меньше, чем для одноконтурного каскада, так как колебательная мощность распределяется поровну между двумя контурами.

К_{о крит}≈ =. (6)

Здесь Q_э — эквивалентная добротность каждого из контуров с учетом шунтирующих влияний ламп, но без учета взаимно вносимых сопротивлений. Эквивалентные добротности приближенно можно считать равными для обоих контуров. Так, например, если эквивалентная резонансная проводимость каждого контура Qобщ=0, 1 мСм, а крутизна лампы S = 4мСм, то усиление напряжения К_{о крит} = 20. Заметим, что критическое (значение коэффициента связи контуров (определяется из соотношений K_крит=1/Q; при Q_э=50 К_крит = 2%.

Каждая резонансная характеристика двухконтурной системы имеет более плоскую «вершину» и более крутые «скаты», чем характеристика одиночного контура. В частности, при связи больше критической резонансные кривые являются двугорбыми, а полоса пропускания каскада приблизительно равна разнице между частотами связи. Пример двугорбой характеристики дается на рис. 4, здесь изображена зависимость относительного значения, усиления от расстройки.

Рис.4. Частотная характеристика каскада полосового усиления.

Однако двугорбая форма резонансной характеристики не является самой распространенной, она усложняет настройку, а при сильной связи и при многих каскадах может углубиться провал на средней частоте в ущерб усилению несущего колебания сигнала. Чаще всего выбирается критическая связь (или близкое к ней значение). Полоса пропускания каскада при критической связи контуров:

П_крит = f₀/Q_э (7)

т. е. в 1, 41 раза больше, чем для одиночного контура той же добротности. Коэффициент же прямоугольности характеристики такого каскада П_крит/2Df_{0, 1крит}» 0, 32 (или 32%). Таково главное достоинство полосового каскада. При современных лампах с большой крутизной желаемое усиление достигается небольшим числом каскадов промежуточной частоты (в радиовещательных приемниках — один, два, реже три каскада).

На рис. 4.б показана транзисторная схема каскада усиления промежуточной частоты с двухконтурным фильтром. Характерно то, что для сохранения высокой добротности контуров приходится ослаблять их шунтирование выходной и входной проводимостями каскадов, применяя неполное включение контуров (коэффициенты включения m₁ и m₂).

Усиление каскада при критической связи контуров по аналогии с формулой (6):

К_{о крит}= = (8)

Значения m₁ и m₂ выбирают по допустимому ухудшению добротностей в сравнении с добротностями самих контуров, как было показано, например, в формуле (6).

 

Рис.5. Схема полосового Рис.6. Полосовой каскад с ней-
фильтра с емкостной трализацией емкости С₁₂
связью контуров

 

Полоса пропускания транзисторного каскада при критической связи контуров выразится формулой для лампового каскада (7), и избирательность будет аналогичной. При выборе типа транзистора для полосового каскада можно считать одним из показателей идеализированный коэффициент усиления мощности Км_cогл - Этот показатель для двухконтурного каскада оказывается таким же, как и для одноконтурного, потому что мы пренебрегаем здесь потерями в самих контурах. Помимо описанных выше каскадов с фильтрами, которые имеют индуктивную связь контуров, встречаются каскады с фильтрами, имеющими связь через «внешнюю» емкость (рис. 5). В этом случае можно подстраивать каждый контур сердечником на нужную частоту, а связь — емкостью С (обычно несколько пикофарад).

Для транзисторных усилителей (особенно для тех, транзисторы которых имеют граничную частоту, незначительно превышающую промежуточную) иногда применяется нейтрализация внутренней ОС, способной нарушить желательные свойства каскада. Нейтрализация (рис. 6) осуществляется подачей с выхода на вход через нейтрализующую емкость С_н напряжения, равного и противоположного по фазе напряжению, которое воздействует на вход через внутреннюю емкость С₁₂. Обратная фаза нейтрализующего напряжения достигается присоединением цепи нейтрализации к обратному концу катушки первого контура, имеющей промежуточный ввод к источнику коллекторного питания. Активная проводимость ОС g₁₂ в высокочастотных транзисторах, как правило, мала и не требует нейтрализации.