Развитие схем радиоприемных трактов.

Рассмотрим работу радиоприемного тракта в целом на примерах некоторых моделей РТ — от более простых к более сложным.

Приемные устройства РТ ранних моделей строились на дискретных элементах по схемам, аналогичным транзисторным приемникам, предназначенным для приема радиовещательных УКВ станций.

Позже были разработаны специализированные МС, включающие основные элементы радиоприемных трактов узкополосных связных приемников частотно-модулированных сигналов, где девиация частоты не превышает ±(2,5...3) кГц [39].

Для стопроцентной надежности вхождения в связь базового и носимого блоков во всех без исключения схемах радиоприемников РТ применяется кварцевая стабилизация частоты гетеродина или ее подстройка с помощью петли ФАПЧ, управляемой высокостабильным опорным кварцевым генератором (ОКГ).

Защита от помех по зеркальному каналу, то есть отстоящих от частоты полезного сигнала на удвоенную величину ПЧ, тем лучше, чем больше значение ПЧ. Это объясняется тем, что при относительно низкой ПЧ (fnp=455 кГц) через входной контур средней и малой добротности в диапазоне УКВ проходят как полезные, так и мешающие сигналы, так как полоса пропускания контура составляет сотни килогерц, а при малых добротностях — единицы мегагерц. При выборе высокой первой ПЧ (fnpj=10,7 МГц) удается значительно подавить зеркальную помеху даже в одиночном входном контуре, а большого усиления полезного сигнала добиться на низкой второй ПЧ (fnp2=455 кГц).

Схема радиоприемника НБ BELL.

На рис. 1.8 приведена схема транзисторного радиоприемника НБ BELL, (печатная плата 405160-D). Сигнал из антенны поступает через удлинительную катушку L501, разделительный конденсатор С501 и катушку связи контура L502 на преселектор приемника L401. Вход УРЧ зашунтирован диодом D404 для ограничения на уровне, примерно 0,7 В сильного сигнала, импульсных помех и других колебаний, прошедших через преселектор.

Полезный сигнал, выделенный контуром L401, подается на эмиттер транзистора Q401, включенного в каскаде УРЧ по схеме с ОБ. Это необходимо, так как применяемые здесь транзисторы 2SC380 (ir=250 МГц) не обеспечивают в схеме с ОЭ достаточного усиления и устойчивости УРЧ. Усиленный первым каскадом РПУ сигнал выделяется на нагрузке — колебательном контуре L402 и с катушки связи через разделительный конденсатор С406 поступает на базу смесителя Q403, включенного по схеме с ОЭ. Также на базу смесителя через конденсатор С410 подается сигнал первого гетеродина, собранного на транзисторе Q402 с кварцевым резонатором Х401 в цепи базы. Частота кварцевого резонатора первого гетеродина f^i^fc-fn'ii зависит от частоты сигнала fc (номера канала) при постоянной для всех каналов ГПЧ|-10,7 МГц.

Нагрузкой смесителя служит колебательный контур L404, катушка связи которого подключена к входу пьезокерамического фильтра CF401, формирующего полосу пропускания первого УПЧ. С нагрузки фильтра R415 через конденсатор С415 напряжение первой ПЧ подается на базу транзистора Q405 — второго смесителя приемника. Здесь первая ПЧ смешивается с колебаниями второго гетеродина (Q404), в цепи базы которого также включен кварцевый резонатор Х402. Частота кварца второго гетеродина Х402 (для всех каналов) равна:

fгет2 = fпч1 – fпч2 = 10,7-0,455 = 0,245 МГц.

Специализированные микросхемы фирмы MOTOROLA

Рис. 1.8. Принципиальная схема транзисторного РПУ НБ BELL FF-750.

Еще более высокие параметры и более высокую степень интеграции имеют микросхемы второго поколения МС3335 (SO-20), MC3362 (DIL-24, SO-24), MC3363 (SO-28).

Здесь будут рассмотрены эти и некоторые другие МС, предназначенные, в основном, для применения в схемах РПУ радиотелефонов.

На рис. 1.9.а показана внутренняя структура и расположение выводов микросхемы МС3359. Ее полным аналогом является отечественная ИС К174ХА26 [5], а также другие ИС, например, ROHM BA4113. Все эти МС выпускаются в пластмассовых корпусах DIP-iS (двухрядный с расстоянием между выводами 2.5 мм, число выводов — 18} и содержат полный набор каскадов радиоприемника, за исключением усилителя радиочастоты: смеситель, гетеродин, усилитель-ограничитель ПЧ, де­модулятор, УЗЧ-1, УЗЧ-2 {для активного полосового фильтра — ПФ), ключевое устройство (КУ) подавителя шумов (ПШ).

Микросхемы МС3357/59 имеют верхнюю рабочую частоту со входа смесителя — 45 МГц, нижнюю границу напряжения питания — 4 В и потребляют ток 5...7 мА.

В дальнейшем указанный ряд микросхем был модифицирован с уменьшением числа выводов до 16, и, главное, — понижением нижней границы рабочего напряжения до 2 В, что особенно важно для РПУ трубки, питаемой от малогабаритной аккумуляторной батареи напряжением 3,6 В. Микросхемы МС3361/71/72, а также МС3357 полностью соответствуют цоколевке и структуре МС3359, но не имеют дополнительного вывода демодулятора для АПЧГ и вывода фильтра демодулятора (рис. 1.9.6).

Максимальная рабочая частота МС3361/7! (с входа 16) — 60 МГц пределы напряжения питания — от 2 до 8 В. Микросхема МС337! в два раза более высокую чувствительна, чем МС3361 — не хуже 1 мкВ.

Рис. 1.9. Структурные схемы и расположение выводов МС РПУ

Аналогичные МС выпускаются ф. SHARP под марками IR3N06, IR3N37N, ф. ROHM — BA4112 и другими фирмами со своими собственными префиксами, например, National Semiconductor LM3361.

Имеется и полный отечественный аналог микросхемы МС3361 в двух типах корпусов - KCI066XA2 (DIP-16) и КФ1066ХА2 (SOIC-16 - малогабаритный, с шагом между выводами 1,25 мм, для поверхностного монтажа) [29].

Во всех рассмотренных МС предусмотрена возможность построения схемы ПШ с помощью полосового фильтра на УЗЧ-2 и ключевого устройства (КУ), блокирующего выход УЗЧ-1, в отсутствие сигнала.

МС в корпусах DIP-16 (MC3357/6I/71, КС1066ХА2 и др.) могут заменять МС с 18 выводами (МС3359, К174ХА26 и др.), так как все основные узлы и тех, и других микросхем аналогичны по своей структуре и расположению выводов.

При обратной замене остаются незадействованными выводы 9 и 10, являющиеся второстепенными (см. рис. 1.9.а). В случае необходимости к этим ножкам, отогнутым параллельно печатной плате, можно подпаять проводники.

Радиоприемный тракт НБ РТ PREMIER.

На рис. 1.10 приведена схема РПУ НБ РТ PREMIER CP-480, которую можно считать типичной для рассмотренных выше микросхем.

Супергетеродинный радиоприемник с однократным преобразованием частоты собран на ИС МС3361, в которой используются все каскады, с добавлением ступени УРЧ на транзисторе Q710, включенном по схеме с ОЭ между преселектором IFT701 и смесителем микросхемы IC701.

Гетеродин работает на частоте кварцевого резонатора Х701, которая в сумме с ПЧ (455 кГц) равна несущей частоте передатчика НБ — одной из двенадцати частот диапазона (31,0375...31,3125МГц).

АЧХ УПЧ формируется фильтром CF701 высокой избирательности, после чего ПЧ поступает на демодулятор — частотно-фазовый детектор с опорным (квадратурным) контуром (FT704, зашунтированным резистором R705 для снижения добротности контура.

После фильтрации ВЧ составляющих колебания 34 полаются на внешний усилитель. В некоторых схемах РТ применена схема подавителя шумов для чего напряжение шумов в полосе частот 3...10 кГц выделяется и усиливается активным полосовым фильтром ПФ, входящим в состав IC701. Усиленное напряжение детектируется, и своей постоянной составляющей управляет ключевым устройством ПШ, блокируя на “землю” выход УЗЧ-1.

При появлении на выходе РПУ полезного сигнала уровень шумов на выводе 9 МС значительно уменьшается, в результате чего КУ разблокирует выход УЗЧ-1. Порог ПШ, то есть уровень шумов, при котором происходит срабатывание КУ, регулируется подстроечным резистором. Подобная схема подавления шумов применялась в ранних версиях некоторых РТ (FUNAI SCT-1000). В большинстве современных схем РПУ часть микросхемы (гетеродин, ПФ, ключевое устройство) не используется, т.к. не применяется система шумоподавления — при пропадании пилот сигнала базовый блок переходит в дежурный режим.

Радиоприемный тракт с двойным преобразованием частоты.

Рассмотрим еще один вариант применения микросхемы МС3371 в РПУ с двойным преобразованием частоты (FT SANYO CLT-5800). Сигнал из антенны через дуплексор поступает в УРЧ, собранный на полевом транзисторе Q151 по схеме с ОИ (рис. 1.11). Нагрузкой УРЧ служит трансформа­тор высокой частоты Т151 с неполным включением первого контура в цепь стока ПТ. С катушки второго контура Т151 сигнал РЧ подается на первый смеситель Q152 (схема с ОЭ) в коллекторной цепи которого включен резистор R154 и ПКФ CF351. Сигнал первой ПЧ после фильтра поступает на вход смесителя микросхемы IC351 (вывод 16), а после смешения с напряжением второго гетеродина результирующие колебания подаются на вход ПКФ CF352, формирующего АЧХ по второй ГТЧ.

Новые разработки фирмы MOTOROLA.

В более поздних разработках микросхемы РПУ ф. MOTOROLA приобрели более сложную структуру и улучшенные параметры. К ним, в первую очередь, относятся расширенный частотный диапазон и увеличенные пределы питающих напряжений. МС3362 в корпусах DIP-24, SO-24 и МС3363 (SO-28) содержат полную схему узкополосного ЧМ радиоприемника от антенного входа до предварительного УЗЧ (рис. 1.12.а, б).

Рис. 1.10. Принципиальная схема РПУ НБ РТ PREMIER CP-480

Обе они могут работать как в РТ диапазона 46...49 МГц, так и на более высоких частотах — до 200 МГц с внутренним гетеродином и до 450 МГц — с внешним. В литературе [30] приведено описание аналога микросхемы МС3362 под названием АК9401, разработанного в Белоруссии (г. Минск).

Последнее поколение однокристальных узкополосных ЧМ радио­приемников с двойным преобразованием частоты ф. MOTOROLA — микросхемы МС13135/136 (рис.1.12.в). Эти МС имеют высокий коэффициент усиления, малые внутренние шумы и низкий уровень нелинейных искажений. Диапазон напряжения питания 2...6 В при среднем токе 3,5 мА. Данные МС предназначены для работы с синтезаторами частоты или местным гетеродином с кварцевой стабилизацией частоты. В качестве опорного элемента частотно-фазового детектора может применяться как квадратурный колебательный контур, так и керамический резонатор на 455 кГц (МС13136). Обе МС выпускаются в стандартных корпусах DIP-24 и малогабаритных SO-24 для поверхностного монтажа.

Фирмой SONY была разработана микросхема CXA1852N, представляющая собой УРЧ и преобразователь частоты на ПЧ1 для радиотелефонов диапазона 900 МГц.

Радиоприемные тракты в РТ Panasonic.

В ранних моделях РТ Panasonic (KX-T3710/30) применялись радио­приемные тракты на микросхемах AN6169 (SO-30) для ББ и AN6168 (SO-32) для НБ. Они так же, как МС MOTOROLA, содержат полный набор каскадов радиоприемных устройств и некоторые вспомогательные узлы.

Рис. 1.11. Принципиальная схема РПУ НБ РТ SANYO CLT-5800.

Во многих современных моделях радиотелефонов Panasonic: TC280/281, К.Х-Т3908/3970, KX-T408/4LO, КХ-Т4010/4046, КХ-Т43Ш/43П как в базовом блоке, так и в трубке в качестве радиоприемного устройства и основного узла обработки сигналов звуковой частоты применяется микросхема AN6185 (рис. 1.13.в, г) (корпус FQFP-56). В нее входят все каскады радиоприемника, синтезатор частоты с двойной петлей ФАГТЧ, микрофонный усилитель, компандер, схема контроля состояния питаю­щей батареи и другие устройства. С помощью этой микросхемы и контроллера можно построить схему НБ всего на двух БИС.

Применение полевых транзисторов в РПУ.

Применение полевых транзисторов в первых каскадах РПУ стало важным этапом в улучшении параметров как каскадов УРЧ, так и приемника в целом. Высокое входное сопротивление ПТ на радиочастотах (сравните: десятки ом у каскада с ОБ и десятки-сотни килоом у каскада с ОИ) дает возможность увеличить добротность входного контура за счет меньшего шунтирования контура входом ПТ. По той же причине можно подключить колебательный контур к цепи затвора ПТ полностью, а не отводом от части витков катушки, как это делается в каскадах с биполярными транзисторами. И, наконец, в связи с особенностью вольтамперной характеристики ПТ (квадратичная зависимость тока стока от напряжения на затворе) удается значительно снизить помехи от мешающих сигналов, частота которых близка к резонансной частоте входного колебательного контура.

В ранних моделях РТ диапазона 900 МГц в высокочастотных каскадах (УРЧ и первый смеситель) использовались ПТ с двумя изолированными затворами (КХ-Т9080). Такое решение улучшает чувствительность РПУ, избирательность по зеркальному каналу, устраняет опасность самовозбуждения ВЧ каскадов, упрощает их схемы. Особенно эффективно эти транзисторы работают в каскадах УРЧ за счет очень малой проходной емкости, а в каскадах смесителей — благодаря хорошей развязке цепей сигнала и гетеродина.

Рис. 1.12. Микросхемы РПУ фирмы Motorola.