Circuitos de entrada y receptor de RF. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.

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Como ya vimos en el primer capítulo, para aumentar la sensibilidad y la selectividad real de un receptor heterodino, el circuito de entrada debe proporcionar un coeficiente de transferencia de potencia cercano a la unidad en el rango de frecuencia de operación y la mayor atenuación posible de salida. señales fuera de banda. Todas estas son las propiedades de un filtro de paso de banda ideal, por lo tanto, el circuito de entrada debe implementarse en forma de filtro.

El circuito de entrada de bucle único que se usa a menudo es el peor para cumplir con los requisitos. Para aumentar la selectividad, es necesario aumentar el factor de calidad de carga del circuito, debilitando su conexión con la antena y el mezclador o URF. Pero luego, casi toda la potencia de la señal recibida se gastará en el circuito y solo una pequeña parte pasará al mezclador o URF. El coeficiente de transferencia de potencia será bajo. Sin embargo, si el circuito está fuertemente conectado a la antena y al mezclador, el factor de calidad cargado del circuito caerá y atenuará ligeramente las señales de las estaciones adyacentes en frecuencia. Pero junto a las bandas de aficionados también funcionan emisoras muy potentes.

Se puede utilizar un circuito de entrada única como preselector en bandas de HF de baja frecuencia, donde los niveles de señal son bastante altos, en los receptores heterodinos más simples. La conexión con la antena debe ser ajustable y el circuito en sí debe ser sintonizable, como se muestra en la Fig. 1. En caso de interferencia de estaciones potentes, es posible debilitar la conexión con la antena reduciendo la capacitancia del condensador C1, aumentando así la selectividad del circuito y al mismo tiempo aumentando las pérdidas en el mismo, lo que equivale a encender el atenuador. La capacitancia total de los condensadores C2 y C3 se elige entre 300...700 pF, estas bobinas dependen del rango.

Figura 1. Circuito de entrada de bucle único

Se obtienen resultados significativamente mejores mediante filtros de paso de banda emparejados en la entrada y la salida. En los últimos años, ha habido una tendencia a aplicar filtros de paso de banda conmutables incluso en la entrada de receptores de comunicaciones profesionales de amplio rango. Use filtros de octava (raramente), media octava y cuarto de octava. La relación entre la frecuencia superior de su ancho de banda y la inferior es igual a 2, respectivamente; 1,41 (raíz cuadrada de 2) y 1,19 (raíz cuarta de 2). Por supuesto, cuanto más estrechos sean los filtros de entrada, mayor será la inmunidad al ruido del receptor de rango amplio, pero el número de filtros conmutados aumenta significativamente. Para los receptores diseñados solo para bandas de aficionados, la cantidad de filtros de entrada es igual a la cantidad de bandas, y su ancho de banda se elige igual al ancho de banda, generalmente con un margen de 10 ... 30%.

En los transceptores, es recomendable instalar filtros de paso de banda entre la antena y el conmutador de recepción/transmisión de la antena. Si el amplificador de potencia del transceptor es lo suficientemente ancho, como es el caso de un amplificador de transistor, su salida puede contener muchos armónicos y otras señales fuera de banda. Un filtro de paso de banda ayudará a suprimirlos. El requisito de un coeficiente de transferencia de potencia de filtro cercano a la unidad es especialmente importante en este caso. Los elementos del filtro deben ser capaces de soportar potencia reactiva varias veces la potencia nominal del transmisor del transceptor. Es recomendable elegir la impedancia característica de todos los filtros de banda para que sea igual e igual a la impedancia de onda del alimentador 50 o 75 Ohm.

Figura 2. Filtros de paso de banda: a - en forma de L; b - en forma de U

El esquema clásico del filtro de paso de banda en forma de L se muestra en la Fig. 2a. Su cálculo es extremadamente sencillo. Primero se determina el factor de calidad equivalente Q = fo/2Df, donde fo es la frecuencia media del rango, 2Df es el ancho de banda del filtro. La inductancia y la capacitancia del filtro se encuentran mediante las fórmulas:

donde R es la impedancia característica del filtro.

A la entrada y salida, el filtro debe estar cargado con resistencias iguales a la característica, pueden ser la impedancia de entrada del receptor (o la salida del transmisor) y la impedancia de la antena. El desajuste de hasta el 10...20% prácticamente tiene poco efecto sobre las características del filtro, pero la diferencia entre la resistencia de carga y la resistencia característica varias veces distorsiona fuertemente la curva de selectividad, principalmente en la banda de paso. Si la resistencia de la carga es inferior a la característica, se puede conectar mediante un autotransformador a la derivación de la bobina L2. La resistencia disminuirá en k² veces, donde k es la relación de encendido, igual a la relación del número de vueltas desde la salida al cable común al número total de vueltas de la bobina L2.

La selectividad de un eslabón en forma de L puede no ser suficiente, entonces se conectan dos eslabones en serie. Los enlaces pueden conectarse mediante ramas paralelas entre sí o secuenciales. En el primer caso se obtiene un filtro en forma de T, en el segundo, en forma de U. Se combinan los elementos L y C de las ramas conectadas. Como ejemplo, la Fig. 2b muestra un filtro de paso de banda en forma de U. Los elementos L2C2 permanecieron iguales y los elementos de las ramas longitudinales se combinaron en la inductancia 2L y la capacitancia C1/2. Es fácil ver que la frecuencia de sintonización del circuito en serie resultante (así como el resto de los circuitos de filtro) permaneció igual e igual a la frecuencia promedio del rango.

A menudo, al calcular filtros de banda estrecha, el valor de la capacitancia de la rama longitudinal C1 / 2 resulta ser demasiado pequeño y la inductancia es demasiado grande. En este caso, la rama longitudinal se puede conectar a las derivaciones de las bobinas L2, aumentando la capacitancia en 1/k² veces, y la inductancia se reduce en la misma cantidad.

Fig. 3. Filtro de doble circuito

En los filtros de radiofrecuencia, es conveniente utilizar únicamente circuitos oscilatorios paralelos conectados por un terminal a un cable común. El circuito de un filtro de dos circuitos con acoplamiento capacitivo externo se muestra en la Fig. 3. La inductancia y capacitancia de los circuitos paralelos se calculan usando las fórmulas (1) para L2 y C2, y la capacitancia del capacitor de acoplamiento debe ser C3=C2/Q. Los coeficientes de conmutación de las salidas del filtro dependen de la resistencia de entrada requerida Rin y de la resistencia característica del filtro R: k²= Rin/R. Los coeficientes de activación en ambos lados del filtro pueden ser diferentes, proporcionando coincidencia con la antena y la entrada del receptor o la salida del transmisor.

Para aumentar la selectividad, se pueden conectar tres o más circuitos idénticos según el circuito de la Fig. 3, reduciendo la capacitancia de los condensadores de acoplamiento C3 en 1,4 veces.

Fig.4. Selectividad de un filtro de tres circuitos.

La curva de selectividad teórica de un filtro de tres bucles se muestra en la Fig.4. La desafinación relativa x=2DfQ/fo se representa horizontalmente, mientras que la atenuación introducida por el filtro se representa verticalmente. En la banda de transparencia (x<1), la atenuación es cero y el coeficiente de transferencia de potencia es uno. Esto es comprensible si tenemos en cuenta que la curva teórica se construye para elementos sin pérdidas con un factor de calidad de diseño infinito. Un filtro real también introduce cierta atenuación en la banda de paso, lo que está asociado con pérdidas en los elementos del filtro, principalmente en las bobinas. Las pérdidas en el filtro disminuyen con el aumento del factor de calidad constructiva de las bobinas Q0. Por ejemplo, en Q0 = 20Q, las pérdidas incluso en un filtro de tres bucles no superan 1 dB. La atenuación fuera de la banda de paso está directamente relacionada con el número de bucles de filtro. Para un filtro de dos lazos, la atenuación es 2/3 como se indica en la Fig. 4, y para un circuito de entrada de un solo lazo es 1/3. Para el filtro en forma de U de la Fig. 3b, la curva de selectividad de la Fig. 4 es adecuada sin ninguna corrección.

Fig.5. Filtro de tres circuitos - diagrama práctico

En las figuras 7,0 y 7,5, respectivamente, se muestra un esquema práctico de un filtro de tres bucles con un ancho de banda de 5...6 MHz y su característica medida experimentalmente. El filtro se calculó de acuerdo con el método descrito para la resistencia R = 1,3 kOhm, pero se cargó en la resistencia de entrada del mezclador receptor heterodino de 2 kOhm. La selectividad aumentó ligeramente, pero aparecieron picos y depresiones en la banda de paso. Las bobinas de filtro se enrollan vuelta a vuelta en marcos con un diámetro de 10 mm con alambre PEL 0,8 y contienen 10 vueltas cada una. La retirada de la bobina L1 para igualar la resistencia del alimentador de antena de 75 ohms se realiza a partir de la segunda vuelta. Las tres bobinas están encerradas en pantallas separadas ("copas" cilíndricas de aluminio de paneles de lámparas de nueve pines). La sintonización del filtro es simple y se reduce a ajustar los circuitos para que resuenen con recortadores de bobina.

Fig.6. Curva de selectividad medida de un filtro de tres circuitos.

Se debe prestar especial atención a las cuestiones de obtener el máximo factor de calidad constructiva de las bobinas de filtro. Uno no debe esforzarse por una miniaturización especial, ya que el factor de calidad aumenta con el aumento de las dimensiones geométricas de la bobina. Por la misma razón, no es deseable utilizar un cable demasiado fino. El plateado del cable produce un efecto notable solo en bandas de HF de alta frecuencia y en VHF con un factor de calidad constructiva de la bobina de más de 100. Se recomienda usar cable litz solo para enrollar bobinas en los rangos de 160 y 80 m. Las pérdidas más bajas en el alambre plateado y el alambre litz se deben al hecho de que las corrientes de alta frecuencia no penetran en el espesor del metal, sino que fluyen solo en una capa superficial delgada del alambre (el llamado efecto piel).

Una pantalla perfectamente conductora no reduce el factor de calidad de la bobina y también elimina las pérdidas de energía en los objetos que rodean la bobina. Las pantallas reales presentan algunas pérdidas, por lo que es recomendable elegir un diámetro de pantalla igual a por lo menos 2-3 diámetros de bobina. Al mismo tiempo, la inductancia también disminuye en menor medida. El objetivo principal de las pantallas es eliminar las conexiones parásitas entre elementos. No tiene sentido, por ejemplo, hablar de obtener una atenuación de más de 20…30 dB si los detalles del filtro no están blindados y la señal puede ser inducida desde los circuitos de entrada a los de salida. La pantalla debe estar hecha de un material bien conductor (el cobre, el aluminio es algo peor). No se permite pintar o estañar las superficies internas de la pantalla.

Las medidas enumeradas garantizan un factor de calidad excepcionalmente alto de las bobinas, que se realiza, por ejemplo, en los resonadores en espiral. En el rango de 144 MHz puede llegar a 700...1000. La Figura 7 muestra el diseño de un filtro de paso de banda de 144 MHz con dos resonadores diseñado para incluirse en una línea de alimentación de 75 ohmios. Los resonadores se montan en pantallas rectangulares con dimensiones de 25X25X50 mm, soldadas a partir de láminas de cobre, latón o láminas de fibra de vidrio de doble cara. El tabique interior tiene un orificio de conexión de 6X12,5 mm. En una de las paredes finales se montan condensadores de sintonización de aire, cuyos rotores están conectados a la pantalla. Las bobinas del resonador no tienen marco. Están hechos de alambre plateado con un diámetro de 1,5...2 mm y tienen 6 vueltas con un diámetro de 15 mm, estiradas uniformemente hasta una longitud de aproximadamente 35 mm. Un terminal de la bobina está soldado al estator del condensador de ajuste y el otro a la pantalla. Las derivaciones a la entrada y salida del filtro se realizan a partir de 0,5 vueltas de cada bobina. El ancho de banda del filtro sintonizado es ligeramente superior a 2 MHz, la pérdida de inserción se calcula en décimas de decibel. El ancho de banda del filtro se puede ajustar cambiando el tamaño del orificio de acoplamiento y seleccionando la posición de las derivaciones de la bobina.

Fig.7. Filtro resonador en espiral

En las bandas de VHF de mayor frecuencia, es recomendable reemplazar la bobina con una pieza recta de alambre o tubo, luego el resonador en espiral se convierte en un resonador coaxial de cuarto de onda cargado con una capacitancia.La longitud del resonador se puede elegir alrededor de 8 / XNUMX, y la longitud que falta hasta un cuarto de la longitud de onda se compensa con una capacitancia de sintonización.

En condiciones de recepción particularmente difíciles en las bandas KB, el circuito de entrada o filtro del receptor heterodino se hace de banda estrecha, sintonizable. Para obtener un factor de calidad de alta carga y una banda estrecha, se elige que la conexión con la antena y entre los circuitos sea mínima, y ​​para compensar las pérdidas incrementadas, se utiliza un amplificador de transistor de efecto de campo. Su circuito de compuerta desvía poco el circuito y reduce casi nada su factor de calidad. No es práctico instalar transistores bipolares en URF debido a su baja resistencia de entrada y su no linealidad mucho mayor. El esquema URCH se muestra en la Fig. 8. Un filtro de paso de banda sintonizable de dos circuitos en su entrada proporciona toda la selectividad requerida, por lo tanto, un circuito L3C9 de bajo Q no sintonizable, derivado por la resistencia R3, está incluido en el circuito de drenaje del transistor. Esta resistencia selecciona la ganancia de la cascada. Debido a la baja amplificación de la neutralización de la capacitancia de paso del transistor no se requiere.

Figura 8. amplificador de radiofrecuencia

El circuito de drenaje también se puede usar para obtener selectividad adicional si se omite la resistencia de derivación y, para reducir la ganancia, el drenaje del transistor se conecta a la derivación de la bobina de bucle. El esquema de tal URCh para un rango de 10 m se muestra en la Fig. 9. Proporciona una sensibilidad del receptor superior a 0,25 μ V. En el amplificador, se pueden utilizar los transistores de puerta doble KP306, KP350 y KP326, que tienen una capacidad de rendimiento pequeña, lo que contribuye a la estabilidad de la URF con una carga resonante.

Fig.9. URCH en un transistor de dos puertas

El modo de transistor se establece seleccionando las resistencias R1 y R3 para que la corriente consumida de la fuente de alimentación sea de 4 ... 7 mA. La ganancia se selecciona moviendo el grifo de la bobina L3 y cuando la bobina está completamente encendida, alcanza los 20 dB Las bobinas de bucle L2 y L3 están enrolladas en anillos K10X6X4 hechos de ferrita de 30VCh y tienen 16 vueltas de alambre PELSHO 0,25. Las bobinas de comunicación con la antena y el mezclador contienen 3-5 vueltas del mismo cable. Es fácil introducir una señal AGC en el amplificador aplicándola a la segunda puerta del transistor. Cuando el potencial de la segunda puerta se reduce a cero, la ganancia disminuye en 40...50 dB.

Literatura

1. V. T. Polyakov. Radioaficionados sobre la técnica de conversión directa. m 1990

Autor: V. T. Polyakov; Publicación: N. Bolshakov, rf.atnn.ru

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