Схемотехника полосовых диапазонных фильтров
“Аматор”: Снявши голову, по волосам не плачут! Мы с Незнайкиным за эти дни изготовили и отладили стабилизатор напряжения по предложенной Вами, уважаемый Спец, и прочувствованной нами принципиальной электрической схеме. Теперь можно было бы приступить и, собственно, к приемнику, я полагаю?
“С”: Давно пора! И начнем мы, прежде всего, вот с какого момента... Вы не припомните, друзья, с чего начинается театр?
“Н”: Я слышал, что классики настаивают на том, что театр начинается с вешалки!
“С”: И они совершенно правы! Впрочем, на то они и классики! Но, в таком случае, радиоприемник начинается с определения ДИАПАЗОНА ПРИНИМАЕМЫХ ЧАСТОТ! В нашем случае, в этот диапазон должны входить ВСЕ короткие волны! Причем не в печальном советско-обрезанном виде, а начиная с 10-метрового диапазона!
“А”: Но ведь официально, КВ-диапазон начинается с 11 метров?
“С”: Читай чаще классику, дружище! Как говаривал незабвенный Коровьев Фагот — ВСЕ ЭТО ЗЫБКО И УСЛОВНО ! Да вот, чтобы за примером далеко не ходить! Вот передо мной журнал “Радю-Аматор” № 8 за 1996 г. В интереснейшей статье А. Егорова читаем: “В общем случае короткими волнами (KB) считают волны длиной 10—200 метров (частоты 1,5—30 МГц), хотя в прошлом выпуске рубрики участок волн 100—200 метров мы причислили к СРЕДНИМ волнам. Дело в том, что с физической точки зрения четкой границы между этими диапазонами НЕТ ... в приемной аппаратуре (особенно служебной) КВ-диапазон начинается с 1,5 МГц”. Так вот, я предлагаю верхней границей приема считать 30 МГц!
“Н”: ...Согласие есть продукт непротивления...
“А”: Ты, Незнайкин, славно излагаешь! Но, уважаемый Спец! Это сколько же потребуется поддиапазонов!? Давайте подсчитаем... Итак: 11 м; 13 м; 16 м; 19 м; 25 м; 31 м; 41 м; 49 м; 65 м; 75 м. Итого — десять поддиапазонов! Это только в области коротких волн! А если сюда еще прибавить ДВ, СВ и УКВ?
“С”: Не хотел я об этом, но если ты так настаиваешь... Ты, надеюсь, заметил, что на KB есть участки, которые не принимаются вообще?
“А”: Естественно, заметил...
“С”: Кроме того, на Всемирной административной конференции по радиовещанию, проходившей в 1992 году, было принято решение о введении в эксплуатацию в начале 21 века НОВЫХ КВ-поддиапазонов! Еще по одному на участках 16 м;19 м; 25 м; 31 м; 41 м и 49 м! Кроме того, вводятся новые поддиапазоны: 22 м и 15м. Так что смело можешь их тоже приплюсовать к перечисленным тобой ранее...
“А”: Но ведь в иностранных радиоприемниках тоже применяется разбиение на растянутые КВ-диапазоны!
“С”: Да, применяется! Но ранее только в дорогих, а теперь во многих моделях даже среднего класса предусмотрена возможность перехода на Н ЕПРЕРЫВНУЮ ШКАЛУ приема! Мы ведь упоминали, например, “Satellit 6001”? Там предусмотрена такая возможность!
“Н”: А почему вообще нельзя вместо растянутых КВ-поддиапазонов ввести непрерывную шкалу?
“С”: Ввести можно! Но вот будет ли от этого толк? Дело в том, что все упирается в проблему шумов и помех! Применение растянутых поддиапазонов ограничивает полосу приема в каждом из них величиной, находящейся в пределах от нескольких сотен килогерц до величины, несколько превышающей 1 МГц! Применение во входных контурах резонансной перестройки не спасает ситуацию. Поскольку, особенно на высокочастотных участках KB, даже в этом случае настройка не может быть сделана достаточно острой.
“А”: Получается, что, расширив поддиапазон, мы только увеличим уровень помех?
“С”: Если исходить из прежних схемных решений, то да! Но не забывайте, что нами принята иная концепция — радиоприемник с преобразованием первой промежуточной частоты ВВЕРХ! В этом случае вместо резонансного усилителя радиочастоты, стоящего в прежних моделях ПЕРЕД смесителем, мы применяем ШИРОКОПОЛОСНЫЙ усилитель радиочастоты, перекрывающий ОДНОВРЕМЕННО ВЕСЬ КВ-диапазон!
“А”: Но как же сильно, в этом случае, возрастет уровень помех!
“С”: Природа парадоксальна! Применение широкополосного УВЧ, прежде всего, приводит к УМЕНЬШЕНИЮ искажений! Что же касается помех, то cитуация здесь следующая. Многолетние исследования на сей счет, проходившиеся специалистами различных Стран, показали, что наиболее рациональным является применение, так называемых, ПОЛУ РАСТЯНУТЫХ поддиапазонов!
В нашем случае предлагается следующее разбиение:
1-ый поддиапазон — 30,0—25,0 МГц; 2-ой поддиапазон — 25,0—22,0 МГц; 3-ий поддиапазон — 22,0—18,0 МГц; 4-ый поддиапазон — 18,0—15,0 МГц; 5-ый поддиапазон — 15,0—12,0 МГц; 6-ой поддиапазон — 12,0—9,0 МГц; 7-ой поддиапазон — 9,0—7,0 МГц; 8-ой поддиапазон — 7,0—5,0 Мгц. “А”: Что это дает?
“С”. Прежде всего, мы исключаем малоэффективные перестраиваемые резонансные системы из входных цепей. Технически, перечисленные выше | диапазоны, будут сформированы на основе, так называемых, ПОЛОСОВЫХ ФИЛЬТРОВ.
“Н”: А что такое полосовой фильтр?
“С”: Для пояснения этого обратимся к старому методу, который никогда нас не подводил — к рисунку! Представим себе, что необходимую нам полосу пропускания D f, мы пытаемся сформировать с помощью одиночного колебательного контура, АЧХ которого, как известно, напоминает “колокол” (рис. 22.1).
“А”: Но очевидно, что нормальная ситуация будет только на частоте f0, поскольку по мере удаления от этой частоты сигнал на входе приемника будет ” падать, что равнозначно ухудшению чувствительности.
“Н”: И, кроме того, пьедестал “колокола” предоставит неплохую возможность проникать на вход приемника помехам и сигналам частот, ко- торые лежат ВНЕ полосы пропускания
“С”: Вы все правы! Помимо всего j прочего, это ведь приводит еще и к увеличению полосы шумов! В общем, пора подвести итог!... Характеристика, которую имеет ОДИНОЧНЫЙ колебательный контур нам совершенно не подходит! Ну, а какую характеристику мы могли бы считать ИДЕАЛЬНОЙ?
“А”. Прямоугольную, с шириной полосы основания точно равной D f !
“С”: Умри — лучше не скажешь! Но... “гладко писано в бумаге, да забыли про овраги, а по ним ходить!” Над формированием подобных ИДЕАЛЬНЫХ характеристик радиоинженеры бьются уже десятки лет! В разных радиосистемах, путем применения сложных контуров, удается в той или иной степени ПРИБЛИЗИТЬСЯ к этому идеалу! Кстати, именно эта задача сейчас и стоит перед нами ..
“А”: Ну, а что Вы можете предложить по этому поводу, уважаемый Спец?
“С”: Систему полосовых фильтров, которые давно исследованы и применяются в некоторых профессиональных американских приемниках Вот ее основной “кирпичик”. Я изобразил ниже типичную АЧХ такого полосового фильтра для случая нашего самого высокочастотного поддиапазона 25,0-30,0 МГц (рис. 22.2)!
“А”: На этой схеме я вижу ТРИ катушки индуктивности. Но что приятнее всего — ВСЕ они очень просты! На них нет отводов. И на каждом каркасе размещена только одна обмотка!
“С”: А это, как мы еще не раз убедимся, исключительно выгодное обстоятельство!
“Н”: А что означают значки со стрелками возле каждой индуктивности?
“А”: Так принято изображать наличие в катушке перестраиваемого сердечника. В нашем случае применяются сердечники на основе карбонильного железа. Цилиндрические, резьбовые.
“Н”: Но верхний участок АЧХ не совсем плоский!
“С”: В данном случае лучшего просто не требуется! Вот таким образом, с помощью подобных полосовых фильтров, общим числом — ВОСЕМЬ, будет перекрыт, без каких-либо пропусков, интересующий нас диапазон коротких волн!
“А”: А почему мы “забыли” участок от 1,5 до 5 МГц?
“С”: Мы не забыли, просто, как мне представляется, это не очень интересный для “путешествий по эфиру” участок! Но в чем проблема? Добавь еще парочку полосовых фильтров и все дела...
“А”: Меня еще интересует такой вопрос: а как все это должно коммутироваться
“С”: С помощью миниатюрных специализированных реле. Тем более, что имеется некоторый нюанс, очень неприятный, который совершенно не учитывался ранее. Представьте себе, что мы выбрали один из поддиапазонов и осуществляем на нем прослушивание радиостанций. Что в это время будет происходить с остальными полосовыми фильтрами?
“Н”: С теми, которые в данный момент НЕ ПОДКЛЮЧЕНЫ ни к антенне, ни к усилителю?
“С”: Совершенно верно! Итак...
“А”: Ну и странный вопрос! Они же ни к чему не подключены, вы же сами сказали! Да ничего в них не может происходить... Их как будто вообще нет!
“С”- Вот именно — “ка к- будто”! А они, между прочим, есть! И, представьте себе, живут своей нормальной электромагнитной жизнью! КАЖДЫЙ из неподключенных полосовых фильтров, воспринимает окружающую электромагнитную обстановку! А равно и спектральные всплески, возникающие в различных точках приемника.
И ОТВЕЧАЕТ на это ДЕСЯТКАМИ ПОЛНЫХ ПЕРИОДОВ затухающих в этих полосовых фильтрах колебаний, порожденных этими всплесками! И наводит их не только в себе, ной в катушках РАБОТАЮЩЕГО В ДАННЫЙ МОМЕНТ диапазона!
“А”: Ничего себе! А ведь и правда, я не встречал еще, чтобы во входных контурах в отдельные латунные экраны помещались диапазонные катушки!
“С”: А как можно видеть то, чего не существует? Но все эти катушки, в действительности, ОЧЕНЬ чувствительные компоненты! Поэтому размещение всего блока полосовых фильтров под общим экраном (как это давно делается в профессиональных приемниках) вопрос закрыть не может!
“Н”: Ну, а разве применение реле может помочь в этом вопросе?
“С”: И еще как! Особенно в том случае, если их подключить так, как показано на рис. 22.3.
“Н”: А сокращения “Н.Р.” и “Н.З.” — означают НОРМАЛЬНО РАЗОМКНУТЫЙ и НОРМАЛЬНО ЗАМКНУТЫ И контакты?
“А”: Правильно! Тем более, что этот вопрос был задан тобой в качестве чисто риторического!
“С”: Таким образом, все полосовые фильтры, кроме задействованного, полностью закорочены на землю (на корпус прибора). Поэтому НИКАКОГО мешающего влияния они не оказывают. Их обмотки запитываются постоянным током, поэтому подводящие провода могут иметь значительную длину и, в то же время, не являться источником помех и наводок!
“А”: Получается, что применение миниатюрных реле типа РЭС-49 в полосовых фильтрах способно отлично справиться с решением задачи переключения и коммутации КВ-поддиапазонов. Ну, теперь выход блока полосовых фильтров можно через аттенюатор прямо подключить ко входу широкополосного УВЧ!
“С”: Да, если бы вопрос высокочастотного аттенюатора был нами уже решен. Мы уже говорили о том, какой электронный компонент можно взять за основу такого ВЧ-аттенюатора?
“А”: Ну да, мы ведь говорили о р—i—n-диодах... Но еще никак не комментировали пригодность для этой цели ОПТРОНОВ. Мне также приходилось встречать схемы очень простых, но эффективных ВЧ-аттенюаторов, представляющих из себя Т-образное включение резисторов, которые можно подключать в ВЧ-цепи также с помощью контактов реле.
Так какой же принцип выбрать?
“С”: Оптроны для этой цели не годятся только из-за того, что минимальное сопротивление их резисторного элемента составляет СОТНИ ОМ. А в ВЧ-цепях необходимы значительно меньшие величины.
“А”: В идеале, близкие к нулю?
“С”: В идеале, ДА!
“Н”: А почему, в конце-концов, не применить схему на р—i—п-диодах?
Что, там настолько сложная схема управления?
“С”: Схема, как схема! Основные сомнения относительно р—i—п-диодов возникают только тогда, когда речь заходит об их линейных свойствах по отношению к ВЧ-сигналу. Особенно в том случае, если ВЧ-сигнал имеет достаточно большую амплитуду...
“А”: Но релейные, простые аттенюаторы могут работать только в двух режимах. Или включен, или не включен! А если включен, то ослабляет входной сигнал в определенное число раз. В то время как р—i—n-диоды позволяют ПЛАВНО регулировать величину сигнала! Они, следовательно, хорошо поддаются непрерывному регулированию!
“С”: В том то и дело! Ведь мы, применяя простейший аттенюатор, должны выбирать одно из двух. Или мы просто выводим на панель управления приемника тумблер, посредством которого осуществляем включение Т-образного (или П-образного) резисторного делителя в те моменты, когда, как нам кажется, это требуется. Или же мы вводим дополнительную электронную систему, которая сама управляет моментом включения—выключения аттенюатора, но если уровень входного сигнала будет колебаться как раз на грани срабатывания автоматики, то слушать станцию будет очень неприятно. ;
“Н”: Так как же поступить?
“С”: Я предлагаю следующее. Вот здесь я привожу схему простейшего аттенюатора. Если вы не захотите экспериментировать — примените именно ее! Как самый простой вариант. В этом случае управление аттенюатором осуществляется вручную или автоматически с помощью реле типа РЭС-49 или РЭС-80 (рис. 22.4).
“А”: Ну, а второй вариант, с использованием р—i—п-диодов?
“С”: Этот вариант мне лично представляется даже более предпочтительным. Используя достаточно простой р—i—n-аттенюатор, на диодах типа КА-509А, можно добиться очень неплохих результатов.
Так я, в свое время, проводил подобные эксперименты. В диапазоне частот, соответствующем КВ.
“Н”: А как относительно их нелинейных свойств?
“С”: Имеются в виду р—i—n-диоды? Должен сказать, что уже при токе управления 4—5 мА, р—i—n-диоды типа КА-509А имеют ничтожное прямое сопротивление. При этом НИКАКОГО искажения формы входного сигнала я hе наблюдал!
“А”: А какова была максимальная амплитуда входных сигналов в ваших экспериментах?
“С”: Около 300 милливольт! Большие сигналы меня просто не интересовали!
“А”: Ну, а как насчет пределов регулировки?
“С”: Все зависит от тока управления. При его уменьшении до нуля, во всех участках КВ-диапазона наблюдалось почти полное непрохождение сигнала. Поэтому, входной аттенюатор для нашего приемника будет иметь следующую принципиальную схему (рис. 22.5).
“А”: А что представляет из себя схема управления?
“С”: Мы займемся ею несколько позднее. Вот теперь-то и настала пора определиться со схемой малошумящего широкополосного усилителя высокой частоты.
Именно с обсуждения этого вопроса и начнется наша следующая встреча.
>
