В.Д. Горшелев, 3.Г. Красноцветова, А.А. Савельев, Г.Н. Тетерин
Основы проектирования радиоприемников
«ЭНЕРГИЯ» ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ 1967
УДК 621.396.62 (.001.1, 6Ф2.12 Г67
В книге излагаются вопросы построения схем, проектирования и инженерного расчета профессиональных связных и радиовещательных приемников, а также приемников телевизионных и импульсных сигналов, исключая вопросы расчета специфических устройств этих приемников. Приведена методика расчета блок-схемы приемников и основных схем каскадов, необходимые фор мулы и графический материал.
Книга предназначена для работников радиопромышленности, аспирантов и студентов радиотехнических факультетов втузов.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие .................................
Глава первая. Техническое задание на проектирование радиоприемника.
Этапы проектирования ........................
1-1. Содержание технического задания на проектирование радиоприемника
1-2. Требования, предъявляемые к радиоприемникам ......
1-3. Этапы промышленного проектирования радиоприемников
Глава вторая. Деление диапазона частот на поддиапазоны .......
2-1. Общие соображения ......................
2-2. Деление диапазона частот по принципу равных коэффициентов поддиапазонов
2-3. Деление диапазона частот по принципу равного частотного перекрытия поддиапазонов
2-4. Деление диапазона частот по смешанному принципу ....
2-5. Переключатели поддиапазонов ................
Глава третья. Проектирование резонаторов ...............
3-1. Расчет параметров резонансного контура .........
3-2. Расчет резонансных контуров с диапазонной перестройкой частоты
3-3. Расчет сопряжения настройки контуров гетеродина и тракта сигнальной частоты
3-4. Расчет элементов резонансных контуров ...........
3-5. Расчет резонансных контуров переходного типа ......
3-6. Расчет резонансных линий ..................
3-7. Расчет объемных резонаторов ................
Глава четвертая. Проектирование блок-схем ...............
4-1. Общне рекомендации по проектированию блок-схемы приемника
4-2. Проектирование блок-схемы тракта сигнальной частоты
4-3. Проектирование блок-схемы тракта промежуточной частоты
4-4. Проектирование блок-схемы тракта низкой частоты ....
4-5. Выбор и расчет регулировок .................
Глава пятая. Расчет входных цепей ....................
5-1. Параметры и эквиваленты приемных антенн .......
5-2. Входные цепи ламповых приемников средневолнового и длинноволнового диапазонов
5-3. Входные цепи ламповых приемников коротковолнового диапазона
5-4. Входные цепи ламповых приемников метрового диапазона
5-5. Входные цепи ламповых приемников дециметрового диапазона
5-6. Входные цепи ламповых приемников сантиметрового диапазона
5-7. Коэффициент шума входных цепей ламповых приемников
5-8. Входные цепи транзисторных приемников ..........
Глава шестая. Расчет усилителей сигнальной частоты .........
6-1. Усилители длинноволнового, средневолнового и коротковолнового диапазонов
6-2. Усилители метрового диапазона ..........
6-3. Усилители дециметрового диапазона ........
6-4. Усилители сантиметрового диапазона .......
6-5. Усилители на транзисторах .............
Глава седьмая. Расчет усилителей промежуточной частоты ......
7-1. Типы усилителей промежуточной частоты ..........
7-2. Исходные расчетные данные .................
7-3. Узкополосные ламповые усилители с фильтрами распределенной избирательности
7-4. Узкополосные ламповые усилители с фильтрами сосредоточенной избирательности
7-5. Узкополосные ламповые усилители с пьезокварцевыми фильтрами
7-6. Узкополосные ламповые усилители с магннтострикционными фильтрами
7-7. Широкополосные ламповые усилители ............
7-8. Транзисторные усилители ...................
Глава восьмая. Расчет детекторов .....................
8-1. Диодные амплитудные детекторы ...............
8-2. Амплитудные детекторы на многоэлектродных лампах . . .
8-3. Транзисторные амплитудные детекторы ...........
8-4. Импульсные детекторы ....................
8-5. Частотные детекторы ......................
Глава девятая. Расчет преобразователей частоты ............
9-1. Обобщенная эквивалентная схема преобразователя частоты и расчетные формулы
9-2. Выбор схемы преобразователя частоты ...........
9-3. Выбор рабочего режима и расчет параметров преобразователя частоты
9-4. Транзисторные преобразователи частоты ..........
Глава десятая. Проектирование гетеродинов и систем для слухового приёма телеграфии
10-1. Схемы гетеродинов .......................
10-2. Стабилизация напряжений питания .............
10-3. Схемная термокомпенсация ..................
10-4. Системы для слухового приема телеграфии .........
Глава одиннадцатая. Расчет автоматических и ручных регулировок
11-1. Расчет автоматической регулировки усиления .......
11-2. Расчет ручной регулировки усиления ............
11-3. Расчет автоматической подстройки частоты .........
Глава двенадцатая. Проектирование частотных шкал ..........
12-1. Шкалы открытого типа ....................
12-2. Шкалы закрытого типа
12-3. Оптические шкалы . . .
- 451 -
12-4. Технические данные оптических проекционных шкал . . .
12-5. Правила выполнения частотных шкал ...,,.....,,
12-6. Расчет погрешности отсчета частоты по шкале .......
12-7. Расчет основных параметров оптических проекционных шкал
12-8. Верньерные устройства ....................
Глава тринадцатая. Расчет результирующих характеристик .
13-1. Расчет чувствительности и коэффициента усиления
13-2. Расчет избирательности ................
13-3. Расчет кривой верности воспроизведения ......
13-4. Расчет потребляемой мощности ............
Литература ..............................
ПРЕДИСЛОВИЕ
В книге рассматриваются вопросы проектирования радиотракта профессиональных связных, радиовещательных, телевизионных и импульсных радиоприемников. Вопросы проектирования тракта низкой частоты и видеотракта не рассматриваются, так как они непосредственно не относятся к предмету теории и техники радио- приема.
Необходимо отметить, что почти все вышедшие в свет книги по проектированию радиоприемников, как правило, в основном излагают методику расчета вещательных радиоприемников. Между тем расчет профессиональных радиоприемников, в силу предъяв- ляемых к ним технических требований, обладает целым рядом осо- бенностей, что обязывает учитывать ряд соображений, нередко не имеющих существенного значения при расчете радиовещатель- ного приемника.
В данной книге обобщен и систематизирован опыт проектирова- ния радиоприемников в радиопромышленности и научно-исследо- вательских институтах с учетом новых материалов, накопившихся за последние годы. Ряд вопросов проектирования, изложенных в книге, сравнительно мало или совсем не освещались в литературе. К таким вопросам, в частности, относятся: расчет сложных конту- ров при сопряжении их настроек, проектирование шкал для профес- сиональной аппаратуры, вопросы схемных решений стабильных гетеродинов и систем для слухового приема телеграфных сигналов и т. д. Книга содержит, помимо описания методов расчета, также но- мограммы, графики и таблицы, облегчающие выполнение расчетных работ.
В книге излагаются методы проектирования и расчета элемен- тов схем супергетеродинных радиоприемников: входных цепей, усилителен сигнальной и промежуточной частоты, преобразовате- лей частоты, детекторов амплитудной, частотной и импульсной модуляций, а также устройств автоматической подстройки частоты и автоматической и ручной регулировок усиления.
Приведенные методики расчета входных цепей, усилителей сиг- нальной частоты и преобразователей частоты охватывают все рабо- чие диапазоны радиоприемников, начиная от длинных волн до сан-
— 3 —
тиметровых. В главе, посвященной расчету усилителей промежуточ- ной частоты, значительное место уделено проектированию сложных резонансных систем — фильтрам сосредоточенной избиратель- ности, кварцевым фильтрам и др. Наряду с расчетом ламповых схем приведена также методика расчета входных цепей и усилителей радиочастоты на транзисторах. Вопросу расчета блок-схемы радио- приемника, как завершающему эскизное проектирование, посвя- щена отдельная глава. Также отдельная глава посвящена выбору и расчету частотных шкал профессиональных приемников с точки зрения выполнения заданной точности установки частоты.
Главы 1, 3, 10 и 12 написаны Савельевым А. А. , главы 2,4, 11, 13—Тетериным Г. Н., главы 5 и 6—Красноцветовой 3. Г., главы 7, 8 и 9 — Горшелевым В. Д.
Книга рассчитана на работников радиопромышленности, аспи- рантов и студентов радиотехнических факультетов и вузов.
Авторы считают своим долгом выразить искреннюю благодар- ность рецензенту профессору Сиверсу А. П. за ценные указания при просмотре рукописи, способствовавшие улучшению ее содержа- ния.
Авторы с признательностью примут все замечания и предложе- ния, способствующие улучшению содержания материала книги. Предложения следует направлять в издательство «Энергия».
ГЛАВА ПЕРВАЯ
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАДИОПРИЕМНИКА. ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Проектирование радиоприемника является сложным видом ин- женерной деятельности, требующим от проектанта глубоких знаний не только в области радиоприема и в смежных областях радиотехни- ки, но и во многих областях науки, относительно далеких от радио- техники. Проектант должен хорошо знать производственные про- цессы и должен быть сведущ в вопросах технологии изготовления и электрической настройки радиоаппаратуры в заводских условиях. Он должен иметь опыт промышленного проектирования радио- устройств. Во всех случаях проектирования проектант должен иметь четкое представление о содержании технического задания на проектиро- вание радиоприемника, о порядке величин и нормах основных по- казателей радиоприемников, о формулировании требований, предъяв- ляемых к радиоприемникам, и об этапах промышленной разработки радиоприемников. Краткие сведения по этим вопросам излагаются в настоящей главе.
1-1. Содержание технического задания на проектирование радиоприемника
Технические характеристики радиоприемника должны удовлет- ворять нормам, заданным при его разработке или установленным действующими ведомственными нормалями и ГОСТ. Требования, предъявляемые к техническим характеристикам радиоприемника, составляют содержание технического задания на проектирование его. В промышленном проектировании техническое задание обычно выдается заказчиком разработки. Техническое задание, как правило, охватывает широкий круг требований; оно может содержать, например, следующие разделы: 1) общие требования и определения (назначение, особенности применения, состав рабочей и запасной комплектации, объем доку- ментации и т. п.); 2) нормы электрических показателей (диапазон принимаемых частот, частотная точность, чувствительность, избирательность, энергетические показатели и т. д.); 3) конструктивные и технологические особенности (использова- ние деталей общего применения, соответствие их ГОСТ, ВТУ, ТУ, применяемые материалы, гальванические покрытия, окраска, рабо- тоспособность органов управления и т. п.); 4) механические требования (нормы ударной и вибрационной тряски, особенности транспортирования и другие); 5) климатические требования (нормы воздействия тепла, холода, влажности, атмосферного давления); 6) методика измерения электрических параметров и проведения механических и климатических испытаний.
1-2. Требования, предъявляемые к радиоприемникам
Рассмотрим некоторые из основных технических требований, которые могут предъявляться к профессиональным и радиовеща- тельным приемникам. Приводимые ниже требования расположены не в порядке их важности, а соответственно разделам технического задания на проектирование. Общие требования. Здесь указывается назначение приемника, например, радиоприемник предназначается для работы в радио- центре магистральной радиосвязи или для приема радиовещания, телевидения и т. п.; перечисляются все составные части, входящие в комплект приемного устройства (антенна, оконечная и регистри- рующая аппаратура, состав запасного имущества); указывается, с какой аппаратурой, не входящей в комплект, приемник должен работать; дается перечень требований к технической документации, необходимой для правильной эксплуатации приемника. Диапазон частот. Большинство профессиональных приемников имеют широкий диапазон рабочих частот. Диапазон частот радио- вещательных приемников регламентирован ОСТ 7768. Общий диа- пазон, как правило, делится на поддиапазоны. Может предъяв- ляться требование работы в плавном диапазоне, на-фиксированных частотах, при настройке по дискретной сетке частот, а также тре- бование комбинированных видов настройки или осуществления «растянутой настройки» на участках определенных частот. Прием- ники принято называть длинноволновыми, средневолновыми и т. д. в зависимости от того, часть какого диапазона составляют рабочие частоты данного приемника. В случаях, когда рабочие частоты приемника лежат в нескольких диапазонах, приемник принято называть многоволновым. Требование к диапазону частот, например, коротковолнового приемника может быть задано в следующем виде. Полный диапазон частот приемника должен быть от 2 до 20 Мгц с плавным перекрытием. Полный диапазон делится не более чем на
— 6 —
десять поддиапазонов с запасом перекрытия между поддиапазонами в 50 кгц. Переход с одного поддиапазона на другой осуществляется механическим переключателем (поворотным или кнопочным). Время перехода с одного поддиапазона на любой другой должно быть не более 10 сек. Частотная точность характеризует величину допустимой ошибки при настройке приемника на заданную частоту (в определенных условиях эксплуатации). Величина ошибки зависит от погрешности градуировки шкалы, погрешности отсчета частоты по шкале (точ- ность установки частоты по шкале) и нестабильности частоты гете- родинов приемника при действии различных дестабилизирующих факторов. Для повышения точности установки частоты используются кварцевые калибраторы, а в приемниках высокого класса рабочие частоты гетеродинов могут стабилизироваться кварцевыми резона- торами или синхронизироваться с частотами дискретного спектра, получаемого за счет деления и умножения частот одного или не- скольких кварцевых эталонных генераторов. Требование к частотной точности коротковолнового приемника плавного диапазона может быть, например, сформулировано сле- дующим образом. Погрешность установки частоты в приемнике при температуре окружающего воздуха от — 10 до + 50° С не должна превышать 1 кгц на любой принимаемой частоте (после коррекции шкалы по внутреннему кварцевому калибратору). Погрешность не должна увеличиваться после воздействия на приемник высокой влажности, ударной и вибрационной тряски. Изменение напряжения питающей сети на — 10 и + 15% от но- минала не должно вызывать уход частоты более чем на ± 200 гц. К частотной точности относятся также требование к допусти- мому изменению частоты гетеродинов приемника за время само- прогрева их («выбег частоты») и требование к стабильности частоты в последующее за самопрогревом время. Важным параметром приемника является температурный коэффициент частоты гете- родинов (ТКЧ), т. е. относительный уход частоты при изменении температуры воздуха, окружающего приемник, на 1°С. Эти требо- вания могут быть сформулированы, например, таким образом. Уход частоты от самопрогрева приемника за время четырех часов с момента включения не должен превышать 1000 гц при любой ча- стоте настройки (в приемниках на лампах прямого накала время «выбега частоты» может составлять 20—40 мин). После четырехча- сового самопрогрева приемника колебание частоты не должно пре- вышать ±100 гц за 1 ч. ТКЧ приемника в интервале рабочих температур окружающего воздуха должен быть не более 20 -10'6. Очевидно, что для приемников с кварцевой стабилизацией частоты гетеродинов нормы стабильности частоты и ТКЧ будут значительно более жесткими. В техническом задании указываются обычно и параметры вер- ньерно-шкального устройства. Чувствительность профессиональных приемников определяется величиной э. д. с. высокой частоты в антенне или ее эквиваленте, создающей на выходе приемника полезное напряжение, которое превышает напряжение собственных шумов приемника в 3 раза при определенных значениях полосы пропускания приемника и глу- бины модуляции. Чувствительность коротковолновых и особенно УКВ приемников часто также характеризуется коэффициентом шума, измеряемым в единицах kTy. Коэффициент шума определяется при подаче на согласованный вход приемника напряжения белых шумов, уровень которых равен уровню собственных шумов прием- ника (равенство уровней получается при удвоении мощности шумов на выходе приемника). Чувствительность приемника с небольшим коэффициентом уси- ления, у которого на выходе собственные шумы практически от- сутствуют, определяется величиной э. д. с. высокой частоты в ан- тенне или ее эквиваленте, способной обеспечить на выходе прием- ника полезную мощность, равную 0,1 от его номинальной мощ- ности. В задании на проектирование профессионального коротковол- нового приемника нормы чувствительности могут быть определены, например, так. Чувствительность приемника в телеграфном режиме (в режиме приема незатухающей телеграфии по методу биений) должна быть не хуже 0,5 мкв, если полоса пропускания приемника по тракту промежуточной частоты составляет 2 кгц, по тракту низкой часто- ты — 3 кгц. Напряжение высокой частоты подается на вход прием- ника от ГСС через эквивалент антенны, равный 100 ом (активным); при этом на выходе напряжение сигнала должно превышать напря- жение собственных шумов в три раза. Для тех же условий чувствительность в телефонном режиме при частоте модуляции сигнала 1000 гц и глубине модуляции его т = 0,3 должна быть не хуже 2 мкв. В задании может быть оговорено допустимое снижение, чувстви- тельности при уменьшении напряжения источников питания. Например, при снижении напряжения питания на 10—20% от номи- нала чувствительность не должна ухудшаться более чем в 1,2— 1,3 раза при подогревных лампах и не более чем в 1,5—2,0 раза при лампах прямого накала. Могут быть также установлены нормы изменения чувствитель- ности при работе с разными антеннами или с разными эквивален- тами антенн. Избирательность. Этим термином обозначается большое число различных параметров, линейных и нелинейных функций, которые характеризуют способность приемника неискаженно выделять по- лезный сигнал и ослаблять помехи различного вида.
— 8 —
Обычно «линейная избирательность» определяется полосой про- пускания и величиной ослабления сигналов, частоты которых лежат за границами полосы пропускания, или степенью расширения полосы при ослаблении сигнала в 10, 100 и 1000 раз в тракте сиг- нальной, промежуточной и низкой частоты. «Нелинейная избира- тельность» характеризуется величиной и числом паразитных сигна- лов, обязанных своим происхождением взаимодействию гармоник частот гетеродинов приемника с побочными образованиями от при- ходящего сигнала и взаимодействию нескольких сигналов, одно- временно поступающих на вход приемника. К избирательности часто относят также и степень ослабления помех, образующихся внутри приемника в результате взаимодей- ствия гармоник гетеродинных частот и проникновения их в тракт сигнальной частоты. В техническом задании требования к избирательности могут быть изложены в такой редакции. Полоса пропускания приемника при ослаблении сигнала в трак- тах принимаемой и промежуточной частот в два раза должна быть 7 кгц (часто выдвигается требование плавного или дискретного изменения полосы пропускания, например, от 1 до 15 кгц). При ослаблении в 1000 раз допускается расширение полосы не более чем в два раза (при более узких полосах обычно трудно получить расши- рение менее чем в три-четыре раза, а при более широких полосах можно получать расширение менее чем в два раза). Частотная характеристика тракта низкой частоты от детектора до выходов на телефоны и линию с волновым сопротивлением 600 ом, к которой подключены нагрузки или их эквиваленты, должна иметь полосу пропускания при ослаблении в два раза в пре- делах от 50—300 гц до 3500—4500 гц. Частоты выше 6000 гц должны ослабляться более чем в 10 раз. Частотная характеристика всего приемника (характеристика «верности воспроизведения») при ослаблении сигнала в два раза должна иметь полосу пропускания в пределах частот модуляции от 50—300 до 3400—4000 гц. Ослабление симметричных сигналов первого и второго преобра- зований в худшей точке полного диапазона частот приемника (обычно на самой высокой частоте) должно быть не менее чем в 3000 раз. Ослабление сигналов, частоты которых совпадают с промежу- точными частотами приемника, должно быть не менее чем в 10 000 раз. Ослабление комбинационных помех, частоты которых в усили- теле сигнальной частоты расстроены на половину первой промежу- точной (в сторону частоты первого гетеродина), и помех, частоты которых в усилителе первой промежуточной расстроены на поло- вину второй промежуточной (в сторону частоты второго гетеро- дина), должно быть не менее чем в 1000 раз.
— 9 —
Внутренние комбинационные помехи, возникающие из-за просачи- вания напряжения гармоник второго (и третьего) гетеродина в тракт принимаемой частоты или образующиеся за счет взаимодействия гар- моник первого и второго (и третьего) гетеродинов, по своему уровню должны быть ниже телеграфной чувствительности приемника. Входная цепь рассчитывается для работы с антенной опреде- ленного типа или с антеннами нескольких типов. Антенна задается эквивалентом или геометрическими размерами, по которым опреде- ляются ее параметры. В техническом задании требование к входной цепи коротковол- нового приемника может быть сформулировано, например, в сле- дующем виде. Входная цепь приемника должна быть рассчитана для работы с антеннами, оканчивающимися симметричным фидером с волновым сопротивлением 200 ом или коаксиальным кабелем с волновым сопро- тивлением 100 ом, со штыревой антенной длиной 4 м и с антенной типа «наклонный луч» длиной 10 м. При работе с симметричным входом степень асимметрии его должна быть не более 10%. Во входной цепи предусматриваются подстройка ее и защита входа от больших напряжений высокой частоты. Просачивание напряжений гетеродинов в антенну приемника особенно важно учитывать в тех случаях, когда в приемном центре сосредоточивается большое число радиоприемников, так как тогда вероятность взаимных помех сильно возрастает. Следует иметь в виду, что при значительном просачивании в антенну напряжения гетеродинов приемник может создавать помехи на расстоянии до 10—15 км. Необходимо стремиться, чтобы уровень просачивающегося на- пряжения гетеродинов при самых узких полосах пропускания не превышал уровня собственных шумов приемника. Однако это достигается с большим трудом при большом усложнении схемы и, главное, конструкции приемника. Поэтому на практике часто допу- скают значительно большие уровни, измеряемые единицами и де- сятками микровольт. Заметим, что в приемниках, у которых не принято специальных мер защиты от просачивания (например, в радиовещательных), уровень гетеродинного напряжения на входе приемника измеряется милливольтами и даже долями вольта. Для коротковолнового профессионального приемника требова- ние к уровню просачивающегося напряжения гетеродинов обычно формулируется так. Просачивающееся напряжение частот гетеродинов и их гармоник, измеренное на входе приемника, нагруженном эквивалентом ан- тенны, должно быть не более 10 мкв при любых положениях органов управления приемником. В приемниках средних и длинных волн практически легко сни-
— 10 —
зить уровни просачивающихся напряжений гетеродинов до единиц и долей микровольта, а в приемниках ультракоротких волн их труд- но получить менее одного милливольта. В некоторых случаях техническое задание содержит еще и тре- бование к уровням напряжений гетеродинов, просачивающихся на выход приемника и в цепи питания. Выходы приемника. Для возможности универсального исполь- зования сложного радиоприемника в нем предусматриваются спе- циальные выходы тракта низкой частоты, тракта промежуточной частоты и системы автоматической регулировки усиления АРУ для сложения работы нескольких приемников при пространственно- и частотно-разнесенном приеме. Радиовещательные и несложные профессиональные приемники имеют только выходы низкой частоты на громкоговорители и головные телефоны, а профессиональные приемники — еще и на линии. Показателями выходов приемника являются величины нормаль- ных напряжений и сопротивлений нагрузок, степень нелинейных искажений сигнала и вид амплитудных характеристик. Требования к выходам приемника могут быть заданы, например, в следующей формулировке. Для слухового приема и для подключения оконечных устройств различного назначения, а также для сдвоенной работы приемник должен иметь специальные выходы с такими данными: а) выход низкой частоты на линию с волновым сопротивлением 600 ом при выходной мощности 0,1 вт и коэффициенте нелинейных искажений не более 5%; амплитудная характеристика должна быть практически линейная до 8 в; уровень фона переменного тока пи- тающей сети должен быть не более чем 50 дб (относительно номи- нального выходного напряжения); б) выход низкой частоты для двух пар головных телефонов; нормальное напряжение на одной паре телефонов 5 б на частоте 1000 гц при коэффициенте нелинейных искажений не более 8%; амплитудная характеристика должна быть практически линейная до 15 е; в) выход последней промежуточной частоты, рассчитанный на нагрузку, состоящую из параллельного соединения емкости 100 пф и активного сопротивления 100 ком; напряжение промежуточной частоты должно быть не менее 50 мв при номинальной телеграфной чувствительности приемника; г) выходы с нагрузок основного детектора и детектора АРУ, используемые при сдвоенной работе однотипных приемников. Автоматическая и ручная регулировки усиления. Приемное уст- ройство снабжается автоматической регулировкой усиления (АРУ), при действии которой напряжение на выходах низкой и промежуточ- ной частот должно изменяться не более чем в 2 раза при изменении напряжения входного сигнала в 10 000 раз по сравнению с номи-
— 11 —
нальной чувствительностью. АРУ должна работать как в телефон- ном, так и в телеграфном режимах приема. Постоянная времени системы АРУ должна быть порядка 0,1 сек (может быть несколько постоянных времени с переключением в зависимости от рода ра- боты приемника). Система АРУ должна иметь задержку с порогом действия ниже номинальной чувствительности приемника. Ручная регулировка усиления (РРУ) по тракту сигнальной и промежуточной частот (одна ручка регулировки) должна давать возможность уменьшить усиление не менее чем в 10 000 раз по срав- нению с усилением при номинальной чувствительности. Первый каскад усиления принимаемой частоты не регулируется ни от руки, ни автоматически (для того чтобы не увеличивался отно- сительный уровень внутренних шумов приемника). Ручная регулировка усиления по тракту низкой частоты должна обеспечивать уменьшение выходного напряжения низкой частоты не менее чем в 50 раз по сравнению с напряжением при максималь- ном усилении. Питание приемника должно осуществляться от сети перемен- ного тока 127/220 в, 50 гц. Предусматривается возможность питания и от батарейных источников постоянного тока. Анодное напряже- ние 250 б (могут быть использованы и такие номиналы анодного напряжения, как 40, 60, 80, 100, 120, 160, 200 в). Напряжение на- кала 6,3 или 12,6 в. Пульсация выпрямленного напряжения должна быть не более 0,1%. Для питания полупроводниковых приборов может быть исполь- зован один специальный выпрямитель. Климатические требования. Профессиональные радиоприемники часто должны быть рассчитаны на безотказную работу в тяжелых условиях эксплуатации, когда физические данные окружающей среды могут изменяться в широких пределах. Например, темпера- тура воздуха может меняться в пределах от — 10 до + 50° С, а от- носительная влажность достигать 95—98%. В техническом задании на проектирование приемника указы- ваются условия эксплуатации, которые необходимо учитывать при разработке его схемы и конструкции. Требования к конструкции. Техническое задание обычно содержит различные требования к конструктивному решению приемника в целом и отдельных его элементов, а также к используемым мате- риалам, защитным покрытиям, к расположению и работоспособ- ности (износоустойчивости) органов управления, к габаритам, весу и т. д. Конструктивные требования, так же как и требования к электри- ческим показателям, предопределяют создание высококачествен- ного современного приемника. Профессиональные приемники, особенно эксплуатируемые на подвижных объектах (кораблях, самолетах, автомобилях и т. п.),
— 12 —
должны обладать высокой механической прочностью и живучестью в различных условиях эксплуатации и при транспортировке. Они должны выдерживать удары, вибрацию, тряску и другие механиче- ские воздействия. Численные значения соответствующих требова- ний технического задания устанавливаются применительно к кон- кретному назначению разрабатываемого приемника. При, проектировании радиовещательных приемников следует придерживаться технических норм, указанных в ГОСТ. Приведенными здесь требованиями не исчерпывается содержание технического задания на проектирование профессионального или радиовещательного приемника. Однако эти требования дают пред- ставление о порядке величин и нормах основных показателей прием- ников. В заключение этого раздела сделаем несколько замечаний по во- просу надежности радиоприемников. Радиоприемники относятся к категории массовых изделий, поэтому ненадежность их может приводить к большим экономиче- ским потерям. Сложность радиоприемников, особенно профессио- нальных, в ряде случаев существенно превосходит сложность объек- тов других областей техники. Выход из строя только одной детали из очень большого числа их часто влечет за собой полный отказ приемника. В настоящее время надежность является одним из важнейших качественных показателей радиоустройства. Поэтому проектант должен уделять большое внимание вопросу надежности как на всех этапах проектирования приемника, так и, особенно, при разработке технологии изготовления приемника и массового его производ- ства. В результате разработки проблемы надежности радиоустройств созданы методы расчета надежности и составлены рекомендации, ведущие к повышению ее. Рекомендации эти следующие: 1) возможно большее упрощение аппаратуры за счет рацио- нального конструирования и применения типовых схемных узлов; 2) выбор облегченных режимов для электронных приборов (в некоторых случаях для облегчения рабочих режимов может быть увеличено общее число каскадов усиления) и деталей; 3) снижение нагрева деталей за счет уменьшения мощности, «рассеиваемой» внутри устройства, и применение различных спо- собов отвода тепла от деталей и кожухов аппаратуры; 4) использование теплостойких деталей; 5) проведение тепловой и режимной тренировки электронных приборов, сопротивлений, конденсаторов и других деталей до уста- новки их в аппаратуру; 6) применение деталей высокой надежности с большим сроком службы, освоенных в массовом выпуске; 7) введение в схему и конструкцию элементов контроля режимов
— 13 —
и работоспособности как устройства в целом, так и отдельных каска- дов и блоков его; 8) использование блочных принципов конструирования и про- изводства аппаратуры, допускающих легкий доступ к деталям при ремонте; 9) реализация принципа взаимозаменяемости элементов схемы и конструкции без индивидуальной подгонки режимов и размеров механических узлов; 10) применение стандартных схемно-конструктивных блоков, освоенных в производстве и проверенных в эксплуатации.
1-3. Этапы промышленного проектирования радиоприемников
Промышленное проектирование радиоприемника выполняется обычно в три этапа. Сначала составляется эскизный проект (иногда, в случаях особо сложных разработок, ему может предше- ствовать аванпроект). В эскизном проекте анализируется несколько вариантов возможного схемного решения приемника, рассматриваются пути реализации всех требований технического задания и возможности превышения заданных норм. При эскизном проектировании выявляются наиболее сложные технические задачи разработки и, если невозможно разрешить их расчетным путем, проводятся необходимые экспериментальные работы. В результате эскизного проектирования выясняются пути по- строения приемника и определяются его основные механические и эксплуатационные характеристики. Обычно эскизный проект со- держит блок-схемы, расчеты, материалы экспериментальных работ, предложения по изменению и дополнению требований технического задания, а также чертежи общего вида приемника и его основных конструктивных элементов. После рассмотрения эскизного проекта квалифицированными специалистами и одобрения или корректирования предлагаемого направления разработки приступают к этапу технического проектирования. В техническом проекте подробно рассматривается (расчетно и экспериментально) принятый оптимальный вариант построения приемника и приводятся основные производственные особенности (необходимость создания новых, не типовых, вакуумных приборов, деталей и узлов, технологичность изготовления, сборки и регули- ровки и т. п.), а также оценивается класс точностей, необходимых при механической обработке деталей. Технический проект содержит принципиальную схему прием- ника и спецификацию к ней, расчет всех каскадов приемника, расчет и экспериментальные данные всех электрических характери- стик. В нем излагаются также обоснованные предложения по кор- ректированию технического задания.
— 14 —
Обычно на этапе технического проектирования изготавливается действующий макет приемника в целом или основных элементов его и снимаются метрические данные, практически подтверждающие получение необходимых показателей. Так же как и эскизный, технический проект рассматривается и принимается техническим советом предприятия или комиссией квалифицированных специалистов. Завершающим этапом разработки является изготовление опыт- ных образцов и их всестороннее испытание, при котором прове- ряются выполнение требований задания и достигнутый эксплуата- ционный эффект. В процессе испытаний и опытной эксплуатации образцов могут быть сделаны предложения по улучшению схемы и конструкции, которые в дальнейшем реализуются при осуществле- нии серийного производства приемников.
ГЛАВА ВТОРАЯ
ДЕЛЕНИЕ ДИАПАЗОНА ЧАСТОТ НА ПОДДИАПАЗОНЫ
Проектирование широкодиапазонного радиоприемника начи- нается с выбора принципа деления полного диапазона частот на под- диапазоны и с расчета поддиапазонов. При заданном полном диапазоне частот увеличение числа под- диапазонов является желательным, так как ведет к уменьшению плотности частотной шкалы радиоприемника и к большей степени постоянства основных электрических показателей как в границах поддиапазонов, так и в границах диапазона в целом. Меньшая плотность частотной шкалы обусловливает более высокую точность установки частоты и облегчает настройку приемника, так как наст- ройка становится более плавной; большая степень постоянства электрических показателей повышает общее качество приемника. Однако увеличение числа поддиапазонов является и нежелатель- ным, поскольку сопровождается усложнением конструкции, ухуд- шением надежности, снижением оперативности широкой перестройки (в границах диапазона), возрастанием габаритно-весовых характери- стик и удорожанием производства радиоприемника. Противоречивость требований, принимаемых во внимание при определении числа поддиапазонов, заставляет производить выбор их числа путем разумного компромисса или, в некоторых случаях, с позиции наиболее полного удовлетворения только тех требований, которые в данных конкретных условиях играют решающую роль. Выбор принципа деления полного диапазона частот на поддиа- пазоны подчинен главным образом требованию обеспечения задан- ной точности установки частоты. Но при этом не должны забываться и другие требования. В этой главе излагаются общие соображения о делении диапазона частот радиоприемника на поддиапазоны и рассматриваются неко- торые методы расчета поддиапазонов. Последний раздел этой главы содержит краткую характеристику наиболее распространенных типов высокочастотных механических переключателей поддиапазонов, поскольку тип переключателя мо- жет оказать влияние на выбор числа поддиапазонов.
— 16 —
2-1. Общие соображения
Для радиовещательных приемников ГОСТ предусматривает следующие диапазоны: длинных волн — от 150 до 480 кгц, средних волн — от 525 до 1605 кгц, коротких волн — от 3,95 до 12,1 Мгц и ультракоротких волн — от 65,8 до 73,0 Мгц. Диапазоны длинных и средних волн обычно на поддиапазоны не делятся, так как соответствующие им коэффициенты диапазонов По той же причине не делится на поддиапазоны и ультракорот- коволновый диапазон радиовещательных приемников. Диапазон коротких волн чаще всего делится на поддиапазоны, что существенно облегчает настройку радиовещательных приемни- ков в этом диапазоне. В более простых случаях диапазон коротких волн делится на два-три поддиапазона. Такие поддиапазоны полу- чили название полурастянутых. В более сложных случаях отведенные для радиовещания относительно узкие участки частот коротковолнового диапазона частично или полностью выделяются в самостоятельные поддиапазоны. Такие поддиапазоны принято называть растянутыми. Как будет подробнее сказано ниже, с целью упрощения коммутации при смене поддиапазонов жела- тельно выбирать коэффициенты полурастянутых и растянутых под- диапазонов равными или, по крайней мере, близкими по значению. Для радиовещательного телевидения ГОСТ отводит двенадцать частотных каналов. Радиовещательные телевизоры содержат спе- циальные переключатели, позволяющие включить без настройки любой частотный канал из двенадцати; предусматривается только возможность небольшой подстройки гетеродина для компенсации ухода его частоты. Профессиональный телевизор может иметь один частотный канал или некоторый диапазон частот. Для профессиональных связных приемников вопрос о делении диапазона частот и о числе поддиапазонов является весьма суще- ственным, поскольку он тесно связан с требованием обеспечения необходимой точности установки частоты по шкале. Если шкала настройки приемника сравнительно мала, а точность установки частоты задана высокой, то число поддиапазонов приходится уве- личивать до получения приемлемой частотной плотности шкалы. При делении диапазона частот радиоприемника на поддиапазоны определяется: 1) число поддиапазонов N; 2) границы и частотное перекрытие каждого поддиапазона /макс, — /мин i = Л/;, где t — номер поддиапазона, a f„^ и ^„„ — соответственно высшая и низшая частоты г-го поддиапазона;.
— 17 —
3) коэффициенты всех поддиапазонов
В практике проектирования радиоприемников применяются следующие принципы деления диапазона частот на поддиапазоны: 1) принцип равных коэффициентов поддиапазонов, т. е. прин- цип, отвечающий условию: где индексами 1, 2,..., N обозначены номера соответствующих под- диапазонов (нумерацию поддиапазонов принято вести начиная с наиболее низкочастотного поддиапазона); 2) принцип равного частотного перекрытия поддиапазонов, т. е. принцип, отвечающий условию: ГДе Д/i = /макс 1 — /мин 1"' Л/З == /макс 2 —— /мин 2 и т- Д-1 3) смешанный принцип, при котором каждое из условий (2-1) и (2-2) выполняется только для части поддиапазонов, например: В предельном случае смешанный принцип отвечает условиям: Принципы деления диапазона частот иллюстрируются графи- чески рис. 2-1. Первый принцип деления диапазона используется для неслож- ных радиовещательных приемников при низких требованиях к точ- ности установки частоты. Он может быть применен и в достаточно сложных профессиональных при- емниках при интерполя- ционных методах полу- чения частоты гетероди- на, когда для получения дискретной сетки частот используются генерато- ры с кварцевой стабили- Рис. 2-1. Примерь, принципов деления диапазона ,а- заиией и ТОЧНОСТЬ уСТВ- стот на поддиапазоны: а — равных коэффициентов НОВКИ ЧВСТОТЫ ОПрёДе- поддиапазонов без перекрытия; б—равных коэффи- „„от^а ид ттт^а ттпй ч циентов поддиапазонов с перекрытием; в — равного .IIMCILM не u-ii\a«n-m, a частотного перекрытия; г - смешанный. СПёЦИаЛЬНЫМ ИНДИКаТО- ром точности настройки. Второй принцип является наиболее удобным для профессиональ- ных приемников, снабженных оптической шкалой и имеющих пер- вое преобразование частоты по методу конверсии поддиапазона
— 18 —
сигнальных частот в поддиапазон более низких частот. При такой схеме приемника первый гетеродин работает в каждом поддиапазоне на фиксированной частоте; она может быть стабилизирована кварцем и тогда нестабильность частоты и точность установки ее по шкале в основном определяются вторым гетеродином с плавным диапазо- ном, работающим на относительно низких частотах и имеющим параметрическую стабилизацию частоты. Эта схема позволяет использовать для всех поддиапазонов одну и ту же шкалу, но с раз- личной оцифровкой для разных поддиапазонов. Даже при нанесении на оптической шкале раздельных шкал для всех поддиапазонов плотность их оказывается практически одинаковой. Третий принцип наиболее часто встречается в практике и может насчитывать большое число вариантов. Например, в радиовеща- тельных приемниках диапазоны так называемых длинных и средних волн обычно имеют равные коэффициенты, а диапазон коротких волн делится на растянутые или полурастянутые поддиапазоны с другими и в общем случае неравными коэффициентами; поддиапа- зон же УКВ выделяется по сигнальной и промежуточной частотам в самостоятельный тракт, опять же с другим значением коэффи- циента. В ппофессиональных приемниках третий принцип деления диапазона применяется чаще всего при параметрической стабили- зации частоты гетеродина. При делении диапазона частот приемника всегда предусматри- вается некоторый запас частотного перекрытия поддиапазонов. Пои отсутствии запаса диапазон оказывается разделенным «впри- тык», как это иллюстрирует рис. 2-1, а. Запас перекрытия (рис. 2-1,6) гарантирует непрерывность полного диапазона приемника, которая при делении «впритык» может оказаться нарушенной при расстройке контуров, смене ламп, изменении климатических условии и т. п. Запас необходим также по конструктивным и производственным соображениям, так как позволяет исключить использование не- больших частотных участков в начале и конце поддиапазона, для которых обычно трудно получить хорошее сопряжение между секциями конденсаторного блока. Запас перекрытия поддиапазонов образуется за счет неисполь- зования начального участка угла поворота переменного конденса- тора в пределах 1—3° и конечного участка — в пределах З—б . Таким образом, оказывается возможным настроить приемник при полном повороте переменного конденсатора в границах, несколько больших, чем это соответствует данному поддиапазону. Фактиче- ский коэффициент поддиапазона оказывается больше номиналь- ного на 2—5% и поэтому (2-4) где fe^ и kd» — соответственно фактический и номинальный коэф- фициенты поддиапазона.
— 448 —
ЛИТЕРАТУРА
Горшелев Василий Дмитриевич Нрасноцветова Зинаида Григорьевна Савельев Антон Антонович Тетерин Георгий Николаевич
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАДИОПРИЕМНИКОВ
Редактор Ю. Л. Тимаев Художественный редактор Г. А. Гудков Технический редактор Е. М. Соболева Корректоры: М. Э. Орешенкова, Е. С. Барбан Сдано в производство 22/Х1 1966 г. Подписано к печати 25/111 1967 г. М12715. Печ. л. 28,25. Уч.-изд. л. 27,1. Бум. л. 14,13. Формат 60X90'/ie. Бумага типографская № 2. Тираж 30 000. Цена 1 р. 54 к. Заказ № 661 Ленинградское отделение издательства «Энергия», Марсово поле, 1 Ордена Трудового Красного Знамени Ленинградская типография № 1 «Печатный Двор» имени А. М. Горького Главполиграфпрома Комитета по печати при Совете Министров СССР, г. Ленинград, Гатчинская ул., 24.
ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ
Стр. Строка Напечатано Должно быть
81 5 сверху в знамена йп-0 ln^
теле °1 "1
165 14 сверху /о ,2/о /о 2/о
Оэ.с • 0. Q^~Q,
251 14 и 17 сверху gs—go gs— go
ga ёэ
275 19 сверху в знамена 1 + Зт,3 + ^ 1+3^+^
теле
279 12 снизу в знамена ДАА яД/пСэ
теле
289 15 сверху (/с-/",У (fl-fl,)
fS 1 02 ftf 02
289 17 сверху в знаме /Si /о,
нателе
289 11 снизу fs\ = fw /"и = foi
10 снизу ^=/0- fsi = fm
295 19, 20, 26 сверху P a
316 10 сверху (значе (!—'">,.чкс)/?н 0—"гмакс)^н i
ние R,^ 2 2 '
, Оэ Оэ
336 7 сверху ^ Т]
336 12 сверху (в числи ^ ^
теле)
336 12 сверху (в знаме WmY- (Л/п)2
нателе)
336 16 сверху ^ ^
16 сверху k, Кцл
337 Рис. 8-20 Кривые должны быть обозначены
(слева направо) Д= =0,5; 0,4; 0,3; 0,2; 0,1
338 3 снизу ( ар Т f ^-У
\vi+»p/ [V^T^I
344 16 снизу 1 - gKS + gnx.Ofi 1 - 1 §К81?ВХ.об
+gKl ^--- +g«l+ ^