Регулирование полосы пропускания

Регулировка полосы пропускания широко используется в радиоприемниках для приема различных по ширине спектра сигналов. Это необходимо, чтобы обеспечить соответствие полосы пропускания приемника ширине спектра сигнала. Можно обеспечить прием сигналов и без регулировки полосы пропускания, сделав ее настолько большой, чтобы самый широкополосный сигнал без искажений воспроизводился на выходе приемника. Однако такое решение не является лучшим, потому что для всех более узкополосных сигналов полоса будет избыточной и пием будет проводиться с пониженной помехоустойчивостью. Целесообразнее иметь возможность сужать полосу пропускания до минимально необходимой величины, обеспечивающей необходимое качество воспроизведения сигнала. При очень высоком уровне помех иногда удается обеспечить прием сигнала путем дальнейшего сужения полосы, но ценой ухудшения качества воспроизведения сигнала. Принципиально возможна как ручная, так и автоматическая регулировка полосы пропускания приемника. Однако практически пока используются только ручные регулировки, так как схемы автоматических регулировок сложны и неустойчивы в работе. Регулировка может быть плавной и скачкообразной.

Регулировка полосы практически может быть осуществлена изменением параметров или сменой двухконтурных полосовых фильтров, многозвенных LC–фильтров, кварцевых пьезокерамических и электромеханических фильтров. Если в приемнике нужно создавать различные полосы пропускания, то часто удобнее и конструктивно проще использовать скачкообразное изменение полосы пропускания применением ряда фильтров, поочередно включаемых в тракт УПЧ. В некоторых случаях производят переключение целиком всего тракта УПЧ. В первом случае переключаются фильтры только в одном из каскадов, чаще всего в выходной цепи преобразователя. Такой фильтр должен обладать весьма высокой избирательностью, определяющей избирательность всего приемника, а остальные каскады должны иметь полосы, значительно превышающие максимальную ее величину, устанавливаемую сменными фильтрами. Здесь целесообразно применять многозвенные LC-фильтры и в особенности электромеханические фильтры (ЭМФ).

В современных профессиональных приемниках широкое применение находят кварцевые фильтры. Благодаря высокой добротности кварцевых фильтров удается получить узкие полосы пропускания приемника даже при достаточно высоких промежуточных частотах.

Кварцевый фильтр представляет собой два параллельных резонансных контура, связанных кварцевым резонатором. Чтобы связь осуществлялась только через кварц, в схему введена цепь нейтрализации. У кварца имеется емкость кварцедержателя С₀, через которую может также осуществляться связь между контурами. Для нейтрализации влияния емкости С₀ в схеме имеется мост, образуемый из индуктивностей L₁ и L ₂, а также емкостей кварцедержателя С₀ и емкости нейтрализации С_N.

При балансе моста всякое взаимодействие между первым и вторым контурами за счет емкости С₀ практически включается, так как U_вх и U_вых – это напряжения на диагоналях моста.

Кварцевый резонатор вместе с контурами образует колебательную систему, которая является нагрузкой усилительного прибора. Эта система имеет резонансную характеристику, полоса пропускания которой зависит не только от свойств кварца, но и от резонансных сопротивлений контуров. Если контуры настроены в резонанс, то они имеют максимальное активное сопротивление R_э.

Эквивалентная добротность кварцевого резонатора определяется не только собственным сопротивлением кварца, но и двумя сопротивлениями R_э1 и R_э2. Чем больше величины R_э1 и R_э2, тем меньше добротность фильтра, тем шире его полоса пропускания. Полосу пропускания фильтра можно регулировать изменением величины активной составляющей полного сопротивления контуров. Регулировка полосы пропускания осуществляется расстройкой контуров с помощью конденсаторов С таким образом, чтобы реактивные сопротивления контуров были одинаковыми по величине и различными по знаку. Для этого достаточно расстраивать контуры в разные стороны от ¦₀ и на одинаковую величину D¦. При симметричной расстройке изменяется их активное сопротивление, а реактивные сопротивления контуров компенсируются и настройка фильтров сохраняется неизменной.

Полное сопротивление контуров можно записать в виде:

Активное сопротивление контура при расстройке

где - обобщенная расстройка.

Общее сопротивление последовательной цепи, состоящей из кварца и обоих контуров,

Наличие сопротивления 2R в цепи кварцевого фильтра приводит к уменьшению эквивалентной добротности кварца и, следовательно, к увеличению полосы пропускания. Максимальная величина полосы пропускания получается при настройке контуров в резонанс (x=0), так как в этом случае сопротивления R=R_э достигают своего наибольшего значения. При расстройке контуров сопротивление R уменьшается и полоса будет уменьшаться. В практических схемах достигается регулировка полосы от 0,3 – 0,4 до 4 – 6 кГц, т.е. более чем в 10 раз.