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Superheterodyne Radio IF Verstärker & Filter

Superheterodyne Radio IF Verstärker & Filter


In den Zwischenfrequenzstufen eines Überlagerungsradios wird die Hauptverstärkung bereitgestellt und die Filterung benachbarter Kanäle gefunden.

Auf diese Weise gehören die ZF-Stufen eines Superhet-Radios zu den anspruchsvollsten Stufen in Bezug auf das Design. Verstärkung, Überlastungsleistung, Filterung und eine Vielzahl anderer Anforderungen sind der Schlüssel zur Leistung des gesamten Radios.

WENN Bühnenauswahl

Liegen alle anderen Bereiche eines Superheterodyn-Radios, gibt es viele Möglichkeiten für die Konfiguration dieser Bühne. Es gibt viele verschiedene Umrisse für die ZF-Elemente des Überlagerungsfunks, abhängig von der erforderlichen Leistung, den Kosten und natürlich den Betriebsanforderungen für die Schaltung.

Es stehen verschiedene Optionen zur Verfügung:

  • Einzelfrequenz-ZF mit LC-abgestimmten Filtern: Diese Form der Überlagerungsempfänger-ZF-Stufe ist die grundlegendste Form und wurde traditionell für viele Rundfunk- und sogar einige Kommunikationsempfänger verwendet. Die ZF-Stufe verwendet eine einzelne Frequenz (höchstwahrscheinlich 455 kHz oder so ungefähr) und die Transformatoren sind abgestimmt, um die Filterung bereitzustellen.Die Schaltung des einfachen Überlagerungsradios zeigt, wie dies erreicht wird. In diesem Fall weist die Kollektorschaltung der Mischvorrichtung einen auf die Zwischenfrequenz abgestimmten ZF-Transformator auf, der das Signal dann an weitere ZF-Verstärker mit jeweils einem abgestimmten ZF-Transformator weiterleitet. Die Transformatoren sind so abgestimmt, dass sie die erforderliche Selektivität und Bandbreite bieten. Manchmal kann jeder ZF-Transformator auf eine geringfügig andere Frequenz abgestimmt werden, um die erforderliche Bandbreite bereitzustellen.
  • Einzelfrequenz-ZF mit Kristall- oder Keramikfilter: LC-Filter können niemals eine äußerst scharfe Filterreaktion liefern. Wo bessere Reaktionen erforderlich sind, können Keramik- oder noch besser Quarzkristallfilter verwendet werden.

    Mit modernen integrierten Empfängerschaltungen, wie sie in Serienradios verwendet werden, sind Keramikfilter weit verbreitet. Ein einzelnes Keramikfilter in den ZF-Stufen des Empfängers bietet eine ausreichende Selektivität für den Rundfunkempfang.

    Hochleistungsradios können einen Kristallfilter verwenden, um eine viel bessere Leistung zu erzielen. Kristallfilter sind jedoch teurer und werden daher in professionellen Radios oder für Amateurfunkgeräte usw. verwendet.

  • Mehrfachumwandlungs-Superhet IF: Eines der großen Probleme beim Superheterodyn-Radio ist die Bildantwort. Durch Erhöhen der Zwischenfrequenz wird der Frequenzabstand zwischen ZF und Bild erhöht, und daher benötigen viele Empfänger eine möglichst hohe Zwischenfrequenz. Hochfrequenz-ZF können jedoch andere Probleme verursachen, insbesondere beim Filtern. Um dies zu überwinden, kann eine zusätzliche Konvertierung hinzugefügt werden. Auf diese Weise kann eine erste ZF mit hoher Zwischenfrequenz verwendet werden, um sicherzustellen, dass die Bildantwort ausreichend gedämpft ist, und eine nachfolgende Stufe mit einer niedrigeren Frequenz wird verwendet, um die Hauptselektivität bereitzustellen. Obwohl Keramik- und Kristallfilter heutzutage viel häufiger hergestellt werden können, ist es immer noch besser, die Hauptfilterung mit einer niedrigeren Frequenz bereitzustellen.
  • Mehrfachumwandlungs-IF mit Dachfilter: Mit den Zwischenfrequenzstufen von Überlagerungsempfängern mit großen Verstärkungsbeträgen ist es durchaus möglich, dass starke Off-Channel-Signale in Stufen vor dem Hauptfilter eine Überlastung verursachen. Da mehrere Konvertierungs-ZF-Stufen vor dem Hauptfilter viel mehr Schaltungen aufweisen, können starke Signale, die außerhalb des Kanals liegen, aber in die ZF eintreten können, eine Überlastung verursachen, bevor sie gefiltert werden. Um dieses Problem zu lösen, wird in den frühen Stadien der ZF ein Filter hinzugefügt, der als Dachfilter bekannt ist. Seine Aufgabe ist es nicht, die Hauptfilterung bereitzustellen, sondern nur starke Off-Channel-Signale zu dämpfen, um eine Überlastung der nachfolgenden Stufen zu verhindern. Für diese Art der Anwendung stehen spezielle Filter zur Verwendung als IF-Dachfilter zur Verfügung.

Auswahl der Filtertypen

Einige Funkempfänger verwenden einfach HF-Filter in ihren ZF-Stufen, die aus abgestimmten Transformatoren (LC-Filter auf der Basis von Kondensatoren und Induktivitäten) bestehen, die die verschiedenen Zwischenfrequenzstufen innerhalb der Funkgeräte verbinden oder mit einem IC im Funk verwendet werden. Andere Funkempfänger können hochselektive Kristallfilter enthalten, während andere mechanische Filter (wie sie vor einigen Jahren von der Collins Radio Company verwendet wurden) oder Keramikfilter verwenden. Jeder Funkempfänger hat seine eigenen Anforderungen an sein HF-Filter entsprechend der Form der Funkkommunikationsanwendung, für die er verwendet wird. Die Wahl des HF-Filters hängt von einer Vielzahl von Parametern ab, einschließlich Kosten, Leistungsfrequenz des Betriebs und vielen anderen Elementen. Oft ist die Wahl des HF-Filters ein Kompromiss, aber mit der heute verfügbaren Technologie können sehr hohe Leistungsniveaus erreicht werden.

Es gibt verschiedene Arten von HF-Filtern, die verwendet werden können. Die Haupttypen, die verwendet werden, umfassen die folgenden:

  • LC-Abstimmkreis: Der LC-Filtertyp bietet eine grundlegende Leistung in Bezug auf die Filter, die für die ZF-Stufen ausgewählt werden können. Es wird für das Front-End-Tuning verwendet. Es wird auch mit Überlagerungsfunkgeräten verwendet, um die Hauptselektivität bereitzustellen, bei der die LC-Elemente in die Zwischenstufentransformatoren eingebaut sind. Oft gibt es zwei oder drei Stufen mit abgestimmten Schaltkreisen. Mit ihnen ist es normalerweise möglich, eine ausreichende Selektivität für ein Mittelwellen-AM- oder UKW-FM-Rundfunkradio zu erreichen.

    LC-Filter können auch in Verbindung mit anderen Formen von Filtern höherer Qualität verwendet werden. Unter diesen Umständen bietet das LC-Filter nur zusätzlich zu einer Funktion der Impedanzanpassung der verschiedenen Schaltungen eine breite Selektivität.

    Bei Verwendung einer Einzelchip-ZF-Stufe oder eines Rundfunkfunks kann abhängig von der jeweiligen Funktion eine einzelne LC-Abstimmschaltung verwendet werden.

    Einer der Vorteile dieses Filtertyps besteht darin, dass er relativ billig ist, obwohl die Kosten für die Herstellung der Spulen oder Transformatoren höher sein können als bei einigen anderen Filterformen.

  • Kristallfilter: Dieser Filtertyp ist nur ein Festfrequenzfilter und wird häufig in den ZF-Stufen von Hochleistungs-Überlagerungsempfängern verwendet. Er bietet jedoch ein sehr hohes Maß an Selektivität, das auf der Verwendung von Quarzkristallen basiert, die Q-Werte von über 10 000 bis 10 000 bis bieten 100 000. Sie sind jedoch teuer, da sie genaue Herstellungsverfahren erfordern. Sie sind auch größer als einige andere Filterformen.
  • Monolithischer Kristallfilter: Diese Filterform ist ein Kristallfilter, der effektiv in einen einzelnen Quarzwafer integriert wurde. Dies spart erheblich an Größe, obwohl die Kosten nicht immer wesentlich geringer sind als bei Filtern mit diskreten Kristallen.
  • Keramikfilter: Keramikfilter verwenden das gleiche piezoelektrische Prinzip wie Quarzkristalle. Es ist jedoch möglich, sie sehr billig herzustellen, obwohl dies offensichtlich nicht die gleiche Leistung wie Kristallfilter bietet. Keramikfilter werden häufig in Verbindung mit ZF-Streifen mit integrierten Schaltkreisen für kommerzielle Rundfunkempfänger und Fernseher verwendet. Da sie keine Transformatoren benötigen, sind sie viel billiger herzustellen als LC-basierte Transformator-abgestimmte Filter.
  • Mechanischer Filter: Der mechanische Filter ist eine Art Filter für IF-Hirsche von Superhet-Empfängern, der in den 1960er und frühen 1970er Jahren weit verbreitet war und ein sehr hohes Leistungsniveau bietet - vergleichbar mit oder in einigen Fällen besser als die von Kristallen angebotenen. Wie der Name schon sagt, verwendet der Filter mechanische Resonatoren, die über piezoelektrische Wandler mit dem Stromkreis verbunden sind.

    Typischerweise wurde dieser Filtertyp nur für niedrige Frequenzen bis zu etwa 500 kHz verwendet. Ihre Hauptnachteile waren die Größe und die Tendenz, mit der Temperatur zu driften. Heutzutage werden mechanische Filter nicht mehr so ​​häufig verwendet, obwohl sie in einigen Funkempfängeranwendungen immer noch vorkommen.

  • Dachfilter: Ein Dachfilter ist einer, der in einer ZF-Stufe eines Überlagerungsempfängers vor den Hauptverstärkungsstufen angeordnet ist. Durch frühzeitiges Einbauen eines Filters in die Verstärkungsstufen des Empfängers können starke Off-Channel-Signale entfernt oder in ihrer Stärke verringert werden, so dass sie die späteren Stufen vor dem Hauptfilter nicht überlasten.

    Die Verwendung eines Dachfilters ist im Allgemeinen für sehr leistungsstarke Empfängersysteme reserviert, bei denen starke Signalverarbeitungsfähigkeiten von größter Bedeutung sind.

Die Wahl des Filtertyps hängt vom jeweiligen Funkempfängerdesign, seinen Anforderungen einschließlich Leistung, Kosten, Betriebsfrequenz usw. ab.

IF und AGC

Die automatische Verstärkungsregelspannung wird an Punkte innerhalb der ZF-Verstärkerkette angelegt. Typischerweise wird es auf die früheren Stufen der ZF angewendet und verringert auf diese Weise die Wahrscheinlichkeit einer Überlastung.

Es gibt jedoch Überlegungen, die mit der Rauschzahl des gesamten Empfängers verbunden sind. Wenn die Verstärkungsreduzierung nur zu stark auf die früheren Stufen angewendet wird, kann sie die Rauschzahl beeinflussen, so dass typischerweise eine ideale AGC das Signal etwas später in die E-Kette reduziert, wo keine Wahrscheinlichkeit einer Überlastung besteht, und dann die in der Kette leichter gewinnen.

Die ZF-Stufen eines Empfängers sind ein Schlüsselabschnitt des Empfängers. In diesen Stufen wird sowohl der Großteil der Verstärkung als auch die Selektivität des benachbarten Signals bereitgestellt, und sie sind zwei der wichtigsten Funktionen eines Empfängers. Dementsprechend muss die ZF sorgfältig entworfen werden, um unter allen Signalbedingungen die optimale Leistung zu erzielen.

Schau das Video: Anatomy of a homebrew 40m superhet receiver (November 2020).