Отчет по УИР. Телевизионные усилители

Использование кольцевых частотно-разделительных цепей также затруднительно из-за необходимости реализации высокодобротных фильтров высоких порядков.

Поэтому в телевизионных передатчиках с выходной мощностью более 1 кВт сложение радиосигналов изображения и звукового сопровождения осуществляется с помощью диплексеров [1] .Помимо раздельного усиления применяется принцип совместного усиления радиосигналов изображения и звука в одном усилительном тракте [2] . При совместном усилении радиосигналов вещательного телевидения, в усилительном тракте амплитуда суммарного сигнала, действующего в канале усиления, в 1,32 раза превышает амплитуду сигнала изображения [3] (при отношении Риз / Рзв=10 :1 ), тракт должен обладать большим динамическим диапазоном, чем в случае раздельного усиления радиосигналов. Кроме того, линейность такого тракта должна быть значительно лучше, т. к. нелинейность является причиной перекрестных искажений сигналов [3] . Поскольку уровни обоих сигналов достаточно велики, требования к дифференциальным характеристикам усилительного тракта значительно жестче, чем для передатчика Т V изображения (ТВП), где в широкополосном ВЧ тракте усиливается только радиосигнал изображения.

Аналогично тому как при передаче полного цветового ТВ сигнала в ТВП дифференциальные искажения приводят к перекрестным искажениям между составляющими сигнала, в телевизионном ретрансляторе-преобразователе (РПТ) появляются перекрестные искажения между радиосигналами изображения, звукового сопровождения и боковых частот. В реальном усилителе ВЧ сигналов из-за его нелинейности между основными частотами спектра : f из, f зв и f бок (где f бок может быть, например f бок= f из +f цв) возникают комбинационные составляющие тем большего уровня, чем большей нелинейностью обладает усилитель.

Комбинационные продукты могут быть внеполосными и внутриполосными.

Уровни внеполосных излучений строго нормируются и подавляются фильтрующими элементами, включенными в тракт передающей части оборудования (в частности полосовыми фильтрами, включенными на выходе усилителя). Наиболее опасны такие комбинационные (интермодуляционные или перекрестные) продукты, которые попадают в полосу пропускания усилителей и не могут быть ликвидированы никакими режекторными цепями. Такая внутриполосная составляющая, зависящая от всех 3 основных частот спектра, имеет частоту f пом= f из+ f зв– f бок и вызвана нелинейностью амплитудной характеристики 3 порядка.

Естественно, что входные усилители РПТ практически не вносят искажений в этот параметр ввиду малого уровня полезного сигнала.

Основные искажения линейности сосредоточены в выходных усилителях мощности, где динамический диапазон усилительного элемента (транзистора или лампы) используют на максимум.

Известны два основных метода снижения уровня перекрестных помех : создание трактов с малым ДУ во всем диапазоне уровней суммарного сигнала ; введение предкорректирующей нелинейности противоположного характера в предварительном радиочастотном тракте [3] . 4 .СОВМЕСТНОЕ УСИЛЕНИЕ. Как уже упоминалось ранее, для усиления радиосигналов телевизионного изображения могут использоваться усилители как c совместным усилением [2] , так и усилители с раздельным усилением радиосигналов изображения и звука.

Рассмотрим каждый принцип по отдельности.

Начнем с совместного. В соответствии с требованиями ГОСТ [4,5], уровень любого побочного (внеполосного) радиоизлучения телевизионных передатчиков с выходной мощностью более 25 Вт должен быть не менее чем на минус 60 дБ ниже пиковой мощности основного колебания. В то же время в усилителях мощности передатчиков с совместным трактом усиления радиосигналов изображения и звукового сопровождения не удается реализовать уровень интермодуляционных составляющих в спектре выходного сигнала менее минус 25-30 дБ. В маломощных передатчиках, усилитель мощности для которого мы и рассматриваем, раздельное усиление не используется. Для уменьшения уровня внеполосного излучения в них применяются полосовые фильтры, поглощающие от 15 до 20 процентов выходной мощности передатчика.

Схематично это выглядит так, как показано на рисунке 4.1.

Максимальное чего удается добиваться, это –(25- 35) дб. Кроме того, размеры самого фильтра оказываются соизмеримыми с размерами усилителя.

Принципиальная схема усилителя с совместным усилением приведена в приложении А. 5. РАЗДЕЛЬНОЕ УСИЛЕНИЕ. Помимо совместного усиления, используются усилители с раздельным усилением.

Принцип действия : усилитель состоит из двух каналов, в которых происходит раздельное усиление сигналов изображения и звука, в одном из каналов усиливается сигнал изображения, в другом сигнал звука, и с последующим сложением их мощностей на выходе посредством схем сложения мощностей [1] .

Использование кольцевых частотно-разделительных цепей также затруднительно из-за необходимости реализации высокодобротных фильтров высоких порядков.

Поэтому в телевизионных передатчиках с выходной мощностью более 1 кВт сложение радиосигналов изображения и звукового сопровождения осуществляется с помощью диплексеров, состоящих из направленных ответвителей (трехдецибельных мостов сложения) и режекторных фильтров [1] . В маломощных передатчиках, из-за больших габаритных размеров известных в настоящее время диплексеров, раздельное усиление не используется. Но, в тоже время, в маломощных передатчиках, также как и в мощных, возможно использование раздельного усиления.

Уменьшение габаритных размеров диплексеров (рис. 5.2) при этом может быть достигнуто за счет реализации малогабаритных направленных ответвителей.

Принципиальная схема усилителя с раздельным усилением приведена в приложении Б. 6. РАСЧЕТ ДИПЛЕКСЕРА. В передатчиках с выходной мощностью более 1 кВт используется раздельное усиление радиосигналов изображения и звукового сопровождения с последующим их сложением на диплексере , схема которого приведена на рисунке 5.2 [1] . Поскольку возможности увеличения добротности малогабаритных режекторных фильтров ограничены, возникает проблема построения диплексера, обеспечивающего минимальные потери мощности радиосигнала изображения и звукового сопровождения при заданных допустимых искажениях формы АЧХ канала изображения.

Радиосигнал звукового сопровождения, попадая на НО2, делится поровну между выходами 5 и 6, достигая режекторных фильтров отражается от них, и складывается в фазе на выходе 8 НО2. Поэтому мощность радиосигнала звукового сопровождения, поступающая на выход 7 НО2, не зависит от сопротивления потерь режекторных фильтров.

Находя разность между мощностью и мощностью поглощаемой режекторными фильтрами, получим величину мощности радиосигнала звукового сопровождения в нагрузке : (1) С учетом формулы (1) и соотношения для расчета входного сопротивления последовательного контура при малых растройках [6] , модуль коэффициента передачи диплексера для радиосигнала изображения может быть представлен выражением : (2) где ; - добротность контура ; - относительная расстройка ; - абсолютная расстройка ; - резонансная частота контура, равная круговой частоте радиосигнала звукового сопровождения. В соответствии с требованиями ГОСТ [4,5] , при заданной расстройке нормированный коэффициент передачи канала изображения не должен быть менее определенной величины и в (2), получим соотношение для расчета необходимой добротности режекторных фильтров, соответствующей выбранным значениям : (3) Зная и и [5]: (4) По соотношениям (3) и (4) можно рассчитать требуемые значения и : (5) где ; Экспериментальные исследования диплексеров усилителей мощности ТВ передатчиков показали, что, при использовании воздушных конденсаторов и индуктивностей изготовленных из посеребренного медного провода, добротность режекторных фильтров оказывается не хуже 340-360. Рассчитаем необходимые выходные мощности усилителей радиосигналов изображения и звукового сопровождения 10Вт передатчика 27 канала ТВ ДМВ и значения элементов режекторных фильтров диплексера, если при отстройке на 1 МГц от частоты радиосигнала звукового сопровождения нормированный коэффициент передачи канала изображения должен быть не менее минус 4 дБ [4,5], достижимая добротность режекторных фильтров равна 350, передатчик работает в 75-омном тракте.

Мощность радиосигнала звукового сопровождения в антенне, согласно [4,5] , равна 10 % от номинальной пиковой мощности канала изображения. То есть [3] . При абсолютной расстройке в 1 МГц относительная расстройка 0,63 . Относительная расстройка / 525,75=0,0124. Подставляя известные в (5) получим : 0 ,438 ; ; ; : ; 7. СОЗДАНИЕ УСИЛИТЕЛЯ С НАПРАВЛЕННЫМ ОТВЕТВИТЕЛЕМ. Возможно также создание усилителя мощности с совместным усилением на основе направленного ответвителя (НО). НО-это согласованная петля связи, помещенная в электромагнитное поле передаваемого по ВЧ фидеру радиосигнала [3] . Любой НО характеризуется 2 параметрами, показывающими зависимость между ответвляемой мощностью Ротв и мощностями, действующими в фидере Рф и в балластном резисторе Рб : Коэффициентом направленности Кнапр= Ротв / Рб ; Коэффициентом ответвления мощности А= Ротв / Рф ; Хорошие НО имеют Кнапр > 30дб.Коэффициент А определяется назначением НО. В TV -передатчиках НО используют, как правило, для разделения волн в ВЧ фидере. В реальных трактах всегда существует отраженная от нагрузки или элементов фидера волна. Если НО отрегулирован так, что А=0,5 ,т.е половина мощности Рф поступает в R н, а другая половина ответвляется, то такой НО называется трехдецибельным уравнительным мостом [3] . Задавая определенные коэффициенты ответвления мощности можно получить заданные ГОСТом соотношения 10 :1 по уровню мощности Tv и звукового сигналов, выделяющихся в R н направленного ответвителя. Что впоследствии и нужно будет реализовать практически, используя 2 усилителя одинаковой мощности совместно с направленным ответвителем.

Используя однонаправленную модель транзистора, передаточную функцию каскада с КЦ можно описать дробно-рациональной функцией комплексного переменного: (1) где - нормированная частота; - текущая круговая частота; - коэффициенты, являющиеся функциями параметров КЦ нормированных относительно и сопротивления источника сигнала для широкополосных и для полосовых усилителей.

Выберем в качестве прототипа передаточной характеристики каскада дробно-рациональную функцию вида : (2) Найдём такие её коэффициенты, которые позволят из системы нелинейных : (3) рассчитать нормированные значения элементов КЦ, обеспечивающие максимальный коэффициент усиления при заданном допустимом уклонении АЧХ от требуемой формы. С целью нахождения требуемых значений коэффициентов перейдем к квадрату модуля функции (2): где -вектор коэффициентов ; -вектор коэффициентов Для решения задачи нахождения векторов коэффициентов воспользуемся методом оптимального синтеза теории фильтров. Для этого составим систему линейных неравенств : (4) где - дискретное множество конечного числа точек в заданной нормированной области частот; - требуемая зависимость квадрата модуля на множестве от ; малая константа . Первое неравенство в (4) определяет величину допустимого уклонения АЧХ каскада от требуемой формы.