Proiectarea unui radioreceptor

Proiectarea unui radioreceptor

Transmiterea informatiei(auditiva-vizuala)pe cale electrica la distanta, se realizeaza prin intermediul unui system complex care include un transmitator.Urmarind schema generala din figura 1., se constata ca undele sonore produse de vocea omeneasca sau de instrumentele musicale, in cadrul unui program de radiodifuziune fac sa vibreze membrana microfonului care le transforma intr-o tensiune alternativa foarte slaba,avind frecventa de 20 Hz. 15 kHz.Semnalul electric astfel obtinut este mai intai amplificat in etajul amplificator de audiofrecventa (AAF), dupa care este transmis prin cablu, din studio la statia de emisie.

Partea principala a emitatorului o constituie oscilatorul pilot 0 care genereaza oscilatii autointretinute de amplitudine si frecventa riguros constante.Aceste oscilatii slabe sint amplificate in etajul ARF, ele formind unda purtatoare a mesajului de transmis.

Semnalul audio, de la iesirea AAF si oscilatiile de frecventa inalta, de la iesirea ARF (unda purtatoare) se aplica modulatorului M, unde din compunerea celor doua oscilatii, audio si de RF, rezulta unda purtatoare de informatii modulata, care dupa o noua amplificare in putere se aplica circuitului de antena spre a se propaga in spatiu sub forma de unde electromagnetice (sau radio).

Viteza de propagare a undelor electromagnetice este de aproximativ 300 000 km/s (viteza luminii).O marime caracteristica importanta a undelor electromagnetice este lungimea de unda care reprezinta distanta strabatuta de o suprafata de unda in timp de o perioada.Daca v este viteza de propagare a unei unde, lungimea de unda unde T este perioada oscilatiilor.Numarul de perioade pe secunda se numeste frecventa (f).Intre frecventa f, si viteza undelor electromagnetice.

In functie de paramaterul a carui marime variaza in cursul modulatiei, emitatoarele care lucreaza in radiodifuziune se pot clasifica in:

-emitatoare cu modulatie de amplitudine (MA), in care amplitudinea Ao, a unei purtatoare se modifica proportional cu variatia instantanee a semnalului modulator (fig 2,a);

( Figura 2,a)

-emitatoare cu modulatie de frecventa (MF), in care frecventa instantanee a undei purtatoare variaza proportional cu valoarea instantanee a unui semnal modulator (fig 2,b)

(Figura 3,b)

-emitatoare cu modulatie in amplitudine cu banda laterala unica (MA-BLU), in care se transmite o singura banda laterala, cealalta fiind mult redusa sau chiar suprimata (fig.2, c); se utilizeaza in special pentru receptoarele stereo ca si modulatie pe subpurtatoare: daca una din benzile laterale este numai atenuata partial, atunci acest tip de modulatie este MA-RBL (rest de banda laterala)

(Figura 2c)

Receptia semnalelor radiofonice, propagate pina la antena radioreceptorului (fig.1), se obtine prin captarea si transformarea undelor electromagnetice in semnale electrice, care sint eventual amplificate, deoarece tensiunea de radiofrecventa modulata este foarte slaba. Dupa o prima amplificare, forma semnalului se schimba si trebuie extrasa din el componenta de audiofrecventa (AF), prin demodulare sau detectie. Dupa detectie, tensiunea AF este amplificata in etajul de AAF al radioreceptorului. Oscilatiile electrice de frecventa audio sint transmise traductorului de sunet (difuzorul) care le transforma in oscilatii sonore, identice cu cele captate de microfon la emisie.

Radioreceptoare cu simpla detectie

Cel mai simplu receptor radio este format dintr-o antena, o priza de pamint, un circuit acordat, un detector si o casca (fig.5). El are o selectivitate scazuta, nu are amplificare si se foloseste numai la receptia in casca a emisiilor locale.

Rezultate mai bune decit an cazurile din (figura 5. a,e) se pot obtine cu montajul din (figura .5 e), care contine in plus o bobina si un condensator variabil de accord.

Fig.5,a,e

Radioreceptor cu amplificare directa

Daca la oricare din radioreceptoarele simple cu detectie se adauga un etaj amplificator in locul castii, se poate obtine in principal o marire a puterii semnalului si deci o imbunatatire a calitatii receptiei. Constructia unui astfel de receptor se poate face dupa schema din (figura. 6,b). Acesta amplifica de . citeva sute de ori energia captata de antena, avind un consum foarte mic.

Radioreceptor cu reactie. Acesta este superior montajelor simple prezentate anterior, in cazul constructiilor miniaturale, cum sint receptoarele de buzunar. Prin reactia pozitiva se intelege aplicarea unei fractiuni din tensiunea de la iesirea unui amplificator la intrarea lui, fapt care duce la cresterea sensibilitatii si selectivitatii receptorului.

Reactia este pozitiva cind semnalul de reactie este in faza cu semnalul de intrare (deci il intareste pe acesta) si negative cind cele doua semnale sint in antifaza (deci il slabeste).

-radioreceptoarele cu reactie pot receptiona atit posturi cu MA, cit si posturi cu MF;

Circuitul de intrare

Circuitul de antena si de intrare se realizeaza intr-o gama foarte larga de variante. Prin acesta se urmareste: selectivitate si fidelitate cit mai buna: dependenta cit mai mica fata de tipul antenei; factor de transfer cit mai mare pe toate gamele si dezacordul minim al circuitului la conectare a antenei.

Antena de receptie este considerata ca un generator de RF cu o anumita impedanta interna, avind un circuit acordat deschis (fig.6)

Circuitele de intrare uzuale sint: cu cuplaj direct ; cu cuplaj prin condensator montat in serie la capatul dinspre antena sau in derivatie spre capatul dinspre masa; cu cuplaj la priza bobinei; cu cuplaj prin inductanta mutuala; cu cuplaj mixt (LC) ;cu filtrul de banda ; cu antenna de ferita.

Exista circuite de intrare adaptabile pentru diverse tipuri de antene C (500-2000pF) este condensatorul de cuplare al antenei la circuitele de intrare aviand totodata si rolul de separare.

L1,L2 sint bobine de accord pe UM si UL plasate pe bara de ferita.

L3 este bobina de cuplaj a circuitului de intrare la baza tranzistorului T1 (de injectie a semnalului).

Amplificatorul de RF, contribuie la imbunatatirea raportului semnalzgomot, la eliminarea frecventei imagine si la micsorarea distorsiunilor.

Constructiv, ARF poate fi: rezonant, aperiodic sau mixt; cu cuplaj direct,

prin bobina de soc, mixt sau cu cuplaj prin priza.

-Amplificatorul de RF, destinat pentru radioreceptoare portabile cu doua game de unda (UL siUM), utilizeaza un condensator variabil dublu, cu sectiuni neegale Cv1 si Cv2 pentru alinierea UM. Bobina oscilatorului este comuna pentru UL si UM.Circuitele de intrare sint alcatuite din bobinele L1, L2 si L3 plasate pe ferita cu posibilitate si pentru antena exterioa

Schimbarea de frecventa este aditiva, iar tranzistorul T1 are rol si de OL si SF.

Schimbari de frecventa pentru UL, UM, US-MF

Schimbatorul de frecventa-denumit si etajul de amestec, mixer sau etaj convertor-are rolul de a transforma tensiunea de inalta frecventa modulate Us, a semnalului receptionat, intr-o tensiune de frecventa mica FI, numita frecventa intermediara (la radioreceptoarele fabricate in tara fi=455 kHz).

Oscilatorul local care produce frecventa de amestec si trebuie sa aiba o frecventa cit mai stabile in timp, oscilatii sinusoidale lipsite de armonici, o amplitudine a oscilatiilor suficient de mare ect.

Amplificatorul de frecventa intermediara

Amplificatorul de frecventa intermediara (AFI) determina indeosebi performantele mai importante ale unui radioreceptor, datorita amplificarii mari a etajelor sale la care concura tranzistoarele de FI (numite si medi frecvente sau filter de banda).

In general, radioreceptoarele echipate cu tranzistoare contin mai multe etaje FI;

Un amplificator de FI este necesar sa indeplineasca anumite conditi tehnice:

amplificarea sa fie cat mai mare (la etejele FI cu tranzistoare se realizeaza o amplificare de putere de 60.90 dB);

selectivitatea sa aiba o putere cit mai ridicata cu o banda de trecere satisfacatoare;

distorsiunile sa fie cit mai mici, in care scop se alege punctual de functionare al AFI astfel incat zona in care semnalul modulat este amplificat sa fie liniara;

Limitatorul de amplitudine

In radioreceptoarele moderne, ce functioneaza combinat cu semnale MA si MF, ultimul etaj din AFI trebuie sa functioneze ca amplificator de FI la receptia semnalelor ce MA si ca limitator de amplitudine (LA) la receptia semnalelor cu MF.

Limitatorul de amplitudine are rolul de a elimina modulatia de amplitudine parazita a semnalului MF amplificat la intrare, astfel incat la iesire sa se obtina semnal fara modulatie de amplitudine (se elimina astfel o buna parte din zgomote si paraziti), pastrind insa modulatia de frecventa utila.

Demodulatorul

Demodularea (detectia) este procesul invers modulatiei ce consta in separarea la receptie a informatiei purtata de un semnal de RF modulat fie in amplitudine, fie in frecventa.

Etajul demodulator este montat in radioreceptor intre AFI si AAF.

Demodulatoarele de semnale MA pastreaza structura clasica utilizand ca dispozitive pentru detectie: diode (semiconductoare sau cu vid), tranzistoare sau tuburi electronice.In practica se utilizeaza cel mai frecvent dioda semiconductoare.

Tipuri de detectoare pentru demodularea semnalelor cu MA sint: detectorul serie (cu sarcina rezistiva) si detectorul derivatie.

Amplificatorul de AF

Semnalele de frecventa audio care au constituit semnalul modulator sint extrase prin detectie si apoi amplificate in etajul AAF, la valoarea necesara actionarii traductorului electroacustic, difuzor sau casca.

Sub forma generala amplificatorul de AF este constituit dintr-un amplificator de semnal mic (preamplificator) si dintr-un amplificator de semnal mare (de putere sau final ).

In principiu AAF cuprinde urmatoarele parti: sistemul acustic (unul sau mai multe difuzoare), preamplificator (preamplificatoare), circuitul de corectie a tonului (registrul de ton), circuitul de reactie negative si amplificatorul final.

Amplificatorul de semnal mic este situate intre demodulator si amplificatorul final si este prevazut a realiza o preamplificare cit mai mare, fiind constituit din unul sau mai multe etaje. Tipurile representative de amplificatoare de AF sint: cu cuplaj RC, cu cuplaj prin transformator, cu iesire simetrica si cu cuplaj direct.

Amplificatoarele de audiofrecventa de semnal mare se realizeaza aproape totdeauna cu doua tranzistoare, putind functiona in clasa A (cu transformator de iesire) sau in clasa B (cu sau fara transformator de iesire). Ultimul tip este folosit cel mai frecvent datorita avantajelor oferite, in special randament si puteri mari.

Blocul de alimentare

Pentru alimentarea radioreceptoarelor tranzistorizate portabile cu puteri mici, de 0,1-1w la iesire, bateriile de elemente uscate sau acumulatoare cu capsule de cadmiunichel asigura o auditie normala.La scaderea tensiunii bateriilor prin descarcare, performantele radioreceptoarelor scad 6-15dB.

In cazul aparatelor cu putere mai mare se utilizeaza redresoare obisnuite monoalternanta sau dubla alternanta cu filtru LC, RC, sau prin tranzistor si stabilizare prin diode Zener pentru ca tensiunea de alimentare sa nu varieze in ritmul pulsatiilor de current, ceea ce ar produce distorsiuni.

Elementele blocului de alimentare pentru receptoare cu tranzistoare sint: un cuadripol de adaptare sub forma de transformator pentru a permite alimentarea de la reteana de current alternative, iar in cazul receptoarelor de automobile se utilizeaza o retea de adaptare rezistiva; un redresor; o retea de filtrare a tensiunii redresate cu filtru RC si uneori LC.