高频调谐器(高频头)原理

第六章高频调谐器(高频头)6.1高频调谐器的功用及性能要求6.2高频调谐器的功能电路分析6.3TDQ—3型调谐器电路分析6.4频道预置器复习思考题6.1高频调谐器的功用及性能要求•6.1.1高频调谐器的原理框图及功用•高频调谐器又叫频道选择器,俗称高频头。它一般由输入回路、高频放大器、本机振荡器和混频器等几部分组成,其框图如6-1图。图6-1高频调谐器方框图•高频调器的作用可以归纳为如下三点:•(1)从接收天线中感应的许多电信号中,通过输入回路和高放级回路选择出需要的电视频道节目。•(2)将选择出的高频电视信号(包括图像和伴音高频信号),经高频放大器放大,提高灵敏度,并满足混频器所需要的幅度。•(3)通过混频器将图像高频信号(fP)和伴音高频信号(fS)变换成各自固定的图像中频(fPI)和第一伴音中频(fSI)信号,然后送到中频放大器再进一步放大。•高频调谐器分机械调谐和电调谐两类。机械调谐高频头是通过改变电感进行频道选择的。该调谐方式的优点是:开关每转动一档,就可切换一个频道,不需另加选台装置电性能稳定,维修调整均方便。主要缺点是体积大、机械结构复杂,并且机械触点多,用久易发生接触不良•电调谐高频头是通过改变回路中的电容进行频道选择的。目前,都是采用变容二极管代替可变电容。它的优点是无机械触点、寿命长。在波段范围内频率连续可调,但频率位置不能固定,在更换台时需临时调整。为避免这一麻烦,就必须附设多路频道预选器。另外,电子调谐器的本振频率易受温度变化的影响,故常设AFC电路。•不论是机械调谐还是电调谐,都必须同时改变输入回路、高放及本振回路的调谐参数(电感或电容)才可以切换频道。近年来,电视接收机调谐器不仅出现了各种类型的模拟或数字式电子选台和自动预选装置,而且已广泛使用光控式近红外遥控器,以及与微处理器结合的多功能遥控器,应用语言识别技术的语言遥控器也正在进行研究。•6.1.2对高频头的主要性能要求•1.噪声系数小、功率增益高、放大器工作稳定•噪声对图像来说,表现为不规则的雪花样点状的干扰。电视机整机输出信噪比的好坏,主要取决于调谐器高放级噪声系数的大小。多级放大器总的噪声系数可以表示为••式中,NF1、NF2等为各级噪声系数AP1、AP1等为各级功率增益。可见,提高调谐器的功率增益对于减少整机噪声十分重要。•一般要求高频头的功率增益≥20dB,噪声系数低于8dB。...11213121ppFpFFFAANANNN•2.具有足够的通频带宽度和良好选择性•高频调谐器应该具有从接收天线感应得到的各种电磁信号中选取所需要的频道信号、抑制邻频道干扰、镜像干扰和中频干扰的能力。因此要求它有合适的通频带和良好的选择性。一般要求高频调谐器镜频抑制比(IMR)大于40dB,中频抑制比(IFR)应大于50dB。•高频调谐器的频率响应曲线由输入回路、高放、混频级及其耦合回路的频率响应所决定。•黑白电视机为了使画面杂波少而清晰,希望调谐器频率特性的通带不要太宽,如图6-2(a)所示。而彩色电视机除了希望通带不要太宽外,为了减少彩色失真,还希望频率特性通带内增益变化较平稳。其幅频特性如图6-2(b)所示。•图6-2调谐器的幅频特性•3.与天线、馈线有良好的匹配关系•高频头的输入阻抗就是馈线的终端负载阻抗。而各种负载线都有一定的特性阻崐抗ZC(它只与传输线材料、结构形状及尺寸有关,而与终端负载、传输线的长度、始端信号源电动势无关)。如果负载阻抗ZL=ZC,则由天线送来的功率将完全为负载所吸收,这时只有从天线向高频头传输的入射波,没有反向传输的反射波。如果ZL≠ZC,则在馈线终端将会产生反射波,这样不仅使信号功率不能完全被高频头所接收,而且由于原入射波形成的电视信号与经反射后再次入射的电波形成的电视信号之间有一定的时延,从而使荧屏上显示的图像产生重影。•为了便于匹配,调谐器输入、输出阻抗均设计为75Ω,正好与电视机拉杆天线或共用天线分支器插孔的等效阻抗相同,采用特性阻抗为75Ω的同轴电缆线直接相连就可以匹配。当采用特性阻抗为300Ω的半波折合振子引向天线或X型全频道天线时,我们除采用特性阻抗为300Ω扁平双导线作馈线外,还在馈线和调谐器之间接入天线匹配器。•4.高放级应设有自动增益控制电路•一般要求自动增益控制范围应达到20dB以上,以保证当天线输入电平,在一定范围内变化时,视放输出电压基本保持幅度稳定。•5.本机振荡的频率稳定度要高,且对外辐射小•通常要求VHF段本振漂移小于±300kHz,UHF段本振漂移小于±500kHz。6.2高频调谐器的功能电路分析•6.2.1机械调谐与电子调谐原理•为了收看不同频道的电视信号,根据需要能改变(切换)信号的频道,即所谓高频调谐。调谐的方法有两种:机械调谐(改变LC回路的电感值)和电子调谐(改变LC回路的电容)。•一、机械调谐•常用机械调谐有两种。•开关式高频头,如KP12—2型,对应每个频道的输入线圈、高放负载线圈和本机振荡线圈都是独立的,因此在频道切换时互相不干扰。在每个被切换线圈内部都有一个可调节的铜芯,可以通过齿轮机构分别微调,一次调准后,就不再需要重新调节。缺点是由于触点多而产生机械故障。•转盘式高频头,它们的线圈在1~5频道和6~12频道中,有些是共用的,用一个可变电感进行微调。因为线圈与线圈之间互相牵制,所以调试比较麻烦,在更换频道时都需要重新进行微调。但触点少,结构紧凑、机械故障可能性小。•二、电子调谐原理•1.变容二极管及电子调谐基本原理•如前所述,如果改变谐振回路的电感(如机械调谐)或改变电容(电子调谐),均可改变谐振频率f0,使其谐振在某电视频道的中心频率上,以实现转换频道和选台目的。高频头的各调谐回路中的可变电容器件都采用变容二极管替代。变容二极管实质上就是一个结电容Cj随外加反向偏压变化范围比较大的PN结晶体二极管。根据理论分析,•式中,C0是偏压UR为零时的结电容,UR为PN结上的直流偏压,φ是PN结的扩散电位,n为PN结附近杂质浓度决定的一个常数。工作中,变容管不允许工作在正向电压状态,否则其结电阻很低(约几十欧),Q值很低,谐振电路不能工作,所以必须工作在反向偏压状态。•由上式可见,变容管的结电容Cj在零偏时最大,随外加负偏压的增加,Cj将成指数下降。变容管的符号及压控特性(以变容管2CB14为例)如图6-3所示。图6-3变容管2CB14压控特性•当偏压从-3V变至-30V时,电容量由18pF变到3pF,电容变比(即电容覆盖系数)•变容管的高频无载品质因数••式中,Rs为体电阻,由P型和N型半导体材料决定,通常值小于2Ω。由式中可见,反向偏压UR越高,则Cj越小,Q值越高。反之则Q值就低。•变容二极管外加负偏压的调节是靠电位器R实现的,如图6-4所示。如果R活动触点向上调节,则UR增加、Cj下降,从而调谐回路频率f0升高,实现了调谐和选台。sjNMcRCQCCN16图6-4电子调谐原理电路•2.波段覆盖和电子开关•已知变容管2CB14的CM=18pF、CN=3pF,其电容覆盖系数(即电容变比)为NC=CM/CN=6。由于变容管用于调谐频率,因而最重要的是它的变化范围(变比),而不是电容量的绝对值。由图6-4可见,谐振回路的频率为45.262121)(2110NMMNNMjjjjCCLCLCffCCLCCCCCLf所以变容管2CB14使谐振回路频率最大变比•以电视VHF频段为例,其最低频道中心频率为52.5MHz,第12219MHz,其比值为4.17,显然2CB14变容管不能满足覆盖VHF全波段的要求。假若再考虑分布电容的影响,则变容管改变谐振回路变比还要小于2.45。因此,需将VHF范围内的12个频道划分为两个波段,1~5频道为低频段,6~12频道为高频段。采用电子开关切换电感线圈,以便得到高、低两个频段。•低频段(1~5频道)频率变比为68.15.52881MHzMHzN•则变容管电容覆盖系数NC1=N21=2.82。•高频段(6~12频道)频率变比为•••则变容管电容覆盖系数NC2=N22=1.64。这样,2CB14就都能满足频率覆盖的设计要求。•图6-5为电子开关频段切换原理电路。28.11712192MHzMHzN图6-5电子开关频段切换原理图•当电源开关S接通-4V,电子开关VD1、VD2截止,相当开路,这时初级回路电感为L1+L2,L3+L4,回路工作在1~5频道。当S接通+12V,VD1及VD2导通,L2及L4被短路,则初级回路电感为L1、次级回路电感为L3,这时回路工作在6~12频道,从而实现频段切换。•该电路要求开关二极管正向导通电阻小于1Ω,以确保导通时的短路作用,要求其反向电阻大,并且反向结电容很小(小于1pF),以保证V截止时的交流开路作用。•3.电调谐高频头的统调与跟踪•在机械调谐的高频头中,改换频道时是四组线圈(选频回路、高放双调谐负载回路、本振回路)同时切换,只要电感线圈选择恰当,原则上每一频道都能达到满意的跟踪。但跟踪却是电子调谐器的特殊问题。因为输入选频回路、高放双调谐负载回路及本机振荡回路中的变容二极管,均使用同一调谐电压(BT)来控制其电容值,我们要求无论电位器R(见图6-4)调到任何位置,也不管此时变容管Cj是何值,输入选频回路、高放双调谐回路对应的谐振频率均应相同。这就是所谓的统调。•同时,要求在全频段内,本振回路谐振频率(即振荡频率)应处处与输入选频回路、高放双调谐回路的谐振频率相差38(或37)MHz的固定中频,通常称为点点跟踪。一般难于做到点点跟踪,往往只能做到高、中、低频三点跟踪或高、低端两点跟踪。•6.2.2输入回路•电视机高频调谐器的输入回路应具有以下作用:频道选择(选台)阻抗匹配,既要与高放输入端匹配,又要与天线馈线实现阻抗匹配抑制中频干扰和邻频道信号干扰对于天线的强输入信号给予一定的衰减等。•一、选频电路•选频电路用来完成选频及阻抗匹配两个任务,它是输入电路中的主要电路。为了满足选频的要求,选频电路通常都是由电感和电容组成的单调谐的谐振回路。常用基本选频电路结构形式如图6-6所示。图6-6高频头常用的选频电路•电调谐电路与机械调谐高频头电路的原理及电路结构是相同的,两者的区别是,机械调谐器通过切换电感来改变频道,而电调谐器则是通过改变调谐回路电容来进行选频的。•1.选频电路如何实现阻抗匹配•选频电路通过电感抽头和电容分压方式与馈线及高放级连接,其目的是实现良好的匹配,避免产生反射等现象。下面以图6-6(a)为例分析其阻抗匹配作用。•图6-6(a)的等效电路如图6-7(a)所示。图6-7图6-6(a)的等效电路•我们把75Ω不对称天线输入信号等效为内阻为75Ω的信号源es,电容抽头的一端与高放管基极相连,基极输入阻抗可以看成是输入电阻Ri和输入电容Ci相并联。将图(a)中Ri、Rs折合到并联谐振电路两端,则得到图6-7(b)所示的等效电路,图中:•选频电路输入电阻sssRLLLRnnnR22212221)()((6-1)等效负载电阻iiRCCCR2221)((6-2)•谐振电路总电感为•L=L1+L2•谐振电路总电容为•选频电路本身损耗为•R0=ω0LQ0•R0越大则回路损耗越小,式中ω0为该LC电路的谐振频率,Q0为电路本身的无载品质因数。•由图(b)等效电路可以看到,要实现输入端与输出端的阻抗匹配,必须满足条件:iiCCCCCCC2121)(•式中,Rs为选频电路的输入阻抗,Ri∥R0为选频电路的输出阻抗。(6-3)式就是采用电感抽头、电容分压方式的选频电路与馈线及高放管连接时实现阻抗匹配的条件。由(6-1)和(6-2)式可见,只要适当选择L1、L2与C1、C2的比值即可达到满意的阻抗匹配,从而获得最大功率输出。•2.选频电路的谐振频率和选择性•根据图6-7(b)可得到选频电路的谐振频率:LCf210•此电路的选择性用有载品质因数QL表征:•••式中,f0为频道中心频率、B为频道的通带,一般取B=8MHz。不同频道,为满足选择性