Структурная схема выбрана
“Спец”: Итак, вопрос в принципе решен, я полагаю? “Аматор”: Да, безусловно! “Незнайкин”: И я так считаю!...
“А”: Хотя выбор окончательного варианта структурной схемы еще не произведен!
“С”: Вот именно этим мы сейчас и займемся!... Итак, приступаем к обсуждению структурной схемы и ее особенностей. Я предлагаю начать с обсуждения радиотехнического тракта, затем обсудить особенности систем контроля и индикации, а затем вопросы электропитания разрабатываемого устройства. И, одновременно, не забыть о весогабаритных характеристиках.
“А”: Вы, Спец, всю жизнь занимались разработками. Поэтому — Вам и карты в руки! Какой же радиотехнический тракт вы предлагаете принять за основу?
“С”: Да вот, примерно, такой (см. рис. 10.1)!
“Н”: А почему цепи первой АРУ даны пунктиром?
“С”: Да потому, что мы должны еще выяснить такой вопрос. Будет ли аттенюатор R иметь плавную регулировку? В этом случае необходима цепь первой АРУ. Или же аттенюатор R будет иметь некоторое фиксирование значение ослабления, которое будет задействовано, если входной сигнал приемника превысит некоторое значение?
“А”: Аттенюатор применяется для сохранения высокого динамического диапазона приемника?
“С”: Да, именно для этого! В связи с чем, ослабление при малом сигнале должно быть равно НУЛЮ, а при большом сигнале иметь такое значение, чтобы не допустить перегрузки усилителя ВЧ, который обозначен на структурной схеме, как А1
“А”: АРУ-1 может строиться только как обратная АРУ?
“С”: Нет, АРУ-1 может быть и прямого и смешанного типа также!
“А”: А какое значение чувствительности приемника мы примем в качестве исходного для нашего реального случая? И вообще, не кажется ли Вам, что следует более подробно остановиться на шумах?
“С”: Действительно!... Этот вопрос мы до сих пор как-то обходили! Так вот, шумы бывают не только внешними, но и внутренними. Внутренние шумы возникают как в пассивных элементах радиоприемных устройств — резисторах, фильтрах, линиях передач; так и в активных приборах — работа которых независимо от того, что они собой представляют (радиолампы или транзисторы) связана с наличием управляемых потоков носителей заряда.
Поскольку любой ток, как известно, имеет составляющую хаотического перемещения заряда под действием теплового возмущения. Это ведет и к появлению некоторой хаотической составляющей тока, следствием которой является появление хаотической составляющей напряжения, когда этот ток проходит через резистор.
“А”: Именно это явление и называют ТЕПЛОВЫМИ ШУМАМИ?
“С”: Верно! Значит, любой резистор R является ... источником теплового шума! Но ... средние значения шумового тока и напряжения равны нулю!
“А”: Так как ВСЕ направления случайных перемещений элементарных носителей зарядов — РАВНОВЕРОЯТНЫ!
“С”: Спектр тепловых шумов ограничен и обусловлен средней длительностью импульса, создаваемого перемещением элементарного носителя заряда.
“А”: Но ведь эта длительность должна быть исключительно мала!
“С”: Ну, конечно! Поэтому энергетический спектр равномерен во всем радиотехническом диапазоне. Вплоть до частот порядка 10" — 1012 Гц! Формулы Найквиста и определяют среднеквадратичные шумовой ток и напряжение:
где k — постоянная Больцмана, равная 1,38х10~23 Дж/К; Т — температура в град. Кельвина; ДГ = f, - f2 — диапазон частот, Гц. Шумы транзисторов и диодов рассмотрим далее. Поскольку для активных приборов характерен не только тепловой, но и дробовый шум!
“А”: А как рассчитывают чувствительность радиоприемного устройства?
“С”: Будем считать требуемое отношение сигнал/шум на выходе линейной части приемника заданным. В единицах напряжения чувствительность приемника составляет:
где у = O (РС/РШ)ЛЫХ — отношение сигнала к шуму на выходе линейного тракта приемника, т.е. на входе детектора; гд — сопротивление антенны; Пш — шумовая полоса; Т0 — комнатная температура; tA — относительная шумовая температура; Шпр — коэффициент шума приемника.
tA определяется по формуле:
здесь Тд — эквивалентная шумовая температура антенны; Т0 — 293 град. Кельвина.
“Н”: Что, все это надо считать?...
“С”: Если необходимо, то да! Кстати замечу, что радиотехнические расчеты весьма и весьма громоздки! А что касается Шп, то в практических случаях можно ограничиться следующим:
Шпр = lbx [Ш ву + (Шусч - 1)/Крву + (Шсм - 1)/ К ву Крусч -К..] - LрхШву, здесь: Lra — коэффициент потерь входного тракта; Шву — коэффициент шума входного устройства.
Но практика показала, что tA = 1 и формулы приобретают вполне удобоваримый вид: г
“А”: А какой величиной чувствительности следует задаваться?
“С”: Шумы приемника, используя доступную компонентную базу, вполне реально довести до величины порядка ОДНОГО микровольта и меньше! Окончательно мы все решим, когда от структурной перейдем к принципиальной электрической схеме. Поскольку ее роль в этом деле — ведущая!
“А”: А как мы поступим с вопросом о ГПД? Будет ли это все-таки синтезатор, или есть возможность ограничиться обычным гетеродином?
“С”: Учитывая тот факт, что в наш приемник мы не вводим SSB — тракта (хотя это вовсе не значит, что мы отказываемся от этой идеи в перспективе), в качестве гетеродинамы используем ГПД. Хороший, спектрально чистый ГПД, выполненный на основе LC — генератора!
У меня есть на примете подходящая схемотехника!
“А”: Усилитель А1 применим двухтактный?
“С”: Возможно и это. Хотя в данный исторический период есть решения и получше!
“А”: Смеситель U1, проблем у нас не вызывает?
“С”: Я полагаю — никаких!
“А”: Ну, фильтр Z2 проходим также без проблем?
“С”: А вот здесь я не уверен! Вопрос о том, удастся ли достать узкополосный кварцевый фильтр и какой именно! Поскольку фильтр Z, держит в неопределенности расчет исходных значений частот гетеродинов и коэффициентов перекрытий диапазонов!
“Н”: Уважаемый Спец! А если нам не повезет и вопрос с Z2 — зависнет? Как быть тогда?
“С”: Посыпать голову пеплом не придется и в этом случае! Просто мы воспользуемся альтернативными решениями.
“А”: Но от преобразования “вверх” мы не отказываемся?
“С”: Ни при каких условиях! Но я вижу, что принципиальных возражений по структурной схеме не имеется! Поэтому предлагаю перейти к рассмотрению системы индикации настройки.
“А”: Какой вид индикации мы предусматриваем — аналоговый или цифровой?
“С”: В приемниках подобного класса говорить об использовании не цифровых индикаторов частоты настройки считается признаком дурного вкуса...
Поэтому, друзья мои, я полагаю, что этот вопрос должен быть решен ОДНОЗНАЧНО!
“А”: То есть Вы предлагаете включить в состав приемника устройство, напоминающее то, которое применила фирма RACAL?
“С”: Нет-нет! Как ты знаешь, я уважаю не только научную фантастику, но фантастику вообще! Но только не пустопорожнее прожектерство!... Поэтому, безусловно, очень заманчиво было бы использовать в приемнике микропроцессорную систему! Но это был бы уже до некоторой степени снобизм!... Потом, позднее, если вы захотите создать еще более совершенный КВ-приемник, имея соответствующий опыт, можно посоревноваться и с фирмой RACAL! Хотя я не уверен, что вы станете при этом призерами!... Но имея ограниченные ресурсы, опыт, а главное — ограниченное время на разработку и изготовление, подобную задачу ставить перед собой не стоит!
“Н”: Как же лучше поступить в данном случае?
“С”: Прежде всего — подумать и взвесить... Не теряя при этом веры в свои силы, естественно! Что мы хотим получить реально?
Во-первых, цифровую индикацию частоты принимаемой станции в любом из диапазонов, верно?
“А”: А цифровое значение самого принимаемого подциапазона?
“С”: Совершенно не исключено! Затем — индикатор точной настройки на станцию. Неплохо еще было бы вынести на переднюю панель управления аналоговую информацию об уровне сигнала, присутствующего на входе приемника!
“Н”: Да, это было бы классно!...
“С”: Учитывая, что это еще достаточно просто сделать технически!
“А”: В маркетах у некоторых дорогих моделей приемников, магнитол и музыкальных центров на дисплее индицируется до трех — четырех знакомест в диапазоне УКВ. А сколько знакомест (иначе разрядов) должен иметь цифровой индикатор нашего приемника?
“С”: Я полагаю — не больше ПЯТИ! Но и не меньше! В этом случае частота принимаемой станции определяется с точностью 1 кГц! Можно, конечно же, высветить и больше знакомест! Например, многие коротковолновики в своих приемниках и радиостанциях индицируют частоту принимаемого сигнала с точностью до 100 Гц! Это означает, что их дисплеи имеют ШЕСТЬ разрядов! Кстати, будем использовать более общепризнанное название цифрового индикатора частоты принимаемого сигнала — ЦИФРОВАЯ ШКАЛА.
Или, например, ЦОУ — цифровое отсчетное устройство.
“А”: А почему. Спец, вы решили ограничиться ЦОУ на пять знакомест? Из-за экономических соображений?
“С”: Решающее значение здесь имеет не столько экономика, сколько эргономика! Опыт показывает, что любитель прослушивания передач в КВ-диапазоне “гоняет” приемник по всем диапазонам. При этом, как правило, на прослушивание радиостанции, если она не очень интересна, требуется 5— 7 минут! Иными словами, визуальная индикация частоты принимаемого сигнала осуществляется в течение довольно продолжительного времени. Выяснилось, что значение показания шкалы все время анализируется и сознательно, и подсознательно! Так вот, оказывается, что визуализация ПЯТИ знакомест утомляет В НЕСКОЛЬКО РАЗ МЕНЬШЕ, чем ШЕСТИ!
“Н”: Но ведь, как я понял, длина волны КВ-диапазона тоже должна претендовать на два знакоместа, как минимум!?
“С”: Само-собой! Например: “25 м”; “16 м”; “19 м”. И так далее... Но эти два знакоместа располагаются, во-первых, в ином месте дисплейного поля. Кроме того, размер их, как правило, отличается от размера цифр ЦОУ! А в случае применения светодиодных индикаторов, различие касается и цвета.
“А”: Ну хорошо! Так какую же разновидность цифрового индикатора Вы порекомендуете применить в нашем случае?
“Н”: А что, этих разновидностей много?
“А”: Да, немало! Представь себе, что общепризнанное применение нашли: вакуумные накаливаемые индикаторы — ВНИ; вакуумные люминесцентные индикаторы — ВЛИ; полупроводниковые светодиодные индикаторы — ПСИ; жидкокристаллические индикаторы — ЖКИ. А также люминесцентные и газоразрядные индикаторы, газовые и плазменные панели и пр.!
“Н”: Во многих приборах в настоящее время стоят ЖКИ!
“С”: Потому, что они самые экономичные из всех! Но у них есть принципиальный недостаток. Показания ЖКИ легко считываются только в дневное время! , В темноте они не видны! Поэтому я предлагаю использовать полупроводниковые знакосинтезирующие индикаторы — ППЗСИ. Хотя это, конечно, дело вкуса! Кстати, будет ли приемник иметь аккумуляторное питание или все же сетевое?
“А”: Аккумуляторное было бы предпочтительнее! Но это ведь зависит не в последнюю очередь от потребляемой приемником энергии!
“С”: Безусловно! Поэтому, поскольку окончательно подобный вопрос может быть выяснен только после выбора полной принципиальной электрической схемы устройства, могу предложить следующий вариант. Приемник будет иметь встроенный блок сетевого питания. Но мы предусмотрим и аккумуляторный режим! Возражений нет?
“А”: А почему они должны быть?
“Н”: Что, можно перейти, наконец, к рассмотрению принципиальных электрических схем узлов приемника?...
“С”: Я бы посоветовал перед этим этапом разработки приемника вернуться к серьезному рассмотрению особенностей используемой для этого современной компонентной базы!
“А”: Действительно, Незнайкин!... Ты уже достаточно разбираешься в транзисторах, микросхемах, конденсаторах и т.д.?...
“Н”: “Не мастерица я полки-то различать...”
“С”: “ А форменные есть отлички! В мундирах выпушки, погончики, петлички...”
“А”: Есть замечательный анекдот о советском летчике, который вернулся из американского плена после вьетнамской войны... Все им гордятся — никаких секретов не открыл врагу! Замполит его в качестве наглядного примера для прочих приводит. А когда все отметили этот образчик героизма за столом, то на откровенные вопросы однополчан летчик ответил так: “Ребята!... Учите как следует материальную часть!... А то так бьют!”
“С”: Я, даст Бог, надеюсь, что ни Незнайкину, ни нам никогда не придется рисковать своим здоровьем и жизнью ради “успехов” социализма! Но электроника — дама очень требовательная! Она требует к себе бережного, вдумчивого и очень деликатного отношения! И готова за это вознаградить сторицей! Поэтому, дорогой Незнайкин, мы начинаем новый цикл бесед. На этот раз — О КОМПОНЕНТАХ!
“А”: Я тоже с удовольствием приму в ней участие!
“Н”: Нет вопросов! А когда начнем?...
“С”: А прямо со следующего раза!
КОНЕЦ ПЕРВОЙ ЧАСТИ
>
