ШТАКЕТНИК;doc

Министерство образования и науки Российской Федерации
КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н. ТУПОЛЕВА-КАИ
ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИОТРАКТА ТЕЛЕВИЗИОННОГО
ПРИЕМНИКА
Методические указания к лабораторной работе №602
Казань 2012
1
2
Условные
обозначения
- АПЧГ  автоматическая подстройка частоты гетеродина;
- АРУ  автоматическая регулировка усиления;
- АЧХ  амплитудно-частотная характеристика;
- ГКР – генератор кадровой развертки;
- ГСР – генератор строчной развертки;
- КСИ  кадровые синхроимпульсы;
- ПКСИ – полукадровые синхроимпульсы (синхроимпульсы полей);
- ПТК  переключатель (селектор) телевизионных каналов;
- ПТС – полный телевизионный сигнал;
- ПЦТС – полный цветной телевизионный сигнал;
- ССИ  строчные синхроимпульсы;
- УВЧ  усилитель высокой частоты;
- УНЧ  усилитель низкой частоты;
- УПЧЗ  усилитель промежуточной частоты звука;
- УПЧИ  усилитель промежуточной частоты изображения;
- УПТ  усилитель постоянного тока;
- ФСС  фильтр сосредоточенной селекции;
- fг  частота гетеродина;
- fнз  несущая частота звука;
- fни  несущая частота изображения;
- fпз1  первая промежуточная частота звука;
- fпз2  вторая промежуточная частота звука;
- fпи  промежуточная частота изображения;
- n  число кадров в секунду;
- z  число строк в телевизионном растре;
- i отклоняющий ток;
- l  величина линейного перемещения луча по экрану кинескопа;
-   угол отклонения угла кинескопа.
3
Цель работы. Исследование особенностей построения и работы радиотракта
цветного переносного телевизионного приемника 4ПИЦТ.
Домашнее задание. Перед выполнением экспериментальной
части работы
необходимо изучить принцип работы радиотракта телевизионного приемника
и его принципиальные схемы.
ПРИНЦИП РАБОТЫ РАДИOТРАКТА ТЕЛЕВИЗОРА
Телевизионный приемник принимает сигналы двух передатчиков: изображения и звука. Передатчик звука работает в режиме ЧМ, передатчик изображения – в режиме АМ с частичным подавлением нижней боковой полосы частот (до 1,25 МГц). Подавление дает возможность сузить полосу занимаемых
телевизионным сигналом частот до 8 МГц.
На рис.1 показаны спектры телевизионных сигналов для 1го и 2го каналов. Несущая изображения fни для 1го канала 49,75 МГц, несущая звука
fнз  56,25 МГц. Для 2–го канала соответственно 59,25 и 65,75 МГц. Разнос
между fни и fнз для всех каналов строго фиксирован и равен 6,5 МГц.
fни = 49,75
fнз=56,25
fни = 59,25
fнз=65,75
Рис.1. Спектры 1-го и 2-го телевизионных каналов
Радиотракт предназначен для селекции, усиления и преобразования телевизионных сигналов, передаваемых в диапазонах метровых и дециметровых
волн, в сигналы промежуточных частот, усиления этих сигналов и их детекти4
рования, усиления видеосигналов, выделения и последующего усиления сигнала низкой звуковой частоты.
Помимо этого, в радиотракте осуществляется автоматическая подстройка
частоты гетеродина, автоматическая регулировка усиления и выделение из видеосигнала импульсов синхронизации генераторов строчной и кадровой разверток. Структурная схема радиотракта показана на рис.2.
Селектор
УПЧЗ
От А
ВЦ
УВЧ
Г
С
ПФ+УПЧ
ЧД
УНЧ
УПЧИ
АРУ
ФСС
АПЧГ
УПЧ
СССИ
ВД
СКСИ
Рис.2. Структурная схема радиотракта
В радиотракт входят: переключатель (селектор) телевизионных каналов,
усилитель промежуточной частоты изображения (УПЧИ), усилитель промежуточной частоты звука (УПЧЗ), видеодетектор(ВД), частотный детектор (ЧД)
звука, селектор строчных (СССИ) и кадровых (СКСИ) синхроимпульсов, схемы автоматической регулировки усиления (АРУ) и автоматической подстройки частоты гетеродина (АПЧГ).
5
В селекторе расположены входная цепь (ВЦ), в которую подается сигнал
от антенны (А), усилитель высокой частоты (УВЧ), гетеродин (Г) и смеситель
(С). Входная цепь обеспечивает согласование с антенной и подавление частот
ниже первого телевизионного канала. В смесителе производится преобразование несущих частот изображения fни и звука fнз в стандартные промежуточную частоту изображения fпи:
fпи = fг  fни =38,0 [МГц]
(1)
и первую промежуточную частоту звука fпз1:
fпз1= fг  fнз = 31,5 [МГц].
(2)
После смесителя fпи и первая промежуточная частота звука fпз1 поступают
на УПЧИ, являющийся для них общим каналом усиления.
Прием однополосного сигнала изображения с частично подавленной
боковой полосой требует специальной формы амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) УПЧИ, показанной на рис.3,а. АЧХ УПЧИ имеет кососимметричную форму, при которой колебания несущей частоты подавляются наполовину (6дБ).
Рис.3. Вид АЧХ блоков телевизионного приемника:
а – УПЧИ; б – сквозного тракта
6
Крутизна склона АЧХ в области 38 МГц имеет величину (62) дБ/МГц.
Если не использовать АЧХ такого вида, то это приведет к тому, что после детектирования амплитуда низкочастотных составляющих (ниже 0,75 МГц) спектра телевизионного сигнала будет вдвое больше остальных составляющих.
Поскольку после прохождения УПЧИ сигнал звука усиливается далее
в УПЧЗ, то коэффициент передачи УПЧИ на частоте fпз1=31,5 МГц не должен
превышать 5-7% от номинального для fпи. Это позволяет избежать проникновения звукового сигнала в канал видеосигнала и наоборот.
При использовании
АЧХ УПЧИ вида,
показанного на рис.3,а, АЧХ
сквозного тракта телевизионного приемника от антенного входа до видеодетектора будет иметь вид, показанный на рис.3,б. Положение АЧХ на оси частот
определяется выбранным каналом приема, а сам вид характеристики зеркален
по отношению к характеристике рис.3,а, положение которой на оси частот
строго фиксировано. Зеркальный поворот характеристики объясняется действием гетеродина и смесителя, преобразующих входные частоты в соответствие с зависимостями (1)(2).
Как уже было указано, прием сигнала звука производится с использованием двойного преобразования частоты. Первая промежуточная частота звука
fпз1 получается как разностная частота биений
между несущей звуками fнз
и частотой гетеродина fг. Вторая промежуточная частота звука fпз2  как разностная частота биений между промежуточными частотами fпи и fпз1, т.е. используется факт передачи телевизионного сигнала двумя независимыми передатчиками с разносом частот 6,5 МГц. В соответствии с (1)(2) образуются fпи и
fпз1, которые, проходя достаточно широкополосный и линейный тракт УПЧИ,
между собой не взаимодействуют, а, попадая после УПЧИ в видеодетектор,
представляющий собой синхронный детектор, образуют fпз2:
fпз2 = fпи  fпз1= fни  fнз = 6,5 МГц.
(3)
В видеодетекторе выделяется огибающая сигнала изображения, которая
после усиления в видеоусилителе используется для модуляции тока луча кинескопа.
Селектором из видеосигнала
выделяются кадровые
7
и
строчные
синхроимпульсы, которые используются для синхронизации задающих генераторов кадровой и строчной разверток луча кинескопа.
Сигнал второй промежуточной частоты звука fпз2 усиливается в УПЧЗ
и поступает на частотный детектор, где выделяется сигнал звукового сопровождения, который усиливается в УНЧ.
ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ РАДИОТРАКТА
ТЕЛЕВИЗИОННОГО ПРИЕМНИКА
1. Селектор каналов метрового диапазона волн СК-М-24-2
Селектор каналов СК-М-24-2 (рис. 4) предназначен для приема
12 телевизионных каналов метрового диапазона волн и дополнительного усиления
сигналов
ПЧ
при
подключении
селектора
каналов
дециметрового диапазона СК-Д-24. Селектор каналов состоит из двух раздельных трактов. Один из трактов обеспечивает прием в диапазонах I и II (1—5-й
телевизионные каналы), другой в диапазоне III (6—12-й телевизионные каналы).
Для
усилитель
каждого
тракта
радиочастоты
и
в
селекторе
гетеродин.
имеется
Входной
входной
фильтр,
контур,
смеситель
с
контуром ПЧ и цепи АРУ — общие. Разделение резонансных систем в каждом
тракте позволяет повысить избирательность, улучшить согласование на входе
по мощности и шумам, получить хорошее сопряжение частот.
Коммутация каждого из трактов, как и подключение смесителя
к
выходу
селектора
СК-Д-24,
осуществляется
подачей
напряжения
питания на транзисторы соответствующего усилителя РЧ и гетеродина. Этим
же напряжением закрываются или открываются коммутирующие диоды, необходимые
для
подключения
входа
смесителя
к
тракту соответствующего частотного диапазона.
На выбранный телевизионный канал селектор настраивается управляющим напряжением, которое поступает на варикапы с сенсорного переключателя
каналов (контакт 4 соединителя X1). В диапазоне I, II используются варикапы
VD1,
VD6,
VD7,
VD13,
а
в
диапазоне
8
III
–
VD2,
VD5,
VD8,
VD12.
На
входе
селектора
включен
многозвенный
фильтр
верхних
частот L1C1, C2L3L4, C3L5 и L6C4, который повышает избирательность по
промежуточной частоте. Принцип работы трактов каждого диапазона одинаков,
поэтому рассмотрим только работу тракт I и II диапазона.
Входная цепь образована элементами L9, VD1, С10 и связана индуктивно
с антенным контуром L7L9. Усилитель радиочастоты собран на транзисторе
VT2. Нагрузкой транзистора является двухконтурный полосовой фильтр, образованный индуктивностями катушек L13, L16, L18 и емкостями подстроечных
конденсаторов С24, С27, варикапов VD6, VD7 и емкостью монтажа. Гетеродин
собран на транзисторе VT5 по схеме емкостной трехточки. Обратная связь
осуществляется через конденсатор С44. Контур гетеродина образован индуктивностью катушки L20, емкостью варикапа VD13, выходной емкостью транзистора VT5 и емкостью монтажа.
Смеситель
по
схеме
с
смесителя
селектора
общей
собран
базой.
на
Связь
трансформаторная
и
транзисторе
полосовых
VT3,
включенном
фильтров
осуществляется
со
через
входом
катушки
индуктивности L18 (диапазоны I, II), L17 (диапазон III) и коммутационные диоды
VD11,
индуктивности
VD9.
Сигнал
I
и
II
диапазонов
L18
поступает
на
эмиттер
с
транзистора
катушки
VT3
через
разделительный конденсатор С30, открытый диод VD11 и разделительный конденсатор
С36.
При
этом
выход
полосового
фильтра
III диапазона отключен закрытым диодом VD9. Сигнал III диапазона с катушки
индуктивности
транзистора
L17
VT3 через
подается
в
эмиттерную
разделительный конденсатор С32,
цепь
диод
VD9
и конденсатор С36. В этом случае выход полосового фильтра I и II
диапазонов отключен закрытым диодом VD11. Одновременно с поступлением
сигналов
транзистора
I,
II
VT3
или
подается
III
диапазонов
напряжение
с
в
эмиттерную
гетеродинов.
В
цепь
результате
работы смесителя в его коллекторной нагрузке L21C46C50 выделяется сигнал
9
ПЧ.
Выход
смесителя
рассчитан
на
подключение
нагрузки с волновым сопротивлением 75 Ом.
Усилители радиочастоты в каждом из диапазонов охвачены АРУ.
Напряжение АРУ на базы транзисторов VTI и VT2 подается с контакта 6 соединителя X1 через резисторы R6 и R7. Чтобы исключить
попадание напряжения АРУ через эмиттерный переход транзистора усилителя
РЧ
на
смеситель
в
том
из
усилительных
трактов,
который
в данный момент не используется, включены диоды VD3 и VD4.
Селектор СК-М-24-2 обеспечивает совместную работу с селектором каналов
ДМВ
СК-Д-24.
Последний
через
контакт
5
соединителя
X1 подключается ко входу смесителя селектора СК-М-24-2 при помощи коммутационного
диода
VD10.
В
этом
случае
смеситель
работает
как дополнительный усилитель ПЧ.
Рис. 4. Принципиальная схема СК-М-24-2
2. Блок УПЧИ
Основу блока (см. рис. 5) составляет интегральная микросхема тина
К174УР2Б, которая обеспечивает основное усиление сигнала ПЧ, его детекти10
рование с помощью синхронного детектора, предварительное усиление ПТС и
выработку напряжения АРУ.
На входе УПЧИ включен фильтр сосредоточенной селекции (ФСС), который формирует амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) УПЧИ и обеспечивает требуемую избирательность. В состав ФСС входят шесть настраиваемых контуров (катушки индуктивности L1—L6 и конденсаторы C1—С14,
С16—С18). Сигнал с выхода ФСС поступает на предварительный усилитель,
собранный на транзисторе VT1 по схеме с общим эмиттером. Транзистор питается по эмиттер ной цепи через развязывающий фильтр R7C20. Резисторы R4,
R5 определяют режим транзистора по постоянному току. Коллекторной
нагрузкой транзистора является дроссель L13. Для улучшения избирательности
сигнал
с
коллекторной
нагрузки
снимается
через
поло-
совой фильтр, образованный контурами L7C22C25 и L9L10C30C31.
С выхода фильтра сигналы промежуточной частоты через согласующие
резисторы
R11,
R12
и
конденсатор
С29
поступают
на
вход
первого каскада УПЧИ, находящегося в микросхеме DA1. Трехкаскадный
УПЧИ 1 в микросхеме выполнен по схеме дифференциального усилителя. После
усиления
сигнал
детектором 2 с контуром
детектора
сигнал
детектируется
синхронным
L18C38C45L11L12. С выхода синхронного
поступает
на
предварительный
усилитель
3.
На схему ключевой АРУ 4 с предварительного усилителя о поступают полный
телевизионный сигнал, а через вывод 7 микросхемы — импульсы обратного
хода строчной развертки. Регулирующее напряжение со схемы АРУ подается
на УПЧИ 1 и на усилитель постоянного тока (УПТ) 5. Выход каскада УПТ через вывод 5 микросхемы связан с селектором каналов и источником постоянного напряжения. Значение этого напряжения на шине АРУ определяется
делителем R13R19 и составляет при отсутствии сигнала 9 В. С появлением сигнала напряжение на шине АРУ уменьшается. На контакт 4 модуля подается постоянное
Полный
напряжение
цветовой
+12
В
для
телевизионный
11
питания
сигнал
каскадов
(ПЦТС)
УПЧИ.
отрицательной
полярности
с
вывода
12
микросхемы
через
контакт
1
соединителя
1-ХЗ модуля поступает на контакт 2 модуля УПЧЗ.
Рис. 5. Принципиальная схема блока УПЧИ
3. Канал звукового сопровождения
Основу блока УПЧЗ (см. рис.6) составляет микросхема DA1 типа
К174УР1, которая содержит усилитель разностной частоты 6,5 МГц, частотный
детектор и предварительный усилитель звуковой частоты. На входе УПЧЗ
включен фильтр L1L2C10L3L4C2, предназначенный для выделения второй
промежуточной частоты звукового сопровождения. Фильтр подсоединен между
выводами 13 и 14 микросхемы DA1. В микросхеме происходит усиление сигнала и его ограничение (1), детектирование (2), а также усиление сигналов звуковой частоты (3). Детектирование ЧМ сигналов осуществляется фазовым способом с помощью детектора произведения. К детектору через выводы 7 и 9 подсоединен опорный контур L5C8, который для уменьшения нестабильности нулевой точки от температуры, а также улучшения линейности зашунтирован резистором R1.
12
Рис. 6. Принципиальная схема блока УПЧЗ
ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
РАДИОТРАКТРА ТЕЛЕВИЗИОННОГО ПРИЕМНИКА
Исследование характеристик радиотракта телевизора производится при
помощи лабораторного комплекса, состоящего из следующих приборов:
 лабораторного стенда, имитирующего работу телевизионного приемника 4ПИЦТ;
 программно-аппаратного измерителя частотных характеристик
NWT-502;
 персонального компьютера;
 генератора синусоидальных сигналов Г4-102.
На лицевой панели лабораторного стенда изображена структурная схема
радиотракта телевизионного приемника, справа находятся разъемы для подключения измерителя частотных характеристик, слева – кнопки выбора лабораторных работ, переключатель контрольных точек и блок выбора телевизионных
программ. Переключение между контрольными точками производится после-
13
довательными нажатиями соответствующей кнопки, при этом с помощью индикаторов подсвечиваются исследуемые блоки на структурной схеме.
КРАТКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ПРИБОРА NWT-502
Измеритель частотных характеристик (ИЧХ) NWT-502 представляет собой цифровой генератор качающей частоты с встроенными логарифмическим и
линейным детекторами. Измеритель предназначен для исследования частотных
характеристик радиочастотных цепей, работающих в диапазоне до 500 МГц. По
интерфейсу USB прибор подключается к компьютеру, с помощью которого
производится управление и отображение исследуемых АЧХ. Для работы с измерителем используется программа WinNWT4.
Интерфейс программы состоит из двух основных окон: окна графического отображения характеристик и окна настроек и управления. В области «Установки режима ГКЧ» окна настроек можно указать начальную и конечную частоту качания, а также количество точек частот, от которого зависит точность
отображения и быстродействие прорисовки графика АЧХ. В приборе имеется
возможность включения встроенного аттенюатора, значение ослабления в дБ
выбирается в соответствующем выпадающем окне. Остальные настройки при
выполнении лабораторной работы рекомендуется оставить по умолчанию.
Перед началом измерений необходимо подключить файл калибровки логарифмического или линейного детектора. Для этого необходимо в меню
«ГКЧ» выбрать «Загрузить калибровку первого канала» и указать нужный
файл. При первом запуске программы автоматически загружается калибровочный файл логарифмического детектора, установленного по умолчанию.
Окно графика состоит из области для отображения исследуемой АЧХ, по
вертикальной оси которой откладываются значения в дБ или разах в зависимости от выбранного детектора – логарифмического или линейного. Для точного
определения частоты в некоторой точке характеристики, необходимо щелкнуть
14
левой клавишью мыши в этом месте и значение частоты отобразится в правой
части окна настроек.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Включить лабораторный стенд и нажать переключатель «Лабораторная
работа №1». Подключить с помощью коаксиальных кабелей ИЧХ к лабораторному стенд, для этого соединить разъемы «Вход ИЧХ» и «Выход ИЧХ» стенда
с соответствующими разъемами NWT-502. Включить компьютер и запустить
программу WinNWT4.
З а д а н и е 1. Исследование АЧХ входной цепи селектора
Выставить значение начальной частоты 1 МГц, конечной частоты 100
МГц. Нажать один раз кнопку «Переключатель контрольных точек» и удостовериться в подсветки светодиода блока ВЦ на структурной схеме.
Снять АЧХ входной цепи селектора телевизионного приемника. Зарисовать полученную АЧХ, отметить характерные точки АЧХ.
З а д а н и е 2. Исследование АЧХ УПЧИ
Подключить линейный детектор, для этого открыть калибровочный файл
defsonde1lin.hfm. Выставить значение начальной частоты 20 МГц, конечной частоты 50 МГц. Нажать один раз кнопку «Переключатель контрольных точек» и
удостовериться в подсветки светодиодов ФСС-УПЧИ на структурной схеме.
Зарисовать АЧХ УПЧИ, отметить характерные точки АЧХ УПЧИ. Измерить в дБ/МГц крутизну склона АЧХ УПЧИ в области 38 МГц. Определить на
АЧХ УПЧИ участок, ответственный за усиление звука, и область режекции
несущей звука соседнего канала. Измерить соотношение между усилениями на
частотах 3435 МГц и 31,5 МГц. Таким же образом определить в децибелах подавление частоты 39,5 МГц.
З а д а н и е 3. Исследование АЧХ сквозного канала
Выставить значение начальной частоты 30 МГц, конечной частоты 100
МГц. Нажать один раз кнопку «Переключатель контрольных точек» и удосто15
вериться в подсветки светодиодов ВЦ-УРЧ-С-ФСС-УПЧИ на структурной схеме. Зарисовать с характерными точками АЧХ сквозного канала изображения
для 1го, 2-го и 3го каналов приема.
З а д а н и е 4. Исследование АЧХ тракта радиочастоты селектора
Выставить значение начальной частоты 30 МГц, конечной частоты 70
МГц. Нажать один раз кнопку «Переключатель контрольных точек» и удостовериться в подсветки светодиодов ВЦ-УРЧ-С на структурной схеме. Зарисовать
с характерными точками АЧХ тракта радиочастоты селектора изображения
для 1го канала приема.
З а д а н и е 5. Исследование АЧХ УПЧЗ
Выставить значение начальной частоты 100 кГц, конечной частоты 10
МГц. Нажать один раз кнопку «Переключатель контрольных точек» и удостовериться в подсветки светодиодов ВЦ-УРЧ-С-ФСС-УПЧИ-ВД-ПФ на структурной схеме. Используя генератор Г4-102 в качестве передатчика несущей
изображения 1го канала (Uвых= 3 мВ), а прибор NWT-502 в качестве передатчика звука, получить вторую промежуточную частоту звука fпз2. Для этого с
помощью шнурасумматора (помечен символом "" ) одновременно подать на
вход стенда сигналы от Г4-102 и NWT-502. Объяснить полученную на экране
характеристику и ее положение на оси частот. Замерить полосу пропускания
звука. Не отключая NWT-502 от сумматора, отсоединить последний от генератора Г4-102. Убедиться в исчезновении второй промежуточной частоты
звука на выходе УПЧЗ. Объяснить это явление.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Отчет о выполненной работе должен содержать:
 блок-схемы измерений;
 снятые АЧХ с отмеченными характерными частотами;
 данные измерений.
16
Контрольные вопросы
1. Состав радиотракта телевизора и выполняемые им функции.
2. Особенности спектра телевизионных сигналов.
3. Особенности АЧХ УПЧИ и сквозного тракта.
4. Принцип получения второй промежуточной частоты звука.
5. Принципиальная схема селектора каналов метрового диапазона волн.
6. Принципиальная схема УПЧИ.
7. Принципиальная схема канала звукового сопровождения.
17