Усилитель с фильтром сосредоточенной избирательности (селекции)- ФСС.

В приемниках аналоговых сигналов для получения высокой избирательности при заданной полосе пропускания применяют в одном из каскадов УПЧ фильтры сосредоточенной избирательности (ФСИ), которые иногда называют фильтром сосредоточенной селекции ФСС.

Усиление тракта УПЧ создает интегральная микросхема (ИМС), имеющая

 широкую полосу и не влияющая на частотную характеристику УПЧ.

ФСИ разделяют на следующие типы:

-электрические,

-электромеханические,

-пьезоэлектрические,

-пьезомеханические,

Кварцевые.

Электрический фильтр (ФСС) –это многозвенный LC фильтр с индуктивно-емкостной связью между звеньями , схема которого приведена на рис.5.4.1.

Рис.5.4.

Фильтры ФСС обеспечивают прямоугольность резонансной кривой близкой к идеальной при заданной полосе пропускания.

Фильтр ФСС требует обязательного согласования по входу и выходу.

С транзистором обычно такой фильтр согласуется с помощью автотрансформаторного подключения, на выходе фильтра подключается резистор, согласованный с характеристическим сопротивлением фильтра  (R=W). Расчет многозвенного фильтра сложен и выполняется с помощью графиков.

Коэффициент передачи ФСС К_ф зависит от числа звеньев и величины параметра связи между контурами . С увеличением п и коэффициент передачи фильтра К_ф уменьшается.

Коэффициент усиления каскада с ФСС равен:

К₀=|Y₂₁|R_э р₁ р₂ К_ф

 

В качестве фильтров сосредоточенной селекции можно использовать другие фильтры. К ним относятся электромеханические фильтры, пьезоэлектрические и кварцевые фильтры.

Электромеханический фильтр  имеет систему связанных механических резонаторов. ФСИ состоит из трех элементов. Входной электромеханический преобразователь электрические колебания преобразует в механические колебания и возбуждает колебания механического резонатора. Выходной электромеханический преобразователь преобразует механические колебания в электрические. Резонаторы выполнены в виде дисков, соединенных упругими стержнями (связками). Каждый диск резонирует подобно колебательному контуру, а стержни играют роль емкостей связи.

Электромеханический фильтр аналогичен системе связанных контуров, в котором резонансная частота зависит от размеров дисков, а форма резонансной кривой от числа резонаторов и стержней. Структурная схема электромеханического фильтра приведена на рис.5.4.2.

 

 

П1

П2

Uвых

Uвх

                               ------------                 

                               ------------ 

 

 

                       механические     связки

                       резонаторы  

 

                                         рис.5.4.2

 

 Характеристика затухания такого фильтра имеет вид рис.5.4.3.

 

 

     60 Sе дБ

 

     40

 

     20

           

       0                455  465      475             fкгц     

 

 

Рис.5.4.3

 

Недостаток фильтра-низкая резонансная частота.

 

 В пьезоэлектрическом  фильтре роль резонатора рис.5.4.4а  выполняет пьезокерамика в виде дисков. Эквивалентная схема диска  соответствует последовательному включению r_пр, С_пр и _пр, параллельно которому включена емкость держателя резонатора С_д рис.5.4.4б. Схема одного звена фильтра состоит из трех резонаторов рис.5.4.4в.

Пьезоэлектрический фильтр состоит из одного или нескольких звеньев, в каждом звене используется по три пьезоэлектрических резонатора рис.5.4.5.

                                                    

UВЫХ

UВХ

 

                                            

 

 

Рис.5.4.5

Чем больше число звеньев, тем лучше коэффициент прямоугольности фильтра.

Недостатком фильтра является то, что он не обладает монотонно возрастающей характеристикой затухания рис.5.4.6.

 

 

          Sе _дБ

  40

 

  20

 

         

 

                         455     465 475                         fкгц                  

 

 

Рис.5.4.6

Кварцевые фильтры применяют для очень узких полос пропускания.

В кварцевых фильтрах используется свойства кристалла кварца механически деформироваться под действием приложенного электрического напряжения. При совпадении собственной частоты кварцевой пластины с частотой приложенного напряжения наступает резонанс. Резонансная частота кварцевой пластины определяется ее формой и размерами..

 Эквивалентная схема кварцевого резонатора аналогична схеме пьезоэлектрического резонатора рис.5.5.7. 

 

 

                                                           ДБ       

 

                                                       40

                                    u   

                                                        20

                                                                           

                                                        455  465 475    f КГЦ

 

Рис.5.4.7

Кварцевой фильтр обладает высокой добротностью, узкой полосой пропускания.

Вывод:

При приеме узкополосного сигнала с требованием высокой избирательности по соседнему каналу применят УПЧ со связанными контурами.

Если сигнал широкополосный, то можно применять УПЧ с тремя расстроенными контурами, из которых два расстроены относительно f₀, а третий настроен на f₀.

В УПЧ с сосредоточенной избирательностью при узкополосном сигнале применяют фильтр ФСС в одном из каскадов, а усиление обеспечивает, как правило, интегральная микросхема.