高频调谐器(高频头)原理

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。
• •
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40 dB, 中 频抑制比(IFR)应大于50 dB。 • 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。
•
为了便于匹配, 调谐器输入、输出阻抗均 设计为75 Ω, 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75 Ω的 同轴电缆线直接相连就可以匹配。当采用特性阻 抗为300 Ω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20 dB 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。
• •
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。
• •
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。
• •
•
• • •
6.1.2 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 N 1 NF 3 1 N F N F1 F 2 ... Ap1 Ap1 Ap 2 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≥20 dB, 噪声 系数低于8 dB。
•
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。
88 MHz N1 1.68 52.5MHz
•
则 变 容 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 电 容 覆 盖 系 数 NC1=N21=2.82。 • 高频段(6~12频道)频率变比为 • 219 MHz 1.28 N2 171MHz • • 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。
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, 次级回路电感为L3+L4, 回路工作在1~5频道。 当S接通+12 V, 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1 Ω, 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1 pF), 以保证 V截止时的交流开路作用。
•
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。
•
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。
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
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 6.3 TDQ—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61图。
0 j
L
j
j
C Cj
所以变容管2CB14使谐振回路频率最大变比
fM fN 1 2 LCN CM 6 2.45 1 CN 2 LCM
•
以电视VHF频段为例, 其最低频道中心频 率为52.5 MHz, 第12频道中心频率为219 MHz, 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
图 6-3 变容管2CB14 压控特性
•
当偏压从-3 V变至-30 V时, 电容量由18 pF CM 变到3 pF, 电容变比(即电容覆盖系数) Nc 6 CN
• 变容管的高频无载品质因数 1 Q • C j Rs • 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2 Ω。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。
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=18 pF 、 CN=3 pF, 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 1 1 f (C C ) 的频率为 CC 2 LC
•
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 ±300 kHz, UHF段本振漂移小于±500 kHz。
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, 结电容可表示为