5.3.3. Настройка, избирательность и искажения в радиотехнике

Осцилляторы с малым демпфированием обладают свойством избирательности, так как они могут выделять из спектра колебаний различной частоты колебания, близкие к их собственной частоте. Это свойство используется в уже упоминавшихся выше резонансных частотомерах. Аналогичным образом в радиотехнике из множества принимаемых антенной колебаний различных частот выделяются колебания, поступающие от определенного передатчика. Используемая для этого схема показана на рис. 170. За входную величину можно принять напряжение на антенне, а за выходную величину —

сеточное напряжение. Выходной спектр получается из входного спектра умножением на коэффициент усиления (см. формулу (5.75)). В случае малого демпфирования он имеет четко выраженный максимум при собственной частоте контура настройки, вследствие чего колебания антенного контура, соответствующие этой частоте, передаются с наибольшим усилением, а остальные — с много меньшим, т. е. отфильтровываются.

Рис. 170. Схема контура настройки радиоприемника.

Рис. 171. К расчету избирательности.

Теперь определим величину демпфирования, к которой следует стремиться, чтобы, с одной стороны, добиться достаточного разделения (избирательности) между близкими по частоте передатчиками и, с другой стороны, по возможности уменьшить искажения при воспроизведении колебаний нужного нам передатчика. Эти два требования ведут к различным условиям для коэффициента демпфирования D.

Рассмотрим коэффициент усиления

и предположим, что D < 1. Тогда резонансная кривая (рис. 171) имеет максимум при соответствующий значению

    (5.103)

Вместо коэффициента демпфирования D в радиотехнике применяется безразмерная добротность Q настроенного контура, которая, согласно формуле (5.103), обратно пропорциональна величине D. Приемник обладает достаточной избирательностью, если при настройке на нужный передатчик ординаты точек резонансной кривой (рис. 171), соответствующие близким по частоте передатчикам, достаточно малы. Если достаточным считается снижение

усиления для близких частот на часть максимального значения Q, то колебательный контур как бы отсекает такие передатчики, относительная частота которых отличается от частоты нужного передатчика на (см. рисунок). В этом случае

откуда получается квадратное уравнение для

имеющее решение

    (5.104)

При можно приближенно принять

или

    (5.105)

Если относительная частота соседних передатчиков отличается от частоты нужного передатчика на то для достаточной избирательности необходимо, чтобы

    (5.106)

Если, например, и требуется, чтобы то должно выполняться неравенство и соответственно Подобные значения D и Q можно осуществить в электрических колебательных контурах без особых затруднений.

Чем меньше демпфирование, тем лучше избирательность. Однако уменьшение демпфирования связано не только с трудностями подбора материала омического сопротивления контура: и по принципиальным соображениям D не должно быть слишком малым. Слишком малое D может явиться причиной искажений при приеме передачи. Ведь передатчик излучает не чисто гармонические колебания, а лишь близкие к гармоническим колебания с несущей частотой амплитуда которых (при амплитудной модуляции) меняется с частотой модуляции (и соответственно смешиваются колебания различных частот). Поэтому входную величину можно выразить следующим образом:

    (5.107)

где — так называемая глубина модуляции. При помощи известных тригонометрических формул выражение (5.107) можно

преобразовать к виду

    (5.108)

Спектр входного сигнала содержит не только несущую частоту но и обе боковые частоты и имеет вид, изображенный на рис. 172.

Чтобы не было искажений при приеме, все боковые частоты при обычной передаче должны приходиться на вершину резонансной кривой.

Рис. 172. Спектр модулированного колебания.

Поэтому при расчетах мы можем поступать аналогично тому, как это делалось ранее при определении избирательной способности, однако с тем отличием, что теперь для боковых частот требуется не достаточно большое, а наоборот, достаточно малое ослабление амплитуды. Если теперь коэффициент ослабления обозначить через (вместо принятого ранее ), то вместо условия (5.106) получится условие

где — относительная ширина полосы пропускания частот бокового спектра.

Возьмем, например, несущую частоту, равную Q=1 МГц (средние волны). Для нормальной радиопередачи достаточно иметь частоту модуляции (частоту звуковых колебаний) примерно до что дает значение Если теперь принять коэффициент ослабления m равным 1,2, то из (5.109) получится

Оба приведенных числовых примера показывают, что в общем случае нужно искать решение, которое обеспечивало бы как приемлемую избирательность, так и достаточную малость искажений. Следует указать, однако, что в практике радиотехники вместо простого контура настройки, изображенного на рис. 170, применяют цепочку связанных контуров (фильтров) со сравнительно близкими собственными частотами, что приводит к столбообразной резонансной кривой.