第七章高频调谐器(高频头)_1.ppt

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1、从本章起，介绍电视机中的各种主要电路,第七章 高频调谐器（高频头,7.1 高频调谐器的功用及性能要求 7.2 高频调谐器的功能电路分析 7.3 频道预置器,7.1 高频调谐器的功用及性能要求,7.1.1 高频调谐器原理框图及功用,高频调谐器的组成,高频调谐器又叫频率选择器，俗称高频头,一般包括输入回路、高频放大器、本机振荡器和混频器等部分,高频调谐器的框图如图7.1所示,7.1.1 高频调谐器原理框图及功用,从接收天线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,图7.1 高频调谐器方框图,7.1.1 高频调谐器原理框图及功用,提高灵敏度,将选择出的高频电视信号（包括图

2、像和伴音高频信号），经高频放大器放大,满足混频器所需要的幅度,7.1.1 高频调谐器原理框图及功用,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,得到的图像中频(fPI)和第一伴音中频(fSI)信号送到中频放大器进一步放大,机械调谐和电调谐两类,高频调谐器的分类,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,7.1.1 高频调谐器原理框图及功用,机械调谐,主要缺点是：体积大、机械结构复杂,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,机械触点多，用久了易发生接触不良,7.

3、1.1 高频调谐器原理框图及功用,电调谐高频头是通过改变回路中的电容进行频道选择的,该调谐方式的优点是,电调谐,目前，都是采用变容二极管代替可变电容,该调谐方式的缺点是,为避免这一麻烦，必须附设多路频道预选器,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,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,结论,电视接收机调谐器发展,7.1.1 高频调谐器原理框图及功用,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,各种类型的模拟或数字式电子选台和自动预选装置,已广泛使用光控式近红外遥控器

4、,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,7.1.2 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,多级放大器总的噪声系数可以表示为,式中，NFi为各级噪声系数,可见，提高调谐器的功率增益对于减少整机噪声十分重要,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,不规则的雪花样点状的干扰,APi为各级功率增益,一般要求高频头的功率增益20dB，噪声系数低于8dB,7.1.2 对高频头的主要性能要求,2. 具有足够的通频带宽度和良好的选择性,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

5、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,决定高频调谐器的频率响应曲线的有,因此，要求高频调谐器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40dB，中频抑制比(IFR)应大于50dB,输入回路,高放,混频级,及其耦合回路的频率响应,7.1.2 对高频头的主要性能要求,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7.2(a)所示,彩色电视机除了系统通带不要太宽外，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，如图7.2(b)所示,图7.2 调谐器的幅频特性,7.1.2 对高频头的主要性能要求,3. 与天线、馈线有

6、良好的匹配关系,高频头的输入阻抗,若负载阻抗ZL=ZC,各种负载线都有一定的特性阻抗ZC，且,馈线的终端负载阻抗,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,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,7.1.2 对高频头的主要性能要求,若ZLZC,在馈线终端会产生反射波,信号功率不能完全被高频头接收,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,屏幕上显示的图像产生重影,7.1.2 对高频头的主要性能要求,为了便于匹配,当采用特性阻抗为300的半波折合振子引向天线

7、或X型全频道天线时，我们除采用特性阻抗为300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,调谐器输入、输出阻抗均设计为75,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的同轴电缆线直接相连就可以匹配,7.1.2 对高频头的主要性能要求,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20dB以上,5. 本机振荡的频率稳定度要高，且对外辐射小,通常要求,为了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,VHF段本振漂移小于300kHz,UHF段本振漂移小于500kHz,7.2 高频调谐器的功能电路分析,调谐的方法有

8、两种,7.2.1 机械调谐与电子调谐原理,什么是高频调谐,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,机械调谐（改变LC回路的电感值,电子调谐（改变LC回路的电容值）,7.2.1.1 机械调谐,机械调谐,常用的有两种,1. 开关式高频头,开关式高频头的缺点,由于触点多，易产生机械故障,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,特点：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,2. 转盘式高频头,转盘式高频头的缺点,由于线圈与线圈之间互相牵制，所以调试比较麻烦

9、，在更换频道时都需要重新进行微调,它们的线圈在15频道和612频道中，有些是共用的，用一个可变电感进行微调,7.2.1.1 机械调谐,触点少，结构紧凑、机械故障可能性小,相对于开关式高频头的优点,已知，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,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,变容二极管实际上就是一个结电容Cj随外加反向偏压变化范围比较大的PN结晶体二极管,7.2.1.2 电子调谐原理,结电容可表示为,偏压UR为零时的结电容,PN结上的直流偏压,PN结的扩散电位,PN结附近杂质浓度决定的一个常数,由

10、上式可见,工作中，变容管必须工作在反向电压状态,7.2.1.2 电子调谐原理,否则其结电阻很低（约几十欧），Q值很低，谐振电路不能工作，所以不允许工作在正向偏压状态,变容管的结电容在零偏时最大,随外加负偏压的增加，将成指数下降,当偏压从-3V变至-30V时，电容量由18pF变到3pF，电容变比（即电容覆盖系数）为,7.2.1.2 电子调谐原理,图7.3 变容管2CB14压控特性,式中RS为体电阻，有P型和N型半导体材料决定，通常值小于2,变容管的高频无载品质因数,7.2.1.2 电子调谐原理,可看出，反相偏压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

11、R实现的,7.2.1.2 电子调谐原理,图7.4 电子调谐原理电路,若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,变容管是用于调谐频率的，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,谐振回路的频率为,7.2.1.2 电子调谐原理,则变容管2CB14使谐振回路频率最大变比为,以电视VHF频段为例，其最低频道中心频率为52.5MHz，第12频道中心频率为219MHz，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,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2.45,7.2.1.2 电子调谐原理,因此，需将V

12、HF范围内的12个频道划分为两个波段,15频道为低频段,612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（15频道）频率变比为,7.2.1.2 电子调谐原理,则变容管电容覆盖系数,高频段（612频道）频率变比为,则变容管电容覆盖系数,这样，2CB14就都能满足频率覆盖的设计要求,7.2.1.2 电子调谐原理,实际上，高频电视信号分为三个波段,在L波段(15频道,在H波段(612频道,在U波段(1368频道,当电源开关S接通-4V，电子开关VD1、VD2截止，相当于开路，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15频道,7.2.1.2 电子调

13、谐原理,图7.5 电子开关频段切换原理图,7.2.1.2 电子调谐原理,当S接通+12V，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612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，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1pF），以保证V截止时的交流开路作用,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,但跟踪确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、本振回路中的变容二极

14、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、高放双调谐负载回路对应的谐振频率均应相同,7.2.1.2 电子调谐原理,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,7.2.1.2 电子调谐原理,阻抗匹配,频率选择（选台,既要与高放输入端匹配，又要与天线馈线实现阻抗匹配,7.2.2 输入回路,电视机高频调谐器的输入回路具有以下

15、作用,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,选频电路是输入回路中的主要电路,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,选频电路的任务,7.2.2.1 选频电路,选频,阻抗匹配,为了实现与天线、馈线阻抗及高频放大器输入阻抗匹配，获得最佳功率传输,为了克服低阻抗的馈线和高放级输入阻抗对选频电路Q值的影响,实际上，采用电感抽头或电容分压的方式使选频电路与天线、馈线及高放级输入端连接,7.2.2.1 选频电路,7.2.2.1 选频电路,图7.6 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

16、谐器是通过切换电感来改变频道,电调谐器是通过改变调谐回路电容来进行选频的,7.2.2.1 选频电路,选频电路的谐振频率,该电路的选择性可用有载品质因数QL表征,7.2.2.1 选频电路,不同频道，为满足选择性要求，其有载品质因数值是不同的,有载品质因数,频道中心频率,频道通带，一般取B=8MHz,选频电路本身存在损耗电阻，因此在信号的传输系统中插入选频电路后，必然会增加一些功率损耗,7.2.2.1 选频电路,选频电路的Q0越低，R0越小,损耗越大,插入损耗的存在,电视机噪声系数增大,灵敏度降低,A越接近1，损耗越小,噪声系数与插入损耗有关，为了减小噪声，应尽量减小插入损耗,7.2.2.1 选频

17、电路,为了衡量选频回路本身消耗功率的程度，定义回路的插入系数A。,当回路插入到传输系统后负载上所得到的功率，与回路插入前送到负载上的功率之比值，定义为该回路的插入系数A。,为了提高高频头对中频干扰信号的抑制能力，通常在输入回路中加入中频吸收电路，或称为中频抑制电路,7.2.2.2 中频抑制电路,图7.7 几种常用的中频吸收电路,图(a)为并接在输入端的LC串联谐振电路，它对中频干扰产生谐振，从而将中频干扰短路，起到抑制中频干扰的作用,图(b)为串接在输入端的LC并联谐振电路，它对中频干扰产生并联谐振，呈最大阻抗，起到阻塞作用,7.2.2.2 中频抑制电路,图(c)用T型高通滤波器(C1、C2、

18、L1)和串联谐振电路(C3、L2及C4、L3)组成吸收电路,7.2.2.2 中频抑制电路,双串联谐振电路将中频短路，而对高频信号呈现高阻抗,T型高通滤波器对高频信号衰减很小，对中频及其以下频率衰减很大,图(d)为L2、C2、L4构成的高通滤波器和由L1、C1和L3、C3并联谐振电路组成的吸收电路,7.2.2.2 中频抑制电路,作用：抑制中频及以下的信号，中频以上的信号顺利通过,如前所述，当采用特性阻抗为300半波折合振子引向天线等室外天线时，需要在馈线与调谐器之前加天线匹配器，将300对称输入变换为75不对称输出，然后再用75同轴电缆接入选频电路,7.2.2.3 天线匹配器,天线匹配器由两个传

19、输线变压器组成，其特点是,结构简单、便宜、重量轻,具有很宽的传输频带,适合于高频电路,是用双股导线并绕在具有高导磁率双孔磁芯上，每个小孔内各绕一组，构成两组1 : 1的传输线变压器,图7.8 天线匹配器的结构及原理电路,7.2.2.3 天线匹配器,高频放大器的主要任务,1) 因为整机的噪声系数主要由高放级决定，因此要求高放级的噪声系数尽可能小,7.2.3 高频放大器,放大高频电视信号,高频放大器的增益、噪声系数等主要指标对整机性能有极其重要的影响,一般应小于5dB,故要求采用噪声系数小于3dB的晶体管,对高放级的要求是,7.2.3 高频放大器,3) 具有良好的选择性和足够宽的通频带。要求幅频特

20、性-3dB带宽大于8MHz，-6dB带宽小于18MHz,4) 具有自动增益控制作用，高放级的增益可控范围应大于20dB,2) 有较高而稳定的功率增益，且要求对不同频道的增益比较均匀。高放级增益约20dB以上，频道之间的增益差应小于10dB,无论是机械调谐高频头还是电调谐高频头，为取得较好的选择性及较高的增益，高频头通常采用,7.2.3 高频放大器,互感耦合双调谐回路,原因：双调谐电路具有较理想的双峰频应曲线,图7.9 高频放大器原理电路,7.2.3 高频放大器,图7.9(a) 机械调谐高频放大器,采用切换电感L1及L2的方法进行频道选择,V1为共发射极放大器,基极受控于AGC电路，AGC信号通

21、过隔离电阻R1使基极直流电位变化来控制高放增益，并提供给基极偏压,集电极电压Ec通过R4、L1供给,7.2.3 高频放大器,R4为直流通路隔离电阻，因为通常电源输出端接有大容量滤波电容，若将+Ec直接接在调谐电容C2上，滤波电容将会使调谐电容C2短路，影响放大器正常工作,R3用来解决AGC起控电压值,R2是直流负反馈，用以稳定V1的工作点,C5为交流旁路电容,7.2.3 高频放大器,C1C2L1及C3C4L2组成双调谐回路,为了达到最佳传输,必须使双谐振回路与高放管V1和混频管V2实现阻抗匹配,V1输出端与初级调谐回路C1C2L1的连接，以及V2与次级调谐回路C3C4L2的连接都采用电容分压方

22、式,C6为中和电容，用以保证高频放大器对各频道信号都能稳定工作,7.2.3 高频放大器,由于高放管内部集电极与基极之间的电容Cob的内反馈作用，将使高放级工作不稳定，甚至产生自激，使高频增益减小或使高放级频率特性曲线产生畸变（不平滑，部分异常突起,为了克服Cob的不良反馈效应，在高放电路中加入电容C6，人为的再给基极加一个反馈电压，这个反馈电压和Cob产生的反馈电压大小相等、相位相反，两者互相抵消，从而克服了集电极输出通过Cob对输入端的有害影响,由C6、Cob、C1和C2构成的中和电路称为电容桥式中和电路,7.2.3 高频放大器,图7.10 电容桥式综合电路,7.2.3 高频放大器,当C1/

23、C2=Cob/C6时,电桥平衡,U14=U24,U12=0,即通过C6的附加反馈可以完全抵消内反馈电容Cob对输入的不良影响,C6值为,实际C6值由实验最后确定,7.2.3 高频放大器,图7.9(b) 电子调谐式高频放大器简化电路,通过改变初次级调谐回路电容（即图中变容二极管VDr1及VDr2）进行频道选择,已知电子调谐高放级与机械调谐高仿机的基本电路结构与原理、要求都相类似,图中V为高放管、C1L1及变容二极管VDr1初级调谐电路，C2L2及变容二极管VDr2次级调谐电路,C3为中和电容,L3提供C3的反馈信号，改变L3的绕向和耦合松紧来调节反馈中和电压的相位和幅度，达到良好的中和效果,VD和R1R2为VDr1、VDr2直流偏置电路,7.2.3 高频放大器,End of Chapter 7.1 & 7.2.1-7.2.3