彩色電視機(jī)原理第六章 高頻調(diào)諧器(高頻頭)

第六章

高頻調(diào)諧器(高頻頭)

6.1高頻調(diào)諧器的功用及性能要求6.2高頻調(diào)諧器的功能電路分析6.3TDQ—3型調(diào)諧器電路分析

6.4頻道預(yù)置器

6.1高頻調(diào)諧器的功用及性能要求

6.1.1高頻調(diào)諧器的原理及功用

高頻調(diào)諧器又叫頻道選擇器,俗稱高頻頭。選頻原理：同時(shí)改變輸入回路、高放、本振回路的調(diào)諧參數(shù)。

高頻調(diào)器作用:

(1)選頻：從接收天線中感應(yīng)的許多電信號(hào)中,通過輸入回路和高放級(jí)回路選擇出需要的電視頻道節(jié)目。(2)放大：將選擇出的高頻電視信號(hào)(包括圖像和伴音高頻信號(hào)),經(jīng)高頻放大器放大,提高靈敏度,并滿足混頻器所需要的幅度。(3)變頻：通過混頻器將圖像高頻信號(hào)(fP)和伴音高頻信號(hào)(fS)變換成各自固定的圖像中頻(fPI)和第一伴音中頻(fSI)信號(hào),然后送到中頻放大器。高頻調(diào)諧器的分類:1、機(jī)械調(diào)諧通過改變電感進(jìn)行頻道選擇。開關(guān)每轉(zhuǎn)動(dòng)一檔,就可切換一個(gè)頻道,不需另加選臺(tái)裝置。電性能穩(wěn)定,維修調(diào)整均方便。主要缺點(diǎn)是體積大、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜,并且機(jī)械觸點(diǎn)多,用久易發(fā)生接觸不良。2、電調(diào)諧通過改變回路中的電容進(jìn)行頻道選擇，采用變?nèi)荻O管代替可變電容。無機(jī)械觸點(diǎn)、壽命長(zhǎng)。在波段范圍內(nèi)頻率連續(xù)可調(diào),但頻率位置不能固定,在更換臺(tái)時(shí)需臨時(shí)調(diào)整，或者多路頻道預(yù)選器。

6.1.2對(duì)高頻頭的主要性能要求

1.噪聲系數(shù)小、功率增益高、放大器工作穩(wěn)定 電視機(jī)整機(jī)輸出信噪比的好壞,主要取決于調(diào)諧器高放級(jí)噪聲系數(shù)的大小。多級(jí)放大器總的噪聲系數(shù)可以表示為

一般要求高頻頭的功率增益≥20dB,噪聲系數(shù)低于8dB。

2.具有足夠的通頻帶寬度和良好選擇性

高頻調(diào)諧器應(yīng)該具有從接收天線感應(yīng)得到的各種電磁信號(hào)中選取所需要的頻道信號(hào)、抑制鄰頻道干擾、鏡像干擾和中頻干擾的能力。

一般要求高頻調(diào)諧器鏡頻抑制比(IMR)大于40dB,中頻抑制比(IFR)應(yīng)大于50dB。

高頻調(diào)諧器的頻率響應(yīng)曲線由輸入回路、高放、混頻級(jí)及其耦合回路的頻率響應(yīng)所決定。希望通帶不要太寬，增益變化平穩(wěn)

3.與天線、饋線有良好的匹配關(guān)系

為了完全吸收天線的發(fā)射功率，要求高頻頭輸入阻抗與饋線的輸出阻抗匹配，高頻頭的輸出阻抗與天線分支器輸入阻抗匹配。調(diào)諧器輸入、輸出阻抗均設(shè)計(jì)為75Ω。采用特性阻抗為75Ω的同軸電纜線直接相連就可以匹配。

同軸電纜半波折合振子引向天線扁饋線300Ω天線匹配器X型全頻道天線當(dāng)采用特性阻抗為300Ω的半波折合振子引向天線或X型全頻道天線時(shí),除采用特性阻抗為300Ω扁平雙導(dǎo)線作饋線外,還在饋線和調(diào)諧器之間接入天線匹配器。4.高放級(jí)應(yīng)設(shè)有自動(dòng)增益控制電路 一般要求自動(dòng)增益控制范圍應(yīng)達(dá)到20dB以上,以保證當(dāng)天線輸入電平,在一定范圍內(nèi)變化時(shí),視放輸出電壓基本保持幅度穩(wěn)定。

5.本機(jī)振蕩的頻率穩(wěn)定度要高,且對(duì)外輻射小 通常要求VHF段本振漂移小于±300kHz,UHF段本振漂移小于±500kHz。6.2高頻調(diào)諧器的功能電路分析

6.2.1機(jī)械調(diào)諧與電子調(diào)諧原理

一、機(jī)械調(diào)諧開關(guān)式高頻頭,每個(gè)頻道的輸入線圈、高放負(fù)載線圈和本機(jī)振蕩線圈都是獨(dú)立的,因此在頻道切換時(shí)互相不干擾。在每個(gè)被切換線圈內(nèi)部都有一個(gè)可調(diào)節(jié)的銅芯,可以通過齒輪機(jī)構(gòu)分別微調(diào),一次調(diào)準(zhǔn)后,就不再需要重新調(diào)節(jié)。缺點(diǎn)是由于觸點(diǎn)多而產(chǎn)生機(jī)械故障。轉(zhuǎn)盤式高頻頭,

它們的線圈在1~5頻道和6~12頻道中,有些是共用的,用一個(gè)可變電感進(jìn)行微調(diào)。因?yàn)榫€圈與線圈之間互相牽制,所以調(diào)試比較麻煩,在更換頻道時(shí)都需要重新進(jìn)行微調(diào)。但觸點(diǎn)少,結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)械故障可能性小。

二、電子調(diào)諧原理

1.變?nèi)荻O管及電子調(diào)諧基本原理

變?nèi)荻O管實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)結(jié)電容Cj隨外加反向偏壓變化范圍比較大的PN結(jié)晶體二極管。

結(jié)電容可表示為偏壓UR為零時(shí)的結(jié)電容PN結(jié)上的直流偏壓PN結(jié)上的擴(kuò)散電位PN結(jié)雜質(zhì)濃度有關(guān)的常數(shù)變?nèi)荻O管工作在反向偏壓狀態(tài)，否則結(jié)電阻很低，諧振不能工作。電容變比高頻無載品質(zhì)因數(shù)反向偏壓UR越高,則Cj越小,Q值越高。反之則Q值就低。調(diào)節(jié)變?nèi)荻O管外加負(fù)偏壓就可以改變其電容，以及調(diào)諧回路頻率來改變頻道。RS為體電阻，半導(dǎo)體材料決定,小于2電子調(diào)諧原理電路調(diào)節(jié)電位器R來改變變?nèi)莨芡饧迂?fù)偏壓，從而改變電容，改變調(diào)諧回路頻率來選臺(tái)。

2.波段覆蓋和電子開關(guān)已知變?nèi)莨?CB14的CM=18pF、CN=3pF諧振回路的頻率為變?nèi)莨?CB14使諧振回路頻率最大變比電視VHF頻段:第1頻道f0為52.5MHz,第12頻道f0為219MHz,其比值為4.17所以2CB14變?nèi)莨懿荒軡M足覆蓋VHF全波段的要求。需將VHF范圍內(nèi)的12個(gè)頻道劃分為兩個(gè)波段,1~5頻道為低頻段,6~12頻道為高頻段。采用電子開關(guān)切換電感線圈。低頻段(1~5頻道)頻率變比為變?nèi)莨茈娙莞采w系數(shù)NC1=N21=2.82高頻段(6~12頻道)頻率變比為則變?nèi)莨茈娙莞采w系數(shù)NC2=N22=1.64。這樣,2CB14就都能滿足頻率覆蓋的設(shè)計(jì)要求。

S接通-4V,電子開關(guān)VD1、VD2截止,相當(dāng)開路,這時(shí)初級(jí)回路電為L(zhǎng)1+L2,次級(jí)回路電感為L(zhǎng)3+L4,回路工作在1~5頻道。當(dāng)S接通+12V,VD1及VD2導(dǎo)通,L2及L4被短路,則初級(jí)回路電感為L(zhǎng)1、次級(jí)回路電感為L(zhǎng)3,這時(shí)回路工作在6~12頻道

6.2.2輸入回路作用:

頻道選擇(選臺(tái))阻抗匹配；抑制中頻干擾和鄰頻道信號(hào)干擾；對(duì)于天線的強(qiáng)輸入信號(hào)給予一定的衰減。選頻電路：選頻及阻抗匹配中頻抑制電路：消除中頻干擾信號(hào)天線匹配器：饋線與調(diào)諧器之間的阻抗匹配圖6-6高頻頭常用的選頻電路一、選頻電路選頻電路通常都是由電感和電容組成的單調(diào)諧的諧振回路。1.實(shí)現(xiàn)阻抗匹配通過電感抽頭和電容分壓方式與饋線及高放級(jí)連接。饋線輸入高放級(jí)選頻電路輸入電阻等效負(fù)載電阻選頻電路本身損耗要實(shí)現(xiàn)輸入端和輸出端的阻抗匹配，必須滿足結(jié)論：只要選擇適當(dāng)?shù)腖1L2C1C2的比值就可達(dá)到滿意的阻抗匹配，獲得最大功率輸出。R0=ω0LQ0

2.選頻電路的諧振頻率和選擇性

選頻電路的諧振頻率:有載品質(zhì)因數(shù)QL（電路的選擇性）f0為頻道中心頻率、B為頻道的通帶,一般取B=8MHz。L=L1+L2頻道越高，有載品質(zhì)因數(shù)越高。

二、中頻抑制電路

作用：提高高頻頭對(duì)中頻干擾信號(hào)的抑制能力

（a）并接在輸入端的LC串聯(lián)諧振電路，對(duì)中頻干擾產(chǎn)生諧振，短路中頻干擾。（b）串接在輸入端的LC并聯(lián)諧振電路，對(duì)中頻干擾產(chǎn)生并聯(lián)諧振，呈最大阻抗，阻塞干擾。（c）T型高通濾波器C1C2L1和串聯(lián)諧振回路C3L2和C4L3組成吸收電路。雙串聯(lián)諧振電路將中頻短路，對(duì)高頻信號(hào)高阻，T型高通濾波器對(duì)高頻信號(hào)衰減很小，對(duì)中頻和以下衰減很大。（d）由L2C2L4構(gòu)成高通濾波器，L1C1和L3C3構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，組成吸收電路，抑制中頻和以下信號(hào)。

三、寬頻帶平衡—不平衡天線匹配器當(dāng)采用特性阻抗為300Ω半波折合振子引向天線等室外天線時(shí),需要在饋線與調(diào)諧器之前加天線匹配器。方法：將300對(duì)稱輸入變換為75Ω不對(duì)稱輸出,然后再用75同軸電纜接入選頻電路；特點(diǎn)：它由兩個(gè)傳輸線變壓器組成,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便宜、重量輕且具有很寬的傳輸頻帶,很適合于高頻電路。

圖6-9天線匹配器原理：用雙股導(dǎo)線并繞在具有高導(dǎo)磁率雙孔磁芯上,每個(gè)小孔內(nèi)各繞一組,構(gòu)成兩組1∶1的傳輸線變壓器。6.2.3高頻放大器

6.2.3高頻放大器

作用：放大高頻電視信號(hào),提高信噪比。

要求：

(1)整機(jī)的噪聲系數(shù)主要由高放級(jí)決定,要求高放級(jí)的噪聲系數(shù)<5dB。要求采用噪聲系數(shù)小于3dB的晶體管。

(2)有較高而穩(wěn)定的功率增益,且要求對(duì)不同頻道的增益比較均勻。高放級(jí)增益約20dB以上,頻道之間的增益差應(yīng)小于10dB。

(3)具有良好的選擇性和足夠?qū)挼耐l帶。要求幅頻特性-3dB帶寬大于8MHz,-6dB帶寬小于18MHz。

(4)具有自動(dòng)增益控制作用,高放級(jí)的增益可控范圍應(yīng)大于20dB。

圖6-10機(jī)械式調(diào)諧電路原理原理互感耦合雙調(diào)諧電路（理想的雙峰頻應(yīng)曲線）V1為共發(fā)射極放大器,基極受控于AGC,AGC信號(hào)通過R1至基極控制高放增益,并提供給基極偏壓。集電極電壓由EC通過R4、L1供給,R4為直流通路隔離電阻。R3用來決定AGC起控電壓值,R2是直流負(fù)反饋,用以穩(wěn)定V1的工作點(diǎn),C5為交流旁路電容。

C1C2L1及C3C4L2組成雙調(diào)諧回路V1與V2阻抗匹配的連接。C6為中和電容。當(dāng)C1/C2=Ccb/C6時(shí)，C6的反饋電壓與Ccb的反饋電壓大小相等，相位相反，互相抵消高放管混頻管

C1L1及變?nèi)荻O管VDT1初級(jí)調(diào)諧電路,C2L2及變?nèi)莨躒DT2為次級(jí)調(diào)諧電路AGC通過V集電極、L1向VDT1提供反向偏壓，控制諧振頻率。

VD和R1R2為VDT1

、VDT2直流偏置電路。

C3為中和電容,L3提供C3的反饋信號(hào),改變L3的繞向和耦合松緊來調(diào)節(jié)反饋中和電壓的相位和幅度,達(dá)到良好的中和效果。

電子調(diào)諧式高頻放大器通過改變初次級(jí)調(diào)諧回路電容(即圖中變?nèi)荻O管VDT1和VDT2)進(jìn)行頻道選擇。高放管互感耦合雙調(diào)諧電路

二、高頻放大器電路分析

忽略偏置元件和中和元件,交流等效電路晶體管等效電路1、頻率響應(yīng)

為獲得良好的諧振曲線,令初、次級(jí)兩個(gè)回路的諧振頻率、品質(zhì)因數(shù)相同,即

在諧振點(diǎn)附近,次級(jí)回路輸出電壓相對(duì)幅值隨頻率和耦合度的變化規(guī)律為相對(duì)失諧系數(shù)耦合因數(shù)

得到不同η時(shí)的頻率響應(yīng)曲線

高放級(jí)雙調(diào)諧回路的頻率響應(yīng)

雙峰曲線下凹量雙峰間頻帶寬度2.高放級(jí)的功率增益當(dāng)耦合雙回路的輸出達(dá)到最大值時(shí)（η=1和η＞1）,高放達(dá)到阻抗匹配，高放的最大功率增益就等于晶體管的最大功率增益。設(shè)晶體管輸出端與負(fù)載阻抗匹配,即goe=gL

高放管最大輸出功率為高放管輸入功率為設(shè)晶體管輸出端與負(fù)載阻抗匹配,即goe=gL晶體管最大功率增益為

APmax與外電路參數(shù)無關(guān),而由晶體管本身參數(shù)決定。APmax也即為雙調(diào)諧高頻放大器的最大功率增益。因此,盡量選擇特征頻率fT高、rbb’小、Cb’c小的晶體管。

6.2.4本機(jī)振蕩器

一、對(duì)本機(jī)振蕩器的主要要求(1)振蕩頻率穩(wěn)定度高,電壓和溫度漂移小。黑白機(jī)要求本振頻率偏移小于±200kHz,彩色機(jī)則要求小于±100kHz,需另設(shè)自動(dòng)頻率控制(AFC)電路。(2)本振頻率必須可以微調(diào),獲得最佳接收效果。其頻率微調(diào)范圍一般為±1.5MHz~±5MHz。

(3)要求本振輻射要小。一般本振信號(hào)幅度為100~200mV,

且需將整個(gè)高頻頭用金屬外殼屏蔽。(4)本振輸出波形要良好,諧波成分要小,否則將會(huì)產(chǎn)生較多的組合頻率干擾。

二、本機(jī)振蕩基本電路及分析

1.機(jī)械調(diào)諧式KP12-2的本振電路

變形電容三點(diǎn)式振蕩電路(科拉普電路)。

R2、R3、R4是偏置電阻,R1C5為去耦電路C1C2C3C4與L1構(gòu)成并聯(lián)諧振回路

簡(jiǎn)化本振電路電感L1’為

C1與L1并聯(lián)后的阻抗電路的振蕩頻率

如果滿足那么結(jié)論：本振頻率由L1’和C2決定。

2.電子調(diào)諧式本振電路的分析

共集電極科拉普電路。頻段選擇電路VDT1的直流偏置電路，改變VDT1電容量，頻道選擇去耦電路V直流偏置電阻等效電路該等效電路與機(jī)械式電子調(diào)諧電路完全一致,其分析結(jié)論也完全適用該電路。如果滿足那么

6.2.5混頻器作用：將從高放級(jí)送來的高頻電視信號(hào)的載頻與本振器送來的高頻等幅信號(hào)差頻出一個(gè)固定的中頻載頻(38MHz),然后送給中頻放大器進(jìn)行放大。要求:

(1)混頻功率增益要大。一般混頻器輸出的中頻功率與輸入的高頻信號(hào)功率之比應(yīng)大于10~20dB。

(2)應(yīng)具有良好的選擇性和較小的噪聲系數(shù)。

(3)混頻失真和干擾要小。

(4)應(yīng)有較好的匹配特性,以獲得最佳功率傳輸。

組成（兩個(gè)晶體管分別振蕩與混頻）：混頻器要完成頻率變換的任務(wù)必須有三個(gè)組成部分:本機(jī)振蕩器,用來產(chǎn)生本機(jī)振蕩電壓uL；非線性器件（二極管、三極管）,用來產(chǎn)生差頻fL-fs（主要電路）；中頻帶通濾波器(LC中頻選頻電路),從各種頻率分量中取出中頻信號(hào)。一、混頻原理(a)：信號(hào)電壓us=Uscosωst

本振電壓uL=UL

cosωLt,LC為特定的選頻電路(b)二極管的非線性特性用冪級(jí)數(shù)表示,當(dāng)忽略三次以上各項(xiàng)時(shí)則:i=a0+a1u+a2

u2VD上的電壓

u=us+uL=Uscosωst+ULcosωLt

代入(6-14)式,并經(jīng)三角公式變換整理后則得到

ωI，利用LC回路將其選出

混頻后的中頻電流iI為

iI=a2

Us

UL

cos(ωL-ωs)t

設(shè)中頻選頻電路(LC)對(duì)中頻ωI的諧振阻抗為R0,則混頻器輸出的中頻信號(hào)電壓為 uI=iIR0=a2R0

Us

UL

cos(ωL-ωs)t(6-16)

則有 UI=a2

R0

Us

UL結(jié)論：混頻器中頻輸出電壓振幅UI與輸入信號(hào)電壓振幅Us成正比。說明混頻器輸出中頻信號(hào)UI包絡(luò)形狀與輸入信號(hào)us的包絡(luò)形狀是完全一致的,而混頻器僅僅是將us的高頻載頻頻率fs變換成了中頻載頻頻率fI(=fL-fS)。圖6-18混頻器的頻譜變換本振頻率伴音高頻載頻圖像高頻頻率圖像中頻頻率伴音中頻載頻

二、混頻器電路分析

常用晶體管混頻電路有內(nèi)電容耦合雙調(diào)諧電路和互感耦合雙調(diào)諧電路。

1.內(nèi)電容耦合雙調(diào)諧混頻器

高放輸出信號(hào)耦合到混頻管V1基極，本振輸出到V1基極。V1輸出經(jīng)雙調(diào)諧回路到中放管V2V1間距V2遠(yuǎn)，采用同軸電纜連接，電纜的分布電容CM為15pF（15m）雙調(diào)諧回路之間通過C2和CM耦合內(nèi)耦合電容C2’

2.混頻增益

在阻抗匹配（gL=goc）的情況下:Ps=u2sgic

輸出中頻信號(hào)功率輸入高頻信號(hào)功率變頻器的輸入電導(dǎo)變頻器的輸出電導(dǎo)晶體三極管的混頻跨導(dǎo)Kp提高，需提高gc，降低gic，goc實(shí)際中，Kp與混頻管e極電流（1~2mA）及本振功率（100~300mV）有關(guān)。3、輸入輸出信號(hào)頻譜高頻圖像信號(hào)uP(調(diào)幅波)和高頻伴音信號(hào)us(調(diào)頻波)疊加本機(jī)振蕩器的高頻等幅信號(hào)調(diào)幅波的包絡(luò)變化規(guī)律不變調(diào)頻波的頻率變化規(guī)律不變

混頻前后的頻譜變化高頻電視信號(hào)與中頻電視信號(hào)的頻帶寬相同,但其頻譜分布不同。6.4頻道預(yù)置器

6.4.1頻道預(yù)置器功用與組成作用：

對(duì)應(yīng)于每一頻道的調(diào)諧電壓設(shè)定好，利用開關(guān)選擇不同的調(diào)諧電壓達(dá)到