Схемотехника радиотехнических устройств

В. А. Галочкин 
СХЕМОТЕХНИКА 
РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ 
УСТРОЙСТВ 
Учебник 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2023

УДК 621.38 
ББК 32.844.1 
Г16 
Р е ц е н з е н т ы :
д. т. н., профессор А. И. Тяжев  
(Поволжский государственный университет 
 телекоммуникаций и информатики (ПГУТИ), г. Самара); 
к. т. н., с. н. с. А. М. Плотников 
(Российский научно-исследовательский институт радио им. Кривошеева 
 (НИИР), г. Москва - Самарское отделение НИИ радио (СОНИИР) г. Самара) 
Г16 
Галочкин, В. А. 
 Схемотехника радиотехнических устройств: учебник / В. А. Галочкин. - 
Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 332 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1470-8 
Рассмотрены основные вопросы организации и построения систем и 
линий радиосвязи, радиовещания и телевидения, сотовые сети радиосвязи 
стандарта GSM, радиосвязь через Интернет, системы GPS и ГЛОНАСС, 
беспроводная локальная сеть Wi-Fi, стандарты беспроводных сетей 
Bluetooth, принципы радиолокации. Исследуются принципы построения и 
схемотехника базовых узлов радиотехнических устройств: входных цепей, 
усилителей радиочастоты, амплитудных, частотных и фазовых детекторов, 
усилителей низкой частоты, систем авторегулирования усиления, систем 
автоматической подстройки частоты и др. Приведены примеры расчетов 
устройств, а также примеры их схемотехнического компьютерного моделирования.   
Для студентов телекоммуникационных и радиотехнических специальностей дневной и заочной формы обучения, а также для инженерно-технических работников, изучающих электронику и схемотехнику. 
УДК 621.38 
ББК 32.844.1 
ISBN 978-5-9729-1470-8 
” Галочкин В. А., 2023 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2023 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023 

Три стадии признания научной  
истины: первая - «это абсурд», 
 вторая - «в этом что-то есть»,  
третья - «это общеизвестно». 
 Эрнест Резерфорд 
Думать надо было на I и II курсах, 
 на III надо уже знать 
Из книги «Ученые шутят» 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
Предисловие 
11 
Введение 
14 
РАЗДЕЛ I. РАДИОСВЯЗЬ. НАЗНАЧЕНИЕ.  
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ  
И ЛИНИЙ РАДИОСВЯЗИ 
19 
Тема 1. Общие принципы организации радиосвязи. Назначение,  
классификация, основные типы радиоприемных устройств 
19 
1.1. Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения 
19 
1.2. Спутниковые системы радиосвязи для рынка информационных 
услуг для коллективных и индивидуальных пользователей  
22 
1.3. Сотовые сети радиосвязи стандарта GSM  
23 
1.4. Радиосвязь через Интернет  
25 
1.5. Системы GPS и ГЛОНАСС  
27 
1.6. Беспроводная локальная сеть Wi-Fi 
28 
1.7. Стандарт беспроводных сетей Bluetooth 
31 
1.8. Радиолокация [60] 
34 
1.9. Назначение, классификация и структурные схемы  
радиоприемных устройств 
36 
1.9.1. Назначение и классификация радиоприемных устройств 
36 
1.9.2. Структурные схемы радиоприемников 
38 
1.10. Основные типы радиоприемных устройств  
42 
1.10.1. Радиовещательные приемники 
42 
1.10.2. Магистральные приемные устройства 
44 
1.10.3. Приемники цифровых данных 
48 
1.10.4. Приемники сотовой связи  
52 
1.10.5. Радиолокационные приемники  
54 
Контрольные вопросы по разделу I 
56 
РАЗДЕЛ II. СХЕМОТЕХНИКА РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ  
УСТРОЙСТВ. КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ. 
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ 
57 
Тема 2. Технические характеристики радиоприемных устройств  
57 
2.1. Чувствительность 
57 
2.2. Коэффициент шума и шумовая температура приемника  
59  
2.2.1. Определения коэффициента шума 
 59 
4 

 
2.2.2. Определение шумовой мощности, поступающей  
на вход приемника от антенны  
62 
2.2.3. Связь коэффициента шума приемника с параметрами его  
отдельных каскадов  
63  
2.2.4. Связь коэффициента шума и чувствительности 
 64 
2.3. Селективность 
65 
2.4. Стабильность характеристик приемника 
67 
2.5. Искажения сигнала в приемнике. Динамический диапазон  
68 
Контрольные вопросы по теме 
73  
Тема 3. Схемотехника входных цепей радиоприемника 
74 
3.1. Назначение, структура и классификация входных цепей 
74 
3.2. Варианты схем входных цепей 
76 
3.2.1. Одноконтурная входная цепь с внешнеемкостной связью  
с антенной  
76 
3.2.2. Входная цепь с двухконтурным полосовым фильтром  
и трансформаторной связью с антенной  
76 
3.2.3. Входная цепь с дискретным конденсатором 
77 
3.2.4. Входная цепь с варикапной настройкой 
78  
3.3. Примеры схем входных цепей 
80 
3.4. Способы перекрытия диапазона частот (особенности) 
81 
3.5. Коэффициент передачи, селективность и полоса пропускания  
одиночного колебательного контура входной цепи 
83 
3.6. Определение затухания и емкости, вносимых  
в контур следующим каскадом 
87 
3.7. Входная цепь при связи с настроенной антенной 
89 
Контрольные вопросы по теме 
91 
Тема 4. Схемотехника резонансных усилителей радиочастоты 
92 
4.1. Назначение, классификация и требования  
к резонансным усилителям 
92 
4.2. Варианты схем резонансных усилителей на невзаимных  
усилительных элементах 
93 
4.3. Эквивалентная схема невзаимного усилительного элемента 
96 
4.4. Анализ одноконтурного резонансного усилителя  
с автотрансформаторным включением колебательного контура 
98 
4.5. Влияние внутренней обратной связи через усилительный  
прибор на устойчивость работы резонансного усилителя 
101 
4.6. Способы повышения устойчивости усилителей 
106 
4.7. Полосовые усилители 
107 
4.7.1. Двухкаскадный усилитель с одиночными взаимно  
расстроенными контурами (расстроенная пара)  
107 
4.7.2. Усилитель с двухконтурным полосовым фильтром  
110 
5 
 

 
4.8. Усилитель с электромеханическим фильтром 
111 
4.9. Усилитель с кварцевым фильтром 
112 
4.10. Усилитель с фильтром на поверхностных  
акустических волнах 
113 
Контрольные вопросы по теме 
115 
Тема 5. Схемотехника преобразователей частоты  
115 
5.1. Назначение, основные требования 
и классификация преобразователей частоты 
115 
5.2. Варианты схем преобразователей частоты 
119 
5.3. Частотная характеристика ПЧ 
124 
5.4. Свисты в преобразователях 
125 
5.5. Одноручечная настройка приемника. Сопряженная настройка 
126 
Контрольные вопросы по теме 
129 
Тема 6. Схемотехника амплитудных детекторов 
130 
6.1. Назначение амплитудных детекторов 
130 
6.2. Диодные амплитудные детекторы 
132 
6.3. Последовательный амплитудный диодный детектор  
в режиме детектирования сильного сигнала  
135 
6.4. Эмиттерный детектор 
139 
6.5. Диодный детектор с удвоением напряжения 
140 
6.6. Синхронный амплитудный детектор  
на операционном усилителе 
141 
6.7. Входное сопротивление последовательного диодного АД 
142 
6.8. Параллельный диодный детектор 
144 
6.9. Нелинейные искажения при детектировании АМ колебаний 
145 
6.9.1. Искажения из-за нелинейности ВАХ  
145 
6.9.2. Искажения из-за большой постоянной времени нагрузки 
145 
6.9.3. Искажения из-за соизмеримости частоты модуляции F  
и частоты несущей  
146  
6.9.4. Искажения из-за разделительного конденсатора  
147 
6.9.5. Искажения, обусловленные различием сопротивлений 
нагрузки амплитудного детектора по постоянному  
и переменному току  
148 
6.10. Работа амплитудного детектора при воздействии двух колебаний 149 
6.11. Детектирование радиоимпульсов 
152 
6.12. Пиковый детектор 
154 
Контрольные вопросы по теме  
156  
Тема 7. Схемотехника амплитудных ограничителей  
157  
7.1. Амплитудные ограничители. Назначение. Виды ограничителей  
157 
7.2. Варианты построения амплитудных ограничителей  
160 
6 
 

 
7.2.1. Амплитудный ограничитель с односторонним  
ограничением и переменной отсечкой  
160 
7.2.2. Двусторонний амплитудный ограничитель 
 162 
Контрольные вопросы по теме 
 163 
Тема 8. Схемотехника детекторов угловой (фазовой) модуляции  
164  
8.1. Аналоговые фазовые детекторы. Балансный диодный  
фазовый детектор  
164 
8.2. Кольцевой фазовый детектор 
165 
8.3. Ключевой фазовый детектор 
167 
Контрольные вопросы по теме  
169 
Тема 9. Схемотехника частотных детекторов  
169 
9.1. Назначение, основные характеристики частотных детекторов 
169 
9.2. Принципы частотного детектирования 
171 
9.2.1. Частотный детектор с использованием преобразователя  
частотно-модулированного сигнала в АЧМ сигнал 
172 
9.2.2. Частный детектор с использованием  
фазосдвигающей цепи 
173 
9.3. Варианты построения аналоговых частотных детекторов 
176 
9.3.1. Балансный детектор со связанными контурами 
176 
9.3.2. Балансный диодный частотный детектор с взаимно 
расстроенными контурами 
 179 
9.3.3. Дробный частотный детектор (детектор отношений) 
181 
9.3.4. Мультипликативный частотный детектор 
 187 
Контрольные вопросы по теме 
 190 
Тема 10. Схемотехника регулировок в радиоприемниках 
191 
10.1. Назначение и виды регулировок в РПУ 
191 
10.2. Принцип действия, классификация систем 
автоматической регулировки усиления (АРУ) 
191 
10.3. Структурные электрические схемы АРУ 
194 
10.3.1. Обратная АРУ 
194  
10.3.2. Прямая АРУ 
195 
10.3.3. Смешанная (комбинированная) АРУ 
196 
10.3.4. Режимная АРУ 
196 
10.4. Варианты схем электронных регуляторов усиления 
198 
10.4.1. Регулятор усиления на полевом транзисторе  
198 
10.4.2. Регулятор усиления на основе трехтранзисторного 
дифференциального каскада 
 199 
10.4.3. Регулятор усиления изменением глубины  
отрицательной обратной связи 
200 
7 
 

 
10.4.4. Регулятор усиления на операционном усилителе  
с дискретной коммутацией резисторов, включенных  
в цепь обратной связи  
201 
10.4.5. Регулятор усиления на основе делителя напряжения 
с регулируемым коэффициентом усиления 
 201 
10.5. Характеристика регулирования простой обратной АРУ 
202 
10.6. Регулировка полосы пропускания 
204 
10.7. Частотная автоматическая подстройка частоты 
205 
10.7.1. Классификация устройства автоматической подстройки  
206 
10.7.2. Характеристика регулирования системы АПЧ 
 211 
10.8. Фазовая автоматическая автоподстройка частоты  
217 
10.8.1. Структурная схема додетекторного тракта приемника 
с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ). Фазовый портрет  217 
10.8.2. Характеристика регулирования системы ФАПЧ 
 219 
Контрольные вопросы по теме 
 220 
 
РАЗДЕЛ III. СХЕМОТЕХНИКА РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ  
УСТРОЙСТВ. РАСЧЕТЫ 
222 
 
Тема 11. Расчеты базовых узлов радиоприемного устройства 
222 
11.1. Расчет входной цепи с внешнеемкостной связью с антенной  
222 
11.1.1. Исходные данные для расчетов и моделирования 
222 
11.1.2. Расчет величины резонансного коэффициента передачи 
входной цепи 
224 
11.1.3. Расчет резонансных характеристик 
226 
11.1.4. Расчет полосы пропускания контура 
226 
11.1.5. Расчет абсолютных расстроек контура при изменении 
емкости антенны 
 229 
11.2. Расчет усилителя радиочастоты 
230 
11.2.1. Исходные данные. Выбор режима усилительных  
элементов 
230 
11.2.2. Расчёт основных элементов УРЧ 
235 
11.2.3. Определение коэффициент передачи УРЧ 
238 
11.3. Расчет преобразователя частоты  
239 
11.3.1. Выбор усилительных элементов и режимов их работы 
239 
11.3.2. Расчет смесителя 
 240 
11.3.3. Расчет избирательности по соседнему каналу  
242 
11.3.4. Выбор схемы гетеродина и его расчет 
 245 
11.4. Расчет частотного детектора  
250 
11.5. Расчет усилителя мощности звуковой частоты 
253 
 
8 
 

 
11.5.1. Принципиальная схема и исходные данные для расчетов 
253 
11.5.2. Расчет режимов и элементов схемы 
255  
Контрольные вопросы по разделу III 
268 
РАЗДЕЛ IV. СХЕМОТЕХНИКА РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ  
УСТРОЙСТВ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА  
ТЕОРЕТИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ. МОДЕЛИРОВАНИЕ  
270 
 
Тема 12. Экспериментальные исследования базовых узлов  
и системы автоматической подстройки частоты  
радиоприемного устройства  
270   
12.1. Общие методические указания по выполнению 
экспериментального исследования  
в системе «Elektronics Workbench» (EWB) 
270 
12.2. Моделирование входной цепи  
277 
12.2.1. Определение величины резонансного коэффициента 
передачи входной цепи и его зависимости от частоты 
 277 
12.2.2. Исследование характеристик резонансных контуров  
входной цепи  
279 
12.2.3. Определение полосы пропускания контура  
280 
12.2.4. Определение зависимости абсолютных расстроек  
контура входной цепи от изменения емкости  
эквивалента антенны  
282  
12.2.5. Измерение селективности по зеркальному каналу  
и по каналу промежуточной частоты резонансного 
контура входной цепи 
282 
12.3. Моделирование преобразователей частоты 
283 
12.3.1. Моделирование преобразователя частоты  
на основе аналогового перемножителя  
на дифференциальном каскаде  
283  
12.3.2. Моделирование преобразователя частоты на основе  
диодного кольцевого балансного смесителя 
 286 
12.4. Моделирование частотных детекторов  
289 
12.4.1. Моделирование дробного частотного детектора  
(детектора отношений)  
289 
12.4.2. Моделирование мультипликативного частотного 
детектора (МЧД) 
293  
12.5. Моделирование системы автоматической подстройки частоты  
радиоприемного устройства  
297 
12.5.1. Краткое описание принципиальной схемы 
297 
12.5.2. Краткое описание структурной схемы 
300 
9 
 

 
12.5.3. Проверка настройки гетеродина  
и преобразователя частоты  
303 
12.5.4. Проверка настройки частотного детектора 
305 
12.5.5. Определение полос захвата и удержания АПЧ 
305 
12.5.6. Построение характеристики регулирования АПЧ 
307 
12.6. Моделирование усилителя радиочастоты 
309 
12.6.1. Принципиальная схема УРЧ и исходные данные 
309 
12.6.2. Порядок моделирования УРЧ 
310 
12.6.3. Анализ АЧХ усилителя 
314 
12.6.4 Анализ результатов моделирования 
317 
Контрольные вопросы по разделу II 
318 
Заключение. Перспективы развития радиотехнических устройств 
319 
 
Список литературы 
321 
 
Список сокращений и обозначений 
327 
 
 
10