Существует несколько схем построения радиоприемных устройств. Причем не имеет значения, для какой цели они используются – в качестве приемника радиовещательных станций или сигнала в комплекте системы управления. Существуют супергетеродинные приемники и прямого усиления. В схеме приемника прямого усиления используется только один вид преобразователя колебаний – порой даже простейший детектор. По сути, это детекторный приемник, только немного усовершенствованный. Если обратить внимание на конструкцию радиоприемника, то можно увидеть, что сначала происходит усиление высокочастотного сигнала, а после – низкочастотного (для вывода на динамик).
Особенности супергетеродинов
Вследствие того, что могут возникать паразитные колебания, происходит ограничение возможности усиления высокочастотных колебаний в небольших пределах. Особенно это актуально при построении коротковолновых приемников. В качестве усилителя высоких частот лучше всего использовать резонансные конструкции. Но в них нужно производить полную перенастройку всех колебательных контуров, которые имеются в конструкции, при смене частоты.
Вследствие этого существенно усложняется конструкция радиоприемника, равно как и пользование им. Но недостатки эти можно устранить, используя метод преобразования принимаемых колебаний в одну стабильную и фиксированную частоту. Причем частота обычно пониженная, это позволяет добиться высокого уровня усиления. Именно на эту частоту происходит настройка резонансного усилителя. Такая методика используется в современных супергетеродинных приемниках. Только фиксированную частоту называют промежуточной.
Способ преобразования частоты
А теперь нужно рассмотреть упомянутый выше способ преобразования частоты в радиоприемниках. Допустим, есть два вида колебаний, частоты у них различные. При сложении этих колебаний появляется биение. Сигнал при сложении то увеличивается по амплитуде, то уменьшается. Если обратить внимание на график, который характеризует это явление, то можно увидеть совершенно другой период. И это период совершения биений. Причем этот период намного больше, нежели аналогичная характеристика любого из колебаний, которые складывались. Соответственно, с частотами все наоборот – у суммы колебаний она меньше.
Частоту биений вычислить достаточно просто. Она равна разности частот колебаний, которые складывались. Причем с увеличением разности повышается частота биений. Отсюда следует, что при выборе относительно большой разницы слагаемых частот получаются высокочастотные биения. Например, есть два колебания – 300 метров (это 1 МГц) и 205 метров (это 1, 46 МГц). При сложении окажется, что частота биения будет 460 кГц или 652 метра.
Детектирование
Но в приемниках супергетеродинного типа обязательно имеется детектор. Биения, которые получаются в результате сложения двух различных колебаний, имеют период. И он полностью соответствует промежуточной частоте. Но это не гармонические колебания промежуточной частоты, чтобы их получить, необходимо осуществить процедуру детектирования. Обратите внимание на то, что из модулированного сигнала детектор выделяет только колебания с модуляционной частотой. А вот в случае с биениями все немного иначе – происходит выделение колебаний так называемой разностной частоты. Она равна разности частот, которые складываются. Такой способ преобразований именуется методом гетеродинирования или смешения.
Реализация метода при работе приемника
Допустим, в контур радиоприемника приходят колебания от радиостанции. Чтобы осуществить преобразования, необходимо создать несколько вспомогательных высокочастотных колебаний. Далее подбирается частота гетеродина. При этом разность слагаемых частот должна быть, например, 460 кГц. Далее нужно произвести сложение колебаний и подать их на лампу-детектор (или полупроводник). При этом получаются разностной частоты колебания (значение 460 кГц) в контуре, соединенном с анодной цепью. Нужно обратить внимание на то, что этот контур настраивается на работу при разностной частоте.
Используя усилитель высоких частот, можно произвести преобразование сигнала. Амплитуда его существенно увеличивается. Усилитель, используемый для этого, сокращенно называют УПЧ (усилитель промежуточной частоты). Его можно встретить во всех приемниках супергетеродинного типа.
Практическая схема на триоде
Для того чтобы произвести преобразование частоты, можно использовать простейшую схему на одной лампе-триоде. Колебания, которые приходят с антенны, посредством катушки попадают на управляющую сетку лампы-детектора. От гетеродина поступает отдельный сигнал, он накладывается поверх основного. В анодной цепи детекторной лампы устанавливается колебательный контур – он настраивается на разностную частоту. При детектировании получаются колебания, которые в дальнейшем усиливаются в УПЧ.
Но конструкции на радиолампах используются на сегодняшний день очень редко – эти элементы устарели, достать их проблематично. Но на них удобно рассматривать все физические процессы, которые протекают в конструкции. нередко применяют в качестве детектора гептоды, триод-гептоды, пентоды. Схема на полупроводниковом триоде очень похожа на ту, в которой используется лампа. Напряжение питания меньше и намоточные данные катушек индуктивности.
ПЧ на гептодах
Гептод – это лампа с несколькими сетками, катодами и анодами. По сути, это две радиолампы, заключенные в один стеклянный баллон. Электронный поток у этих ламп также общий. В первой лампе происходит возбуждение колебаний – это позволяет избавиться от использования отдельного гетеродина. А вот во второй смешиваются колебания, поступающие от антенны, и гетеродинные. Получаются биения, из них происходит выделение колебаний с разностной частотой.
Обычно лампы на схемах разделяются пунктирной линией. Две нижние сетки соединяются с катодом посредством нескольких элементов – получается классическая схема с обратной связью. А вот управляющая сетка непосредственно гетеродина соединяется с колебательным контуром. При наличии обратной связи происходит возникновение тока и колебаний.
Ток проникает через вторую сетку и происходит перенос колебаний во вторую лампу. Все сигналы, которые приходят от антенны, поступают на четвертую сетку. Сетки № 3 и № 5 между собой соединены внутри цоколя и на них постоянное напряжение. Это своеобразные экраны, расположенные между двумя лампами. В результате получается, что вторая лампа является полностью экранированной. Настройка супергетеродинного приемника, как правило, не требуется. Главное - произвести настройку полосовых фильтров.
Процессы, протекающие в схеме
Ток совершает колебания, создаются они первой лампой. При этом происходит изменение всех параметров второй радиолампы. Именно в ней смешиваются все колебания – от антенны и гетеродина. Происходит генерация колебаний с разностной частотой. В цепь анода включается колебательный контур – он настраивается именно на эту частоту. Далее происходит выделение из тока анода колебаний. И уже после этих процессов происходит подача сигнала на вход УПЧ.
При помощи специальных преобразовательных ламп происходит существенное упрощение конструкции супергетеродина. Количество ламп уменьшается, устраняется несколько трудностей, которые могут возникнуть при работе схемы с использованием отдельного гетеродина. Все, рассмотренное выше, относится к преобразованиям немодулированного колебания (без речи и музыки). Так намного проще рассматривать принцип работы устройства.
Модулированные сигналы
В том случае, когда происходит преобразование модулированного колебания, все делается немного иначе. У колебаний гетеродина постоянная амплитуда. Колебания ПЧ и биения промодулированы, равно как и у несущей. Для превращения модулированного сигнала в звук необходимо произвести еще одно детектирование. Именно по этой причине в супергетеродинных КВ приемниках после осуществления усиления происходит подача сигнала на второй детектор. И только после него сигнал модуляции подается на головной телефон или вход УНЧ (усилителя низкой частоты).
В конструкции УПЧ присутствует один или два каскада резонансного типа. Как правило, применяются настроенные трансформаторы. Причем производится настройка сразу двух обмоток, а не одной. Благодаря этому можно достичь более выгодной формы кривой резонанса. Повышается чувствительность и избирательность приемного устройства. Эти трансформаторы, у которых обмотки настроены, называются полосовыми фильтрами. Они настраиваются при помощи регулируемого сердечника или подстроечного конденсатора. Они настраиваются один раз и в процессе эксплуатации приемника их трогать не нужно.
Частота гетеродина
А теперь давайте рассмотрим простой супергетеродинный приемник на лампе или транзисторе. Можно изменить частоты гетеродина в необходимом диапазоне. И ее нужно подбирать таким образом, чтобы с любыми по частоте колебаниями, которые приходят из антенны, получалось одинаковое значение промежуточной частоты. Когда осуществляется настройка супергетеродина, происходит подгонка частоты усиливаемого колебания под конкретный резонансный усилитель. Получается явное преимущество – нет необходимости настраивать большое количество междуламповых колебательных контуров. Достаточно настроить гетеродинный контур и входной. Происходит существенное упрощение настройки.
Промежуточная частота
Для получения фиксированной ПЧ при работе на любой частоте, которая находится в рабочем диапазоне приемника, необходимо сдвигать колебания гетеродина. Как правило, в супергетеродинных радиоприемниках используется ПЧ, равная 460 кГц. Намного реже используется 110 кГц. Эта частота показывает, на какое значение отличаются диапазоны гетеродина и входного контура.
При помощи резонансного усиления происходит увеличение чувствительности и избирательности устройства. И благодаря использованию преобразования приходящего колебания удается улучшить показатель избирательности. Очень часто две радиостанции, работающие относительно близко (по частоте), мешают друг другу. Такие свойства нужно учитывать, если планируете собрать самодельный супергетеродинный приемник.
Как происходит прием станций
Теперь можно рассмотреть конкретный пример, чтобы понять принцип работы супергетеродинного приемника. Допустим, используется ПЧ, равная 460 кГц. А станция работает на частоте 1 МГц (1000 кГц). И ей мешает слабая станция, которая вещает на частоте 1010 кГц. Разница частот у них 1 %. Для того чтобы добиться ПЧ, равной 460 кГц, необходимо произвести настройку гетеродина на 1,46 МГц. В этом случае мешающая радиостанция выдаст ПЧ, равное всего 450 кГц.
И вот теперь можно увидеть, что сигналы двух станций различаются более чем на 2 %. Два сигнала разбежались, это произошло с помощью применения преобразователей частоты. Прием основной станции упростился, улучшилась избирательность радиоприемника.
Теперь вы знаете все принципы супергетеродинных приемников. В современных радиоприемниках все намного проще - нужно использовать для построения всего одну микросхему. И в ней на кристалле полупроводника собрано несколько устройств - детекторы, гетеродины, усилители ВЧ, НЧ, ПЧ. Остается только добавить колебательный контур и несколько конденсаторов, резисторов. И полноценный приемник собран.
