Урок 3

 

 Структурные электрические  схемы радиоприёмников прямого усиления и супергетеродинного. Достоинства и недостатки.

 

 

Основная обработка принятого сигнала осуществляется в трех звеньях радиоприемного устройства: в высокочастотном тракте, детекторе и низкочастотном тракте. В зависимости от схемного реше­ния высокочастотного тракта радиоприемники делятся на два основ­ных типа: приемники прямого усиления и супергетеродинные прием­ники.

Радиоприемники прямого усиления. Струк­турная схема приемника прямого усиления показана на рис. 7.6. Приемник прямого усиления характеризуется тем, что его высоко­частотный тракт осуществляет усиление и частотную избиратель­ность непосредственно на частоте принимаемого сигнала. Этим и объяс­няется название таких приемников.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Входная цепь (ВЦ), усилитель радиочастот (УРЧ), детектор (Д), усилитель низкой частоты (УНЧ) и воспроизводящее устройство (ВУ) являются составными частями не только приемников прямого усиле­ния, но и приемников других ти­пов. Рассмотрим назначение этих элементов и требования, предъяв­ляемые к ним.

Определим назначение входной цепи. Как уже было сказано, на входе приемной антенны кроме сигнала могут действовать помехи на различных частотах от многих передающих устройств. Если входная цепь обладает низкой частот­ной избирательностью, как показано на рис. 7.7 (резонансная харак­теристика 1), то на вход каскада УРЧ будут поступать как прини­маемый полезный сигнал с частотой fс, так и сигналы помех с час­тотами f' н f".

Кроме того, транзисторный и ламповый каскады УРЧ в прием­нике являются нелинейным устройством. Если предположить, что сигнал и помехи с выхода антенны поступают непосредственно на вход первого каскада УРЧ, то их взаимодействие может вызвать так называемый эффект перекрестной модуляции. Внешне проявления этого эффекта заключаются в том, что модуляция помехи «переходит» на колебание принимаемого сигнала, в результате чего передача мешающей станции слышна при настройке приемника на частоту принимаемого сигнала. Если на входе приемника нет полезного сигнала, то и сигнал мешающей станции не прослушивается.

Таким образом, входная цепь должна обеспечить некоторую частотную избирательность до входа первого каскада УРЧ с целью ослабления сильных помех и эффекта перекрестной модуляции (резо­нансная характеристика 2). Перейдем к требованиям, предъявляе­мым к УРЧ. Так же как и входная цепь, УРЧ должен обеспечить частотную избирательность и усиление принятого сигнала, мощность которого на входе приемника намного порядков меньше той, кото­рая необходима для нормальной работы воспроизводящего устрой­ства приемника.

Усиление высокочастотного тракта выбирают таким, чтобы на входе детектора была необходимая амплитуда высокочастотного напряжения.

С помощью детектора преобразуется высокочастотной модулиро­ванный сигнал в сигнал, мгновенное значение которого изменяется во времени по закону модуляции. Процесс такого преобразования сигнала называется детектированием.

Низкочастотный тракт приемника в простейшем случае может состоять из усилителя низкой частоты (УНЧ), который усиливает выходное напряжение детектора до уровня, необходимого для нор­мальной работы воспроизводящего устройства. Полоса пропускания радиоприемника не должна значительно превышать ширину спектра принимаемого сигнала (рис. 7.7). Если это условие не выполня­ется, то приемник не сможет освободиться от мешающего действия помех с частотами f' и f" (см. резонансную характеристику 1 на рис. 7.7).

Практически приемник прямого усиления с одним каскадом УРЧ может обеспечить необходимую частотную избирательность только в начальном участке всего радиочастотного диапазона (диапазон километровых и частично гектометровых волн). На более высоких частотах необходимая частотная избирательность не обеспечивается и для ее увеличения необходимо применять несколько каскадов и контуров, настроенных на частоту принимаемого сигнала. В то же время при наличии нескольких каскадов УРЧ конструктивно значи­тельно осложняется перестройка приемника и за счет увеличения коэффициента усиления нарушается его устойчивая работа, т. е. в при­емнике может возникнуть самовозбуждение (генерация).

Кроме того, при перестройке приемника его основные характе­ристики (коэффициент усиления и полоса пропускания) существенно изменяются.

В дальнейшем свойства приемников прямого усиления улучша­лись, так как в них начали использовать регенераторы (с 1913 г.) и сверхрегенераторы (с 1922 г.). Регенератором называется каскад, в котором за счет положительной обратной связи компенси­ровались потери в колебательном контуре и поэтому повышалась чув­ствительность и избирательность приемника. Регенератор работает в режиме, близком к самовозбуждению, поэтому он неустойчив и не обеспечивает высокого качества воспроизведения сигнала. В сверхрегенераторе создаются незатухающие колебания за счет положительной обратной связи, но при соответствующем выборе режима работы усилительного прибора периодически срываются с частотой выше наибольшей частоты, воспринимаемой органом слуха человека, т. е. выше 18 кГц. При таком режиме работы усилительного прибора уменьшается затухание колебательного контура и повыша­ется чувствительность и избирательность приемника.

Супергетеродинные радиоприемники. При рассмотрении особенностей приемников прямого усиления было выяс­нено, что создаются значительные трудности получения большого коэффициента усиления на высоких частотах и что его основные ха­рактеристики существенно изменяются при настройке приемника. Отмеченные недостатки устраняются в супергетеродинном приемнике, впервые предложенном в 1918 г. американским ученым Армстронгом.

Когда основное усиление принимаемых высокочастотных сигналов производится на одной постоянной (фиксированной) частоте, то радио­приемник освобождается от недостатков, присущих приемникам пря­мого усиления. Это свойство лежит в основе метода супергетеродин­ного радиоприема.

Структурная схема супергетеродинного приемника показана на рис. 7.8. Входная цепь и УРЧ в данном приемнике выполняют такую же роль, как и в приемнике прямого усиления. Преобразователь частоты (ПЧ) состоит из смесителя (СМ) и гетеродина (Г). Гетеродин — это маломощный автогенератор. На вход смесителя подается напря­жение с частотами сигнала fс и гетеродина fг. В результате взаимо­действия двух напряжений разных частот в спектре выходного тока смесителя появляется много комбинационных частот, в том числе и составляющая частота, равная разности этих частот. Величина разностной частоты должна быть ниже или выше частоты радио­сигнала, но обязательно выше частоты модуляции, поэтому ее назы­вают промежуточной fпр. Промежуточная частота может быть равной

 

fnр = fr-fc   при  fг>fс,

fпр = fс-fг  при  fс>fг        (7.6)

 

Отличительной особенностью супергетеродинного приемника явля­ется то, что независимо от частоты принимаемого сигнала промежу­точная частота постоянна и выбирается так, чтобы обеспечить наи­меньшие помехи от близко расположенных по частоте станций и получить требуемое усиление и избирательность. На промежуточную частоту настроена резонансная система, вклю­ченная в выходную цепь смесителя, что позволяет при соответствую­щей полосе пропускания выделить напряжение сигнала промежуточ­ной частоты. Следовательно, назначение преобразователя заклю­чается в преобразовании частоты радиосигнала в другую, промежу­точную частоту с сохранением закона модуляции.

В диапазонных приемниках перестраиваются только контуры вход­ной цепи, УРЧ и гетеродина. Такая перестройка осуществляется одновременно с помощью одной ручки настройки приемника.

Усилитель, который усиливает сигнал промежуточной частоты, называется усилителем промежуточной частоты (УПЧ).

Таким образом, в супергетеродинном приемнике усиление осу­ществляется   на   трех   частотах:   на   радиочастоте,   промежуточной частоте и частоте модуляции, а участки приемника, на которых это происходит, называются трактами радиочастоты I, про­межуточной частоты II, низкой частоты III.

Супергетеродинный метод приема до настоящего времени остается основным. Это объяс­няется тем, что он позволяет обеспечить устойчивый прием слабых сигналов в условиях интенсивных помех. Несмотря на указанное преимущество, супер­гетеродинные приемники имеют некоторые недостатки. В первую очередь отметим наличие паразитного дополнительного канала при­ема, называемого зеркальным или каналом симметричной станции. Его название можно объяснить с помощью рис. 7.9.

                        

 Частота зеркаль­ного канала fзк отличается от частоты принимаемого сигнала f_c. на удвоенное значение промежуточной частоты. В соответствии с вы­ражением (7.6), колебание с частотой fзк преобразуется так же, как и сигнал с частотой fс в колебание с частотой f_c. Таким образом, супергетеродинный приемник будет одновременно принимать радио­станции, работающие на частотах f_c. и f_зк симметрично расположен­ных относительно частоты гетеродина fг.

Кроме того, канал приема, по которому может возникнуть по­меха, возникает на частоте, равной промежуточной, так как смеси­тель для сигналов, у которых f_c = fпр, является усилителем. Такие помехи называются помехами прямого п р о х о ж д е н и я. Для уменьшения помех зеркального капала, а также помех прямого прохождения их необходимо ослабить до попадания на вход преобразователя. Это выполняется резонансными системами тракта радиочастоты, которые часто называют п р е д в а р и т е л ь н ы м селектором   или п р е с е л е к т о р о м.