Принцип супергетеродинного приймача

421 0 Новини високих технологій

Існує кілька схем побудови радіоприймальних пристроїв. Причому не має значення, для якої мети вони використовуються в якості приймача радіомовних станцій або сигналу в комплекті системи управління. Існують супергетеродинные приймачі прямого підсилення. У схемі приймача прямого підсилення використовується лише один вид перетворювача коливань – часом навіть найпростіший детектор. По суті, це детекторний приймач, тільки трохи вдосконалений. Якщо звернути увагу на конструкцію радіоприймача, то можна побачити, що спочатку відбувається посилення високочастотного сигналу, а після – низькочастотного (для виведення на динамік).


Особливості супергетеродинов

Внаслідок того, що можуть виникати паразитні коливання, відбувається обмеження можливості підсилення високочастотних коливань в невеликих межах. Особливо це актуально при побудові короткохвильових приймачів. В якості підсилювача високих частот краще всього використовувати резонансні конструкції. Але в них потрібно проводити повну перенастроювання всіх коливальних контурів, які є в конструкції, при зміні частоти.
Принцип супергетеродинного приймача
Внаслідок цього суттєво ускладнюється конструкція радіоприймача, так само як і користування ним. Але ці недоліки можна усунути, використовуючи метод перетворення прийнятих коливань в одну стабільну і фіксовану частоту. Причому частота зазвичай знижена, це дозволяє домогтися високого рівня посилення. Саме на цю частоту відбувається налаштування резонансного підсилювача. Така методика використовується у сучасних супергетеродинних приймачах. Тільки фіксовану частоту називають проміжною.


Спосіб перетворення частоти

А тепер треба розглянути згаданий вище спосіб перетворення частоти в радіоприймачах. Припустимо, є два види коливань, частоти у них різні. При складанні цих коливань з'являється биття. Сигнал при складанні то збільшується по амплітуді, то зменшується. Якщо звернути увагу на графік, який характеризує це явище, то можна побачити зовсім інший період. І це період здійснення биттів. Причому цей період набагато більше, ніж аналогічна характеристика будь-якого з коливань, які складалися. Відповідно, з частотами все навпаки – суми коливань вона менше.
Принцип супергетеродинного приймача
Частоту биття обчислити досить просто. Вона дорівнює різниці частот коливань, які складалися. Причому із збільшенням різниці підвищується частота биттів. Звідси випливає, що при виборі відносно великої різниці доданків частот виходять високочастотні биття. Наприклад, є два коливання – 300 метрів (це 1 МГц) і 205 метрів (це 146 МГц). При складанні виявиться, що частота биття буде 460 кГц або 652 метра.

Детектування

Але в приймачах супергетеродинного типу обов'язково є детектор. Биття, які отримуються в результаті складання двох різних коливань, мають період. І він повністю відповідає проміжній частоті. Але це не гармонійні коливання проміжної частоти, щоб їх отримати, необхідно здійснити процедуру детектування. Зверніть увагу на те, що з модульованого сигналу детектор виділяє тільки коливання з модуляційної частотою. А ось у випадку з биттями всі трохи інакше – відбувається виділення коливань так званої різницевої частоти. Вона дорівнює різниці частот, які складаються. Такий спосіб перетворень іменується методом гетеродинирования або змішування.

Реалізація методу при роботі приймача

Припустимо, у контур радіоприймача приходять коливання від радіостанції. Щоб здійснити перетворення, необхідно створити кілька допоміжних високочастотних коливань. Далі підбирається частота гетеродина. При цьому різниця доданків частот повинна бути, наприклад, 460 кГц. Далі потрібно зробити додавання коливань і подати їх на лампу-детектор (або напівпровідник). При цьому виходять різницевої частоти коливання (значення 460 кГц) в контурі, сполученому з анодної ланцюгом. Потрібно звернути увагу на те, що цей контур налаштовується на роботу при різницевій частоті.
Принцип супергетеродинного приймача
Використовуючи підсилювач високих частот, можна зробити перетворення сигналу. Амплітуда його істотно збільшується. Підсилювач, який використовується для цього, скорочено називають РЕЧНИКА (підсилювач проміжної частоти). Його можна зустріти в всіх приймачах супергетеродинного типу.

Практична схема на тріоді

Для того щоб зробити перетворення частоти, можна використовувати найпростішу схему на одній лампі-тріоді. Коливання, які приходять з антени, за допомогою котушки потрапляють на керуючу сітку лампи-детектора. Від гетеродина надходить окремий сигнал, він накладається поверх основного. В анодному ланцюзі детекторної лампи встановлюється коливальний контур – він налаштовується на різницеву частоту. При детектуванні виходять коливання, які посилюються в РЕЧНИКА. Але конструкції на радіолампах використовуються на сьогоднішній день дуже рідко – ці елементи застаріли, дістати їх проблематично. Але на них зручно розглядати всі фізичні процеси, які протікають в конструкції. нерідко застосовують в якості детектора гептоды, тріод-гептоды, пентоды. Схема на напівпровідниковому тріоді дуже схожа на ту, в якій використовується лампа. Напруга живлення менше і намотувальні дані котушок індуктивності.

ПЧ на гептодах

Гептод – це лампа з кількома сітками, катодами і анодами. По суті, це дві радіолампи, укладені в один скляний балон. Електронний потік цих ламп також загальний. У першій лампі відбувається збудження коливань – це дозволяє позбутися від використання окремого гетеродина. А ось у другій змішуються коливання, що надходять від антени, і гетеродинные. Виходять биття, з них відбувається виділення коливань з різницевої частотою.
Принцип супергетеродинного приймача
Зазвичай лампи поділяються на схемах пунктирною лінією. Дві нижні сітки з'єднуються з катодом за допомогою декількох елементів – виходить класична схема зі зворотним зв'язком. А ось керуюча сітка безпосередньо гетеродина з'єднується з коливальним контуром. При наявності зворотного зв'язку відбувається виникнення струму і коливань. Струм проникає через другу сітку і відбувається перенесення коливань у другу лампу. Всі сигнали, які надходять від антени, надходять на четверту сітку. Сітки № 3 і № 5 між собою з'єднані всередині цоколя і на них постійна напруга. Це своєрідні екрани, розташовані між двома лампами. У результаті виходить, що друга лампа є повністю екранованої. Налаштування супергетеродинного приймача, як правило, не потрібно. Головне - зробити налаштування смугових фільтрів.

Процеси, що протікають в схемі

Струм здійснює коливання, що створюються вони першою лампою. При цьому відбувається зміна всіх параметрів другий радіолампи. Саме в ній змішуються всі коливання – від антени і гетеродина. Відбувається генерація коливань з різницевої частотою. В ланцюг анода включається коливальний контур – він налаштовується саме на цю частоту. Далі відбувається виділення з струму анода коливань. І вже після цих процесів відбувається подача сигналу на вхід РЕЧНИКА.
Принцип супергетеродинного приймача
За допомогою спеціальних перетворювальних ламп відбувається суттєве спрощення конструкції супергетеродина. Кількість ламп зменшується, усувається кілька труднощів, які можуть виникнути при роботі схеми з використанням окремого гетеродина. Все розглянуте вище, відноситься до перетворень немодулированного коливання (без мови і музики). Так набагато простіше розглядати принцип роботи пристрою.

Модульовані сигнали

У тому випадку, коли відбувається перетворення модульованого коливання, все робиться трохи інакше. У коливань гетеродина постійна амплітуда. Коливання ПЧ і биття промодулірованний, так само як і в несучої. Для перетворення модульованого сигналу в звук необхідно зробити ще одне детектування. Саме з цієї причини в супергетеродинних КВ приймачах після здійснення посилення відбувається подача сигналу на другий детектор. І тільки після нього сигнал модуляції подається на головний телефон або вхід УНЧ (підсилювача низької частоти). У конструкції РЕЧНИКА присутній один або два каскаду резонансного типу. Як правило, застосовуються налаштовані трансформатори. Причому проводиться настройка відразу двох обмоток, а не однієї. Завдяки цьому можна досягти більш вигідною форми кривої резонансу. Підвищується чутливість і вибірковість приймального пристрою. Ці трансформатори, у яких обмотки налаштовані, називаються смуговими фільтрами. Вони налаштовуються за допомогою регульованого сердечника або підлаштування конденсатора. Вони налаштовуються один раз і в процесі експлуатації приймача їх чіпати не потрібно.

Частота гетеродина

А тепер давайте розглянемо простий супергетеродинний приймач на лампі або транзисторі. Можна змінити частоти гетеродина в необхідному діапазоні. І її потрібно підбирати таким чином, щоб з будь-якими по частоті коливаннями, які приходять з антени, виходило однакове значення проміжної частоти. Коли здійснюється настроювання супергетеродина, відбувається припасування частоти підсилюваного коливання під конкретний резонансний підсилювач. Виходить явна перевага – немає необхідності налаштовувати велика кількість междуламповых коливальних контурів. Досить налаштувати гетеродинний контур і вхідний. Відбувається істотне спрощення налаштування.

Проміжна частота

Для отримання фіксованого ПЧ при роботі на будь-якій частоті, яка знаходиться в робочому діапазоні приймача, необхідно зрушувати коливання гетеродина. Як правило, в супергетеродинних радіоприймачах використовується ПЧ, рівна 460 кГц. Набагато рідше використовується 110 кГц. Ця частота показує, яке значення відрізняються діапазони гетеродина і вхідного контуру.
Принцип супергетеродинного приймача
За допомогою резонансного посилення відбувається збільшення чутливості та вибірковості пристрою. І завдяки використанню перетворення приходить коливання вдається поліпшити показник вибірковості. Дуже часто дві радіостанції, що працюють відносно близько (по частоті), заважають один одному. Такі властивості потрібно враховувати, якщо плануєте зібрати саморобний супергетеродинний приймач.

Як відбувається прийом станцій

Тепер можна розглянути конкретний приклад, щоб зрозуміти принцип роботи супергетеродинного приймача. Припустимо, використовується ПЧ, рівна 460 кГц. А станція працює на частоті 1 МГц (1000 кГц). І їй заважає слабка станція, яка мовить на частоті 1010 кГц. Різниця частот у них 1 %. Для того щоб домогтися ПЧ, що дорівнює 460 кГц, необхідно провести настроювання гетеродина на 146 МГц. В цьому випадку заважає радіостанція видасть ПЧ, рівну всього 450 кГц.
Принцип супергетеродинного приймача
І ось тепер можна побачити, що сигнали двох станцій розрізняються більш ніж на 2 %. Два сигналу розбіглися, це сталося з допомогою застосування перетворювачів частоти. Прийом основної станції спростився, покращилася вибірковість радіоприймача. Тепер ви знаєте всі принципи супергетеродинних приймачів. У сучасних радіоприймачах все набагато простіше - потрібно використовувати для побудови всього одну мікросхему. І в ній на кристалі напівпровідника зібрано декілька пристроїв - детектори, гетеродины, підсилювачі ВЧ, НЧ, ПЧ. Залишається тільки додати коливальний контур і кілька конденсаторів, резисторів. І повноцінний приймач зібраний.