Основные определения и понятия

В данной структурной  схеме  можно выделить основные тракты радиоприемника: принимаемой и низкой частот. Приемник прямого усиления имеет существенно лучшие, чем детекторный приемник, качественные показатели. К его достоинствам можно отнести высокую стабильность частоты настройки и отсутствие в схеме каких-либо генераторов.

Недостатки приемника  прямого усиления:

·  недостаточно высокая и неравномерная по диапазону частотная

избирательность;

·  неравномерность чувствительности по диапазону.

Рис. 1.6. Структурная схема приемника прямого усиления

 

В качестве УВЧ обычно используются селективные усилители. Они должны перестраиваться по диапазону  согласованно с входным устройством  ВхУ. Для упрощения схемы могут  использоваться апериодические усилители. Принципиальная схема простого приемника прямого усиления приведена на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Принципиальная схема приемника  прямого усиления

 

В схеме использована магнитная антенна. Радиосигнал  выделяется в контуре входной  цепи  C1  L1  и поступает на апериодический усилитель на транзисторах  VT1,  VT2  и VT3. Далее звуковой сигнал выделяется амплитудным детектором на диоде VD1  и усиливается усилителем низких частот, собранном на транзисторах VT4, VT5.

Приемник прямого усиления не всегда может обеспечить необходимую  частотную избирательность. Действительно, определим полосу пропускания П приемника прямого усиления на уровне 0,707, если его входная цепь состоит из одиночного колебательного контура, добротность которого QK = 60. Приемник настроен на частоту  540 кГц, что соответствует нижней границе средневолнового диапазона. Приняв УРЧ апериодическим, находим П  = 540  /  60 = 9 кГц. Поскольку несущая частота соседней станции в рассматриваемом диапазоне отстоит на расстоянии 9 кГц, то в первом приближении можно считать, что такой приемник может выделить нужную станцию. Однако, если приемник настраивается на частоту 1600 кГц, соответствующую верхней границе средневолнового диапазона, то здесь при тех же параметрах контура получим полосу пропускания П = 26,6 кГц.

Приемник принимает программы не одной, а одновременно как минимум трех вещательных станций  (рис. 1.8).  Очевидно, что на более высоких частотах полоса пропускания приемника будет столь широка, что из-за действия помех прием станет невозможным.

Рис. 1.8. Избирательность приемника прямого усиления

 

Для получения высокой  чувствительности приемника усилитель  радиочастоты должен обеспечивать высокое  усиление. Для получения большого усиления при небольшом числе  каскадов используют положительные обратные связи.

В  приемниках  регенеративного типа  усиленные высокочастотные колебания из выходной цепи усилителя радиочастоты подаются к цепям входа в фазе с колебаниями, поступающими из антенны. Положительная обратная связь увеличивает добротность колебательного контура входной цепи, что позволяет получить более  высокую избирательность приемника и более высокую чувствительность.  В принципиальной схеме на рис. 1.7 первый каскад охвачен положительной обратной связью и является регенератором. Однако такие приемники нестабильны в работе.

В приемниках суперрегенеративного типа используется обратная связь, периодически изменяемая с ультразвуковой частотой таким образом, что в части  периода она положительна, а в  другой части периода  – отрицательна. Этим достигается большая устойчивость и стабильность работы каскада. Однако такие приемники имеют недостаточную частотную избирательность и дают  значительные  искажения сигналов. Кроме того, как и приемники регенеративного типа, они дают заметное собственное излучение в антенну.

 

Структурная схема приемника супергетеродинного типа.

 

Приемник, в котором  частота сигнала  до детектора  преобразуется в некоторую постоянную, обычно достаточно низкую частоту, называют приемником  супергетеродинного  типа. Частота, в которую преобразуются  сигналы, называется промежуточной частотой.

Закон изменения модулирующего  параметра сигнала в преобразователе  частоты не изменяется. Назначение преобразователя частоты состоит  в переносе (преобразовании) высокой  радиочастоты принимаемого сигнала  на промежуточную частоту без изменения закона модуляции. Функциональная схема преобразователя частоты и диаграммы напряжения на его входе и выходе приведены на рис. 1.9.

 

Рис. 1.9. Функциональная схема преобразователя  частоты

 

Преобразователь частоты  состоит из нелинейного элемента (смесителя) и местного генератора частоты  fгет  (гетеродина). На вход смесителя преобразователя частоты поступает напряжение с частотой сигнала fc и гармоническое напряжение от гетеродина с частотой fгет.

Из курса теории цепей  известно, что ток нелинейного элемента преобразователя частоты содержит ряд гармоник с частотами: где п, т = 0; ±1; ±2; ... − целые положительные и отрицательные числа. Избирательная система, включенная в нагрузке преобразователя, выделяет одну полезную компоненту, называемую промежуточной частотой.

Для образования  промежуточной  частоты  обычно используется разностное

преобразование вида  fп = fc  - fг или  fп =  fг  - fс . Если  fг > fc, говорят о верхней  настройке гетеродина, если наоборот – то о нижней.

Первые супергетеродины не представляли видимого преимущества по сравнению с приемником прямого усиления, главным образом из-за плохого качества ламп. Поэтому после его изобретения усилия ученых направлялись на совершенствование приемника прямого усиления,  в частности, за счет использования в некоторых каскадах усиления регенерации (регенеративные приемники). Окончательный перелом в сторону супергетеродина произошел в связи с появлением качественных ламп (пентодов) и быстрым освоением декаметрового диапазона волн, где преимущества супергетеродина очевидны.

Структурная схема супергетеродина  представлена на рис. 1 .10. 

Рис. 1.10. Структурная схема супергетеродинного приемника

 

Схема содержит:

·  тракт принимаемой (высокой) частоты;

·  тракт промежуточной частоты;

·  тракт низкой частоты.

Тракт принимаемой (высокой) частоты содержит входное устройство и несколько резонансных усилителей высокой частоты (1 – 3 каскада). Входное  устройство также содержит 1  –  2 контура. Все резонансные системы  настраиваются на частоту принимаемого сигнала.

Тракт промежуточной  частоты  –  часть схемы приемника  от входа смесителя до входа детектора. В этом тракте реализуются основная избирательность приенмика по соседним каналам приема и усиление, необходимое  для работы детектора.

Тракт низкой частоты  –  часть схемы от выхода детектора  до выхода приемника (до входа оконечного устройства). Детектор обеспечивает извлечение информации из принимаемого сигнала, преобразуя его в низкочастотное колебание. Тракт низкой частоты – необходимое усиление и дополнительнуюд обработку по низкой частоте.

Чтобы промежуточная  частота оставалась постоянной при  перестройке приемника, необходимо, чтобы  резонансная  частота  преселектора  и частота гетеродина изменялись сопряженно, отличаясь друг от друга на значение  fп. Обеспечение постоянной разности  частоты настройки преселектора и частоты гетеродина  в диапазоне рабочих частот называется сопряжением настройки.  Как и в преобразователе, закон изменения модулирующего параметра сигнала в УПЧ не меняется. Поэтому часть супергетеродинного радиоприемника от входа до детектора называют линейной  относительно модулирующего напряжения высокочастотного сигнала.

При такой схеме недостатки, присущие приемнику прямого усиления, в значительной мере устраняются. Постоянство промежуточной частоты    и возможность выбора ее низкого значения обусловливают достоинства супергетеродина:

·  более высокая и постоянная в диапазоне рабочих частот избирательность.  В тракте промежуточной частоты на постоянной промежуточной частоте можно  использовать сложные избирательные системы (фильтры сосредоточенной селекции (ФСС), кварцевые, электронно-механические и т. д.). С помощью таких фильтров можно получить достаточно узкие и неизменные полосы пропускания;

·  более высокая и постоянная (равномерная) в диапазоне рабочих частот чувствительность приемника,  так как основное усиление также обеспечивается в тракте промежуточной частоты усилителями с низкой и фиксированной частотой настройки;

·  небольшие нелинейные искажения при детектировании, так как обеспечивается достаточное усиление и работа  детектора  в линейном режиме.

Однако такая схема  приемника имеет и существенные  недостатки по

сравнению с приемником прямого усиления, а именно:

·  нестабильность настройки. Вследствие  нестабильности частоты гетеродина стабильность настройки приемника может быть ниже, чем в приемнике прямого усиления. Отклонение частоты гетеродина от его номинального значения приводит к отклонению фактического значения промежуточной частоты сигнала от номинальной, т.е. от частоты настройки фильтров в тракте промежуточной частоты;

·  возможность излучения колебаний гетеродина в антенну;

·  сравнительная сложность сопряженной перестройки каскадов преселектора и гетеродина  по диапазону.  Вызывается тем, что коэффициент перекрытия входного устройства преселектора отличается от коэффициента перекрытия контура гетеродина; 

·  относительная сложность схемы;

·  наличие побочных каналов приема. 

Приемник супергетеродинного типа помимо основного канала имеет  побочные  каналы  приема. Побочными каналами приема называются полосы

частот, находящиеся за пределами канала, на который настроен радиоприемник, но сигналы которых  могут проходить на выход радиоприемника. Наибольшую опасность представляют зеркальный  канал и  канал  прямого  прохождения промежуточной частоты. Зеркальным  называется побочный канал приема радиосигналов, отличающийся по частоте от частоты настройки радиоприемника на удвоенное значение промежуточной частоты.

Рис. 1.11. Зеркальный канал радиоприема

 

Подавить зеркальный канал можно только в преселекторе. Отметим два очевидных способа  повышения избирательности по зеркальному  каналу. Повышение избирательных  свойств преселектора возможно, во-первых, путем увеличения числа контуров и их добротности и, во-вторых, увеличением значения промежуточной частоты, что позволяет  отодвинуть частоту зеркального канала.

Источником помех в  радиоприемнике является также  канал  прямого прохождения  —  побочный канал приема, включающий в себя промежуточную частоту. Помеха на частоте, равной промежуточной, может проходить через смеситель как через обычный усилитель. УПЧ усиливает помеху канала прямого прохождения так же, как и сигнал. Мешающее действие помехи канала прямого прохождения, как и зеркального канала, может быть ослаблено только в преселекторе.

В супергетеродинном  приемнике существуют также побочные каналы приема, связанные с преобразованием  на гармониках гетеродина.  Вокруг этих гармоник могут располагаться помехи с частотами, отличающимися от них на промежуточную частоту.

Высокие требования к  избирательности одновременно по соседнему  и зеркальному каналам не всегда могут быть достигнуты в супергетеродинном  приемнике с одним преобразованием  частоты. В этом случае в радиоприемном  устройстве применяют двойное преобразование частоты  (рис. 1. 12).

Рис. 1.12. Структурная схема супергетеродинного приемника с двойным преобразованием частоты

 

Первую промежуточную  частоту выбирают значительно выше второй. При  этом частота первого  зеркального канала имеет высокое значение и эффективно подавляется в преселекторе. Напряжение с частотой второго зеркального канала опасно лишь в том случае, если оно попадает на вход второго преобразователя. Помехи этой частоты должны быть подавлены до второго смесителя. Практически это происходит в первом УПЧ.  В профессиональных приемниках коротковолнового диапазона первую промежуточную частоту иногда выбирают значительно выше частоты сигнала. Такие приемники называют  инфрадинными.  В инфрадинном приемнике эффективно разрешается противоречие между требованиями к высокой избирательности по зеркальному и соседнему каналам. При высоких значениях частоты гетеродина на качество радиоприема может оказывать влияние его нестабильность. Здесь особенно важно значение  стабильности частоты  первого гетеродина. Уменьшить влияние нестабильности частоты первого гетеродина можно путем  его выполнения в виде  синтезатора  частоты  с заданным шагом перестройки, представляющего устройство для формирования гармонических колебаний с заданными частотами из колебаний одного или нескольких высокостабильных опорных генераторов.

К недостаткам многократного  преобразования частоты относятся  большое число побочных каналов  приема и сложность схемы приемника.