Принципи роботи супергетеродинного приймача

У схемах приймачів прямого посилення застосовується тільки один тип перетворювача коливань # 151; детектор, що виділяє з модульованих коливань високої частоти коливання низької частоти. В соответствии с этим в таких приемниках осуществляется усиление колебаний высокой частоты (частоты принимаемой станции) и усиление колебаний низкой (звуковой) частоты.

Але можливість посилення коливань високої частоти обмежена порівняно невеликими межами (через небезпеку виникнення паразитних коливань), особливо якщо частота лежить в короткохвильової частини радіомовного діапазону, а тим більше в області коротких хвиль.

# 151; резонансний. Але необхідність перебудови всіх контурів при переході від однієї станції до іншої дуже ускладнює конструкцію підсилювача і поводження з ним Обидві ці труднощі можуть бути усунені одним і тим же методом # 151; преобразованием принимаемых колебаний любой частоты в колебания одной и той же фиксированной частоты. Ця частота вибирається зниженою, щоб можна було отримати досить велике посилення, і на неї налаштовується резонансний підсилювач.

Такий метод застосований в супергетеродин-них приймачах. Фіксована частота, яка виходить в супергетеродині, називається зазвичай проміжною частотою.

Спосіб, який застосовується для перетворення коливань будь-якої приймається частоти в коливання однієї проміжної частоти, полягає в наступному.

Якщо взяти два коливання різної частоти і скласти їх, то в результаті виходять складні коливання, так звані биття. Графічно етоі процес складання коливань зображений на рис. 1. Криві А і Б відповідають двом гармонійним коливань різної частоти, а крива В зображує биття, отримані в результаті складання цих двох коливань: А і Б.

У кривої В легко помітити новий період, а саме період биття, який на малюнку відзначений літерами Т. Відразу видно, що період цих биття більше, ніж період кожного з доданків коливань, і, отже, частота биття менше, ніж частота кожного з доданків коливань .

Мал. 1. При складанні двох коливань з різними частотами амплітуда результуючого коливання періодично змінюється.

Частота биений равна разности частот двух слагаемых колебаний. Чим більше різниця між цими частотами, тим більше частота биття; тому, вибравши досить велику різницю між складовими частотами, ми можемо отримати биття високої частоти.

Так, якщо ми візьмемо складові коливання з частотами 1 000 кГц (хвиля 300 м) і 1460 кГц (хвиля 205 м), то биття, отримані в результаті складання цих коливань, матимуть частоту 460 кГц 1460 # 151; 1000 = 460), що відповідає хвилі 652 м.

Однак хоча отримані биття і мають уже період, відповідний проміжній частоті, вони не являють собою гармонійних коливань проміжної частоти. Чтобы получить эти колебания, нужно биения продетектировать. Так само. як з модульованих коливань при детектуванні виділяються коливання з частотою модуляції, з биття при детектуванні виділяються коливання різницевої частоти (рівній різниці двох доданків частот). Цей метод перетворення частоти називають шляхом змішування або методом гетеродінірованія.

Як же здійснити цей метод при прийомі радіостанцій?

Нехай крива А (рис. 1) зображує коливання, що приходять в контур приймача від передавальної станції. Створимо в нашому приймальнику допоміжні коливання високої частоти (крива Б на рис. 1) за допомогою спеціального гетеродина і підберемо частоту гетеродина так, щоб різниця частот коливань А і Б становила, наприклад, 460 кГц. Складемо отримані коливання і пропустимо їх через детекторні лампу. Тоді в контурі, включеному в анодний ланцюг лампи і налаштованому на разностную частоту, ми отримаємо коливання цієї різницевої частоти 460 кГц.

Отримані коливання проміжної частоти можна підсилити за допомогою підсилювача високої частоти, який в цьому випадку називається підсилювачем проміжної частоти.

Для здійснення процесу перетворення частоти може служити схема, зображена на рис 2 Надходять коливання улавліваютя приймальні антеною і через котушку L1 потрапляють на сітку детекторной лампи. Але попередньо в котушці Lc на них накладаються допоміжні коливання від котушки гетеродина Lr Контур L2 C2 в анодному ланцюзі детекторной лампи налаштований на разностную частоту. Отримані в результаті детектування коливання різницевої частоти направляються з цього контуру для подальшого посилення в підсилювач проміжної частоти.

Мал. 2. Спрощена схема перетворювача частоти супергетеродина.

Розглянута спрощена схема перетворювача частоти супергетеродина зараз рідко застосовується на практиці. В сучасних супергетеродині збудження допоміжних коливань і детектування биття зазвичай виконує одна і та ж многосеточние лампа, яка називається перетворювачем. В якості перетворювача застосовують пентод, гептод і тріод-гептод.

Схема перетворювача частоти з гептода приведена на рис. 3. гептода в цій схемі змішувача являє собою як би дві окремі лампи, поміщені в один балон і пов'язані спільним електронним потоком. Перша з цих ламп служить для збудження коливань і замінює окремий гетеродин. У другій лампі змішуються приходять коливання з коливаннями гетеродина і з отриманих биття виділяються коливання різницевої частоти. Для наочності ці дві «окремі лампи» розділені на схемі пунктиром.

Перші дві сітки, рахуючи від катода, служать власне сіткою і «анодом» гетеродина і включаються як звичайний тріод в схему зі зворотним зв'язком. Сітка, яка відіграє роль керуючої сітки гетеродина, приєднана до коливального контуру гетеродина L2 C2. Друга сітка ( «анод» гетеродина) приєднана до котушки зворотного зв'язку L3. Завдяки наявності зворотного зв'язку в лампі виникають коливання і електричний струм, здатний проникати через другу сітку, переносить ці коливання в область «другої лампи».

Які надходять сигнали підводяться до четвертої сітці.

Третя і п'ята сітки лампи з'єднані і знаходяться під постійним позитивним напругою. Вони грають роль екранів між «першою і другою лампами», з одного боку, а також між керуючою сіткою і анодом «другої лампи» # 151; з іншого. Таким чином, «друга лампа» працює, як екранована лампа.

Мал. 3. Схема перетворювача частоти з гептода.

Коливання електричного струму, створені «першої лампою», змінюють параметри «другої лампи» і в ній відбуваються змішання приходять коливань з коливаннями гетеродина і освіту коливань різницевої частоти. Контур в ланцюзі анода, налаштований на цю частоту, виділяє з анодного струму коливання різницевої частоти. Далі ці коливання подаються на вхід підсилювача проміжної частоти.

Застосування спеціальної перетворювальної лампи не тільки спрощує конструкцію супергетеродина тим, що скорочує число ламп, але і усуває ряд труднощів, які виникають при роботі схем з окремим гетеродином.

Підсилювач проміжної частоти містить один, а іноді і два каскади резонансного посилення, зазвичай на налаштованих трансформаторах. Как правило, настраивается не одна, а обе обмотки трансформаторов, чем достигается более выгодная в отношении избирательности форма резонансных кривых. Такі трансформатори з обома налаштованими обмотками отримали назву смугових фільтрів.

Всі фільтри за допомогою «напівзмінний» конденсаторів або магнетитових сердечників раз назавжди налаштовуються на проміжну частоту, щоб весь підсилювач проміжної частоти давав достатню посилення і можливо більшу вибірковість.

Частота коливань гетеродина може змінюватися в потрібних межах, і всякий раз вона підбирається так, щоб разом з приходять коливаннями виходила одна і та ж фіксована проміжна частота. Таким чином, під час налаштування супергетеродина частота підсилюються коливань «підганяється» під постійне настроювання резонансного підсилювача проміжної частоти. У цьому полягає одна з найважливіших переваг супергетеродина, так як замість налаштування багатьох міжламповий контурів доводиться налаштовувати тільки контур гетеродина і вхідний контур приймача, т. Е. Настройка дуже спрощується.

Проміжна частота вибирається зазвичай близько 460 кГц, рідше 110 кГц, і на цю величину діапазон гетеродина повинен відрізнятися від діапазону вхідного контуру приймача.

Резонансне посилення проміжної частоти саме по собі забезпечує більшу чутливість і вибірковість супергетеродина, а перетворення частоти приходять коливань ще більше підвищує його вибірковість, тому що близько лежать хвилі прийнятої і що заважає станцій після перетворення частоти «розсуваються». Пояснимо на прикладі, як це відбувається.

Нехай проміжна частота дорівнює 460 кГц, частота прийнятої станції 1 000 кГц, а частота станції, що заважає 1010 кГц, т. Е. Приймається і заважає станції розрізняються по частоті на 1%.

Щоб отримати в даному випадку проміжну частоту 460 кГц, потрібно налаштувати гетеродин на частоту 1 460 кГц. Тогда мешающая станция даст колебания промежуточной частоты 450 кгц, так как 1460#151;1010 = 450.

Тепер сигнали станції, що заважає відрізняються по частоті від сигналів прийнятої станції вже більше ніж на 2%. Завдяки перетворенню частоти хвилі прийнятої і що заважає станцій «розійшлися», відносна розладі збільшилася і відбудова від станції, що заважає полегшилася.

Однак, підвищуючи загальну вибірковість приймача, перетворення частоти відкриває можливість проникнення сигналів станції, що заважає, якщо ця станція працює на деякій «небезпечною» частоті.

Справа в тому, що одна і та ж проміжна частота виходить, якщо частота приходять сигналів на потрібну величину більше або менше частоти гетеродина. Пояснимо це на тому ж числовому прикладі, який розглянуто вище.

Якщо гетеродин налаштований на частоту 1 460 кГц, а проміжна частота дорівнює 460 кГц, то коливання потрібної проміжної частоти виходять як від станції, що працює на частоті 1 000 кГц, так і від станції, що працює на частоті 1920 кГц. В обох випадках різниця частот становить 460 кГц.

Однак при прийомі станції, що працює на частоті 1 000 кГц, на цю ж частоту налаштовується вхідний контур 'приймача і тому сигнали станції, що заважає, що працює на частоті 1 920 кГц, будуть значно слабкіше сигналів прийнятої станції. Але вибірковості вхідного контуру недостатньо для того, щоб повністю перекрити шлях сигналам станції, що заважає до сітки першого детектора. А після перетворення заважає станція дасть ту ж проміжну частоту, що і приймається, і далі сигнали її будуть також посилюватися. Словом, супергетеродин, володіючи взагалі великої вибірковістю, по відношенню до цієї так званої дзеркальної заваді має низьку чутливість.

Щоб усунути небезпеку дзеркальної перешкоди, потрібно підвищити вибірковість приймача ще до перетворення частоти. З цією метою в супергетеродині застосовується зазвичай каскад попереднього посилення високої частоти.

Таким чином, типова структурна схема супергетеродина має вигляд, ізображеннним на рис. 4. При цьому, як зазначалося вище, в сучасних супергетеродині зазвичай змішувач і допоміжний гетеродин об'єднані в один преосвітній каскад.

У супергетеродині без попереднього посилення високої частоти при налаштуванні на станцію необхідно налаштовувати два контури (вхідний і гетеродинний). У схемі ж з попередніми посиленням число налаштовують контурів збільшується до трьох, так як додається настройка контуру резонансного підсилювача високої частоти. Щоб можна було здійснювати настройку однією ручкою, застосовують здвоєні і строєні конденсатори змінної ємності.

Завдяки тому що навіть при наявності попереднього посилення в супергетеродині є всього лише три контури зі змінною налаштуванням, спрощується завдання перекриття широкого діапазону хвиль.

Мал. 4. Розгорнута структурна схема супергетеродина.

Супергетеродин легко зробити «всеволновая», тобто перекрити не тільки весь радіомовний діапазон середніх хвиль, а й ту частину короткохвильового діапазону, яка відведена для радіомовних станцій.

Всі зазначені переваги супергетеродина перед приймачами без перетворення частоти # 151; приймачами прямого посилення # 151; призвели до того, що всі сучасні високоякісні лампові приймачі робляться по супергетеродинной схемою.

Загальне посилення, яке може дати хороший супергетеродинний приймач, величезна. При напрузі на вході в кілька мікровольт супергетеродін дає на виході напругу, достатню для роботи гучномовця, т. Е. Кілька вольт. Таким чином, які надходять сигнали посилюються в супергетеродині в кілька мільйонів разів !.

Джерело: Бурлянд В.А. Жеребцов І.П. Хрестоматія радіоаматора. 1963 р