Супергетеродинный приемник – Супергетеродинный радиоприёмник — Википедия

Супергетеродинный радиоприёмник — Википедия

Супергетеродинный радиоприёмник (супергетеродин) — один из типов радиоприёмников, основанный на принципе преобразования принимаемого сигнала в сигнал фиксированной промежуточной частоты (ПЧ) с последующим её усилением. Основное преимущество супергетеродина перед радиоприёмником прямого усиления в том, что наиболее критичные для качества приёма части приёмного тракта (узкополосный фильтр, усилитель ПЧ и демодулятор) не должны перестраиваться по частоте, что позволяет выполнить их со значительно лучшими характеристиками.

Супергетеродинный приёмник изобрели почти одновременно немец Вальтер Шоттки и американец Эдвин Армстронг в 1918 году, основываясь на идее француза Л. Леви[fr].

Упрощённая структурная схема супергетеродина с однократным преобразованием частоты показана на рисунке. Радиосигнал из антенны подаётся на вход усилителя высокой частоты (в упрощённом варианте он может и отсутствовать), а затем на вход смесителя — специального элемента с двумя входами и одним выходом, осуществляющего операцию преобразования сигнала по частоте. На второй вход смесителя подаётся сигнал с локального маломощного генератора высокой частоты — гетеродина. Колебательный контур гетеродина перестраивается одновременно с входным контуром смесителя (и контурами усилителя ВЧ) — обычно конденсатором переменной ёмкости (КПЕ), реже катушкой переменной индуктивности (вариометром, ферровариометром). Таким образом, на выходе смесителя образуются сигналы с частотой, равной сумме и разности частот гетеродина и принимаемой радиостанции. Разностный сигнал постоянной промежуточной частоты (ПЧ) выделяется с помощью полосового фильтра и усиливается в усилителе ПЧ, после чего поступает на демодулятор, восстанавливающий сигнал низкой (звуковой) частоты.

В современных приёмниках в качестве гетеродина используется цифровой синтезатор частот с кварцевой стабилизацией.

В обычных вещательных приёмниках длинных, средних и коротких волн промежуточная частота, как правило, равна 465 или 455 кГц, в бытовых ультракоротковолновых — 6,5 или 10,7 МГц. В телевизорах используется промежуточная частота 38 МГц.

В связных и высококлассных вещательных приёмниках применяют двойное (редко — тройное) преобразование частоты. О преимуществах такого решения и критериях выбора первой и второй ПЧ сказано ниже.

  • Высокая чувствительность. Супергетеродин позволяет получить большее усиление по сравнению с приёмником прямого усиления. В супергетеродинах основное усиление осуществляется на промежуточной частоте, которая, как правило, ниже частоты приёма; чем ниже частота сигнала, тем проще построить для него устойчивый усилитель с большим коэффициентом усиления.
  • Высокая избирательность, обусловленная фильтрацией сигнала в канале ПЧ. Фильтр ПЧ можно изготовить со значительно более высокими параметрами, так как его не нужно перестраивать по частоте. Например, широко используют кварцевые, пьезокерамические и электромеханические фильтры сосредоточенной селекции, а также фильтры на поверхностных акустических волнах. Они позволяют получить сколь угодно узкую полосу пропускания с очень большим подавлением сигналов за её пределами.
  • Возможность принимать сигналы с модуляцией любого вида, в том числе с амплитудной манипуляцией (радиотелеграф) и однополосной модуляцией.

Наиболее значительным недостатком является наличие так называемого зеркального канала приёма — второй входной частоты, дающей такую же разность с частотой гетеродина, что и рабочая частота. Сигнал, передаваемый на этой частоте, может проходить через фильтры ПЧ вместе с рабочим сигналом.

Например, пусть приёмник с ПЧ 6,5 Мгц настроен на радиостанцию, передающую на частоте 70 МГц, и частота гетеродина равна 76,5 МГц. На выходе фильтра ПЧ будет выделяться сигнал с частотой 76,5 — 70 = 6,5 МГц. Однако, если на частоте 83 МГц работает другая мощная радиостанция, и её сигнал сможет просочиться на вход смесителя, то разностный сигнал с частотой 83 − 76,5 = 6,5 МГц не будет подавлен, попадёт в усилитель ПЧ и создаст помеху. Величина подавления такой помехи (избирательность по зеркальному каналу) зависит от эффективности входного фильтра и является одной из основных характеристик супергетеродина.

Помехи от зеркального канала уменьшают двумя путями. Во-первых, применяют более сложные и эффективные входные полосовые фильтры, состоящие из нескольких колебательных контуров. Это усложняет и удорожает конструкцию, так как входной фильтр нужно ещё и перестраивать по частоте, притом согласованно с перестройкой гетеродина. Во-вторых, промежуточную частоту выбирают достаточно высокой по сравнению с частотой приёма. В этом случае зеркальный канал приёма оказывается относительно далеко по частоте от основного, и входной фильтр приёмника может более эффективно его подавить. Иногда ПЧ даже делают намного выше частот приёма (так называемое «преобразование вверх»), и при этом ради упрощения приёмника вообще отказываются от входного полосового фильтра, заменяя его неперестраиваемым фильтром нижних частот. В высококачественных приёмниках часто применяют метод двойного (иногда и тройного) преобразования частоты, причём, если первую ПЧ выбирают высокой по описанным выше соображениям, то вторую делают низкой (сотни, иногда даже десятки килогерц

[1]), что позволяет более эффективно подавлять помехи от близких по частоте станций, то есть повысить избирательность приёмника по соседнему каналу. Подобные приёмники, несмотря на достаточно высокую сложность построения и наладки, широко применяются в профессиональной и любительской радиосвязи (см. Р-250, Трансивер UW3DI).

Кроме того, в супергетеродине возможен паразитный приём станций, работающих на промежуточной частоте[2]. Его предотвращают экранированием отдельных узлов и приёмника в целом, а также применением на входе фильтра-пробки, настроенного на промежуточную частоту.

Второй недостаток супергетеродина — паразитное излучение, которое может создавать помехи другим приёмным устройствам или демаскировать приёмник. Этот недостаток стал одной из причин одной из крупнейших авиакатастроф в истории человечества, когда в аэропорту Лос-Родеос на ВПП столкнулись два Боинга-747. Достаточно сильное паразитное излучение гетеродинов, работающих на самолётах радиостанций связи, создавало в эфире достаточно сильные комбинационные колебания (биения), которые, в свою очередь, проявлялись как свист в наушниках у пилотов и диспетчера, что затрудняло и без того сложную коммуникацию. После катастрофы электрическая схема радиостанций Боингов-747 была доработана с целью снижения паразитного излучения гетеродинов. По причине паразитного излучения гетеродина существует риск случайного или целенаправленного обнаружения работающего приёмника (вещательного, связного), что широко используется в военном деле (радиоэлектронной разведкой), спецслужбами при поиске агентуры, полицией для выявления радар-детекторов в странах, где их применение запрещено, а также для оценки популярности телевизионной или радиопередачи по суммарной мощности паразитного излучения приёмников в интересующем районе. Задача подавления паразитного излучения сводится к снижению мощности гетеродина (в 1940—1960 годах она достигала 300 мВт, в 1970-х годах с переходом на транзисторные схемы была снижена до 20—30 мВт, с переходом на интегральные микросхемы в 1980-х годах — снижена до единиц милливатт, а в современных цифровых тюнерах не превышает десятков микроватт), сокращению размеров и надёжному экранированию смесительно-гетеродинного узла и усилителя промежуточной частоты (что решается интегральным исполнением приёмника), применению широкополосных заградительных высокоселективных фильтров на антенном входе приёмника.

[источник не указан 362 дня]

В целом супергетеродин требует гораздо большей тщательности в проектировании и наладке, чем приёмник прямого усиления. Приходится применять довольно сложные меры, чтобы обеспечить стабильность частоты гетеродинов, так как от неё сильно зависит качество приёма. Сигнал гетеродина не должен просачиваться в антенну, чтобы приёмник сам не становился источником помех. Если в приёмнике больше одного гетеродина, существует опасность, что биения между какими-то из их гармоник окажутся в полосе звуковых частот и дадут помеху в виде свиста на выходе приёмника. С этим явлением борются, рационально выбирая частоты гетеродинов и тщательно экранируя узлы приёмника друг от друга.

Использовать в приёмнике вспомогательный генератор колебаний впервые предложил американец Фессенден в 1901 г. Он же создал термин «гетеродин». В приёмнике Фессендена гетеродин работал на частоте, очень близкой к частоте принимаемого сигнала, и возникающие при этом биения звуковой частоты позволяли принимать телеграфный сигнал (принцип, на котором работает приёмник прямого преобразования). Гетеродинные приёмники быстро усовершенствовались с изобретением в 1913 г. лампового генератора высокой частоты (до этого применялись электромашинные генераторы).

В 1917 г. французский инженер Л. Леви (англ.) запатентовал принцип супергетеродинного приёма. В его приёмнике частота сигнала преобразовывалась не непосредственно в звуковую, а в промежуточную, которая выделялась на колебательном контуре и уже после него поступала на детектор. В 1918 г. В. Шоттки дополнил схему Леви усилителем промежуточной частоты. Схема супергетеродина была выгодна в то время ещё и тем, что лампы того времени не обеспечивали нужного усиления на частотах выше нескольких сот килогерц. Сдвинув спектр сигнала в область более низких частот, можно было повысить чувствительность приёмника.

Независимо от Шоттки к аналогичной схеме пришел Э. Армстронг (его патент получен в декабре 1918 г, патентная заявка Шоттки сделана в июне). Армстронг впервые построил и испытал супергетеродин на практике. Он же указал на возможность многократного преобразования частоты.

В декабре 1921 г. английский радиолюбитель на супергетеродин с пятикаскадным УПЧ принял сигналы станций из США. С этого момента к супергетеродинам появляется практический интерес. Первые супергетеродины были громоздки, дороги и неэкономичны из-за большого числа ламп. Приём сопровождался интерференционными свистами, проникающий в антенну сигнал гетеродина создавал помехи другим приёмникам. Некоторое время стояла дилемма — что лучше: более простой и надёжный приёмник прямого усиления, или сложный, капризный, но высокочувствительный супергетеродин, который может работать с небольшой комнатной антенной? Супергетеродин даже на некоторое время сдал позиции на рынке, когда применение тетрода заметно улучшило характеристики приёмников прямого усиления.

[3] Но дальнейшее совершенствование ламп позволило сильно упростить и удешевить супергетеродинный приёмник: появились многосеточные лампы с большим усилением на высокой частоте, специализированные лампы для преобразователей частоты, служившие одновременно смесителем и гетеродином, а также комбинированные лампы, заключающие в одном баллоне два-три электронных прибора. Простой супергетеродин стало возможно построить на трёх-четырёх лампах, не считая выпрямителя [4][5]. Благодаря этому и другим усовершенствованиям с 1930-х годов супергетеродинная схема постепенно становится доминирующей для связных и радиовещательных приёмников. Кроме того, в 1930 г. истёк срок патента на принцип супергетеродинного приёма.

В России и СССР первым серийным супергетеродином был, по одним источникам, приёмник танковой радиостанции 71-ТК разработки 1932 г.[6] (завод № 203 в Москве), по другим — вещательный СГ-6 (не позже 1931 г., завод им. Козицкого в Ленинграде),[7], по третьим — радиоприёмник «Дозор», разработанный в конце 20-х годов в «Остехбюро» и переданный в серийное производство на тот же завод им. Козицкого.

[8] Первым бытовым супергетеродином, выпускавшимся в больших количествах, стал СВД 1936 года. Примерно с конца 1950-х бытовые радиовещательные и телевизионные приёмники в СССР строились почти исключительно по супергетеродинной схеме (кроме некоторых сувенирных приёмников, радиоконструкторов для начинающих и отдельных специальных приёмников).

  1. ↑ National NC-300
  2. ↑ Это в большей степени относится к возможному приёму помех на промежуточной частоте. Стандартные промежуточные частоты как правило не используются для вещания и связи.
  3. ↑ П. Н. К. Два метода приёма.//«Радиофронт», 1936, № 1, с. 51
  4. Лаборатория РФ. Супер на новых лампах.//«Радиофронт», 1936, № 1, с. 27
  5. Куксенко П. Н. Трёхламповые суперы.//«Радиофронт», 1936, № 1, с. 59
  6. ↑ Радиомузей РКК. Архивные и справочные материалы
  7. Нелепец В. С. СГ-6, фабричный супергетеродин.//«Радиофронт», 1931, № 11-12, с. 651—654
  8. ↑ ВНИИРТ. Страницы истории. — М.:"Оружие и технологии", 2006

ru.wikipedia.org

Супергетеродинный радиоприёмник - это... Что такое Супергетеродинный радиоприёмник?

Супергетеродинный радиоприёмник (супергетеродин) — один из типов радиоприёмников, основанный на принципе преобразования принимаемого сигнала в сигнал фиксированной промежуточной частоты (ПЧ) с последующим её усилением. Основное преимущество супергетеродина перед радиоприемником прямого усиления в том, что наиболее критичные для качества приема части приемного тракта (узкополосный фильтр, усилитель ПЧ и демодулятор) не должны перестраиваться под разные частоты, что позволяет выполнить их со значительно лучшими характеристиками.

Супергетеродинный приёмник изобрели почти одновременно немец Вальтер Шоттки и американец Эдвин Армстронг в 1918 году, основываясь на идее француза Л. Леви.

Устройство

Упрощённая структурная схема супергетеродина с однократным преобразованием частоты показана на рисунке. Радиосигнал из антенны подаётся на вход усилителя высокой частоты (в упрощённом варианте он может и отсутствовать), а затем на вход смесителя — специального элемента с двумя входами и одним выходом, осуществляющего операцию преобразования сигнала по частоте. На второй вход смесителя подаётся сигнал с локального маломощного генератора высокой частоты — гетеродина. Колебательный контур гетеродина перестраивается одновременно с входным контуром смесителя (и контурами усилителя ВЧ) — обычно конденсатором переменной ёмкости (КПЕ), реже катушкой переменной индуктивности (вариометром, ферровариометром). Таким образом, на выходе смесителя образуются сигналы с частотой, равной сумме и разности частот гетеродина и принимаемой радиостанции. Разностный сигнал постоянной промежуточной частоты (ПЧ) выделяется с помощью полосового фильтра и усиливается в усилителе ПЧ, после чего поступает на демодулятор, восстанавливающий сигнал низкой (звуковой) частоты.

В современных приёмниках в качестве гетеродина используется цифровой синтезатор частот с кварцевой стабилизацией.

В обычных вещательных приёмниках длинных, средних и коротких волн промежуточная частота, как правило, равна 465 или 455 кГц, в бытовых ультракоротковолновых — 6,5 или 10,7 МГц. В телевизорах используется промежуточная частота 38 МГц.

В связных и высококлассных вещательных приемниках применяют двойное (редко — тройное) преобразование частоты. О преимуществах такого решения и критериях выбора первой и второй ПЧ сказано ниже.

Преимущества

Недостатки

Наиболее значительным недостатком является наличие так называемого зеркального канала приёма — второй входной частоты, дающей такую же разность с частотой гетеродина, что и рабочая частота. Сигнал, передаваемый на этой частоте, может проходить через фильтры ПЧ вместе с рабочим сигналом.

Например, пусть приемник с ПЧ 6,5 Мгц настроен на радиостанцию, передающую на частоте 70 МГц и частота гетеродина равна 76,5 МГц. На выходе фильтра ПЧ будет выделяться сигнал с частотой 76,5 - 70 = 6,5 МГц. Однако, если на частоте 83 МГц работает другая мощная радиостанция, и её сигнал сможет просочиться на вход смесителя, то разностный сигнал с частотой также 83 − 76,5 = 6,5 МГц не будет подавлен и создаст помеху. Величина подавления такой помехи (избирательность по зеркальному каналу) зависит от эффективности входного фильтра и является одной из основных характеристик супергетеродина.

Помехи от зеркального канала уменьшают двумя путями. Во-первых, применяют более сложные и эффективные входные полосовые фильтры, состоящие из нескольких колебательных контуров. Это усложняет и удорожает конструкцию, так как входной фильтр нужно еще и перестраивать по частоте. Во-вторых, промежуточную частоту выбирают достаточно высокой по сравнению с частотой приема. В этом случае зеркальный канал приема оказывается относительно далеко по частоте от основного, и входной фильтр приемника может более эффективно его подавить. Иногда ПЧ даже делают намного выше частот приёма (так называемое «преобразование вверх»), и при этом ради упрощения приемника вообще отказываются от входного полосового фильтра, заменяя его неперестраиваемым фильтром низких частот. В высококачественных приемниках часто применяют метод двойного (иногда и тройного) преобразования частоты, причем, если первую ПЧ выбирают высокой по описанным выше соображениям, то вторую делают низкой (сотни, иногда даже десятки килогерц[1]), что позволяет более эффективно подавлять помехи от близких по частоте станций, то есть повысить избирательность приемника по соседнему каналу. Подобные приёмники, несмотря на достаточно высокую сложность построения и наладки, широко применяются в профессиональной и любительской радиосвязи (см. Р-250 (радиоприёмник), Трансивер UW3DI).

Кроме того, в супергетеродине возможен паразитный прием станций, работающих на промежуточной частоте. Его предотвращают экранированием отдельных узлов и приемника в целом.

В целом супергетеродин требует гораздо большей тщательности в проектировании и наладке, чем приемник прямого усиления. Приходится применять довольно сложные меры, чтобы обеспечить стабильность частоты гетеродинов, так как от нее сильно зависит качество приема. Сигнал гетеродина не должен просачиваться в антенну, чтобы приемник сам не становился источником помех. Если в приемнике больше одного гетеродина, существует опасность, что биения между какими-то из их гармоник окажутся в полосе звуковых частот и дадут помеху в виде свиста на выходе приемника. С этим явлением борются, рационально выбирая частоты гетеродинов и тщательно экранируя узлы приемника друг от друга.

История

Использовать в приемнике вспомогательный генератор колебаний впервые предложил американец Феденссен в 1901 г. Он же создал термин «гетеродин». В приемнике Феденссена гетеродин работал на частоте, очень близкой к частоте принимаемого сигнала, и возникающие при этом биения звуковой частоты позволяли принимать телеграфный сигнал (принцип, на котором работает приемник прямого преобразования). Гетеродинные приемники быстро усовершенствовались с изобретением в 1913 г. лампового генератора высокой частоты (до этого применялись электромашинные генераторы).

В 1917 г. французский инженер Л. Леви запатентовал принцип супергетеродинного приема. В его приемнике частота сигнала пребразовывалась не непосредственно в звуковую, а в промежуточную, которая выделялась на колебательном контуре и уже после него поступала на детектор. В 1918 г. В. Шоттки дополнил схему Леви усилителем промежуточной частоты. Схема супергетеродина была выгодна в то время еще и тем, что тогдашние лампы не обеспечивали нужного усиления на частотах выше нескольких сот килогерц. Сдвинув спектр сигнала в область более низких частот, можно было повысить чувствительность приемника. Независимо от Шоттки к аналогичной схеме пришел Э. Армстронг (его патент получен в декабре 1918 г, патентная заявка Шоттки сделана в июне). Армстронг впервые построил и испытал супергетеродин на практике. Он же указал на возможность многократного преобразования частоты.

В декабре 1921 г. английский радиолюбитель на супергетеродин с пятикаскадным УПЧ принял сигналы станций из США. С этого момента к супергетеродинам появляется практический интерес. Первые супергетеродины были громоздки, дороги и неэкономичны из-за большого числа ламп. Прием сопровождался интерференционными свистами, проникающий в антенну сигнал гетеродина создавал помехи другим приемникам. Дальнейшее совершенствование ламп позволило сильно упростить и удешевить приемник: появились многосеточные лампы с большим усилением на высокой частоте, специализированные лампы для преобразователей частоты, служившие одновременно смесителем и гетеродином, а также комбинированные лампы, заключающие в одном баллоне два-три электронных прибора. Простой супергетеродин стало возможно построить на трех-четырех лампах, не считая выпрямителя[2][3]. Благодаря этому и другим усовершенствованиям с 1930-х годов супергетеродинная схема стала доминирующей для связных и радиовещательных приемников. Кроме того, в 1930 г. истек срок патента на принцип супергетеродинного приема.

В России и СССР первым серийным супергетеродином был, по одним источникам, приемник танковой радиостанции 71-ТК разработки 1932 г.[4] (завод № 203 в Москве), по другим — радиоприемник «Дозор», разработанный в конце 20-х годов в «Остехбюро» и переданный в серийное производство на завод им. Козицкого в Ленинграде.[5] Первый бытовой супергетеродин выпущен не позже 1931 г. (СГ-6, также завод им. Козицкого),[6] а первым, выпускавшимся в больших количествах, стал СВД 1936 года. Примерно с конца 1950-х гг. бытовые радиовещательные и телевизионные приемники в СССР строились исключительно по супергетеродинной схеме (кроме некоторых сувенирных приемников и радиоконструкторов.)

См. также

Примечания

  1. National NC-300
  2. Лаборатория РФ. Супер на новых лампах.//«Радиофронт», 1936, № 1, с. 27
  3. Куксенко П. Н. Трехламповые суперы.//«Радиофронт», 1936, № 1, с. 59
  4. Радиомузей РКК. Архивные и справочные материалы
  5. ВНИИРТ. Страницы истории. — М.:«Оружие и технологии», 2006
  6. Нелепец В. С. СГ-6, фабричный супергетеродин.//«Радиофронт», 1931, № 11-12, с. 651—654

Литература

Ссылки

dic.academic.ru

Принцип супергетеродинного приемника

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.

fb.ru

Википедия — свободная энциклопедия

Избранная статья

Первое сражение при реке Булл-Ран (англ. First Battle of Bull Run), также Первое сражение при Манассасе) — первое крупное сухопутное сражение Гражданской войны в США. Состоялось 21 июля 1861 года возле Манассаса (штат Виргиния). Федеральная армия под командованием генерала Ирвина Макдауэлла атаковала армию Конфедерации под командованием генералов Джонстона и Борегара, но была остановлена, а затем обращена в бегство. Федеральная армия ставила своей целью захват важного транспортного узла — Манассаса, а армия Борегара заняла оборону на рубеже небольшой реки Булл-Ран. 21 июля Макдауэлл отправил три дивизии в обход левого фланга противника; им удалось атаковать и отбросить несколько бригад конфедератов. Через несколько часов Макдауэлл отправил вперёд две артиллерийские батареи и несколько пехотных полков, но южане встретили их на холме Генри и отбили все атаки. Федеральная армия потеряла в этих боях 11 орудий, и, надеясь их отбить, командование посылало в бой полк за полком, пока не были израсходованы все резервы. Между тем на поле боя подошли свежие бригады армии Юга и заставили отступить последний резерв северян — бригаду Ховарда. Отступление Ховарда инициировало общий отход всей федеральной армии, который превратился в беспорядочное бегство. Южане смогли выделить для преследования всего несколько полков, поэтому им не удалось нанести противнику существенного урона.

Хорошая статья

«Хлеб» (укр. «Хліб») — одна из наиболее известных картин украинской советской художницы Татьяны Яблонской, созданная в 1949 году, за которую ей в 1950 году была присуждена Сталинская премия II степени. Картина также была награждена бронзовой медалью Всемирной выставки 1958 года в Брюсселе, она экспонировалась на многих крупных международных выставках.

В работе над полотном художница использовала наброски, сделанные летом 1948 года в одном из наиболее благополучных колхозов Советской Украины — колхозе имени В. И. Ленина Чемеровецкого района Каменец-Подольской области, в котором в то время было одиннадцать Героев Социалистического Труда. Яблонская была восхищена масштабами сельскохозяйственных работ и людьми, которые там трудились. Советские искусствоведы отмечали, что Яблонская изобразила на своей картине «новых людей», которые могут существовать только в социалистическом государстве. Это настоящие хозяева своей жизни, которые по-новому воспринимают свою жизнь и деятельность. Произведение было задумано и создано художницей как «обобщённый образ радостной, свободной творческой работы». По мнению французского искусствоведа Марка Дюпети, эта картина стала для своего времени программным произведением и образцом украинской реалистической живописи XX столетия.

Изображение дня

Рассвет в деревне Бёрнсте в окрестностях Дюльмена, Северный Рейн-Вестфалия

ru.wikipedia.green

Супергетеродинный приемник

Приемник супергетеродинного типа (предложен Э. Армстронгом в 1918 г.) обеспечивает очень высокую и практически одинаковую избирательность во всех диапазонах волн, а также более равномерное усиление в высо­кочастотном тракте. Это достигается путем введения в главный тракт прием­ника (рис. 8.7) преобразователя частоты, состоящего из смесителя (СМ), ге­теродина (Г) и усилителя промежуточной частоты (УПЧ). Часть приемника — преселектор, включающий входную цепь, МШУ и УВЧ, подобен структуре приемника прямого усиления и обеспечивает чувствительность и предвари­тельную селекцию на частоте.

Рис. 8.7. Структурная схема супергетеродинного приемника

В супергетеродинном приемнике спектр принимаемого сигнала с помо­щью преобразователя частоты переносится с несущей частоты f0 на (как пра­вило, более низкую) промежуточную:

, (8.3)

где fг — частота гетеродина.

Поскольку сигнал несет в себе полезную информацию, в процессе преоб­разования частоты эту информацию необходимо сохранять, т. е. преобразова­тель частоты для сигнала должен быть линейным устройством. Таким обра­зом, в процессе преобразования частоты происходит перенос спектра сигнала в область промежуточной частоты без нарушения амплитудных и фазовых соотношений его составляющих. Резонансные контуры каскадов УПЧ на­страиваются на промежуточную частоту.

При перестройке колебательных систем преселектора одновременно изме­няется и частота гетеродина таким образом, чтобы промежуточная частота оставалась постоянной. Поскольку УПЧ не перестраивается по частоте, то это позволяет получить в супергетеродинном приемнике высокую частотную избирательность при неизменной полосе пропускания, а также реализовать оптимальную фильтрацию сигнала от помех, применяя согласованные фильт­ры на промежуточной частоте. Таким образом, в супергетеродинном прием­нике устраняются основные недостатки приемника прямого усиления.

Вместе с тем, обладая принципиальными достоинствами, супергетеродин­ный приемник не лишен ряда недостатков. Один из них — наличие дополни­тельных паразитных каналов приема.

Рис. 8.8. Ослабление зеркального

канала полосовыми фильтрами

Основным паразитным каналом приема является зеркальный. Поскольку промежуточная частота в соответствии с формулой (8.3) равна абсолютной разности частот сигнала и гетеродина, то приемник может одновременно принимать радиосигналы двух передающих станций с разными несущими частотами f0, fз и соответственно спектрами S(f0), S(fз), расположенными симметрично (зеркально) относительно частоты гетеродина fг (рис. 8.8).

Если, например, частота f0 одного принятого сигнала меньше, а другого fз — больше частоты гетеродина fг на проме­жуточную частоту fПЧ, то на выходе УПЧ будут присутствовать два преобразованных сигнала с равными частотами — основной fПЧ = fгf0 и зеркальной fЗК = fПЧ = fзfг. Как нетрудно заметить, fзf0 = fПЧ, т. е. зеркальный канал отстоит от основного (полезного, принимаемого) на удвоенное значение промежуточной частоты. Подав­ление частот зеркального канала осуществ­ляется с помощью полосовых фильтров, включенных во входную цепь и УВЧ приемника. Они содержат резонансные контуры, которые настраиваются на частоту принимаемого сигнала f0. Эти же фильтры ослабляют сигнал частоты зеркального канала fз, по отношению к которой резонансные контуры расстроены (см. АЧХ K(f) на рис. 8.8).

Соседним называют канал приема, примыкающий к основному каналу и рабочая частота которого отличается на заданную величину от частоты на­стройки приемника на желаемую радиостанцию. Соседний канал приема возникает вследствие недостаточной избирательности приемника. Сигнал со­седнего канала не отфильтровывается преселектором и создает в преобразова­теле частоты колебания на частотах, близких к промежуточной частоте и вхо­дящих в полосу пропускания УПЧ. В радиовещательных приемниках частота соседнего канала составляет 10 кГц.

Интермодуляционный канал приема возникает при прохождении через преселектор вместе с полезным сигналом частоты fc двух (и более) помех на частотах fп1, fп2, которые в смесителе образуют колебания с комбинационны­ми частотами , гдеп, т, р — целые числа. Если какая-либо одна или несколько из комбинационных частот попадает, в полосу пропуска­ния УПЧ, то создается интермодуляционный побочный канал приема. Для уменьшения влияния последнего следует повышать частотную изби­рательность преселектора и уменьшать усиление в УРЧ.

Следует отметить, что подавление сигналов побочных каналов приема (в том числе и зеркального) улучшается при повышении промежуточной частоты fПЧ. Однако при этом ухудшается избирательность УПЧ приемника.

При изменении частоты настройки высокочастотного тракта приемника необходимо также одновременно перестраивать частоту гетеродина. Это дос­тигается путем сопряжения органов настроек высокочастотного тракта и ге­теродина, для чего в приемнике применяется единственная ручка (обычно электронный элемент) настройки. С ее помощью одновременно изменяют резонансную частоту высокочастотного тракта и частоту колебаний гетероди­на, сохраняя между ними фиксированную промежуточную частоту.

К недостаткам супергетеродинного приемника следует отнести и возмож­ность приема помехи с частотой, близкой или равной промежуточной час­тоте. Такая помеха может пройти весь тракт без преобразования в преобразо­вателе частоты и усилиться в УПЧ. Ее прием аналогичен приему по схеме прямого усиления независимо от частоты гетеродина. Для подавления подоб­ных помех во входную цепь супергетеродинного приемника вводят режекторный фильтр, настроенный на промежуточную частоту.

В супергетеродинном приемнике возможно также появление так называе­мых комбинационных каналов приема, вызывающие комбинационные свисты. На некоторых частотах работы приемника в результате сложных процессов в преобразователе частоты получается сигнал с частотой fПЧ, близкой к проме­жуточной частоте. Тогда полезный и паразитный сигналы одинаково усили­ваются в УПЧ, но при этом возникают биения (нелинейные эффекты) их не­сущих частот. В результате подобных биений появляется низкочастотная оги­бающая полезного сигнала с разностной частотой fСВ= | fПЧfПЧ |, которая выделяется амплитудным детектором и после усиления в УПЧ прослушивает­ся в виде свиста.

Побочные каналы приема могут быть практически устранены рациональным выбором промежуточной частоты, режима работы преобразователя частоты и необходимой частотной избирательности преселектора и усилителя промежу­точной частоты. Наиболее эффективным является использование схем смесите­ля, выполняющих близкое к идеальному перемножение напряжений, а также электронной развязки цепей гетеродина и высокочастотного тракта.

Литература: В.И. Нефедов, “Основы радиоэлектроники и связи”, Издательство «Высшая школа», Москва, 2002.

studfile.net

Супергетеродинный радиоприёмник — Википедия

Супергетеродинный радиоприёмник (супергетеродин) — один из типов радиоприёмников, основанный на принципе преобразования принимаемого сигнала в сигнал фиксированной промежуточной частоты (ПЧ) с последующим её усилением. Основное преимущество супергетеродина перед радиоприёмником прямого усиления в том, что наиболее критичные для качества приёма части приёмного тракта (узкополосный фильтр, усилитель ПЧ и демодулятор) не должны перестраиваться под разные частоты, что позволяет выполнить их со значительно лучшими характеристиками.

Супергетеродинный приёмник изобрели почти одновременно немец Вальтер Шоттки и американец Эдвин Армстронг в 1918 году, основываясь на идее француза Л. Леви[fr].

Устройство

Упрощённая структурная схема супергетеродина с однократным преобразованием частоты показана на рисунке. Радиосигнал из антенны подаётся на вход усилителя высокой частоты (в упрощённом варианте он может и отсутствовать), а затем на вход смесителя — специального элемента с двумя входами и одним выходом, осуществляющего операцию преобразования сигнала по частоте. На второй вход смесителя подаётся сигнал с локального маломощного генератора высокой частоты — гетеродина. Колебательный контур гетеродина перестраивается одновременно с входным контуром смесителя (и контурами усилителя ВЧ) — обычно конденсатором переменной ёмкости (КПЕ), реже катушкой переменной индуктивности (вариометром, ферровариометром). Таким образом, на выходе смесителя образуются сигналы с частотой, равной сумме и разности частот гетеродина и принимаемой радиостанции. Разностный сигнал постоянной промежуточной частоты (ПЧ) выделяется с помощью полосового фильтра и усиливается в усилителе ПЧ, после чего поступает на демодулятор, восстанавливающий сигнал низкой (звуковой) частоты.

В современных приёмниках в качестве гетеродина используется цифровой синтезатор частот с кварцевой стабилизацией.

В обычных вещательных приёмниках длинных, средних и коротких волн промежуточная частота, как правило, равна 465 или 455 кГц, в бытовых ультракоротковолновых — 6,5 или 10,7 МГц. В телевизорах используется промежуточная частота 38 МГц.

В связных и высококлассных вещательных приёмниках применяют двойное (редко — тройное) преобразование частоты. О преимуществах такого решения и критериях выбора первой и второй ПЧ сказано ниже.

Преимущества

  • Высокая чувствительность. Супергетеродин позволяет получить большее усиление по сравнению с приёмником прямого усиления. В супергетеродинах основное усиление осуществляется на промежуточной частоте, которая, как правило, ниже частоты приёма; чем ниже частота сигнала, тем проще построить для него устойчивый усилитель с большим коэффициентом усиления.
  • Высокая избирательность, обусловленная фильтрацией сигнала в канале ПЧ. Фильтр ПЧ можно изготовить со значительно более высокими параметрами, так как его не нужно перестраивать по частоте. Например, широко используют кварцевые, пьезокерамические и электромеханические фильтры сосредоточенной селекции, а также фильтры на поверхностных акустических волнах. Они позволяют получить сколь угодно узкую полосу пропускания с очень большим подавлением сигналов за её пределами.
  • Возможность принимать сигналы с модуляцией любого вида, в том числе с амплитудной манипуляцией (радиотелеграф) и однополосной модуляцией.

Недостатки

Наиболее значительным недостатком является наличие так называемого зеркального канала приёма — второй входной частоты, дающей такую же разность с частотой гетеродина, что и рабочая частота. Сигнал, передаваемый на этой частоте, может проходить через фильтры ПЧ вместе с рабочим сигналом.

Например, пусть приёмник с ПЧ 6,5 Мгц настроен на радиостанцию, передающую на частоте 70 МГц, и частота гетеродина равна 76,5 МГц. На выходе фильтра ПЧ будет выделяться сигнал с частотой 76,5 — 70 = 6,5 МГц. Однако, если на частоте 83 МГц работает другая мощная радиостанция, и её сигнал сможет просочиться на вход смесителя, то разностный сигнал с частотой 83 − 76,5 = 6,5 МГц не будет подавлен, попадёт в усилитель ПЧ и создаст помеху. Величина подавления такой помехи (избирательность по зеркальному каналу) зависит от эффективности входного фильтра и является одной из основных характеристик супергетеродина.

Помехи от зеркального канала уменьшают двумя путями. Во-первых, применяют более сложные и эффективные входные полосовые фильтры, состоящие из нескольких колебательных контуров. Это усложняет и удорожает конструкцию, так как входной фильтр нужно ещё и перестраивать по частоте, притом согласованно с перестройкой гетеродина. Во-вторых, промежуточную частоту выбирают достаточно высокой по сравнению с частотой приёма. В этом случае зеркальный канал приёма оказывается относительно далеко по частоте от основного, и входной фильтр приёмника может более эффективно его подавить. Иногда ПЧ даже делают намного выше частот приёма (так называемое «преобразование вверх»), и при этом ради упрощения приёмника вообще отказываются от входного полосового фильтра, заменяя его неперестраиваемым фильтром нижних частот. В высококачественных приёмниках часто применяют метод двойного (иногда и тройного) преобразования частоты, причём, если первую ПЧ выбирают высокой по описанным выше соображениям, то вторую делают низкой (сотни, иногда даже десятки килогерц[1]), что позволяет более эффективно подавлять помехи от близких по частоте станций, то есть повысить избирательность приёмника по соседнему каналу. Подобные приёмники, несмотря на достаточно высокую сложность построения и наладки, широко применяются в профессиональной и любительской радиосвязи (см. Р-250, Трансивер UW3DI).

Кроме того, в супергетеродине возможен паразитный приём станций, работающих на промежуточной частоте[2]. Его предотвращают экранированием отдельных узлов и приёмника в целом, а также применением на входе фильтра-пробки, настроенного на промежуточную частоту.

Второй недостаток супергетеродина — паразитное излучение, которое может создавать помехи другим приёмным устройствам или демаскировать приёмник. Этот недостаток стал одной из причин одной из крупнейших авиакатастроф в истории человечества, когда в аэропорту Лос-Родеос на ВПП столкнулись два Боинга-747. Достаточно сильное паразитное излучение гетеродинов, работающих на самолётах радиостанций связи, создавало в эфире достаточно сильные комбинационные колебания (биения), которые в свою очередь проявлялись в как свист в наушниках у пилотов и диспетчера, что затрудняло и без того сложную коммуникацию. После катастрофы электрическая схема радиостанций Боингов-747 была доработана с целью снижения паразитного излучения гетеродинов. По причине паразитного излучения гетеродина существует риск случайного или целенаправленного обнаружения работающего приёмника (вещательного, связного), что широко используется в военном деле (радиоэлектронной разведкой), спецслужбами при поиске агентуры, полицией для выявления радар-детекторов в странах, где их применение запрещено, а также для оценки популярности телевизионной или радиопередачи по суммарной мощности паразитного излучения приёмников в интересующем районе. Задача подавления паразитного излучения сводится к снижению мощности гетеродина (в 1940—1960 годах она достигала 300 мВт, в 1970-х годах с переходом на транзисторные схемы была снижена до 20-30 мВт, с переходом на интегральные микросхемы в 1980-х годах — снижена до единиц милливатт, а в современных цифровых тюнерах не превышает десятков микроватт), сокращению размеров и надёжному экранированию смесительно-гетеродинного узла и усилителя промежуточной частоты (что решается интегральным исполнением приёмника), применению широкополосных заградительных высокоселективных фильтров на антенном входе приёмника.

В целом супергетеродин требует гораздо большей тщательности в проектировании и наладке, чем приёмник прямого усиления. Приходится применять довольно сложные меры, чтобы обеспечить стабильность частоты гетеродинов, так как от неё сильно зависит качество приёма. Сигнал гетеродина не должен просачиваться в антенну, чтобы приёмник сам не становился источником помех. Если в приёмнике больше одного гетеродина, существует опасность, что биения между какими-то из их гармоник окажутся в полосе звуковых частот и дадут помеху в виде свиста на выходе приёмника. С этим явлением борются, рационально выбирая частоты гетеродинов и тщательно экранируя узлы приёмника друг от друга.

История

Использовать в приёмнике вспомогательный генератор колебаний впервые предложил американец Фессенден в 1901 г. Он же создал термин «гетеродин». В приёмнике Фессендена гетеродин работал на частоте, очень близкой к частоте принимаемого сигнала, и возникающие при этом биения звуковой частоты позволяли принимать телеграфный сигнал (принцип, на котором работает приёмник прямого преобразования). Гетеродинные приёмники быстро усовершенствовались с изобретением в 1913 г. лампового генератора высокой частоты (до этого применялись электромашинные генераторы).

В 1917 г. французский инженер Л. Леви (англ.) запатентовал принцип супергетеродинного приёма. В его приёмнике частота сигнала преобразовывалась не непосредственно в звуковую, а в промежуточную, которая выделялась на колебательном контуре и уже после него поступала на детектор. В 1918 г. В. Шоттки дополнил схему Леви усилителем промежуточной частоты. Схема супергетеродина была выгодна в то время ещё и тем, что лампы того времени не обеспечивали нужного усиления на частотах выше нескольких сот килогерц. Сдвинув спектр сигнала в область более низких частот, можно было повысить чувствительность приёмника.

Независимо от Шоттки к аналогичной схеме пришел Э. Армстронг (его патент получен в декабре 1918 г, патентная заявка Шоттки сделана в июне). Армстронг впервые построил и испытал супергетеродин на практике. Он же указал на возможность многократного преобразования частоты.

В декабре 1921 г. английский радиолюбитель на супергетеродин с пятикаскадным УПЧ принял сигналы станций из США. С этого момента к супергетеродинам появляется практический интерес. Первые супергетеродины были громоздки, дороги и неэкономичны из-за большого числа ламп. Приём сопровождался интерференционными свистами, проникающий в антенну сигнал гетеродина создавал помехи другим приёмникам. Некоторое время стояла дилемма — что лучше: более простой и надёжный приёмник прямого усиления, или сложный, капризный, но высокочувствительный супергетеродин, который может работать с небольшой комнатной антенной? Супергетеродин даже на некоторое время сдал позиции на рынке, когда применение тетрода заметно улучшило характеристики приёмников прямого усиления.[3] Но дальнейшее совершенствование ламп позволило сильно упростить и удешевить супергетеродинный приёмник: появились многосеточные лампы с большим усилением на высокой частоте, специализированные лампы для преобразователей частоты, служившие одновременно смесителем и гетеродином, а также комбинированные лампы, заключающие в одном баллоне два-три электронных прибора. Простой супергетеродин стало возможно построить на трёх-четырёх лампах, не считая выпрямителя [4][5]. Благодаря этому и другим усовершенствованиям с 1930-х годов супергетеродинная схема постепенно становится доминирующей для связных и радиовещательных приёмников. Кроме того, в 1930 г. истёк срок патента на принцип супергетеродинного приёма.

В России и СССР первым серийным супергетеродином был, по одним источникам, приёмник танковой радиостанции 71-ТК разработки 1932 г.[6] (завод № 203 в Москве), по другим — вещательный СГ-6 (не позже 1931 г., завод им. Козицкого в Ленинграде),[7], по третьим — радиоприёмник «Дозор», разработанный в конце 20-х годов в «Остехбюро» и переданный в серийное производство на тот же завод им. Козицкого.[8] Первым бытовым супергетеродином, выпускавшимся в больших количествах, стал СВД 1936 года. Примерно с конца 1950-х бытовые радиовещательные и телевизионные приёмники в СССР строились почти исключительно по супергетеродинной схеме (кроме некоторых сувенирных приёмников, радиоконструкторов для начинающих и отдельных специальных приёмников).

См. также

Примечания

  1. ↑ National NC-300
  2. ↑ Это в большей степени относится к возможному приёму помех на промежуточной частоте. Стандартные промежуточные частоты как правило не используются для вещания и связи.
  3. ↑ П. Н. К. Два метода приёма.//«Радиофронт», 1936, № 1, с. 51
  4. Лаборатория РФ. Супер на новых лампах.//«Радиофронт», 1936, № 1, с. 27
  5. Куксенко П. Н. Трёхламповые суперы.//«Радиофронт», 1936, № 1, с. 59
  6. ↑ Радиомузей РКК. Архивные и справочные материалы
  7. Нелепец В. С. СГ-6, фабричный супергетеродин.//«Радиофронт», 1931, № 11-12, с. 651—654
  8. ↑ ВНИИРТ. Страницы истории. — М.:"Оружие и технологии", 2006

Литература

Ссылки

wikipedia.green

Супергетеродинный радиоприёмник — Википедия

Супергетеродинный радиоприёмник (супергетеродин) — один из типов радиоприёмников, основанный на принципе преобразования принимаемого сигнала в сигнал фиксированной промежуточной частоты (ПЧ) с последующим её усилением. Основное преимущество супергетеродина перед радиоприёмником прямого усиления в том, что наиболее критичные для качества приёма части приёмного тракта (узкополосный фильтр, усилитель ПЧ и демодулятор) не должны перестраиваться под разные частоты, что позволяет выполнить их со значительно лучшими характеристиками.

Супергетеродинный приёмник изобрели почти одновременно немец Вальтер Шоттки и американец Эдвин Армстронг в 1918 году, основываясь на идее француза Л. Леви[fr].

Устройство

Упрощённая структурная схема супергетеродина с однократным преобразованием частоты показана на рисунке. Радиосигнал из антенны подаётся на вход усилителя высокой частоты (в упрощённом варианте он может и отсутствовать), а затем на вход смесителя — специального элемента с двумя входами и одним выходом, осуществляющего операцию преобразования сигнала по частоте. На второй вход смесителя подаётся сигнал с локального маломощного генератора высокой частоты — гетеродина. Колебательный контур гетеродина перестраивается одновременно с входным контуром смесителя (и контурами усилителя ВЧ) — обычно конденсатором переменной ёмкости (КПЕ), реже катушкой переменной индуктивности (вариометром, ферровариометром). Таким образом, на выходе смесителя образуются сигналы с частотой, равной сумме и разности частот гетеродина и принимаемой радиостанции. Разностный сигнал постоянной промежуточной частоты (ПЧ) выделяется с помощью полосового фильтра и усиливается в усилителе ПЧ, после чего поступает на демодулятор, восстанавливающий сигнал низкой (звуковой) частоты.

В современных приёмниках в качестве гетеродина используется цифровой синтезатор частот с кварцевой стабилизацией.

В обычных вещательных приёмниках длинных, средних и коротких волн промежуточная частота, как правило, равна 465 или 455 кГц, в бытовых ультракоротковолновых — 6,5 или 10,7 МГц. В телевизорах используется промежуточная частота 38 МГц.

В связных и высококлассных вещательных приёмниках применяют двойное (редко — тройное) преобразование частоты. О преимуществах такого решения и критериях выбора первой и второй ПЧ сказано ниже.

Видео по теме

Преимущества

  • Высокая чувствительность. Супергетеродин позволяет получить большее усиление по сравнению с приёмником прямого усиления. В супергетеродинах основное усиление осуществляется на промежуточной частоте, которая, как правило, ниже частоты приёма; чем ниже частота сигнала, тем проще построить для него устойчивый усилитель с большим коэффициентом усиления.
  • Высокая избирательность, обусловленная фильтрацией сигнала в канале ПЧ. Фильтр ПЧ можно изготовить со значительно более высокими параметрами, так как его не нужно перестраивать по частоте. Например, широко используют кварцевые, пьезокерамические и электромеханические фильтры сосредоточенной селекции, а также фильтры на поверхностных акустических волнах. Они позволяют получить сколь угодно узкую полосу пропускания с очень большим подавлением сигналов за её пределами.
  • Возможность принимать сигналы с модуляцией любого вида, в том числе с амплитудной манипуляцией (радиотелеграф) и однополосной модуляцией.

Недостатки

Наиболее значительным недостатком является наличие так называемого зеркального канала приёма — второй входной частоты, дающей такую же разность с частотой гетеродина, что и рабочая частота. Сигнал, передаваемый на этой частоте, может проходить через фильтры ПЧ вместе с рабочим сигналом.

Например, пусть приёмник с ПЧ 6,5 Мгц настроен на радиостанцию, передающую на частоте 70 МГц, и частота гетеродина равна 76,5 МГц. На выходе фильтра ПЧ будет выделяться сигнал с частотой 76,5 — 70 = 6,5 МГц. Однако, если на частоте 83 МГц работает другая мощная радиостанция, и её сигнал сможет просочиться на вход смесителя, то разностный сигнал с частотой 83 − 76,5 = 6,5 МГц не будет подавлен, попадёт в усилитель ПЧ и создаст помеху. Величина подавления такой помехи (избирательность по зеркальному каналу) зависит от эффективности входного фильтра и является одной из основных характеристик супергетеродина.

Помехи от зеркального канала уменьшают двумя путями. Во-первых, применяют более сложные и эффективные входные полосовые фильтры, состоящие из нескольких колебательных контуров. Это усложняет и удорожает конструкцию, так как входной фильтр нужно ещё и перестраивать по частоте, притом согласованно с перестройкой гетеродина. Во-вторых, промежуточную частоту выбирают достаточно высокой по сравнению с частотой приёма. В этом случае зеркальный канал приёма оказывается относительно далеко по частоте от основного, и входной фильтр приёмника может более эффективно его подавить. Иногда ПЧ даже делают намного выше частот приёма (так называемое «преобразование вверх»), и при этом ради упрощения приёмника вообще отказываются от входного полосового фильтра, заменяя его неперестраиваемым фильтром нижних частот. В высококачественных приёмниках часто применяют метод двойного (иногда и тройного) преобразования частоты, причём, если первую ПЧ выбирают высокой по описанным выше соображениям, то вторую делают низкой (сотни, иногда даже десятки килогерц[1]), что позволяет более эффективно подавлять помехи от близких по частоте станций, то есть повысить избирательность приёмника по соседнему каналу. Подобные приёмники, несмотря на достаточно высокую сложность построения и наладки, широко применяются в профессиональной и любительской радиосвязи (см. Р-250, Трансивер UW3DI).

Кроме того, в супергетеродине возможен паразитный приём станций, работающих на промежуточной частоте[2]. Его предотвращают экранированием отдельных узлов и приёмника в целом, а также применением на входе фильтра-пробки, настроенного на промежуточную частоту.

Второй недостаток супергетеродина — паразитное излучение, которое может создавать помехи другим приёмным устройствам или демаскировать приёмник. Этот недостаток стал одной из причин одной из крупнейших авиакатастроф в истории человечества, когда в аэропорту Лос-Родеос на ВПП столкнулись два Боинга-747. Достаточно сильное паразитное излучение гетеродинов, работающих на самолётах радиостанций связи, создавало в эфире достаточно сильные комбинационные колебания (биения), которые в свою очередь проявлялись в как свист в наушниках у пилотов и диспетчера, что затрудняло и без того сложную коммуникацию. После катастрофы электрическая схема радиостанций Боингов-747 была доработана с целью снижения паразитного излучения гетеродинов. По причине паразитного излучения гетеродина существует риск случайного или целенаправленного обнаружения работающего приёмника (вещательного, связного), что широко используется в военном деле (радиоэлектронной разведкой), спецслужбами при поиске агентуры, полицией для выявления радар-детекторов в странах, где их применение запрещено, а также для оценки популярности телевизионной или радиопередачи по суммарной мощности паразитного излучения приёмников в интересующем районе. Задача подавления паразитного излучения сводится к снижению мощности гетеродина (в 1940—1960 годах она достигала 300 мВт, в 1970-х годах с переходом на транзисторные схемы была снижена до 20-30 мВт, с переходом на интегральные микросхемы в 1980-х годах — снижена до единиц милливатт, а в современных цифровых тюнерах не превышает десятков микроватт), сокращению размеров и надёжному экранированию смесительно-гетеродинного узла и усилителя промежуточной частоты (что решается интегральным исполнением приёмника), применению широкополосных заградительных высокоселективных фильтров на антенном входе приёмника.

В целом супергетеродин требует гораздо большей тщательности в проектировании и наладке, чем приёмник прямого усиления. Приходится применять довольно сложные меры, чтобы обеспечить стабильность частоты гетеродинов, так как от неё сильно зависит качество приёма. Сигнал гетеродина не должен просачиваться в антенну, чтобы приёмник сам не становился источником помех. Если в приёмнике больше одного гетеродина, существует опасность, что биения между какими-то из их гармоник окажутся в полосе звуковых частот и дадут помеху в виде свиста на выходе приёмника. С этим явлением борются, рационально выбирая частоты гетеродинов и тщательно экранируя узлы приёмника друг от друга.

История

Использовать в приёмнике вспомогательный генератор колебаний впервые предложил американец Фессенден в 1901 г. Он же создал термин «гетеродин». В приёмнике Фессендена гетеродин работал на частоте, очень близкой к частоте принимаемого сигнала, и возникающие при этом биения звуковой частоты позволяли принимать телеграфный сигнал (принцип, на котором работает приёмник прямого преобразования). Гетеродинные приёмники быстро усовершенствовались с изобретением в 1913 г. лампового генератора высокой частоты (до этого применялись электромашинные генераторы).

В 1917 г. французский инженер Л. Леви (англ.) запатентовал принцип супергетеродинного приёма. В его приёмнике частота сигнала преобразовывалась не непосредственно в звуковую, а в промежуточную, которая выделялась на колебательном контуре и уже после него поступала на детектор. В 1918 г. В. Шоттки дополнил схему Леви усилителем промежуточной частоты. Схема супергетеродина была выгодна в то время ещё и тем, что лампы того времени не обеспечивали нужного усиления на частотах выше нескольких сот килогерц. Сдвинув спектр сигнала в область более низких частот, можно было повысить чувствительность приёмника.

Независимо от Шоттки к аналогичной схеме пришел Э. Армстронг (его патент получен в декабре 1918 г, патентная заявка Шоттки сделана в июне). Армстронг впервые построил и испытал супергетеродин на практике. Он же указал на возможность многократного преобразования частоты.

В декабре 1921 г. английский радиолюбитель на супергетеродин с пятикаскадным УПЧ принял сигналы станций из США. С этого момента к супергетеродинам появляется практический интерес. Первые супергетеродины были громоздки, дороги и неэкономичны из-за большого числа ламп. Приём сопровождался интерференционными свистами, проникающий в антенну сигнал гетеродина создавал помехи другим приёмникам. Некоторое время стояла дилемма — что лучше: более простой и надёжный приёмник прямого усиления, или сложный, капризный, но высокочувствительный супергетеродин, который может работать с небольшой комнатной антенной? Супергетеродин даже на некоторое время сдал позиции на рынке, когда применение тетрода заметно улучшило характеристики приёмников прямого усиления.[3] Но дальнейшее совершенствование ламп позволило сильно упростить и удешевить супергетеродинный приёмник: появились многосеточные лампы с большим усилением на высокой частоте, специализированные лампы для преобразователей частоты, служившие одновременно смесителем и гетеродином, а также комбинированные лампы, заключающие в одном баллоне два-три электронных прибора. Простой супергетеродин стало возможно построить на трёх-четырёх лампах, не считая выпрямителя [4][5]. Благодаря этому и другим усовершенствованиям с 1930-х годов супергетеродинная схема постепенно становится доминирующей для связных и радиовещательных приёмников. Кроме того, в 1930 г. истёк срок патента на принцип супергетеродинного приёма.

В России и СССР первым серийным супергетеродином был, по одним источникам, приёмник танковой радиостанции 71-ТК разработки 1932 г.[6] (завод № 203 в Москве), по другим — вещательный СГ-6 (не позже 1931 г., завод им. Козицкого в Ленинграде),[7], по третьим — радиоприёмник «Дозор», разработанный в конце 20-х годов в «Остехбюро» и переданный в серийное производство на тот же завод им. Козицкого.[8] Первым бытовым супергетеродином, выпускавшимся в больших количествах, стал СВД 1936 года. Примерно с конца 1950-х бытовые радиовещательные и телевизионные приёмники в СССР строились почти исключительно по супергетеродинной схеме (кроме некоторых сувенирных приёмников, радиоконструкторов для начинающих и отдельных специальных приёмников).

См. также

Примечания

  1. ↑ National NC-300
  2. ↑ Это в большей степени относится к возможному приёму помех на промежуточной частоте. Стандартные промежуточные частоты как правило не используются для вещания и связи.
  3. ↑ П. Н. К. Два метода приёма.//«Радиофронт», 1936, № 1, с. 51
  4. Лаборатория РФ. Супер на новых лампах.//«Радиофронт», 1936, № 1, с. 27
  5. Куксенко П. Н. Трёхламповые суперы.//«Радиофронт», 1936, № 1, с. 59
  6. ↑ Радиомузей РКК. Архивные и справочные материалы
  7. Нелепец В. С. СГ-6, фабричный супергетеродин.//«Радиофронт», 1931, № 11-12, с. 651—654
  8. ↑ ВНИИРТ. Страницы истории. — М.:"Оружие и технологии", 2006

Литература

Ссылки

wiki2.red

0 comments on “Супергетеродинный приемник – Супергетеродинный радиоприёмник — Википедия

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *