Супергетеродинный радиоприемник.

Зачем он нужен, если есть приемник прямого усиления? Вот зачем:

· используемый одиночный колебательный контур, даже повторенный в УВЧ, не позволяет при заданной (стандартной!) полосе частот по уровню 0,707 добиться быстрого спада АЧХ за пределами полосы частот. Это значит, что на соседних частотах рядом работающие радиостанции будут слышны, их сигнал прорвется через хвосты АЧХ. Особенно это актуально, если необходимая станция слаба или находится далеко, а мешающая – мощная или находится близко.

· при перестройке колебательных контуров от одной станции к другой меняется форма резонансной кривой. Это значит, что стандартная полоса частот по уровню 0,7 может быть точно обеспечена только для одной станции в заданном диапазоне. Для остальных – полоса будет либо уже (не вся энергия станции поступает, обрезаются высокие частоты в полезном сигнале), либо шире (примешиваются дополнительные шумы, помехи, сигналы соседних станций).

Принцип работы. Указанные недостатки отсутствуют в супергетеродинном приемнике, изобретенном американским изобретателем Армстронгом («гетеродин» значит «генератор»).

Вот его функциональная схема :

Первые два блока одинаковы с приемником прямого усиления, но дальше сигнал с гетеродина (генератора) смешивается (перемножается) в СМесителе с высокочастотным сигналом и выделяется одна из комбинационных частот (обычно разностная). Этот сигнал несет ту же полезную информацию, что и исходный высокочастотный, только имеет другую (обычно более низкую) частоту. Самое главное то, что генерируемая гетеродином частота меняется синхронно (штриховая линия соединяет конденсаторы переменной емкости) с резонансной частотой во входной цепи и УСЧ таким образом, что разностная частота всегда, для всех рабочих частот, для всех радиостанций одна и та же, постоянная. Она называется промежуточной частотой. Так как она постоянна, то в последующем усилителе (усилителе промежуточной частоты, УПЧ) можно использовать неперестраиваемые контуры, в том числе связанные, сдвоенные, строенные, электромеханические, на поверхностных акустических волнах (ПАВ) и т.д. А они, в свою очередь, обладают гораздо более крутыми фронтами за пределами рабочей полосы, обеспечивая отличную избирательность по соседнему каналу (подавление паразитных рядом работающих радиостанций) (форма для сдвоенного контура легко получается путем перемножения двух, слегка сдвинутых по частоте одиночных контуров, также смотри желтую методичку по усилителям). Последние три блока по вышеуказанным причинам ничем не отличаются от блоков в приемнике прямого усиления.

Понятие зеркального канала.Промежуточная частота есть стандартная величина для каждого диапазона (например 465 кГц для диапазона ДВ и СВ), и любой сигнал от любой станции, попавший на эту частоту при перемножении с сигналом гетеродина будет воспринят как полезный сигнал. В общем случае, при перемножении сигналов (нелинейной операции!) образуется бесконечное число новых частот, комбинационных частот, полученных сложением и вычитанием частоты станции и частоты гетеродина f_{комбинационная} =|mf_{станции}(+/-)nf_{гетеродина}|, где m,n=0,1,2,3…, причем, чем меньше m и n, тем амплитуда этой составляющей больше. Случай m или n=0 соответствует исходному не преобразованному сигналу. Амплитуда сигнала на комбинационных частотах при m=n=1 меньше, но именно этот сигнал нас интересует. Амплитуды сигналов комбинационных частот при m,n>1 малы, и их можно не учитывать. Получается, что две комбинационные частоты с m=n=1 имеют одинаковые амплитуды на одной и той же частоте, но одна из них несет полезный сигнал, а другая может нести помеху.

Частотный канал, который для заданной частоты полезного сигнала также преобразуется в промежуточную частоту, неся помеху, называется зеркальным каналом. На рисунке ниже показано как это происходит на примере случая, когда частота гетеродина выше частоты полезного сигнала, при этом оказывается, что частота зеркального канала выше частоты полезного сигнала на величину в две промежуточные частоты. Отстроиться от зеркального канала в усилителе промежуточной частоты невозможно:– его сигнал есть часть полезного сигнала, их частоты в УПЧ совпадают и частотная фильтрация в УПЧ не поможет. От зеркального канала можно легко отстроиться во входной цепи и УВЧ даже при помощи одиночного колебательного контура, так как частота зеркального канала на входе приемника различаются на большую величину – две промежуточные частоты, поэтому нет необходимости в фильтрах с большим затуханием. Иногда зеркальный канал приходится на диапазон, где вообще нет радиостанций с необходимым типом сигнала (модуляции). Тогда отстраиваться по зеркальному каналу не нужно (например диапазон УКВ, где зеркальные каналы расположены на телевизионных частотах).

Смеситель.По сути является аналоговым перемножителем сигналов. Перемножение возможно только при наличии нелинейных элементов. Проще всего использовать нелинейность ВАХ транзистора. Исходные сигналы (радиостанции и гетеродина) и нежелательные комбинационные частоты не будут усиливаться, если резонатор усилителя будет настроен не на них, а на промежуточную частоту. Чтобы сигналы с гетеродина не попадали в УВЧ и наоборот, один из них подают на управляющий электрод ЭП, а другой – на инжекторный (первая и вторая схемы). Третья схема – один из вариантов гетеродина, генератора гармонических колебаний с синхронной перестройкой частоты генерации с резонансной частотой ВЦ и УВЧ (схема Мейснера). Вообще же для этой цели может подходить любой перестраиваемый генератор гармонических колебаний.