Супергетеродинний приймач

Приймачам прямого підсилення притаманні деякі недоліки, які особливо дають взнаки при перестоюванні цих приймачів у широкому діапазоні частот:

1) При перестроюванні каскадів підсилювача високої частоти, яке здійснюється звичайно за допомогою конденсаторів змінної ємності, добротність контуру і його еквівалентний опір у короткохвильовому (високочастотному) кінці діапазону виявляються значно вищими, аніж у довгохвильовому. А це призводить до того, що у короткохвильовому кінці діапазону коефіцієнт підсилення ПВЧ буває значно вищим, аніж у довгохвильовому. Аналогічно і при переході між діапазонами змінюються параметри приймача: його чутливість і вибірковість бувають у діапазоні коротких хвиль кращими, ніж у довгохвильовому діапазоні.

2) Виникають труднощі з одночасним перестроюванням усіх контурів у багатокаскадному підсилювачі високої частоти, оскільки навіть невелика їх взаємна розстройка істотно погіршує як чутливість, так і селективність приймача в цілому. Ці труднощі ще більш зростають, якщо у кожному каскаді ПВЧ для покращання форми АЧХ застосовуються по два або більш зв’язаних коливних контурів.

Ці недоліки призвели до того, що зараз приймачі прямого підсилення виявилися витісненим супергетеродинними приймачами. Блок-схема подібного приймача зображена на рис.6. Принцип його дії такий:

Сигнал сприйнятий антеною А проходить у преселекторі (1) попередню селекцію за частотою. Звичайно преселектор являє собою систему контурів, котрі настроюються на частоту сприйманого сигналу . Далі сигнал потрапляє до підсилювача високої частоти (2), де він зазнає попереднього підсилення і додаткової селекції за частотою. Слід зауважити, що підсилювач високої частоти у супергетеродинному приймачі не є обов’язковим і у більшості радіомовних приймачів взагалі відсутній.

Пройшовши попередню селекцію (і підсилення) сигнал потрапляє на вхід перетворювача частоти (3), котрий і являє собою найбільш важливий і специфічний елемент супергетеродинного приймача. Крім сигналу з частотою на перетворювач подається гармонічний сигнал з частотою , котрий виробляється малопотужним перестроюваним автогенератором (4), який має назву гетеродина. Настроювання гетеродина здійснюється так, щоб різницева частота , яка з’являється на виході перетворювача частоти, завжди дорівнювала б деякій фіксованій частоті , яка має назву проміжної частоти. За існуючими стандартами для радіомовних приймачів ця проміжна частота має дорівнювати 465 кГц[2]. Так, наприклад, для прийому радіостанції з частотою =1000 кГц частота гетеродина має бути =1465 кГц, а для =1100 кГц відповідно =1565 кГц. У процесі перетворювання на проміжну частоту переходить модуляція - амплітудна, частотна або фазова, що її мав сприйнятий сигнал з частотою .

З виходу перетворювача частоти сигнал з проміжною частотою надходить до ППЧ - підсилювача проміжної частоти (5), котрий являє собою багатокаскадний резонансний підсилювач високої частоти. Але на відміну від ПВЧ приймача прямого підсилення, що настроювався безпосередньо на частоту сприйманого сигналу , настройка ППЧ є фіксованою на частоту ; вона робиться при виготовленні приймача і ніяким змінам не підлягає. Цим знімаються проблеми, які мали місце у приймачах прямого підсилення: оскільки основне підсилення і селекція у супергетеродинному приймачі відбуваються у ППЧ, вони виявляються незмінними і незалежними від частоти сприйнятого сигналу. А фіксована настройка дозволяє застосовувати у каскадах ППЧ смугові фільтри, що складаються з кількох контурів, забезпечуючи тим форму АЧХ близькою до ідеальної.

Далі ідуть детектор (6) і підсилювач низької частоти (7), які не відрізняються від тих, що мають місце у приймачах прямого підсилення.

Але маючи безперечні переваги порівняно з приймачами прямого підсилення, супергетеродинні приймачі мають разом з тим певні специфічні недоліки, які утворюють проблеми при їх реалізації.

Перший з них - це існування “дзеркального каналу”. Таку назву має частота сигналу

котра лежить вище від частоти гетеродина на величину . Якщо сигнал з такою частотою потрапить на вхід перетворювача, то взаємодіючі з сигналом гетеродина, він також дасть сигнал з різницевою частотою , яка дорівнює проміжній частоті:

Цей сигнал буде підсилюватися у ППЧ нарівні з сигналом основної радіостанції з частотою . Оскільки частотний спектр сигналів, що вловлюються антеною, густо заповнений частотами від усіх радіостанцій світу, завжди існує імовірність того, що при настойці приймача на бажану

станцію знайдеться інша, “дзеркальна”, котра і буде створювати завади прийому і навіть може зробити його зовсім неможливим.

Саме для придушення сигналів дзеркального каналу і потрібна преселекція. Проходячи через преселектор, настроєний на частоту , сигнал дзеркального каналу зазнає істотного послаблення (рис.7). У радіомовних приймачах послаблення по дзеркальному каналу має бути не менш ніж на 30 - 40 дБ. Звичайно це здійснити нескладно, бо інтервал між частотами і досить великий.

Інша проблема, яка виникає при побудові супергетеродинного приймача, має характер скоріш технічний ніж принциповий. Це спряження настройки преселектора і гетеродина. Як вже зазначалось вище, частота гетеродина має бути вищої від частоти сприйнятого сигналу на і ця вимога повинна виконуватись у всьому діапазоні перестроювання приймача. Але звичайно змінні конденсатори, які стоять у контурах гетеродина і преселектора, є ідентичними, і виконати вищезгадану умову намагаються вмикаючи паралельно і послідовно до змінного конденсатора С, що стоїть у контурі гетеродина, деякі додаткові постійні ємності С₁ і С₂. Таким чином вдається забезпечити точне спряження лише у трьох точках діапазону. Положення цих точок обирається так, щоб середньоквадратичне відхилення від точного спряження у межах діапазону було мінімальним.

Контрольні питання

1.Чому у довгохвильовому діапазоні (2000м - 600 м) розташовано лише декілька радіомовних станцій, тоді як у короткохвильовому діапазоні їх дуже багато?

2.Чому усі телевізійні станції працюють лише у УКХ - діапазоні (а не у діапазонах довгих, середніх та коротких хвиль)?

3. Які каскади у радіопередавачі є принципово необхідними, а які необов’язковими?

4. Чому до стабільності частоти задаючого генератора у радіопередавачі пред’являються вельми високі вимоги? Як вони забезпечуються?

5. Навіщо у радіопередавальному пристрої потрібний буферний підсилювач?

6. Що собою являє вихідний підсилювач радіопередавача?

7. Зобразіть блок-схему приймача прямого підсилення. Пояссніть ппри значення блоків, що його складають.

8. Чому у радіомовному приймачі перекриття за частотою (тобто відношення максимальної частоти до мінімальної) у межах одного діапазону звичайно не перевищує 3 разів?

9. Що таке чутливість радіоприймача ? Чим вона реально обмежується?

10. Що таке вибірковість приймача? Чим вона реально обмежується?

11. Чому у радіоприймачі вимоги високої вибірковості і смуги відтворюваних частот знаходяться звичайно у протиріччі?

12. Чи впливатиме на вигляд АЧХ (у області звукових частот) вигляд резонансних кривих контурів у каскадах ПВЧ? Як саме?

13. Чому завада від радіостанції, несуча частота якої близька до несучої частоти сприйманої радіостанції, супроводжується звичайно свистом?

14. Чому при самозбудженні каскадів ПВЧ (або ППЧ) спостерігається завада у вигляді свисту, тональність якого змінюється при перестроюванні приймача?

15. Чому у резонансних підсилювачах приймачів бажано застосовувати не поодинокі контури, а системи звязаних контурів?

16. Які переваги (та недоліки) супергетеродинного приймача порівняно з приймачем прямого підсилення?

17. Яке призначення перетворювача частоти у супергетеродинному приймачі?

18. Які вимоги висуваються до ППЧ супергетеродинного приймача?

19. Які каскади визначають чутливість та вибірковість супергетеродинного приймача?

20. Що таке “дзеркальний канал” у супергетеродинному приймачі. Як подавлюється завада від дзеркального каналу?

21. Чому завада від дзеркального каналу супроводжується свистом, частота якого змінюється при перестроюванні приймача?

22. Навіщо потрібний преселектор у супергетеродинному приймачі?

23. Що таке спряжіння преселектора і гетеродина у супергетеродинному приймачі ? Як воно здійснюється?

Контрольні задачі

1. У радіоприймачі прямого підсилення ПВЧ складається з двох ідентичних каскадів. Чутливість приймача 250 мкВ; амплітуда сигналу на вході детектора при цьому має бути 0,5 В.

Чому дорівнюється коефіцієнт підсилення каскаду (у дБ)?

2. Каскад ПВЧ являє собою біполярний транзистор навантажений коливальним контуром. Параметри контуру: =200мкГ, =50 Ом. Контур перестроюється у діапазоні від =200 м до =600 м шляхом змінювання ємності

У скільки разів буде відрізнятися коефіцієнт підсилення каскаду на короткохвильовому і довгохвильовому кінцях діапазону?

3. ПВЧ приймача прямого підсилення являє собою однокаскадний резонансний підсилювач з поодиноким контуром. Частота сприйманого сигналу =1 МГц; смуга пропускання (на рівні мінус 3 дБ) складає = 5 кГц.

Яке буде послаблення по сусідньому каналу, тобто на частоті, що відстоїть на 20 кГц від резонансної ?

4. Яким буде у супергетеродинному приймачі послаблення по дзеркальному каналу, якщо як преселектор застосовується поодинокий контур з добротністю =50. Частота радіостанції, що приймається, = 5 МГц, проміжна частота = 0,5 МГц.

[1] Величина у ±10 кГц обирається тому, що саме такої ширини виділяється ділянка у діапазоні частот для радіомовних радіостанцій.

[2] Для професійних зв’язкових, радіолокаційних або лабораторних вимірювальних приймачів проміжна частота може бути і іншою.