3.6 Радіоприймачі

Удосконалення радіоелектронних засобів, освоєння нових частотних діапазонів і нових видів сигналів призвело до бурхливого розвитку багатьох областей радіотехніки і створення великого різноманіття радіоприймальних пристроїв.

3.6.1 Класифікація радіоприймачів

Основними ознаками, за якими можна класифікувати радіоприймальні пристрої, є: діапазон радіохвиль, призначення, вид модуляції прийнятих сигналів, умови роботи.

За діапазоном радіохвиль, видом модуляції прийнятих сигналів, умовами роботи класифікація радіоприймачів аналогічна до класифікації радіопередавачів (див.п.3.5.1).

За призначенням радіоприймачі бувають:

радіомовні;

радіонавігаційні;

телевізійні;

телеметричні;

зв`язкові;

вимірювальні;

радіолокаційні;

розвідувальні.

3.6.2 Загальна структурна схема радіоприймача

Незважаючи на різноманіття, всі радіоприймальні пристрої зв'язує спільність побудови структурної схеми. Загальну структурну схему радіоприймального пристрою можна побудувати на основі аналізу функцій, які він виконує. До цих

функцій відносяться:

виділення коливань із частотою прийнятого сигналу й ефективне послаблення сигналів на інших частотах. Ця спроможність приймача називається вибірністю або селективністю. Різняться такі основні види вибірності:

- просторова,

- поляризаційна,

- частотна,

- амплітудна,

- фазова,

- часова,

- статистична.

Перші два види здійснюються в антені або в сукупності антени з приймачем. Основним видом вибірності, що використовується у радіоприймачі, є частотна і здійснюється вона резонансними системами, що входять утракт радіочастоти;

перетворення радіосигналів у низькочастотну напругу, що відповідає сигналу (переданому повідомленню). Перетворення модульованого радіосигналу називається детектуванням (або демодуляцією), а пристрій, що виконує цю функцію, - детектором;

посилення сигналу, що необхідно здійснювати для забезпечення нормальної роботи детектора і надійної роботи виконавчого пристрою. Підсилення радіосигналу до детектора відбувається в тракті радіочастоти, а після детектора - у тракті звукової частоти.

Отже, як випливає з викладеного вище, основна обробка прийнятого сигналу здійснюється в трьох основних елементах приймача:

утракті радіочастоти,

у детекторі;

у тракті звукової частоти.

Ці елементи подані на узагальненій структурній схемі радіоприймача (рис. 3.6).

Рисунок 3.6 Структурна схема радіоприймача

Конкретне схемне виконання радіоприймача визначається вимогами, запропонованими до радіоприймального пристрою в цілому.

У залежності від схемного виконання тракту радіочастоти, радіоприймачі розділяються на два основних типи:

приймачі прямого підсилення;

приймачі супергетеродинного типу.

На початку ХХ сторіччя з появою електронних ламп широке поширення одержали приймачі прямого підсилення; структурна схема одного з них приведена на рис. 3.7. Вхідний ланцюг (ВЛ) і підсилювач радіочастоти (ПРЧ) складають високочастотний тракт приймача і здійснюють частотну вибірність і підсилення радіочастоти безпосередньо на частоті прийнятого сигналу fС (звідси і назва - приймач прямого підсилення).

Рисунок 3.7 Структурна схема радіоприймачапрямого підсилення

Вхідний ланцюг використовується для якомога більш ефективної передачі напруги корисних сигналів, прийнятих антеною, до входу першого каскаду і початкової вибірності до першого нелінійного елемента, яким є лампа або транзистор першого каскаду ПРЧ. У противному разі, якщо сигнал і перешкоди з виходу антени безпосередньо надходять на вхід першого каскаду ПРЧ, то їхня взаємодія може викликати так званий ефект перехресної модуляції, зовнішній прояв якого полягає в тому, що модуляція перешкоди "переходить" на коливання прийнятого сигналу.

Підсилювач радіочастоти, крім забезпечення частотної вибірності, повинен підсилювати прийнятий сигнал, потужність якого на вході приймача набагато менше тієї, що необхідна для нормальної роботи виконавчого пристрою. Як вже відзначалося, сигнал може бути підсилений як у високочастотному (ПРЧ), так і в низькочастотному (підсилювачі звукової частоти (ПЗЧ)) трактах. Розподіл загального підсилення між цими двома трактами є дуже важливим питанням, яке потрібно розв'язувати при проектуванні приймача.

Основна вимога, якою керуються при виборі коефіцієнта підсилення ПРЧ, полягає в забезпеченні нормальної роботи детектора (Д). Граничне значення амплітуди вхідного сигналу, починаючи з якої електричні показники детектора стають достатньо високими, відповідає величинам вхідної напруги U_ВХД=(0,5...1,0) В, в залежності від типу детекторного діода. Коефіцієнт підсилення ПРЧ варто вибирати так, щоб напруга на його виході забезпечувала режим лінійного детектування, звичайно його приймають рівним U_ВХД. Рівень сигналу на вході приймача лежить у межах (1...100) мкВ. У цьому випадку резонансний коефіцієнт підсилення ПРЧ повинен бути

Більше цієї величини коефіцієнт не беруть, тому що це викликає серйозні труднощі, пов'язані з усуненням паразитного зворотного зв'язку, що викликає порушення у роботі ПРЧ.

Для нормальної роботи виконавчого пристрою потрібна напруга порядку десятків вольт. При цьому коефіцієнт підсилення ПЗЧ не перевершує КПЗЧ = 100.

Таким чином ми бачимо, що основне підсилення в приймачі здійснюється в тракті радіочастоти.

Приймачі прямого підсилення широко використовувались приблизно до кінця 30-х років ХХ сторіччя. Після цього були зроблені більш удосконалені супергетеродинні радіоприймачі.

Сьогодні, коли до радіоприймальних пристроїв подаються дуже високі вимоги й інтенсивно освоюються нові частотні діапазони, радіоприймачі прямого підсилення через властиві їм недоліки знаходять дуже обмежене застосування.

Основними недоліками приймачів прямого підсилення є:

невисока частотна вибірність, що погіршується із зростанням частоти прийнятих сигналів;

коефіцієнт підсилення ПРЧ приймача прямого підсилення істотно змінюється при зміні частоти, а із зростанням частоти прийнятих сигналів зменшується;

смуга пропускання змінюється при зміні частоти приймача; із зростанням частоти смуга пропускання розширюється, що призводить до зниження перешкодозахищеності радіолінії в цілому.

Відзначені недоліки приймача прямого підсилення обумовлені роботою безпосередньо на високих частотах і неможливістю роботи на різних каналах частотного діапазону. У тих випадках, коли прийом сигналів здійснюється на фіксованій і порівняно невисокій частоті, у приймачі прямого підсилення перераховані недоліки практично відсутні.

Ці особливості прийому сигналів використовуються в приймачах супергетеродинного типу (рис. 3.8). Приведена схема відрізняється від схеми приймача прямого підсилення наявністю двох нових елементів: перетворювача частоти (ПЧ) і підсилювача проміжної частоти (ППЧ).

Перетворювач частоти складається з нелінійного елемента-змішувача (ЗМ) і спеціального генератора - гетеродина (Г). У перетворювачі частоти частота прийнятого сигнал f_С перетворюється в деяку постійну достатньо низьку проміжну частоту f_П. У приймачах супергетеродинного типу основне підсилення і частотну вибірність забезпечує ППЧ.

У якості змішувача використовуються напівпровідникові діоди, польові і біполярні транзистори й електронні лампи. Вибір типу змішувача звичайно визначається вимогами до приймача, а також багато в чому залежить від частотного діапазону, у якому повинен працювати приймач.

Сигнал основної прийнятої частоти f_С перетворюється на коливання проміжної частоти f_П при одночасному впливі на змішувач напруг частоти сигналу f_С і частоти гетеродина f_Г:

(3.12)

де n = 0,1,2,3... - гармоніки частоти гетеродина,

m = 1,2,3... - гармоніки частоти сигналу.

Рисунок 3.8 Структурнасхемарадіоприймачасупергетеродинноготипу

Всі складові f_П зберігають закон модуляції частоти прийнятого сигналу f_С. Звичайно в якості проміжної частоти вибирають найбільш просту комбінацію (n=m=1):

 (3.13)

За рахунок застосування перетворювача частоти в супергетеродинному приймачі усуваються недоліки, властиві приймачу прямого підсилення.

Всі радіоприймачі в наш час будуються в основному за двома описаними вище структурними схемами.

Крім перерахованих елементів, супергетеродинні приймачі звичайно мають у своєму складі схему автоматичного регулювання посилення (АРП), а приймачі вищого, першого і спеціального (військового, оперативного) призначення - ще й схему автоматичного підстроювання частоти (АПЧ).