книги из ГПНТБ / Комаров Е.Ф. Учебное пособие радиотелемастера

ным к его входу, при котором на выходе развивается мощ­ ность, равная 0,1 номинальной (паспортной) выходной мощ­ ности. Чувствительность измеряется в микровольтах (мкв).

Очевидно, что чувствительность приемника зависит от того усиления сигнала, которое может обеспечить данный приемник, а оно, в свою очередь, определяется количеством и типом ламп или транзисторов, применяемых в схеме при­ емника.

I Согласно ГОСТу все радиовещательные приемники, вы­ пускаемые нашей промышленностью, разбиты на несколько классов и каждому из них соответствует вполне определен­ ная чувствительность.

Так, приемники первого и высшего класса имеют чувст­ вительность не хуже 50 мкв. Приемники второго класса должны иметь чувствительность не хуже 200 мкв (диапазон длинных и средних волн) и 300 мкв (диапазон коротких волн). Приемники третьего класса имеют чувствительность 300 мкв (длинные и средние волны) и 500 мкв (короткие волны).

Ко входу приемника от антенны наряду с сигналами при­ нимаемых частот подводятся сигналы и других частот, ко­ торые в данном случае являются сигналами помех. Задача приемника заключается в том, чтобы, выделяя и усиливая полезные сигналы принимаемых частот, одновременно с этим подавлять все сигналы мешающих частот. Такая способ­ ность приемника ослаблять все сигналы мешающих частот называется и з б и р а т е л ь н о с т ь ю приемника.

По международным соглашениям частоты радиовеща­ тельных станций должны отличаться одна от другой на 10 кгц. Следовательно, приемник должен обладать способ­ ностью не пропускать сигналы, частота которых отли­ чается более чем на 10 кгц от частоты его настройки.

В современных радиовещательных приемниках выделе­ ние сигналов нужной частоты основано на использовании принципа резонанса, поэтому избирательность приемника зависит от того, насколько хорошо выражены резонансные свойства его колебательных контуров.

Решающее значение для этого имеют качество и количе­ ство этих контуров. Чем лучше колебательные контуры, т. е. чем меньше всякого рода потери в них, и чем больше конту­ ров встречает сигнал на пути своего прохождения в при­ емнике, тем лучше отсеиваются, отфильтровываются все по­ мехи и тем лучше будет избирательность приемника. По

170

ГОСТу для избирательности установлены следующие нор­ мы: у приемников 1-го класса чувствительность при рас­ стройке на 10 кгц должна уменьшаться не менее чем в 200

СУПЕРГЕТЕРОДИННЫЙ ПРИЕМНИК

Приемник прямого усиления не может обеспечить не­ обходимой частотной избирательности при приеме сигна­ лов очень высоких частот. Однако радиостанции работа­ ют во всех диапазонах частот, и приемник должен прини­ мать сигналы как в диапазоне длинных и средних, так и в диапазоне коротких волн и даже УКВ. Возникает мысль о том, чтобы принятый сигнал высокой частоты преобразо­ вать в другой высокочастостный сигнал б о л е е н и з к о й ч а с т о т ы , затем уже производить его усиление. Такие приемники с преобразованием частоты принимаемого сиг­ нала называются с у п е р г е т е р о д и н н ы м и п р и ­ е м н и к а м и .

Рис. 104. Структурная схема супергетеродинного приемника

Блок-схема супергетеродинного приемника приведена на рис. 104. Если сравнить эту схему со схемой приемника прямого усиления, то можно увидеть, что первый узел, т. е. блок усиления высокочастотного модулированного напря­ жения (УМН), является гораздо более сложным, так как содержит, кроме УВЧ, еще три дополнительных узла (сме­ ситель, гетеродин и усилитель промежуточной частоты), включенные между выходом каскада УВЧ и входом детек­ тора. Эти узлы являются специфическими именно для супер­ гетеродинного приемника и определяют собой характерные особенности его работы.

Проследим прохождение сигнала в схеме приемника. Ко входу приемника от антенны подводятся сигналы раз­

171

личных частот, из которых входная цепь выделяет сиг­ налы принимаемой частоты /с. Напряжение с частотой fc поступает на вход каскада УВЧ и усиливается им. С выхода каскада УВЧ напряжение подается на смеситель преобра­ зователя. Так же на смеситель поступает напряжение вы­ сокой частоты /г от встроенного в приемник особого гене­ ратора— гетеродина. Преобразователь смешивает частоту сигнала /0 с частотой гетеродина / г. Обычно /V > /с-

В результате смешивания двух частот образуется так называемая п р о м е ж у т о ч н а я частота, величина ко­ торой определяется разностью частот напряжений гетеро­ дина и сигнала, т. е.

Напряжение промежуточной частоты подается на вход усилителя промежуточной частоты (УПЧ), в котором и про­ изводится основное усиление сигнала. С выхода УПЧ уси­ ленное напряжение промежуточной частоты, поступает на вход детектора, который выделяет модулирующее напря­ жение, т. е. напряжение низкой частоты. После детектора процесс усиления напряжения низкой частоты в супергете­ родинном приемнике такой же, как и в схеме приемника прямого усиления.

Схема супергетеродинного приемника значительно слож­ нее схемы приемника прямого усиления, однако она явля­ ется более совершенной, так как позволяет осуществить хороший прием сигналов во всех радиовещательных диапа­ зонах. В отличие от приемника прямого усиления суперге­ теродинный приемник при том же количестве ламп всегда обладает большей чувствительностью. Это объясняется тем, что основное усиление сигнала производится в УПЧ на достаточно низкой частоте, при которой коэффициент уси­ ления одного каскада может быть сделан достаточно боль­ шим. При необходимости обеспечить очень большое усиле­ ние сигнала можно применить несколько каскадов УПЧ, причем устойчивость работы такого усилителя будет зна­ чительно выше, чем у УВЧ приемника прямого усиления при том же числе каскадов.

Частотная избирательность супергетеродинного прием­ ника также выше, чем у приемника прямого усиления. Это можно объяснить тем, что в супергетеродинном приемнике избирательность создается в основном каналом УПЧ. Этот

172

канал имеет строго фиксированную настройку и не перестра­ ивается в процессе работы приемника, что позволяет исполь­ зовать в его схеме весьма совершенные колебательные системы в виде двух-, трех- и даже четырехконтурных по­ лосовых фильтров. Применение таких фильтров при относи­ тельно низкой частоте усиливаемого сигнала позволяет обеспечить желаемую полосу пропускания и практически любую форму частотной характеристики УПЧ.

Канал УПЧ всегда настраивается на определенную стан­ дартную промежуточную частоту (для радиовещательных приемников она равна 465 кгц), а прием нужного сигнала осуществляется путем соответствующей перестройки кон­ туров входной цепи и УВЧ и контуров, имеющихся в схеме гетеродина. При перестройке приемника с одной станции на другую изменяется частота настройки контуров входной цепи и УВЧ, но одновременно изменяется и частота на­ стройки контура гетеродина так, что значение промежуточ­ ной частоты всегда остается постоянным и равным 465 кгц.

На вход смесителя с выхода УВЧ подается амплитудномодулированное напряжение частоты /с. В результате работы смесителя на его выходе получается напряжение промежуточной частоты, которое также оказывается промодулированным по амплитуде.

Преобразователь частоты состоит из смесителя и гете­ родина. В более сложных приемниках иногда преобразо­ ватель частоты осуществлялся в виде двух отдельных кас­ кадов — смесителя и гетеродина, работающих на разных лампах. В простых и дешевых приемниках преобразователь частоты работает на одной сложной лампе, имеющей боль­ шое число электродов (гептод). В настоящее время нашей промышленностью выпускается комбинированная лампа — 6И1П, содержащая в одном баллоне две отдельные лампы — триод и гептод. Эта лампа специально предназначена для преобразования частоты и применяется во многих совре­ менных приемниках.

Благодаря своим положительным качествам, т. е. повы­ шенной чувствительности и избирательности, супергетеро­ динные приемники получили самое широкое распростра­ нение. Все современные радиовещательные, телевизионные и специальные приемники работают на принципе преобра­ зования частоты, т. е. являются супергетеродинными прием­ никами.

173

СМЕСИТЕЛЬ В СХЕМЕ СУПЕРГЕТЕРОДИННОГО ПРИЕМНИКА

Смеситель представляет собой ламповый каскад, содер­ жащий смесительную лампу, в качестве которой обычно ис­ пользуется многоэлектродная лампа — гептод с нагрузкой в виде колебательного контура (рис. 105). Отличительной особенностью гептода является то, что эта лампа содержит две управляющие сетки. На первую гетеродинную сетку с гетеродина подается напряжение с частотой /Р и постоян­ ной амплитудой. Амплитуда напряжения гетеродина выби­

рается во много раз больше апмлитуды напряжения при­ нимаемого сигнала (напряжение гетеродина — единицы вольт, напряжение сигнала — десятки и сотни микровольт), что является обязательным условием эффективной работы смесителя.

На третью, с и г н а л ь н у ю , сетку гептода подается напряжение высокой частоты, промодулированное по амплитуде.

Под действием двух управляющих напряжений анодный ток лампы смесителя изменяется таким образом, что в нем появляются составляющие с различными частотами, кото­ рых не было в первоначальных сигналах. Так, кроме состав­ ляющих основных частот (/с и /у), в токе лампы смесителя появляются сумарная (/с 4- /г) и разностная (/р — /с ) сос­ тавляющие, различные комбинационные частоты и т. д.

174

чить на выходе смесителя полезное напряжение разностной (промежуточной) частоты, в анодную цепь лампы включа­ ется колебательный контур, настроенный именно на эту промежуточную частоту /пр. Через этот контур протекают все составляющие анодного тока лампы, но напряжение на контуре будет иметь частоту, соответствующую промежу­ точной частоте и частотам, расположенным возле нее (нахо­ дящимся в пределах полосы пропускания контура).

Для улучшения избирательности и одновременно для увеличения полосы пропускания каскада смесителя нагруз­ кой лампы служит полосовой фильтр (рис. 105). Цепочка R KCK в этой схеме служит для создания особого режима работы лампы смесителя, при котором составляющая проме­ жуточной частоты анодного тока лампы достигает наиболь­ шей амплитуды.

С зажимов второго контура полосового фильтра проме­ жуточной частоты (ФПЧ) напряжение промежуточной час­ тоты подводится ко входу первого каскада УПЧ, где и производится его дальнейшее усиление.

В данной схеме электронный поток в лампе управляется при помощи двух управляющих сеток, вследствие чего и сама схема получила название схемы д в у х с е т о ч н о ­ г о с м е с и т е л я .

ГЕТЕРОДИН В СХЕМЕ СУПЕРГЕТЕРОДИННОГО ПРИЕМНИКА

Гетеродином принято называть маломощный генератор колебаний высокой частоты, создающий в схеме приемника напряжение синусоидальной формы и определенной, за­ данной, частоты. Без этого напряжения немыслим вообще процесс преобразования частоты, и поэтому в каждом супер­ гетеродинном приемнике независимо от его назначения и параметров всегда имеется гетеродин.

Работа гетеродина, как и любого генератора любых ко­

цепи схемы направляется во входную цепь, и схема начи­ нает вырабатывать (генерировать) собственные колебания.

Рассмотрим схему гетеродина, в которой имеется элект­ ронная лампа и два колебательных контура, один из которых (L1C1) включен в цепь сетки лампы, а другой (L2C2) явля­

175

ется ее нагрузочным сопротивлением, т. е. включен в цепь ее анода (рис. 106).

Если на вход лампы от какого-либо внешнего источника подвести переменное напряжение высокой частоты, а кон­ тур L1C1 настроить на эту частоту, то в контуре возникнут незатухающие колебания и на нем будет действовать пере­ менное напряжение постоянной амплитуды. При отключе­ нии внешнего источника, в связи с тем что в контуре имеются собственные потери, амплитуда колебаний со временем бу­ дет уменьшаться (затухать). Но создать в контуре L1C1 не­

затухающие колебания можно и без по­ мощи внешнего источника. Для этого достаточно каким-либо образом соеди­ нить выход схемы с ее входом так, чтобы часть энергии, созданной в анодной цепи лампы, поступила обратно в цепь сетки этой лампы. Иными словами, в схе­ му необходимо ввести положительную обратную связь, при которой фазы на­ пряжений на контуре и от обратной

будет скомпенсирована за счет поступления энергии из анодной цепи. Наконец, при вполне определенной ампли­ туде напряжения обратной связи, все потери в сеточном контуре оказываются скомпенсированными и в нем возник­ нут незатухающие колебания.

Таким образом, для обеспечения нормальной работы гетеродина всегда нужно выполнять два условия: 1) ус­ ловие фаз; 2) условие амплитуд. Первое условие говорит о том, что фазы напряжения обратной связи и входного напряжения должны быть одинаковыми. Второе условие означает, что напряжение обратной связи должно иметь амплитуду не меньше определенной величины. Нормаль­ ный процесс генерации колебаний в схеме гетеродина возможен только при одновременном выполнении этих двух условий.

176

Генератор, который вырабатывает незатухающие коле­ бания, носит название г е н е р а т о р а с с а м о в о з ­ б у ж д е н и е м (автогенератора).

Существуют различные способы подачи напряжения об­ ратной связи с выхода схемы на ее вход, и в соответствии с этим имеется несколько различных схем автогенераторов. Рассмотрим две наиболее распространенные схемы автоге­ нераторов, а именно: генератор с индуктивной обратной связью и генератор с индуктивной трехточкой.

СХЕМА ГЕТЕРОДИНА С ИНДУКТИВНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Если сблизить катушки анодного и сеточного конту­ ров (рис. 107), то они окажутся связанными общим магнит­ ным полем, через которое часть энергии из анодной цепи лампы будет передана в сеточную цепь. При этом потери сеточного контура скомпенсируются, в контуре возникнет

между катушками L1 и L2. При большом расстоянии между катушками (слабая связь) количество энергии, вносимой из анодной цепи в сеточный контур, мало, потери в сеточном контуре компенсируются недостаточно и колебаний не бу­ дет. При некотором определенном расстоянии (оптимальная связь между катушками) потери в сеточном контуре полно­

177

стью компенсируются и в нем возникает незатухающий коле­ бательный процесс. При еще большем сближении катушек (чрезмерно сильная связь) амплитуда напряжения на конту­ ре возрастает, но одновременно с этим искажается форма колебаний. Это означает, что в напряжении, которое выраба­ тывает гетеродин, кроме основной частоты, появились выс­ шие гармонические частоты. Это нежелательно, так как при наличии гармоник в напряжении гетеродина прием будет сопровождаться дополнительными помехами. Поэтому при конструировании и налаживании приемников связь меж­

амплитуда напряжения на контуре становится малой, коэффициент усиления лампы нужно увеличить.

Регулировать усиление лампы удобнее всего, изменяя потенциал ее управлющей сетки. Тогда при большой ампли­ туде напряжения на контуре на сетку лампы необходимо подать большое отрицательное напряжение. Наоборот, при малых амплитудах напряжения на контуре этот минус, приложенный к сетке лампы, нужно уменьшать. Для формирования этого напряжения (напряжения смещения) в схему гетеродина вводится цепочка, состоящая из кон­ денсатора С и резистора R (рис. 108).

Рассмотрим работу схемы после введения в нее цепочки RC. Предположим, что схема собрана, лампа прогрета и под­ ключен источник постоянного питания Да. От скачка тока, протекающего в катушке L2, вокруг этой катушки образует­ ся магнитное поле, а витки катушки L1 будет пересекать магнитный поток. Тогда, согласно закону электромагнитной

178

индукции, в катушке L1 будет создаваться индуктиро­ ванная э.д.с., а в сеточном контуре возникнет колебатель­ ный процесс. На зажимах контура начнет действовать переменное напряжение, и цепочка RC вступит в работу. При первой же положительной полуволне напряжения на контуре в лампе будет протекать сеточный ток. Этим током конденсатор С зарядится, и на его обкладках появится на­ пряжение, причем плюс будет на левой обкладке, а минус — на правой. Это напряжение для лампы является напряже­ нием смещения, перемещающим рабочую точку по характе­ ристике лампы влево вниз.

При отрицательной полуволне напряжения конденса­ тор С разряжается через катушку Ы и резистор R. Однако сопротивление резистора R выбирается достаточно боль­ шим, и разряд конденсатора происходит очень медленно, вследствие чего можно считать, что напряжение на нем практически не уменьшается.

При второй положительной полуволне напряжения на контуре опять происходит заряд конденсатора и напряже­ ние на его обкладках еще увеличивается. Это приводит к тому, что рабочая точка на характеристике лампы смещается еще ниже. При следующей отрицательной полуволне вновь происходит разряд конденсатора С и т. д. Через несколько десятков периодов конденсатор С зарядится до некоторого, вполне определенного напряжения, величина которого зави­ сит как от сопротивления резистора и емкости конденсатора, так и от амплитуды напряжения на контуре. Если напря­ жение на контуре велико, то велико и отрицательное на­ пряжение, приложенное к сетке лампы. Лампа дает малое усиление, из анодной цепи в сеточный контур попадает мало энергии, и это приводит к уменьшению амплитуды колебаний в контуре. Наоборот, если на зажимах контура действует напряжение малой амплитуды, то и на сетке лампы действует небольшое отрицательное напряжение, лампа обеспечивает большее усиление, из ее анодной цепи в сеточный контур передается больше энергии, и амплитуда колебаний в контуре возрастает.

Так при помощи цепочки RC автоматически стабилизи­ руется амплитуда напряжения на контуре гетеродина. Кро­ ме того, цепочка облегчает возникновение режима генера­ ции и в схеме обеспечивается так называемый мягкий режим возбуждения. Иногда резистор R включается параллельно конденсатору С (на рис. 108 показано пунктиром). Такая

179