4.4. Принцип радіоприймання

Якість радіоапаратури щонайперш визначається її побудовою. Сучасні радіоприймачі являють собою дуже складні пристрої. Для їх монтажу використовується значна кількість різних елементів. Якість монтажу та особливості схеми визначають експлуатаційні властивості радіоприймачів. На практиці розрізняють три види схем радіо­приймачів: принципова, монтажна і структурна.

Найбільш повною і складною є принципова схема. В ній показують всі складові елементи, їх умовне позначення, наводять зв'язки між ними. За принциповими схемами можна простежити хід прийнятого сигналу та його перетворення. На цих схемах показуються абсолютні значення параметрів елементів, що складають схему; порядок і систему з'єднань, величини напруги у контрольних точках та конфігурацію сигналів на екрані осцилографа. Читається схема зліва направо і зверху донизу. Починають читання схеми з верхнього лівого кута, де позначають вхід сигналу високої частоти (ВЧ). Закінчують читати радіосхему в нижньому правому куті, в якому вказують гучномовець радіоприймача.

Монтажна схема необхідна для правильного і раціонального розміщення елементів. При цьому враховують вплив теплових та інших випромінювань, компановку, зручність монтажу, експлуатації та ремонту. Фактично це графічне зображення зовнішнього вигляду деталей, їх місця та з'єднання. Різновидом монтажної схеми є електромонтажне креслення друкованих плат, розміщених на зворотному боці принципової схеми, яка додається до радіовиробів. На цих кресленнях показують малюнок струмопровідних плат, розміщення на ній елементів, їх з'єднання та схемні номери, включаючи номер плати.

Структурна схема дає уявлення про основні вузли радіо­приймача. Кожна фігура означає певний блок приймача та зв'язки поміж іншими - порядок руху сигналів та їх перетворення (підсилювання, модулювання або детектування і т.п.). У фігурах-символах зазначають призначення блоків, їх функції, тип активного елемента та ін. За допомогою цієї схеми можна простежити послідовність роботи окремих блоків і вузлів, не вдаючись в електросхемні подробиці.

Радіоприймання - це процес послідовного пере­творення електромагнітних коливань в електричні, механічні та звукові

Рис. 7.11. Структурна схема радіоприймача прямого підсилення

У місцях прийому сигнали радіохвиль приймаються за допо­могою приймальної антени. Вони подаються на вхід радіоприймача. В антені передавальної радіостанції струми високої частоти перетво­рюються в електромагнітні радіохвилі. Антена радіоприймача індукує (приймає) ці сигнали, перетворюючи їх із електромагнітних в електричні. А у зв'язку з тим, що одночасно працює багато радіостанцій - в антені радіоприймача виникає багато струмів різної частоти.

Вибірковий прийом конкретної радіостанції виконується вхід­ним вибірковим пристроєм (ВВП) приймача, який являє собою замкнений коливальний контур, який складається із антени, конден­сатора змінної ємності, котушки індуктивності та заземлення.

Прийнятий радіосигнал буває дуже слабким тому, що у міру віддаляння радіоприймача від передавальної станції енергія електро­магнітних хвиль зменшується. Тому прийняті високочастотні сигнали у радіоприймачеві підсилюються за допомогою підсилювача високої частоти (ПВЧ).

Враховуючи те, що органи людського слуху здатні сприймати тільки низькочастотні радіосигнали, то від високочастотних (призначених для передачі радіосигналів на великі відстані) радіосигналів позбавляються в радіоприймачеві за допомогою детектора (Д).

Детектування - це процес виділення низькочастотного корисного радіосигналу (коливань НЧ) із прийнятого модульованого високочастотного радіосигналу

Виділені таким чином струми низької частоти підсилюють за допомогою підсилювача низької (ПНЧ). Потім їх подають на гучно­мовець або в акустичну систему, де електричні сигнали перетво­рюються спочатку в електромагнітні, потім в механічні коливання мембран та дифузорів і в звукові.

Радіоприймачів прямого підсилення на сьогодні виготовляють дуже мало. Цю схему покладено в основу роботи трипрограмних гучномовців, радіоприймачів для дітей. Функціональні властивості цих приймачів не дуже високі (особливо вибірність, кількість приймальних радіостанцій, діапазон відтворюваних частот, вихідна потужність). Основні параметри цих радіоприймачів дуже зміню­ються у межах робочого діапазону частот, але вони відрізняються простою конструкцією, мають невеликі габарити та надійність у роботі.

Сучасна радіоапаратура, яка призначена для прийому передач радіомовних станцій, складається за супергетеродинною схемою.

Структурні схеми супергетеродинних радіоприймачів

бувають таких різновидів: без ультракороткохвильового діапазону; з ультракороткохвильовим діапазоном; стереофонічні радіоприймачі.

На рис. 7.12 зображено структурну схему супергетеродинного приймача, який виконує прийом монофонічних радіопередач з амплітудною модуляцією в діапазонах довгих, середніх та коротких хвиль.

Рис.12. Структурна схема супергетеродинного приймача

На вході радіоприймача вмонтована антена, яка призначена для прийому радіосигналів. Більшість сучасних радіомовних приймачів у діапазонах довгих і середніх хвиль укомплектовано малогабаритними антенами. Вони являють собою стрижень, виготовлений із фериту, на який намотані котушки вхідних контурів приймачів. Направленість дії магнітної антени дозволяє позбутися від різних перешкод, направленість яких не збігається з напрямком поширення корисного сигналу. Якість прийому на магнітну антену покращується завдяки тому, що вона реагує головним чином на магнітну складову електро­магнітного поля, у той час як більшість джерел перешкод (іскри вимикачів та колекторів електродвигунів тощо) утворюють електро­магнітне поле, яке утворюють електричні складові. У переносних приймачах антена часто виготовлена у вигляді складаного металевого штиря (телескопічна антена).

ВВП здійснює виділення корисного сигналу із всієї сукупності радіосигналів, які приймаються антеною. До нього входять коливаль­ний контур та елемент зв'язку з антеною. Вибірковий прийом корисного сигналу забезпечується настроюванням контура на його частоту. Підсилювач високої частоти (ПВЧ) призначений для збільшення напруги сигналу на його несучій частоті.

Перетворювач частоти (ПЧ) складається із змішувача (Зм) та гетеродину і використовується для перетворення коливань різної частоти, що надходять з ВВП у коливання постійної частоти -465 кГц, які називають коливанням проміжної частоти.

Для її формування в змішувач надходять коливання із гетеродину (малопотужного генератора ВЧ) та ПВЧ. Таким чином, яка б частота не надходила до ВВП у змішувачі завжди утворюється проміжна частота 465 кГц.

В радіомовленні значення проміжної частоти стандартизовані й залежать від робочого діапазону частот радіоприймача. Якщо, в Україні та країнах СНД, проміжна частота повинна бути 465 + 2 кГц, то у зарубіжних моделях використовують інші значення, найчастіше 450 кГц, що не впливає на споживні параметри радіоприймального пристрою, а важливо лише під час проведення ремонтних і регулювальних робіт.

Стабільність сигналу проміжної частоти пов'язана зі стабіль­ністю сигналу гетеродину, на параметри якого впливають зміни напруги живлення, температури і вологості оточуючого середовища. Одним із способів підвищення стабільності проміжної частоти і зменшення нестабільності частоти гетеродину є використання системи автоматичного настроювання частоти (АПЧ).

У підсилювач проміжної частоти (ППЧ) надходить частота, яка зберігає характер коливань корисного радіосигналу.

Отримання проміжної частоти - це основна перевага супергетеродинного приймача, оскільки підсилення сигналу відбувається з однаковою для всіх діапазонів ефективністю, що забезпечує високі електричні та акустичні властивості. Підсилювач проміжної частоти (ППЧ) здійснює основне підсилення корисного сигналу, забезпечує необхідну вибірність за сусіднім каналом і чутливістю радіоприймача. Він містить смугові фільтри, які складаються із двох пов'язаних коливальних контурів, налаштованих на проміжну частоту.

На вході сучасних радіоприймачів використовують автоматичне регулювання підсилення (АРП) з метою підтримання постійної напруги проміжної частоти, яка подається на детектор, при зміні напруги сигналу на вході радіоприймача. Необхідність використання АРП пов'язана з особливістю розповсюдження хвиль коротко­хвильового діапазону. АРП змінює коефіцієнт підсилення каскаду проміжної частоти: при послабленні сигналів коефіцієнт підсилення зростає, а при збільшенні сигналу - знижується. Внаслідок цього напруга, яка надходить на детектор, змінюється значно менше, ніж на вході радіоприймача.

Якщо радіоприймач має функцію автоматичної настройки, то в його структурі є схема стеження за настроюванням, яка визначає напругу приймального сигналу на виході останніх каскадів ППЧ. Коли цей рівень стає достатнім для нормальної роботи наступних каскадів, формується імпульсна напруга, яка підтверджує факт настройки на радіостанцію. Ця напруга передається до схеми керування приймачем.

За таким же принципом працює і система безшумної настройки (БШН) радіоприймача, яка перешкоджає проходженню сигналу в низькочастотні ланцюги під час настроювання, коли прослуховуються тільки шуми ефіру.

У детекторі (Д) відбувається перетворення модульованих коли­вань високої (проміжної) частоти в електричні коливання низької частоти. Цю функцію найчастіше виконують напівпровідникові високочастотні діоди.

Підсилювач низької частоти (ПНЧ) підсилює низькочастотні коливання, які утворені на виході детектора. Він складається з підси­лювача напруги та підсилювача потужності. Підсилювач напруги підвищує напругу, одержану на виході детектора. Підсилювач потужності утворює достатню вихідну потужність сигналів, які подають на динамічні головки. Каскад підсилення збирають най­частіше на напівпровідникових низькочастотних тріодах.

Гучномовець перетворює електричний сигнал спочатку в електромагнітний, а потім у звуковий. Діапазон відтворюваних звуко­вих частот визначається видами головок та типом акустичної системи.

Всехвильові радіоприймачі з УКХ-діапазоном виконують прийом частотномодульованих і амплітудномодульованих сигналів. А тому вони у схемах мають деякі особливості. Перш за все вони мають блок УКХ частотної модуляції, пов'язаний конденсатором змінної ємності з блоком високої частоти амплітудної модуляції. Блок УКХ ЧМ складається із вихідних ланцюгів, ПВЧ і перетворювача високої частоти ЧМ коливань в постійну проміжну частоту, що дорівнює 8,7 або 10,7 Мгц. Функції підсилення та перетворення високої частоти виконують тріоди. При прийомі УКХ перетворюючий тріод АМ коливань стає підсилювачем проміжної частоти ЧМ (див. рис. 7.13).

Рис. 13. Структурна схема радіоприймача з УКХ-діапазоном

Другою відмітною ознакою радіоприймачів АМ ЧМ є особли­вість детектування частотно-модульованих коливань: спочатку ЧМ коливання перетворюються в АМ коливання, а потім уже детектуються.

Стереофонічні радіоприймачі працюють завдяки викорис­танню схем з полярною модуляцією.

На відміну від монофонічних ці радіоприймачі мають полярпиІІ детектор (стереодекодер СД - пристрій для детектування полярно-модульованого сигналу) та два ідентичних ПНЧ з окремими акус­тичними системами. Стереодекодер виділяє низькочастотні коли­вання лівого та правого стереоканалів із комплексного стереосипшлу, Останні блоки аналогічні радіоприймачам з УКХ діапазоном (діш. рис. 7.14) На виході частотного детектора (ЧД) утворюються полярно-модульовані коливання піднесучої частоти. Надійшовши ми вхід (СД) вони відфільтровуються від високочастотних несучих коливань та розділяються на два канали. Таким чином одержані низькочастотні електричні радіосигнали після підсилення чи допомогою ПНЧ подаються до акустичних систем. ПНЧ міститії здвоєне регулювання гучності і тембру, а також спеціальний регулятор стереобалансу для вирівнювання гучності в лівому і правому каналах.

У складних моделях радіоприймачів високого класу частина функцій вищеописаних блоків може бути передана цифровим мікропроцесорним пристроям, які виконують операції над сигналами за спеціальними програмами опрацювання.

Рис. 14. Структурна схема стереофонічного радіоприймача