WikiZero - Супергетеродинний радіоприймач

open wikipedia design.

Супергетеродинний радіоприймач (супергетеродин) - один з типів радіоприймачів , Заснований на принципі перетворення сигналу в сигнал фіксованої проміжної частоти (ПЧ) з подальшим її посиленням . Основна перевага супергетеродина перед радіоприймачем прямого посилення в тому, що найбільш критичні для якості прийому частини приймального тракту (вузькосмуговий фільтр, підсилювач ПЧ і демодулятор) не повинні перебудовуватися по частоті, що дозволяє виконати їх зі значно кращими характеристиками.

Супергетеродинний приймач винайшли майже одночасно німець Вальтер Шоттки і американець Едвін Армстронг в 1918 році , Грунтуючись на ідеї француза Л. Леві [Fr] .

спрощена структурна схема супергетеродина з однократним перетворенням частоти показана на малюнку. Радіосигнал з антени подається на вхід підсилювача високої частоти (в спрощеному варіанті він може і не бути), а потім на вхід змішувача - спеціального елемента з двома входами і одним виходом, яка здійснює операцію перетворення сигналу по частоті. На другий вхід змішувача подається сигнал з локального малопотужного генератора високої частоти - гетеродина . коливальний контур гетеродина перебудовується одночасно з вхідним контуром змішувача (і контурами підсилювача ВЧ) - зазвичай конденсатором змінної ємності (КПЕ), рідше котушкою змінної індуктивності ( варіометром , ферроваріометром ). Таким чином, на виході змішувача утворюються сигнали з частотою, яка дорівнює сумі і різниці частот гетеродина і прийнятої радіостанції. Різницевий сигнал постійної проміжної частоти (ПЧ) виділяється за допомогою смугового фільтра і посилюється в підсилювачі ПЧ, після чого надходить на демодулятор , Який відновлює сигнал низької (звукової) частоти.

В сучасних приймачах як гетеродина використовується цифровий синтезатор частот з кварцової стабілізацією.

У звичайних мовних приймачах довгих, середніх і коротких хвиль проміжна частота, як правило, дорівнює 465 або 455 кГц, в побутових ультракороткохвильових - 6,5 або 10,7 МГц. В телевізорах використовується проміжна частота 38 МГц.

У зв'язкових і висококласних мовних приймачах застосовують подвійне (рідко - потрійне) перетворення частоти. Про переваги такого рішення та критерії вибору першої і другої ПЧ сказано нижче.

• висока чутливість . Супергетеродин дозволяє отримати більше посилення в порівнянні з приймачем прямого підсилення . У супергетеродині основне посилення здійснюється на проміжній частоті, яка, як правило, нижче частоти прийому; чим нижче частота сигналу, тим простіше побудувати для нього стійкий підсилювач з великим коефіцієнтом посилення.
• висока вибірковість , Обумовлена ​​фільтрацією сигналу в каналі ПЧ. Фільтр ПЧ можна виготовити зі значно більш високими параметрами, так як його не потрібно перебудовувати по частоті. Наприклад, широко використовують кварцові , пьезокерамические і електромеханічні фільтри зосередженої селекції, а також фільтри на поверхневих акустичних хвилях . Вони дозволяють отримати як завгодно вузьку смугу пропускання з дуже великим придушенням сигналів за її межами.
• Можливість приймати сигнали з модуляцією будь-якого виду, в тому числі з амплітудної маніпуляцією (Радіотелеграф) і односмуговою модуляцією .

Найбільш значним недоліком є наявність так званого дзеркального каналу прийому - другий вхідний частоти, що дає таку ж різниця з частотою гетеродина, що і робоча частота. Сигнал, який передається на цій частоті, може проходити через фільтри ПЧ разом з робочим сигналом.

Наприклад, нехай приймач з ПЧ 6,5 МГц налаштований на станцію, яка транслює на частоті 70 МГц, і частота гетеродина дорівнює 76,5 МГц. На виході фільтра ПЧ буде виділятися сигнал з частотою 76,5 - 70 = 6,5 МГц. Однак, якщо на частоті 83 МГц працює інша потужна радіостанція, і її сигнал зможе проникнути на вхід змішувача, то різницевий сигнал з частотою 83 - 76,5 = 6,5 МГц буде пригнічений, потрапить в підсилювач ПЧ і створить перешкоду. Величина придушення такої перешкоди ( вибірковість по дзеркальному каналу) залежить від ефективності вхідного фільтра та є однією з основних характеристик супергетеродина.

Перешкоди від дзеркального каналу зменшують двома шляхами. По-перше, застосовують більш складні та ефективні вхідні смугові фільтри , Що складаються з декількох коливальних контурів. Це ускладнює і здорожує конструкцію, так як вхідний фільтр потрібно ще й перебудовувати по частоті, притому узгоджено з перебудовою гетеродина. По-друге, проміжну частоту вибирають досить високою в порівнянні з частотою прийому. В цьому випадку дзеркальний канал прийому виявляється відносно далеко за частотою від основного, і вхідний фільтр приймача може більш ефективно його придушити. Іноді ПЧ навіть роблять набагато вище частот прийому (так зване «перетворення вгору»), і при цьому заради спрощення приймача взагалі відмовляються від вхідного смугового фільтра, замінюючи його неперебудовувані фільтром нижніх частот . У високоякісних приймачах часто застосовують метод подвійного (іноді і потрійного) перетворення частоти, причому, якщо першу ПЧ вибирають високою по описаним вище міркувань, то другу роблять низькою (сотні, іноді навіть десятки кілогерц [1] ), Що дозволяє більш ефективно гасити перешкоди від близьких по частоті станцій, тобто підвищити вибірковість приймача по сусідньому каналу. Подібні приймачі, незважаючи на досить високу складність побудови і налагодження, широко застосовуються у професійній і аматорського радіозв'язку (див. Р-250 , трансівер UW3DI ).

Крім того, в супергетеродині можливий паразитний прийом станцій, що працюють на проміжній частоті [2] . Його запобігають екрануванням окремих вузлів і приймача в цілому, а також застосуванням на вході фільтра-пробки , Налаштованого на проміжну частоту.

Другий недолік супергетеродина - паразитне випромінювання, яке може створювати перешкоди іншим прийомним пристроїв або демаскувати приймач. Цей недолік став однією з причин однією з найбільших авіакатастроф в історії людства, коли в аеропорту Лос-Родеос на ЗПС зіткнулися два Боїнги-747 . Досить сильне паразитне випромінювання гетеродинов, що працюють на літаках радіостанцій зв'язку, створювало в ефірі досить сильні комбінаційні коливання (биття), які, в свою чергу, виявлялися як свист в навушниках у пілотів і диспетчера, що ускладнювало і без того складну комунікацію. Після катастрофи електрична схема радіостанцій Боїнгів-747 була доопрацьована з метою зниження паразитного випромінювання гетеродинов. Унаслідок паразитного випромінювання гетеродина існує ризик випадкового або цілеспрямованого виявлення працюючого приймача (мовного, зв'язкового), що широко використовується у військовій справі (радіоелектронної розвідкою), спецслужбами при пошуку агентури, поліцією для виявлення радар-детекторів в країнах, де їх застосування заборонено, а також для оцінки популярності телевізійної чи радіопередачі за сумарною потужністю паразитного випромінювання приймачів в цікавому районі. Завдання придушення паразитного випромінювання зводиться до зниження потужності гетеродина (в 1940-1960 роках вона досягала 300 мВт, в 1970-х роках з переходом на транзисторні схеми була знижена до 20-30 мВт, з переходом на інтегральні мікросхеми в 1980-х роках - знижена до одиниць милливатт, а в сучасних цифрових тюнерах не перевищує десятків мікроват), скорочення розмірів і надійному екрануванню змішувально-гетеродинного вузла і підсилювача проміжної частоти (що вирішується інтегральним виконанням приймача), застосування широкосмугових загороджувач их високоселективних фільтрів на антенний вхід приймача. [ Джерело не вказано 213 днів ]

В цілому супергетеродін вимагає набагато більшої ретельності в проектуванні і наладці, ніж приймач прямого підсилення. Доводиться застосовувати досить складні заходи, щоб забезпечити стабільність частоти гетеродина, так як від неї сильно залежить якість прийому. Сигнал гетеродина не повинен просочуватися в антену, щоб приймач сам не ставав джерелом перешкод. Якщо в приймачі більше одного гетеродина, існує небезпека, що биття між якимись з їх гармонік виявляться в смузі звукових частот і дадуть перешкоду у вигляді свисту на виході приймача. З цим явищем борються, раціонально вибираючи частоти гетеродинов і ретельно екрануючи вузли приймача один від одного.

Використовувати в приймачі допоміжний генератор коливань вперше запропонував американець Фессенден в 1901 г. Він же створив термін «гетеродин». У приймачі Фессендена гетеродин працював на частоті, дуже близькою до частоти сигналу, і виникають при цьому биття звуковий частоти дозволяли приймати телеграфний сигнал (принцип, на якому працює приймач прямого перетворення ). Гетеродинні приймачі швидко удосконалилися з винаходом в 1913 р лампового генератора високої частоти (до цього застосовувалися електромашинні генератори).

У 1917 р французький інженер Л. Леві ( англ. ) Запатентував принцип супергетеродинного прийому. У його приймачі частота сигналу перетворювалася не безпосереднє в звукову, а в проміжну, яка виділялася на коливальному контурі і вже після нього надходила на детектор. У 1918 р В. Шотткі доповнив схему Леві підсилювачем проміжної частоти. Схема супергетеродина була вигідна в той час ще й тим, що лампи того часу не забезпечували необхідного посилення на частотах вище кількох сотень кілогерц. Зсунувши спектр сигналу в область більш низьких частот, можна було підвищити чутливість приймача.

Незалежно від Шотткі до аналогічною схемою прийшов Е. Армстронг (Його патент отриманий в грудні 1918 р, патентна заявка Шотткі зроблена в червні). Армстронг вперше побудував і випробував супергетеродин на практиці. Він же вказав на можливість багаторазового перетворення частоти.

У грудні 1921 р англійський радіоаматор на супергетеродин з пятікаскадним ППЧ прийняв сигнали станцій з США. З цього моменту до супергетеродині з'являється практичний інтерес. Перші супергетеродині були громіздкі, дороги і неекономічні через великої кількості ламп. прийом супроводжувався інтерференційними свистами, здатний проникати в антену сигнал гетеродина створював перешкоди іншим приймачів. Деякий час стояла дилема - що краще: більш простий і надійний приймач прямого посилення, або складний, примхливий, але високочутливий супергетеродин, який може працювати з невеликою кімнатною антеною? Супергетеродин навіть на деякий час поступився позиціями на ринку, коли застосування тетрода помітно поліпшило характеристики приймачів прямого посилення. [3] Але подальше вдосконалення ламп дозволило сильно спростити і здешевити супергетеродинний приймач: з'явилися многосеточние лампи з великим посиленням на високій частоті, спеціалізовані лампи для перетворювачів частоти, що служили одночасно змішувачем і гетеродином, а також комбіновані лампи, що містять в одному балоні два-три електронних приладу. Простий супергетеродін стало можливо побудувати на трьох-чотирьох лампах, не рахуючи випрямляча [4] [5] . Завдяки цьому та іншим удосконаленням з 1930-х років супергетеродині схема поступово стає домінуючою для зв'язкових і радіомовних приймачів. Крім того, в 1930 р закінчився термін патенту на принцип супергетеродинного прийому.

У Росії і СРСР першим серійним супергетеродином був, за одними джерелами, приймач танкової радіостанції 71-ТК розробки 1932 р [6] (Завод № 203 в Москві), за іншими - мовний СГ-6 (не пізніш 1931 р завод ім. Козицького в Ленінграді), [7] , За третіми - радіоприймач «Дозор», розроблений в кінці 20-х років в «Остехбюро» і переданий в серійне виробництво на той же завод ім. Козицького. [8] Першим побутовим супергетеродином, що випускався в більших кількостях, став СВД 1936 року. Приблизно з кінця 1950-х побутові радіомовні і телевізійні приймачі в СРСР будувалися майже виключно по супергетеродинной схемою (крім деяких сувенірних приймачів, Радиоконструктор для початківців і окремих спеціальних приймачів).

1. ↑ National NC-300
2. ↑ Це більшою мірою відноситься до можливого прийому перешкод на проміжній частоті. Стандартні проміжні частоти як правило не використовуються для мовлення і зв'язку.
3. ↑ П. Н. К. Два методу прийому .// «Радіофронт», 1936, № 1, с. 51
4. ↑ Лабораторія РФ. Супер на нових лампах .// «Радіофронт», 1936, № 1, с. 27
5. ↑ Куксенко П. Н. Трёхламповие супери .// «Радіофронт», 1936, № 1, с. 59
6. ↑ Радіомузей РКК. Архівні та довідкові матеріали
7. ↑ Нелепец В. С. СГ-6, фабричний супергетеродін .// «Радіофронт», 1931, № 11-12 , С. 651-654
8. ↑ ВНІІРТ. Сторінки історії. - М.: "Зброя і технології", 2006