Св приемник прямого усиления. Громкоговорящий приемник на современных транзисторах (СВ-ДВ). Простой радиоприемник с входным каскадом на полевом транзисторе

Супергетеродинный радиоприёмник (супергетеродин) — один из типов радиоприёмников, основанный на принципе преобразования принимаемого сигнала в сигнал фиксированной промежуточной частоты (ПЧ) с последующим её усилением. Основное преимущество супергетеродина перед радиоприемником прямого усиления в том, что наиболее критичные для качества приема части приемного тракта (узкополосный фильтр, усилитель ПЧ и демодулятор) не должны перестраиваться под разные частоты, что позволяет выполнить их со значительно лучшими характеристиками.

Супергетеродинный приёмник изобрёл американец Эдвин Армстронг в 1918 году.

Упрощённая структурная схема супергетеродина показана на рисунке. Радиосигнал из антенны подаётся на вход усилителя высокой частоты (в упрощённом варианте он может и отсутствовать), а затем на вход смесителя — специального элемента с двумя входами и одним выходом, осуществляющего операцию преобразования сигнала по частоте. На второй вход смесителя подаётся сигнал с локального маломощного генератора высокой частоты — гетеродина. Колебательный контур гетеродина перестраивается одновременно с входным контуром смесителя (и контурами усилителя ВЧ) — обычно конденсатором переменной ёмкости (КПЁ), реже катушкой переменной индуктивности (вариометром, ферровариометром). Таким образом, на выходе смесителя образуются сигналы с частотой, равной сумме и разности частот гетеродина и принимаемой радиостанции. Разностный сигнал постоянной промежуточной частоты (ПЧ) выделяется с помощью фильтра сосредоточенной селекции (ФСС) и усиливается одним или несколькими каскадами, после чего поступает на демодулятор, восстанавливающий сигнал низкой (звуковой) частоты. Обычно фильтр ПЧ рассосредоточен по всем каскадам усилителя промежуточной частоты, поскольку ФСС сильно ослабляет сигнал и приближает его к уровню шумов. А в приёмниках с фильтром с рассредоточенной селекцией в каждом каскаде сигнал лишь немного ослабляется фильтром, а затем усиливается, что позволяет улучшить отношение сигнал/шум. В настоящее время фильтр сосредоточенной селекции применяется лишь в относительно недорогих приемниках, выполненных на интегральных микросхемах (например К174ХА10), а также в телевизорах.

В обычных приёмниках длинных, средних и коротких волн промежуточная частота, как правило, равна 465 или 455 кГц, в ультракоротковолновых — 6,5 или 10,7 МГц. В телевизорах используется промежуточная частота 38 МГц. Так как супергетеродинный приёмник хорошо настроен на сигнал с промежуточной частотой, то даже слабый сигнал на этой частоте принимается. Поэтому промежуточная частота применяется для передачи сигналов SOS. На указанных частотах запрещена работа любых радиостанций мира.

Недостатки

Наиболее значительным недостатком является наличие так называемого зеркального канала приёма — второй входной частоты, дающей такую же разность с частотой гетеродина, что и рабочая частота. Сигнал, передаваемый на этой частоте, может проходить через фильтры ПЧ вместе с рабочим сигналом.

Например, если вход настроен на радиостанцию, передающую на частоте 70 МГц, а частота гетеродина равна 76,5 МГц, на выходе фильтра ПЧ будет нормальный сигнал с частотой 6,5 МГц. Однако, в случае присутствия другой мощной радиостанции на частоте 83 МГц её сигнал также может просачиваться на вход смесителя, и разностный сигнал с частотой также 83 - 76,5 = 6,5 МГц не будет подавлен. В таком случае приём сопровождается различными помехами. Избирательность по зеркальному каналу зависит от добротности и числа входных контуров. При двух перестраиваемых входных контурах требуется трёхсекционный конденсатор переменной ёмкости (КПЁ), что дорого.

Для уменьшения помех от зеркального канала часто применяют метод двойного (или даже тройного) преобразования частоты. Подобные приёмники, несмотря на достаточно высокую сложность построения и наладки, стали фактически стандартом в профессиональной и любительской радиосвязи.

В современных приёмниках в качестве гетеродина используется цифровой синтезатор частот с кварцевой стабилизацией.

Регенеративный радиоприёмник (регенератор) - радиоприёмник с положительной обратной связью в одном из каскадов усиления радиочастоты. Обычно прямого усиления, но известны и супергетеродины с регенерацией как в УРЧ, так и в УПЧ.

Отличается от приёмников прямого усиления более высокой чувствительностью (ограничена шумами) и избирательностью (ограничена устойчивостью параметров), пониженной устойчивостью работы.

Схема регенеративного радиоприёмника

История

Изобретён Э. Армстронгом во время учёбы в колледже, запатентован в 1914 году, после этого также запатентован Ли де Форестом в 1916. Это привело к судебной тяжбе продолжительностью в 12 лет, завершившейся в Верховном суде США в пользу Ли де Фореста.

Регенератор позволяет получить наибольшую отдачу от одного усилительного элемента. Поэтому в ранние годы развития радиотехники, когда лампы, пассивные детали и источники питания были дороги, он широко применялся в профессиональных, любительских и бытовых приёмниках, успешно конкурируя с изобретённым в 1918 г. тем же Армстронгом супергетеродином.

Абсолютный рекорд дальности радиосвязи до космической эры был установлен 12 января 1930 г. советским радистом Э.Т. Кренкелем с антарктической экспедицией Р.Э. Бёрда именно на регенеративном приёмнике.

С широким распространением в конце 1930х гг. смесительной лампы-гептода и кварцевых фильтров промежуточной частоты, преимущество супергетеродина в стабильности и избирательности стало решающим, и концу 1940х регенератор был полностью вытеснен из серьёзных применений, оставшись лишь в радиолюбительских наборах для сборки.

Достоинства и недостатки

Достоинства:

Высокие чувствительность и избирательность по сравнению с приёмниками прямого усиления и простыми супергетеродинами.

Простота и дешевизна

Низкое потребление энергии

Отсутствие побочных каналов приёма и самопоражённых частот

Недостатки:

Излучение помех при работе в режиме генерации (и, как следствие, отсутствие скрытности)

Высокая чувствительность и избирательность достигаются ценой стабильности

Требует от оператора знания принципа работы

Теоретические основы

В регенеративном приёмнике добротность (Q) колебательного контура повышается путём компенсации части потерь за счёт энергии усилителя, т.е. введения положительной обратной связи.

Добротность = резонансное сопротивление / сопротивление потерь, т.е. Q = Z / R
Положительная обратная связь, компенсируя часть потерь, вносит некоторое отрицательное сопротивление: Qreg = Z / (R - Rneg)
Коэффициент регенерации: M = Qreg / Q = R / (R - Rneg)

Отсюда видно, что при увеличении обратной связи коэффициент регенерации M и добротность могут стремиться к бесконечности, но их практический рост ограничен стабильностью параметров схемы - если изменение коэффициента усиления будет больше 1 / M, то регенератор либо сорвётся в генерацию (если усиление выросло), либо потеряет половину чувствительности и избирательности (если усиление упало).

Для улучшения стабильности и достижения плавности управления вблизи порога генерации, регенератор должен иметь отрицательную обратную связь по уровню сигнала или АРУ. В приведённой схеме такая ООС обеспечивается цепью R1C2 (гридлик, от англ. grid leak - утечка сетки) - сигнал детектируется диодом состоящим из сетки и катода лампы, и выделяется на резисторе R1. Переменная составляющая усиливается и звучит в наушниках, а постоянная подзапирает лампу и снижает её усиление.

Без такой АРУ управление обратной связью будет очень "острым", и если регенератор сорвётся в генерацию, то размах колебаний будет ограничен только источником питания, а остановить его можно будет только намного уменьшив обратную связь (явление гистерезиса). Такой усилитель не годится для использования как регенератор.

Радиоприёмник прямого усиления — один из самых простых типов радиоприёмников.

Блок-схема приёмника прямого усиления

Радиоприёмник прямого усиления (герадеаус) состоит из колебательного контура, нескольких каскадов усиления высокой частоты, квадратичного амплитудного детектора, а также нескольких каскадов усиления низкой частоты.

Колебательный контур служит для выделения сигнала требуемой радиостанции. Как правило, частоту настройки колебательного контура изменяют конденсатором переменной ёмкости. К колебательному контуру подключают антенну, иногда и заземление.

Сигнал, выделенный колебательным контуром, поступает на усилитель высокой частоты. Усилитель высокой частоты (УВЧ), как правило, представляет собой несколько каскадов избирательного транзисторного усилителя. С УВЧ сигнал подаётся на диодный детектор, с детектора снимается сигнал звуковой частоты, который усиливается ещё несколькими каскадами усилителя низкой частоты (УНЧ), откуда поступает на динамик или наушники.

В литературе приёмники прямого усиления классифицируют по числу каскадов усилителей низкой и высокой частоты. Приёмник с n-каскадами усиления высокой и m-каскадами усиления низкой частоты обозначают n-V-m, где V обозначает детектор. Например, приёмник с одним каскадом УВЧ и одним каскадом УНЧ обозначается 1-V-1. Детекторный приёмник, который можно рассматривать как частный случай приёмника прямого усиления, обозначается 0-V-0.

Преимущества и недостатки

Основной недостаток приёмника прямого усиления — малая селективность (избирательность), то есть малое ослабление сигналов соседних радиостанций по сравнению с сигналом станции, на которую настроен приёмник (к регенеративному приемнику, являющемуся разновидностью приемника прямого усиления, это не относится). Поэтому этот тип приёмников удобно использовать только для приема мощных радиостанций, работающих в длинноволновом или средневолновом диапазоне (из-за особенностей распространения волн в ионосфере длинноволновые и средневолновые сигналы не могут распространяться слишком далеко, поэтому приёмник «видит» только ограниченное число местных станций). Из-за этого недостатка приёмники прямого усиления не производятся промышленностью и в основном используются ныне только в радиолюбительской практике.

Как правило, радиоприёмники этого типа могут принимать только амплитудно-модулированные радиопередачи. Также обычно необходимо подключение внешней антенны и заземления, в связи с их невысокой чувствительностью, ограниченной усилением.

Радиоприёмник прямого преобразования — вид радиоприемника, в котором принимаемый высокочастотный сигнал преобразуется непосредственно в выходной низкочастотный посредством смешения сигнала гетеродина с принимаемым сигналом. Частота гетеродина равна (почти равна) или кратна частоте сигнала. Также называется гомодинным или гетеродинным — не путать с супергетеродинным.

История

Первые приемники прямого преобразования появились на заре радио, когда ещё не было радиоламп, связи проводились на длинных и сверхдлинных волнах, передатчики были искровыми и дуговыми, а приёмники, даже связные - детекторными.

Было замечено, что чувствительность детекторного приемника к слабым сигналам существенно возрастает, если с приемником был связан собственный маломощный генератор, работающий на частоте близкой к частоте принимаемого сигнала. При приеме телеграфного сигнала были слышны биения со звуковой частотой, равной разности частоты гетеродина и частоты сигнала. Первыми гетеродинами служили машинные электрогенераторы, потом их заменили генераторы на вакуумных лампах.

К 40-м годам приемники прямого преобразования были вытеснены супергетеродинами и приемниками прямого усиления. Обуславливалось это тем, что основное усиление и селекция приемника прямого преобразования осуществлялось на низкой частоте. Построить на лампах усилитель с высокой чувствительностью и малым коэффициентом шума затруднительно. Возрождение приемников прямого преобразования началось в 60-х годах с применением новой элементной базы -операционных усилителей, транзисторов. Стало возможным применение высокодобротных активных фильтров на операционных усилителях. Оказалось что при сравнительной простоте приемники прямого преобразования показывают характеристики, сравнимые с супергетеродинами. Кроме того, так как частота гетеродина приемников прямого преобразования может быть в два раза ниже частоты сигнала, их удобно применять для приема сигналов КВЧ и СВЧ.

Структурная схема приемника прямого усиления без регенерации (рис. 8.6) включает в себя входную цепь, усилитель высокой (радио) частоты (УВЧ, УРЧ), детектор (Д) и усилитель низкой (звуковой) частоты (УНЧ, УЗЧ). Иногда перед УРЧ включают малошумящий усилитель (МШУ).

Входная цепь и УВЧ составляют высокочастотный тракт приемника и со­держат системы резонансных контуров, которые служат для получения мак­симальной мощности сигнала из антенны, а также выделяют требуемый сиг­нал из множества других сигналов и помех. МШУ (используемые при необ­ходимости) предназначены для снижения уровня собственных шумов прием­ника и определяют чувствительность приемников. В некоторых случаях при достаточной мощности принимаемого сигнала УВЧ может отсутствовать. Вы­деленная детектором (демодулятором) модулирующая функция, содержащая полезную информацию, усиливается и фильтруется от помех и других комби­национных частот в УНЧ. Его усиление определяется напряжением (мощ­ностью), которые необходимо подвести к оконечному устройству для его нормальной работы.

Настройка приемника на полезный сигнал осуществляется перестройкой по частоте входной цепи, МШУ и УВЧ. Синхронная перестройка по частоте всех этих блоков является непростой задачей. В диапазоне СВЧ технически трудно согласовать полосы пропускания приемника с шириной спектра по­лезного сигнала для фильтрации последнего от помех, несовпадающих по частоте с сигналом. Отмеченные факторы являются недостатком приемников прямого усиления.

Рис. 8.6. Структурная схема приемника прямого усиления

Литература: В.И. Нефедов, “Основы радиоэлектроники и связи”, Издательство «Высшая школа», Москва, 2002.

Радиоприемные устройства

22.1. Структурные схемы

Радиоприемник - устройство, соединяемое с антенной и служащее для осуществления радиоприема.

Радиоволны, излучаемые различными радиопередатчиками, по­падают на приемную антенну и создают в ней электрические ко­лебания, поэтому для радиоприемника антенна представляет собой источник радиосигнала. Так как на антенну попадает множество радиоволн, то входной сигнал приемника

состоит из полезного сигнала s(t ) и помехи п (t ). Множитель k (t ) учитывает изменение во времени коэффициента передачи канала связи и называется мультипликативной помехой. Помеха n (t ), добавляющаяся к сигналу, называется аддитивной. В общем слу­чае аддитивная помеха состоит из гармонических, импульсных и флуктуационных помех.

Гармоническими или сосредоточенными по частоте называют узкополосные помехи. Основные источники этих помех - другие радиопередатчики.

Импульсными или сосредоточенными во времени называют поме­хи, форма которых напоминает радиоимпульсы. Отличительным признаком импульсных помех служит неравенство

где t и - средняя продолжительность импульса; Т - среднее рас­стояние между импуль-сами.

К импульсным относятся помехи, порождаемые атмосферными разрядами, промышленными предприятиями, транспортными сред­ствами.

Флуктуационные помехи - широкополосные случайные непре­рывные колебания. Типичный пример флуктуационной помехи - белый шум (см. § 2.7). Флуктуационные помехи порождаются хаотическим движением носителей заряда. Эти помехи представ­ляют один из основных видов помех в космических каналах и некоторых наземных каналах микроволнового диапазона. К флуктуационным помехам относятся также собственные шумы прием­ника.

Простейшая схема приемника прямого усиления состоит из входной цепи, усилителя радиочастоты, детектора и усилителя звуковой частоты (рис. 22.1). Сигнал нужной частоты выделяется системами резонансных контуров, служащих входными цепями и нагрузкой усилителя радиочастоты. Перестройка приемника на нужную частоту осуществляется путем перестройки всех резонанс­ных контуров.

Простота радиоприемника прямого усиления только кажу­щаяся. Для получения узкой полосы пропускания приходится увеличивать число резонансных контуров и их добротности. Сле­довательно, усложняется перестройка приемника. Поэтому при­емники по схеме прямого усиления изготовляют весьма редко.

В настоящее время массовое применение находят супергетеро­динные радиоприемники (рис. 22.2). В таких приемниках осущест­вляется преобразование частоты принимаемого радиосигнала так, что спектр, сосредоточенный в окрестности частоты ω i , переносится на промежуточную частоту ω i . Преобразование частоты выполняет преобразователь, состоящий из смесителя и гетеродина - генера­тора опорного колебания. Принцип действия такого преобразова­теля рассмотрен в § 17.3. Наиболее часто промежуточная частота

либо
(22.2)

При перестройке входной цепи и усилителя радиочастоты из­меняется и частота гетеродина так, чтобы промежуточная частота ω п оставалась постоянной. Это обстоятельство позволяет приме­нять неперестраиваемые усилители промежуточной частоты (УПЧ). Такие УПЧ удается создать с хорошей частотной избирательно­стью. Поэтому основное усиление и частотную избирательность супергетеродинного приемника обеспечивает УПЧ. Входная цепь и усилитель радиочастоты выполняют предварительное выделение сигнала и ослабляют мощные мешающие радиосигналы.

Супергетеродинный радиоприемник, обладая принципиальными достоинствами, не лишен недостатков. Основной из них-побоч­ные каналы приема. Как известно из общей теории преобразова­ния частоты (см. § 17.3), в полосу пропускания УПЧ попадает не только сигнал, например, с частотой ω с = ω г + ω п, но и другие сигналы, частоты которых ω с (п , т ) удовлетворяют равенству

(22.3)

Основной побочный канал приема называется зеркальным. Частота этого канала ω зк отличается от частоты сигнала ω с на удвоенное значение промежуточной частоты: ω зк = ω с ± 2ω п. Ослаб­ление мешающих радиосигналов и помех с частотами зеркального канала и всех других побочных каналов выполняют полосовые фильтры, включаемые до преобразователя частоты, т. е. фильтры, входящие в состав входных цепей и усилителя радиочастоты. Полезно иметь в виду, что подавление побочных каналов приема облегчается при увеличении промежуточной частоты ω п, однако при этом затрудняется получение достаточно узкой полосы УПЧ.

Другой недостаток супергетеродинного приемника - возмож­ность возникновения комбинационных свистов. Такие свисты по­являются на некоторых частотах принимаемого сигнала ω с " = ω г - ω п, на которых ω п ", приблизительно равная частоте ω п, полу­чается в соответствии с (22.3) и путем более сложного преобра­зования. При этом условии УПЧ усиливает два сигнала с близ­кими частотами. Вследствие биений несущих этих сигналов появ­ляется низкочастотная огибающая с частотой |ω п - ω п "|, которая выделяется амплитудным детектором, затем усиливается и про­слушивается в виде свиста. Третий недостаток супергетеродинного приемника заключается в возможности создания радиопомех дру­гим приемникам, если колебание гетеродина попадает в антенну.

Все перечислерные недостатки в современных супергетеродин­ных приемниках устраняются путем рационального выбора про­межуточной частоты или двух промежуточных частот в приемниках с двойным преобразованием частоты, использованием смесителей, выполняющих почти идеально точное перемножение напряжений, и надежной развязкой гетеродина от входных цепей.

Кроме основных функциональных узлов, таких, как входные цепи, усилители радио-, промежуточной и звуковой частот, преоб­разователь частоты и детектор, схемы современных радиоприемни­ков дополняются устройствами и системами, качественно улуч­шающими технические и эксплуатационные показатели. Таковыми являются системы автоматического регулирования усиления и автоматической подстройки частоты.

Структурные и схемотехнические особенности, конструкция и элементная база радиоприемника определяются его назначением, условиями эксплуатации, диапазоном принимаемых волн.

По назначению приемники делят на радиовещательные, телеви­зионные, связные, радиолокационные, навигационные и др. Назна­чением приемника определяются свойства принимаемых сигналов. Например, радиовещательные приемники предназначены для при­ема речевых и музыкальных сигналов; телевизионные - для при­ема сигналов изображения и звука; связные - для приема теле­фонных и телеграфных сигналов, цифровых сигналов управления и др.

По условиям эксплуатации различают стационарные и неста­ционарные приемники. Как стационарными, так и нестационар­ными могут быть приемники различного назначения. Стационар­ными считаются приемники, не предназначенные для работы на подвижных объектах. К нестационарным относятся все приемники, устанавливаемые на подвижных объектах, например, космические, самолетные, корабельные, автомобильные, переносные и др.

Для реализации приемников промышленность выпускает специализирован­ные ИС, выполняющие функции одного или нескольких функциональных узлов. Такие примеры ИС приведены в предыдущих главах. Так, в качестве усилителя промежуточной и радиочастоты может применяться ИС К175УВ4 (см. рис. 14.17), преобразование частоты выполняет ИС 219ПС1 (см. рис. 17.9). Усилителем звуковых частот может служить ИС К174УН5 (см. рис. 15.7). Выпускаются также специализированные серии ИС. Для радиовещательных приемников пред­назначены ИС серии 235, для телевизионных - ИС серии К174 и др.

Структурные схемы приемников в зависимости от их назначе­ния дополняются специфическими функциональными узлами. Сложные связные приемники снабжаются устройствами програм­мной настройки. Приемники, предназначенные для приема цифро­вой информации, комплектуются устройствами последетекторной обработки, фильтрующими и декодирующими принятый сигнал. Эти устройства часто выполняются на базе МП. В телевизионных приемниках сигнал с выхода детектора разделяется на сигнал изображения и звука. Из сигнала изображения выделяют импульс­ные последовательности, необходимые для синхронизации генерато­ров строчной и кадровой развертки. Все эти преобразования вы­полняют специализированные ИС.

В середине XX века средневолновый вещательный диапазон был очень популярен. Его привлекательность объяснялась не только наличием большого числа вещательных радиостанций, но и возможностью прослушать работу многочисленных радиохулиганов, порой транслировавших популярную музыку того времени. В начале же XXI века ситуация на этом диапазоне кардинально изменилась, и вещательных радиостанций стало гораздо меньше, интерес к нему пропал, устарел и парк приёмной аппаратуры.

Так думают ныне многие, об этом пишут в Интернете, так думал и я. Но вдруг обнаружил, что это в Средней Азии на данном диапазоне мало вещательных радиостанций (особенно русскоязычных), а вот в Европе их ещё осталось немало, да и интересу радиолюбителей к этому диапазону понемногу возрастает. Что это - ностальгия или причина в простоте конструкции приёмников этого класса? Скорее всего, и то, и другое! Когда я собрал этот приёмник и стал регулярно прослушивать средневолновый диапазон, то снова обнаружил, что всё же и у нас на этом диапазоне есть вещательные станции. Мне кажется, что-то явно изменилось в эфире. Может, из-за того, что я стал регулярно прослушивать этот диапазон, и станции появились?

Радиоприёмник прямого усиления, описание которого приводится далее, несмотря на кажущуюся сложность схемы, вполне пригоден для повторения даже начинающими радиолюбителями. Схема приёмника показана на рисунке. ВЧ-сигнал с магнитной антенны WA1 поступает на затвор транзистора VT1, на котором собран парафазный каскад. Его усиление меньше единицы, но его задача состоит в получении на выходах двух одинаковых по амплитуде, но противоположных по фазе сигналов. Применение полевого транзистора позволяет получить сигналы большей идентичности по сравнению с аналогичным каскадом на биполярном транзисторе (токи через резисторы истока и стока равны, в отличие от токов биполярного транзистора). Высокое входное сопротивление транзистора мало шунтирует контур магнитной антенны, позволяя напрямую подключить затвор транзистора к нему. При этом добротность контура антенны практически не ухудшается, что обеспечивает лучшую избирательность. В этом каскаде по затворной цепи также происходит управление усилением ВЧ-сигнала с помощью системы АРУ.

Рис. Схема приёмника

Противофазные сигналы поступают на входы симметричного усилителя (Рубцов В. Усилитель промежуточной частоты с улучшенной симметрией. - Радио, 2005, № 12, с. 67), собранного на транзисторах VT2-VT5. Этот усилитель обладает большим коэффициентом усиления (до 6000), устойчив и на выходе формирует два противофазных сигнала. Эти сигналы поступают на двухтактный детектор АМ-сиг-налов, собранный на диодах VD1- VD4. Особенностью такого детектора является то, что на его выходе формируется напряжение с удвоенной частотой входного сигнала, а сигнал с входной частотой значительно подавлен. Дополнительно ВЧ-сигнал подавляет сглаживающий конденсатор C11. В результате ВЧ-часть приёмника обладает повышенной устойчивостью к самовозбуждению. Постоянное напряжение минусовой полярности с выхода детектора через ФНЧ R4C4 поступает на затвор транзистора VT1. С увеличением уровня принимаемого сигнала постоянное напряжение на выходе детектора увеличивается (по модулю), что приводит к уменьшению усиления ВЧ-тракта. Так работает система АРУ Несмотря на то что работа АРУ приводит к изменению режимов работы парафазного каскада, на качестве приёма это практически не сказывается.

Сигнал ЗЧ через конденсатор С10 поступает на регулятор громкости R14 и затем на вход УМЗЧ, собранного на транзисторах VT6-VT10 по известной схеме. Максимальная выходная мощность усилителя - 150 мВт.

Применены постоянные резисторы МЛТ, С2-23, ВС, переменный - СП, СПО, СП3. Транзистор КП302Б можно заменить транзистором КП302В, КП303Е, КП307А. Транзисторы в симметричном усилителе желательно подобрать с близкими коэффициентами передачи тока базы. Диоды Д311 можно заменить диодами серии Д9 с любым буквенным индексом. Оксидные конденсаторы - К50-35 или импортные, остальные - КТ, КМ, К10-7В, К73. Конденсатор переменной ёмкости - с воздушным диэлектриком. В УНЧ применена динамическая головка 3ГДШ-8-8 с сопротивлением звуковой катушки 8 Ом, но подойдёт любая малогабаритная мощностью 0,5...1 Вт с таким же сопротивлением.

Магнитная антенна намотана на круглом или плоском ферритовом магнитопроводе марки 400НН или 600НН длиной 100...140 мм. Катушка для диапазона СВ содержит 70...80 витков провода ПЭВ или ПЭЛШО диаметром 0,2...0,25 мм или 250... 280 витков более тонкого провода, если предполагается использовать приёмник на ДВ-диапазоне. Тип намотки катушки СВ - виток к витку, ДВ - секционный (5...6 секций). Можно применить и любую другую магнитную антенну от карманных радиоприёмников.

Если постоянный резистор R13 заменить подстроечным и к его движку подключить нижний по схеме вывод резистора R4, то с помощью подстроечного резистора можно в широких пределах изменять порог срабатывания и глубину АРУ. Сделать это можно на слух при приёме мощной радиостанции. Быстродействие (постоянную времени) системы АРУ можно изменить подборкой конденсатора C4. УНЧ налаживают подборкой резистора R20, с его помощью устанавливают ток покоя 1,5...3 мА транзистора VT10 (в цепи коллектора). Подборкой резистора R16 устанавливают половину напряжения питания (+6...7 В) в точке соединения коллектора транзистора VT9 и эмиттера транзистора VT10.

На станцию приёмник настраивается переменным конденсатором С1 и поворотом магнитной антенны (так можно отстроиться и от помехи). Для улучшения чувствительности приёмника рядом с катушкой МА (1...2 см) можно разместить провод снижения наружной антенны. Приёмник был собран на макетной печатной плате с помощью проводного монтажа и показал хорошее качество работы. Желательно, чтобы соединительные провода были минимальной длины.

Дата публикации: 22.10.2017

Мнения читателей

• горячев сергей владимирович / 12.03.2018 - 17:21
  Спасибо Вам за Ваши публикации.Прекрасные и понятные разработки. Творческих успехов Вам! RA9YV 73!

Мы определили что, для увеличения чувствительности детекторного приемника можно применить принцип прямого преобразования частоты. Однако в этом случае часть выходного колебания (компоненту спектра с удвоенной частотой сигнала) приходится подавлять. Это означает, что мощность полезного сигнала на выходе умножителя (смесителя) будет в два раза меньше мощности сигнала на входе. Иными словами, коэффициент передачи смесителя не может превышать –3 дБ. В реальных схемах ситуация хуже за счет потерь в элементах умножителя. Активный умножитель (умножитель с усилением) ситуацию в корне не меняет, так как он усиливает не только сигнал, но и шум, а значит, коэффициент шума будет в лучшем случае останется точно таким же.

Для увеличения чувствительности радиоприемника (уменьшения коэффициента шума приемника) между входом синхронного детектора и выходом входного устройства приемника размещают малошумящий усилитель высокой частоты (УВЧ). Его коэффициент усиления рассчитывается по следующей формуле:

где U дет — напряжение на входе синхронного (квадратурного) детектора;
U а — напряжение на выходе антенны;
K вх. устр. — коэффициент передачи входного устройства.

Структурная схема приемника прямого усиления с квадратурным детектором, способным принимать сигнал с любым видом модуляции, приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Структурная схема радиоприемника прямого усиления

Применение усилителя высокой частоты позволяет поднять до нескольких десятков микровольт. Однако одновременно именно этот в основном будет определять . Здесь следует заметить, что схема, приведенная на рисунке 1, может быть определена и как схема прямого усиления, и как схема прямого преобразования. Все зависит от того, какой каскад будет определять избирательность по соседнему каналу и где будет сосредоточено основное усиление.

Если в схеме, приведенной на рисунке 1, основное усиление определяется усилителем низкой частоты, а избирательность по соседнему каналу обеспечивается ФНЧ на выходе квадратурного детектора, то эту схему рассматривают как . Выбор частотных параметров блоков схемы иллюстрируется рисунком 2.

Рисунок 2. Требования к характеристикам фильтров

Если же основная избирательность радиоприемника по соседнему каналу и его основное усиление, сосредоточено до квадратурного детектора, то ее рассматривают как приемник прямого усиления. В этом случае частотные параметры схемы радиоприемника выбираются в соответствии с рисунком 3.

Рисунок 3. Требования к характеристикам фильтров приемника прямого усиления

Так как в этом случае все параметры приемника определяются входным устройством и практически не зависят от параметров квадратурного детектора, то схему приемника прямого усиления можно представить в виде, показанном на рисунке 4.

Рисунок 4. Структурная схема приемника прямого усиления

Требования к фильтру низкой частоты квадратурного детектора в данной схеме значительно снижаются по сравнению со схемой прямого преобразования. Здесь фильтр низкой частоты должен подавить составляющие удвоенной частоты принимаемого радиосигнала и не исказить полезный сигнал.

В наихудшем случае расстройку частоты можно определить следующим образом:

и в этом случае расчет фильтра низкой частоты (ФНЧ) выполняется точно так же, как мы рассматривали в главе посвященной приемнику прямого преобразования.

Частотные параметры радиотракта приемника прямого усиления определяются рисунком 5. На этом рисунке показан спектр рабочего канала и спектры двух соседних радиоканалов. Полосовой приемника прямого усиления не должен искажать полезный сигнал и при этом подавлять спектр соседних каналов.

Рисунок 5. Частотные параметры радиотракта приемника прямого усиления

Известно, что расчет полосового фильтра ведется через расчет ФНЧ фильтра-прототипа, который рассчитывается точно также как и в случае приемника прямого преобразования. Воспользовавшись этими результатами можно определить, что потребуется полосовой фильтр не менее седьмого порядка.

Теперь определим, до какой частоты можно будет применять схему прямого усиления. Известно, что конструктивную добротность контура трудно получить больше 200. Учитывая, что у добротность контура с наибольшей добротностью отличается от добротности контура с наименьшей добротностью в пять раз, то для определения максимальной частоты воспользуемся добротностью:

Добротность контура определяется по следующей формуле:

Тогда максимальная рабочая частота для системы связи, использующих сигналы с полосой 9 кГц, может быть определена из следующего выражения:

Это означает, что область применения приемников прямого усиления ограничивается длинноволновым диапазоном. Радиолюбители применяют приемники прямого усиления и в средневолновом диапазоне, но это достигается за счет уменьшения подавления соседнего канала. Для систем профессиональной связи это неприемлемо.

Коэффициент усиления усилителя радиочастоты в схеме прямого усиления ограничивается внеполосными помехами, которые могут попасть на его вход и вызвать перегрузку. Приемники, собранные по схеме прямого усиления обычно разрабатываются на прием одной определенной частоты. Это обусловлено сложностью разработки перестраиваемого полосового фильтра. Принимаемая приемником прямого усиления частота определяется частотой настройки фильтра входного устройства. Учитывая, что данная схема применяется в основном в системах дистанционного управления, а они работают в СВЧ диапазоне, то в качестве частотно-избирательных цепей входного устройства обычно применяются фильтры на поверхностных акустических волнах.

Литература:

1. "Проектирование радиоприемных устройств" под ред. А.П. Сиверса - М.: "Высшая школа" 1976
2. "Радиоприемные устройства" под ред. Жуковского - М.: "Сов. радио" 1989
3. Палшков В.В. "Радиоприемные устройства" - М.: "Радио и связь" 1984

Вместе со статьей "Приемник прямого усиления" читают:

Основной функцией радиоприемного устройства является извлечение полезной информации из принимаемого сигнала...
http://сайт/WLL/DetPrm.php

Первые приемники прямого преобразования появились на заре развития радиотехники, когда ещё не было радиоламп...
http://сайт/WLL/PrmPrjamPreobr.php

Для того чтобы решить проблему роста необходимой добротности с ростом несущей частоты, стали разбивать задачу на два этапа - перестройка по диапазону частот, и обеспечение избирательности по соседнему каналу...
http://сайт/WLL/PrmSupGeter.php

При двойном преобразовании частоты сначала переносят группу каналов на первую промежуточную частоту, выделяют ее, а затем выделяют рабочий канал на второй промежуточной частоте. Этот процесс...
http://сайт/WLL/PrmDvPreobr.php

Линейная (высокочастотная) часть приемника представляет собой входную цепь и УВЧ, низкочастотная часть приемника – УНЧ.

Высокочастотная часть приемника содержит резонансные элементы, которые выделяют требуемый сигнал из множества других сигналов. В УВЧ, кроме селекции, также осуществляется и усиление сигнала.

Особенностью такого приемника является то, что фильтрация полезного сигнала по частоте, его усиление и детектирование осуществляется на несущей частоте принимаемого сигнала , поэтому его и называют приемником прямого усиления.

Принцип работы приемника прямого усиления .

Принятый антенной радиосигнал (как правило, смесь сигнала и помехи) через входную цепь поступает на вход усилителя высокой частоты. Здесь сигнал усиливается одним или несколькими каскадами.

Выходной сигнал УВЧ и поступает на вход детектора, где преобразуется в сигнал U Д (t)=U с (t)+U п (t), где U c (t) – сигнальная (полезная) составляющая, а U п (t) – помеховая составляющая, искажающая сообщение.

УНЧ усиливает сигнал U Д (t) до уровня, необходимого для нормальной работы выходного устройства (телефонов).

В некоторых приемниках при достаточной мощности входного сигнала детектор подключается непосредственно к входной цепи. Такие при­емники называются детекторными. Детекторные приемники име­ют низкую чувствительность и плохую избирательность, поэтому они нашли ограниченное применение.

Достоинствами приемников прямого усиления являются их простота, отсутствие дополнительных ка­налов приема.

Недостатками таких приемников являются: широкая полоса пропускания на высокой частоте; низкая чувствительность из-за высокого коэффициента шума; отличие формы АЧХ, в пределах диапазона рабочих частот, от прямоугольной; сложная перестройка по частоте.

Супергетеродинный приемник .

Недостатков приемника прямого усиления лишен супергетеродинный приемник (с преобразованием частоты).

Структурная схема супергетеродинного приемника представлена на рисунке 5.

Приемник состоит из входной цепи (ВЦ), усилителя высокой (радио) частоты, преобразователя частоты (ПЧ) (смеситель и гетеродин), усилителя промежуточной частоты (УПЧ), детектора и усилителя низкой (звуковой) частоты (УНЧ). Для повышения чув­ствительности и избирательности в данном приемнике, как правило, используется УВЧ с настраиваемым контуром.

Назначение ВЦ, УВЧ, детектора и УНЧ аналогично приемнику прямого усиления.

Известно, что в радиоприемниках, на высокой частоте, достаточно сложно технически обеспечить требуемую форму АЧХ, узкую полосу пропускания и большой коэффициент усиления. Однако эти сложности устраняются с помощью преобразования частоты, когда радиосигнал переносят на более низкую частоту называемую промежуточной .

Принципиальной особенностью супергетеродинного приемника является то, что частотная селекция полезного сигнала, основное усиление и его детектирование осуществляется на постоянной частоте, значительно меньшей частоты принимаемого сигнала , называемой промежуточной частотой.

В супергетеродинном приемнике перенос принимаемого радиосигнала на промежуточную частоту осуществляют с помощью преобразователя частоты.

ПЧ обеспечивает перенос спектра принимаемого радиосигнала с частоты на более низкую промежуточную частоту .

Структурная схема преобразователя частоты представлена на рисунке 6. На схеме: СМ – смеситель, Г – гетеродин, УПФ – узкополосный фильтр.

Рис. 5. Структурная схема супергетеродинного приемника

Рис. 6. Структурная схема преобразователя частоты

Характер преобразований, производимых в ПЧ, иллюстрируется аналитическими выкладками, представленными ниже.

Если радиосигнал, поступающий на вход ПЧ обозначить (для примера рассмотрим АМ-радиосигнал), а сигнал гетеродина , то на выходе СМ (рис. 6) будет сформирован сложный сигнал, содержащий составляющие как суммарной, так и разностной частоты:

где: k – коэффициент пропорциональности.

С помощью УПФ выделяется только составляющая на частоте . В результате на выходе преобразователя частоты формируется сигнал , спектр амплитуд которого показан на рисунке 7.

Особенность работы преобразователя частоты заключается в том, что он всегда формирует сигнал с частотой , и не реагирует на знак разности, хотя частота может быть больше или меньше . Изменять частоту выходного сигнала ПЧ можно путем изменения частоты, что очень упрощает настройку приемника на частоту сигнала .

Поскольку преобразователь частоты не способен определять знак разности частот сигналов f c и f г, поступающих на смеситель, то приемник может одновременно принимать радиосигналы нужной станции - с частотой и мешающей станции – с частотой зеркального канала, где . При этом частоты и располагаются на частотной оси симметрично (зеркально) относительно частоты гетеродина (рис. 7).

Поэтому, при наличии помехи с частотой f з, она, как и сигнал попадает в полосу пропускания УПЧ.

Для подавления помехи на зеркальной частоте используются специальные меры:

Полоса пропускания УВЧ выполняется такой, что не превышает 2f пр;

На входе УВЧ размещается синхронно перестраиваемый с УВЧ режекторный фильтр с частотой подавления f з;

В состав линейной части приемника включается специальная схема компенсации зеркальной помехи;

В приемнике используется двукратное или трехкратное преобразование частоты для повышения его избирательности.

На работу супергетеродинного приемника также могут оказывать негативное влияние и помехи на промежуточной частоте. Для уменьше­ния влияния таких помех, в приемнике используются заградительные (режекторные) фильтры.

Необходимо также отметить, что: результирующая АЧХ приемника получается в результате перемножения АЧХ УВЧ, СМ и УПЧ; коэффициент усиления линейной части приемника равен произведению коэффициентов усиления УВЧ, СМ и УПЧ. Полоса пропускания линейной части приемника определяется самым узкополосным элементом - УПЧ. При этом частота настройки и полоса пропускания УПЧ являются постоянными и при перестройке не меняются.

Таким образом, к достоинствам приемника можно отнести высокую избирательность и чувствительность, а к недостаткам - сложность, наличие кроме основного и побочных каналов приема (зеркального канала, канала на ).