Лекция
Это продолжение увлекательной статьи про приемник гетеродиный.
...
сигналов, а для приема телеграфных сигналов на биениях служил второй, или "телеграфный" гетеродин, возбуждавшийся на частоте, близкой к промежуточной. Часто его колебания просто подмешивали к сигналу, подаваемому на амплитудный детектор, теряя тем самым дополнительную селективность, обеспечиваемую УЗЧ, и ухудшая качество сигнала из-за его прямого детектирования.
Впоследствии широкое распостранение однополосной модуляции заставило ввести в супергетеродин второй детектор смесительного, или мультипликативного типа, а по сути дела, обычный смеситель, преобразующий сигнал ПЧ на звуковые частоты.
Безраздельное господство супергетеродинных приемников привело к тому, что к 50-м годам радиоспециалисты и радиолюбители пребывали в уверенности, что существуют лишь два больших класса радиоприемных устройств: приемники прямого усиления и супергетеродины. Первые обладали существенными недостатками (малая чувствительность и селективность, необходимость перестройки нескольких контуров, неравномерность параметров по диапазону и т.д.), вторые эти недостатки устраняли, но... взамен имели собственные (наличие зеркального канала, интерференционные свисты, необходимость сопряжения контуров и т.д.). Впрочем, все это хорошо изложено в любых книгах и учебниках по радиотехнике.
Класс гетеродинных приемников
Гетеродинный прием возродили радиолюбители, использующие при работе в эфире в основном телеграф и однополосную модуляцию. С конца 60-х годов стали появляться сообщения о хороших результатах приема на гетеродинные приемники при чрезвычайно простых схемных решениях. Немало способствовала тому и новая элементная база, ведь создать УЗЧ с чувствительностью в доли микровольта на лампах практически невозможно, а на транзисторах и ИМС – относительно несложно. Название, к сожалению, появилось новое – приемник прямого преобразования, direct conversion receiver, DCR, чем подчеркивался факт прямого, без предварительного переноса на ПЧ, преобразования РЧ в звуковую – именно преобразования, а не детектирования. Этим гетеродинные приемники радикально отличаются от приемников прямого усиления, что и позволяет выделить их в отдельный класс. Из других, менее точных названий использовались: гомодинный приемник, синхродин и супергетеродин с нулевой ПЧ.
Для количественной оценки преимуществ гетеродинного приема начнем с "азов". Проанализируем работу детекторного приемника, показанного на рис.1. Пусть входной незатухающий сигнал имеет вид:
u = a1cosw1t.
Вольтамперную характеристику детектора i (u) (рис.4) можно представить рядом:
i = Su + Tu2 + . . .
Рис.4. Вольтамперная характеристика детектора
Коэффициент S называют крутизной характеристики (величина, обратная внутреннему сопротивлению диода в рабочей точке), а Т - кривизной. При малой амплитуде сигнала высшими членами ряда можно пренебречь, поскольку
u4 << u3 << u2.
Детектор в этом случае оказывается квадратичным. Подставляя значение u в выражение для i, получаем:
i = Sa1cosw1t + Ta12/2 + (Ta12/2)cos2w1t.
Естественно, что компоненты тока с радиочастотами w1 и 2w1 на нагрузку (реле, телефоны) не действуют. Для их замыкания параллельно нагрузке включают блокировочный конденсатор. Остается член
Ta12/2,
соответствующий компоненте постоянного, продетектированного тока. Его величина пропорциональна квадрату амплитуды входного сигнала. Сопротивление нагрузки из условия согласования (отдачи в нагрузку максимальной мощности) выбирается приблизительно равным внутреннему сопротивлению детектора Ri=1/S. Тогда полезное напряжение на нагрузке:
u0 = (T/2S)a12.
Чтобы проиллюстрировать расчет, найдем крутизну и кривизну характеристики для современного диода Д2 по вольтамперной зависимости, приводимой в справочниках:
S » 1 мА/В, Т » 6 мА/В2,
и рассчитаем выходное напряжение детектора в зависимости от амплитуды входного РЧ сигнала (таблица 1).
Из таблицы видно, что чувствительность приемника очень низка и даже чувствительный УЗЧ, подключенный к его выходу, не спасает положения. Даже при чувствительности УЗЧ в единицы микровольт на входе приемника необходимы милливольтовые сигналы.
Таблица 1
|
а1 |
100 мВ |
30 мВ |
10 мВ |
3 мВ |
1 мВ |
|
u0 |
30 мВ |
3 мВ |
300 мкВ |
30 мкВ |
3 мкВ |
В гетеродинном приемнике на детектор действуют уже два сигнала (см. рис.2) – входной и гетеродинный:
u = a1cosw1t + a2cosw2t
Полезное напряжение на выходе детектора оказывается следующим:
u0 = (T/2S)a12 + (T/2S)a22 + (T/S)a1a2cos(w1 - w2)t.
В этом выражении оставлены лишь члены, соответствующие постоянному току или низким частотам (при желании читатель может самостоятельно проделать все выкладки). Первый член соответствует продетектированному напряжению сигнала, второй – гетеродина, а третий – биениям между колебаниями сигнала и гетеродина. Этот последний член зависит от амплитуды сигнала а1 уже не квадратично, а линейно, что в корне меняет дело. При достаточной амплитуде гетеродинного напряжения а2 (0,1...0,15 В) коэффициент передачи сигнала биений близок к единице и напряжение биений в нагрузке почти равно напряжению РЧ сигнала. Дальнейшее повышение амплитуды гетеродина почти не повышает коэффициента передачи (больше единицы в этом пассивном элементе он быть не может).
Итак, полезным эффектом в гетеродинном приемнике оказывается не детектирование, а преобразование сигнала по частоте с выделением низкой ЗЧ биений:
W = w1 - w2
Но тогда зачем нужны первые два члена в последнем выражении для u0? А они и не нужны, более того, вредны. Ведь продетектированный ток не содержит информации о частоте сигнала и, следовательно, последетекторные фильтры оказываются неэффективными. Продетектированный ток устраняется при использовании балансного смесителя, на один вход которого подается напряжение сигнала, на другой – гетеродина.
Теперь элемент, где происходит преобразование РЧ в ЗЧ, уже никак нельзя назвать детектором. Это смеситель, или преобразователь частоты. Более того, если он хотя бы в малой степени будет детектировать сигнал, помехоустойчивость гетеродинного приема ухудшится – ведь детектируются и мешающие сигналы с частотой, отличной от частоты сигнала.
Идеальный смеситель осуществляет операцию перемножения входного и гетеродинного сигналов:
u1u2 = (a1cosw1t)´(a2cosw2t) = (a1a2/2)cos(w1 + w2)t + (a1a2/2)cos(w1 – w2)t.
Суммарная частота отфильтровывается на выходе смесителя, и выделяется полезное напряжение:
u0 = (a1a2/2)cos(w1 – w2)t = (a1a2/2)cosWt.
Как видим, оно содержит лишь колебания разностных частот и его амплитуда пропорциональна амплитуде сигнала. Спектр РЧ принимаемых сигналов линейно переносится в область ЗЧ и фильтрация на ЗЧ так же эффективна, как на РЧ в приемниках прямого усиления и на ПЧ в супергетеродине.
К сожалению, этот факт очень поздно осознали и радиоспециалисты, и радиолюбители. Добавление гетеродинного напряжения к сигналу на обычном детекторе (рис.2, 3) позволяет поднять чувствительность, получить тональный прием телеграфа, но не избавляет от прямого детектирования мешающих сигналов. Именно поэтому ушли в прошлое автодины, синхродины и гомодины 20-х годов.
Выдающийся радиоинженер Е.Г.Момот еще до войны, разрабатывая технику синхронного приема и "избирательного детектирования", указал на полезность и необходимость балансных смесителей. Но в те годы применение двух ламп в балансной схеме вместо одной считалось довольно сложным и дорогим решением. До сих пор еще встречаются разработки гетеродинных приемников, где смеситель выполнен на одном диоде или транзисторе по небалансной схеме, хотя получение высоких параметров в таких приемниках принципиально невозможно.
Таким образом, общим признаком гетеродинных приемников является линейное преобразование принимаемой РЧ в низкую, звуковую. Можно выделить ряд разновидностей гетеродинных приемников, использующих различные методы обработки сигнала и предназначенных для приема сигналов с разными видами модуляции. Общая таблица радиоприемных устройств, классифицированных по принципу действия, приведена на рис.5.
Рис.5. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Классификация приемных устройств по принципу действия
Все гетеродинные приемники делятся на два больших подкласса: синхронные, в которых предусмотрены средтва синхронизации колебаний гетеродина с несущей принимаемого сигнала, и асинхронные, где таких средств нет.
Остановимся сначала на последних.
Пример практической конструкции гетеродинного приемника
Структурная схема простейшего двухполосного асинхронного приемника показана на рис.6.
Он содержит преселектор Z1, смеситель U1, гетеродин G1, ФНЧ Z2 и УЗЧ А1, нагруженный на телефоны или громкоговоритель В1. В задачу преселектора входит ослабление сильных внедиапазонных мешающих сигналов и побочных каналов приема. Их у гетеродинного приемника немного – прием возможен, главным образом, на гармониках гетеродина. Если диапазон перестройки приемника невелик (как в случае узких любительских КВ диапазонов), преселектор по диапазону не перестраивается. Минимальные потери сигнала при хорошей селективности обеспечивают полосовые фильтры.
продолжение следует...
Часть 1 гетеродин, гетеродинный приемник, Параметры гетеродинов,
Часть 2 - гетеродин, гетеродинный приемник, Параметры гетеродинов,
Часть 3 - гетеродин, гетеродинный приемник, Параметры гетеродинов,
Часть 4 - гетеродин, гетеродинный приемник, Параметры гетеродинов,
Часть 5 - гетеродин, гетеродинный приемник, Параметры гетеродинов,
Часть 6 Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря! - гетеродин, гетеродинный приемник, Параметры гетеродинов,
Анализ данных, представленных в статье про приемник гетеродиный, подтверждает эффективность применения современных технологий для обеспечения инновационного развития и улучшения качества жизни в различных сферах. Надеюсь, что теперь ты понял что такое приемник гетеродиный, гетеродин и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Устройства приема и обработки радиосигналов, Передача, прием и обработка сигналов
Комментарии
Оставить комментарий
Устройства приема и обработки радиосигналов, Передача, прием и обработка сигналов
Термины: Устройства приема и обработки радиосигналов, Передача, прием и обработка сигналов