Лекция
Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про приемники прямого усиления, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое приемники прямого усиления , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Устройства приема и обработки радиосигналов, Передача, прием и обработка сигналов.
Принцип работы
Pисунок 2.5.
Данный тип приемника отличается от детекторного приемника с УЗЧ наличием усилителя на частоте сигнала.
Для получения высокой чувствительности и избирательности в таких приемниках нужно применять большое число резонансных усилителей, настроенных на частоту сигнала 
(4-5 и более). Так как приемник обычно предназначается для приема не одной несущей частоты, а нескольких фиксированных частот или, еще чаще, плавного диапазона частот, то все контуры должны иметь органы настройки, т.е. переменные емкости или индуктивности. Это обстоятельство значительно усложнило бы конструкцию приемника и затруднило бы поддержание постоянства электрических параметров УСЧ в пределах всего диапазона (постоянство усиления, полосы, избирательности).
Поэтому оказался естественным переход от приемников прямого усиления к приемникам с преобразованием частоты - супергетеродинным приемникам.
Первые приемники прямого преобразования появились на заре радио, когда еще не было радиоламп, связи проводились на длинных и сверхдлинных волнах, передатчики были искровыми и дуговыми, а приемники, 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 1940-м годам приемники прямого преобразования были вытеснены приемниками прямого усиления с регенеративным детектором и супергетеродинами. Обуславливалось это тем, что основное усиление и селекция приемника прямого преобразования осуществлялось на низкой частоте. Построить на лампах усилитель НЧ 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 (при определенных типах смесителя), их удобно применять для приема сигналов КВЧ и СВЧ. Особый интерес приемники прямого преобразования вызвали среди радиолюбителей-коротковолновиков, так как этот принцип позволяет даже начинающему с минимальными затратами времени и средств построить приемник, пригодный для работы в эфире. В СССР основная заслуга в повторной популяризации техники прямого преобразования принадлежит В. Т. Полякову. С момента первых его публикаций по этой теме (первая половина 1970-х гг.) приемник прямого преобразования на трех-пяти транзисторах стал типичной первой конструкцией начинающего коротковолновика.
Ключевой недостаток, он же ключевое достоинство этого вида приемников — близость зеркального канала приема к принимаемому каналу. Практически это соседние каналы, и отфильтровать зеркальный канал приема на низкой частоте достаточно сложно. В ряде применений зеркальный канал фильтровать не нужно вовсе, поскольку он почти гарантированно свободен. Такая ситуация наблюдается в УКВ радиовещании, когда при лицензировании частот соседний канал рядом с мощной радиостанцией стараются оставить пустым. Поэтому приемники прямого преобразования для УКВ можно вообще не снабжать входным фильтром, а все остальное легко укладывается в одну микросхему без навесных элементов. Именно такие очень дешевые и миниатюрные приемники сейчас встраивают в электронные гаджеты типа сотовых телефонов.
В случае применения приемника прямого преобразования на КВ, например, для любительской радиосвязи, двухполосный прием становится серьезным недостатком, так как на узких любительских диапазонах очень много помех от соседних станций. Подавить нежелательный канал приема можно, используя фазокомпенсационный метод. Однако при этом приемник сразу лишается своего важнейшего преимущества — простоты устройства и регулировки.
Что же это за приемник такой, прямого преобразования?! Это, что-то новенькое? Но как оказалось, новое — хорошо, очень хорошо забытое старое! Про прямое преобразование впервые я узнал где-то в семидесятые и то случайно. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Собрал небольшой приемник схема на рис3., — да, работает и даже неплохо! Но каково же было мое удивление когда я узнал, что этот принцип случайно был применен еще в 1901-м году. И была обнаружена некая закономерность, что случайно включенный генератор позволил резко повысить качество приема. Такой генератор был назван гетеродином. Умный словарь нам опять же поясняет, что гетеродин с греческого heteros «другой» + dynamis «сила». То есть вспомогательный генератор, придающий нам силу, большие возможности. С появлением амплитудной модуляции и новых методов приема все «гетеро» стали как-то уходить на второй план. А с изобретением супергетеродина в 30-х годах про эти «гетеро» и вообще забыли напрочь!
И что такое супергетеродин -супер, — слово которое нередко звучит сейчас со всех сторон? А тот же умный словарь поясняет, что супер от латинского super «сверху, над». А сверху, над, это над чем? А над тем, что в начале радиоэры в приемниках использовалось для приема телеграфных сигналов, то есть над гетеродином. С помощью этого самого гетеродина можно было принимать сигналы не только на телеграфный аппарат, но и на слух! Что сейчас, до сих пор и практикуется. И при помощи того же самого гетеродина, чтоб он был здоров! А супер это как бы над тем вот телеграфным гетеродином. Так, что получается если в бытовых приемниках (как пример в предыдущей лекции) нет гетеродина для приема телеграфа, то стало быть он и не супергетеродин, а так себе, — черти, что и сбоку дверца?! Ну дык, раз уж так назвали?.. Ну и черт с ним, с бытовым приемником, пусть будет супергетеродином!
приемниками бывают: детекторные, прямого усиления и супергетеродин, цифровые. Детекторные и прямого усиления приемники одного и того же принципа. Настройка на нужную частоту, детектирование и усиление. И более ничего! В супергетеродине ( блок-схема рис1.) путь от антенны и до детектора несколько иной. Сигнал после фильтрации входным контуром зеркальных и прочих каналов попадает в смеситель. Туда же попадает частота вспомогательного генератора, — гетеродина. На выходе смесителя от такого воздействия получается частота биения, названная промежуточной. После дополнительного усиления она попадает наконец-то в детектор. Ну, далее все также как и в приемнике прямого усиления.
А так как человек существо мыслящее, то ему вдруг стукнуло, а почему бы не обойтись без всяких промежуточностей?.. А взять, да получить сразу же результат, — звуковую частоту? Сказано-сделано! Так родился новый принцип, — принцип прямого преобразования. Стало быть и приемники стали называться приемниками прямого преобразования. Хорошо? Хорошо-то хорошо, да ничего хорошего?! Как оказалось, что для приема популярной амплитудной модуляции такой принцип мягко говоря не пригоден! А уж про частотную даже и говорить не стоит. А для чего же он тогда пригоден?
На рис2. показана блок-схема такого приемника прямого преобразования. Если приглядеться, то многое напоминает супергетеродин... На схеме ПФ — полосовой фильтр, тот же контур, что и в супергетеродине. После смесителя тоже стоит фильтр, только не какой-то там промежуточной, а сразу же низкой частоты, звуковой. А далее аналогично рис1. УНЧ, — усилитель низкой частоты и громкоговоритель (головные телефоны). Усиление как видите в основном происходит в УНЧ и никаких-то там сложнейших фильтров! А выжимать из УНЧ все соки мы уже давно научились!
На рис3. Вы видите уже принципиальную схему простого приемника испробованного мною еще в восьмидесятые годы. Если кто-то, когда-то, что-то собирал (приемники, усилители и пр.) могли заметить, что нет в схеме ничего сверх-сверх, обычные и вполне доступные комплектующие! И схема уж всяко проще любого супергетеродина. Хотя чувствительность в пять раз выше обычного бытового приемника. И по показателям даже приближается к промышленным, связным!
На изображении некоторые элементы не показаны для упрощения.
. На схеме: желтыми метками обозначен входной контур.
Зеленым цветом два диода, — смеситель.
Пурпурные метки, фильтр НЧ.
Синий цвет, все, что касается УНЧ.
И наконец, красным цветом все составляющие гетеродина.
Рассмотрим что такое прямое преобразование?! И хотя все это на стадии бесконечных экспериментов, но?.. Но все это в основном делается радиолюбителями, даже довольно грамотными! И один из них пишущий! Это Поляков Владимир Тимофеевич. По крайней мере несколько его книг можно найти в сети или в магазинах в бумажном варианте.
Это книги: «Радиолюбителям о технике прямого преобразования»; «Приемники прямого преобразования для любительской связи»; «Трансиверы прямого преобразования» и ряд других.
Так кто же применяет этот принцип прямого преобразования? И вообще в чем преимущество и смысл от этого всего?
Пока это все применяют радиолюбители-коротковолновики. Или просто интересующиеся радиолюбительством. Какой же вид модуляции в настоящее время применяют коротковолновики для проведения связей? Ушли в прошлое такие виды как АМ (Амплитудная модуляция) и ЧМ (Частотная модуляция). И, что? Для телеграфной связи (CW) собственно ничего не изменилось: все те же посылки точек и тире, в виде высокочастотных импульсов, а в телефонии — SSB, так называемая связь на одной боковой полосе. Как получается SSB-сигнал я рассказывал в Мини-лекции «Модуляция». В общем виде (так уж все получается!) мы принимаем набор радиочастот с изменяющейся амплитудой и каждая такая радиочастота первоначально соответствовала определенной звуковой!
А как определить что, есть что? Правильно! Точкой опоры является несущая частота. Но это в АМ-сигнале. Там расстояние на частотной шкале от несущей до какой либо радиочастоты соответствовал определенной, звуковой! Железная привязка! Но несущую отрезали и?.. И теперь ее нужно восстановить, но уже на месте приема. Но как попасть куда надо? А надо ли? И, что произойдет если не туда, куда надо? Конца света конечно не будет, а всего лишь сдвиг звукового спектра! Голос оператора с той стороны (в большинстве случаев Вы его просто можете не знать?) может изменяться в больших пределах и Вы лично решаете какой Вам приятнее?! А меняя расстояние (на шкале частот) между восстановленной несущей и спектром радиочастот боковой полосы путем настройки, Вы заставляете своего корреспондента говорить то басом, то тенором... Естественно, это Ваш выбор!
А, что телеграф? Как SSB-сигнал, так и CW, телеграфный на обычный бытовой приемник Вы не примете. Точнее примете, но толку никакого! Телеграф будет хлопать Вам по ушам и не более, а SSB какое-то кваканье-хрюканье неразборчивое и все! И только при включение искусственной несущей (гетеродина) все меняется до неузнаваемости! Телеграф начинает мелодично пиликать. SSB превращается в чистую человеческую речь!
Все это делалось и в супергетеродине, — приемнике для связи, но?.. Но там из-за борьбы с зеркальными и прочими нехорошими каналами приходилось такие городки городить?.. В результате получались промышленного изготовления сундуки от 40 и более килограмм! А как здесь с этим прямым преобразованием? Такие же заморочки? И да и нет! Скорее нет, чем да. Здесь основной и зеркальный сливаются в один и как бы (по сравнению с супергетеродином) не учитываются?! Супергетеродинными методами здесь эти зеркальные каналы не побороть! В супергетеродине расстояние между основным каналом и зеркальным равно удвоенной промежуточной частоте. Так в бытовых приемниках при промежуточной равной 465 кГц расстояние между каналами будет 930 кГц. И чем больше величина промежуточной частоты, тем дальше друг от друга будут располагаться каналы рис1. (a, b). Стало быть легче и эффективнее можно бороться с зеркальными каналами! А в приемнике прямого преобразования средние частоты каналов расположены на расстоянии 3 кГц! О чем здесь можно еще говорить?! В общем виде все это на рис2. (a). Почти без проблем происходит борьба с паразитными каналами, образующимися с участием гармоник гетеродина (куды ж без них?). Их очень эффективно подавляют входным фильтром даже одиночным, LC-контуром.
Но проблема зеркальных каналов только в простых приемниках неразрешима. В более сложных, ненужную полосу пропускания (зеркальный канал) убирают так называемым фазовым методом! На рис5. (a) осцилограмма фазового метода подавления зеркального канала. В данном случае нижней боковой полосы пропускания (НБП). Зеленым цветом помечена оставшаяся верхняя боковая полоса пропускания (ВБП). В реальности полоса пропускания будет выглядеть как на рис2. (a), но без нижней боковой, та, что обозначена синим цветом. Так, что не все так плохо?! В случае приема прямого преобразования (с подавленной одной боковой полосой) субъективно эфир кажется более чистым и прозрачным! И даже при очень слабом сигнале есть 100% уверенность, что Вы принимаете истинную частоту, а не зеркально-комбинационную грязь?!
Как же все это выглядит в реальности при приеме на наш простой приемник рис3.? Но с телеграфом там можно не беспокоиться, иногда такая ситуация (с двумя полосами пропускания) бывает даже полезна! Посмотрите на рис4.(b). Скажем у нас основной канал слева от fг частоты гетеродина, зеркальный справа. Мы можем перестроить частоту гетеродина правее зеркального. После чего он превратится в основной, но уже отодвинутый от какой-нибудь помехи! Так часто делается. А что с SSB? Здесь гораздо хуже! Мешающий сигнал рис4.(a)(SSB и имеющий такую же боковую полосу {красного цвета}, что и основной {зеленого цвета}) в силу своего положения относительно несущей, оказывается вывернутым наизнанку! Самые низкие частоты речевого спектра становятся верхними, а верхние нижними! Речь становится отвратительной и непонятной... На рис4.(с) видны пересекающиеся спектры основного и зеркального каналов, хотя они и не находятся на одной частоте! И если радиолюбителей это еще как-то устраивает (они выкручиваются как могут?!), то профессионалов, — нет! По крайней мере пока я не слышал о применение прямого преобразования в профессиональной технике?! Но это пока...
То о чем я хочу Вам рассказать далее не очень относится к теме, а скорее к ее практической стороне. На рис5. показана передняя часть приемника прямого преобразования. Очень похожего на промышленный образец? Ну, в общем, это где-то, так! Маленькая ручка управления слева (RF) это аттенюатор, по-русски регулятор уровня сигнала, поступающего из антенны. Вторая маленькая ручка, она справа внизу, регулятор громкости (AF). Тумблер переключения фильтров НЧ (CW/SSB) в правом верхнем углу лицевой части приемника. И наконец-то (посередине) ручка настройки на частоту станции. Так-как аппарат однодиапазонный (80 метровый), то и шкала одна. В принципе перестроить на другой диапазон не составит большого труда.
Статью про приемники прямого усиления я написал специально для тебя. Если ты хотел бы внести свой вклад в развитие теории и практики, ты можешь написать коммент или статью отправив на мою почту в разделе контакты. Этим ты поможешь другим читателям, ведь ты хочешь это сделать? Надеюсь, что теперь ты понял что такое приемники прямого усиления 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