Лекция
Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про супергетеродинный приемник, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое супергетеродинный приемник, супергетеродин , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Устройства приема и обработки радиосигналов, Передача, прием и обработка сигналов.
супергетеродин ный радиоприемник (супергетеродин) — один из типов радиоприемников, основанный на принципе преобразования принимаемого сигнала в сигнал фиксированной промежуточной частоты (ПЧ) с последующим ее 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 требуют перестройки по частоте частоты при настройке на радиостанции, работающие на разных частотах, что позволяет выполнить эти части со значительно лучшими характеристиками.
супергетеродинный приемник изобрели почти одновременно немец Вальтер Шоттки и американец Эдвин Армстронг в 1918 году, основываясь на идее француза Л. Леви .
В супергетеродинном приемнике усиление и избирательность по высокой частоте осуществляются не только на частоте принимаемого сигнала 
, но и на некоторой промежуточной частоте 
Pисунок 2.6.
Схема супергетеродинного приемника включает в себя:
и тем самым вносящий вклад в обеспечение заданной чувствительности; на постоянную более низкую частоту
;
Графики поясняющие принцип преобразования частоты и прохождение сигнала в супергетеродином радиоприемнике . По горизонтальной оси всех графиков отложена частота f. Синие графики представляют уровень сигнала (напряжение) в различных участках радиоприемника. Красные графики — передаточные функции фильтров; ширина красной полосы представляет коэффициент передачи на различных частотах. На верхнем графике показано напряжение от антенны, подаваемое на приемник. Это сумма сигналов (светло-синие фигуры) от нескольких радиопередатчиков на разных частотах. Сигнал S1 — это принимаемый сигнал. Каждый сигнал состоит из несущей частоты (темно-синяя вертикальная линия) с боковыми полосами по обе стороны от нее (голубые полосы). Вначале сигнал от антенны проходит через ВЧ-фильтр. Его назначение — ослабить любой сигнал, например, S2 с зеркальной частотой, равной разности частоты гетеродина и промежуточной частоты (ПЧ), который без принятия мер для его подавления создавал бы помехи для принимаемого сигнала. На третьем графике показаны сигналы, подаваемые на смеситель, состоящие из сигнала гетеродина и четырех радиосигналов. В смесителе сигнал гетеродина (СГ) испытывает биения с четырьмя сигналами, порождая разностные частоты между частотами сигналов и частотой гетеродина. На 4-м графике показаны эти разностные частоты. Фильтр ПЧ (5-й график) выбирает частоту полезного сигнала S1 (6-й график) и блокирует остальные частоты вместе с мешающими комбинационными частотами.
Упрощенная структурная схема супергетеродина с однократным преобразованием частоты показана на рисунке Радиосигнал из антенны подается на вход усилителя высокой частоты (в упрощенном варианте он может и отсутствовать), а затем на вход смесителя — специального нелинейного элемента с двумя входами и одним выходом, осуществляющего операцию преобразования сигнала по частоте. На второй вход смесителя подается сигнал с локального маломощного генератора высокой частоты — гетеродина, частота которого отличается от частоты принимаемого сигнала на известную величину
Таким образом, на выходе смесителя образуются сигналы с частотой, равной сумме и разности частот гетеродина и принимаемой радиостанции. Кроме того, на выходе смесителя может образовываться другой сигнал с промежуточной частотой отличающийся от частоты принимаемого сигнала на удвоенную промежуточную частоту — так называемый сигнал или помеха по зеркальному каналу. Эта помеха снижается с помощью входного радиочастотного фильтра, настроенного на частоту принимаемого сигнала (подробнее о зеркальной помехе далее).
Разностный сигнал постоянной промежуточной частоты (ПЧ) выделяется с помощью полосового фильтра и усиливается в усилителе ПЧ, после чего поступает на демодулятор, восстанавливающий сигнал низкой (звуковой) частоты. Чтобы изменить частоту настройки приемника, нужно изменить частоту гетеродина и, возможно, перестроить входные фильтры, настроенные на частоту сигнала. Фильтры ПЧ при этом перестраивать не нужно. Основное усиление сигнала происходит в усилителе ПЧ
В обычных вещательных приемниках длинных, средних и коротких волн промежуточная частота, как правило, равна нескольким десяткам или сотням килогерц (в СССР чаще всего — 465 кГц), в бытовых ультракоротковолновых радиоприемниках для приема сигналов с частотной модуляцией — несколько мегагерц. В телевизорах ПЧ составляет десятки мегагерц.
В связных и высококлассных вещательных приемниках применяют двойное (редко — тройное) преобразование частоты. О преимуществах такого решения и критериях выбора первой и второй ПЧ сказано ниже.
Преобразование частоты в осуществляется в преобразователе частоты ПЧ, состоящим из смесителя С и гетеродина Г. Гетеродин генерирует колебания частотой 
В смесителе, являющимся нелинейным элементом или элементом с периодически меняющимися параметрами, образуются комбинационные частоты вида 
,
где m и n - целые числа. Одна из этих частот и используется в качестве промежуточной частоты. Обычно наиболее удобным оказывается использование разностной частоты, т.е. выбирается
при изменениях частоты сигнала по диапазону частота гетеродина также изменяется и притом по такому закону, чтобы промежуточная частота оставалась постоянной, т.е. по закону:
где 
На эту постоянную промежуточную частоту и настраиваются контуры УПЧ. Для повышения чувствительности и избирательности приемника иногда применяют двойное и даже тройное преобразование частоты.
Pисунок 2.7.
Приемники с преобразованием частоты были названы супергетеродинными в отличие от гетеродинных приемников, в которых гетеродин предназначен для выделения низкой частоты при слуховом приеме телеграфных сигналов.
Pисунок 2.8.
Основными преимуществами супергетеродина по сравнению с приемником прямого усиления являются:
1) Постоянство по диапазону. Благодаря этому все контуры, входящие в состав УПЧ, имеют фиксированную настройку и просты по конструкции, что позволяет применить в УПЧ большое число каскадов с резонансными контурами. Это облегчает получение большого усиления большой избирательности, и электрические показатели приемника в целом становятся более постоянными в пределах всего диапазона принимаемых частот.
2) Возможность получения промежуточной частоты более низкой, чем частота принимаемого сигнала. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Так как полоса пропускания каждого резонансного контура пропорциональна его резонансной частоте ( 
), то понижение этой частоты позволяет сузить полосу пропускания приемника, что особенно важно при приеме весьма высоких частот. Понижение резонансной частоты в ряде случаев облегчает также возможность получения большого и устойчивого усиления, особенно при приеме весьма высоких частот.
3) Возможность осуществления усиления до детектора не только на частоте сигнала , но и на существенно отличной от нее частоте . Это обстоятельство облегчает получение весьма большого устойчивого усиления (порядка 1000000 и более), т.к. наиболее опасными являются паразитные связи, охватывающие каскады с примерно одинаковой резонансной частотой.
Таким образом, благодаря особенностям структурной схемы, в супергетеродинном приемнике значительно проще, чем в приемнике прямого усиления, достигаются большое усиление, большая избирательность и постоянство электрических параметров.
На ряду с большими преимуществами супергетеродинный приемник имеет по сравнению с приемником прямого усиления и некоторые недостатки, основными из которых являются:
1) Необходимость дополнительного блока - преобразователя частоты. Этот недостаток может оказаться существенным при конструировании простейших приемников, от которых не требуется высокой чувствительности, а следовательно, и большой избирательности. В таких случаях переход от схемы прямого усиления может вызвать не упрощение, а неоправданное усложнение приемника.
2) Большее влияние внутреннего шума в активном приборе, работающем в режиме преобразователя частоты, чем в таком же приборе, работающем в режиме усиления. Для устранения этого недостатка (в случае, когда уровень внутреннего шума сравним с уровнем внешних помех) требуется осуществить некоторое усиление сигнала до преобразования частоты, с тем чтобы уровень сигнала превышал уровень внутреннего шума преобразователя частоты.
3) Наличие паразитных каналов приема. При супергетеродинном приеме существуют такие частоты 
, отличные от частоты сигнала которые в преобразователе частоты преобразуются в такую же промежуточную частоту, что и частота сигнала, и для которых, следовательно, контуры УПЧ не обладают ни какой избирательностью. К таким паразитным каналам приема относятся соседний, зеркальный, комбинационный, интермодуляционный и прямой.
а) Соседний канал приема - это канал на частотах 
, примыкающий к основному каналу ( ), вследствие недостаточной избирательности приемника не отфильтровываемый сигнал преселектором и создающий в ПЧ сигналы на частотах
близких к промежуточной частоте и входящих в полосу пропускания УПЧ.
Pисунок 2.9.
б) Зеркальный канал приема образуется внешней помехой на частоте 
, которая равна
Pисунок 2.10.
Если эта частота входит в полосу пропускания преселектора, имеющего частотную характеристику 
, показанную на рисунке, то в ПЧ образуется частот
т.е. такая же как частота
от полезного сигнала. Следовательно происходит наложение спектра полезного сигнала и спектра помехи, т.е. частотная фильтрация помехи от сигнала становится невозможной. Ослабить помеху по зеркальному каналу можно двумя путями:
- увеличением частотной избирательности преселектора;
- увеличением промежуточной частоты
В последнем случае (при увеличение ) согласно рассмотренному ранее выражению
увеличится и частота помехи , что позволяет лучше отфильтровывать ее в преселекторе. Однако, чем выше , тем труднее обеспечить высокую избирательность УПЧ с полосой пропускания, сопряженной с шириной спектра полезного сигнала. Для устранения помех одновременно по зеркальному и соседнему каналам применяют многократное преобразование (снижение) частоты:
в) Комбинационный канал приема образуется в результате взаимодействия комбинационных частот гетеродина и сигнала
где m,n > 1, образующих частоты, близкие к , т.е. входящие в полосу пропускания УПЧ. Усиливаясь так же, как и полезный сигнал на частоте
на демодуляторе образуются биения между частотами сигнала и комбинационными частотами
Если они входят в полосу пропускания усилителя низкой частоты УЗЧ, то являются помехой, воспроизводимой далее оконечным устройством ОУ.
Основной мерой устранения комбинационного канала приема является снижение уровня гармоник гетеродина и сигнала выбором соответствующего режима работы смесителя.
г) Интермодуляционный канал приема возникает при прохождении через преселектор двух и более помех на частотах
,
которые в смесителе образуют сигналы с комбинационными частотами
( 
- целые числа).
Если какая либо одна или несколько комбинационных частот попадает в полосу пропускания УПЧ, то создается интермодуляционный паразитный канал приема.
Для уменьшения влияния интермодуляционного канала следует повышать частотную избирательность преселектора и уменьшать усиление в УРЧ (УСЧ).
д) Прямой канал приема образуется, когда помеха имеет частоту, равную промежуточной частоте , и, воздействуя на ПЧ, проходит без преобразования частоты в канал УПЧ. основной мерой борьбы является использование резонансных контуров, отфильтровывающих эту помеху до преобразователя.
Наиболее значительным недостатком является наличие так называемого зеркального канала приема — 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 полезным сигналом.
Например, пусть приемник имеет ПЧ 6,5 МГц и настроен на радиостанцию, передающую на частоте 70 МГц, тогда частота гетеродина равна 76,5 МГц. На выходе фильтра ПЧ будет выделяться сигнал с частотой {{{1}}}6,5 МГц. Однако, если на частоте 83 МГц работает другая мощная радиостанция, и ее сигнал может просочиться на вход смесителя, то разностный сигнал с частотой {{{1}}}6,5 МГц не будет подавлен, пройдет через усилитель ПЧ и создаст помеху полезному сигналу. Величина подавления такой помехи (избирательность по зеркальному каналу) зависит от эффективности входного фильтра и является одной из основных характеристик супергетеродина.
Помехи по зеркальному каналу уменьшают двумя путями. Во-первых, применяют более сложные и эффективные входные полосовые фильтры, состоящие из нескольких колебательных контуров. Это усложняет и удорожает конструкцию, так как узкополосный входной фильтр нужно еще и перестраивать по частоте, притом согласованно с перестройкой частоты гетеродина, удерживая при перестройке разность частот сигнала и входного полосового фильтра равной ПЧ. Во-вторых, промежуточную частоту выбирают достаточно высокой по сравнению с частотой приема. В этом случае зеркальный канал приема оказывается сдвинутым относительно далеко по частоте от полезного сигнала, и даже несложный входной фильтр приемника может более эффективно его подавить. Иногда ПЧ даже делают намного выше частот приема (так называемое «преобразование вверх» , при этом часто, ради упрощения приемника, вообще отказываются от входного полосового фильтра, заменяя его неперестраиваемым фильтром нижних частот. В селекторах каналов аналоговых телевизионных приемников, являющихся по сути преобразователем частот сигналов из эфира в промежуточные частоты звука и изображения телевизионного приемника, наоборот, применяют фильтр верхних частот . В высококачественных связных приемниках часто применяют метод двойного (иногда и тройного) преобразования частоты, причем, если первую ПЧ выбирают высокой по описанным выше соображениям, то вторую делают низкой (сотни, иногда даже десятки килогерц ), что позволяет более простыми методами сужать принимаемую полосу частот и более эффективно подавлять помехи от близких по частоте станций, то есть повышать избирательность приемника по соседнему каналу. Приемники с многократным преобразованием частоты, несмотря на достаточно высокую сложность построения, наладки и стоимости, широко применяются в профессиональной и любительской радиосвязи (см., например, Р-250, Трансивер UW3DI).
Кроме того, в супергетеродине возможен паразитный прием сигналов с промежуточной частотой . При этом сигнал с антенны с частотой, попадающей в полосу пропускания канала ПЧ, проходит через входные цепи и смеситель на вход усилителя ПЧ и усиливается им. Эту помеху подавляют экранированием отдельных узлов и приемника в целом, а также применением на антенном входе фильтра-пробки (режекторного фильтра), настроенного на промежуточную частоту, примененную в данном приемнике.
В целом, супергетеродин требует гораздо большей тщательности в проектировании и наладке, чем простой приемник прямого усиления[источник?]. Приходится применять довольно сложные меры, для обеспечения стабильности частоты гетеродинов, так как от нее зависит точность настройки на станцию и соответственно качество приема. Сигналы гетеродина или гетеродинов не должны с высокой мощностью просачиваться в антенну, чтобы приемник сам не становился источником помех. Если в приемнике больше одного гетеродина, существует возможность того, что биения между какими-то из их гармоник окажутся в полосе звуковых частот и дадут помехи в виде свистов на выходе приемника. С этим явлением борются рационально выбирая частоты гетеродинов и тщательно экранируя узлы приемника друг от друга.
Использование в приемнике вспомогательного местного генератора радиочастотных колебаний впервые предложил американец Фессенден в 1901 году ]. Он же впервые применил термин «гетеродин», слово составленное из греческих слов «гетеро» — «чужой» и «дин» — «сила». В приемнике Фессендена гетеродин работал на частоте очень близкой к частоте принимаемого сигнала, и возникающие при этом биения со звуковой частотой между колебаниями гетеродина и сигналом принимаемой станции позволяли принимать непрерывный сигнал (без амплитудной модуляции), или телеграфный сигнал на слух (этот принцип теперь применяется в приемниках прямого преобразования, в таких приемниках гетеродин принято называть гомодином).
Гетеродинные приемники быстро усовершенствовались с изобретением в 1913 году лампового генератора высокой частоты (до этого применялись электромашинные генераторы повышенной частоты).
В 1917 году французский инженер Л. Леви запатентовал принцип супергетеродинного приема . В его приемнике частота радиочастотного сигнала преобразовывалась не непосредственно в звуковую частоту, а в промежуточную частоту, которая выделялась на колебательном контуре настроенном на эту частоту, и уже после этого поступала на детектор.
В 1918 году В. Шоттки дополнил структуру Леви усилителем промежуточной частоты (УПЧ). Структура супергетеродина была выгодна в то время еще и тем, что лампы того времени не обеспечивали нужного усиления на частотах выше нескольких сот килогерц из-за эффекта Миллера в триодах. Посредством гетеродинирования спектр сигнала сдвигался в область более низких частот и можно было за счет увеличения коэффициента усиления повысить чувствительность приемника.
Независимо от Шоттки к аналогичной структуре пришел Э. Армстронг (его патент получен в декабре 1918 года, патентная заявка Шоттки сделана в июне). Армстронг впервые построил и испытал прототип супергетеродинного приемника. Он же указал на возможность многократного преобразования частоты.
В декабре 1921 года английский радиолюбитель принял сигналы станций из США на супергетеродинный приемник с пятикаскадным УПЧ. С этого события к супергетеродинам появляется повышенный интерес. Первые супергетеродины были громоздки, дороги и неэкономичны из-за большого числа электровакуумных ламп. Прием сопровождался интермодуляционными свистами, проникающий в антенну сигнал гетеродина создавал помехи другим приемникам. Некоторое время[какое?] обсуждался вопрос — что лучше: более простой и надежный приемник прямого усиления, или сложный, капризный , но высокочувствительный супергетеродин, который может работать с небольшой комнатной антенной? Супергетеродин даже на некоторое время уступил позиции на рынке приемникам прямого усиления, когда применение тетродов вместо триодов заметно улучшило их характеристики Но дальнейшее совершенствование приемно-усилительных радиоламп позволило существенно упростить и удешевить супергетеродинный приемник, так как появились многосеточные лампы, позволяющие строить усилителя с большим коэффициентом усиления на высокой частоте, специализированные многосеточные лампы для преобразователей частоты, каскады на которых выполняли одновременно функции смесителя и гетеродина, а также комбинированные лампы, содержащие в одном баллоне два-три электронных прибора. Простой супергетеродин стало возможно построить всего на трех-четырех лампах, не считая выпрямителя, реализуемого в то время на электровакуумном приборе — кенотроне. Благодаря этому и другим усовершенствованиям с 1930-х годов супергетеродинная структура постепенно становится доминирующей для связных и бытовых радиовещательных приемников. Кроме того, в 1930 году истек срок действия патента на принцип супергетеродинного приема.
В России и СССР первым серийным супергетеродином был, по одним источникам, приемник танковой радиостанции 71-ТК разработки 1932 года (завод № 203 в Москве), по другим — вещательный СГ-6 (временем выпуска не позже 1931 года, на заводе имени Козицкого в Ленинграде) , по третьим источникам — радиоприемник «Дозор», разработанный в конце 1920-х годов в «Остехбюро» и переданный в серийное производство на тот же завод имени Козицкого .
Первым бытовым супергетеродином, выпускавшимся серийно в больших количествах с 1936 года был радиоприемник СВД. Примерно с конца 1950-х годов бытовые радиовещательные и телевизионные приемники в СССР строились почти исключительно по супергетеродинной схеме (кроме некоторых сувенирных приемников, радиоконструкторов для начинающих и некоторых специализированных и измерительных радиоприемников).
При проектировании супергетеродинного приемника побочные (паразитные) каналы приема могут быть практически устранены правильным выбором промежуточной частоты, режима работы преобразователя частоты и необходимой частотной избирательностью преселектора и УПЧ. поэтому супергетеродинная структура приемника является в настоящее время главной.
Статью про супергетеродинный приемник 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 супергетеродинный приемник, супергетеродин 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
смешанный с синусоидальным сигналом от гетеродина на частоте 
, образует биения с частотой, равной разности частот сигнала и гетеродина, эта частота называется промежуточной частотой (ПЧ) 
. После смешения в смесителе сигнал S1 проходит через полосно-пропускающий фильтр ПЧ, который блокирует сигналы всех других частот и далее демодулируется.
. При этом на входе усилителя ПЧ действуют сигналы двух частот:
присутствует сигнал (
Комментарии
Оставить комментарий
Устройства приема и обработки радиосигналов, Передача, прием и обработка сигналов
Термины: Устройства приема и обработки радиосигналов, Передача, прием и обработка сигналов