Супергетеродинный приемник принцип работы

Принцип супергетеродинного приемника

Принцип супергетеродинного приемника - фото 1 - изображение 1

Существует несколько схем построения радиоприемных устройств. Причем не имеет значения, для какой цели они используются – в качестве приемника радиовещательных станций или сигнала в комплекте системы управления. Существуют супергетеродинные приемники и прямого усиления. В схеме приемника прямого усиления используется только один вид преобразователя колебаний – порой даже простейший детектор. По сути, это детекторный приемник, только немного усовершенствованный. Если обратить внимание на конструкцию радиоприемника, то можно увидеть, что сначала происходит усиление высокочастотного сигнала, а после – низкочастотного (для вывода на динамик).

Особенности супергетеродинов

Вследствие того, что могут возникать паразитные колебания, происходит ограничение возможности усиления высокочастотных колебаний в небольших пределах. Особенно это актуально при построении коротковолновых приемников. В качестве усилителя высоких частот лучше всего использовать резонансные конструкции. Но в них нужно производить полную перенастройку всех колебательных контуров, которые имеются в конструкции, при смене частоты.

Особенности супергетеродинов - изображение 2 - изображение 2

Вследствие этого существенно усложняется конструкция радиоприемника, равно как и пользование им. Но недостатки эти можно устранить, используя метод преобразования принимаемых колебаний в одну стабильную и фиксированную частоту. Причем частота обычно пониженная, это позволяет добиться высокого уровня усиления. Именно на эту частоту происходит настройка резонансного усилителя. Такая методика используется в современных супергетеродинных приемниках. Только фиксированную частоту называют промежуточной.

Способ преобразования частоты

А теперь нужно рассмотреть упомянутый выше способ преобразования частоты в радиоприемниках. Допустим, есть два вида колебаний, частоты у них различные. При сложении этих колебаний появляется биение. Сигнал при сложении то увеличивается по амплитуде, то уменьшается. Если обратить внимание на график, который характеризует это явление, то можно увидеть совершенно другой период. И это период совершения биений. Причем этот период намного больше, нежели аналогичная характеристика любого из колебаний, которые складывались. Соответственно, с частотами все наоборот – у суммы колебаний она меньше.

Способ преобразования частоты - изображение 3 - изображение 3

Частоту биений вычислить достаточно просто. Она равна разности частот колебаний, которые складывались. Причем с увеличением разности повышается частота биений. Отсюда следует, что при выборе относительно большой разницы слагаемых частот получаются высокочастотные биения. Например, есть два колебания – 300 метров (это 1 МГц) и 205 метров (это 1, 46 МГц). При сложении окажется, что частота биения будет 460 кГц или 652 метра.

Детектирование

Но в приемниках супергетеродинного типа обязательно имеется детектор. Биения, которые получаются в результате сложения двух различных колебаний, имеют период. И он полностью соответствует промежуточной частоте. Но это не гармонические колебания промежуточной частоты, чтобы их получить, необходимо осуществить процедуру детектирования. Обратите внимание на то, что из модулированного сигнала детектор выделяет только колебания с модуляционной частотой. А вот в случае с биениями все немного иначе – происходит выделение колебаний так называемой разностной частоты. Она равна разности частот, которые складываются. Такой способ преобразований именуется методом гетеродинирования или смешения.

Реализация метода при работе приемника

Допустим, в контур радиоприемника приходят колебания от радиостанции. Чтобы осуществить преобразования, необходимо создать несколько вспомогательных высокочастотных колебаний. Далее подбирается частота гетеродина. При этом разность слагаемых частот должна быть, например, 460 кГц. Далее нужно произвести сложение колебаний и подать их на лампу-детектор (или полупроводник). При этом получаются разностной частоты колебания (значение 460 кГц) в контуре, соединенном с анодной цепью. Нужно обратить внимание на то, что этот контур настраивается на работу при разностной частоте.

Детектирование - изображение 4 - изображение 4

Используя усилитель высоких частот, можно произвести преобразование сигнала. Амплитуда его существенно увеличивается. Усилитель, используемый для этого, сокращенно называют УПЧ (усилитель промежуточной частоты). Его можно встретить во всех приемниках супергетеродинного типа.

Практическая схема на триоде

Для того чтобы произвести преобразование частоты, можно использовать простейшую схему на одной лампе-триоде. Колебания, которые приходят с антенны, посредством катушки попадают на управляющую сетку лампы-детектора. От гетеродина поступает отдельный сигнал, он накладывается поверх основного. В анодной цепи детекторной лампы устанавливается колебательный контур – он настраивается на разностную частоту. При детектировании получаются колебания, которые в дальнейшем усиливаются в УПЧ.

Но конструкции на радиолампах используются на сегодняшний день очень редко – эти элементы устарели, достать их проблематично. Но на них удобно рассматривать все физические процессы, которые протекают в конструкции. нередко применяют в качестве детектора гептоды, триод-гептоды, пентоды. Схема на полупроводниковом триоде очень похожа на ту, в которой используется лампа. Напряжение питания меньше и намоточные данные катушек индуктивности.

ПЧ на гептодах

Гептод – это лампа с несколькими сетками, катодами и анодами. По сути, это две радиолампы, заключенные в один стеклянный баллон. Электронный поток у этих ламп также общий. В первой лампе происходит возбуждение колебаний – это позволяет избавиться от использования отдельного гетеродина. А вот во второй смешиваются колебания, поступающие от антенны, и гетеродинные. Получаются биения, из них происходит выделение колебаний с разностной частотой.

Реализация метода при работе приемника - изображение 5 - изображение 5

Обычно лампы на схемах разделяются пунктирной линией. Две нижние сетки соединяются с катодом посредством нескольких элементов – получается классическая схема с обратной связью. А вот управляющая сетка непосредственно гетеродина соединяется с колебательным контуром. При наличии обратной связи происходит возникновение тока и колебаний.

Ток проникает через вторую сетку и происходит перенос колебаний во вторую лампу. Все сигналы, которые приходят от антенны, поступают на четвертую сетку. Сетки № 3 и № 5 между собой соединены внутри цоколя и на них постоянное напряжение. Это своеобразные экраны, расположенные между двумя лампами. В результате получается, что вторая лампа является полностью экранированной. Настройка супергетеродинного приемника, как правило, не требуется. Главное - произвести настройку полосовых фильтров.

Процессы, протекающие в схеме

Ток совершает колебания, создаются они первой лампой. При этом происходит изменение всех параметров второй радиолампы. Именно в ней смешиваются все колебания – от антенны и гетеродина. Происходит генерация колебаний с разностной частотой. В цепь анода включается колебательный контур – он настраивается именно на эту частоту. Далее происходит выделение из тока анода колебаний. И уже после этих процессов происходит подача сигнала на вход УПЧ.

Практическая схема на триоде - фотография 6 - изображение 6

При помощи специальных преобразовательных ламп происходит существенное упрощение конструкции супергетеродина. Количество ламп уменьшается, устраняется несколько трудностей, которые могут возникнуть при работе схемы с использованием отдельного гетеродина. Все, рассмотренное выше, относится к преобразованиям немодулированного колебания (без речи и музыки). Так намного проще рассматривать принцип работы устройства.

Модулированные сигналы

В том случае, когда происходит преобразование модулированного колебания, все делается немного иначе. У колебаний гетеродина постоянная амплитуда. Колебания ПЧ и биения промодулированы, равно как и у несущей. Для превращения модулированного сигнала в звук необходимо произвести еще одно детектирование. Именно по этой причине в супергетеродинных КВ приемниках после осуществления усиления происходит подача сигнала на второй детектор. И только после него сигнал модуляции подается на головной телефон или вход УНЧ (усилителя низкой частоты).

В конструкции УПЧ присутствует один или два каскада резонансного типа. Как правило, применяются настроенные трансформаторы. Причем производится настройка сразу двух обмоток, а не одной. Благодаря этому можно достичь более выгодной формы кривой резонанса. Повышается чувствительность и избирательность приемного устройства. Эти трансформаторы, у которых обмотки настроены, называются полосовыми фильтрами. Они настраиваются при помощи регулируемого сердечника или подстроечного конденсатора. Они настраиваются один раз и в процессе эксплуатации приемника их трогать не нужно.

Частота гетеродина

А теперь давайте рассмотрим простой супергетеродинный приемник на лампе или транзисторе. Можно изменить частоты гетеродина в необходимом диапазоне. И ее нужно подбирать таким образом, чтобы с любыми по частоте колебаниями, которые приходят из антенны, получалось одинаковое значение промежуточной частоты. Когда осуществляется настройка супергетеродина, происходит подгонка частоты усиливаемого колебания под конкретный резонансный усилитель. Получается явное преимущество – нет необходимости настраивать большое количество междуламповых колебательных контуров. Достаточно настроить гетеродинный контур и входной. Происходит существенное упрощение настройки.

Промежуточная частота

Для получения фиксированной ПЧ при работе на любой частоте, которая находится в рабочем диапазоне приемника, необходимо сдвигать колебания гетеродина. Как правило, в супергетеродинных радиоприемниках используется ПЧ, равная 460 кГц. Намного реже используется 110 кГц. Эта частота показывает, на какое значение отличаются диапазоны гетеродина и входного контура.

ПЧ на гептодах - изображение 7 - изображение 7

При помощи резонансного усиления происходит увеличение чувствительности и избирательности устройства. И благодаря использованию преобразования приходящего колебания удается улучшить показатель избирательности. Очень часто две радиостанции, работающие относительно близко (по частоте), мешают друг другу. Такие свойства нужно учитывать, если планируете собрать самодельный супергетеродинный приемник.

Как происходит прием станций

Теперь можно рассмотреть конкретный пример, чтобы понять принцип работы супергетеродинного приемника. Допустим, используется ПЧ, равная 460 кГц. А станция работает на частоте 1 МГц (1000 кГц). И ей мешает слабая станция, которая вещает на частоте 1010 кГц. Разница частот у них 1 %. Для того чтобы добиться ПЧ, равной 460 кГц, необходимо произвести настройку гетеродина на 1,46 МГц. В этом случае мешающая радиостанция выдаст ПЧ, равное всего 450 кГц.

Процессы, протекающие в схеме - фото 8 - изображение 8

И вот теперь можно увидеть, что сигналы двух станций различаются более чем на 2 %. Два сигнала разбежались, это произошло с помощью применения преобразователей частоты. Прием основной станции упростился, улучшилась избирательность радиоприемника.

Теперь вы знаете все принципы супергетеродинных приемников. В современных радиоприемниках все намного проще - нужно использовать для построения всего одну микросхему. И в ней на кристалле полупроводника собрано несколько устройств - детекторы, гетеродины, усилители ВЧ, НЧ, ПЧ. Остается только добавить колебательный контур и несколько конденсаторов, резисторов. И полноценный приемник собран.

Структурная схема супергетеродинного радиоприемника. Принцип действия схемы . Достоинства и недостатки супергетеродинного радиоприемника.

Модулированные сигналы - фото 9 - изображение 9

Основным недостатком приемника прямого усиления является сложность перестройки с одной частоты на другую. Выполнить фильтр со стабильными параметрами при его перестройке в диапазоне частот практически невозможно.

При усилении высокочастотного сигнала тоже возникают определенные трудности. Чем выше частота принимаемого сигнала, тем сложнее выполнить усилитель высокой частоты. Его широкополосность тоже приводит к определенным трудностям. Естественно, при развитии микроэлектроники цена этих затрат постепенно снижается, но одновременно осваиваются все более высокочастотные диапазоны.

В качестве второго и, пожалуй, основного недостатка приемника прямого усиления можно назвать необходимость построения перестраиваемого узкополосного фильтра, настраиваемого на рабочий сигнал. Требования к этому фильтру получаются противоречивыми. С одной стороны, этот фильтр должен ослаблять соседний канал приема, а с другой стороны не искажать принимаемый сигнал. В результате при необходимости перестройки частоты требуется изменять относительную полосу пропускания фильтра.

Частота гетеродина - фотография 10 - изображение 10

где

Промежуточная частота - фотография 11 - изображение 11

— полоса частот полезного сигнала

fпс — несущая частота полезного сигнала

При увеличении центральной частоты настройки фильтра для сохранения той же самой абсолютной полосы частот приходится одновременно уменьшать относительную полосу пропускания фильтра. Это достигается увеличением добротности входящих в состав фильтра контуров. Учитывая, что при этом необходимо строго следить за соотношением добротностей этих контуров между собой, а также то, что чем выше частота, тем труднее реализовать высокую добротность резонансной цепи, задача становится практически невыполнимой.

Даже в том случае, когда приемник разрабатывается на одну фиксированную частоту, очень трудно обеспечить параметры узкополосного фильтра. На частоте 450 МГц очень трудно (практически невозможно) обеспечить полосу пропускания фильтра, равную 10 кГц при полосе непропускания 25 кГц. При этом минимальная добротность требуется:

Как происходит прием станций - фотография 12 - изображение 12

Но это для фильтра первого порядка! А нужно как минимум фильтр 8-го порядка. Естественно, что добротность избирательной цепи, равную нескольким сотням тысяч единиц технически выполнить невозможно!

Для того чтобы решить эту проблему, стали разбивать задачу на два этапа — перестройка по диапазону частот, и обеспечение избирательности по соседнему каналу. Для перестройки по частотному диапазону стали использовать перенос спектра на определенную (обычно достаточно низкую) промежуточную частоту. Перенос спектра принимаемых частот осуществляется при помощи следующего тригонометрического преобразования:

Структурная схема супергетеродинного радиоприемника. Принцип действия схемы . Достоинства и недостатки супергетеродинного радиоприемника. - фотография 13 - изображение 13

тогда напряжение на выходе перемножителя, который часто называется смесителем будет записываться:

Супергетеродинный приемник - фото 14 - изображение 14

Узкополосный фильтр на выходе умножителя легко подавляет одну из этих компонент. Оставшаяся частотная компонента выходного сигнала называется промежуточной частотой. Радиоприемник, работающий по данному принципу получил название супергетеродин. Обычно на выходе смесителя такого радиоприемника выделяется разностная компонента. В этом случае на входе усилителя промежуточной частоты (УПЧ) формируется сигнал, с частотой:

Принцип супергетеродинного приемника - фотография 15 - изображение 15

Получается, что при помощи смесителя можно легко перемещать спектр входного сигнала по частоте, изменяя частоту местного генератора — гетеродина.

Процесс перемещения частоты входного сигнала на промежуточную частоту в супергетеродине иллюстрируется рисунком 1.

Особенности супергетеродинов - фото 16 - изображение 16

Рисунок 1 Перенос спектра принимаемого сигнала на промежуточною частоту.

На данном рисунке трапецией показан спектр сигнала, передаваемого в радиоканале. Число, изображенное в трапеции означает номер радиоканала, принятый в системе мобильной радиосвязи. Приемники, выполненные по схеме с переносом полосы радиочастот на промежуточную частоту, получили название супергетеродинов или супергетеродинных приемников. Если перенос осуществляется на нулевую частоту, то такой приемник будет уже называться приемником прямого преобразования. Структурная схема радиоприемника, построенного по схеме супергетеродина с одним преобразованием частоты, приведена на рисунке 2

Способ преобразования частоты - фото 17 - изображение 17

Рисунок 2. Структурная схема супергетеродинного радиоприемника

В этой схеме гетеродин осуществляет перестройку в диапазоне частот, поэтому его часто выполняют в виде синтезатора частоты, который может настраиваться на ряд фиксированных частот и обладает стабильностью частоты, соответствующей кварцевому генератору или в особенно ответственных случаях атомному эталону частоты.

Для уменьшения требований к фильтру основной избирательности тракт промежуточной частоты выбирается достаточно низкочастотным. Это позволяет обеспечить значительную относительную расстройку частоты соседнего канала по отношению к полосе принимаемого сигнала.

То, что промежуточная частота супергетеродинного приемника является фиксированной, позволяет применить в качестве фильтра промежуточной частоты кварцевый, электромеханический или пьезоэлектрический фильтр. Это обеспечивает высокие электрические характеристики фильтра основной избирательности и высокую стабильность характеристик во времени и в диапазоне температур. Кроме того, такие фильтры в настоящее время являются высокотехнологическими, что позволяет снизить стоимость и уменьшить габариты приемника в целом.

К сожалению, промежуточная частота может быть образована при помощи двух уравнений. При этом результат невозможно отличить друг от друга:

Детектирование - изображение 18 - изображение 18

Реализация метода при работе приемника - фото 19 - изображение 19

Это приводит к тому, что супергетеродинным приемником могут одновременно приниматься сразу два частотных канала, отстоящих друг от друга на величину 2fпч. Один из этих каналов называется рабочим каналом, а другой — зеркальным. Описанная ситуация иллюстрируется рисунком 3.

Практическая схема на триоде - фотография 20 - изображение 20

Рисунок 3 Процесс образования зеркального канала в супергетеродинном приемнике

Основной способ избавиться от зеркального канала — это подавить его сигнал во входной цепи радиоприемника, иначе говоря, подавление зеркального канала зависит от избирательности входной цепи супергетеродина и относитеьлной расстройки частоты зеркального канала:

ПЧ на гептодах - фото 21 - изображение 21

Дополнительное подавление зеркального канала может быть обеспечено в смесителе с подавлением зеркального канала. Этот преобразователь частоты реализует одну из следующих тригонометрических формул:

Процессы, протекающие в схеме - фото 22 - изображение 22

Модулированные сигналы - фотография 23 - изображение 23

В ряде случаев это схемотехническое решение может позволить уменьшить конкретное значение промежуточной частоты, увеличить глубину подавления зеркального канала или расширить диапазон частот, в котором может быть применена схема супергетеродинного приемника с одним преобразованием частоты.

Требования к избирательности полосового фильтра входной цепи супергетеродинного приемника значительно ниже требований к полосовому фильтру приемника прямого усиления. Это связано с тем, что зеркальный канал отстроен от принимаемой частоты значительно дальше соседнего канала. Чем выше выбирается значение промежуточной частоты, тем ниже будут требования к полосовому фильтру входной цепи. При этом будут возрастать требования к полосовому фильтру промежуточной частоты. Конкретный выбор значения промежуточной частоты позволяет оптимизировать требования, как к тракту промежуточной частоты, так и требования к входной частоте.

При расчете структурной схемы очень важно правильно распределить коэффициенты усиления каждого блока. Как это уже обсуждалось выше, чувствительность приемника определяется уровнем шума каждого из каскадов, однако наибольшее влияние на этот параметр оказывает первый каскад приемника. Для того чтобы последующие каскады не оказывали существенного влияния на чувствительность приемника, можно поднять усиление первого каскада, однако это приведет к возрастанию интермодуляционных искажений, поэтому в большинстве случаев приходится ограничиваться компенсацией потерь в последующих каскадах. Пример распределения коэффициента усиления по каскадам супергетеродинного приемника приведен на рисунке 4.

Частота гетеродина - фотография 24 - изображение 24

Рисунок 4 Пример распределения уровней сигнала в структурной схеме супергетеродинного приемника

Разработка структурной схемы является ответственным этапом проектирования радиоприемного устройства. В каждом конкретном случае приходится учитывать особенности принимаемого сигнала и требования к параметрам устройства в целом.

Мы рассматриваем схему приемника цифровых методов модуляции, поэтому при разработке супергетеродинного приемника цифровых видов модуляции следует учитывать особенности переноса полезного сигнала на промежуточную частоту. Полезная информация цифрового сигнала обычно содержится в относительном изменении фазы несущего колебания, но оно приводит к соответствующему приращению частоты:

Промежуточная частота - фото 25 - изображение 25

При этом положительное приращение фазы будет увеличивать частоту принимаемого сигнала, а отрицательное — уменьшать. При преобразовании частоты в супергетеродинном приемнике приращение частоты может, как не изменяться — при преобразовании

Как происходит прием станций - фото 26 - изображение 26

, так и становиться противоположным — при преобразовании

Принцип работы супергетеродинного радиоприемника - изображение 27 - изображение 27

. Этот эффект иллюстрируется рисунком 3. На нем стрелочкой показано, что верхняя и нижняя боковые частоты принимаемого сигнала при переносе на промежуточную частоту меняются местами. При этом знак приращения фазы становится противоположным и передаваемое сообщение искажается. Восстановление переданного сообщения на выходе такого радиоприемника становится невозможным.

Рассмотренное явление может быть учтено на выходе супергетеродинного приемника в квадратурном детекторе. Если поменять местами квадратурные сигналы I и Q, то вращение вектора частоты на выходе квадратурного детектора меняется на прямо противоположное. Теперь переданное сообщение будет принято правильно.

Супергетеродинный приемник

Супергетеродинный приемник - фотография 28 - изображение 28

123

по дисциплине

на тему

Магомедов М. М.

САМАРА 2003

Содержание

2.2. Расчет ВУ.. 8

4. Детектор.. 11

6. Составление принципиальной схемы приемника.. 16

Список использованных источников.. 18

Введение

7 мая 1895 года, русский уче­ный Александр Степанович Попов продемонстрировал на заседании Русского физико-химического общества первый в мире радиоприемник, названный им “грозоотметчиком”, показав возможность приема радио­сигналов, создаваемых грозовыми разрядами. В ознаменование этой исторической даты в нашей стране установлен “День радио”, который ежегодно отмечается 7 мая.

Изобретение радио явилось одним из величайших открытий в ис­тории человечества, создавшим новую эпоху в развитии техники. От­крытие А. С. Попова явилось крупным событием в развитии знаний об электромагнетизме, это был переход от использования свойств медлен­но меняющихся электромагнитных полей к технике высоких частот, переход, явившийся результатом больших научных достижений физики XIX в. в области электротехники.

Английский ученый Фарадей в 1831 г. открыл закон электромаг­нитной индукции, что послужило основой учения о распространении электромагнитной энергии без проводов. В 1873 г. английский ученый Максвелл доказал теоретически, что провод, по которому течет пере­менный ток, излучает электромагнитные волны. В 1888 г. немецкий ученый Герц показал впервые экспериментально возможность обнаружения электромагнитных волн. В 1890 г. французский ученый Бранли установил свойство металлических порошков увеличивать свою про­водимость в электромагнитном поле, что позволило создать прибор для обнаружения электромагнитных волн.

Осенью 1895 г. А. С. Попов совместно со своим ассистентом П. Н. Рыбкиным провел ряд успешных опытов по передаче телеграф­ных сигналов и 24 марта 1896 г. продемонстрировал первую в мире передачу текста по радио с помощью кода азбуки Морзе на расстояние порядка 250 м. С тех пор одним из направлений развития радио является увеличение протяженности линии связи.

Одним из преимуществ радиосвязи по сравнению с проводной свя­зью является возможность организации связи с подвижными объектами. Первая практическая радиосвязь была организована А. С. По­повым в 1897 г. между кораблями русского флота на расстояниях до 5 км.

Широкое развитие радиотехники в нашей стране началось только после Великой Октябрьской социалистической революции. Декреты Советского правительства о радио, подписанные В. И. Лениным, предо­пределили программу работ по развитию радиотехники в нашей стра­не на много лет вперед. Начало советскому радиостроительству поло­жил декрет Совнаркома, подписанный В. И. Лениным 21 июля 1918 г. “О централизации радиотехнического дела”, которым предусматри­валась организация радиосовета при Народном Комиссариате почт и телеграфов для составления плана строительства и эксплуатации сети постоянных радиостанций и для надзора за выполнением этого плана.

2 декабря 1918 г. В. И. Ленин подписал “Положение о радиолабора­тории и мастерской НКПиТ”, которым предусматривалась организа­ция Нижегородской радиолаборатории — первого советского научно-исследовательского института в области радио. Нижегородская радио­ лаборатория сыграла крупную роль в развитии советской радио­ техники и, в частности, радиовещания.

В 1922 г. руководитель Нижегородской радиолаборатории М. А. Бонч-Бруевич по заданию В. И. Ленина построил в Москве первую, в то время наиболее мощную в мире радиовещательную станцию имени Коминтерна. С тех пор количество радиостанций в нашей стране и их мощность непрерывно растут.

С развитием радио, с усовершенствованием аппаратуры все в большей степени возрастала экономическая целесообразность использова­ния радио для дальней телеграфной и телефонной связи.

радиоприемниками.

Чувствительностью называется величина минимальной э.д.с. на входе приемника, при которой он отдает номинальную мощность при заданном превышении сигнала над помехой.

Чувствительность лучших профессиональных радиоприемников составляет десятые доли микровольта, у бытовых достигает величины в единицы и, даже, десятки миливольт.

Избирательностью называется свойство приемника выделять заданную полосу частот из всего спектра сигнала на его входе.

Индкуцируемые в антене э.д.с. от различных источников поступают на входное устройство (ВУ), основным назначением которого является предварительное очищение полезного сигнала от помех, т.е. избирательность, а основгными параметрами – коэффициент передачи и избирательность.

усилитель радиочастоты (УРЧ), где подвергается дальнейшей избирательности и усилению.

Схемы УРЧ практически не отличаются от схем генераторов с внешним возбуждением, т.е. в качестве нагрузки используется колебательный контур.

С выхода УРЧ сигнал поступает на детектор (Д), который преобразует колебания радиочастоты в сигнал звуковой(низкой) частоты, несущий в себе переданную информацию.

Поскольку сигнал на выходе детектора мал, он обычно усиливается в усилителе низкой частоты (УНЧ), схема и число каскадов которого определяется назначением приемника и типом нагрузки.

Сигнал спринимаемой радиостанции с выхода УРЧ подается на один из входов смесителя (С), на второй вход которого поступает частота от маломощного генератора – гетеродина (Г).

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 29 - изображение 29

промежуточной

усилителе промежуточной частоты (УПЧ), схема которого аналогична УРЧ, но в качестве нагрузки обычно используются системы связных колебательных контуров.

Более высокие значения чувствительности и избирательности ибъясняются введением в схему приемника смесителя и гетеродина (преобразователя частоты), позволяющих переносить частоту принимаемой радиостанции в область более низних частот.

Добавленный в схему УПЧ имеет не только принципиально больший коэффициен усиления, по сравнению с УРЧ, но и осуществляет, наряду с усилением, окончательную избирательность.

Входным устройством (ВУ) называется часть схемы приемника до первой лампы или до первого транзистора, связанная с приемной антеной. На входное устройство из антены поступают напряжения, соответствующие сигналам принимаемой радиостанции и напряжения, создаваемые работой других станций. Амплитуды этих напряжений в большинстве случаев имеют величины от 1 мкВ до сотен мкВ. Назначением входного устройства является выделение принимаемого сгнала из общего количества сигналов, поступающх на входное устройство из антены, и передача этого полезного сигнала на вход усилителя радиочастоты (УРЧ).

ВзаимоиндуктивнуюРисунок 3,а

ИндуктивнуюРисунок 3,б

ЕмкостнуюРисунок 3,в

КомбинированнуюРисунок 3,г

123

2015-10-202490

Принцип супергетеродинного приемника

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 30 - изображение 30

Существует несколько схем построения радиоприемных устройств. Причем не имеет значения, для какой цели они используются – в качестве приемника радиовещательных станций или сигнала в комплекте системы управления. Существуют супергетеродинные приемники и прямого усиления. В схеме приемника прямого усиления используется только один вид преобразователя колебаний – порой даже простейший детектор. По сути, это детекторный приемник, только немного усовершенствованный. Если обратить внимание на конструкцию радиоприемника, то можно увидеть, что сначала происходит усиление высокочастотного сигнала, а после – низкочастотного (для вывода на динамик).

Особенности супергетеродинов

Вследствие того, что могут возникать паразитные колебания, происходит ограничение возможности усиления высокочастотных колебаний в небольших пределах. Особенно это актуально при построении коротковолновых приемников. В качестве усилителя высоких частот лучше всего использовать резонансные конструкции. Но в них нужно производить полную перенастройку всех колебательных контуров, которые имеются в конструкции, при смене частоты.

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 31 - изображение 31

Вследствие этого существенно усложняется конструкция радиоприемника, равно как и пользование им. Но недостатки эти можно устранить, используя метод преобразования принимаемых колебаний в одну стабильную и фиксированную частоту. Причем частота обычно пониженная, это позволяет добиться высокого уровня усиления. Именно на эту частоту происходит настройка резонансного усилителя. Такая методика используется в современных супергетеродинных приемниках. Только фиксированную частоту называют промежуточной.

Способ преобразования частоты

А теперь нужно рассмотреть упомянутый выше способ преобразования частоты в радиоприемниках. Допустим, есть два вида колебаний, частоты у них различные. При сложении этих колебаний появляется биение. Сигнал при сложении то увеличивается по амплитуде, то уменьшается. Если обратить внимание на график, который характеризует это явление, то можно увидеть совершенно другой период. И это период совершения биений. Причем этот период намного больше, нежели аналогичная характеристика любого из колебаний, которые складывались. Соответственно, с частотами все наоборот – у суммы колебаний она меньше.

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 32 - изображение 32

Частоту биений вычислить достаточно просто. Она равна разности частот колебаний, которые складывались. Причем с увеличением разности повышается частота биений. Отсюда следует, что при выборе относительно большой разницы слагаемых частот получаются высокочастотные биения. Например, есть два колебания – 300 метров (это 1 МГц) и 205 метров (это 1, 46 МГц). При сложении окажется, что частота биения будет 460 кГц или 652 метра.

Детектирование

Но в приемниках супергетеродинного типа обязательно имеется детектор. Биения, которые получаются в результате сложения двух различных колебаний, имеют период. И он полностью соответствует промежуточной частоте. Но это не гармонические колебания промежуточной частоты, чтобы их получить, необходимо осуществить процедуру детектирования. Обратите внимание на то, что из модулированного сигнала детектор выделяет только колебания с модуляционной частотой. А вот в случае с биениями все немного иначе – происходит выделение колебаний так называемой разностной частоты. Она равна разности частот, которые складываются. Такой способ преобразований именуется методом гетеродинирования или смешения.

Реализация метода при работе приемника

Допустим, в контур радиоприемника приходят колебания от радиостанции. Чтобы осуществить преобразования, необходимо создать несколько вспомогательных высокочастотных колебаний. Далее подбирается частота гетеродина. При этом разность слагаемых частот должна быть, например, 460 кГц. Далее нужно произвести сложение колебаний и подать их на лампу-детектор (или полупроводник). При этом получаются разностной частоты колебания (значение 460 кГц) в контуре, соединенном с анодной цепью. Нужно обратить внимание на то, что этот контур настраивается на работу при разностной частоте.

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 33 - изображение 33

Используя усилитель высоких частот, можно произвести преобразование сигнала. Амплитуда его существенно увеличивается. Усилитель, используемый для этого, сокращенно называют УПЧ (усилитель промежуточной частоты). Его можно встретить во всех приемниках супергетеродинного типа.

Практическая схема на триоде

Для того чтобы произвести преобразование частоты, можно использовать простейшую схему на одной лампе-триоде. Колебания, которые приходят с антенны, посредством катушки попадают на управляющую сетку лампы-детектора. От гетеродина поступает отдельный сигнал, он накладывается поверх основного. В анодной цепи детекторной лампы устанавливается колебательный контур – он настраивается на разностную частоту. При детектировании получаются колебания, которые в дальнейшем усиливаются в УПЧ.

Но конструкции на радиолампах используются на сегодняшний день очень редко – эти элементы устарели, достать их проблематично. Но на них удобно рассматривать все физические процессы, которые протекают в конструкции. нередко применяют в качестве детектора гептоды, триод-гептоды, пентоды. Схема на полупроводниковом триоде очень похожа на ту, в которой используется лампа. Напряжение питания меньше и намоточные данные катушек индуктивности.

ПЧ на гептодах

Гептод – это лампа с несколькими сетками, катодами и анодами. По сути, это две радиолампы, заключенные в один стеклянный баллон. Электронный поток у этих ламп также общий. В первой лампе происходит возбуждение колебаний – это позволяет избавиться от использования отдельного гетеродина. А вот во второй смешиваются колебания, поступающие от антенны, и гетеродинные. Получаются биения, из них происходит выделение колебаний с разностной частотой.

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 34 - изображение 34

Обычно лампы на схемах разделяются пунктирной линией. Две нижние сетки соединяются с катодом посредством нескольких элементов – получается классическая схема с обратной связью. А вот управляющая сетка непосредственно гетеродина соединяется с колебательным контуром. При наличии обратной связи происходит возникновение тока и колебаний.

Ток проникает через вторую сетку и происходит перенос колебаний во вторую лампу. Все сигналы, которые приходят от антенны, поступают на четвертую сетку. Сетки № 3 и № 5 между собой соединены внутри цоколя и на них постоянное напряжение. Это своеобразные экраны, расположенные между двумя лампами. В результате получается, что вторая лампа является полностью экранированной. Настройка супергетеродинного приемника, как правило, не требуется. Главное - произвести настройку полосовых фильтров.

Процессы, протекающие в схеме

Ток совершает колебания, создаются они первой лампой. При этом происходит изменение всех параметров второй радиолампы. Именно в ней смешиваются все колебания – от антенны и гетеродина. Происходит генерация колебаний с разностной частотой. В цепь анода включается колебательный контур – он настраивается именно на эту частоту. Далее происходит выделение из тока анода колебаний. И уже после этих процессов происходит подача сигнала на вход УПЧ.

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 35 - изображение 35

При помощи специальных преобразовательных ламп происходит существенное упрощение конструкции супергетеродина. Количество ламп уменьшается, устраняется несколько трудностей, которые могут возникнуть при работе схемы с использованием отдельного гетеродина. Все, рассмотренное выше, относится к преобразованиям немодулированного колебания (без речи и музыки). Так намного проще рассматривать принцип работы устройства.

Модулированные сигналы

В том случае, когда происходит преобразование модулированного колебания, все делается немного иначе. У колебаний гетеродина постоянная амплитуда. Колебания ПЧ и биения промодулированы, равно как и у несущей. Для превращения модулированного сигнала в звук необходимо произвести еще одно детектирование. Именно по этой причине в супергетеродинных КВ приемниках после осуществления усиления происходит подача сигнала на второй детектор. И только после него сигнал модуляции подается на головной телефон или вход УНЧ (усилителя низкой частоты).

В конструкции УПЧ присутствует один или два каскада резонансного типа. Как правило, применяются настроенные трансформаторы. Причем производится настройка сразу двух обмоток, а не одной. Благодаря этому можно достичь более выгодной формы кривой резонанса. Повышается чувствительность и избирательность приемного устройства. Эти трансформаторы, у которых обмотки настроены, называются полосовыми фильтрами. Они настраиваются при помощи регулируемого сердечника или подстроечного конденсатора. Они настраиваются один раз и в процессе эксплуатации приемника их трогать не нужно.

Частота гетеродина

А теперь давайте рассмотрим простой супергетеродинный приемник на лампе или транзисторе. Можно изменить частоты гетеродина в необходимом диапазоне. И ее нужно подбирать таким образом, чтобы с любыми по частоте колебаниями, которые приходят из антенны, получалось одинаковое значение промежуточной частоты. Когда осуществляется настройка супергетеродина, происходит подгонка частоты усиливаемого колебания под конкретный резонансный усилитель. Получается явное преимущество – нет необходимости настраивать большое количество междуламповых колебательных контуров. Достаточно настроить гетеродинный контур и входной. Происходит существенное упрощение настройки.

Промежуточная частота

Для получения фиксированной ПЧ при работе на любой частоте, которая находится в рабочем диапазоне приемника, необходимо сдвигать колебания гетеродина. Как правило, в супергетеродинных радиоприемниках используется ПЧ, равная 460 кГц. Намного реже используется 110 кГц. Эта частота показывает, на какое значение отличаются диапазоны гетеродина и входного контура.

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 36 - изображение 36

При помощи резонансного усиления происходит увеличение чувствительности и избирательности устройства. И благодаря использованию преобразования приходящего колебания удается улучшить показатель избирательности. Очень часто две радиостанции, работающие относительно близко (по частоте), мешают друг другу. Такие свойства нужно учитывать, если планируете собрать самодельный супергетеродинный приемник.

Как происходит прием станций

Теперь можно рассмотреть конкретный пример, чтобы понять принцип работы супергетеродинного приемника. Допустим, используется ПЧ, равная 460 кГц. А станция работает на частоте 1 МГц (1000 кГц). И ей мешает слабая станция, которая вещает на частоте 1010 кГц. Разница частот у них 1 %. Для того чтобы добиться ПЧ, равной 460 кГц, необходимо произвести настройку гетеродина на 1,46 МГц. В этом случае мешающая радиостанция выдаст ПЧ, равное всего 450 кГц.

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 37 - изображение 37

И вот теперь можно увидеть, что сигналы двух станций различаются более чем на 2 %. Два сигнала разбежались, это произошло с помощью применения преобразователей частоты. Прием основной станции упростился, улучшилась избирательность радиоприемника.

Теперь вы знаете все принципы супергетеродинных приемников. В современных радиоприемниках все намного проще - нужно использовать для построения всего одну микросхему. И в ней на кристалле полупроводника собрано несколько устройств - детекторы, гетеродины, усилители ВЧ, НЧ, ПЧ. Остается только добавить колебательный контур и несколько конденсаторов, резисторов. И полноценный приемник собран.

Принцип работы супергетеродинного радиоприемника

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 38 - изображение 38

Радиоприемники

Радиоприемные устройства служат для извлечения полезных радиосигналов из электромагнитного поля приходящих волн и преобразования их в электрические сигналы. В соответствии с назначением основными техническими характеристиками радиоприемных устройств служат рабочий диапазон частот и чувствительность. Чувствительность приемника определяется минимальной величиной ЭДС в антенне, при которой на его выходе выделяется полезный сигнал достаточного уровня для практического использования.

Достигая антенны приемника, радиоволны пересекают ее провод и возбуждают (индуцируют) в ней очень слабые радиочастоты. В приемной антенне одновременно находятся высокочастотные колебания от многих радиопередатчиков. Поэтому один из важнейших элементов радиоприемника – селективное (избирательное) устройство, которое из всех принятых сигналов может отобрать нужный. Таким устройством является колебательный контур, позволяющий настраивать радиоприемник на радиоволны определенной длины.

Колебания тока в контуре будут наиболее сильными, если частота колебаний подведенного сигнала совпадает с частотой колебаний контура. Иначе говоря, контур воспринимает сигналы того радиопередатчика, высокочастотные колебания которого совпадают с собственной частотой колебаний контура приемника. Таким образом, контур играет роль полосового электрического фильтра.

Назначение других элементов радиоприемника заключается в том, чтобы усилить принятые (и «отобранные» колебательным контуром) высокочастотные модулированные колебания и преобразовать их в сигналы информации.

Различают два основных типа радиоприемников: приемники прямого усиления, в которых высокочастотные колебания до детектора только усиливаются, и супергетеродинные приемники, в которых принятые сигналы преобразуются в колебания некоторой промежуточной частоты, усиливаются и только после этого поступают на детектор. Супергетеродинные радиоприемники сложнее приемников прямого усиления и обладают значительно большими чувствительностью и селективностью.

Радиоволны от всех работающих в данный момент передатчиков, пересекая антенну, наводят в ней ЭДС различных частот. Возникающие в ней переменные токи проходят через катушку индуктивности и наводят в ней переменные магнитные поля всего спектра частот. В индуктивно связанной катушке входного контура возникают вынужденные колебания различных частот. Если входной контур настроить конденсатором на одну из принимаемых частот, в нем возникает резонанс напряжений, и та из ЭДС, на которую контур настроен, создаст в нем наиболее мощный сигнал, а остальные ЭДС вызовут лишь помехи радиоприему.

Таким образом, входной контур осуществляет предварительную избирательность полезного сигнала. Общая избирательность достигается взаимной работой всех каскадов приемника. Полезный сигнал усиливается в усилителе высокой частоты УВЧ, который представляет собой резонансный усилитель. С его помощью осуществляется дальнейшее отфильтровывание помех и увеличение амплитуды колебаний полезного сигнала.

Частота преобразуется в специальном каскаде приемника – преобразователе частоты, состоящем из смесителя и гетеродина. Гетеродин является автогенератором маломощных колебаний, частота которых отличается от несущей частоты принимаемого сигнала. Смеситель служит для выделения колебаний промежуточной частоты, которая равна разности частоты колебаний, генерируемых гетеродином, и частоты принимаемых сигналов.

Постоянство промежуточной частоты обеспечивается синхронной настройкой входного контура и контуров смесителя и гетеродина вследствие сопряжения их конденсаторов. Усиленные в резонансном усилителе промежуточной частоты (УПЧ) колебания не могут быть непосредственно использованы для преобразования их в информационные сигналы. Колебания нужной частоты выделяются с помощью детектора. А затем усиливаются в усилители низкой частоты (УНЧ) и выходном трансформаторе.

Супергетеродинный приемник

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 39 - изображение 39

Проектирование радиотракта частоты.

Пояснительная записка

КП.210413.51.12.00ПЗ

Курсовой проект.

Разработал

Студент группы

_________________

Н. Контроль

__________________

Руководитель КП

Л. И. Никандрова

__________________

Псков 2012

УТВЕРЖДЕНО

Предметной комиссией

«_____»_________2012 г.

ЗАДАНИЕ

Для курсового проектирования по Радиоприемным устройствам______________________ _______Студента _______________________________« 3 » курса« » группы

Псковского индустриального техникума__________

(наименование среднего специального учебного заведения)

Тема задания: Проектирование радиотракта частоты________________________________

_____________

Курсовой проект на указанную тему выполняется учащимися техникума в следующем объеме:

1. Пояснительная записка

Введение_____1. Общая часть_____________________________

1.1. Супергетеродинный приёмник_____________

1.2. Чувствительность радиоприёмника_________

1.3. Избирательность приемника_______________

1.4 Модуляция сигнала______________________

1.5. Образование зеркального канала приема и необходимость его подавления__________

2. Специальная часть_______________________

2.1. Заданные параметры ВЧ тракта____________

2.2. Требования_____________________________

2.3. Указания к решению_____________________

3. Конструкторская часть___________________

3.1. Исходные данные_______________________

3.2. Первый способ решения__________________

3.3. Второй способ решения__________________

3.4. Анализ полученных результатов __________

Заключение__

Список использованной литературы_____________

2. Расчётная часть проекта

Шумовая температура антенны ТА – К__________

Сопротивление антенны RA – Ом_______________

Потери в кабеле LKAБ- дБ______________________

Потери во входном устройстве LВУ - дБ_________

Коэффициент передачи мощности УРЧ - Кр урч - дБ______________________________

Коэффициент шума УРЧ – КШ, УРЧ - дБ_______

Коэффициент передачи мощности ПрЧ – КР ПРЧ – дБ________________________________

Коэффициент шума ПрЧ - КШ ПРЧ - дБ_________

Потери в ФСИ - LФ - дБ______________________

Полоса пропускания ФСИ по уровню 3 дБ - ΔF< кГц__________________________

Коэффициент шума УПЧ – КШ УПЧ - дБ________

Требуемое отношение сигнал-шум на входе детектора qo – дБ________________________

3. Графическая часть проекта ____________________________

Лист 1_______

Лист 2 _______

Лист 3 _______

Дата выдачи_______________________

Срок окончания____________________

Зав. Отделением___________________

Преподаватель_____________________

Содержание.

Введение………………………………………………………………………….. 2

1. Общая часть…………………………………………………………………….4

1.1. Супергетеродинный приемник…………………………………………...4

1.2. Чувствительность приемника….…………………………………………6

1.3. Избирательность радиоприемника………….…………………………....7

1.4. Модуляция сигнала……………………...………………………………...8

1.5. Образование зеркального канала приема и необходимость его подавления ………………………………………………………………...…….10

2. Специальная часть……………………….……………………………………12

2.1. Заданные параметры ВЧ тракта………..………………………………..12

2.2. Требования……………………………………………………..…………12

2.3. Указания к решению………………………………………..……………13

3. Конструкторская часть………………………………………….…….………21

3.1. Исходные данные………………………………………….……………..21

3.2. Первый способ решения………………………………….……………...22

Лит
Лист
Листов
КП.210413.51.12.00ПЗ  
Лит
№ докум.
Изм.
Подп.
Дата
Разраб.
Пров.
Т. контр.
Н. контр.
Утв.

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 40 - изображение 40

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 41 - изображение 41

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 42 - изображение 42

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 43 - изображение 43

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 44 - изображение 44

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 45 - изображение 45

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 46 - изображение 46

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 47 - изображение 47

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 48 - изображение 48

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 49 - изображение 49

3.3. Второй способ решения………………………………….………………23

3.4. Анализ полученных результатов……………………….……………….24

Заключение………………………………………………………………………27

Список использованных источников…………………………………………..28

Лист
КП.210413.51.12.00ПЗ  
Лит
№ докум.
Изм.
Подп.
Дата

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 50 - изображение 50

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 51 - изображение 51

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 52 - изображение 52

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 53 - изображение 53

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 54 - изображение 54

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 55 - изображение 55

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 56 - изображение 56

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 57 - изображение 57

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 58 - изображение 58

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 59 - изображение 59

Введение

Теория РПУ формируется под действием, с одной стороны, общих разделов радиоэлектроники, с другой – прикладных отраслей, определяющих элементную базу приемных устройств и тесно связанных с технологией производства радиоэлектронной аппаратуры и современными средствами автоматизации проектирования и производства. На теорию РПУ влияют:

1. Разнородность задач, решаемых приемными устройствами. Можно перечислить следующие области применения радиосистем, а которых используются приемные устройства: радиосвязь, радиовещание, телевидение, наземные радиорелейные линии, спутниковые радиорелейные линии, космическая связь, радиолокация, радионавигация, радиоуправление, радиотелеметрия, радиометеорология и др.

2. Увеличение функциональной сложности современных приемных устройств, интеграция ряда функций смежных устройств. Помимо традиционных задач усиления, избирательности и преобразования по частоте сигнала в РПУ производятся поиск и обнаружение сигнала, демодуляция, синхронизация по несущей, поднесущей и тактовой частотам, слежение за задержкой, оптимальное выделение сигнала из смеси с шумом или другими мешающими сигналами, адаптация к неизвестному сигналу, управление активной антенной решеткой и т.п. В состав современных РПУ, в том числе и вещательных, входят синтезаторы, устройства цифрового управления и отображения информации, микропроцессоры.

3. Широкое использование в РПУ больших интегральных микросхем (БИС), являющихся сложными (крупноблочными) функционально законченными изделиями с заранее заданными параметрами.

4. Разнородность элементной базы.

5. Использование технологии микроэлектроники при производстве части узлов приемных устройств.

6.

Лист
КП.210413.51.12.00ПЗ  
Лит
№ докум.
Изм.
Подп.
Дата

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 60 - изображение 60

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 61 - изображение 61

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 62 - изображение 62

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 63 - изображение 63

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 64 - изображение 64

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 65 - изображение 65

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 66 - изображение 66

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 67 - изображение 67

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 68 - изображение 68

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 69 - изображение 69

Непрерывное обновление элементной базы. Уровень интеграции изделий микроэлектроники в среднем за год возрастает вдвое. Средний срок «жизни» ИС не превышает 10 лет.

7. Внедрение цифровой обработки сигнала.

8. Существенное углубление и систематизация теоретических знаний практически по всем направлениям радиотехники.

9. Многовариантность задачи проектирования (существует, как правило, несколько внешне равноценных способов реализации сформулированных в техническом задании условий).

10. Повышение роли производства вычислительных методов при проектировании приборов, механизация и автоматизация процессов проектирования и производства.

Лист
КП.210413.51.12.00ПЗ  
Лит
№ докум.
Изм.
Подп.
Дата

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 70 - изображение 70

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 71 - изображение 71

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 72 - изображение 72

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 73 - изображение 73

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 74 - изображение 74

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 75 - изображение 75

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 76 - изображение 76

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 77 - изображение 77

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 78 - изображение 78

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 79 - изображение 79

1. Общая часть

Супергетеродинный приемник

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 приемник принцип работы - изображение 80 - изображение 80

Рис. 1 Структурная схема супергетеродинного приемника.

Упрощенная структурная схема супергетеродина с однократным преобразованием частоты показана на рисунке (рис.1). Радиосигнал из антенны подается на вход усилителя высокой частоты (в упрощенном 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 подается сигнал с локального маломощного генератора высокой частоты – гетеродина. Колебательный контур гетеродина перестраивается одновременно с входным контуром смесителя (и контурами усилителя ВЧ) – обычно конденсатором переменной емкости (КПЕ), 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 полосового фильтра и усиливается в усилителе ПЧ, после чего поступает на демодулятор, восстанавливающий сигнал низкой (звуковой) частоты.

Лист
КП.210413.51.12.00ПЗ  
Лит
№ докум.
Изм.
Подп.
Дата

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 81 - изображение 81

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 82 - изображение 82

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 83 - изображение 83

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 84 - изображение 84

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 85 - изображение 85

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 86 - изображение 86

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 87 - изображение 87

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 88 - изображение 88

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 89 - изображение 89

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 90 - изображение 90

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

Преимущества:

· Высокая чувствительность

· Высокая избирательность

· Возможность принимать сигналы с модуляцией любого вида, в том числе с амплитудной манипуляцией (радиотелеграф) и однополосной модуляцией.

Недостаток:

· Наиболее значительным недостатком является наличие так называемого зеркального канала приёма – второй входной частоты, дающей такую же разность с частотой гетеродина, что и рабочая частота.

Лист
КП.210413.51.12.00ПЗ  
Лит
№ докум.
Изм.
Подп.
Дата

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 91 - изображение 91

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 92 - изображение 92

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 93 - изображение 93

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 94 - изображение 94

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 95 - изображение 95

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 96 - изображение 96

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 97 - изображение 97

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 98 - изображение 98

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 99 - изображение 99

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 100 - изображение 100

1.2 Чувствительность радиоприемника

Чувствительность радиоприемника, способность радиоприёмника принимать слабые по интенсивности радиосигналы и количественный критерий этой способности. Последний во многих случаях определяется как минимальный уровень радиосигнала в приёмной антенне, при котором содержащаяся в радиосигнале полезная информация ещё может быть воспроизведена с требуемым качеством (с достаточными громкостью звучания, контрастностью изображения и т.п.). В простейших радиоприёмниках чувствительность зависит главным образом от степени усиления сигналов в них: с увеличением коэффициента усиления нормальное воспроизведение информации достигается при более слабом радиосигнале (чувствительность радиоприемника считается при этом более высокой). Однако в сложных радиоприёмных устройствах (например, связных) такой путь повышения чувствительности радиоприемника теряет смысл, поскольку в них интенсивность полезных радиосигналов может оказаться сравнимой с интенсивностью действующих на антенну одновременно с этими сигналами внешних помех радиоприёму, искажающих принимаемую информацию. Предельная чувствительность радиоприемника в этом случае называется чувствительностью, ограниченной помехами; она является параметром не только приёмника, но зависит и от внешних факторов. При наиболее благоприятных условиях (главным образом при приёме в диапазоне метровых и более коротких волн и особенно при космической радиосвязи) внешние помехи слабы и основным фактором, ограничивающим чувствительность радиоприёмника, становятся внутренние флуктуационные шумы радиоприёмника. Последние в нормальных условиях работы радиоприёмника имеют постоянный уровень, поэтому чувствительность радиоприёмника, ограниченная внутренними шумами, - вполне определённый параметр; за меру чувствительности радиоприемника в этом случае часто принимают непосредственно уровень внутренних шумов, характеризуемый коэффициентом шума или шумовой температурой.

Лист
КП.210413.51.12.00ПЗ  
Лит
№ докум.
Изм.
Подп.
Дата

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 101 - изображение 101

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 102 - изображение 102

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 103 - изображение 103

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 104 - изображение 104

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 105 - изображение 105

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 106 - изображение 106

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 107 - изображение 107

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 108 - изображение 108

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 109 - изображение 109

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 110 - изображение 110

1.3 Избирательность приемника

Этот параметр показывает, насколько хорошо приемник может отделить сигнал требуемой частоты от сигналов других частот. Измеряется в децибелах (дБ) относительно соседнего частотного канала либо зеркального канала (в гетеродинных приемниках).

Дело в том, что в эфире постоянно летят тысячи всевозможных электромагнитных колебаний: от радиостанций, телевизионных передатчиков, наших любимых «мобильных друзей», и т.д. и т.п. Различаются они лишь по мощности да по частоте. Правда, по мощности им отличаться не обязательно – это не есть критерий выбора. Настройка на любую радиостанцию, будь то телеканал « MTV » или база вашего домашнего радиотелефона, происходит именно по частоте. При этом, на приемнике лежит ответственность: выбрать из тысяч частот – ту одну, единственную и неповторимую, которую мы хотим принять. Если на близких частотах нет никаких признаков разумной жизни – хорошо. А если где-нибудь через пол мегагерца от нашей радиостанции, находится сигнал другой радиостанции? Это есть не очень хорошо. Вот тут то и понадобится хорошая избирательность приемника.

Избирательность приемника зависит, в основном, от добротности колебательных контуров.

Лист
КП.210413.51.12.00ПЗ  
Лит
№ докум.
Изм.
Подп.
Дата

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 111 - изображение 111

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 112 - изображение 112

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 113 - изображение 113

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 114 - изображение 114

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 115 - изображение 115

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 116 - изображение 116

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 117 - изображение 117

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 118 - изображение 118

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 119 - изображение 119

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 120 - изображение 120

1.4 Модуляция сигнала

Амплитудная модуляция.В радиовещании в длинно - и средневолновом диапазонах радиоволн широко используется амплитудная модуляция сигнала. На вход модулятора подаются опорный и передаваемый (модулирующий) сигналы, а на выходе получаем смодулированный сигнал, положительная огибающая которого и есть исходный сигнал. Для корректного преобразования необходимо, чтобы несущая частота должна была быть, по крайней мере, в два раза выше, чем верхняя граница полосы модулирующего сигнала. Например, если мы смодулируем несущую частоту в 40 Гц гармоническим сигналом 4 Гц, то получим сигнал, спектр которого состоит из трех гармоник. Таким образом спектр модулированного сигнала симметричен, и для рационального использования передающего оборудования одну из боковых полос спектра передаваемого сигнала подавляют. При использовании разных частот опорного сигнала можно одновременно передавать несколько независимых сигналов, только необходимо соблюсти условие непересечения полос смодулированных сигналов. Данный способ модуляции довольно прост в реализации, но зато менее устойчив к помехам, нежели другие методы, рассматриваемые ниже. Помехонеустойчивость объясняется относительно узкой полосой модулированного сигнала (всего в два раза шире, чем у исходного). Тем не менее это обстоятельство позволяет использовать амплитудную модуляцию в низко- и среднечастотных диапазонах электромагнитного спектра.

Частотная модуляция. При частотной модуляции модулирующий сигнал модулирует не мощность опорного сигнала, а его частоту. То есть, если уровень сигнала увеличивается, то частота растет, и наоборот.

Из-за этого спектр частотно-модулированного сигнала значительно шире исходного сигнала. Соответственно, частотная модуляция обладает высокой помехоустойчивостью, но для ее применения необходимо занимать высокочастотные диапазоны вещания.

Лист
КП.210413.51.12.00ПЗ  
Лит
№ докум.
Изм.
Подп.
Дата

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 121 - изображение 121

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 122 - изображение 122

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 123 - изображение 123

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 124 - изображение 124

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 125 - изображение 125

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 126 - изображение 126

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 127 - изображение 127

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 128 - изображение 128

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 129 - изображение 129

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 130 - изображение 130

Фазовая модуляция. При фазовой модуляции модулирующий сигнал модулирует фазу опорного сигнала. При модулировании цифровым (дискретным) сигналом получается сигнал с очень широким спектром, так как фаза резко поворачивается (двоичный сигнал — на 180 градусов). Поэтому фазовую модуляцию с успехом применяют для обеспечения помехозащищенной цифровой связи в микроволновых диапазонах.

Лист
КП.210413.51.12.00ПЗ  
Лит
№ докум.
Изм.
Подп.
Дата

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 131 - изображение 131

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 132 - изображение 132

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 133 - изображение 133

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 134 - изображение 134

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 135 - изображение 135

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 136 - изображение 136

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 137 - изображение 137

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 138 - изображение 138

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 139 - изображение 139

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 140 - изображение 140

1.5. Образование зеркального канала приема и необходимость его подавления

В отличие от транзисторных смесителей, для которых наиболее существенен лишь эффект прямого преобразования частоты, в диодных смесителях наблюдается так же эффект обратного преобразования. Действительно, напряжение промежуточной частоты wпч=wн-wг, появившиеся на выходе смесителя в результате взаимодействия напряжений сигнала и гетеродина, снова взаимодействует с напряжением гетеродина, что приводит к образованию на входе смесителя напряжения с частотой сигнала wн = wпч+wг. Таким образом, эффект обратного преобразования обусловлен наличием сильной обратной связи в диодном смесителе, так как он канализирует энергию в обоих направлениях, т.е. представляет собой взаимное устройство. Кроме того, в диодных смесителях существует эффект вторичного обратного преобразования частоты. При действии на выходе смесителя напряжения промежуточной частоты возможно появление на входе смесителя так называемой зеркальной частоты wз=wг-wпч (названной так из-за “зеркального” расположения по отношению к частоте сигнала относительно частоты гетеродина). Возникновение колебаний зеркальной частоты возможно также в случае взаимодействия между напряжением сигнала и второй гармоникой гетеродина так как wз=2wг-wн. Обычно смеситель согласован со входом УПЧ, поэтому вся мощность на частоте wпч передается в УПЧ. Колебание зеркальной частоты, образовавшееся в процессе преобразования частоты сигнала, может распространяться во входные цепи приемника. Поэтому если на входе смесителя поместить соответствующие фильтры, то колебания зеркальной частоты будет отражаться обратно в смеситель для преобразования в колебания промежуточной частоты wпч=wг-wз. Если образованный таким образом ток промежуточной частоты находится в фазе с током основной промежуточной частоты wпч=wс-wг, то получается дополнительная выходная мощность, т.е. увеличивается коэффициент передачи преобразователя. При сложении токов в противофазе могут, напротив, возникнуть дополнительные потери. Таким образом, взаимодействие между колебаниями сигнальной и зеркальной частоты оказывает существенное влияние на параметры диодного преобразователя частоты и работу приемника.

Лист
КП.210413.51.12.00ПЗ  
Лит
№ докум.
Изм.
Подп.
Дата

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 141 - изображение 141

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 142 - изображение 142

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 143 - изображение 143

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 144 - изображение 144

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 145 - изображение 145

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 146 - изображение 146

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 147 - изображение 147

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 148 - изображение 148

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 149 - изображение 149

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 150 - изображение 150

Самые неприятные искажения сигнала на выходе возникают при наличии сильной помехи с промежуточной или зеркальной частотами на входе смесителя. Сигналы с такими частотами складываются в смесителе с полезным сигналом, и могут полностью нарушить работу приемника. Поэтому во всех супергетеродинных приемниках принимаются меры для подавления паразитных каналов приема.

Лист
КП.210413.51.12.00ПЗ  
Лит
№ докум.
Изм.
Подп.
Дата

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 151 - изображение 151

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 152 - изображение 152

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 153 - изображение 153

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 154 - изображение 154

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 155 - изображение 155

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 156 - изображение 156

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 157 - изображение 157

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 158 - изображение 158

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 159 - изображение 159

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 160 - изображение 160

2. Специальная часть

2.1. Заданны параметры ВЧ тракта

· шумовая температура антенны - TА;

· сопротивление антенны - RА;

· потери в кабеле - LКАБ;

· потери во входном устройстве - LВУ;

· коэффициент передачи мощности УРЧ - KP УРЧ;

· коэффициент шума УРЧ - KР УРЧ;

· коэффициент передачи мощности ПрЧ - KP ПРЧ;

· коэффициент шума ПрЧ - KШ ПРЧ;

· потери в ФСИ - LФ;

· полоса пропускания ФСИ по уровню 3 дБ - Δ FФ;

· коэффициент шума УПЧ - KШ УПЧ;

· требуемое отношение сигнал-шум на входе детектора - q0.

Требования

· определить:

· шумовую температуру приемника;

· коэффициент шума приемника;

· чувствительность приемника в единицах мощности (Вт и дБм);

· чувствительность приемника в единицах напряжения (микровольтах);

· дать оценку структуры с точки зрения необходимости и возможности снижения шумов и улучшения чувствительности; предложить способы повышения чувствительности приемника, подтвердив их соответствующими расчетами.

Лист
КП.210413.51.12.00ПЗ  
Лит
№ докум.
Изм.
Подп.
Дата

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 161 - изображение 161

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 162 - изображение 162

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 163 - изображение 163

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 164 - изображение 164

Супергетеродинный приемник принцип работы - фото 165 - изображение 165

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 166 - изображение 166

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 167 - изображение 167

Супергетеродинный приемник принцип работы - фотография 168 - изображение 168

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 169 - изображение 169

Супергетеродинный приемник принцип работы - изображение 170 - изображение 170

2.3 Указания к решению.

Одним из способов задания чувствительности, как способности приемника принимать слабые сигналы, является задание значения PА0 - мощности сигнала на согласованном с RА входе приемника (RА = RВX), при котором обеспечивается заданное отношение сигнал-шум на входе детектора q0. При линейном ВЧ тракте q0 определяет превышение мощности сигнала PА0над мощностью шумов приемной установки:

PА0= q0·PШ∑

где [2. Стр. 24]

Источники:

Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Оставить комментарий:

Отправить

Полезные сервисы:

Опрос: Насколько Вам помогла информация на нашем сайте? (Кол-во голосов: 639)
Сразу все понял
Не до конца понял
Пришлось перечитывать несколько раз
Вообще не понял
Как я сюда попал?
Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа. Результаты