fon1

Гетеродины и смесители приемника.

Супергетеродинные приемники отличаются от приемников прямого усиления тем, что в них имеется устройство для преобразования промодулированного высокочастотного радиосигнала в более низкие колебания с сохранением закона модуляции. Это преобразователь частоты (ПрЧ), который состоит из генератора (гетеродина Г), вырабатывающий вспомогательные высокочастотные колебания fг, и смесителя См (рис.1) на нелинейном элементе (транзисторе).
smesitel1 В смесителе при воздействии напряжений гетеродина fг и радиочастотного сигнала fс образуются составляющие с разностной (fг - fс) и суммарной (fг + fс) частотами, а также другие частоты высших порядков (гармоник) вида mfг ± nfс, где m и n - любые целые числа. Из этих всех частот и гармоник с помощью колебательного контура выделяют промежуточную частоту fпр = fг - fс, которая при настройке приемника на любую радиочастоту остается неизменной. Это достигается тем, что входной контур приемника и контур гетеродина настраивается одним и тем же переменным конденсатором, состоящий из независимых друг от друга секций конденсаторов закрепленных на одном валу. При перестройке частоты входного сигнала одной из секцией конденсатора одновременно второй секцией перестраивается и частота гетеродина. fпр после преобразования полностью сохраняет закон модуляции радиосигнала.
smesitel2 На рис.2а показан входной сигнал с несущей частотой fc и гармоническим законом модуляции с частотой F, а на рис.2в - выходное напряжение fпр, которая меньше fc, но с тем же законом модуляции.
Сравнивая спектры входного (рис.2б) и выходного (рис.2г) сигналов, можно заметить, что все составляющие спектра выходного сигнала смещены влево (в сторону меньших частот) относительно соответствующих составляющих входного сигнала на частоту fc - fпр. Поэтому говорят, что fпр линейно смещает спектр на шкале частот.

Гетеродины приемника.

Одной из основных частей преобразователя является гетеродин - маломощный автогенератор, предназначенный для создания колебаний с высокой стабильностью как по частоте, так и по амплитуде.
От стабильной работы гетеродина сильно зависит качественная работа приемника. Например, при изменении его частоты от заданной приводит к отклонениям fпр, т.е. нарушает стабильность работы приемника. Если в пределах диапазона изменяется амплитуда гетеродина, тогда изменяется и чувствительность. Напряжение гетеродина должно быть строго синусоидальным без содержания высших гармоник. Если они есть и их нельзя устранить, то необходимо, чтобы их амплитуды были минимальными. В противном случае эти гармоники могут взаимодействовать с напряжением помех и создавать дополнительные помехи на выходе приемника.

Сопряжение контуров.

Сопряжение контуров - это способ согласования настройки контуров приемника при помощи подключения добавочных конденсаторов.
smesitel3 При настройке приемника на разные станции частота гетеродина должна всегда отличаться от принимаемой на выбранную не меняющую промежуточную частоту:
fг = fс + fпр.
Но такое соотношение частот на всем диапазоне является идеальным и практически, когда конденсаторы настройки контуров входа и гетеродина находятся на одной оси, не осуществимы. Если бы контуры были настроены на одну и ту же частоту, то они бы перестраивались совершенно одинаково и от угла поворота ротора переменных конденсаторов fc и идеальная частота гетеродина fг ид. (рис.3) во всем диапазоне строго отличались на величину fпр. Но контуры настроены на разные частоты и их перестройка происходит неодинаково. Причина этого явления в том, что на более высокой частоте контур как бы "чувствительнее" к изменению емкости, а т.к. частота fг больше fс поэтому и происходит "раздрай" перестроек между контурами.
smesitel4 Чтобы на практике добиться как можно более близкого совпадения частоты гетеродина к теоретически требуемой применяют способ включения вспомогательных конденсаторов в контур гетеродина. Для этого входной и гетеродинный контура настраивают так, чтобы у них в середине диапазона выполнялось соотношение:
fг - fвх = fпр.
Затем в гетеродинный контур включают конденсаторы С1 и С2 (рис.4). Конденсатор С1, включенный последовательно катушке контура, уменьшает его емкость и fг увеличивается. Происходит сопряжение контура в двух крайних точках диапазона (1,3) перестройки приемника (рис.4а). При включении конденсатора С2 параллельно переменному конденсатору (рис.4б) осуществляется сопряжение в третьей точке (2). Выбирая величины С1,С2 и индуктивности Lг можно точно настроить гетеродин в трех точках диапазона. В остальных точках fг будет несколько иной, но различие будет незначительным и не повлияет на нормальную работу приемника.

Схемы гетеродинов.

Принципиально гетеродин может быть выполнен по любой из схем с емкостной, индуктивной, автотрансформаторной обратной связью и т.д.
Гетеродины LC - типа имеют сравнительно высокую стабильность частоты колебаний, выходное напряжение весьма близко к гармоничному, устойчиво работают при значительных изменениях параметров транзисторов и имеют малый коэффициент гармоник.
smesitel5 Для самовозбуждения гетеродина LC - типа необходимо наличие положительной обратной связи (ОС). Сущность самовозбуждения заключается в том, что при включении источника питания конденсатор колебательного контура, включенный обычно в коллекторную цепь транзистора, заряжается (рис.5). В результате в контуре появляются затухающие автоколебания, часть которых подаются на управляющий электрод активного прибора (в наших примерах - на базу транзистора), образуя положительную ОС. Транзистор усиливая эти колебания пополняет энергию LC - контура и затухающие автоколебания превращаются в незатухающие.
Имеется множество различных схем автогенераторов LC - типа, которые в основном различаются схемой введения сигнала ОС и способом подключения к усилителю колебательного контура.
На рис.5а показано подача положительная ОС с помощью обмотки трансформаторной обмотки L2. Напряжение ОС зависит от соотношения витков L1 и L2.
На рис.5б приведена автотрансформаторная ОС. Питание Е и выход гетеродина подключены к частям катушки индуктивности L для уменьшения их шунтирующих действий и повышения добротности контура LC.
Гетеродин, показанный на рис.5в, собран по схеме емкостной трехточки. Эта схема отличается от индуктивной тем, что в ней с качестве делителя используется конденсатор С1, с которого снимается напряжение ОС, а не катушка индуктивности.

Преобразователи частоты.

Преобразователь частоты (ПрЧ) состоит, как мы видели на рис.1, из двух блоков - смесителя и гетеродина. Оба блока могут быть объединены и работать на одном транзисторе - это так называемые ПрЧ с совмещенным гетеродином.
ПрЧ с отдельным гетеродином используют чаще чем с совмещенным потому, что в ПрЧ с отдельным гетеродином имеется возможность почти полностью уменьшить взаимное влияние гетеродиного и входных контуров на входе смесителя.

Преобразователь с совмещенным гетеродином.

На рис.6 показана схема ПрЧ с совмещенным генератором. Здесь напряжение сигнала снимается с контура Lсв и подается на базу транзистора, включенного по схеме с ОЭ. Гетеродин выполнен по схеме автогенератора с контуром L4C5C6 в цепи эмиттера. Напряжение генератора снимается катушкой обратной связи L5 и подключается в коллекторную цепь вместе с выходным контуром L2C3, который настроен на промежуточную частоту. При одновременном действии напряжений гетеродина и сигнала происходит процесс преобразования частоты, которая подается с L3 на следующий каскад.
smesitel6 Взаимное влияние настроек ПрЧ с совмещенным гетеродином получается потому, что смеситель и гетеродин выполнены на общем транзисторе, и поэтому, при перестройке гетеродинного контура с помощью переменного конденсатора, на него еще будет влиять и перестройка входного контура. К тому же транзистор в роли смесителя хорошо работает при небольших токах коллектора, а гетеродин - при сравнительно больших. Поэтому приходится искать какой-то компромиссный режим. Все это затрудняет регулировку ПрЧ для обеспечения его оптимального режима работы.
Еще одним недостатком совмещенного гетеродина является паразитная модуляция напряжения гетеродина с fпр и ее гармониками, что проявляется в появлению на выходе приемника интерференционных свистов.
Но кроме недостатков есть и достоинства этой схемы. Это малые габариты, простота и экономичность потребления энергии, т.к. используется только один транзистор. Поэтому совмещенный гетеродин применяется в простых карманных приемниках, где экономия энергии питания и габариты более важны, чем стабильность работы и качество радиоприема.

Преобразователи с отдельным гетеродином.

Использование ПрЧ с отдельным гетеродином позволяет получить более высокую стабильность гетеродина и оптимальный режим смесителя, что определяет использование такого преобразователя в приемниках повышенного класса.
smesitel7 Напряжение гетеродина может подаваться на базу транзистора и тогда смеситель работает, по отношению к этому напряжению, по схеме с ОЭ. При таком подключении (рис.7) генератору требуется небольшая мощность для нормальной работы смесителя, т.к. входное сопротивление с ОЭ будет наибольшим. Но в этом случае в ПрЧ увеличивается взаимная связь между входным контуром и контуром гетеродина, что приведет к затруднению настройки при сопряжении контуров, ухудшит стабильность работы гетеродина, увеличит попадание энергии гетеродина в антенну.
На практике, в большинстве случаев, применяют схему подачи входного сигнала на базу биполярного транзистора смесителя, а напряжение генератора - на эмиттер (рис.8). Такое включение уменьшает взаимосвязь между цепями гетеродина и смесителя и повышает стабильность работы преобразователя. Такие преобразователи проще налаживать, т.к. можно раздельно подбирать режимы гетеродина и смесителя.
smesitel8 Одним из недостатком этого включения, по сравнению с включением гетеродина на базу, является увеличение мощности гетеродина для нормальной работы Прч.
Другой недостаток: при эмиттерном включении нет непосредственной связи сигнального контура и гетеродинного, но зато между ними существует паразитная связь через Сэб транзистора смесителя.
В настоящее время в построении преобразователей все больше применяются полевые транзисторы у которых, в отличии от биполярных транзисторов, вольт-амперная крутизна изменяется от напряжения на затворе почти линейно, что позволяет уменьшить нелинейные искажения принимаемого сигнала. Также полевые транзисторы имеют входное сопротивление выше чем у биполярных и обеспечивают более низкий коэффициент шума.
На рис.9 приводится схема ПрЧ на двухзатворном полевом транзисторе с внешним гетеродином, где напряжения сигнала и гетеродина вводятся на разные затворы, что ослабляет связь между контурами сигнала и гетеродина. К тому же для нормальной работы преобразователя необходима уже меньшая мощность гетеродина, чем в схеме с биполярным транзистором.

<< Предыдущая Cледующая >>

Вверх

radionet