Радиоприемник с амплитудной модуляцией

К таким особенностям относятся:

• образование побочных каналов приема, по которым в тракт радиоприемника проникают различные помехи;
• влияние нестабильности частоты гетеродина на настройку приемника;
• возможность излучения колебаний гетеродина через приемную антенну.

 

Чтобы выделить из частотно-модулированных колебаний напряжение звуковой частоты, необходимо после усилителя промежуточной частоты включить частотный детектор. Для детектирования частотно-модулированных колебаний может быть использован дробный детектор

Сигнал звуковой частоты fзч, выделенный частотным детектором, подается на усилитель звуковой частоты (УЗЧ), который служит для усиления сигнала по мощности до уровня, необходимого для нормальной работы громкоговорителя.

 

Структурная схема супергетеродинного радиоприемника представлена на рисунке 1:

Рис.1.Структурная схема супергетеродинного радиоприемника.

 

Входное устройство – резонансный контур, настроенный на сигнал с определенной частотой. Назначением входного устройства является обеспечение связи между антенной и первым каскадом радиоприемника. Особенность реализации входного устройства – выбор определенным образом связи между антенной и колебательным контуром входного устройства. Так как антенна имеет собственные емкость и индуктивность, которые будут вноситься в колебательный контур и влиять на его резонансную частоту то, следовательно, затрудняется настройка радиоприемника. Поэтому связь с антенной должна быть малой.

 

Усилитель радиочастоты(УРЧ) - предназначен для усиления принятого сигнала до уровня, при котором возможно качественное детектирование, и для обеспечения необходимой избирательности приемника. Усилитель УРЧ нагружен на колебательный контур, настраиваемый на несущую частоту принимаемого сигнала.

 

Преобразователь частоты – предназначен для линейного переноса спектра принимаемого высокочастотного сигнала в диапазон более низких (промежуточных) частот без изменения характера и вида модуляции. Преобразователь частоты включает в себя смеситель и гетеродин. В смесителе происходит перемножение поступающих на его вход модулированного сигнала и напряжения гетеродина. Результат перемножения содержит составляющие суммарной и разностной частот. Одна из частот является промежуточной.

 

Гетеродин – это вспомогательный автогенератор, вырабатывающий незатухающие колебания определенной частоты.

Благодаря наличию преобразователя частоты в супергетеродинном приемнике повышается чувствительность и избирательность по сравнению с приемником прямого усиления. Это объясняется тем, что основное усиление и избирательность по соседнему каналу в супергетеродине происходит в каскадах УПЧ и лишь частично в преселекторе – входном устройстве и УРЧ.

 

Усилитель промежуточной частоты – служит для усиления входного сигнала преобразователя частоты и обеспечения избирательности по соседнему каналу. Обычно промежуточная частота постоянна, что позволяет применить в УПЧ двухконтурные фильтры, обладающие частотной характеристикой, близкой к прямоугольной. Этим обеспечивается высокая избирательность по соседнему каналу при минимальных частотных искажениях полезного сигнала. В УПЧ основной коэффициент усиления осуществляется за счет выбора числа каскадов.

 

Детектор – служит для преобразования частотно-модулированных колебаний в колебания звуковой частоты поступающие на вход усилителя низкой частоты (УНЧ), которые усиливает его до значения, обеспечивающего нормальную работу оконечного воспроизводящего устройства.

 

Усилитель звуковой частоты – используется как каскад радиоприемного устройства для усиления результатов детектирования, чтобы получить колебания достаточной мощности для приведения в действие электроакустического прибора - в данном случае громкоговорителя.

 

В супергетеродинном радиоприемнике по сравнению с радиоприемником прямого усиления существенно упрощается система его настройки, улучшаются чувствительность и избирательность, а также помехоустойчивость.

К особенностям супергетеродинного приемника относят наличие побочных каналов приема, возможность появления комбинационных свистов и наличие паразитного излучения на входе приемника с частотой гетеродина. В ряде радиоприемников используют многократное (обычно двукратное) преобразование частоты.

Рассмотрим принцип действия радиоприемника по структурной схеме (рис. 1.). Принимаемый ВЧ сигнал с частотой f1, принятый антенной, поступает через входное устройство и УВЧ на ПЧ. Входное устройство и УВЧ обеспечивают предварительное выделение, усиление, и избирательность по зеркальному каналу. В смесителе колебания гетеродина смешиваются с колебаниями сигнала. В результате этого на выходе преобразователя получается сигнал промежуточной частоты, промодулированный так же, как и несущая частота. Частота гетеродина обычно выше несущей частоты на величину ПЧ. Перестройка входных цепей гетеродина сигнала и частоты гетеродина всегда остается постоянной. В ПЧ происходит таким образом, что разность несущей частоты сигнала и частоты гетеродина всегда остается постоянной. В ПЧ происходит одновременно и усиление сигнала. Дальнейшее усиление сигнала осуществляется в УПЧ. Параметры УПЧ в основном определяют чувствительность и избирательность по соседнему каналу, а также полосу пропускания приемника. С УПЧ сигнал поступает на детектор, служащий для выделения НЧ сигнала, а далее на УЗЧ, который усиливает сигнал до требуемой мощности.

Описание работы схемы

 

4.2.1 Входное  устройство.

Входным устройством называется часть схемы приемника до первого транзистора, связанная с приемной антенной (Рис. 4.2.1). На входное устройство из антенны поступают напряжения, соответствующие сигналам принимаемой радиостанции и напряжения, создаваемые работой других станций. Амплитуды этих напряжений в большинстве случаев практики имеют величины от 1 мкВ до сотен мкВ. Назначением входного устройства является выделение принимаемого сигнала из общего количества сигналов, поступающих во входное устройство из антенны, и передача этого полезного сигнала на вход усилителя радиочастоты. Отношение напряжения на выходе входного устройства к электродвижущей силе в антенне называется коэффициентом передачи К. (Коэффициент передачи входного устройства из эскизного расчета равен пяти). Таким образом, основными показателями входного устройства являются коэффициент передачи и избирательность по зеркальному каналу.(Избирательность по соседнему каналу входное устройство не обеспечивает). Для осуществления избирательности схема входного устройства должна содержать колебательный контур. Ценным свойством колебательного контура, используемым для создания избирательности, является резкая зависимость сопротивления контура от частоты.

Антенна вносит в контур расстройку, обусловленную изменением емкости контура, и несколько снижает его добротность. Поэтому для практических расчетов добротность эквивалентного контура следует брать равной QЭ » (0,8…0,9)Q.

Вопрос о влиянии антенны на контур представляет практический интерес при настройке входных цепей. Если бы расстройка являлась постоянной, то ее можно было бы скомпенсировать соответствующим изменением одного из параметров контура.

Т.е. антенна связывается с контуром слабо, чтобы вносить в контур возможно меньшее реактивное сопротивление, нарушающее настройку контура, и возможно меньшее активное сопротивление, уменьшающее добротность контур.

Настройка входного устройства на среднюю частоту диапазона 3 МГц производится с помощью построечного конденсатора С2

Высокочастотный сигнал, принимаемый антенной, выделяется входным устройством, образованным контурами L1, C1. Выделенный сигнал через разделительный конденсатор С3 поступает на вход усилителя радиочастоты.

 

4.2.2. Усилитель радиочастоты.

 

Усилителями радиочастоты называют каскады, в которых сигнал усиливается на его несущей частоте. Они представляют собой, как правило, резонансные усилители с фиксированной или переменной настройкой.

Усилитель радиочастоты (УРС) располагается в супергетеродинном радиоприемнике перед преобразователем частоты (ПЧ). УРЧ в приемнике повышает его чувствительность снижением коэффициента шума, усиливает полезный сигнал, обеспечивает избирательность по зеркальному каналу. Избирательность обеспечивается применением в резонансных усилителях одиночных или связанных контуров и полосовых фильтров. На рис.4.2.2 представлена принципиальная схема транзисторного одноконтурного УРЧ. В данной схеме напряжение с части контура первого каскада через разделительный конденсатор С3 подается на базу транзистора схемы смесителя (С). Постоянное напряжение поступает с общего источника +12В: на коллектор — через контур, а на базу — через делитель, составленный из двух сопротивлений R2, R3(задают рабочую точку). Стабильность работы транзисторного усилителя в большой степени зависит от постоянства исходной рабочей точки, положение которой при нагреве транзистора может изменяться. Для стабилизации положения рабочей точки в схеме применена отрицательная обратная связь по постоянному току через сопротивление R4, включенное в цепь эмиттера.

Для устранения обратной связи по переменной составляющей сопротивление R4 заблокировано емкостью конденсатора С6. Если температурные изменения вызывают смещения рабочей точки, то на сопротивлении R4 создается напряжение обратной связи, действие которого на базу транзистора возвращает рабочую точку в исходное положение.

В цепи коллектора включен колебательный контур L3, С5,С7, обеспечивающий необходимую селекцию сигнала. Неполное включение контура со стороны коллектора (рк – коэффициент включения) используется для повышения устойчивости работы каскада, неполное включение со стороны выхода (рб – коэффициент выключения) исключает шунтирование контура малым входным сопротивлением последующего каскада, что позволяет повысить избирательность УРЧ. Конденсаторы С3, С6, С8, и имеют достаточно большую емкость, и для полезного радиосигнала их сопротивление пренебрежимо мало.

Усилитель радиочастоты выполнен на транзисторе VT1 по схеме с общим эмиттером. Нагрузкой служит колебательный контур L3, C5, С7. Частота резонанса определяется этими элементами. Конденсатор С7 – подстроечный, служит для точной настройки резонансного контура. Конденсатор С4 и резистор R1 образуют фильтр питания, предотвращая попадание высокочастотных помех в другие каскады приемника.

 

4.2.3. Преобразователь частоты.

 

Перенос спектра принимаемого сигнала из одной области частот в другую при сохранении формы модулирующего сигнала и вида модуляции называют преобразованием частоты (ПЧ). Устройство, реализующее перенос спектра сигнала, называется преобразователем частоты.

Преобразование сигнала может сопровождаться его усилением. При преобразовании сигнала его огибающая и спектр не изменяются. Меняется только частота несущего колебания fс на более низкую fпр, которую называют промежуточной.

Преобразование частоты обеспечивает любая схема, перемножающая сигналы, частоты которых отличаются на промежуточную частоту с последующей фильтрацией разностной или суммарной частотной составляющей сигнала. Схема, осуществляющая перемножение сигналов, называется смесителем.

Входной сигнал имеет вид:

uс(t)= Uc(t)cos(wct+jc),

где Uc (t)— огибающая сигнала, соответствующая закону модуляции.

Вспомогательное напряжение, немодулированное, формируется в приемнике специальным генератором, называемым гетеродином.

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.3.1.

 

Напряжение гетеродина

uг(t)= Uгcos(wt+jг),

Оба сигнала uс(t) и uг(t) подаются на перемножающее устройство (смеситель), на выходе которого получается напряжение преобразованного сигнала.

Преобразованное напряжение содержит две составляющие. Первая составляющая характеризует ток разностной частоты wпр = wс - wг с фазой jпр = jс - jг, огибающая которой соответствует огибающей входного сигнала.

Следовательно, спектр первой составляющей полностью соответствует спектру принимаемого сигнала, но смещен в область разностной частоты, которую обычно выбирают в качестве промежуточной.

Для выделения разностной составляющей на выходе схемы смесителя необходимо предусмотреть фильтр, настроенный на разностную частоту и имеющий полосу пропускания, соответствующую ширине спектра принимаемого сигнала. Причем, при wс> wг, wпр = wс - wг,а при wc<wг, wпр = wг - wс

Выводы, приведенные выше относительно первого слагаемого, могут быть распространены и на второе, с той лишь разницей, что спектр сигнала смещен в область суммарной частоты wс - wг.

Схемы умножения используют во многих функциональных узлах, например в преобразователях, синхронных и фазовых детекторах, в корреляторах и др. Перемножение может быть реализовано либо на элементах с переменными параметрами, либо на нелинейных элементах.

Преобразование частоты осуществляется при Uc<<Uг. Поэтому под действием слабого входного сигнала вольт-амперная характеристика нелинейного элемента (транзистор, диод) не меняется и ее можно считать линейной. Проводимость нелинейного элемента будет изменяться только из-за сигнала Uг большой амплитуды вспомогательного генератора.

Наличие дополнительных каналов приема является существенным недостатком приемников с преобразованием частоты, снижающим его помехоустойчивость. Основным способом ослабления приема по зеркальному каналу является улучшение избирательных свойств элементов приемника, расположенных до ПЧ.

Решение этой задачи упрощается при выборе более высокой промежуточной частоты wпр. Однако чрезмерное повышение ее затрудняет формирование требуемой характеристики избирательности фильтра смесителя.

Нестабильность частоты гетеродина wг не должна приводить к смещению частоты wпр и спектра полезного сигнала за пределы полосы пропускания фильтра смесителя.

 

4.2.3.1 Смеситель

 

Усиленный сигнал, снимаемый с части обмотки катушки L3, через разделительный конденсатор С8 поступает на вход смесителя преобразователя частоты.

Схема смесителя представлена на рис.4.2.3.1.Преобразователь частоты выполнен на транзисторе VT2. Для преобразования используется нелинейность вольтамперной характеристики транзистора, благодаря которой сигналы перемножаются. Для получения напряжения промежуточной частоты помимо напряжения сигнала к преобразующему элементу (транзистору VT2) подводится напряжение от гетеродина через трансформатор, образованный индуктивностями L6, L7. Напряжение гетеродина для преобразования сигнала с малыми искажениями должно превышать уровень самого большого из принимаемых сигналов. Таким образом, на транзистор VT2 одновременно воздействуют два сигнала: принимаемый и гетеродина. Получающиеся в результате преобразования колебания с частотой, равной промежуточной, выделяются контурами L4, С10, С11 и L5, С16, С17. Эти контура образуют двухконтурный полосовой фильтр, служащий нагрузкой транзистора VT2. Резистор R5 – шунтирующий (с его помощью устанавливают добротность первого контура нагрузки равную необходимой).