Шаг за шагом. От детекторного приемника до супергетеродина - Рудольф Сворень

Усилитель промежуточной частоты ничем не отличается от обычного приемника прямого усиления с фиксированной настройкой на одну частоту. Фиксированная настройка позволяет сравнительно легко установить в усилителе ПЧ значительное количество колебательных контуров (обычно от трех до шести).

После усиления сигнал промежуточной частоты Uпр подводится к обычному детектору, и полученная в результате детектирования низкочастотная составляющая Uнч ничем не отличается от НЧ составляющей, которую мы получили бы после детектирования сигнала, поступившего в антенну (рис. 124).

Таким образом, вместо непосредственного усиления и детектирования сигнала, как это делалось в приемнике прямого усиления, в супергетеродине мы сначала преобразовали сигнал принимаемой станции Uc в сигнал промежуточной частоты Uпр, а затем усилили и продетектировали этот сигнал. Конечно, введение преобразователя частоты и вспомогательного генератора (гетеродина) заметно усложнило приемник. Оправдано ли такое усложнение?

На этот вопрос мы сможем ответить лишь после того, как более подробно познакомимся с работой супергетеродина, с его достоинствами и недостатками.

Прежде всего следует отметить, что супергетеродинный приемник довольно просто можно перестраивать с одной станции на другую — для этого достаточно лишь изменять частоту гетеродина.

Предположим, что усилитель ПЧ нашего приемника настроен на частоту 465 кгц (стандартная промежуточная частота, принятая для отечественных приемников) и нам нужно принять станцию, работающую на частоте 190 кгц. В этом случае мы устанавливаем частоту гетеродина 655 кгц и преобразуем сигнал принимаемой станции в сигнал промежуточной (разностной) частоты (615 кгц — 150 кгц = 465 кгц). Если нам нужно принять другую станцию, например работающую на частоте 200 кгц, то достаточно изменить частоту гетеродина, сделав ее равной 665 кгц. В этом случае сигнал промежуточной частоты будет образован с сигналом нужной нам станции: 665 кгц — 200 кгц = 465 кгц.

Изменяя частоту гетеродина, мы будем получать сигнал промежуточной частоты то с одной, то с другой, то с третьей станции и таким образом будем осуществлять плавную настройку приемника (рис. 125, 126).

Рис. 125. После преобразователя будет огромное число промежуточных частот, созданных сигналами различных станций. Однако к детектору пойдет лишь тот сигнал, частота которого совпадет с резонансной частотой контуров усилителя ПЧ. Все остальные сигналы, в том числе сигналы соседних станций, будут ослаблены в усилителе ПЧ.

Рис. 126. Для настройки супергетеродинного приемника изменяют частоту гетеродина. При этом промежуточную частоту, на которую настроены контуры усилителя ПЧ, будут создавать сигналы то одной, то другой, то третьей станции.

Другое важное достоинство супергетеродина то, что в нем можно получить хорошую избирательность по соседнему каналу на всех диапазонах, включая короткие волны и УКВ. Мы уже отмечали, что количество контуров в усилителе ПЧ может быть очень большим, так как эти контуры всегда настроены на одну и ту же частоту и выполнить их сравнительно просто. Таким образом, появляется реальная возможность практически доказать правильность лозунга: «Чем больше контуров, тем лучше избирательность» (рис. 127).

Рис. 127. Контуры усилителя ПЧ всегда настроены на одну и ту же частоту, а это позволяет сравнительно просто использовать большое число контуров и получить хорошую избирательность по соседнему каналу.

Но это еще не все. Огромное значение имеет то, что сама частота настройки контуров ПЧ сравнительно невелика, обычно она составляет 465 кгц, то есть находится ниже самой низкой частоты СВ диапазона. Сигналы разностной частоты образует не только принимаемая, но и все остальные станции и в том числе соседние станции. Совершенно очевидно, что все эти разностные частоты отличаются одна от другой так же, как отличаются по частоте сигналы, поступающие в антенну. Лишь одна из станций дает ту частоту, на которую настроены контуры усилителя ПЧ, а все остальные сигналы, в том числе и сигналы соседних станций, будут ослаблены этими контурами.

Так, например, если промежуточная частота приемника (частота настройки контуров усилителя ПЧ) равна 465 кгц, то для приема станций с частотой 200 кгц частота гетеродина должна составлять 665 кгц. Взаимодействуя с гетеродином, принимаемые сигналы различных радиостанций создадут на выходе преобразователя переменные токи разностных частот. Для соседних станций 190 кгц и 210 кгц эти частоты составят 455 кгц и 475 кгц. Они-то и будут представлять собой помехи по соседнему каналу, которые будут ослаблены контурами усилителя промежуточной частоты, настроенными на 465 кгц. На каком бы диапазоне мы ни вели прием, соседние мешающие станции в супергетеродине, у которого fпр = 465 кгц, всегда будут создавать сигналы ПЧ с частотами 455 и 475 кгц. Иными словами, частоты помех по соседнему каналу в таком супергетеродине всегда будут отличаться от принимаемой (промежуточной) частоты примерно на 2 %. Такого различия оказывается достаточно для эффективного ослабления соседних помех. Во всяком случае это намного лучше, чем в приемнике прямого усиления, в котором даже на средних волнах, не говоря уже о коротких, приходится «бороться» с соседними помехами, частоты которых отличаются от принимаемой всего лишь на 0,7–2 % (рис. 128).

Рис. 128. В приемнике прямого усиления с увеличением частоты все труднее (а на коротких волнах вообще невозможно) становится разделить сигналы принимаемой и соседней радиостанций. В супергетеродине сигналы соседней станции ослабляются контурами усилителя ПЧ, и поэтому избирательность по соседнему каналу одинакова на всех диапазонах.

Таким образом, в супергетеродин ном приемнике избирательность по соседнему каналу зависит от числа контуров в усилителе ПЧ, добротности этих контуров, а также от выбранной промежуточной частоты. Чем меньше выбранная частота fпр, тем больший процент в сравнении с ней будет составлять различие в частотах соседних станций (10 кгц), тем, следовательно, лучше избирательность приемника по соседнему каналу. Здесь, правда, существует ряд ограничений, с которыми мы познакомимся несколько позже.

Используя в усилителе ПЧ четыре контура, настроенных на частоту 465 кгц, при добротности каждого из этих контуров Q = 100, можно ослабить соседнюю станцию в несколько сот раз. Чтобы получить такую избирательность при работе на средних волнах, в приемнике прямого усиления пришлось бы использовать десять — двенадцать контуров, причем каждый из них пришлось бы перестраивать с помощью отдельной секции блока конденсаторов переменной емкости (рис. 121, 127). А в коротковолновом приемнике прямого усиления об избирательности в двести — триста раз нельзя даже мечтать.

Важным достоинством супергетеродина является также и то, что в нем сравнительно легко можно получить хорошую чувствительность, если, конечно, промежуточная частота не слишком велика.

И, наконец, нельзя не отметить еще одного серьезного преимущества супергетеродинного приемника по сравнению с приемником прямого усиления. В супергетеродине основное усиление сигнала до детектора осуществляется в усилителе ПЧ и практически не зависит от частоты принимаемого сигнала. Точно так же и избирательность приемника остается неизменной на всех диапазонах, поскольку соседние станции в основном ослабляются контурами усилителя ПЧ.

Таким образом, основные достоинства супергетеродина можно определить так: высокая избирательность и хорошая чувствительность на всех диапазонах.

Теперь несколько слов о недостатках супергетеродинного приемника.

Основные недостатки супергетеродина заключаются в том, что в нем появляются два новых вида помех, которых не было в приемнике прямого усиления.

Сточки зрения помех в приемнике прямого усиления наиболее «опасными» являются соседние станции — их сигналы легче всего могут «пролезть» через колебательные контуры вместе с сигналом принимаемой станции. В супергетеродине, помимо помех по соседнему каналу, могут возникнуть два совершенно новых вида помех — это так называемая зеркальная помеха и помеха с частотой, равной промежуточной.

Во всех наших примерах мы считали, что при настройке супергетеродина на станцию частота гетеродина fГ выше частоты принимаемой станции fс. Однако в большинстве случаев и, в частности, на средних и коротких волнах можно получить стандартную промежуточную частоту 465 кгц, сделав частоту гетеродина fГ ниже частоты принимаемой станции. Так, например, если промежуточная частота fпр = 465 кгц, то прием станции с частотой fс = 10 000 кгц можно вести как при частоте гетеродина fГ = 10 465 кгц, так и при fГ = 9545 кгц: в обоих случаях разностная частота составит 465 кгц.