Путеводитель в мир электроники. Книга 2

Шелестов Игорь Петрович

f_G — частота сигнала генератора.

Оба сигнала, складываясь, воздействуют на нелинейный элемент — полупроводниковый диод — и в результате на конденсаторе С2 выделяется сигнал, который можно записать в виде:

где k — коэффициент пропорциональности, характеризующий качество преобразования.

Замечаем, что выходной сигнал будет содержать как очень высокую частоту — суммарную, складывающуюся из частоты гетеродина и несущей сигнала, так и низкую, состоящую из разности этих частот.

Здесь, чтобы понять процессы.,

происходящие в гетеродинном приемнике, сделаем небольшое отступление и разберемся в спектрах модулированных колебаний.

Помните, мы не раз уже говорили о том, что любой сигнал можно схематически изобразить как во временной, так и в частотной системах координат. Сейчас вы без труда изобразите синусоидальный сигнал во временной области — это «змейка», колеблющаяся относительно горизонтальной оси.

А вот как выглядит этот же синусоидальный сигнал в частотной области? Удивительно, но — очень просто! Взгляните на рис. 11.42.

Рис. 11.42. Вид синусоидального сигнала в частотной области (спектр)

Сигнал показан вертикальной палочкой, размер которой равен амплитуде сигнала и расположенной на частоте f_c — частоте сигнала.

Все довольно просто, когда в электрической цепи мы наблюдаем одиночный синусоидальный сигнал. А если в этой цепи имеется несколько разночастотных синусоидальных сигналов? Рассмотреть их во временной области «в лоб» мы не сможем — увидеть удастся только малопонятное их переплетение. Выручит информация, представленная в частотной области, — спектр сигналов. На рис. 11.43 показан спектр трех синусоидальных сигналов с разными частотами и амплитудами.

Рис. 11.43. Спектр трех синусоидальных сигналов

Примерно так же выглядит распределение сигналов радиостанций в эфире. Чтобы выделить нужный Сигнал на фоне мешающих, нужно «вырезать» его из всего спектра фильтром, роль которого в простейшем случае выполняет одиночный колебательный контур или регенеративный каскад. На рис. 11.44 видно, что с помощью операции селекции частота f₂ будет принята, а соседние частоты — нет.

Рис. 11.44. Выделение нужного сигнала из спектра

Чтобы принять частоту f₁ или f₃нужно перестроить фильтр на желаемую частоту. Из сказанного внимательный читатель может сделать справедливый вывод, что слишком широкая резонансная кривая может захватить и соседние — мешающие — частоты. Значит, нужно делать селективную кривую как можно острее, тогда и качество приемника будет лучше. Все правильно, но до определенного момента. Если читатель не только листал страницы этой главы, лежа на уютном диване, но еще и работал руками, изготавливая и налаживая радиоприемники, он наверняка заметил, что регенеративный приемник не может обеспечить хорошее качество звука при слишком большой степени регенерации, — звук становится неестественным, «бубнящим». Почему?

Действительно, есть смысл повышать добротность резонансного контура при приеме синусоидальных сигналов, что и используется в специальных приборах для изучения спектров сложных сигналов — селективных вольтметрах. Сигнал радиовещательной

или связной радиостанции в отсутствие передачи действительно представляет собой в частотной области одиночную вертикальную дискрету. Но слушателю неинтересно принимать высокочастотные сигналы — он хочет слышать звуки. Для этого, как мы уже отлично знаем, сигнал несущей модулируют. И вот здесь картина резко меняется! Допустим сначала для простоты, что модуляция типа AM осуществляется синусоидальным сигналом частоты F, который лежит в звуковой области. Спектр АМ-колебаний в этом случае будет выглядеть так, как показано на рис. 11.45.

Рис. 11.45. Спектр AM колебания при модуляции синусоидальным сигналом с частотой F

Мы увидим дискрету несущей частоты (f₀) и еще две составляющие с частотами (f₀ — F) и (f₀ + F). Эти частоты называются нижней и верхней боковыми полосами спектра АМ-колебания. «А нельзя ли «обрезать» боковые полосы при приеме?» — спросит читатель. Нет, нельзя! Как только мы «забудем» хотя бы про малую толику любой из спектральных составляющих АМ-колебания, мы исказим сигнал во временной области. Поэтому в простых радиоприемниках делают так, чтобы все составляющие принимаемого сигнала попадали в полосу резонансного контура.

Модуляция синусоидальным сигналом звуковой частоты используется в радиотелеграфии. С помощью таких сигналов удобно вести работу «морзянкой». Звуковые же сигналы намного сложнее. Они не повторяются во временной области, содержат множество частот, и при их представлении в частотной области рисовать дискреты уже не получится. Звуковой сигнал имеет непрерывный спектр, показанный на рис. 11.46.

Рис. 11.46. Спектр звуковых сигналов

Более того, вершина этого спектра постоянно «дышит» — меняется ее форма, подобно тому, как прыгают столбики на пульте профессионального звукооператора. Что же делать, как описать такой сигнал, как обеспечить его качественную передачу? Тоже очень просто!

Достаточно обеспечить в передающем устройстве возможность пропускания частот от десятка герц до десятка килогерц, и весь сигнал «уйдет» в эфир.

Структура спектра АМ-колебания, модулированного звуковым сигналом, показана на рис. 11.47.

Рис. 11.47. Спектр АМ-колебания при модуляции звуковым сигналом

Прием такого АМ-колебания сопровождается требованием определенной ширины селективной кривой приемника, как показано на рис. 11.48.

Рис. 11.48. Прием спектра AM колебания

ЧМ-модуляция по своему частотному представлению сложнее AM-модуляции. Мы не будем подробно углубляться в особенности этих спектральных характеристик, скажем лишь, что ЧМ-колебания требуют для своего приема более широкие полосы пропускания входных каскадов радиоприемников. На рис. 11.49 показан спектр ЧМ-колебания при модуляции синусоидальным сигналом.