Шаг за шагом. От детекторного приемника до супергетеродина
Шрифт:
Появление сигнала промежуточной частоты можно упрощенно объяснить с помощью графиков (рис. 122, 123).
Рис. 122. Если подключить к какой-либо цепи два генератора с двумя различными частотами f1 и f2, то из общего тока можно будет выделить только две составляющие I1 и I2 с частотами f1 и f2.
Рис. 123. Однако,
Протекая в общей цепи, переменные токи I1 и I2 различных частот f1 и f2 суммируются. В некоторый момент времени t1 оба тока протекают в одном и том же направлении, и амплитуды их складываются. Но постепенно положительная амплитуда тока I2 с меньшей частотой f2 будет все больше и больше «запаздывать», и наконец наступит момент t2, когда оба тока будут протекать в разных направлениях, а амплитуда общего тока Iобщ будет равна разности I1 и I2. Дальнейшее «запаздывание» тока I2 приведет к тому, что в момент t3 направления обоих токов вновь совпадут, и общий ток возрастет. Таким образом, амплитуда общего тока Iобщ будет периодически изменяться, чем-то напоминая модулированный сигнал (рис. 122). Частота изменения амплитуды общего тока как раз и равна разности частот f2 — f1. Это легко доказывается простейшим примером: если частота f1, равна 10 гц, а частота f2 = 8 гц, то в течение каждой секунды второе колебание «отстает» от первого на два полных периода, или, иными словами, в течение каждой секунды второе колебание дважды отстает от первого на целый период. Это значит, что дважды в течение каждой секунды амплитуды токов I1 и I2 совпадут, и амплитуда общего тока достигнет наибольшей величины. Таким образом, частота изменения амплитуды общего тока равна 2 гц, то есть равна разности f1 и f2 (10 — 8 = 2 гц).
Рассмотренный нами пример относится к низким частотам, но совершенно то же самое произойдет, если f1 и f2 будут измеряться килогерцами или мегагерцами.
Если в общую цепь, где протекает суммарный ток Iобщ, включить детектор, то переменный ток будет преобразован в пульсирующий (рис. 123) и можно будет выделить сигнал с разностной частотой, подобно тому как мы выделяли низкочастотную составляющую продетектированного сигнала.
Напомним, что без детектора или другого нелинейного элемента получить сигнал промежуточной частоты невозможно, точно так же как без детектора из модулированного сигнала невозможно получить низкочастотную составляющую. Объясняется это тем, что сигнал промежуточной частоты, как и низкочастотная составляющая, при детектировании появляется лишь в результате изменения формы сигнала, то есть в результате нелинейных процессов. До того как модулированный сигнал попал на детектор, это был только высокочастотный сигнал, не содержащий никакой низкочастотной составляющей. Да это и понятно. Ведь низкая частота, если бы она даже поступила в антенну передатчика, не образовала бы радиоволн и тем более не прошла бы через контуры приемника. Точно так же без нелинейного элемента в общей цепи двух генераторов протекал суммарный ток, который с помощью фильтров можно только разделить на две составляющие I1 и I2. Выделив эти две составляющие, мы не обнаружили бы в цепи никаких признаков сигнала промежуточной частоты. Этот сигнал может появиться только после
Сигнал промежуточной (разностной) частоты несет на себе следы каждого из «породивших» его двух сигналов: если один из этих двух сигналов будет модулированным, то и сигнал промежуточной частоты окажется промодулированным точно так же (рис. 124).
Рис. 124. В супергетеродине имеется вспомогательный генератор — гетеродин, который вместе с сигналом принимаемой станции создает сигнал ПЧ (промежуточной частоты). В дальнейшем сигнал ПЧ усиливается и детектируется.
Используя преобразование частоты, можно построить приемник по супергетеродинной схеме (см. рис. 124, 134). В таком приемнике сигнал принимаемой станции Uc (раньше это обозначение соответствовало напряжению на сетке) с частотой fсподается на преобразователь частоты, в качестве которого в простейшем случае может быть использован точечный полупроводниковый диод. Одновременно к преобразователю подводится еще один высокочастотный сигнал UГ с частотой IГ. Этот сигнал создается специальным вспомогательным генератором (гетеродином), расположенным в самом приемнике. В результате нелинейных процессов в цепи преобразователя появляется сигнал промежуточной частоты Uпр с частотой fпр, равной разности частот fГ— fс, или, наоборот, fс— fГ (в зависимости оттого, какая из частот больше). Так, например, если мы принимаем станцию с частотой fс = 1300 кгц, а частота гетеродина составляет fГ = 1800 кгц, то мы получим промежуточную частоту fпр= 500 кгц (1800–1300). Такую же промежуточную частоту мы получим если возьмем частоту гетеродина fГ = 800 кгц (1300—800). При этом очень важно еще раз отметить, что если сигнал принимаемой станции (1300 кгц) окажется модулированным, то сигнал промежуточной частоты (500 кгц) будет промодулирован точно так же. Сигнал промежуточной частоты выделяется специальным колебательным контуром LпpCпp и подается на вход усилителя промежуточной частоты (усилитель ПЧ).
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.