Вибір структурної схеми приймача

ВСТУП

Час від часу в історії науки і техніки трапляються події, що корінним чином перетворюють життя всіх людей. До таких подій відноситься і винахід радіозв'язку. Радіо виявилось могутнім засобом спілкування людей, передачі інформації практично миттєво на величезні відстані, забезпечило можливість управління, організації виробництва і інших видів діяльності в масштабі цілих держав. Спробуйте уявити собі сучасний світ без радіозв’язку – у вас нічого не вийде. Без зв’язку зупиниться промисловість, транспорт, завмре економічне, політичне і суспільне життя. В даний час лінії радіозв’язку багато разів опоясують всю земну кулю. інша подія. свідком, а може бути, і учасником якого було наше покоління, пов’язано з успіхами мікроелектроніки і нової науки – інформатики. Це "комп’ютерна революція", що дало могутній імпульс до подальшого розвитку всіх видів передачі інформації, у тому числі і радіозв’язку.

Одним із цікавих захоплень багатьох радіоаматорів є зв’язок на коротких (КВ) і ультракоротких (УКВ) хвилях в спеціально відведених для радіоаматорів діапазонах. Правові питання любительського радіозв’язку вирішується внутрідержавними і міжнародними організаціями.

Гетеродинні приймачі, почали застосовуватися радіоаматорами порівняно недавно – з кінця 60-х – початку 70-х років. Дуже швидко вони завоювали широку популярність завдяки простоті схеми і високій якості роботи. Багато досвідчених короткохвильовики розглядали приймач прямого перетворення як курйоз, просту іграшку, що дозволяло лише ледве-ледве прослуховувати сигнали любительських станцій. Але коли побудували і добре налагодили цю "іграшку" переконалися в її великих можливостях – по чутливості вона не поступалася іншим, складнішим зв’язним приймачам, сигнали звучали чистіше і набагато якісніше, з’явилося дивовижне відчуття "присутності" в ефірі. Все це дало привід вважати гетеродинний приймач багатообіцяючою новинкою.

Але нове – це добре забуте старе – свідчить відома приказка. Перший гетеродинний приймач був винайдений ще в 1901 році задовго до появи електронної лампи, і через всього п’ять років після винаходу радіо. У той час для радіозв’язку використовувалися іскрові або дугові передавачі і детекторні приймачі на основі знаменитого когерера, винайденого французом Є. Бранлі, - скляної з виводами, заповненої металевою тирсою. Когерер використовувався для виявлення електромагнітних коливань в перших дослідах по радіозв’язку А.С. Попова і Г. Марконі. Під впливом поля хвилі, що приходить, між тирсою виникали мікроскопічні розряди, утворювалися провідні "містки" і опір когерера різко зменшувався, що і призводило до спрацьовування реле. На далі помічники А.С.Попова, П.Н. Рибкін і Д.С. Троїцький виявили детекторних ефект когерера, обумовлений нелінійністю вольтамперної характеристики, і використовували для прийому головні телефони (1899 р.). Пригадали (або наново відкрили) принцип гетеродинного прийому радіоаматори, що використовують при роботі в ефірі самі "далекобійні" види сигналів, - телефонні і односмугові телефонні. З кінця 60-х років почали з’являтися повідомлення про дрібні результати, отримані з гетеродинними приймачами при використанні надзвичайно простих схемних рішень. Виявилось, що вони працюють не гірше, а часто навіть і краще. ніж складні багатолампові. Наприклад, перший описаний в радіолюбительській літературі транзисторний гетеродинний приймач (Бінгхем і Хейворд, 1968 р.) забезпечив прийом в США азіатських станцій з S7 за дев’ятибальною радіолюбительською шкалою сили сигналу, це в діапазоні 80 м.

Прогрес в області техніки прямого перетворення не закінчився, і слід чекати нових розробок. Розвиток сучасної радіоелектроніки пов’язаний з широким використанням аналогових і цифрових мікросхем. Техніка прямого перетворення, де основне посилення і обробка сигналів проводиться на низьких частотах, відповідають цим тенденціям. У приймачах і трансиверах прямого перетворення можна застосовувати інтегральні підсилювачі, синхронні і цифрові фільтри, цифрові синтезатори частоти, активні фільтри і фазоінвертори RC і тому подібні пристрої.

Попередній розрахунок

Вибір структурної схеми приймача

У зв'язку з деякими істотними недоліками приймачів прямого посилення сучасні радіоприймальні пристрої переважно виконуються за супергетеродинною схемою. Виняток складають радіоприймальні пристрої спеціального призначення (наприклад, призначені для прийому опорних частот), а також деякі мініатюрні транзисторні радіоприймачі, виконані у вигляді брошки чи серги (Мікро, Ера-2М і т.д.). Блок-схема приймача Мікро наведена на рис. 1.1.

У даному керівництві буде розглядатися методика проектування приймачів тільки супергетеродинного типу, однак вона може бути використана і для проектування приймачів прямого посилення.

Рисунок 1.1. Блок-схема приймача прямого посилення

Найбільшого поширення одержала супергетеродинна схема з однократним перетворенням частоти (рис. 1.2), що застосовується в радіомовних приймачах, усіх класів, а також у ряді професійних.

Рисунок 1.2. Блок-схема радіомовного супергетеродинного приймача вищого класу з однократним перетворенням частоти.

Професійні радіоприймальні пристрої часто виконуються за супергетеродинною схемою з дворазовим перетворенням частоти (рис. 1.3).

Переваги таких приймачів:

— велика вибірковість по дзеркальному каналу завдяки застосуванню високої першої проміжної частоти;

— велика вибірковість по сусідньому каналу завдяки застосуванню низької другої проміжної частоти;

— можливість одержання великого стійкого посилення, за рахунок його розподілу по чотирьох трактах: радіочастоти, першої і другої проміжної, звукової частоти.

Недоліками подвійного перетворення частоти є:

— наявність додаткових вибіркових каналів прийому на комбінаційних частотах, а також на 2-му дзеркальному каналі, що приводить до збільшення можливості виникнення інтерференційних свистів; значне ускладнення схеми і конструкції приймача.

Рисунок 1.3. Блок-схема супергетеродинного магістрального телеграфного приймача з дворазовим перетворенням частоти.

У зв'язку з цим проектування приймача слід розпочинати зі схеми з однократною зміною частоти і тільки при неможливості виконання заданих технічних вимог переходити до схеми з дворазовою зміною.

Рисунок 1.4. Блок-схема супергетеродинного магистрального однополосного приймача

Рисунок 1.5. Блок-схема супергетеродинного приймача кінцевої радіорелейної станції

На рис. 1.3–1.6 наведені блок-схеми професійних приймачів різного призначення. Розгляд цих схем показує, що вони, у принципі, однакові до виходу останнього каскаду проміжної частоти. Тому для всіх цих схем, а також схем радіомовних приймачів (як лампових, так і транзисторних) можна використовувати загальну методику проектування

Наявність у сучасних радіомовних приймачах ультра коротких хвиль ЧМ діапазону для прийому передач з частотною модуляцією (ЧМ) викликає деяке ускладнення їхніх схем.

Рисунок 1.6. Блок-схема телевізійного приймача.

1. Застосування роздільних трактів посилення АМ і ЧМ сигналів (рис. 1.7а). Така схема дозволяє найбільш раціонально побудувати обидва тракти і значно спростити комутацію перемикача діапазонів.

Рисунок 1.7. Блок-схема приймача: а) з роздільними трактами посилення АМ і ЧМ сигналів; б) із дворазовим перетворенням частоти в тракті ультра коротких хвиль; в) із загальним трактом посилення проміжних частот АМ і ЧМ сигналів.

Недолік — велика кількість деталей і електронних приладів. Схема не одержала поширення.

2. Блок-схема з дворазовим перетворенням частоти (рис. 1.7б). Ця схема дозволяє одержати достатнє посилення в тракті ЧМ на другій проміжній частоті і задовольнити суперечливим вимогам по вибірковості по сусідньому і дзеркальному каналах. Однак при цьому ускладнюється схема комутації під діапазонів. Схема знайшла застосування тільки в професійних магістральних приймачах.

3.Блок-схема з загальним трактом посилення проміжної частоти для ЧМ і АМ сигналів (рис. 1.7в). У цій схемі відсутні недоліки, властиві першим двом, і вона одержала широке поширення як для лампових, так і для транзисторних приймачів. Схеми радіоприймальних пристроїв різного призначення (рис. 1.1—1.7) можуть бути виконані як на електронних лампах, так і на транзисторах. У режимі посилення слабких сигналів електронна лампа і транзистор можуть бути представлені у вигляді лінійного активного чотириполюсника. Тому в блок-схемах лампових і транзисторних радіоприймачів, а також у методиці їхнього розрахунку є багато загального. Однак специфічні особливості транзисторів у порівнянні з електронними лампами, відзначені раніше, особливо розкид параметрів транзисторів і наявність у транзисторах сильного внутрішнього зворотного зв'язку, привели до необхідності деякої зміни блок-схеми транзисторних радіоприймачів.

Сильна залежність внутрішнього зворотного зв'язку від частоти приведе до нестійкої роботи і самозбудження підсилювальних каскадів. Тому приходиться знижувати посилення на каскад. Розкид параметрів транзисторів створює серйозні труднощі при серійному виробництві радіоприймачів.

Через наявність у транзисторах із внутрішнього зворотного зв'язку і неможливості її повної нейтралізації без істотного подорожчання приймача блок-схеми з розподіленими по каскадах вибірковістю і посиленням, раніше застосовувані в приймачах на електронних лампах (рис. 1.2), виявляються нестійкими і самозбуджуються, а тому в серійному виробництві транзисторних приймачів практично нездійсненні.

У зв'язку з цим у транзисторних радіомовних супергетеродинних приймачах велике поширення одержав принцип побудови блок-схеми, при якому основні елементи, що визначають вибірковість по сусідньому каналу, зосереджені в каскаді перетворювача частоти у вигляді фільтра зосередженої селекції (ФЗС), а ті, що визначають вибірковість по дзеркальному каналу,— у вхідному ланцюзі в контурі магнітної антени. Основне ж посилення сигналу здійснюється в широкосмуговому підсилювачі проміжної частоти, що володіє слабко вираженими виборчими властивостями. Як перший каскад такого широкосмугового підсилювача можна застосувати каскад з аперіодичним навантаженням (активний опір). Застосування аперіодичного підсилювача в перших каскадах підсилювача проміжної частоти і підсилювача радіо частоти дозволило створити схему транзисторного приймача без повної нейтралізації внутрішнього зворотного зв'язку, що має високе стійке посилення. При цьому одночасно з підвищенням стійкості посилення значно зменшилася залежність технічних даних приймача від розкиду параметрів, застосованих у ньому транзисторів.

Сильна залежність параметрів транзисторів від температури приводить до необхідності застосовувати в транзисторних приймачах спеціальні схеми температурної стабілізації їхнього режиму і вводити зворотні зв'язки, що компенсують зворотні зв'язки.

Рисунок 1.8. Типова блок-схема транзисторного радіомовного супергетеродинного

приймача.