Как работает гетеродин. Гетеродин в радиоприемниках: принцип работы, устройство и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое гетеродин в радиоприемнике. Как работает гетеродинный приемник. Какие преимущества дает использование гетеродина. Из каких основных блоков состоит супергетеродинный приемник. Почему гетеродин является ключевым элементом современных радиоприемников.

Содержание

Что такое гетеродин и его роль в радиоприемниках

Гетеродин — это вспомогательный генератор высокочастотных колебаний, который используется в супергетеродинных радиоприемниках для преобразования частоты принимаемого сигнала. Он является ключевым элементом, позволяющим значительно улучшить характеристики приемника.

Основные функции гетеродина:

Генерация колебаний с частотой, отличающейся от частоты принимаемого сигнала на фиксированную величину (обычно 465 кГц)
Смешивание колебаний гетеродина с входным сигналом для получения сигнала промежуточной частоты
Обеспечение возможности настройки приемника на разные станции путем изменения частоты гетеродина

Благодаря использованию гетеродина, основное усиление сигнала в супергетеродине происходит на фиксированной промежуточной частоте, что позволяет добиться высокой чувствительности и избирательности.

Принцип работы гетеродинного приемника

Работа супергетеродинного приемника с гетеродином основана на следующем принципе:

Входной сигнал с антенны поступает на смеситель
На смеситель также подается сигнал от гетеродина
В результате смешения двух сигналов образуются колебания разностной частоты (промежуточной частоты)
Сигнал промежуточной частоты усиливается в УПЧ
Далее сигнал детектируется и поступает на усилитель низкой частоты

При этом частота гетеродина всегда отличается от частоты принимаемого сигнала на величину промежуточной частоты. Это позволяет получать сигнал одной и той же промежуточной частоты при настройке на разные станции.

Основные блоки супергетеродинного приемника

Типовая структурная схема супергетеродинного приемника включает следующие основные блоки:

Входной контур — для выделения сигнала нужной станции
Гетеродин — генератор колебаний для преобразования частоты
Смеситель — для получения сигнала промежуточной частоты
Усилитель промежуточной частоты (УПЧ)
Детектор — для выделения модулирующего сигнала
Усилитель низкой частоты (УНЧ)
Громкоговоритель

Ключевым элементом является преобразователь частоты, состоящий из гетеродина и смесителя. Именно он обеспечивает основные преимущества супергетеродина.

Преимущества использования гетеродина в радиоприемниках

Применение гетеродина в супергетеродинных приемниках дает ряд важных преимуществ по сравнению с приемниками прямого усиления:

Высокая чувствительность — за счет усиления на фиксированной промежуточной частоте
Хорошая избирательность — благодаря узкополосным фильтрам в тракте ПЧ
Постоянная полоса пропускания во всем диапазоне
Упрощение настройки — достаточно перестраивать только входной контур и гетеродин
Возможность приема на коротких волнах
Стабильность характеристик при изменении частоты настройки

Эти преимущества обеспечили широкое распространение супергетеродинов в радиовещательных и связных приемниках.

Устройство гетеродина в супергетеродинном приемнике

Гетеродин в супергетеродинном приемнике обычно содержит следующие основные элементы:

Колебательный LC-контур, задающий частоту генерации
Активный элемент (транзистор), обеспечивающий генерацию колебаний
Цепь положительной обратной связи
Цепи питания и стабилизации режима

Частота гетеродина перестраивается с помощью конденсатора переменной емкости, который входит в состав колебательного контура. Обычно используется сдвоенный конденсатор, одновременно настраивающий входной контур и гетеродин.

В современных приемниках часто применяются синтезаторы частоты на основе системы ФАПЧ для формирования сигнала гетеродина с высокой стабильностью.

Особенности настройки супергетеродинного приемника

При настройке супергетеродинного приемника на нужную станцию необходимо обеспечить правильное соотношение частот входного сигнала и гетеродина. Основные особенности настройки:

Частота гетеродина должна отличаться от частоты принимаемого сигнала на величину промежуточной частоты (обычно 465 кГц)
Входной контур и гетеродин настраиваются одновременно сдвоенным конденсатором
Необходимо обеспечить сопряжение настроек входного контура и гетеродина во всем диапазоне
Точная настройка УПЧ на номинальную промежуточную частоту

Правильная настройка всех контуров позволяет получить максимальную чувствительность и избирательность приемника во всем рабочем диапазоне частот.

Применение гетеродинного приема в современной радиоаппаратуре

Несмотря на появление новых технологий, гетеродинный прием по-прежнему широко используется в различных типах радиоаппаратуры:

Бытовые радиовещательные приемники
Профессиональные коммуникационные приемники
Радиостанции различного назначения
Телевизионные приемники
Измерительная радиоаппаратура

В современных устройствах гетеродин часто реализуется на основе синтезаторов частоты. Это позволяет улучшить стабильность, расширить диапазон и обеспечить точную цифровую настройку.

Таким образом, гетеродинный принцип остается основой построения большинства радиоприемных устройств благодаря своим неоспоримым преимуществам.

Принципы работы супергетеродинного приемника

В схемах приемников прямого усиления применяется только один тип преобразователя колебаний — детектор, выделяющий из модулированных колебаний высокой частоты колебания низкой частоты. В соответствии с этим в таких приемниках осуществляется усиление колебаний высокой частоты (частоты принимаемой станции) и усиление колебаний низкой (звуковой) частоты.

Но возможность усиления колебаний высокой частоты ограничена сравнительно небольшими пределами (из-за опасности возникновения паразитных колебаний), особенно если частота лежит в коротковолновой части радиовещательного диапазона, а тем более в области коротких волн.

С другой стороны, единственный пригодный для высоких частот тип усилителя — резонансный. Но необходимость перестройки всех контуров при переходе от одной станции к другой очень усложняет конструкцию усилителя и обращение с ним.

Обе эти трудности могут быть устранены одним и тем же методом— преобразованием принимаемых колебаний любой частоты в колебания одной и той же фиксированной частоты. Эта частота выбирается пониженной, чтобы можно было получить достаточно большое усиление, и на нее настраивается резонансный усилитель.

Такой метод применен в супергетеродинных приемниках. Фиксированная частота, которая получается в супергетеродине, называется обычно промежуточной частотой.

Способ, который применяется для преобразования колебаний любой принимаемой частоты в колебание одной промежуточной частоты, состоит в следующем.

Если взять два колебания различной частоты и сложить их, то в результате получаются сложные колебания, так называемые биения. Графически этоі процесс сложения колебаний изображен на рис. 1.

Кривые А и Б соответствуют двум гармоническим колебаниям разной частоты, а кривая В изображает биения, полученные в результате сложения этих двух колебаний: А и Б.

У кривой В легко заметить новый период, а именно период биений, который на рисунке отмечен буквами Т. Сразу видно, что период этих биений больше, чем период каждого из слагаемых колебаний, и, следовательно, частота биений меньше, чем частота каждого из слагаемых колебаний.

Рис. 1. При сложении двух колебаний с разными частотами амплитуда результирующего колебания периодически изменяется.

Частота биений равна разности частот двух слагаемых колебаний. Чем больше разность между этими частотами, тем больше частота биений; поэтому, выбрав достаточно большую разницу между слагаемыми частотами, мы можем получить биения высокой частоты.

Так, если мы возьмем слагаемые колебания с частотами 1 000 кгц (волна 300 м) и 1460 кгц (волна 205 м), то биения, полученные в результате сложения этих колебаний, будут иметь частоту 460 кгц 1460—1000= 460), что соответствует волне 652 м.

Однако хотя полученные биения и имеют уже период, соответствующий промежуточной частоте, они не представляют собой гармонических колебаний промежуточной частоты.

Чтобы получить эти колебания, нужно биения продетектировать. Так же. как из модулированных колебаний при детектировании выделяются колебания с частотой модуляции, из биений при детектировании выделяются колебания разностной частоты (равной разности двух слагаемых частот). Этот метод преобразования частоты называют методом смешения или методом гетеродинирования.

Как же осуществить этот метод при приеме радиостанций?

Пусть кривая А (рис. 1) изображает колебания, приходящие в контур приемника от передающей станции. Создадим в нашем приемнике вспомогательные колебания высокой частоты (кривая Б на рис. 1) при помощи специального гетеродина и подберем частоту гетеродина так, чтобы разность частот колебаний А и Б составляла, например, 460 кгц.

Сложим полученные колебания и пропустим их через детекторную лампу. Тогда в контуре, включенном в анодную цепь лампы и настроенном на разностную частоту, мы получим колебания этой разностной частоты 460 кгц.

Полученные колебания промежуточной частоты можно усилить с помощью усилителя высокой частоты, который в этом случае называется усилителем промежуточной частоты.

Для осуществления процесса преобразования частоты может служить схема, изображенная на рис 2 Приходящие колебания улавливаютя приемной антенной и через катушку L1 попадают на сетку детекторной лампы.

Но предварительно в катушке L_c на них накладываются вспомогательные колебания от катушки гетеродина Lr Контур L₂C₂ в анодной цепи детекторной лампы настроен на разностную частоту.

Полученные в результате детектирования колебания разностной частоты направляются из этого контура для дальнейшего усиления в усилитель промежуточной частоты.

Рис. 2. Упрощенная схема преобразователя частоты супергетеродина.

Рассмотренная упрощенная схема преобразователя частоты супергетеродина сейчас редко применяется на практике. В современных супергетеродинах возбуждение вспомогательных колебаний и детектирование биений обычно выполняет одна и та же многосеточная лампа, называемая преобразователем. В качестве преобразователя применяют пентод, гептод и триод-гептод.

Схема преобразователя частоты с гептодом приведена на рис. 3. Гептод в этой схеме смесителя представляет собой как бы две отдельные лампы, помещенные в один баллон и связанные общим электронным потоком.

Первая из этих ламп служит для возбуждения колебаний и заменяет отдельный гетеродин. Во второй лампе смешиваются приходящие колебания с колебаниями гетеродина и из полученных биений выделяются колебания разностной частоты. Для наглядности эти две «отдельные лампы» разделены на схеме пунктиром.

Первые две сетки, считая от катода, служат собственно сеткой и «анодом» гетеродина и включаются как обычный триод в схему с обратной связью. Сетка, играющая роль управляющей сетки гетеродина, присоединена к колебательному контуру гетеродина L₂C₂.

Вторая сетка («анод» гетеродина) присоединена к катушке обратной связи L₃. Благодаря наличию обратной связи в лампе возникают колебания и электронный ток, проникающий через вторую сетку, переносит эти колебания в область «второй лампы».

Приходящие сигналы подводятся к четвертой сетке.

Третья и пятая сетки лампы соединены и находятся под постоянным положительным напряжением. Они играют роль экранов между «первой и второй лампами», с одной стороны, а также между управляющей сеткой и анодом «второй лампы»—с другой. Таким образом, «вторая лампа» работает, как экранированная лампа.

Рис. 3. Схема преобразователя частоты с гептодом.

Колебания электронного тока, созданные «первой лампой», изменяют параметры «второй лампы» и в ней происходят смешение приходящих колебаний с колебаниями гетеродина и образование колебаний разностной частоты.

Контур в цепи анода, настроенный на эту частоту, выделяет из анодного тока колебания разностной частоты. Дальше эти колебания подаются на вход усилителя промежуточной частоты.

Применение специальной преобразовательной лампы не только упрощает конструкцию супергетеродина тем, что сокращает число ламп, но и устраняет ряд трудностей, которые возникают при работе схем с отдельным гетеродином.

Мы рассмотрели преобразование немодулированных приходящих колебаний; сделано это было для упрощения. При приеме модулированных колебаний, поскольку колебания гетеродина имеют постоянную амплитуду, биения, а также колебания промежуточной частоты промодулированьі так же, как и приходящие колебания.

Чтобы превратить эти модулированные колебания в звуковые, их нужно еще раз пропустить через детектор. Поэтому колебания промежуточной частоты после усиления подводятся ко второму детектору и уже после второго детектора полученные колебания звуковой частоты направляются в телефон или усилитель низкой частоты.

Усилитель промежуточной частоты содержит один, а иногда и два каскада резонансного усиления, обычно на настроенных трансформаторах. Как правило, настраивается не одна, а обе обмотки трансформаторов, чем достигается более выгодная в отношении избирательности форма резонансных кривых. Такие трансформаторы с обеими настроенными обмотками получили название полосовых фильтров.

Все фильтры при помощи «полупеременных» конденсаторов или магнетитовых сердечников раз навсегда настраиваются на промежуточную частоту, чтобы весь усилитель промежуточной частоты давал достаточное усиление и возможно большую избирательность.

Частота колебаний гетеродина может изменяться в нужных пределах, и всякий раз она подбирается так, чтобы вместе с приходящими колебаниями получалась одна и та же фиксированная промежуточная частота.

Таким образом, при настройке супергетеродина частота усиливаемых колебаний «подгоняется» под постоянную настройку резонансного усилителя промежуточной частоты.

В этом заключается одно из важнейших преимуществ супергетеродина, так как вместо настройки многих междуламповых контуров приходится настраивать только контур гетеродина и входной контур приемника, т. е. настройка очень упрощается.

Для того чтобы получить фиксированную промежуточную частоту при любой волне, лежащей в диапазоне приемника, очевидно, нужно, чтобы диапазон гетеродина был сдвинут по отношению к диапазону входного контура приемника на частоту, равную промежуточной частоте.

Промежуточная частота выбирается обычно около 460 кгц, реже 110 кгц, и на эту величину диапазон гетеродина должен отличаться от диапазона входного контура приемника.

Резонансное усиление промежуточной частоты само по себе обеспечивает большую чувствительность и избирательность супергетеродина, а преобразование частоты приходящих колебаний еще более повышает его избирательность, потому что близко лежащие волны принимаемой и мешающей станций после преобразования частоты «раздвигаются». Поясним на примере, как это происходит.

Пусть промежуточная частота равна 460 кгц, частота принимаемой станции 1 000 кгц, а частота мешающей станции 1010 кгц, т. е. принимаемая и мешающая станции различаются по частоте на 1%.

Чтобы получить в данном случае промежуточную частоту 460 кгц, нужно настроить гетеродин на частоту 1 460 кгц. Тогда мешающая станция даст колебания промежуточной частоты 450 кгц, так как 1460—1010 = 450.

Теперь сигналы мешающей станции отличаются по частоте от сигналов принимаемой станции уже больше чем на 2%. Благодаря преобразованию частоты волны принимаемой и мешающей станций «разошлись», относительная расстройка увеличилась и отстройка от мешающей станции облегчилась.

Однако, повышая общую избирательность приемника, преобразование частоты открывает возможность проникновения сигналов мешающей станции, если эта станция работает на некоторой «опасной» частоте.

Дело в том, что одна и та же промежуточная частота получается, если частота приходящих сигналов на нужную величину больше или меньше частоты гетеродина. Поясним это на том же числовом примере, который рассмотрен выше.

Если гетеродин настроен на частоту 1 460 кгц, а промежуточная частота равна 460 кгц, то колебания нужной промежуточной частоты получаются как от станции, работающей на частоте 1 000 кгц, так и от станции, работающей на частоте 1920 кгц. В обоих случаях разность частот составляет 460 кгц.

Однако при приеме станции, работающей на частоте 1 000 кгц, на эту же частоту настраивается входной контур ‘приемника и поэтому сигналы мешающей станции, работающей на частоте 1 920 кгц, будут значительно слабее сигналов принимаемой станции.

Но избирательности входного контура недостаточно для того, чтобы полностью преградить путь сигналам мешающей станции к сетке первого детектора.

А после преобразования мешающая станция даст ту же промежуточную частоту, что и принимаемая, и дальше сигналы ее будут также усиливаться. Словом, супергетеродин, обладая вообще большой избирательностью, по отношению к этой так называемой зеркальной помехе обладает низкой чувствительностью.

Чтобы устранить опасность зеркальной помехи, нужно повысить избирательность приемника еще до преобразования частоты. С этой целью в супергетеродинах применяется обычно каскад предварительного усиления высокой частоты.

Таким образом, типичная скелетная схема супергетеродина имеет вид, изображенный на рис. 4. При этом, как указывалось выше, в современных супергетеродинах обычно смеситель и вспомогательный гетеродин объединены в один преобразовательный каскад.

В супергетеродине без предварительного усиления высокой частоты при настройке на станцию необходимо настраивать два контура (входной и гетеродинный).

В схеме же с предварительным усилением число настраивающих контуров увеличивается до трех, так как прибавляется настройка контура резонансного усилителя высокой частоты. Чтобы можно было осуществлять настройку одной ручкой, применяют сдвоенные и строенные конденсаторы переменной емкости.

Благодаря тому что даже при наличии предварительного усиления в супергетеродине имеются всего лишь три контура с переменной настройкой, упрощается задача перекрытия широкого диапазона волн.

Рис. 4. Развернутая скелетная схема супергетеродина.

Супергетеродин легко сделать «всеволновым», т.е. перекрыть не только весь радиовещательный диапазон средних волн, но и ту часть коротковолнового диапазона, которая отведена для радиовещательных станций.

Все отмеченные преимущества супергетеродина перед приемниками без преобразования частоты — приемниками прямого усиления — привели к тому, что все современные высококачественные ламповые приемники делаются по супергетеродинной схеме.

Общее усиление, которое может дать хороший супергетеродинный приемник, огромно. При напряжении на входе в несколько микровольт супергетеродин дает на выходе напряжение, достаточное для работы громкоговорителя, т. е. несколько вольт. Таким образом, приходящие сигналы усиливаются в супергетеродине в несколько миллионов раз!.

Источник: Бурлянд В.А., Жеребцов И.П. Хрестоматия радиолюбителя. 1963 г.

Приемник — супергетеродин, что это такое

Большая часть предыдущих практикумов была посвящена приемнику прямого усиления. Именно с него обычно и начинается практическое знакомство с радиоприемной техникой. Затем наступает следующий, более сложный этап радиолюбительского творчества — изучение и конструирование супергетеродинного приемника, обладающего лучшими, чем приемник прямого усиления, чувствительностью и селективностью.

Структурная схема супергетеродина

Супергетеродин от приемника прямого усиления отличается в основном методом усиления модулированных колебаний высокой частоты. В приемнике прямого усиления высокочастотный сигнал радиостанции усиливается без какого-либо изменения его частоты.

В супергетеродине же принятый сигнал преобразуется в колебания так называемой промежуточной частоты, равной обычно 465 кГц, на которой и происходит основное усиление сигнала. Что же касается детектирования, усиления колебаний низкой частоты и .преобразования их в звуковые колебания, то эти процессы в приемниках обоих типов происходят принципиально одинаково.

Структурную схему супергетеродина и упрощенные графики, иллюстрирующие процессы, происходящие в основных узлах и блоках приемника этого типа, ты видишь на рис. 81. Его входной контур, с помощью которого осуществляется настройка на радиостанции, такой же, как в приемнике прямого усиления. С «(его принятый сигнал радиостанции поступает в смеситель.

Сюда же, в смеситель, подается еще сигнал от местного маломощного генератора колебаний высокой частоты, называемого гетеродином. В смесителе они преобразуются в колебания промежуточной частоты (ПЧ), равной разности частот гетеродина и принятого сигнала, которые далее усиливаются и детектируются. В большинстве случаев промежуточная частота равна 465 кГц. Колебания низкой частоты, выделенные детектором, тоже усиливаются и динамической головкой громкоговорителя преобразуются в звуковые колебания.

Смеситель вместе с гетеродином выполняет функцию преобразования частоты, поэтому этот каскад супергетеродина называют преобразователем.

В данном случае, это преобразователь с отдельным гетеродином. В выходную цепь преобразователя включены колебательные контуры, настроенные на частоту 465 кГц. Они образуют фильтр промежуточной частоты (ФПЧ), выделяющий колебания промежуточной частоты и отфильтровывающий колебания частот входного сигнала, гетеродина и их комбинаций.

Запомни: при любой настройке радиовещательного супергетеродина частота его гетеродина должна превышать частоту входного сигнала на 465 кГц, то есть на значение промежуточной частоты. Так, например, при настройке приемника на радиостанцию, несущая частота которой 200 кГц (длина волны 1500 м), частота гетеродина должна быть 665 кГц (665 — 200 =465 кГц), для приема радиостанции, частота которой 1 МГц (длина волны 300 м), частота гетеродина должна быть 1465 кГц (1465 кГц-1 МГц = 465 кГц) и т. д.

Чтобы получить постоянную промежуточную частоту при настройке приемника на радиоволну любой длины, нужно диапазон частот гетеродина сдвинуть по отношению к диапазону частот, перекрываемому входным контуром, на частоту, равную промежуточной. Достигается это соответствующим подбором чисел витков катушек входного и гетеродинного контуров, включением в контуры так называемых сопрягающих конденсаторов и одновременной настройкой этих контуров двухсекционным блоком конденсаторов переменной емкости.

Преобразователь частоты

Преобразователи частоты подавляющего большинства любительских и массовых промышленных супергетеродинов однотранзисторные. Их называют преобразователями с совмещенными гетеродинами, так как один и тот же транзистор выполняет одновременно роль гетеродина и смесителя.

Упрощенная схема такого преобразователя частоты показана на рис. 82. Сигнал радиостанции, на частоту которой настроен входной контур LKCKl через катушку связи LСВ подается на базу транзистора V. Через ту же катушку связи на базу того же транзистора подается и сигнал гетеродина. В результате в коллекторной цепи транзистора возникают колебания промежуточной частоты.

Сигнал гетеродина, частота колебаний «которого определяет настройку приемника, можно также подавать в эмиттерную цепь транзистора. Результат будет таким же.

Схема возможного варианта однотранзисторного преобразователя частоты

Полную принципиальную схему возможного варианта однотранзисторного преобразователя частоты, опыты с которым мы предлагаем провести, изображена на рис. 83.

Колебательный контур гетеродина образуют: ка-лушка L3, индуктивность которой можно изменять в небольших пределах ферритовым подстроечным сердечником, конденсатор переменной емкости С4, сопрягающий конденсатор С5 и подстроечный конденсатор Сб. Входной контур состоит из катушки L1, конденсатора переменной емкости С2 и подстроечного конденсатора C3. Контур связан с внешней антенной с помощью конденсатора небольшой емкости С1.

Какова роль сопрягающего конденсатора С5 в гетеродинном контуре? Это конденсатор обеспечивает настройку гетеродинного и входного контуров в середине диапазона, соответствующую разности их частот, равной 465 кГц.

В низкочастотном участке диапазона,- когда емкости конденсаторов настройки С4 и С2 наибольшие, контуры подстраивают подбором индуктивностей катушек L3 и L7, а в высокочастотном участке диапазона — подстроечными конденсаторами С6 и C3. Высокочастотный участок диапазона, перекрываемого приемником, часто называют началом, а низкочастотный — концом диапазона.

Катушка L3 гетеродинного контура имеет два отвода, превращающих ее в высокочастотный автотрансформатор. Ее нижняя (по схеме) секция, включенная через конденсатор С8 в эмиттерную цепь транзистора, выполняет роль катушки обратной связи, благодаря которой гетеродин возбуждается и генерирует колебания высокой частоты.

При включении питания в контуре L3C4C5C6 возникают очень слабые высокочастотные колебания, из которых наиболее сильными являются колебания, частота; которых равна резонансной частоте контура.

Через верхний (по схеме) отвод катушки L3, катушку L2 и конденсатор С7 часть напряжения высокой частоты с контура подается на базу транзистора.

Возникающие в результате этого изменения базового тока вызывают в несколько раз более мощные колебания эмиттерного тока, значительная часть которого через конденсатор С8 и нижний (по схеме) отвод катушки L3 поступает в контур гетеродина. Это приводит к увеличению амплитуды высокочастотных колебаний в контуре гетеродина.

Часть их снова подается на базу транзистора и т. д. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не установится равновесие, когда энергия высокочастотных колебаний, вводимых в контур, станет равной энергии потерь в контуре и цепи базы.

Сигналы радиостанции, принятые антенной, поступают в цепь базы транзистора (как и в приемнике прямого усиления) через катушку связи L2 и конденсатор 07.

В результате совместного воздействия колебаний гетеродина и высокочастотного сигнала радиостанции в коллекторной цепи транзистора преобразовательного каскада возникают колебани-я.многих частот, из которых контур L4C9, настроенный на частоту 465 кГц, выделяет в основном колебания этой промежуточной частоты и отсеивает колебания всех других частот. С контура L5C10, индуктивно связанного с контуром L4C9, сигнал промежуточной частоты подается на вход усилителя ПЧ.

Какова роль резисторов Rl — R31 Они стабилизируют режим работы транзистора VI преобразовательного каскада. Осуществляется это следующим образом.

Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения источника питания, с которого на базу транзистора подается отрицательное напряжение смещения. При этом эмиттерный ток транзистора автоматически устанавливается такого значения, что на базе по отношению к эмиттеру оказывается напряжение смещения, равное 0,1 — 0,2 В, которое и открывает транзистор.

Если по какой-либо причине ток эмиттера начнет увеличиваться, например из-за повышения окружающей температуры, то и падение напряжения на резисторе R3 станет увеличиваться, а смещение на базе транзистора, наоборот, уменьшаться, что уменьшит ток эмиттера до первоначального значения. Аналогично происходит стабилизация режима работы транзистора при уменьшении тока в эмиттерной цепи.

Каскад на транзисторе V2 с головными телефонами В1 в коллекторной цепи выполняет роль пробника — детектора и усилителя колебаний НЧ. Резистор R4 обеспечивает необходимый режим работы транзистора по постоянному току. Такой каскад ты уже использовал в простейших транзисторных приемниках. Чуть позже этот транзистор будет работать в усилителе ПЧ опытного супергетеродина.

Для опытов с преобразовательным каскадом супергетеродина (по схеме рис. 83) потребуются: два высокочастотных маломощных транзистора серий П403, П416, П422, ГТ308, КТ326, КТ361 с коэффициентом h31э не менее 50, двухсекционный блок конденсаторов переменной емкости (КПЕ), желательно малогабаритный, головные телефоны и источник постоянного напряжения 9 В. Источником питания могут быть две батареи 3336Л, соединенные последовательно, или сетевой блок питания, смонтированный тобой ранее.

Катушки входной цепи, контуров гетеродина и ФПЧ сделай сам, используя для их намотки провод ПЭВ-1 или ПЭЛ 0,12…0,14. Роль высокочастотного сердечника катушек L1 и L2 будет выполнять отрезок ферритового стержня марки 400НН или 600НН диаметром 8 и длиной 40…50 мм (рис. 84, а). Контурная катушка L1 должна содержать 70…75 витков, а катушка связи L2 — 6…8 витков. Намотай их на бумажных гильзах, которые бы с небольшим трением можно было перемещать по стержню.

Для катушек контуров гетеродина и ФПЧ можно ис-пользрвать готовые унифицированные каркасы с фер-ритовыми кольцами и под-строечными сердечниками (рис. 84, б), аналогичные им самодельные каркасы с такими же кольцами и под-строечными сердечниками (рис. 85, 0) или отрезки ферритового стержня 400НН диаметром 8 и длиной 15…20 мм (рис. 84, г).

Каркас конструкции второго варианта можно сделать так: склеить из бумаги тонкостенную гильзу, затем насадить на нее с клеем БФ-2 ферритовые кольца марки 600НН с внешним диаметром 8 мм и хорошо просушить. Внутрь каркаса должен входить ферритовый стержень той же марки диаметром 2,8 и длиной 12 мм.

Гетеродинная катушка L3, намотанная на готовом или самодельном каркасе с ферритовыми кольцами (по рис. 84, в), должна содержать 105 витков с отводами, считая от начала (на схеме начало катушки обозначено точкой), от 6-го и 15-го витков, а катушки L4 и L5 контуров ФПЧ — по 110 витков. Отвод в катушке L5, тоже считая от начала, сделай от 15…20 витка. Если использовать отрезки ферритового стержня (по рис. 85, г), то катушка L3 должна содержать 60 витков с отводами от 3-го и 8-го витков, L4 — 65 витков, L5 — тоже 65 витков, но с отводом от 8. .. 10 витка.

При таких данных контурных катушек супергетеродин будет перекрывать диапазон средних волн, а контуры ФПЧ могут быть настроены на частоту 465 кГц.

Детали опытного приемника можно монтировать на макетной панели, но лучше на специально сделанном шасси, рис. 84. Общая длина . шасси, с учетом постепенного добавления к преобразователю частоты усилителя ПЧ, детектора и однокаскадного усилителя НЧ, около 240 мм, ширина 80 мм.

Расстояние между поперечными рядами монтажных стоек — 20 мм, между продольными — -15 мм. Блок КПЕ (от любого малогабаритного супергетеродина) укрепи на шасси с помощью -кронштейна из листового металла, лицевая сторона которого будет одновременно и шкалой настройки.

Ферритовый сердечник катушек L1 и L2 закрепи в отверстии, просверленном в панели шасси. Каркасы катушек L3, L4 и L5, сделанные по рис. 84, в, могут удерживаться на панели пластилином (чтобы их можно было перемещать). Расстояние между осями катушек L4 и L5 ФПЧ — около 2 мм. Подстроенные конденсаторы C3 и С6 типа ПК-М или КПК-1 с наибольшей емкостью 20. ..30 пФ. Постоянные конденсаторы — типа КЛС, КСО, КДК, КТК. Емкости С7, С8 и СП не должны быть меньше 3000 пФ.

Монтируя гетеродинную катушку L3, не перепутай выводы: ее начало должно соединяться с плюсовым проводником источника питания, первый (от начала) отвод — через конденсатор С8 с эмиттером транзистора VI, второй — с катушкой связи L2, конец — с точкой соединения конденсаторов С5 и Сб.

Включив питание, сразу же измерь и, если надо, подбором резисторов R1 и R4 установи рекомендуемые коллекторные токи покоя транзисторов. Затем, замкнув накоротко катушку L3, чтобы сорвать генерацию гетеродина, проверь, работает ли гетеродин. При замыкании катушки L3 коллекторный ток транзистора и напряжение на резисторе R3, измеренное высокоомным вольтметром, должны резко изменяться. Если изменений тока или напряжения нет, значит, гетеродин не самовозбуждается.

Чтобы проверить пробник, достаточно коснуться пальцем вывода базы транзистора V2. При этом, в телефонах должен появиться звук низкого тона, являющийся признаком работоспособности этого каскада.

Теперь замкни катушку L3, а к верхнему (по схеме) выводу катушки связи L2 (на рис. 83 — точка .а), предварительно отпаяв его от конденсатора С7, подключи транзисторный пробник. У тебя получится простейший однотранзисторный приемник. Присоедини к нему антенну и заземление, ротор подстроечного конденсатора C3 поставь в положение наименьшей емкости, катушку L1 сдвинь на середину сердечника, а затем, вращая ось блока КПЕ, настраивай приемник на радиостанции средневолнового диапазона, прием которых в вашей местности возможен.

На кронштейне блока КПЕ сделай отметки, соответствующие настройке на эти станции. Таким образом ты узнаешь диапазон волн, перекрываемый входным контуром преемника. Если катушку L1 сдвинуть ближе к краю сердечника, чтобы уменьшить ее индуктивность, диапазон немного сдвинется в сторону более коротких волн.

После этого восстанови соединение катушки связи L2 с конденсатором С7, удали перемычку, замыкающую катушку L3, пробник подключи к коллектору транзистора VI (на рис. 84 — точка б), а подстроечный сердечник катушки L4 введи внутрь каркаса примерно на две трети. Теперь колебания промежуточной частоты, выделяемые контуром L4C9 ФПЧ, будут преобразовываться пробником в звуковые колебания.

Теперь установи ось блока КПЕ-в положение; соответствующее приему наиболее длинноволновой станций диапазона и настрой на нее приемник только изменением индуктивности катушки гетеродина подстроечным сердечником.

После этого установи ось блока КПЕ в положение приема наиболее коротковолновой станции и настрой на нee только подстроечным конденсатором С6. Затем, настраивая приемник на те же радиостанции, добейся наиболее громкого их приема: в конце.диапазона — смещением по сердечнику- катушки L1, в начале — подстроечным конденсатором C3 входного контура.

Остается настроить на промежуточную частоту второй контур ФПЧ — контур L5C10. Для этого подключи пробник к отводу катушки L5 (на рис. 83 — точка в).

Усилитель ПЧ

Принципиально усилитель ПЧ супергетеродина работает так же, как и усилитель ВЧ приемника прямого усиления.

. Но он усиливает сравнительно узкую полосу модулированных колебаний промежуточной частоты, неизменной при любой настройке приемника.

Схема опытного усилителя ПЧ и монтаж его деталей на том же шасси, на котором испытан преобразователь частоты, показаны на рис. 86. Транзистор V2, используемый во время предыдущих опытов в пробнике, здесь работает усилителем ПЧ, а пробником стал V3 (любой высокочастотный малой мощности с h31э 40…60).

В коллекторную цепь транзистора включен одноконтурный фильтр ПЧ L6C12, a катушка L7 является катушкой связи усилителя ПЧ со следующим каскадом приемника. Данные контура L6C12 точно такие, как и контура L4C9 первого ФПЧ. Катушку L7, которая должна содержать 70…80 витков провода ПЭВ-1 О, t…0,12, намотай поверх катушки L6. Отвод сделай от 15…20-го витка, считая от начала.

Монтируя усилитель и пробник, между ними на плате оставь место для деталей детекторного каскада.

Включив питание, сразу же измерь и, если надо, подбором резисторов R4 и R7 установи рекомендуемые токи покоя коллекторных цепей транзисторов. Чтобы проверить, работает ли преобразователь частоты и подается ли сигнал радиостанции на вход усилителя ПЧ, подключи пробник к базовой цепи транзйстора V2 (на рис. 86 — точка а).

Затем пробник переключи на коллектор транзистора V2 (на рис. 86 — точка б) и подстрой контур L6C12 на промежуточную частоту. После этого пробник переключи на отвод катушки связи L7 (на рис. 86 — отвод в) и снова, добиваясь наибольшей громкости звука в телефонах, подстрой дополнительно контур L6C12. Итак, преобразователь частоты дополнен усилителем ПЧ. Можно заняться следующим узлом супергетеродина.

Детектор и предварительный усилитель НЧ

Чтобы пробник превратить в диодный детектор и предварительный усилитель НЧ, в его входную цепь надо ввести точечный диод, например, серии Д9 или Д2 (с любым буквенным индексом), а транзистор перевести на работу в режиме усиления. Схема этой части опытного супергетеродина показана на рис. 87.

Она тебе хорошо знакома по приемникам прямого усиления. Только там детектируется непосредственно сигнал радиостанции, здесь же детектируется сигнал промежуточной частоты. Низкочастотный сигнал снимается с нагрузочного резистора R7 диода V3 и через разделительный конденсатор С15 подается на базу транзистора V4, который теперь работает в каскаде усиления НЧ.

Детали детекторного каскада монтируй на шасси между транзисторами V2 и V4. Какова должна быть громкость приема? Примерно такой же, как с пробником. Но качество звука должно улучшиться, так как диодный детектор меньше, чем транзисторный, искажает детектируемый сигнал.

Три коротких эксперимента

Отключи заземление. Приемник должен продолжать работать, хотя несколько тише.

Отключи и внешнюю антенну, а прием веди на магнитную антенну, роль которой 6удет выполнять катушка входного контура с ее ферритовым стержнем. При этом шасси придется расположить вертикально, чтобы магнитная антенна была в горизонтальном положении. Учти и ее направленные свойства.

В выходную цепь приемника вместо телефонов включи абонентский громкоговоритель, используя его согласующий трансформатор в качестве выходного. Он должен работать,, но не так громко, как хотелось бы. Чтобы он звучал громче, надо, следовательно, дополнить приемник усилителем НЧ. Как это сделать, ты уже знаешь.

В заключение — небольшой совет. Начерти полную схему супергетеродина, соединив вместе ее участки, по которым монтировал опытные цепи и каскады. Она поможет закрепить в памяти основные принципы работы приемника этого типа и стать исходной при конструировании супергетеродина.

Литература: Борисов В. Г. Практикум начинающего радиолюбителя.2-е изд., перераб. и доп. — М.: ДОСААФ, 1984. 144 с., ил. 55к.

Принципы теории » Заметки по электронике

Супергетеродинный радиоприемник использует принцип нелинейного смешения или умножения в качестве ключа к теории своей работы.

Учебное пособие по Superhet Radio Включает:
Superhet Radio Теория супергетеродинамики Изображение ответа Блок-схема / общий приемник Эволюция дизайна Двойной и мультиконверсионный супергетеродин Технические характеристики
См. также: Типы радио

Основные принципы и теория супергетеродинного радио относительно просты и понятны.

Ключевым методом, использованным при разработке теории супергетеродинного приемника, является микширование. Это не аналоговое микширование, используемое в аудиоаддитивных микшерах, а нелинейное микширование или умножение частот, которое позволяет изменять или переводить частоты.

Поскольку многие радиостанции используются для приема радиопередач, а также для двусторонней радиосвязи, использующей этот принцип, полезно иметь базовое понимание, чтобы эти радиостанции можно было использовать наилучшим образом, или можно было разработать схему радиочастоты для обеспечения оптимальных характеристик.

Супергетеродинный приемник используется во многих элементах оборудования для профессиональных радиоприложений.
Изображение предоставлено Icom UK

Базовая теория супергетеродинного приемника

Супергетеродинный приемник работает, принимая сигнал на входящей частоте, смешивая его с локально генерируемым сигналом переменной частоты, чтобы преобразовать его до частоты, на которой он может пройти через высокоэффективный фильтр с фиксированной частотой перед демодуляцией для извлечения требуемой модуляции или сигнал.

Очевидно, необходимо рассмотреть это более подробно, чтобы понять принцип происходящего, но основным процессом в супергетеродинном радио является микширование.

Примечание по РЧ микшированию/умножению:

РЧ микширование или умножение является ключевым методом РЧ. Используя гетеродин, он позволяет преобразовывать сигналы по частоте, тем самым позволяя преобразовывать сигналы вверх и вниз по частоте.

Подробнее о ВЧ микширование / умножение

Как работает супергетеродинный приемник

Чтобы посмотреть, как работает супергетеродинный или супергетеродинный радиоприемник, а также как работает РЧ-схема, необходимо проследить за сигналом, проходящим через него. Таким образом, процессы, которым он подвергается, могут быть рассмотрены более подробно.

Краткое описание радиостанции Superhet и принципа ее работы

Сигнал, улавливаемый антенной, проходит в приемник и поступает в микшер.

На микшере есть три сигнальных порта: сигнал, гетеродин и промежуточная частота. Очевидно, сигнал подается на сигнальный порт, который предназначен для приема сигналов более низкого уровня, чем порт гетеродина.

Символ схемы радиочастотного смесителя, показывающий схему преобразования частоты, которая является целью хороших смесителей

Другой локально генерируемый сигнал, часто называемый гетеродином, или гетеродином, подается на другой порт смесителя, и два сигнала смешиваются.

Действие микшера заключается в перемножении мгновенных уровней двух сигналов. Нелинейное действие микшера генерирует сигналы на частотах, равных сумме и разности поступающих сигналов.

Смешивание двух радиочастотных сигналов
генерируются сигналы на сумме и разности частот

Многие микшеры являются так называемыми сбалансированными, и это означает, что два входящих сигнала отсутствуют или, по крайней мере, сильно ослаблены на выходе.

Выходной сигнал микшера передается на так называемые каскады промежуточной частоты или промежуточной частоты, где сигнал усиливается и фильтруется. Любой из преобразованных сигналов, попадающих в полосу пропускания фильтра ПЧ, сможет пройти через фильтр и также будет усилен каскадами усилителя. Любые сигналы, выходящие за пределы полосы пропускания фильтра, будут отклонены.

Настройка приемника осуществляется простым изменением частоты гетеродина. Это изменяет частоту входящего сигнала, для которой сигналы преобразуются с понижением частоты и могут проходить через фильтр.

Часто бывает полезно посмотреть на реальный пример, чтобы проиллюстрировать, как работает процесс. Чтобы увидеть, как это работает в действительности, возьмем в качестве примера два сигнала, один на частоте 1,0 МГц, а другой на частоте 1,1 МГц.

Если фильтр ПЧ отцентрирован на 0,25 МГц, а гетеродин установлен на 0,75 МГц, то два сигнала, генерируемых смесителем в результате сигнала 1,0 МГц, приходятся на частоты 0,25 МГц и 1,75 МГц. Естественно, сигнал 1,75 МГц отбрасывается, а сигнал 0,25 МГц проходит через каскады ПЧ. Сигнал на частоте 1,1 МГц создает сигнал на частоте 0,35 МГц, а другой — на частоте 1,85 МГц. Оба они выходят за пределы полосы пропускания фильтра ПЧ, поэтому единственный сигнал, проходящий через ПЧ, — это сигнал на частоте 1,0 МГц.

Основной принцип работы супергетеродинного радиоприемника
с использованием смесителя для преобразования частоты входящего сигнала

. Если частоту гетеродина поднять на 0,1 МГц до 0,85 МГц, то сигнал на частоте 1,1 МГц даст сигнал на частоте 0,25 МГц. и еще один на 1,95 МГц. В результате сигнал на частоте 1,1 МГц, дающий после микширования сигнал на частоте 0,25 МГц, будет проходить через фильтр. Сигнал на частоте 1,0 МГц приведет к возникновению сигнала на частоте 0,15 МГц на ПЧ и еще одного сигнала на частоте 1,85 МГц, и оба они будут отклонены. Таким образом, приемник действует как фильтр с переменной частотой, а настройка осуществляется путем изменения частоты гетеродина в супергетеродинном или супергетеродинном приемнике.

Преимущество супергетеродинного процесса радиосвязи заключается в том, что можно использовать очень избирательные фильтры с фиксированной частотой, которые значительно превосходят любые фильтры с переменной частотой. Они также обычно имеют более низкую частоту, чем входящий сигнал, и опять же это позволяет повысить их производительность и снизить затраты.

Дополнительные возможности и принципы супергетеродина

В то время как основная теория супергетеродинного радиоприемника сосредоточена вокруг процесса микширования с переменным гетеродином, радио также содержит ряд других схемных блоков. Они обеспечивают дополнительные функции, которые необходимы для всего радио, будь то прием широковещательных передач, двусторонняя радиосвязь или что-то еще.

Добавлен ВЧ-усилитель и настройка для выбора правильного входного сигнала и подавления изображения, а также добавлены демодуляторы в соответствии с тем, какие сигналы необходимо обнаружить приемнику.

Блок-схема базового супергетеродинного приемника

Теория и концепция супергетеродинного радио основываются на идее микширования сигнала в нелинейном умножителе или смесителе для изменения частоты входящей частоты до более низкой промежуточной частоты, где имеется фиксированная усилитель частоты и фильтр. При изменении частоты гетеродина изменяется частота принимаемых сигналов.

Концепция и теория просты, хотя реальная конструкция радиочастотной схемы может быть требовательной, если необходимо получить максимальную производительность.

Другие основные темы радио:
Радиосигналы Типы и методы модуляции Амплитудная модуляция Модуляция частоты OFDM ВЧ микширование Петли фазовой автоподстройки частоты Синтезаторы частоты Пассивная интермодуляция ВЧ аттенюаторы ВЧ-фильтры РЧ циркулятор Типы радиоприемников Суперхет радио Избирательность приемника Чувствительность приемника Приемник с сильным сигналом Динамический диапазон приемника
Вернуться в меню тем радио. . .

Принцип гетеродина и супергетеродинный приемник

Во время Первой мировой войны Эдвин Ховард Армстронг изобрел супергетеродинный приемник в качестве альтернативы приемникам с настроенной радиочастотой (TRF), которые перемещали настраиваемый фильтр на нужный сигнал. Его целью было преодолеть их ограничения в отношении избирательности и чувствительности. Чтобы понять принцип работы гетеродинного приемника, крайне важно наглядное изображение. Хотя это в целом верно для всех концепций, существуют определенные проблемы спектрального преобразования в архитектуре приемников, которые требуют красивых и четких рисунков. Вот как я поступаю ниже.

Принцип гетеродина

Вместо использования перестраиваемого полосового фильтра, сдвинутого на частоту сигнала, концепция гетеродина Rx заключается в разработке перестраиваемого гетеродина (LO), работающего на частоте $ F _ {\ text {LO}} $, который перемещает сигнал на фиксированный полосовой фильтр, как показано на рисунке ниже. Этот фильтр работает на определенной частоте, известной как промежуточная частота (ПЧ).

Итак, что именно мы здесь получили?

Преимущество такого подхода заключается в том, что независимо от выбранного канала большая часть операций усиления и фильтрации выполняется на фиксированной промежуточной частоте, где сравнительно легче проектировать усилители и фильтры с высоким коэффициентом усиления, демонстрирующие резкие переходные полосы пропускания.

Теперь мы понимаем эту идею через спектры сигнала и интерференции.

Преобразование с повышением частоты на стороне передачи

Отправной точкой является спектр реальной синусоиды $\cos 2\pi F_C t$ на несущей частоте $F_C$. Этот спектр состоит из двух импульсов, один при $+F_C$, а другой при $-F_C$, как описано здесь. В точке Tx эта синусоида смешивается (т.е. перемножается) с модулированным сигналом $v(t)$ как
\begin{equation*}
s(t) = v(t)\cdot \cos 2\pi F_C t
\end{уравнение*}

Спектр модулированного сигнала $v(t)$ обозначается как $V(F)$. Теперь умножение во временной области — это свертка в частотной области. Таким образом, в частотной области происходит свертка между этими двумя спектральными импульсами (вытекающими из косинуса) и спектром $V(F)$ модулированного сигнала. В результате этой свертки $V(F)$ смещается к двум частотам, а именно к $\pm F_C$, в результате чего получается сигнал полосы пропускания $S(F)$.
\begin{equation*}
S(F) = \frac{1}{2} \left[S(F+F_C) + S(F-F_C)\right]
\end{equation*}

Этот результирующий сигнал показан в первой строке рисунка ниже.

Давайте посмотрим, что происходит на стороне Rx.

Преобразование с понижением частоты на стороне Rx

На стороне Rx $S(F)$ смешивается с настраиваемым гетеродином с синусоидой $\cos 2\pi F_{\text{LO}} t$ на частоте $F_{ \text{LO}}$.
\begin{equation*}
x(t) = s(t)\cdot \cos 2\pi F_{\text{LO}} t = v(t) \cdot \cos 2\pi F_C t \cdot \ cos 2\pi F_{\text{LO}} t
\end{уравнение*}

Используя тождество $2\cos A\cos B$ $=$ $\cos (A+B)$ $+$ $\cos (A-B)$, эти две результирующие действительные синусоиды в Rx во временной области подразумевают четыре импульса в частотной области. Свертка повторяется снова, на этот раз создавая копии $V(F)$ на следующих четырех частотах.
\begin{equation}
\begin{aligned} \label{eqNoTitleFCflo}
+F_C +F_{\text{LO}} &\qquad -F_C -F_{\text{LO}}\\
+F_C -F_ {\text{LO}} &\qquad -F_C +F_{\text{LO}}
\end{выровнено}
\end{уравнение}

Этот принцип спектральных трансляций посредством свертки с $F_{\text{LO}}$ показан на рисунке выше. Поскольку полосовой фильтр в Rx расположен на промежуточной частоте (ПЧ), одна из приведенных выше спектральных копий должна приходиться на ту же частоту. Предполагая, что эта копия $F_C-F_{\text{LO}}$ из четырех, показанных на этом рисунке, сигнал преобразуется с понижением частоты в ПЧ, равную
\begin{equation*}
F_{\text{IF} } = +F_C – F_{\text{LO}}
\end{уравнение*}

Для фиксированного $F_{\text{IF}}$ и переменной $F_{\text{LO}}$ мы можем захватить любой канал, настроив $F_{\text{LO}}$ в соответствии с приведенным выше соотношением.

\begin{equation}\label{eqNoTitleFLO}
F_{\text{LO}} = F_C -F_{\text{IF}}
\end{equation}

Поскольку $F_{\text{LO}} $ $$ $F_C$. Далее мы исследуем проблему частоты изображения в гетеродинном Rx.

Частота изображения

Объясняя принцип супергетеродина на приведенном выше рисунке, мы сделали предположение, что весь спектр состоит только из нашего полезного сигнала. На самом деле, сама концепция спектра основана на разделении пользователей в частотной области путем присвоения им разных частот, широко известном как мультиплексирование с частотным разделением (FDM). По этой причине большая часть пустого спектра здесь фактически занята другими передачами.

Этот факт оказывается вредным для приемника, работающего с реальными синусоидами, по следующей причине.

Наша спектральная трансляция выводит полезный сигнал $s(t)$ на несущей частоте $F_C$ в полосу пропускания фильтра на промежуточной частоте $F_{\text{IF}}$. Как показано на рисунке ниже, это результат свертки с импульсом в $-F_{\text{LO}}$.

Этот же перевод также приводит к $F_{\text{IF}}$ другой спектр из-за свертки с импульсом в $F_{\text{LO}}$. Из рассмотрения этого рисунка становится ясно, что спектр, мешающий полезному сигналу, исходит от частоты, расположенной на расстоянии $F_{\text{IF}}$ от $F_{\text{LO}}$. Чтобы понять этот момент, измерьте разницу частот между $F_C$ и $F_{\text{LO}}$, а затем между $F_{\text{LO}}$ и $F_{\text{image}}$ в приведенный выше рисунок.

Приведенный выше факт помогает нам рассчитать положение частоты изображения $F_{\text{image}}$ для инжекции в нижнюю сторону как

\begin{equation}\label{eqNoTitleFimage}
F_{\text{image} } = F_C -2F_{\text{IF}}
\end{equation}

Интуитивно это соотношение имеет смысл, поскольку с учетом сложения и вычитания синусоидальных частот $F_{\text{IF}}$ равно достигается с одной стороны сигналом на частоте $F_C$, а с другой стороны сигналом с разницей частот в $F_{\text{IF}}$, как показано в верхней части рисунка выше. Как только частота изображения находится в микшере, ее невозможно удалить, поскольку теперь она гетеродинируется в тот же диапазон ПЧ, что и желаемая станция.

Архитектура супергетеродина

Супергетеродин Rx решает проблему частоты изображения, вставляя фильтр подавления изображения (IR) перед микшером. Это приводит к супергетеродинной архитектуре Rx, показанной на рисунке ниже.

Работа супергетеродинного приемника состоит из следующих этапов.

ВЧ-фильтр предварительной селекции служит для удаления внеполосной энергии сигнала, а также для частичного подавления сигнала, расположенного на частоте изображения.
Затем сигнал усиливается малошумящим усилителем (МШУ).
Затем сигнал частоты изображения очищается фильтром подавления изображения (IR). Является ли ИК-фильтр фиксированным или настраиваемым, зависит от диапазона полезных сигналов, который определяет, где расположены частоты изображения. В любом случае требования к ИК-фильтру намного мягче, чем к TRF Rx, поскольку его единственная цель — отфильтровать сигнал изображения (в отличие от фильтрации всего вокруг желаемого диапазона), а частоты изображения лежат далеко от центральной частоты. . Это приводит к большой полосе пропускания и низкой стоимости ИК-фильтра.
Сигнал на выходе ИК-фильтра умножается или смешивается с выходным сигналом перестраиваемого гетеродина (LO) для преобразования желаемого диапазона с понижением частоты в фиксированную промежуточную частоту (ПЧ).
В конце концов выходной сигнал может быть смещен непосредственно в полосу модулирующих частот отсюда или далее преобразован с понижением частоты в более низкие ПЧ перед окончательной демодуляцией. Если используется другой этап преобразования с понижением частоты, такая архитектура известна как приемник с двойной ПЧ.

На данном этапе необходимо просмотреть выходные сигналы на различных этапах этого процесса, чтобы получить представление о конструкции ИК-фильтра. Это показано на рисунке ниже, на котором особое внимание уделяется разнице между переходными полосами ИК-фильтра и фиксированного BPF.

Мы видели в уравнении (\ref{eqNoTitleFimage}), что полезный сигнал и сигнал изображения разделены удвоенной ПЧ.

Вспоминая, что большая полоса пропускания накладывает более ослабляющие ограничения на фильтр, привлекательно выбрать высокую ПЧ, чтобы частотный интервал между полезным сигналом и сигналом изображения был как можно больше. Это показано верхними стрелками и широким ИК-фильтром на рисунке выше.
С другой стороны, низкая ПЧ позволяет использовать высококачественные фильтры выбора канала с лучшей селективностью или подавлением внеполосных помех.

Следовательно, выбор ПЧ зависит от компромисса между отклонением изображения и качеством выбора канала. Поскольку изображение падает прямо на предполагаемый канал, это ухудшает чувствительность Rx. Затем это приводит к более привычному компромиссу между чувствительностью и избирательностью в коммуникационном приемнике.

На протяжении многих лет гетеродинная архитектура широко использовалась в коммуникационных приемниках из-за ее хороших характеристик, достигаемых за счет достижения баланса в упомянутых выше компромиссах.