Супергетеродин схема. Супергетеродинный радиоприемник: принцип работы, схема и особенности конструкции

На схеме показаны основные функциональные блоки супергетеродинного приемника и их взаимосвязь. Сигнал проходит последовательно через все блоки, а гетеродин подключен к смесителю для преобразования частоты.

Выбор промежуточной частоты

Выбор значения промежуточной частоты — важный этап проектирования супергетеродинного приемника. От этого зависят его основные характеристики.

Типичные значения ПЧ для разных диапазонов:

• Длинные и средние волны: 450-465 кГц
• Короткие волны: 455 кГц или 10.7 МГц
• УКВ: 10.7 МГц

При выборе ПЧ учитывают следующие факторы:

• Чем выше ПЧ, тем лучше подавление зеркального канала
• Чем ниже ПЧ, тем проще получить хорошую избирательность
• ПЧ не должна попадать в рабочий диапазон приемника

Особенности гетеродина супергетеродинного приемника

Гетеродин — важнейший узел супергетеродина, определяющий его стабильность и точность настройки. Основные требования к гетеродину:

• Высокая стабильность частоты
• Малый уровень фазовых шумов
• Синхронная перестройка с входным контуром
• Минимальное просачивание сигнала гетеродина в антенну

В простых приемниках в качестве гетеродина часто используется LC-генератор. В более качественных конструкциях применяют кварцевые или синтезаторные гетеродины на основе ФАПЧ.

Проблема зеркального канала

Зеркальный канал — один из основных недостатков супергетеродинной схемы. Он возникает из-за того, что разностная частота образуется при смешении сигнала гетеродина как с частотой ниже, так и выше частоты гетеродина.

Для подавления зеркального канала используют следующие методы:

• Качественная предварительная селекция во входных цепях
• Выбор более высокой ПЧ
• Применение двойного преобразования частоты

Автоматическая регулировка усиления (АРУ)

АРУ позволяет расширить динамический диапазон приемника, поддерживая постоянный уровень сигнала на выходе УПЧ при изменении уровня входного сигнала в широких пределах.

Основные типы АРУ:

• Простая АРУ — регулирует усиление только УПЧ
• Усиленная АРУ — воздействует также на входные каскады
• Задержанная АРУ — начинает работать при превышении определенного уровня сигнала

АРУ особенно важна при приеме SSB и CW сигналов, а также для компенсации федингов при дальнем приеме.

Заключение

Супергетеродинная схема остается основной для большинства современных радиоприемников благодаря своим преимуществам. При грамотном проектировании она позволяет создавать приемники с высокой чувствительностью и избирательностью. Освоение принципов работы супергетеродина — важный этап для любого радиолюбителя-конструктора.

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.

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.

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.

Супергетеродинный приемник на диапазон 40 метров

Недавно мы познакомились с устройством приемника прямого преобразования. Хоть приемник и работает, он имеет ряд недостатков, некоторые из которых не так-то просто исправить. Поэтому большинство современных приемников являются супергетеродинами. Давайте же рассмотрим устройство таких приемников на конкретном примере.

Примечание: Для повторения проекта не требуется какое-либо сложное оборудование. Вполне достаточно мультиметра и RTL-SDR v3. Все использованные компоненты просто работали с первого раза и не требовали настройки.

Демонстрационный приемник диапазона 40 метров был изготовлен в таком виде:

Приемник состоит из модулей с разъемами SMA. Модули крепятся к небольшой дощечке при помощи каптона (термоскотча) и соединяются коаксиальными кабелями. Схему аналоговой части вы можете скачать здесь [PDF], а исходники прошивки для микроконтроллера — здесь.

Структурная схема приемника такова:

Цифры над компонентами схемы — это соответствующее им усиление или вносимые потери. Цифры приблизительные. Так вносимые потери полосового фильтра на диапазон 40 метров составляют не более 3 дБ. Но вносимые потери кварцевого фильтра могут оказаться и намного больше 3 дБ, например, если вы решите использовать узкополосный фильтр для приема телеграфа.

Использованные компоненты были рассмотрены в предыдущих статьях:

За всеми деталями я вынужден направить вас к этим статьям, поскольку коротко пересказать их не представляется возможным. Далее будут рассмотрены только моменты, специфичные для приемника.

VFO и BFO генерируются при помощи Si5351 под управлением микроконтроллера STM32F103. Вывод информации осуществляется на TFT-дисплей на базе ST7735. Из доступных пользователю элементов управления — только роторный энкодер. Еще четыре кнопки, который можно заметить на фото, не используются.

Важно! Чтобы МК стабильно запускался при подаче питания, используйте формирователь сброса вроде MCP100-315DI. Данный формирователь в корпусе TO-92 имеет порядок пинов RST, Vcc, GND. Его можно припаять прямо к Blue Pill.

Пройдемся по структурной схеме слева направо. Сигнал с антенны проходит через полосовой фильтр. Он пропускает только диапазон 40 метров. При помощи первого смесителя интересующий сигнал переносится на фиксированную промежуточную частоту (ПЧ), в качестве которой были выбраны 12 МГц. За смесителем стоит буфер в виде усилителя и аттенюатора 6 дБ, как было описано в заметке про усилители с обратной связью.

На ПЧ происходит следующее. Кварцевый полосовой фильтр с полосой 2.5 кГц выделяет интересующий SSB-сигнал. Отфильтрованный сигнал проходит через каскад из двух усилителей с обратной связью. На частоте 12 МГц каждый из усилителей дает примерно +18 дБ, или в сумме +36 дБ.

Затем при помощи второго смесителя сигнал переносится на низкие частоты. Здесь он проходит через УНЧ и попадает в наушники или динамик. Между смесителем и УНЧ был поставлен простой диплексер. Ниже он будет рассмотрен чуть подробнее.

Fun fact! В наши дни нередко встречаются супергетеродинные приемники с двумя и тремя преобразованиями ПЧ. В рассматриваемом приемнике ПЧ только одна.

Некоторые модули на фото были сделаны новым для меня способом — на односторонних макетных платах из гетинакса (veroboard):

Макетки из гетинакса дешевы и легко режутся. Непрерывные дорожки быстро делятся на островки при помощи шуруповерта и сверла 3 мм. Далее компоненты припаиваются к островкам напрямую (не через отверстия), как в обычном ugly construction / manhattan style методе. Заранее продумав размещение компонентов за листом бумаги в клетку, можно небольшими усилиями получить аккуратные и компактные платы под сравнительно сложные схемы. Такой способ я подсмотрел у радиолюбителя-конструктора Charlie Morris, ZL2CTM из Новой Зеландии.

Дополнение: Позже был выявлен и недостаток данной техники. При перепаивании у модулей могут отслаиваться дорожки.

Смесители претерпели некоторые изменения:

Во-первых, были использованы ферритовые кольца FT37-43. Они дешевле использованных в прошлый раз FT50-43, и справляются с задачей ничем не хуже. Во-вторых, диоды были заменены на BAT41. Это просто самые дешевые диоды Шоттки, что я смог найти. В смесителе они работают неотличимо от 1N5818. В-третьих, диоды на этот раз подбирались по одинаковому падению напряжения. И в-четвертых, в схему был добавлен потенциометр RV1 на 50 Ом. С его помощью можно полностью избавиться от протекания LO на порт IF. Однако это работает только на одной частоте. Чем больше LO отличается от частоты, на которой производилась настройка, тем больше сигнала протекает.

И для полноты картины рассмотрим доработанный УНЧ:

R23-C27 представляет собой RC-фильтр с полосой 2.8 кГц по уровню -3 дБ. Вместе c R22 и С26 образуется диплексер. На частоте 3 кГц конденсатор С26 емкостью 10 нФ имеет импеданс 5.3 кОм и ток в него течет небольшой. Однако на высоких частотах импеданс конденсатора составляет менее 1 Ом. При этом RC-фильтр имеет высокий входной импеданс. Как результат, почти вся энергия оседает на резисторе R22. Аттенюация сигналов 1-30 МГц данной схемы составляет 47+ dB, а КСВ не превышает 1.4.

Также был добавлен фильтр R24-C28. Он не допускает затекания в УНЧ высокочастотных сигналов по шине питания. Без этого фильтра я наблюдал, как LM386 из усилителя превращается в генератор, если питать его от импульсного блока питания.

Прочие компоненты приемника такие же, как в посвященных им статьям, без изменений.

В эфире слышны как очень тихие радиостанции, так и очень громкие. Ночью приемник не испытывает проблем из-за вещательных AM-радиостанций. Чувствительность приемника, измеренная при помощи генератора сигналов и аттенюаторов, оказалась -120..-126 dBm, смотря что вы называете разборчивым аудио-сигналом. Также приемник нормально переваривает сигналы с уровнем S9+60 (-13 dBm) и больше. Хотя при уровне выше S9+40 сигнал RF на втором смесителе приближается к уровню LO. При уровне выше S9+55 мы приближаемся к точке компрессии второй ступени усилителя ПЧ. Приемнику не помешал бы отключаемый аттенюатор, поскольку обе ситуации не являются штатными. Потребление тока составило ~150 мА, из которых половина приходится на цифровую часть.

Конечно, не обошлось без нескольких дефектов. Во-первых, АЧХ кварцевого фильтра могла бы быть более крутой. Приемник продолжает принимать обрывки сигнала от мощных радиостанций при отстройке от них на 3 кГц выше или ниже. Не удивительно, что бывалые конструкторы используют в своих фильтрах до 8-и кварцев. Во-вторых, цифровая часть приемника немного излучает на КВ. Между цифровой частью и аналоговой следовало бы добавить хорошее экранирование. И в-третих, для получения напряжения 3.3 В из 12 В был использован AMS1117. Стабилизатор справляется со своей задачей, но заметно греется. Стоит заменить его на какой-нибудь LD1117V33 в корпусе TO-220.

Проблема зеркального канала (image frequency), с которой мы сталкивались в ППП, просто и надежно решается в супергетеродине при помощи кварцевых фильтров. Существуют методы подавления зеркального канала и для ППП. Но для достижения сопоставимого результата сложность этих методов такова, что на практике проще сделать супергетеродин. Другое преимущество супергетеродина в том, что основное усиление сигнала может быть сделано на ПЧ после выделения только нужной станции. ППП усиливает либо все станции одновременно на ВЧ, и имеет сопутствующие проблемы с интермодуляцией, либо делает усиление на НЧ, где вместе с полезным сигналом усиливает шум от бытовой техники и наводки от сети 220 В.

Минусы супергетеродина по сравнению с ППП следующие. Во-первых, супергетеродин сложнее, а значит дороже, тяжелее, занимает больший объем и потребляет больше электроэнергии. Во-вторых, приглядевшись к структурной схеме, мы понимаем, что сигнал проходит через большее число компонентов, имеющих ощутимые вносимые потери. При прочих равных супергетеродину требуется больше усилителей, каждый со своим вносимым шумом. При желании можно найти и другие плюсы-минусы, но названные видятся мне основными.

Дополнение: Самодельный SSB-трансивер на диапазон 40 метров

Метки: STM32, Беспроводная связь, Любительское радио, Электроника.

Схема супергетеродинного приемника на транзисторах с однотактным выходом

Схема супергетеродинного приемника на шести транзисторах и одном полупроводниковом диоде, предназначенного для приема радиостанций, работающих в диапазоне длинных волн (750— 2000 м).

Прием осуществляется на внутреннюю магнитную антенну. Настройка в пределах диапазона плавная. Промежуточная частота 465 кгц. Чувствительность 2— 2,5 мв/м, избирательность по соседнему каналу около 15 дб, номинальная выходная мощность 25— 30 мвт.

Принципиальная схема

Преобразователь частоты приемника содержит смеситель на транзисторе Т1 и гетеродин на транзисторе Т2. Гетеродин выполнен но схеме с индуктивной обратной связью.

Высокочастотный сигнал принятой радиостанции поступает на базу транзистора Т1, а высокочастотное напряжение местного гетеродина подается на его эмиттер. Нагрузкой смесителя по промежуточной частоте служит контур L5С11, настроенный на частоту 465 кгц, включенный в коллекторную цепь транзистора Т1.

Усилитель промежуточной частоты на транзисторах Т3 и Т4 двухкаскадный с нагрузками в виде одиночных резонансных контуров L7C12 и L9C15, также настроенных на частоту 465 кгц. В детекторе работает диод Ду.

Рис.1. Схема шеститранзисторного ДВ супергетеродина с однотактным выходным каскадом НЧ.

Управляющее напряжение автоматической регулировки усиления снимается с нагрузки детектора (сопротивления R12) и подается на базу транзистора Т3 В усилителе НЧ работают транзисторы Т5 и Т6. Выходной каскад, собранный на транзисторе Т6, нагружен на сопротивление катушки громкоговорителя Гр.

Схема приемника содержит элементы стабилизации режимов работы транзисторов Т3—Т6. В качестве источника питания используется батарея напряжением 4,5 в. Средний потребляемый ток около 15 ма.

Детали

Для сборки приемника приобретают следующие стандартные радиодетали:

• ферритовый сердечник для магнитной антенны МА прямоугольного сечения длиной 120 мм, шириной 16 мм и толщиной 3— 4 мм,
• унифицированный пластмассовый каркас диаметром 7,5 мм с ферритовым подстроечным сердечником, необходимый для катушек гетеродина, который обычно используется в промышленных карманных приемниках;
• три ферритовых горшкообразных сердечника с наружным диаметром 8 мм и высотой чашки 4 мм;
• сдвоенный блок конденсаторов переменной емкости, предназначенный для карманных приемников;
• постоянные конденсаторы емкостью до 330 пф типа КТМ, КСО-1, емкостью до 0,05 мкф типа КМ, КЛС, БМ, МБМ;
• электролитические конденсаторы типа ЭМ, ЭМ-М;
• подстроечные конденсаторы типа КПК-М;
• переменное миниатюрное сопротивление любого типа;
• постоянные сопротивления типа УЛМ или МЛТ-0,5;
• транзисторы для высокочастотных каскадов типа П401.

Значительно лучшие результаты можно получить, если вместо них применить транзисторы типа П402, П403 или П403А. В низкочастотных каскадах можно использовать транзисторы типа П13, П14, П15, П16 с любым буквенным индексом; диод для детектора любой из серий Д1, Д2 и Д9.

В качестве громкоговорителя используется капсюль-микротелефон типа ДЭМ-4м. Питание приемника осуществляется от батареи напряжением 4,5 в, составленной из трех сухих миниатюрных элементов типа ФБС-0,25 (1,3-ФМЦ-0,25).

Самодельными деталями являются контурные катушки. Антенную катушку Lj и катушку связи L2 наматывают проводом ПЭЛ или ПЭВ 0,12—  0,15 на подвижной бумажной гильзе, надеваемой на ферритовый сердечник. Намотку производят внавал, длина намотки 25— 30 мм.

Первая катушка должна содержать 230 — 240 витков, а вторая 18-20 витков. Гетеродинные катушки L3 и L4 наматывают проводом диаметром 0,1 мм.

Первая должна иметь 210— 220 витков с отводом от 150-го витка, считая со стороны верхнего по схеме вывода, а вторая 26 витков с отводом от 8-го витка, считая со стороны вывода, соединенного с эмиттером транзистора Т2. Для намотки катушек фильтров промежуточной частоты используют провод такой же марки.

Контурные катушки L5, L7 и L9 должны содержать по 155 витков с отводом от 110-го витка (для L7, L9), считая со стороны выводов, соединенных с колаекторами соответствующих транзисторов, а катушки связи L6, L8, L10 — 7, 10 и 30 витков соответственно.

Намотку выполняют внавал, причем витки контурных катушек распределяют равномерно во всех секциях каркаса, а катушек связи лишь в одной верхней секции. Катушки фильтров помещают в экраны.

Самодельные катушки можно заменить готовыми от какого-либо промышленного карманного приемника.

Налаживание

Сначала необходимо установить режимы работы транзисторов Т1— Т6 по постоянному току. Делают это путем подбора номиналов сопротивлений R1, R3, R7, R10, R15 и R17.

Коллекторный ток транзистора Т1 устанавливают равным 0,3— 0,5 ма, Т2 — 0,7— 1 ма, Т3 — 0,7—1 ма, Т4— 1,2—1,5 ма, Т5 — 0,5— 0,6 ма и транзистора Т6 — 8—10 ма.

Затем подстроечные сердечники катушек ставят в среднее положение, проверяют работоспособность приемника и уточняют границы рабочего диапазона.

В низкочастотной части диапазона подстройку осуществляют вращением сердечников гетеродинной L3 и входной L катушек, в высокочастотной части — полупеременными конденсаторами С1 и С8. Окончательную настройку производят после сборки приемника на основной монтажной плате.

Общие замечания

При монтаже необходимо соблюдать подобранную на монтажной плате полярность включения катушек фильтров промежуточной частоты, в противном случае приемник может самовозбудиться.

Для улучшения качества звучания вместо электромагнитного громкоговорителя можно применить электродинамический, включив его через выходной трансформатор.

Источник: М. Румянцев — 50 схем карманных приемников.

Приемник — супергетеродин на двух микросхемах

Принципиальная схема достаточно компактного приемника, чувствительность которого не хуже 3—5 мкВ. При желании, добавлением УРЧ, аналогичного использованному в предыдущем параграфе, ее можно довести до 1 мкВ. Приемник выгодно отличается от предыдущего значительно меньшим количеством катушек индуктивности.

Входной сигнал селектируется контуром C2L1, настроенным на частоту используемого передатчика. Катушка связи L2 обеспечивает согласование контура с симметричным входом микросхемы, содержащей в себе смеситель и гетеродин, частота которого стабилизирована кварцем ZQ1.

Промежуточная частота селектируется керамическим фильтром ZQ2 и поступает на вход микросхемы DA2, содержащей в своем составе УПЧ, детектор и цепи АРУ. Низкочастотный сигнал с выхода детектора (выводе 9 DA2) подается на компаратор, реализованный на транзисторе VT1. Полярность выходных импульсов отрицательна!

Детали и конструкция

Катушки LI, L2 содержат 9 и 3 витка соответственно и намотаны на одном каркасе диаметром 5—7 мм с подстроечным резьбовым сердечником М4 из карбонильного железа. DA1 можно заменить на К174ПС4. Транзистор VT1— любой кремниевый маломощный обратной проводимости. Фильтр ZQ2— типа ФП1П-61,01 или ему аналогичный. Можно использовать и импортные на 455 кГц, если применить пару кварцев с соответствующей разницей частот.

Печатная плата приемника двухсторонняя. Фольга со стороны деталей используется в качестве общего провода.

Настройка

Настройка производится по сигналу собственного передатчика, включенного в режим непрерывного излучения. К приемнику должна быть подключена штатная антенна, поскольку ее емкость влияет на настройку входного контура. Контролируя напряжение промежуточной частоты на правом выводе фильтра ZQ2, необходимо добиться его максимума вращением сердечника катушки L1. Переключив осциллограф на выход приемника (база транзистора), потенциометром R6 установить максимальный коэффициент усиления. Передатчик при этом желательно отнести на как можно большее расстояние или уменьшить его мощность излучения, накрыв заземленным ведром. Компаратор настройки не требует. При использовании транзистора другого типа может понадобиться подбор величины резистора R10 по пропаданию хаотических импульсов на выходе, образованных собственными шумами приемника. Подбор производится при отсутствии входного сигнала.

Вариант принципиальной схемы

В приемнике можно использовать и микросхему КР548ХА1, включив ее по стандартной схеме. Такой вариант УПЧ приведен на рис. 5.42. К выходу схемы в этом случае необходимо подключить компаратор из раздела 5.3.3. Печатная плата, очевидно, потребует коррекции.

Днищенко В. А.  500 схем для радиолюбителей. Дистанционное управление моделями. СПб.: Наука и техника, 2007. — 464 е.: ил.

Любительский КВ приемник-супергетеродин Полякова (160м)

Более десяти лет назад в журнале «Радио» было опубликовано описание приемника коротковолновика-наблюдателя [1-4], выполненного по супергетеродинной схеме на широкодоступных деталях. Многие радиолюбители начали свой путь в эфир с его постройки.

Сегодня, когда радиоспортсмены получили новый диапазон — 160 м, а также стали более доступными многие совершенные радиодетали, автор предлагает читателям новую разработку приемника, рассчитанного на работу именно в этом диапазоне.

Структурная схема приемника не изменилась-это тоже супергетеродин с одним преобразованием частоты н детектором смесительного типа. Но благодаря использованию полевых транзисторов и электромеханического фильтра (ЭМФ) в тракте приема в работе он практически ие уступает более сложным приемникам современных любительских радиостанций.

Чувствительность составляет единицы микровольт, что на диапазоне 160 м достаточно для приема весьма удаленных радиостанций, а селективность определяется ЭМФ и достигает 60…70 дБ при расстройке на 3 кГц выше или ниже полосы пропускания. Реальная же селективность (способность приемника противостоять помехам от мощных радиостанций, частота которых может и не совпадать с частотой настройки приемника) значительно повышена благодаря применению в смесителе двухзатворного полевого транзистора с линейными характеристиками.

Принципиальная схема

Разберем устройство и работу приемника по его принципиальной схеме, приведенной на рис. 1. Приемник состоит из смесителя на транзисторе VТ1, первого гетеродина на транзисторе VT2, усилителя промежуточной частоты (УПЧ) на транзисторе VТ3 и микросхеме DA1, детектора смесительного типа на транзисторе VТ4, второго гетеродина на транзисторе VТ5, усилителя звуковой частоты (УЗЧ) на микросхеме DA2 и транзисторах VТ6, VТ7.

Входной сигнал любительского диапазона 160 м (полоса частот 1830…1930 кГц) поступает от антенны (ее подключают в гнездо XS1 или XS2) на входной двухконтурный полосовой фильтр, образованный катушками индуктивности LI, L2 и конденсаторами С3, С2, С4. Для подключения высокоомной антенны в виде отрезка провода длиной значительно меньше четверти длины волны служит гнездо XS1, соединенное с первым контуром (L1C3) входного фильтра через конденсатор С1.

Рис. 1. Принципиальная схема любительского КВ приемника Полякова (часть 1).

Низкоомную антенну (четвертьволновый «луч» длиной около 40 м, диполь или «дельта» с фидером из коаксиального кабеля) подключают через гнездо XS2 к отводу контурной катушки L1. Противовес, заземление или оплетку фидера антенны подключают к гнезду XS3, соединенному с общим проводом приемника.

Способ подключения каждой антенны подбирают экспериментально по максимальной громкости и качеству приема. При смене антенн может понадобиться некоторая подстройка контура L1C3.

Двухконтурный входной фильтр обеспечивает хорошую избирательность по зеркальному каналу приема, а также практически устранит перекрестные помехи, от мощных средневолновых радиовещательных станций. Выделенный фильтром сигнал подается на первый затвор полевого транзистора VT1.

На второй его затвор поступает через конденсатор С5 напряжение гетеродина. Делитель R1R2 задает необходимое напряжение смещения на этом затворе. Сигнал промежуточной частоты (500 кГц), являющийся разностью частот гетеродина и сигнала, выделяется в цепи стока смесителя контуром, образованным индуктивностью обмотки ЭМФ-Z1 и конденсатором С9.

Первый гетеродин приемника выполнен по схеме индуктивной трехточки на транзисторе VT2. Контур гетеродина составлен из катушки индуктивности L3 и конденсатора С7. Частоту гетеродина можно перестраивать в диапазоне 2330…2430 кГц конденсатором переменной емкости С6.

Резисторы R4 и R5 определяют режим работы транзистора по постоянному току. Развязывающие цепочки R3C10 и R5C13 защищают общую цепь питания от попадания в ‘нее сигналов гетеродина и промежуточной частоты.

Основную селекцию сигналов в приемнике выполняет ЭМФ Z1 с полосой пропускания 3 кГц. С его выходной обмотки, настроенной конденсатором С11 в резонанс на промежуточную частоту, сигнал поступает на усилитель ПЧ. Он выполнен на полевом транзисторе VТЗ и микросхеме (каскодном усилителе) DA1.

Общее усиление получается достаточно большим, и для выбора его оптимального значения в цепь истока транзистора VТЗ включен регулятор — подстроечный резистор R8. При увеличении его сопротивления уменьшается ток через транзистор, а с ним и крутизна переходной характеристики. Одновременно возрастает отрицательная обратная связь, и усиление уменьшается.

Высокое входное сопротивление первого каскада УПЧ на полевом транзисторе позволило получить минимально возможное затухание сигнала в ЭМФ основной селекции.

Чтобы избежать перегрузки УПЧ сильными сигналами, применена простейшая цепь автоматической регулировки усиления (АРУ). Напряжение ПЧ с выходного контура L4C17 подается через конденсатор связи С16 на параллельный диодный детектор (диод VD1).

Продетектированное напряжение отрицательной полярности поступает через сглаживающую цепочку R7C12 на затвор транзистора VТЗ и подзакрывает его, уменьшая тем самым усиление. Время срабатывания системы АРУ определяется постоянной времени R7C12, а время отпускания — постоянной времени R6C12 и составляет соответственно 10 и 50 мс.

Усиленный сигнал ПЧ с контура L4C17 поступает через катушку связи L5 на детектор, выполненный на полевом транзисторе VТ4. Сигнал второго гетеродина частотой около 500 кГц поступает на затвор этого транзистора через цепочку C18R12, создающую необходимое отрицательное напряжение смещения благодаря детектированию напряжения гетеродина р-п переходом затвора транзистора.

Положительные полуволны напряжения гетеродина открывают транзистор, и сопротивление его канала (промежутка исток — сток) становится малым. Отрицательные полуволны закрывают транзистор, и сопротивление канала резко возрастает. Таким образом транзистор работает в режиме управляемого активного сопротивления.

В цепи его канала образуется ток биений со звуковыми частотами, равными разности частот сигнала и гетеродина. Спектр однополосного сигнала переносится с ПЧ в область звуковых частот. Сигнал 34, сглаженный конденсатором С21, поступает на регулятор громкости R11, а с движка его — на усилитель ЗЧ.

Второй гетеродин приемника выполнен на транзисторе VТ5 по такой же схеме, что и первый. Нередко в подобных приемниках во втором гетеродине используют кварцевый резонатор на 500 кГц. Это удобно, но удорожает приемник.

В то же время стабильность частоты обычного LC генератора на данной частоте оказывается вполне достаточной по сравнению с кварцевой. Кроме того, появляется возможность использовать широкий ассортимент ЭМФ и подстроить второй гетеродин под любой из них.

Усилитель 34 выполнен на микросхеме DA2 (двухкаскадный усилитель напряжения) и транзисторах VТ6, VТ7 (составной эмиттерный повторитель). Цепочка R13C23 на входе УЗЧ служит для подавления сигнала ПЧ. Диод VD2, через который протекает коллекторный ток второго транзистора микросхемы, задает некоторое начальное смещение на базах выходных транзисторов. Это уменьшает искажения типа «ступенька».

Низкое выходное сопротивление составного эмиттер-ного повторителя позволяет подключать к приемнику как высокоомные, так и низкоомные головные телефоны и даже динамическую головку со звуковой катушкой сопротивлением не менее 4 Ом. При использовании динамической головки емкость разделительного конденсатора С27 нужно увеличить до 50…100 мкФ, чтобы избежать чрезмерного ослабления низших частот.

Детали и конструкция

Для питания приемника подойдет любой сетевой блок питания, обеспечивающий напряжение 9…І2 В при токе до 40…50 мА. Правда, такой ток приемник потребляет лишь при максимальной громкости звучания подключенной к его выходу динамической головки. В режиме же покоя или при работе на высокоомные головные телефоны приемник потребляет не более 10 мА.

Поэтому с такой нагрузкой питать приемник можно от батареи гальванических элементов или аккумуляторов общим напряжением около 9 В. В любом варианте питающее напряжение подают на гнезда XS6, XS7 в указанной на схеме полярности.

Теперь о деталях приемника и их возможной замене. Транзистор VТ1 может быть любой из серий КП306, КП350. Для некоторых из этих транзисторов может потребоваться подача небольшого положительного напряжения смещения на первый затвор.

Тогда в цепь его устанавливают разделительный конденсатор емкостью 75…200 пФ и два резистора сопротивлением 100 кОм…1 МОм по схеме, аналогичной схеме цепи второго затвора. Подбором резисторов добиваются тока стока 1…2 мА.

Для гетеродинов подойдут транзисторы КТ306, КТ312, КТ315, КТ316 с любыми буквенными индексами. Полевые транзисторы УПЧ и второго смесителя могут быть любые из серий КП303, однако при использовании транзисторов с большим напряжением отсечки (буквенные индексы Г, Д и Е) последовательно с резистором R8 в цепь истока полезно включить постоянный резистор сопротивлением 330…470 Ом, зашунтировав его конденсатором емкостью 0,01…0,1 мкФ. В этих каскадах можно также использовать транзисторы с изолированным затвором серии КП305.

Микросхема КП8УН2Б (старое обозначение К1УС182Б) заменима на К1УС222Б, а КП8УН1Д (К1УС181Д) -на К1УС221Д или другие микросхемы этих серий. В качестве выходных подойдут любые германиевые низкочастотные маломощные транзисторы соответствующей структуры. На месте VD1 и VD2 могут быть установлены маломощные германиевые диоды, например серий Д2, Д9, Д18, Д20, Д311.

Для описываемого приемника подойдет любой ЭМФ со средней частотой 460…500 кГц и полосой пропускания 2,1…3,1 кГц. Это может быть, скажем, ЭМФ-11 Д-500-3,0 или ЭМФ-9Д-500-3,0 с буквенными индексами В, Н, С , (например, ЭМФ-11 Д-500-3,ОС, использованный автором) . Буквенный индекс указывает, какую боковую полосу относительно несущей выделяет данный фильтр — верхнюю (В) или нижнюю (Н), или же частота 500 кГц приходится на середину (С) полосы пропускания фильтра. В нашем приемнике это не имеет значения, поскольку при налаживании частоту второго гетеродина устанавливают на 300 Гц ниже полосы пропускания фильтра, и в любом случае будет выделяться верхняя боковая полоса.

Возможно, у читателя возникнет вопрос: почему ЭМФ в приемнике должен выделять верхнюю боковую полосу, тогда как любительские радиостанции в диапазоне 160 м работают с излучением нижней боковой полосы? Дело в том, что при преобразовании частоты в данном приемнике спектр сигнала инвертируется, поскольку частота гетеродина установлена выше частоты сигнала, а промежуточная частота образуется как их разность.

Рис. 2. Каркас катушек индуктивности.

Для катушек индуктивности использованы готовые — каркасы с подстроечниками и экранами от контуров ПЧ малогабаритных транзисторных радиоприемников (в частности, от радиоприемника «Альпинист»). Эскиз такого каркаса приведен на рис. 2. После намотки катушки в секциях на каркас 3 надевают цилиндрический магнитопровод 2, а внутрь каркаса ввинчивают подстроечник 1. Затем эта конструкция заключается в алюминиевый экран размерами 12x12x20 мм.

Можно использовать каркасы с другим магнитопроводом и экраном. Число витков катушек в этом случае уточняют экспериментально. Например, при намотке катушек в броневых сердечниках СБ-9 число витков следует-уменьшить на 10 %.

Наматывают катушки суррогатным «литцендра-том» — четырьмя слегка скрученными проводниками ПЭЛ 0,07. Удобно использовать тот провод, которым были намотаны использованные катушки от контуров ПЧ. Лишь катушку первого гетеродина (L3)’ можно намотать одножильным проводом ПЭЛ 0,17…0,25.

При намотке витки катушек равномерно распределяют по секциям каркаса. Катушку связи L5 наматывают поверх контурной L4. Катушки входных контуров L1 и L2 содержат по 62 витка, отвод у L1 сделан от 15-го витка, считая от нижнего по схеме вывода.

Катушка L3 содержит 43 витка с отводом от 9-го витка, также считая от нижнего по схеме вывода.

Рис. 3. Включение контура ПЧ в гетеродине.

Рис. 4. Включение контура ПЧ на входе приемника.

Контур ПЧ с катушками L4 и L5 использован готовый, без переделки. Его катушка L4 содержит 86 витков провода ЛЭ 4X0,07, a L5 -15 витков одножильного провода ПЭЛШО 0,07…0,1.

Катушка второго гетеродина L6 содержит 86 витков ЛЭ 4X0,07 с отводом от 1б-го витка. Здесь можно использовать готовую катушку контура ПЧ с катушкой связи, включив их по схеме на рис. 3 (L6 контурная катушка, L6a — катушка связи).

При монтаже нужно строго соблюдать полярность подпайки выводов, иначе гетеродин не возбудится.

Если возникнут трудности с намоткой входных катушек, их можно заменить контурами ПЧ. Емкость конденсаторов вводного фильтра при этом уменьшается: С1 — до 10 пФ, С2 — до 1…1.Б пФ, С3 и С4 — до 75 пФ. Правда, фильтр при этом получится не совсем оптимальным, поскольку контура будут обладать высоким характеристическим сопротивлением, но работать приемник будет вполне удовлетворительно.

Катушка связи первого контура (L1а) используется в таком варианте для подключения низкоомной антенны (рис. 4), катушка связи второго контура не используется.

Постоянные резисторы — любого типа мощностью рассеивания 0,125 или 0,25 Вт. Регулятор громкости R11-переменный резистор СП-1, желательно с функциональной характеристикой В, а регулятор усиления (подстроечный резистор R8) — СП5-16Б либо другой малогабаритный.

Конденсатор настройки С6 — подстроечный с воздушным диэлектриком (типа КПВ), содержащий 5 статорных и 6 роторных пластин. Число пластин подобрано экспериментально для получения диапазона перестройки ровно 100 кГц. При большем диапазоне затрудняется настройка на SSB станции — ведь в приемнике нет верньера.

При отсутствии такого конденсатора можно использовать малогабаритный КПЕ транзисторного радиовещательного приемника, включив последовательно с ним «растягивающий» конденсатор емкостью 40… 50 пФ. Конечно, конденсатор настройки полезно было бы оснастить простейшим верньером с замедлением 1:3…1:10.

Постоянные конденсаторы малой емкости, используемые в высокочастотных цепях (С1 — С9, С11, С14, С16 — С20),-керамические, типа КД, КТ, КМ, КЛГ, КЛС, К10-7 или подобные. Подойдут также слюдяные опрессованные конденсаторы КСО и пленочные ПО или ПМ. Конденсатор С2 можно выполнить в виде отрезка провода ПЭЛ 0,8…

1,0 (одна обкладка) с намотанными на нем 10…15-Ю витками провода ПЭЛШО 0,25 (другая обкладка). Емкость получившегося конденсатора легко подбирать, отматывая или доматывая витки провода. После настройки витки закрепляют клеем йли лаком.

В колебательных контурах приемника, особенно гетеродинных, желательно установить конденсаторы с малым температурным коэффициентом емкости (ТКЕ) — групп ПЗЗ, М47 или М75. Остальные конденсаторы, в том числе и оксидные (электролитические), могут быть любого типа.

Рис. 5. Печатная плата приемника (вид на дорожки).

Рис. 6. Печатная плата приемника (вид на компоненты).

Следует отметить, что емкость многих конденсаторов можно изменять в широких пределах без ухудшения качества работы приемника. Так, конденсаторы С14 и С16 могут быть емкостью 500…3300 пФ, С21 и С23 — 2700… 10 000 пФ, С10, С12, С13, С15, С24 — 0,01 …0,5 мкФ. Емкость оксидных конденсаторов может отличаться в 2…3 раза от указанной на схеме.

Конденсатор С26 сравнительно большой емкости полезен при питании приемника от сильно разряженной батареи с высоким внутренним сопротивлением, а также от выпрямителя с недостаточной фильтрацией пульсирующего выпрямленного напряжения. В остальных случаях его емкость можно уменьшить до 50 мкФ.

При отсутствии необходимых деталей в приемнике могут быть некоторые изменения. Можно отказаться, например, от системы АРУ, исключив детали С16, VD1, R6, R7, С12. Нижний по схеме вывод выходной обмотки ЭМФ соединяют в этом случае с общим проводом.

Регулятор усиления по ПЧ в приемнике без АРУ лучше вынести на переднюю панель, а чтобы длинный провод к регулятору не был подвержен наводкам, на плате приемника следует установить блокировочный конденсатор, соединяющей исток транзистора VТЗ с общим проводом. Емкость его может быть 0,01…0,5 мкФ.

Рис. 6. Резак для изготовления печатной платы.

Если приемник будет работать только с высокоомными телефонами, можно исключить выходной каскад — транзисторы VТ6, VТ7 и диод VD2. Выводы 9 и 10 микросхемы DA2 в этом случае соединяют вместе и подключают к конденсатору С27, емкость которого можно уменьшить до 0,5 мкФ.

Все детали приемника, кроме гнезд, переменного резистора, конденсатора переменной емкости, смонтированы на плате (рис. 5) из одностороннего фольгированного стеклотекстолита.

Схема соединений составлена под микросхемы серии К118, но переделки не потребуется при использовании микросхем серии К122 — их гибкие выводы пропускают в имеющиеся отверстия в соответствии с цоколевкой микросхем. Для повышения стабильности работы приемника и устойчивости к самовозбуждению площадь фольги, образующей общий провод, оставлена максимальной.

Печатный монтаж можно выполнить по любой технологии- вытравить, прорезать канавки ножом или резаком. В последнем варианте удобно пользоваться специально заточенным резаком из отрезка ножовочного полотна (рис. 6).

Изолирующие канавки в фольге прорезают, часто покачивая инструмент из стороны в сторону и относительно медленно продвигая вперед. При некотором навыке плата «гравируется» таким способом довольно быстро.

Рис. 7. Чертежи шасси и крышки приемника.

При монтаже полевых транзисторов следует соблюдать меры по их защите от пробоя статическим электричеством и напряжениями наводок. Выводы транзисторов перемыкают между собой тонким гибким проводником, который удаляют после распайки выводов на плате. Корпус паяльника соединяют проводником с общим проводом платы.

Желательно использовать низковольтный паяльник, питающийся от сети через понижающий трансформатор. Непосредственно при пайке выводов транзистора VT1 вилку питания паяльника желательно вынимать из сетевой розетки.

Рис. 8. Расположение деталей на шасси КВ приемника.

Печатную плату укрепляют на шасси приемника (рис. 7), изготовленном из мягкого дюралюминия толщиной 2 мм. На передней панели (она закрыта декоративной накладкой) укреплены конденсатор переменной емкости С6, регулятор громкости R11 и гнезда XS4, XS5. Остальные гнезда, регулятор усиления R8 размещены на задней стенке шасси.

П-образная крышка шасси изготовлена из более тонкого полужесткого дюралюминия. Расположение платы и деталей на шасси показано на рис. 8, а внешний вид готового приемника — на рис. 9.

Конструкция корпуса (шасси) может быть и иной, важно лишь соблюсти следующие правила: конденсатор настройки расположить возможно ближе к катушке первого гетеродина, гнезда антенн -около входных контуров, а регулятор усиления — около транзистора VТЗ. Регулятор громкости и телефонные гнезда можно расположить в любом месте, но если длина соединительных проводников к ним составит несколько сантиметров, следует применить экранированный провод, оплетку которого соединить с общим проводом платы и с шасси.

Рис. 9. Внешний вид приемника.

Налаживание приемника

Перед налаживанием приемника нужно тщательно проверить монтаж и устранить ошибки. Затем, включив приемник, проверить авометром режимы работы транзисторов и микросхем.

Напряжение на эмиттерах выходных транзисторов (VТ6 и VТ7) должно составлять около 5,5 В (все значения указаны для напряжения питания 9 В). Работоспособность усилителя ЗЧ проверяют, прикоснувшись пинцетом к правому по схеме выводу резистора R13,- в головных телефонах должен прослушиваться фон переменного тока.

Напряжение на стоке транзистора VТ3 должно изменяться от 2…5 В до 8,5 В при перемещении движка подстроечного резистора R8. Ток транзистора VТ1 определяют, измерив напряжение на резисторе R3,- оно должно составлять 0,3… 1 В, что соответствует току 0,8…2,5 мА.

При недостаточном токе придется подать смещение на первый затвор, как описано выше, а при излишнем — увеличить сопротивление резистора R1. Работоспособность гетеродинов проверяют, присоединив щупы авометра к выводам конденсаторов С13 или C24. Напряжение на них должно составлять 5…7 В. Замыкание выводов катушек L3 и L6 должно вызывать уменьшение напряжения на 0,5… 1,5 В, что укажет на наличие генерации.

При отсутствии генерации следует искать неисправную деталь (обычно ей оказывается катушка индуктивности или транзистор). Все вышеописанные операции удобно выполнить до установки платы на шасси приемника. Конденсатор настройки С6 и регулятор громкости при этом можно не подключать.

Дальнейшее налаживание сводится к настройке контуров приемника на нужные частоты. При этом желательно пользоваться хотя бы простейшим генератором стандартных сигналов (ГСС). Установив плату на шасси и выполнив недостающие соединения, подают (через конденсатор емкостью 20…1000 пФ) с ГСС на затвор транзистора VТ3 немодулированный сигнал частотой 500 кГц.

Контур ПЧ L4C17 настраивают по максимуму напряжения АРУ, которое измеряют авометром на конденсаторе С12. Амплитуду выходного сигнала ГСС следует поддерживать такой, чтобы напряжение АРУ не превышало 0.5…1 В. Регулятор усиления R8 при этом устанавливают в положение, при котором напряжение на стоке транзистора VТЗ составляет Б…6 В. Второй гетеродин подстраивают до получения биений — громкого свистящего звука в телефонах, подключенных к выходу усилителя ЗЧ. Контур L4C17 можно настроить и по максимальной громкости биений.

Подав сигнал ГСС через тот же конденсатор связи на первый затвор транзистора VТ1 (входной контур отключать не нужно), настраивают ГСС на среднюю частоту полосы пропускания ЭМФ и подбирают емкость конденсаторов С9 и СП по максимуму напряжения АРУ или по максимальной громкости тона биений на выходе приемника.

Одновременно подстроечником катушки L6 следует установить частоту второго гетеродина вблизи нижней граничной частоты полосы пропускания ЭМФ. Если использован фильтр ЭМФ-9Д-500-3.0В, а генератор перестраивается от частоты 500 кГц и выше, низкий тон биений должен появляться при частоте 500,3 кГц, затем тон должен повышаться и исчезать при частоте 503 кГц. В случае использования другого фильтра частоты настройки ГСС соответственно сдвинутся, но картина явлений останется прежней.

Последний этап налаживания — настройка контуров первого гетеродина и входного фильтра. Подав с ГСС сигнал частотой 1880 кГц на гнездо XS2, настраивают на эту частоту приемник — вращением подстроечника катушки L3. Ротор конденсатора настройки С6 при этом должен находиться в среднем положении. Подстроечниками катушек L1 н L2 устанавливают максимальную громкость приема.

В заключение измеряют диапазон перестройки приемника (он должен охватывать весь любительский диапазон 160 м) и проверяют уменьшение чувствительности на краях диапазона. Если оно не превышает 1,4 раза, полоса пропускания входного фильтра достаточна. В противном случае для ее расширения несколько увеличивают емкость конденсатора связи С2. Окончательно подстраивают входные контура приемника и устанавливают оптимальное усиление по ПЧ при приеме сигналов любительских станций.

В случае отсутствия ГСС тракт ПЧ настраивают по максимуму шума на выходе приемника, а частоту второго гетеродина устанавливают по тону этого шума. При настройке второго гетеродина на центр полосы пропускания ЭМФ шум имеет наиболее низкий тон.

На этом этапе настройки следует убедиться, что основная доля шума поступает с первого каскада на транзисторе VТ1. С этой целью замыкают выводы входной обмотки ЭМФ (к ним припаян конденсатор С9) — громкость шума должна значительно уменьшиться. По максимуму шума подбирают конденсаторы С9 и С11, установив движок резистора R8 в положение максимального усиления.

Контур гетеродина и входные контура настраивают при приеме любительских станций. Чтобы обнаружить их, антенну можно подключить через конденсатор емкостью 20…40 пФ к первому затвору транзистора VТ1. Установив диапазон приемника подстроечником катушки L3, подстраивают контур L2C4 по максимальной громкости приема, а затем, переключив антенну в гнездо XS2, окончательно подстраивают оба контура входного фильтра.

Уточнить установку частоты второго гетеродина можно, найдя в эфире немодулированную несущую и перестраивая приемник конденсатором С9. При уменьшении его емкости приемник перестраивается вверх по частоте, и тон биений должен появляться с частотой около 300 Гц и пропадать с частотой около 3 кГц. Усиление по ПЧ устанавливают подстроечным резистором R8 таким, чтобы собственный шум приемника негромко прослушивался без антенны, а при подключении наружной антенны длиной не менее 10 м заметно возрастал — это и будет признаком достаточной чувствительности приемника.

При испытаниях этот радиоприемник в вечернее время принимал на комнатную антенну сигналы многих любительских радиостанций, расположенных в европейской и азиатской частях СССР, включая Карелию, Прибалтику, Закавказье, Поволжье и Западную Сибирь.

В. Поляков (RA3AAE).

Поляков Владимир Тимофеевич — доцент кафедры физики Московского ордена Ленина института инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии, кандидат технических наук, родился в 1940 году. Уже в девять лет собрал свою первую радиоконструкцию — детекторный приемник, а в двенадцать — ламповый, усилитель. Учась в старших классах, освоил супергетеродинный приемник,смонтировал телевизор. Затем- учеба в Московском физико-техническом институте, увлечение магнитной записью, работа на коллективной радиостанции, постройка личной радиостанции. Его позывной RA3AAE сегодня известен радиоспортсменам всех континентов. Он — автор 10 изобретений, 100 публикаций, в том числе нескольких книг.

Литература:

1. Поляков В. Приемник коротковолновика-наблюдателя, Р-1676-2.
2. Поляков В. Усовершенствование приемника коротковолновика-наблюдателя, Р-1976-7.
3. Поляков В. Полосовые фильтры иа входе приемника коротковолновика-наблюдателя, Р-1976-10.
4. Казанский И. В., Поляков В. Т. Азбука коротких волн, 1978.

Супергетеродинный радиоприёмник — это… Что такое Супергетеродинный радиоприёмник?

Супергетеродинный радиоприёмник (супергетеродин) — один из типов радиоприёмников, основанный на принципе преобразования принимаемого сигнала в сигнал фиксированной промежуточной частоты (ПЧ) с последующим её усилением. Основное преимущество супергетеродина перед радиоприемником прямого усиления в том, что наиболее критичные для качества приема части приемного тракта (узкополосный фильтр, усилитель ПЧ и демодулятор) не должны перестраиваться под разные частоты, что позволяет выполнить их со значительно лучшими характеристиками.

Супергетеродинный приёмник изобрели почти одновременно немец Вальтер Шоттки и американец Эдвин Армстронг в 1918 году, основываясь на идее француза Л. Леви.

Устройство

Упрощённая структурная схема супергетеродина с однократным преобразованием частоты показана на рисунке. Радиосигнал из антенны подаётся на вход усилителя высокой частоты (в упрощённом варианте он может и отсутствовать), а затем на вход смесителя — специального элемента с двумя входами и одним выходом, осуществляющего операцию преобразования сигнала по частоте. На второй вход смесителя подаётся сигнал с локального маломощного генератора высокой частоты — гетеродина. Колебательный контур гетеродина перестраивается одновременно с входным контуром смесителя (и контурами усилителя ВЧ) — обычно конденсатором переменной ёмкости (КПЕ), реже катушкой переменной индуктивности (вариометром, ферровариометром). Таким образом, на выходе смесителя образуются сигналы с частотой, равной сумме и разности частот гетеродина и принимаемой радиостанции. Разностный сигнал постоянной промежуточной частоты (ПЧ) выделяется с помощью полосового фильтра и усиливается в усилителе ПЧ, после чего поступает на демодулятор, восстанавливающий сигнал низкой (звуковой) частоты.

В современных приёмниках в качестве гетеродина используется цифровой синтезатор частот с кварцевой стабилизацией.

В обычных вещательных приёмниках длинных, средних и коротких волн промежуточная частота, как правило, равна 465 или 455 кГц, в бытовых ультракоротковолновых — 6,5 или 10,7 МГц. В телевизорах используется промежуточная частота 38 МГц.

В связных и высококлассных вещательных приемниках применяют двойное (редко — тройное) преобразование частоты. О преимуществах такого решения и критериях выбора первой и второй ПЧ сказано ниже.

Преимущества

Недостатки

Наиболее значительным недостатком является наличие так называемого зеркального канала приёма — второй входной частоты, дающей такую же разность с частотой гетеродина, что и рабочая частота. Сигнал, передаваемый на этой частоте, может проходить через фильтры ПЧ вместе с рабочим сигналом.

Например, пусть приемник с ПЧ 6,5 Мгц настроен на радиостанцию, передающую на частоте 70 МГц и частота гетеродина равна 76,5 МГц. На выходе фильтра ПЧ будет выделяться сигнал с частотой 76,5 — 70 = 6,5 МГц. Однако, если на частоте 83 МГц работает другая мощная радиостанция, и её сигнал сможет просочиться на вход смесителя, то разностный сигнал с частотой также 83 − 76,5 = 6,5 МГц не будет подавлен и создаст помеху. Величина подавления такой помехи (избирательность по зеркальному каналу) зависит от эффективности входного фильтра и является одной из основных характеристик супергетеродина.

Помехи от зеркального канала уменьшают двумя путями. Во-первых, применяют более сложные и эффективные входные полосовые фильтры, состоящие из нескольких колебательных контуров. Это усложняет и удорожает конструкцию, так как входной фильтр нужно еще и перестраивать по частоте. Во-вторых, промежуточную частоту выбирают достаточно высокой по сравнению с частотой приема. В этом случае зеркальный канал приема оказывается относительно далеко по частоте от основного, и входной фильтр приемника может более эффективно его подавить. Иногда ПЧ даже делают намного выше частот приёма (так называемое «преобразование вверх»), и при этом ради упрощения приемника вообще отказываются от входного полосового фильтра, заменяя его неперестраиваемым фильтром низких частот. В высококачественных приемниках часто применяют метод двойного (иногда и тройного) преобразования частоты, причем, если первую ПЧ выбирают высокой по описанным выше соображениям, то вторую делают низкой (сотни, иногда даже десятки килогерц^[1]), что позволяет более эффективно подавлять помехи от близких по частоте станций, то есть повысить избирательность приемника по соседнему каналу. Подобные приёмники, несмотря на достаточно высокую сложность построения и наладки, широко применяются в профессиональной и любительской радиосвязи (см. Р-250 (радиоприёмник), Трансивер UW3DI).

Кроме того, в супергетеродине возможен паразитный прием станций, работающих на промежуточной частоте. Его предотвращают экранированием отдельных узлов и приемника в целом.

В целом супергетеродин требует гораздо большей тщательности в проектировании и наладке, чем приемник прямого усиления. Приходится применять довольно сложные меры, чтобы обеспечить стабильность частоты гетеродинов, так как от нее сильно зависит качество приема. Сигнал гетеродина не должен просачиваться в антенну, чтобы приемник сам не становился источником помех. Если в приемнике больше одного гетеродина, существует опасность, что биения между какими-то из их гармоник окажутся в полосе звуковых частот и дадут помеху в виде свиста на выходе приемника. С этим явлением борются, рационально выбирая частоты гетеродинов и тщательно экранируя узлы приемника друг от друга.

История

Использовать в приемнике вспомогательный генератор колебаний впервые предложил американец Феденссен в 1901 г. Он же создал термин «гетеродин». В приемнике Феденссена гетеродин работал на частоте, очень близкой к частоте принимаемого сигнала, и возникающие при этом биения звуковой частоты позволяли принимать телеграфный сигнал (принцип, на котором работает приемник прямого преобразования). Гетеродинные приемники быстро усовершенствовались с изобретением в 1913 г. лампового генератора высокой частоты (до этого применялись электромашинные генераторы).

В 1917 г. французский инженер Л. Леви запатентовал принцип супергетеродинного приема. В его приемнике частота сигнала пребразовывалась не непосредственно в звуковую, а в промежуточную, которая выделялась на колебательном контуре и уже после него поступала на детектор. В 1918 г. В. Шоттки дополнил схему Леви усилителем промежуточной частоты. Схема супергетеродина была выгодна в то время еще и тем, что тогдашние лампы не обеспечивали нужного усиления на частотах выше нескольких сот килогерц. Сдвинув спектр сигнала в область более низких частот, можно было повысить чувствительность приемника. Независимо от Шоттки к аналогичной схеме пришел Э. Армстронг (его патент получен в декабре 1918 г, патентная заявка Шоттки сделана в июне). Армстронг впервые построил и испытал супергетеродин на практике. Он же указал на возможность многократного преобразования частоты.

В декабре 1921 г. английский радиолюбитель на супергетеродин с пятикаскадным УПЧ принял сигналы станций из США. С этого момента к супергетеродинам появляется практический интерес. Первые супергетеродины были громоздки, дороги и неэкономичны из-за большого числа ламп. Прием сопровождался интерференционными свистами, проникающий в антенну сигнал гетеродина создавал помехи другим приемникам. Дальнейшее совершенствование ламп позволило сильно упростить и удешевить приемник: появились многосеточные лампы с большим усилением на высокой частоте, специализированные лампы для преобразователей частоты, служившие одновременно смесителем и гетеродином, а также комбинированные лампы, заключающие в одном баллоне два-три электронных прибора. Простой супергетеродин стало возможно построить на трех-четырех лампах, не считая выпрямителя^[2][3]. Благодаря этому и другим усовершенствованиям с 1930-х годов супергетеродинная схема стала доминирующей для связных и радиовещательных приемников. Кроме того, в 1930 г. истек срок патента на принцип супергетеродинного приема.

В России и СССР первым серийным супергетеродином был, по одним источникам, приемник танковой радиостанции 71-ТК разработки 1932 г.^[4] (завод № 203 в Москве), по другим — радиоприемник «Дозор», разработанный в конце 20-х годов в «Остехбюро» и переданный в серийное производство на завод им. Козицкого в Ленинграде.^[5] Первый бытовой супергетеродин выпущен не позже 1931 г. (СГ-6, также завод им. Козицкого),^[6] а первым, выпускавшимся в больших количествах, стал СВД 1936 года. Примерно с конца 1950-х гг. бытовые радиовещательные и телевизионные приемники в СССР строились исключительно по супергетеродинной схеме (кроме некоторых сувенирных приемников и радиоконструкторов.)

См. также

Примечания

1. ↑ National NC-300
2. ↑ Лаборатория РФ. Супер на новых лампах.//«Радиофронт», 1936, № 1, с. 27
3. ↑ Куксенко П. Н. Трехламповые суперы.//«Радиофронт», 1936, № 1, с. 59
4. ↑ Радиомузей РКК. Архивные и справочные материалы
5. ↑ ВНИИРТ. Страницы истории. — М.:«Оружие и технологии», 2006
6. ↑ Нелепец В. С. СГ-6, фабричный супергетеродин.//«Радиофронт», 1931, № 11-12, с. 651—654

Литература

Ссылки

Схема 13 ДВУХЛАМПОВЫЙ СУПЕРГЕТЕРОДИН | Техника и Программы

Диодный детектор при исправных деталях никакого налаживания ие требует. Поэтому после проверки и налаживания гетеродина переходят к настройке контуров промежуточной частоты. При отсутствии сигнал-генератора эту работу можно выполнить на слух, по наибольшей громкости принимаемого сигнала местной радиостанции. Для этого сердечники катушек L7—L9 устанавливают в среднее положение, к приемнику подключают антенну н пытаются принять работу радиостанций.

Приняв сигналы радиостанции, не изменяя настройки приемника, настраивают по наибольшей громкости фильтры L7, С16, L8, С17 и одиночный контур L9, С18 Затем переходят к установке границ диапазона гетеродина и сопряжению входных и гетеродинных контуров. Сначала блок конденсаторов С6, С7 устанавливают в положение, при котором подвижные пластины входят в неподвижные на 80—85% своей площади и вращением сердечника внутри катушки L5 (на СВ) или L6 (на ДВ) добиваются приема радиостанций, работающих на более длинной волне . (около 500 л —для СВ и 1700 м — для ДВ). В этом положении соответствующий входной контур L2, С2, С6 или L4, СЗ, С4, С6 настраивают в резонанс по наибольшей громкости принимаемой радиостанции вращением сердечников катушек L2 нлн L4.

После этого поворачивают ротор блока С6, С7 в положение, при котором подвижные пластины входят в неподвижные на 15% своей площади, и медленным вращением ротора подстроечного конденсатора С8 или С9 приемник настраивают на радиостанцию, работающую в начальном участке диапазона (230 м — на СВ и 900 м — на ДВ). Вращением ротора подстроечного конденсатора С2 или СЗ входной контур снова подстраивают по наибольшей громкости.

Настройку рекомендуется производить в вечернее время, когда прохождение радиоволн на СВ значительно лучше, чем в дневное.

Более подробно вопросы настройки супергетеродинных приемников рассмотрены в выпуске № 4 «В помощь радиолюбителю» (Из-во. ДОСААФ), в консультационных листовках Центрального радиоклуба СССР № 36 и № 37, а также в отдельных брошюрах для радиолюбителей.

Правильно настроенный приемник обеспечивает прием большого числа радиостанций с достаточной громкостью.

Приемник, принципиальная схема которого приведена на рис. 1, предназначен для приема радиостанций, работающих в диапазонах длинных (420—150 кгц), средних (1600-520 кгц) и коротких (12,5—4 Мгц) волн. Он содержит преобра зователь частоты на лампе Л1, усилитель промежуточной частоты и предвари тельный усилитель низкой частоты на лампе Л2, оконечный усилитель низкой частоты на лампе ЛЯ. По основным параметрам он соответствует требованиям, предъявляемым к промышленным приемным устройствам третьего класса.

Приемник питается от сети переменного тока напряжением 127/220 в Схемой приемника предусмотрена возможность проигрывания грампластинок.

В приемнике во входных цепях применена индуктивная снизь с антенной. В зависимости от диапазона, в котором ведется прием, к сетке 2 преобразовательной лампы Л1 подключают один из входных контуров L2, С.2, С5, L4, СЗ, С5; 1.6, С4, С5,

Плавная настройка входных контуров в пределах диапазона осуществляется секцией сдвоенного блока переменных конденсаторов С5, С8. Конденсаторы С2, СЗ, С4 подетроечные Антенные катушкн коммутируются переключателем Bla, а контурные- вместе с подстроенными конденсаторами — переключателем б/б.

Конденсатор С6 в цепи управляющей сетки 2 лампы Л1 предотвращает замыкание источника напряжения АРУ через незначительное сопротивление одной из контурных катушек 1.2, 1.4 нли 1.6.

Гетеродин собран па триодной части лампы Л1 по схеме параллельного питания с индуктивной обратной связью. К цепи управляющей (гетеродинной) сетки 9 лампы с помощью переключателя Ble подключается один из колебательных контуров, состоящий из катушки индуктивности L11, 1.9 или L7, подстроечного конденсатора С13. С14 или ?.75 и постоянного конденсатора СЮ, сопрягающего конденсатора СЗЗ, СИ или С!2 и второй секшш сдвоенного блока переменных конденсаторов С8. Все катушки обратной связи L12, НО, 1.8 гетеродина соединены последовательно. На коротких волнах переключатель В1 (в- положении /) закорачивает катушки длинных и средних волн (7-5, L10), на средних закорачивает только длинноволновую катушку L8, а на длинных волнах работают все три катушки. Конденсатор С9 — разделительный.

Величина напряжения гетеродина определяется резистором R4 и конденсатором С32 в цепи управляющей (гетеродинной) сетки, а также расстоянием между контурной катушкой и соответствующей катушкой обратной связи.

Нагрузкой преобразовательного каскада служит двухконтурный полосовой фильтр L13, С.16; 1.14, С17, настроенный на промежуточную частоту 465 кгц Полученное в результате преобразования сигнала напряжение промежуточной частоты выделяется на этом фильтре и со второго контура 1.14, С17 подается на управляющую сетку лампы Л2 усилителя промежуточной частоты, нагрузкой которого также служит двухконтурный полосовой фильтр L15, CJH; L16. С19.

Усиленное напряжение промежуточной частоты с контура 1.16, С19 подается на детектор ///, нагрузкой которого служит резистор R8 и потенциометр R9 Конденсатор С25 — блокировочный.

Постоянная составляющая напряжения, возникающая при работе детектора, исполыуется для автоматической регулировки усиления (АРУ) приемника. Напряжение АРУ снимается с резисторов R8, R9 н через развязывающие фильтры Rll. С20; R13, С21 и резистор R2 подается на управляющие сетки ламп Л1 и Л2.

Полученное в результате детектирования напряжение низкой частоты также выделяется на нагрузке детектора. Часть этого напряжения снимается с потенциометра R9 и подается на управляющую сетку триодной части лампы Л2, работающей п предварительном каскаде усиления НЧ. Потенциометром R9 осуществляется регулировка громкости. Следует отметить, что для упрощения переключателя диапазонов в нем нет отдельного положения «Звукосниматель». Поэтому при проигрывании грампластинок нужно настроить приемник на участок диапазона, где нет станций. Лучше, конечно, на задней стенке шасси установить тумблер и с его помощью разрывать цепь питания в точке А.

Усиленное триодной частью лампы Л2 напряжение низкой частоты снимается с нагрузки усилителя — резистора R6 и через разделительный конденсатор С26 поступает на управляющую сетку выходной лампы ЛЗ, в анодную цепь которой включена первичная обмотка I выходного трансформатора Tpl. Ко вторичной обмотке // выходного трансформатора подключается громкоговоритель типа 1ГД-9 или 1ГД-5.

Регулировка тембра звука осуществляется потенциометром R10 путем изменения величины отрицательной обратной связи, напряжение которой подается с анода лампы выходного каскада через конденсатор С31 в цепь ее управляющей сетки.

Питание приемника осуществляется от выпрямителя, собранного по однополу- периодной схеме. Шунтирование диодов Д2, ДЗ резисторами R15, R16 способствует выравниванию величин их обратных сопротивлений. Резистор R17, включенный последовательно с диодами, уменьшает величину тока через диоды в момент включения приемника.

Катушки высокочастотных контуров приемника намотаны на унифицированных каркасах от приемников «Октава», «Байкал» и на ребристых каркасах — от приемников «Балтика». «Родина-52» и др. Конструкции катушек легко уяснить из рис. 2.

Катушка L1 содержит 20 витков, /.2—14 L3 — 380, /.4 — 36×4, /.5—1150, Lb — 135X4, 1.7-55X3, L5- 20, 1.9 — 32X3, L10— 16, LI I — 13, L12 — 8 витков. Катушки L2 н L11 наматывают проводом ПЭЛ 0,8, остальные — проводом ПЭЛ 0,12. В качестве фильтров промежуточной частоты в приемнике применены фильтры ПЧ от приемника «Стрела». В усилителе ПЧ практически можно применить двухконтурные фильтры любой конструкции, настроенные на частоту 465 кгц, от приемников и радиол как старых, так и новых типов.

Выходной трансформатор собран на сердечнике Ш1о, толщина набора 24 мм. Первичная обмотка I имеет 2500 витков провода ПЭЛ 0,12. вторичная // — 62 витка провода ПЭЛ 0. диапазонов, регулировки громкости и тона.

Собранный приемник нуждается в налаживании, которое можно значительно упростить, если перед монтажом проверить исправность деталей. Силовой трансформатор проверяют в режиме холостого хода (без нагрузки): напряжения на обмотках измеряют вольтметром переменного тока; они должны соответствовать паспортным (при использовании заводского трансформатора) либо расчетным данным. Исправность электролитических конденсаторов, диодов, катушек индуктивности и отдельных резисторов проверяют с помощью омметра.

Superhet Basics »Примечания по электронике

Супергетеродинный радиоприемник был одним из самых успешных видов радиосвязи, который до недавнего времени использовался почти исключительно в качестве топологии ВЧ-схем.

Учебное пособие по радио Superhet Включает:
Радио Superhet Теория суперхетов Ответ изображения Блок-схема / приемник в целом Эволюция дизайна Суперхет с двойным и множественным преобразованием Характеристики
См. Также: Типы радио

Одной из наиболее распространенных форм радиоприемника является супергетеродинный радиоприемник.Практически все радиоприемники, а также телевизоры, коротковолновые приемники и коммерческие радиоприемники используют принцип супергетеродина в качестве основы своей работы.

Изобретенный в 1918 году для решения проблемы отсутствия избирательности, супергеточные системы были в центре технологий радиосвязи в течение почти 100 лет, и только недавно были приняты другие топологии.

Несмотря на это, супергетеродинное радио по-прежнему используется во многих приложениях, а используемые методы проектирования RF по-прежнему применимы во многих приложениях радиосвязи.

Супергетеродинный радиоприемник, хотя конструкция ВЧ-схемы более сложна, чем некоторые другие формы радиоприемника, предлагает много преимуществ с точки зрения рабочих характеристик, в частности, его избирательности. Радиомодуль superhet преобразует сигналы в фиксированную промежуточную частоту, и это позволяет ему удалять нежелательные сигналы более эффективно, чем другие формы, такие как наборы TRF (настроенная радиочастота) или даже регенеративные радиоприемники, которые использовались особенно в первые дни радио.

Приложения и использование радио Superhet

Радиоприемник-супергет всегда был предпочтительным радиоприемником. Его использовали почти повсеместно. Однако в настоящее время с программно-конфигурируемыми радиостанциями супергетинг используется не так широко.

Супергетеродин использовался во всех формах радио, от отечественных радиостанций до раций, телевизоров, тюнеров Hi-Fi и профессиональных радиостанций, базовых станций спутниковой связи и многого другого.

История радио Superhet

История разработки и проектирования ВЧ-схем супергетеродинного радиоприемника восходит к самым ранним дням развития радио. Реджинальд Фессенден заметил, что сигналы на соседних длинах волн вместе создают ноту удара. Позже, во время Первой мировой войны, начали осознаваться преимущества использования радиотехнологий, и возникла необходимость в радиостанциях, которые были избирательными и обеспечивали достаточное усиление и чувствительность.

Несколько инженеров взялись за решение этой проблемы: Люсьен Леви во Франции, Вальтер Шоттки в Германии и, наконец, человек, которому приписывают супергетеродинную технику, Эдвин Армстронг, который построил первое работающее супергетеродинное радио.

Заметка об истории супергетеродинного радио:

Супергетеродинное радио было изобретено в эпоху, когда радиотехнологии были очень простыми, а характеристики радиоприемника не соответствовали тому, что мы сегодня считаем само собой разумеющимся. Радио супергет, или, если дать его полное название, сверхзвуковой гетеродинный беспроводной приемник, представлял собой большой шаг вперед в производительности, но первоначально он не получил широкого распространения, отчасти потому, что он был изобретен в конце Первой мировой войны, а во-вторых, потому что в нем использовалось много клапанов / трубок, которые в то время были очень дорогими.

Узнайте больше об увлекательной истории изобретения супергетеродинного радиоприемника .

Ключевые технологии и методы супергетеродинного приемника

В приемнике задействовано несколько методов и технологий.

• Общая теория: Основная концепция и радиочастотная конструкция супергетеродинного радио включает процесс микширования.Это позволяет передавать сигналы с одной частоты на другую. Входная частота часто называется РЧ-входом, в то время как сигнал локально сгенерированного генератора называется гетеродином, а выходная частота называется промежуточной частотой, поскольку она находится между РЧ и звуковой частотами.

  Блок-схема базового супергетеродинного приемника

  Внутри смесителя мгновенная амплитуда двух входных сигналов (f ₁ и f ₂ ) умножается, и это приводит к сигналам на выходе с частотами (f ₁ + f ₂ ) и (f ₁ — f ₂ ).Это позволяет преобразовывать входящую частоту в фиксированную частоту, где ее можно эффективно фильтровать. Изменение частоты гетеродина позволяет настраивать приемник на разные частоты.

  
  

• Ответ изображения: Одна из ключевых проблем в супергетической радиостанции — это реакция изображения. Сигналы на двух разных частотах могут поступать в каскады промежуточной частоты.Радиочастотная настройка удаляет одно и принимает другое.

  Когда присутствуют сигналы изображения, они могут вызывать нежелательные помехи, маскируя полезные сигналы, если оба появляются в одном месте в пределах промежуточной частоты. Часто в недорогих радиоприемниках гармоники гетеродина могут отслеживаться на разных частотах, что приводит к изменению гетеродинов по мере настройки приемника. Хорошее подавление изображения — один из ключей к высокопроизводительному радиоприемнику.

  
  

• Блок-схема: На общей блок-схеме супергетического приемника показаны основные блоки, которые можно использовать в приемнике.Базовая блок-схема супергетеродинного приемника позволяет понять работу радиостанции в целом.

  В более сложных радиостанциях к базовой блок-схеме будут добавлены дополнительные блоки. Могут быть дополнительные блоки для дополнительных демодуляторов или могут быть дополнительные блоки схемы в гетеродине, в зависимости от требуемого уровня детализации. В дополнение к этому некоторые супергетеродинные радиоприемники могут иметь два или более преобразований для обеспечения улучшенных характеристик во многих отношениях.

  
  

• Двойное преобразование: Для улучшения элементов производительности, включая отклонение изображения, можно использовать два или даже три преобразования.

Преимущества приемника Superhet

Супергетеродинное радио имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами радио.

Его гибкость и возможности означают, что он был адаптирован для очень многих применений из радиовещания, использования в качестве тестового приемника для тестирования EMI / EMC, двусторонней радиосвязи, приема для научных приложений, приема спутникового сигнала и многих других.

Благодаря своим преимуществам супергетеродинный приемник остался одним из передовых методов, используемых в радиотехнике.

Хотя сегодня все чаще на передний план выходят другие методы, тем не менее, супергеточный приемник по-прежнему очень широко используется с учетом тех преимуществ, которые он может предложить.

Некоторые из ключевых преимуществ приемника superhet:

• Хорошая избирательность по соседнему каналу: Одним из основных преимуществ супергетеродинного приемника является его избирательность по близкому или соседнему каналу.Используя фильтры с фиксированной частотой, он может обеспечить превосходное подавление соседнего канала.

  Используя промежуточный каскад с фиксированной частотой, можно использовать фильтры с фиксированной частотой. Поскольку они имеют фиксированную частоту, их характеристики одинаковы независимо от частоты входящего сигнала. Мало того, что конструкция ВЧ-схемы для фильтров с фиксированной частотой намного проще, но она также обеспечивает постоянную производительность. Это также позволяет разрабатывать фильтры с очень высокими характеристиками, которые были бы невозможны, если бы они были переменной по частоте.

• Возможность приема в нескольких режимах: Ввиду своей топологии это супергеточное радио может включать в себя множество различных типов демодуляторов, которые можно легко выбрать в соответствии с требованиями.

  Добавление возможности для новой формы модуляции просто означает, что еще один демодулятор добавляется к концу усилителя промежуточной частоты. Обычно используемые режимы включают AM, FM, SSB, Morse / CW и различные режимы передачи данных с использованием форм фазовой манипуляции или квадратурной амплитудной модуляции.Во время проектирования ВЧ-схемы для приемника может быть добавлена ​​новая форма модулятора, и их можно переключать или выбирать по мере необходимости.

• Способен принимать очень высокочастотные сигналы: Тот факт, что супергетеродинный приемник использует технологию микширования, означает, что большая часть обработки приемника выполняется на более низких частотах, что позволяет принимать чрезвычайно высокочастотные сигналы.

  Если необходимы сигналы в диапазонах VHF, UHF или где-либо еще, то можно преобразовать сигнал до требуемой промежуточной частоты в несколько этапов.Конструкция радиочастотной схемы может допускать добавление дополнительных преобразований, и, соответственно, супергетеродинный радиоприемник может использоваться для многих приложений двусторонней радиосвязи на всех частотах, а также для приема радиовещания и т. Д.

• Хорошая чувствительность: По сравнению с некоторыми другими формами радиоприемника, супергетеродинный формат позволил достичь хороших уровней чувствительности. Хотя в наши дни другие форматы обеспечивают эквивалентные уровни чувствительности, на заре беспроводной связи супергет был намного впереди других, таких как TRF и т. Д.

Эти и многие другие преимущества означают, что супергетеродинный приемник используется с первых дней радио и, вероятно, останется таковым на многие годы вперед.

Другие важные темы по радио:
Радиосигналы Типы и методы модуляции Амплитудная модуляция Модуляция частоты OFDM ВЧ микширование Петли фазовой автоподстройки частоты Синтезаторы частот Пассивная интермодуляция ВЧ аттенюаторы RF фильтры Радиочастотный циркулятор Типы радиоприемников Радио Superhet Избирательность приемника Чувствительность приемника Обработка сильного сигнала приемника Динамический диапазон приемника
Вернуться в меню тем Радио.. .

Простой супергет | Журнал Nuts & Volts

Хотя сотовые телефоны, приемники глобальной системы позиционирования, системы спутникового телевидения и AM / FM-радио в вашем автомобиле выполняют совершенно разные функции, все приемники, используемые в этих системах, основаны на концепции, впервые разработанной американским инженером-электриком Эдвином Армстронгом во время на исходе Первой мировой войны. Спустя почти столетие после его появления — за исключением сложных подходов, таких как программное обеспечение радио, использующее передовые методы цифровой обработки сигналов — «супергетеродинный» или «супергетерный» дизайн Армстронга господствует в коммуникационной электронике.

Ресивер Design Evolution

Чтобы понять превосходство супергетера над предыдущими проектами или архитектурами, полезно рассмотреть некоторые трудности, связанные с одной конструкцией приемника, которую он заменил — с «настроенным радиочастотным» приемником или приемником TRF, показанным на рис. 1 . Приемник TRF возник из здравого смысла наблюдения, что, поскольку радиосигналы, исходящие от антенны, чрезвычайно слабые, более чувствительный приемник может быть получен путем усиления радиочастотных (RF) сигналов, непосредственно следующих за антенной.А с учетом плохих характеристик ранних ламповых усилителей, если один каскад обеспечивал недостаточное усиление, то каскадирование большего количества каскадов должно привести к тому, что приемник станет все более чувствительным (способным принимать еще более слабые сигналы) и селективным (способным выбирать нужный сигнал и отвергайте остальные).

РИСУНОК 1. Блок-схема настроенного радиочастотного приемника (TRF) , показывающая внутрикаскадную обратную связь (пунктирная линия) и межкаскадную обратную связь (пунктирная линия).

К сожалению, эти идеи содержат ряд тревожных недостатков, которые в конечном итоге оказались фатальными для широкого применения этого подхода.

Что касается увеличения чувствительности, тут же возникает проблема, потому что усилители радиочастоты, необходимые для каждого каскада приемника TRF, по своей природе нестабильны. Это связано с тем, что во всех электронных усилителях — будь то ламповые или транзисторные — существует небольшая емкостная связь между входом и выходом самого устройства.

Эта внутрикаскадная обратная связь показана пунктирной линией между входом и выходом каждого каскада на рисунке.Некоторые методы, такие как нейтрализация, могут использоваться для расширения частотного диапазона отдельного каскада TRF, но трудности, связанные с предотвращением колебаний в настраиваемых РЧ-каскадах с высоким коэффициентом усиления, возрастают непосредственно по мере увеличения рабочей частоты.

Кроме того, межкаскадная обратная связь возникает, когда выход одного каскада усилителя появляется на входе предыдущего каскада усилителя. Пунктирными линиями на рисунке показаны многочисленные пути обратной связи, которые могут существовать в приемнике TRF с несколькими каскадами.Либо увеличение усиления отдельных каскадов, либо добавление дополнительных каскадов для получения большего усиления увеличивает межкаскадную обратную связь, а также возможность колебаний.

Чтобы избежать этой проблемы, необходимо тщательно защитить и отделить каждую ступень от всех остальных. Как и внутрикаскадная обратная связь, межкаскадная обратная связь ухудшается с увеличением рабочей частоты, что усугубляет трудности создания чувствительных регулируемых приемников TRF, которые будут работать без колебаний в больших частотных диапазонах.

Повышение селективности конструкции TRF создает еще один набор проблем. Самый неприятный из них связан с причудой в параллельной настроенной цепи RLC, или «резервуаре», используемой для выбора желаемой рабочей частоты. К сожалению, полоса пропускания параллельной цепи резервуара не постоянна с частотой, а увеличивается приблизительно пропорционально корню квадратному из рабочей частоты.

Например, приемник TRF, настроенный на 0,5 МГц, может иметь параллельную цепь резервуара RLC, предназначенную только для приема сигнала с полосой пропускания 10 кГц.Но полоса пропускания танка увеличивается примерно до 17 кГц — намного шире, чем полезный сигнал, — когда приемник перенастраивается на 1,5 МГц.

Другая трудность связана с механически связанными настроенными схемами, которые позволяют одновременно регулировать настроенные схемы при изменении рабочей частоты. Любое механическое или электрическое несоответствие во время настройки снижает общую селективность приемника.

Дизайн Армстронга

Проблемы, связанные с приемником TRF, кажутся неразрешимыми, но Эдвин Армстронг был гением мыслить «нестандартно» для решения сложных проблем.Армстронг рассудил, что если достижение стабильного каскада регулируемых высокочастотных усилителей было проблемой, он бы ее избегал. Армстронг построил каскад усилителей с фиксированной настройкой на низкой частоте, где было легко получить большое количество стабильного усиления. Затем он установил перед этим каскадом усилителей преобразователь частоты или каскад смесителя, чтобы преобразовать или «гетеродинировать» полезный сигнал в новую «промежуточную частоту» или ПЧ. Армстронг назвал этот новый приемник (который использовал гетеродинирование для преобразования сигналов на фиксированную более низкую промежуточную частоту для приема) «супергетеродинным» приемником, как показано на блок-схеме на рис. 2 , .

РИСУНОК 2. Архитектура супергетеродинного приемника Армстронга.

Разработка супергетеродинного AM-приемника для коммерческого радиовещания — хороший способ лучше понять работу супергетеродинного приемника Armstrong. Диапазон AM-вещания содержит 117 каналов шириной 10 кГц, расположенных между 530–1700 кГц. Чтобы сгенерировать фиксированную ПЧ 455 кГц (стандартная ПЧ для диапазона AM-вещания с 1930-х годов), гетеродин (LO) должен иметь возможность генерировать сигнал, который отслеживает точно на 455 кГц выше входящего сигнала, или между 985 –2,155 кГц.

Смеситель принимает эти два сигнала, RF и LO, и выдает разностную частоту LO — RF на усилитель ПЧ. Усилитель ПЧ с фиксированной настройкой выбирает входящий сигнал шириной 10 кГц, подавляя любые сигналы, присутствующие в соседних каналах выше и ниже 455 кГц. Например, чтобы принять РЧ-сигнал 1000 кГц, гетеродин должен генерировать сигнал 1455 кГц, чтобы преобразовать входящий сигнал в ПЧ 455 кГц. После усиления сигнал ПЧ затем демодулируется для обнаружения желаемого аудиосигнала от несущей радиочастоты, усиливается звуковым усилителем, а затем подается на наушники или динамик для преобразования электрического сигнала в акустический, чтобы вы снова могли слышать звук. широковещательную передачу (см. Рисунок 2 ).

Есть еще один сигнал, который может выдавать на выходе микшер 455 кГц, когда гетеродин настроен на 1455 кГц. Этот сигнал называется «частотой изображения», и он находится на уровне LO + IF или 1,910 кГц. Обратите внимание, что, поскольку частота изображения создает ту же промежуточную частоту 455 кГц при подаче на смеситель, что и полезный сигнал, необходимо устранить частоту изображения до того, как она достигнет смесителя. Это делается с помощью параллельно настроенного контура резервуара, также известного как преселектор, который следует за антенной.

Важно понимать, что в приемнике superhet требования к преселектору значительно меньше по сравнению с настроенными цепями в приемнике TRF. В супергетике преселектору нужно только выбрать один из двух сигналов, разделенных на 910 кГц — относительно простая задача — в то время как настроенные схемы в TRF должны разделять сигналы на частотах до 10 кГц во всем частотном диапазоне получатель.

Описание цепи

Теперь, когда мы понимаем основные принципы работы приемника-супергетера Армстронга, мы готовы создать простую радиостанцию, которая объединяет все эти концепции.Схема приемника, который я называю Simple Superhet, показана на рис. 3 . Я выбрал это название, потому что считаю, что эта схема — это почти самый простой, полностью функциональный супергетеродинный приемник, который можно построить с помощью всего лишь нескольких деталей.

РИСУНОК 3. Принципиальная схема приемника вещательного диапазона Simple Superhet AM.

Многие экспериментаторы в области электроники знакомы с тремя микросхемами, используемыми в этой конструкции, поскольку они обычно встречаются во многих проектах самодельных приемников.Давайте посмотрим на них по очереди, прежде чем мы увидим, как они работают вместе в Simple Superhet.

SA602AN (который является последовательным эквивалентом NE602N, первоначально произведенного Signetics) представляет собой восьмипроводной двухрядный корпус (DIP), предназначенный для маломощных высокопроизводительных систем связи. Он содержит встроенный транзистор генератора, которому требуется всего несколько пассивных компонентов для реализации функции гетеродина. Микросхема также содержит двойной балансный смеситель, который формирует выход ПЧ путем комбинирования внутренне генерируемого гетеродина с входным РЧ-сигналом.

Усилением на ПЧ и обнаружением аудиосигнала занимается MK484 (первоначально производившийся как ZN414Z компанией GEC Plessey). Эта ИС содержит плату приемника TRF на 10 транзисторов, заключенную в трехконтактный корпус TO-92. MK484 реализует приемник TRF путем каскадного подключения трех ВЧ-усилителей с высоким коэффициентом усиления, за которыми следует транзисторный детектор.

Эта ИС обеспечивает очень высокий коэффициент усиления мощности 72 дБ при напряжении питания всего около 1,5 В! Хотя ИС работает в диапазоне от 150 кГц до 3000 кГц, кривые производительности производителя показывают, что максимальное усиление для небольших входных сигналов происходит очень близко к ПЧ 455 кГц — идеально подходит для Simple Superhet!

Последняя ИС — также восьмипроводной DIP — это низковольтный усилитель мощности звука LM386N-1.Эта ИС предназначена для использования в низковольтных потребительских приложениях и может обеспечить усиление до 46 дБ. Этот усилитель обеспечивает выходную мощность, достаточную для работы небольшого динамика, когда ресивер настроен на местные станции.

Строительство

Теперь, когда мы представили три микросхемы, давайте вернемся к , рис. 3, и посмотрим, как объединить их, чтобы сформировать Simple Superhet. Первичная обмотка ферритовой антенной петли, L1, и переменного конденсатора, C1, образуют параллельную цепь резервуара, которая «предварительно выбирает» полезный сигнал, ослабляя любой сигнал изображения, который также может присутствовать.Петлевая антенна также преобразует электромагнитное поле входящих радиоволн в небольшое РЧ-напряжение, которое подается через вторичную обмотку петли на вход двойного балансного смесителя, контакты 1 и 2 U1.

Переменный конденсатор C2, трансформатор T1 (красная банка) и конденсаторы C3 – C5 вместе с внутренним транзистором генератора SA602 образуют генератор Колпитца, который служит настраиваемым гетеродином для Simple Superhet. Генератор Колпитца создает колебания, возвращая выходной сигнал с эмиттера транзистора генератора (вывод 7) на базу транзистора генератора (вывод 6) через емкостной делитель напряжения, образованный C3 и C4.

Обратите внимание, что первичная обмотка красной банки (сторона с тремя контактами) подключена к C2, а вторичная (сторона с двумя контактами) подключена к C3 и C4. R1 и C6 образуют развязывающую сеть, которая удерживает сигналы RF и LO от линии питания, а также ограничивает напряжение питания для SA602 до менее восьми вольт, как требуется для этой IC. Выходной сигнал SA602 — это полезный сигнал ПЧ, который появляется как сбалансированный выходной сигнал на контактах 4 и 5.

Трансформатор T2 (желтая банка) и микросхема MK484 составляют основу усилителя ПЧ.Важно отметить, что в этом приложении трансформатор ПЧ повернут «назад», чтобы преобразовать симметричный выход смесителя в высокоомный выход с изолированным концом для управления MK484. Обратите внимание, что в этом случае первичная обмотка желтой банки (сторона с тремя контактами) подключена к контакту 2 MK484, а вторичная цепь (сторона с двумя контактами) подключена между контактами 4 и 5 SA602. Одиночный фильтр ПЧ чрезвычайно селективен, поскольку эквивалентное сопротивление нагрузки на первичной обмотке Т2 очень велико.

Продолжая работу MK484, резисторы R3 и R4 образуют делитель напряжения, который снижает напряжение питания 9 В до примерно 1,6 В, необходимого для питания ИС. Резистор R2 и конденсатор C7 обеспечивают развязанное смещение на входе IC, в то время как конденсатор C8 закорачивает любые RF, присутствующие на выходе IC, на землю.

Аудиоусилитель LM386 работает очень просто. Потенциометр R5 ослабляет звуковой сигнал, чтобы пользователь мог регулировать громкость. Конденсатор C10 максимизирует усиление звука усилителя, конденсатор C11 развязывает напряжение питания, а конденсатор C12 блокирует постоянный ток от катушки динамика.

РИСУНОК 4. Прототип приемника Simple Superhet. Не вставляйте трансформатор ПЧ с силой в плату, так как пластиковый корпус может расколоться. Вместо этого припаяйте короткий провод к каждому контакту, чтобы вставить его в соответствующее отверстие и завершить соединение.

Хорошая стратегия построения приемника — начинать с динамика и продвигаться к антенне. Это позволяет строителю на слух проверять работу схемы в процессе работы. Кроме того, очень быстрый способ построить эту схему — это вставить компоненты в прототипную плату, как показано на Рис. 4 .После проверки работы схемы легко построить схему на чем-то более постоянном, например, на плате ПК, показанной на Рис. 5 .

РИСУНОК 5. Пример реализации на печатной плате суперхет-приемника с 3-1 / 2-дюймовым динамиком, используемым в качестве основания. Печатная плата поддерживается над динамиком с помощью длинных деревянных дюбелей диаметром 3 дюйма. Рамочная антенна (не видна) устанавливается под печатной платой с помощью небольшого металлического кронштейна.

Начните сборку аудиоусилителя, подключив проводку к микросхеме LM386, динамику, R5 и C9 – C12.Подайте питание на ИС вместе со звуковым сигналом от генератора сигналов на свободный конец C9. Вы должны быть в состоянии слышать здоровый тон в динамике с регулировкой громкости, обеспечиваемой R5. Затем добавьте MK484, R2 – R4, C7 – C8 и желтую банку IF. Подключите сигнал с тональной модуляцией низкого уровня 455 кГц к вторичной обмотке ПЧ, подайте питание на схему, и демодулированный тон должен отчетливо слышаться в динамике.

Отрегулируйте винт на трансформаторе ПЧ, чтобы получить максимальную громкость с модулированным сигналом 455 кГц.Если у вас нет генератора сигналов 455 кГц, отцентрируйте винт около среднего положения и продолжайте. Завершите Simple Superhet, подключив проводку к SA602 вместе с остальными компонентами.

Испытания и калибровка

Радиосвязь закончена, но необходимо правильно выровнять схемы RF и LO, прежде чем она будет принимать какие-либо станции. С помощью небольшой неметаллической отвертки отсоедините подстроечные конденсаторы LO и RF C1a и C2a, которые находятся на задней стороне переменного конденсатора C1-C2 в пластиковом корпусе.Затем настройте AM / коротковолновый приемник на 985 кГц и поместите его рядом с вашей схемой или подключите емкостный счетчик частоты к контакту 4 или 5 SA602, чтобы контролировать частоту генератора.

Подайте питание на вашу схему и поверните конденсатор переменной емкости C1-C2 до упора против часовой стрелки (CCW). Затем отрегулируйте винт на трансформаторе гетеродина T1 (красная банка), чтобы определить сигнал генератора на частоте 985 кГц. Поверните переменный конденсатор до упора по часовой стрелке (по часовой стрелке), а затем настройте подстроечный конденсатор C2a до тех пор, пока вы не сможете определить сигнал на частоте 2155 кГц с помощью приемника монитора или частотомера.

Повторите вышеуказанные шаги один или два раза, регулируя T1 на низкочастотном конце и C2a на высокочастотном конце. Вы успешно выровняли каскад гетеродина, когда полное вращение переменного конденсатора против часовой стрелки и по часовой стрелке дает сигналы в диапазоне от 985 кГц до 2155 кГц, соответственно. (Примечание: паразитная емкость, особенно если вы используете конструкцию прототипа платы, может ограничить диапазон частот, который вы можете достичь, до уровня, меньшего, чем полный диапазон).

Выровняйте ВЧ-преселектор, настроив переменный конденсатор на станцию ​​около нижнего конца диапазона АМ, или несложно подайте сигнал от генератора сигналов на ферритовую антенну с помощью небольшой петли из провода.Очень медленно сдвигайте ферритовый стержень внутрь и из рамочной антенны, пока не получите самый громкий звуковой сигнал. Затем закрепите ферритовый стержень небольшим клином бумаги.

Перенастройте радио на станцию ​​(или генератор сигналов, если используется) около верхнего конца диапазона AM. На этот раз очень осторожно отрегулируйте подстроечный конденсатор C1a, пока звук не будет максимально громким. Повторите эту процедуру, отрегулировав ферритовый стержень на низкочастотном конце и подстроечный конденсатор на высокочастотном конце, чтобы максимизировать громкость для станций, расположенных на обоих концах диапазона АМ.На этом конструирование, тестирование и юстировка приемника Simple Superhet завершены.

Отсюда

Вот еще несколько вещей, которые вы можете попробовать самостоятельно:

• Попробуйте увеличить или уменьшить количество витков на вторичной обмотке ферритовой антенной шины, чтобы улучшить чувствительность приемника. Если ваша петельная антенна не поставляется с вторичной катушкой, вы можете намотать собственную вторичную катушку, используя около десятка витков тонкой магнитной проволоки поверх существующих витков первичной обмотки.
• Замените «белую банку» или «черную банку» на трансформатор ПЧ желтой банки, чтобы увидеть, как изменяются чувствительность и / или селективность.
• Увеличьте или уменьшите R3 на одно или два стандартных значения резистора, чтобы увидеть, как это влияет на усиление и стабильность усилителя ПЧ MK484. ( Примечание: Поддерживайте напряжение на выводе 3 MK484 ниже 1,8 В, чтобы не повредить ИС!)
• Опытные экспериментаторы могут изменить базовую конструкцию, чтобы построить супергетический приемник для других интересных частотных диапазонов, таких как Citizen’s Band или WWV. Постройте кварцевый генератор или синтезатор частоты с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ) для гетеродина, а также измените преселектор для правильного приема сигналов в желаемом диапазоне частот.

Надеюсь, вы получите столько же удовольствия от сборки, использования и модификации вашего приемника Simple Superhet, сколько я получил с моим! NV

Копаем глубже

• Конструкция и работа супергетеродинного приемника подробно обсуждаются в главе 4 книги Томази, Уэйн, «Основы электронных коммуникационных систем через продвинутый уровень», 5-е издание, Prentice Hall Career & Technology, Englewood Cliffs, NJ 2003.
• Для интересного обсуждения того, почему усилители с настроенным входом / настроенным выходом так сложно стабилизировать, см. Young, Paul H., Методы электронной связи, 5-е издание, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ 2004.
• Работа генератора и микшера SA602AN обсуждается в главах 11 и 12 соответственно Rutledge, David B., The Electronics of Radio, Cambridge University Press, Cambridge, UK 1999.

Источники

, рамочная антенна и настроечный конденсатор
www.angelfire.com/electronic2/index1/index.html

Трансформаторы промежуточной частоты и генератора
http: // www.elexp.com/ProductListing.aspx?CatId=6bec9a32-0578-4598-9e9a-ee813a8bd132

Паспорта микросхем
http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/RECTRON/MK484.pdf
www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/S/A/6/0/SA602AN_01.shtml 80 www. datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/L/M/3/8/LM386.shtml

Супергетеродин — обзор | Темы ScienceDirect

6.4 Приемник прямого преобразования

Приемник прямого преобразования, также называемый приемником с нулевой ПЧ, похож на супергетеродин в том, что используются гетеродин и смеситель, но в этом случае частота ПЧ равна нулю. Частота изображения, потенциальная проблема в супергетеродине, совпадает с желаемым сигналом, поэтому в данной топографии это не проблема. Используется усиление с очень высоким коэффициентом усиления, а фильтр нижних частот в основной полосе частот обеспечивает высокую чувствительность с высоким уровнем шума и подавлением помех по соседнему каналу.С отрицательной стороны, гетеродин находится на той же частоте, что и принимаемый сигнал, поэтому существует вероятность самоинтерференции и помех от расположенных поблизости приемников, настроенных на ту же частоту. Дизайн и компоновка очень важны для ограничения излучения гетеродина и предотвращения утечки обратно через смеситель и РЧ усилитель в антенну. Кроме того, из-за очень узкой полосы пропускания частота гетеродина с кварцевым управлением должна быть точной и стабильной.

Блок-схема приемника данных прямого преобразования с частотной манипуляцией (FSK) показана на рис.6.8. Выход усилителя RF подается на два смесителя. Выход гетеродина на той же частоте, что и РЧ-сигнал, подается непосредственно на один смеситель (встроенный). Другой смеситель принимает сигнал гетеродина после синфазного сдвига на 90 ° (квадратура). Каждый из выходных сигналов смесителей « I » и « Q » пропускается через фильтры нижних частот и ограничители, а затем подается на фазовый детектор для демодуляции. Задержка, оптимально равная периода девиации частоты, вставляется в тракт Q перед фазовым детектором.Три фильтра нижних частот LPF1, LPF2 и LPF3 ослабляют составляющие двойной частоты, которые включены в выходы смесителя. Сигналы с частотной манипуляцией появляются с противоположной относительной фазой на фазовом детекторе, давая двоичный выход MARK или SPACE в зависимости от того, выше или ниже входной сигнал, чем частота гетеродина. Это можно увидеть так:

Рис. 6.8. Приемник прямого преобразования.

Пусть входные сигналы MARK и SPACE равны

(6.1) SM = cos2πf + dtSS = cos2πf − dt + θ

, где f — номинальная частота приемника, а d — отклонение частоты сигнала FSK. θ — случайный фазовый сдвиг. Амплитуды пиков не показаны, поскольку они не имеют отношения к результатам.

Сигналы квадратурного генератора для смесителей:

(6.2) LOI = cos2πftLOQ = sin2πft

Выходы смесителя при отправке MARK:

(6.3) IM = SM⋅LOI = cos2πf + dt⋅cos2πft

(6.4) QM = SM⋅LOQ = cos2πf + dt⋅sin2πft

Аналогично, когда отправляется ПРОБЕЛ

(6.5) IS = SS⋅LOI = cos2πf − dt + θ⋅cos2πft

(6.6) QS = SS⋅LOQ = cos2πf − dt + θ⋅sin2πft

Используйте следующие тригонометрические тождества по мере необходимости, чтобы записать результаты в уравнения.(6.3) — (6.6) запишите члены произведения как отдельные члены синуса или косинуса.

(6,7) cosαcosβ≡12cosα − β + cosα + βsinαsinβ≡12cosα − β − ​​cosα + βsinαcosβ≡12sinα − β + sinα + β

Компоненты двойной частоты I _M , Q _M , I _S , и Q _S удаляются в фильтре нижних частот каждого канала, оставляя

(6,8) IM ′ = cos2πdtQM ′ = — sin2πdtIS ′ = cos2πdt − θQS ′ = sin2πdt − θ

, где постоянные умножения 1/2 опущены.Теперь вставим задержку 90 ° в тракт Q к фазовому детектору. Входы I и Q для фазового детектора при получении MARK или SPACE:

MARK

(6.9) IM ′ = cos2πdtQM ″ = — sin2πdt − 90 °

SPACE

( 6.10) IS ′ = cos2πdt − θQS ″ = sin2πdt − θ − 90 °

I _M ′ и Q _M ″ умножаются в фазовом детекторе при получении МАРКИРОВКИ, и аналогично I _S ^′ и Q _S ^″ умножаются при получении SPACE.Используя тождество sin ( α ) cos ( β ) из уравнения. (6.7) и удалив члены с двойной частотой, которые отфильтрованы в LPF3, мы видим, что данные на выходе при получении MARK имеют значение + 1/2, а данные на выходе при получении SPACE — 1/2.

Усилители-ограничители сглаживают выходы фильтров, чтобы их можно было применить к цифровому фазовому детектору, который выводит MARK или SPACE в соответствии с разностью фаз в каждой паре синфазных ( I ) и квадратурных ( Q ) сигналов. , аналогично объяснению выше, основанному на синусоидальных волнах.

Хотя в приведенном выше объяснении частота гетеродина установлена ​​точно на номинальную частоту передатчика, небольшие различия допускаются, если они меньше, чем отклонение модуляции за вычетом скорости передачи данных. Проблема дрейфа гетеродина и способы ее решения с использованием других методов обнаружения ЧМн в приемниках с нулевой ПЧ описаны в [4]. [3]. Блок демодулятора на рис. 6.8 может указывать другие типы демодуляции. Например, без подблока «Задержка» он обнаруживает фазовую манипуляцию.

Супергетеродинный приемник — обзор

Введение

С тех пор, как АЦП были впервые прикреплены к концу сигнальной цепи беспроводного приемника, граница между аналоговой и цифровой обработкой неуклонно смещалась в сторону антенны. Как показано на рисунке 8.1, АЦП нижних частот с полосой пропускания в диапазоне кГц изначально использовались для оцифровки одного канала в основной полосе частот. Позже АЦП с полосой пропускания и субдискретизацией сделали то же самое на ПЧ, и по мере того, как полоса пропускания и динамический диапазон АЦП улучшились, приемники все больше полагались на цифровую обработку сигналов для выполнения фильтрации каналов.В настоящее время АЦП могут оцифровывать полосу спектра 100 МГц с достаточным динамическим диапазоном, что делает возможной работу с несколькими несущими с минимальной фильтрацией. Аналого-цифровое преобразование в настоящее время выполняется на ПЧ, но вскоре АЦП смогут напрямую оцифровывать радиочастотные сигналы ГГц. Когда наступит этот день, аналоговая часть высокопроизводительного радиоприемника может состоять только из фильтра выбора полосы, LNA и ADC. Далее, LNA и даже фильтр могут в конечном итоге быть поглощены АЦП, так что возможна полностью программируемая многополосная работа.

Рисунок 8.1. Эволюция беспроводных приемников.

Для того, чтобы мечта о таком программно-определяемом радио [1] была экономически реализована, АЦП должен быть настраиваемым. Возможность настройки необходима, потому что потребление энергии является одним из самых фундаментальных ограничений для АЦП в программной радиосвязи, а оцифровка сигналов, лежащих за пределами интересующего диапазона, приводит к разбазариванию мощности. Полосовые ΔΣ АЦП [2–9] дают возможность сосредоточиться на интересующей полосе частот и, следовательно, представляют собой многообещающую технологию для реализации этого святого Грааля АЦП.

Однако в настоящее время приемник с несколькими несущими должен понижать уровень радиочастотного сигнала ГГц до более управляемой частоты. В приемнике с прямым преобразованием квадратурный смеситель переводит желаемую полосу в нулевую частоту, тогда как в супергетеродинном приемнике смеситель (действительный или квадратурный) переводит желаемую полосу в ненулевую ПЧ.

Спецификации АЦП, используемых в прямом преобразовании, кажутся менее требовательными, чем характеристики АЦП, используемого в супергетеродинном приемнике, потому что и частота сигнала, и полоса пропускания ниже.Например, для поддержки полосы пропускания 100 МГц приемнику прямого преобразования необходимы два АЦП для оцифровки сигналов I и Q основной полосы частот 0–50 МГц, тогда как супергетеродинному приемнику требуется полосовой АЦП, поддерживающий полосу пропускания 100 МГц при ПЧ, возможно, 400 МГц. Нижний частотный диапазон, используемый при прямом преобразовании, является одним из факторов, влияющих на эту архитектуру. Однако несколько других факторов могут склонить чашу весов к супергетеродинному подходу, особенно когда используется полосовой АЦП.

Во-первых, обратите внимание, что различные требования к АЦП не обязательно значимы.Теоретически для данной плотности шума два АЦП с полосой пропускания BW /2 потребляют такую ​​же мощность, что и один АЦП с полосой пропускания BW . Это правило сохраняется на практике до тех пор, пока BW не настолько высок, чтобы потребовать дополнительной мощности. Как демонстрирует пример, приведенный в конце этой главы, BW = 100 МГц не подчеркивает возможности 65-нм технологии CMOS, а ПЧ в диапазоне 200–400 МГц может поддерживаться без значительных потерь мощности. Следовательно, требования к полосе пропускания и обработке частоты АЦП с функцией ПЧ могут быть несущественными, если используется современная технология CMOS.

Второй фактор, который следует учитывать, — это линейность. В супергетеродинной системе с достаточно высокой ПЧ продукты искажения четного порядка выпадают за пределы полосы, тогда как в приемнике с прямым преобразованием члены искажения четного порядка могут попадать в полосу. Особенно неприятными в среде с несколькими несущими являются продукты искажения четного порядка, которые появляются вокруг постоянного тока, поскольку каждая несущая создает составляющие искажения около постоянного тока. По этим причинам требования к линейности АЦП несколько снижаются, если архитектура приемника является супергетеродинной, а не прямым преобразованием.

В дополнение к искажениям четного порядка, смещение постоянного тока и шум 1/ f также мешают низкочастотному режиму приемника прямого преобразования. Смещение постоянного тока искажает канал в центре полосы и обычно требует комбинации калибровки и цифровой коррекции для приручения. Смещение постоянного тока можно обойти, если используется частотное планирование, чтобы гарантировать, что ни один из активных каналов не включает постоянный ток, но шум 1/ f все еще проблематичен. Чтобы преодолеть шум 1/ f , необходимо использовать либо большие устройства, либо измельчение.В отличие от этого, полосовые системы нечувствительны как к смещению постоянного тока, так и к шуму 1/ f .

Последний фактор, противостоящий прямому преобразованию, — квадратурная точность. Неидеальная квадратура в приемнике прямого преобразования позволяет сигналу с частотой основной полосы f искажать более слабый полезный сигнал на — f . Требуемое ослабление изображения зависит от приложения, но может составлять порядка 80 дБ. Для достижения такого качества квадратуры усиление и фаза трактов I и Q должны совпадать с точностью до 0.002 дБ и 0,01 ° соответственно по всей полосе. Требуется адаптивная цифровая коррекция, поскольку одна калибровка не может обеспечить требуемую точность, и коррекция должна быть достаточно быстрой, чтобы отслеживать изменение членов коррекции во времени.

Таблица 8.1 резюмирует приведенное выше обсуждение. Хотя прямое преобразование сводит к минимуму требования к полосе пропускания и частотному диапазону АЦП, супергетеродинный приемник, использующий полосовой АЦП, защищен от таких проблем, как искажение четного порядка, смещение постоянного тока, шум 1/ f и квадратурная неточность, которая влияет на прямое преобразование. приемник преобразования.

Таблица 8.1. Сравнение требований к АЦП для приемников с прямым преобразованием и супергетеродинных

the-simplest-superheterodyne-am-Receiver — 926 40001.1.1 Простейший супергетеродинный AM-приемник