Вместо предисловия:
Давно хотел написать статью по теме супергетеродинного приёма для начинающих, но не решался, инфы в открытом доступе полным-полно и повторять её еще раз было как-то... ну не уместно, что ли. Прочтя статью под которой сделан приведенный выше скрин, понял, что уместно! Автор той статьи типичный графоман, навалил текста, а инфы в этот текст положил как кот наплакал.
Супергетеродинный приёмник это.... Слишком сложно, слишком рано.
Делать многосерийный триллер как автор возмутившего меня "материала", я не хочу, мне на монетизацию плевать, статьей больше статьей меньше ни на что не влияет. По этому наберитесь терпения и не серчайте, статья очень длинная, писал её два дня. А если совокупить все удаленные и переписанные варианты, то две недели.
Давайте от простого к сложному. В качестве базы возьмем типовой детекторный приёмник, ну вот этот пойдет.
***Возмущение*** электромагнитного поля вокруг антенны приемника "А" порождает в проводнике антенны напряжение высокой частоты (радиочастоты) которое дальше детектируется (обрезается одна из полуволн) диодом "D1" и превращается при помощи конденсатора С2 (фильтр нижних частот) в переменное напряжение звуковой частоты, которое в свою очередь преобразуется в звук излучателем TLF.
Для того, что бы не слушать кашу из десятков, а точнее сотен станций, нужно как-то выделить одну единственную из всей этой кокофонии. Для этого нужно сделать так, что бы к детектору пришло напряжение только нужной частоты.
Колебательный контур образованный катушкой L1 и конденсатором C1 умеет изменять собственную резонансную частоту, происходит это из-за конденсатора переменной емкости, изменяя его емкость меняется частота собственного резонанса контура, чем больше емкость С1, тем больше нужно времени на его перезарядку, а значит и частота резонанса будет ниже. При уменьшении ёмкости резонансная частота будет увеличиваться.
И так, все сигналы которые не совпадают с собственным резонансом колебательного контура будут затухать, в то же время, напряжение с частотой равной частоте контура будет беспрепятственно проходить к детектору и далее по описанной выше схеме становиться звуком в ухе.
****** да да, я не оговорился, радиоволна к приемнику не прилетает как брызги слюней от чихающего попутчика в маршрутке, она возникает вокруг антенны передатчика и распространяется словно волна на поверхности воды, только быстрее во много раз, со скоростью света примерно, в физике это безобразие называется передачей энергии без переноса вещества*****
Избирательность и чувствительность.
С чувствительностью в рассматриваемом приёмнике все просто, она зависит от длины антенны и от чувствительности звукового излучателя.
Чем длиннее полотно антенны, тем большую ЭДС наведет в него радиоволна. Чем чувствительнее излучатель, тем громче он будет звучать.
А вот с избирательностью интереснее, она зависит... Кстати!!!
Избирательность это способность приемника выделив нужный сигнал, как можно сильнее заглушить не нужный.
Ну так вот, избирательность зависит от множества факторов, рассмотрим самый важный.
Добротность колебательного контура.
Добротность колебательного контура это способность контура как можно дольше поддерживать колебания. Чем добротнее контур, тем слабее в нем будут затухать колебания на частоту которых он настроен. Для умственного эксперимента возьмем обыкновенную гитару шести или семи струн, не важно, если хотите возьмите балалайку или домру, ведь эксперимент умственный, берите что под руку подвернется! Щипните любую струну и запомните как долго она звучит. Давайте считать, что это звучание соответствует хорошей добротности. Теперь обмотайте гриф инструмента носком или если носок уже не гнётся, возьмите шарф или галстук. Обмотайте гриф поверх струн. (если вы взяли рояль, то откройте крышку и бросьте на струны батину фуфайку) Щипните струну и оцените, как быстро она перестанет звучать. Носком... ах да, галстуком (фуфайкой) мы "убили" добротность колебательной системы.
Ну так вот; чем лучше добротность контура, тем он лучше поддерживает колебания сигнала своей частоты. Повысить добротность контура можно, как конструктивно, так и добавлением в схему кунштюков повышающих добротность электронными методами, называются эти кунштюки регенераторами и в этой статье мы их рассматривать не будем. Остановимся на том, что мы уперлись в потолок и еще добротнее контур мы сделать не можем, а соседняя радиостанция все равно мешает слушать желаемую. Что делать?
Самым мудрым решением будет добавить после первого контура еще один или несколько контуров. В каждом контуре полезный сигнал будет поддерживаться собственным резонансом контура и проходить дальше, а "неполезный" сильнее и сильнее, от контура к контуру, гаситься, и чем больше мы установим контуров, один за другим, тем сильнее мы подавим мешающие сигналы! Да это работает, но! Главный недостаток такого метода заключается в невозможности на практике реализовать синхронную перестройку всех контуров системы. Кроме того, конструкция получится громоздкой и ненадёжной.
Что можно сделать еще? Можно ли придумать какой-нибудь фильтр с хорошим подавлением всего лишнего? Да, можно! Правда тут наличиствует неприятный моментик - фильтр этот будет на одну частоту и перестраивать его никак нельзя! И чего же дальше, спросит пытливый юный читатель?
А дальше мой юный друг - его величество Супергетеродин собственной персоной!
Значит прикручиваем к нашему приемнику еще один, нет, лучше еще два контура, настраиваем их все на одну частоту и далее делаем финт ушами!
________________________________________________________________________________________
Дети которые посещают детские площадки, во дворах или детсадах не особо важно, рано или поздно замечают один забавный эффект - когда все хором кричат что-то типа "самолеёёёет!!!", каждый при этом кричит на своей ноте и каждый слышит свой голос и голос своих сотоварищей, но еще они все слышат звуки которых на самом деле нет. Эти звуки часто вибрируют, переливаются но они не принадлежат ни одному из ребят! Что это такое? Вот у меня лично 39 лет назад возникал этот вопрос, я захлопывал свою пачку и прислушивался. Звук утратив мой сопрано, менялся, но все равно, что-то постороннее в общей звуковой картине присутствовало! Может показаться, что я накидываю на себя пух, (возможно вам не кажется) но не могу не сказать, что уже тогда, в четыре года от роду, я одуплил, что эти "левые" звуки образуются из-за смешивания голосов моих однокашников. То что для этого эффекта достаточно всего двух голосов незначительно отличающихся тональностью естественно я не знал, да и интереса в исследовании этого "феномена" не было, я это просто принял как факт и более не зацикливался, тогда были более насущные проблемы: отобрать у корефана игрушку, оторвать Катьке Селивановой бант или нажраться зеленой вишни которая гроздями свисала во двор сада из двора частного.... эм... частного в те годы ничего не было... ну короче, со двора соседа детского сада во двор сада детского, свисала ветка вишни и мы её жрали как не в себя, вишню, а не ветку. Позже нянькам во время "тихого часа" приходилось в усиленном порядке выносить горшки, а медичке заглядывать нам всем подмышки, осматривать пузо и совать железную лопатку (это щас деревянный шпатель используют, а тогда был более суровый инструмент подвигания языка) в рот.
Кажется я отвлекся, простите, так бывает....
__________________________________________________________________________________________
И так- - финт ушами.
Нам нужно к частоте принимаемой станции подмешать какую-то другую частоту, что бы при их смешивании получилась третья частота, и вот на эту третью частоту и настроен наш фильтр о трех контурах!
Давайте по подробнее:
Для того, чтоб было проще переваривать цифры, возьмем круглые значения.
Настраиваем фильтр на частоту 500кГц. Теперь для того, что бы принять сигнал на частоте 1000кГц, нам нужно каковто его перетащить на 500кГц. Подмешиваем к нему частоту равную 1500кГц. При смешивании 1000 и 1500, мы из частоты которую подмешиваем вычитаем частоту принимаемую, получается 500кГц, эти 500 у нас с радостью проскакивают через фильтр, а все, что не попадает в эти 500кГц будет ослабляться в каждом звене фильтра. К примеру у нас мешающий сигнал на частоте 1030кГц. 1500 минус 1030 = 470кГц то есть, в третьей частоте, которая называется промежуточной, мешающий сигнал так же как и в исходной, отстоит от основной на 30кГц. Поскольку у нас фильтр из трех контуров настроен ровно на 500кГц, через него пройдет практически без потерь частота 500кГц, на которой звучит наша радиостанция, а вот 470кГц в этом фильтре застрянет и до детектора не доберется!
Узел создающий сигнал который мы подмешиваем к исходному, называется гетеродин, или генератор плавного диапазона. Наверное и так понятно, что частота этого генератора не постоянна, а изменяемая, изменяя частоту ГПД мы изменяем и ту частоту, которая будет этим сигналом, преобразована в промежуточную, 500кГц.
Штуковина в которой смешиваются сигналы принимаемой частоты с частотой гетеродина называется смесителем.
Описанная выше эпопея, позволяет переносить любую частоту из эфира, на промежуточную частоту приемника, которую мы уже можем обрабатывать всевозможными фильтрами не требующими перестройки по частоте.
Зеркальный канал.
Казалось бы вот он философский камень, предел мечтаний и вершина всех желаний! Ура товарищи, похлопаем в ладоши и.... и продолжим наш рассказ.
Когда в смесителе орудует частота гетеродина, она смешивается вообще со всеми частотами и сигналами поступившими в смеситель из антенны приемника, по этому в частоту ПЧ 500кГц попадет сигнал не только с 1000кГц, но и сигнал с 2000кГЦ, в промежуточную ЧАСТОТУ одинаково хорошо попадают не только частота разности частот, но и частота суммы частот, то есть с сигналом на частоте 1МГц в тракт промежуточной частоты попадет и сигнал на частоте 2МГц. Если на этой частоте нет никаких станций или помех, то ничего страшного, на детектор приемника придет сигнал с частоты 1МГц в котором поют песни и рассказывают новости, и сигнал с 2МГц, в котором пусто, ни песен тебе, не новостей. Но так бывает не всегда. Приведу пример:
Есть одна радиостанция, УВБ-76, работает она на частоте 4625кГц.
А еще есть много роликов во всяких там ютюбах, в которых коллеги вашего покорного слуги, демонстрируют свои самодельные приемники на диапазон 80m. Так вот, очень часто я слышу в их приемниках, на частоте 3625кГц ту самую УВБ-76, её слышно через зеркальный канал на частоте 3625кГц. Такое соотношения получается при использовании промежуточной частоты 500КГц.
Гетеродин на частоте 4125кГц, смешиваясь с сигналами из эфира, в фильтр промежуточной частоты "затягивает" (преобразует) с равным успехом частоту 3625 и 4625, первую он преобразует в 500кГц через разность частот, вторую через сумму частот.
Можно ли с этим что-то сделать?
Ответственно заявляю - можно! (можно с оговорками).
Диапазонные полосовые фильтры ДПФ.
Если сигнал от антенны заводить не непосредственно в смеситель, а через входной фильтр, который будет настроен на частоту нужной станции или на небольшой участок в котором находится эта станция, а все остальные частоты будут подавляться, то получится заметно снизить громкость помехи пришедшей в смеситель по зеркальному каналу. Допустим если у нас на 1000кГц и на 2000кГц работают станции с одинаковым уровнем сигнала, то и в динамике или наушнике они будут звучать с одинаковой громкостью при подведении сигнала к смесителю непосредственно из антенны. Однако, если мы от антенны сигнал подадим сначала на фильтр который пропускает частоты к примеру от 500 до 1500кГц, а все остальные подавляет, ну к примеру в 10 раз. С этого фильтра подадим сигнал в смеситель, сигнал зеркального канала будет ослаблен в 10 раз относительно полезного.
Фильтр на входе приемника называется "Диапазонным Полосовым Фильтром" ДПФ
В моем трансивере Аматор, мне удалось подавить внеполосные сигналы вот таким ДПФ, в диапазоне 80m так хорошо, что на частоте 3625, УВБ-шка полностью отсутствует!
Побочные каналы приёма.
Эту гадость расширенно рассматривать нет смысла, ибо она бывает только в тех случаях, когда наш ГПД вырабатывает "грязный" сигнал. Сигнал в котором кроме основной частоты присутствуют и побочные частоты, такие как гармоники или цифровой шум в случае применения в качестве ГПД синтезатора частоты. Если сигнал чистый, без этих "левых" частот, то и побочных каналов приема не будет, причислять это явление к недостаткам супергетеродинного приемника не совсем правильно, это проблема не приемника, а только одного из его узлов.
_________________________________________________________________________________________
Теперь об оговорке касательно зеркального канала и подавления его при помощи входного полосового фильтра. В самодельной радиоаппаратуре входные фильтры чаще всего не перестраиваемые и настроены они так, что пропускают весь диапазон. Если в нашем приемнике или трансивере промежуточная частота низкая, ну к примеру 465 или 500кГц, то на таких диапазонах как 10m зеркальный канал будет внутри этого диапазона. Начинается диапазон на частоте 28МГц, а заканчивается на частоте 29,7МГц, то есть, получается, что наш ДПФ должен перекрывать весь этот участок и если мы слушаем станцию на частоте 28,1МГц, зеркальный канал для неё будет находиться на частоте 29,1МГц, то есть в полосе пропускания полосового фильтра на входе, а значит если и там и там будут работать станции, в динамике мы будем слышать их обе!
В таком случае целесообразно и так делают, применить более "высокую" промежуточную частоту. К примеру в описанном выше случае для частоты 28,1МГц, и частоте ПЧ 5МГц, зеркальный канал будет на частоте 38,1МГц, Эту частоту наш ДПФ уже эффективно подавляет, и кроме того, на частотах выше 30МГц нет никаких станций и помех.
С более высокой частотой ПЧ приходит и новая проблема - более низкая избирательность по соседнему каналу. (решаемо).
Супергетеродин с двойным преобразованием.
Это то же самое, но умноженное на два. Первый смеситель работает с относительно высокой промежуточной частотой, от 8ми, до 45ти мегагерц, чем полностью уничтожается проблема зеркального канала, последний попадает в абсолютно необитаемый участок эфира. С фильтра первой промежуточной частоты сигнал подводится не к детектору, а к второму смесителю, который работает уже на низкой ПЧ, от 200 - до 3000кГц, обеспечивая хорошую избирательность по соседнему каналу. На этом этапе думать о зеркальном канале не нужно, ибо там после первого преобразования пусто как в барабане!
По принципу двух преобразований построены такие легендарные аппараты как "Крлсон" и еще более легендарный UW3DI и многие другие, как промышленные, так и самодельные.
Разумеется описанный тут супергетеродин сильно упрощен. В практических конструкциях после фильтра ПЧ, перед детектором имеются усилительные каскады, после детектора сигнал тоже не напрямую к динамику подводится, а через каскады усилителя низкой частоты. Так же усилители могут присутствовать и перед входным полосовым фильтром УВЧ. Иногда тракт промежуточной частоты может быть перестраиваемым в небольшом диапазоне, а кроме двух преобразований бывает и больше. Но самое главное, все супергетеродины рассчитанные на прием радиолюбительских станций с однополосной модуляцией или телеграфным режимом по определению являются супергетеродинами с двумя преобразованиями, о чем будет описано подробнее в следующих статьях.
Всем спасибо и до новых встреч!
Пока пока, 73!!!