К. Шульгин
В статье "Как работает супергетеродин", опубликованной в предыдущем номере журнала, рассказано о принципе супергетеродинного приема и о работе преобразователя частоты. В этой статье рассматриваются усилители промежуточной частоты, детекторы, схемы автоматической регулировки усиления и электроннолучевой индикатор настройки.
УСИЛИТЕЛИ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ
Качественные показатели супергетеродинного приемника во многом определяются параметрами его усилителя промежуточной частоты. Чем больше коэффициент усиления усилителя ПЧ тем выше чувствительность супергетеродина и тем лучше работает в нем система АРУ. Расширение полосы пропускания повышает качество воспроизведения принимаемой передачи, а увеличение крутизны спада кривой частотной характеристики и приближение ее формы к П-образной улучшает избирательность приемника по соседнему каналу. Однако постройка усилителя ПЧ, обладающего хорошими показателями по всем параметрам, связана с известными трудностями. Поэтому в дешевых приемниках третьего и второго классов делают несложный однокаскадный усилитель ПЧ, в приемниках первого класса - двухкаскадный и лишь в специальных связных приемниках - многокаскадный.
В качестве простейшего усилителя ПЧ можно использовать обычный резонансный усилитель высокой частоты, содержащий в каждом каскаде одиночный колебательный контур (рис. 1, а). Напряжение смещения на управляющую сетку лампы снимается с сопротивления R1, на котором оно образуется вследствие того, что по этому сопротивлению проходит анодный ток лампы Л. На управляющую сетку это напряжение попадает через колебательный контур предыдущего каскада приемника или сопротивление утечки, которые на схеме не показаны. Положительное напряжение на экранную сетку лампы подается через гасящее сопротивление R2. Сопротивление R3 и конденсатор С3 представляют собой развязывающий фильтр, предотвращающий самовозбуждение или понижение устойчивости работы усилителя вследствие паразитных связей через цепи анодного питания.
Рис 1. Принципиальные схемы каскада усиления промежуточной частоты: а - с одиночным контуром; б - с двухконтурным полосовым фильтром
Усиленное напряжение промежуточной частоты снимается с колебательного контура L1C4 и через разделительный конденсатор С5 поступает на управляющую сетку лампы следующего каскада приемника. Сопротивление R4 является сопротивлением утечки сетки этой лампы.
Достоинствами рассмотренного усилителя является простота конструкции и наибольший по сравнению с другими типами усилителей коэффициент усиления. Однако ему присущ весьма существенный недостаток: он не может одновременно обладать высокой избирательностью и пропускать полосу частот, необходимую для высококачественного воспроизведения радиопередач. Так, например, если для получения хорошей избирательности применить в нем контуры с высокой добротностью, то усилитель будет пропускать очень узкую полосу частот (кривая 1 на рис. 2, а), и воспроизведение передачи будет сопровождаться частотными искажениями. Расширить полосу пропускания можно, шунтируя контуры сопротивлениями. Однако при этом резко ухудшится избирательность усилителя (кривая 2 на рис. 2, а). Поэтому в супергетеродинах в качестве усилителей ПЧ обычно применяют полосовые усилители, свободные от указанных выше недостатков.
Отличительной особенностью полосового усилители является то, что в нем применяется ие одиночный колебательный контур, а полосовой фильтр, представляющий собой систему из двух или более связанных друг с другом резонансных контуров (рис. 1, б). В результате введения дополнительных контуров свойства усилителя сильно изменяются. На рис. 2, б приведены частотные характеристики усилителя с двухконтурным полосовым фильтром, получающиеся при различной связи между контурами. При слабой связи (кривая 1) частотная характеристика полосового усилителя сходна с частотной характеристикой резонансного усилителя, имеющего одиночный контур, но несколько острее ее. Коэффициент усиления в этом случае получается небольшим, так как вследствие слабой связи во втором контуре (L2C5) индуктируется малая электродвижущая сила.
Рис. 2. Частотные характеристики усилителей ПЧ: а - с одиночными контурами; б - с двухконтурными полосовыми фильтрами
С увеличением связи между контурами, которое можно осуществить, сближая катушки L1 и L2, коэффициент усиления возрастает. При некоторой определенной связи, называемой критической, коэффициент усиления перестает нарастать и его значение достигает половины коэффициента усиления каскада с одиночным колебательным контуром: К = 0,5S * Z, где S - крутизна характеристики лампы, a Z -резонансное сопротивление контура.
Полоса пропускания фильтра при критической связи получается более широкой, чем при слабой связи между контурами, вследствие чего частотная характеристика усилителя имеет вид кривой 2 на рис. 2, б. Она отличается от частотной характеристики усилителя с одиночным контуром тем, что ее вершина приплюснута.
При дальнейшем сближении катушек (увеличении связи) коэффициент усиления усилителя больше не возрастает, но зато верх частотной характеристики раздваивается (кривые 3 и 4 на рис. 2, б) и она становится двугорбой с провалом в середине. Чем сильнее связь между контурами, тем дальше по частоте раздвинуты горбы кривой и больше глубина провала.
Для усилителей с одинаковыми двухконтурными полосовыми фильтрами наивыгоднейшей является такая частотная характеристика, у которой провал опускается до 0,7 максимального усиления. В этом случае усилитель при заданной полосе пропускания обладает наилучшей избирательностью и не вносит заметных частотных искажений. Если при такой форме частотной характеристики полоса пропускания усилителя получается шире или уже требуемой, то для изменения ее ширины необходимо соответственно повысить или понизить добротность контуров фильтра.
Комментарии
Итак, c увеличением связи
Итак, c увеличением связи между контурами фильтра полоса пропускания уcилителя расширяется. Однако в отличие от усилителя с одиночными колебательными контурами в полосовом усилителе с расширением полосы пропускания крутизна спадов частотной характеристики не уменьшается и, следовательно, его избирательность не падает.
Таким образом, основным достоинством полосового усилителя является то, что он хорошо усиливает не только одну частоту, а определенную полосу частот, причем за пределами этой полосы усиление резко падает. Это дает возможность получить высокую избирательность и малые частотные искажения.
Выбор ширины полосы пропускания, которую принято отсчитывать на уровне 0,7 от максимального усиления, всецело зависит от назначения усилителя. Так, в приемниках, предназначенных для высококачественного воспроизведения радиовещательных передач, ширина полосы выбирается в пределах от 10 до 15 кГц в приемниках, предназначенных для приема дальних радиостанций, с целью ослабления воздействия всевозможных помех полосу сужают до 6-7 кГц, наконец, для приема телеграфных радиостанций наивыгоднейшей является полоса в 200-400 Гц.
Во многих приемниках полосу пропускания делают регулируемой. Плавно изменять полосу можно, перемещая одну из катушек каждого или части полосовых фильтров усилителя ПЧ. При сближении катушек, вследствие увеличения связи между ними, полоса расширяется, а при удалении вследствие уменьшения связи - сужается. Однако поскольку сделать одну из катушек подвижной конструктивно довольно трудно, полосу пропускания чаще всего изменяют ступенями. Для этого фильтр дополняют катушкой связи L4 (на рис. 3, а), имеющей 5-10 витков такого же провода, что и основные контурные катушки. Эту катушку располагают около катушки L1. При включении катушки L4 последовательно с катушкой L2 связь между контурами фильтра возрастает и полоса пропускания расширяется. Назначение катушки L3 состоит в том, чтобы компенсировать изменение общей индуктивности контура L2C2, происходящее при отключении катушки L4. Число витков ее должно быть таким же, как и катушки L4. Располагается она возле катушки L2.
Рис. 3. Способы регулировки полосы пропускания: а - посредством вспомогательной катушки связи; б - изменением емкости конденсатора связи
На рис. 3, б приведена схема усилителя с емкостной связью между контурами полосового фильтра. В таком усилителе полосу пропускания можно плавно изменять в широких пределах, меняя связь между контурами с помощью небольшого конденсатора переменной емкости, имеющего максимальную емкость 30-50 пФ.
ДЕТЕКТИРОВАНИЕ
На выходе усилителя ПЧ получаются высокочастотные модулированные колебания. Для преобразования этих колебаний в электрические колебания низкой частоты служит детектор. Естественно, что для неискаженного воспроизведения радиопередачи частота и форма кривой напряжения НЧ, получаемого на выходе детектора, должны быть такими, как у огибающей кривой приходящего сигнала.
Различают диодное, сеточное, анодное и катодное детектирование. В супергетеродинных приемниках применяется, как правило, диодное детектирование, поэтому в данной статье мы остановимся только на нем.
Рис. 4. а - схема детектора с последовательным включением нагрузки; б - с параллельным включением нагрузки; в - напряжение ПЧ, подводимое к детекторной лампе; г - ток в цепи детектора; д - напряжение на сопротивлении нагрузки R1; е - напряжение низкой частоты на выходе детектора
Схемы простейших диодных детекторов изображены на рис. 4, а и б. Напряжение ПЧ (рис. 4, в) от контура L1C3 подводится к диоду через конденсатор С1. Вследствие того что диод пропускает ток только от анода к катоду, ток через нагрузку R1C1 протекает только в одном направлении (оказывается выпрямленным) и представляет собой кратковременные импульсы (рис. 4, г). Величина этих импульсов пропорциональна амплитуде приходящих сигналов и, следовательно, огибающая их кривая повторяет форму огибающей кривой модулированных колебаний.
Ток в виде кратковременных импульсов является сложным, состоящим из токов многих частот. В их число входят: ток промежуточной частоты Iпр. токи высших гармоник этой частоты, постоянный ток I0 (постоянная составляющая) и т.д. Токи промежуточной и высших частот проходят через конденсатор С1, не создавая на нем заметного напряжения. Постоянная составляющая выпрямленного тока протекает через сопротивление R1 в направлении, показанном стрелками на рис. 4, а и б, и создает на этом сопротивлении напряжение, положительный знак которого обращен к катоду лампы, а отрицательный - к ее аноду.
Так как величина импульсов выпрямленного тока изменяется по тому же закону, что и амплитуда модулированных колебаний, то аналогично изменяется и ток, протекающий через сопротивление R1. Поэтому выпрямленное напряжение на сопротивлении R1 колеблется со звуковой частотой вокруг некоторого среднего значения U0. Таким образом, выпрямленное напряжение на сопротивлении R1 состоит из постоянного напряжения U0 и напряжения низкой частоты Uнч.
Постоянное напряжение U0, изменяющееся пропорционально силе приходящего сигнала, часто используется для различных автоматических регулировок, а напряжение низкой частоты Uнч через разделительный конденсатор С1 поступает на вход усилителя НЧ приемника. Выполнив сопротивление R1 в виде потенциометра, как показано на рис. 4, а, можно в широких пределах изменять амплитуду напряжения НЧ на выходе детекторного каскада.