Полная версия

Главная arrow Техника arrow ВВЕДЕНИЕ В РАДИОЭЛЕКТРОНИКУ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Основные элементы канала связи

Диапазон использования радиотехнических средств чрезвычайно широк. Достаточно привести лишь незначительную часть терминов, которые содержать слово «радио»: радиовещание, радиотелеграфия, радиолокация, радионавигация, радиоастрономия, радиоразведка и т. д. Нет никакой возможности в рамках этой книги описать каждое из перечисленных направлений. О некоторых из них вам подробно расскажут на старших курсах, но кое-что вы найдете в главе 9..

Однако все радиосистемы, в конце концов, могут быть сведены к некоторой общей структурой схеме, в которую входят радиоприёмник, радиопередатчик и антенна. Рассмотрим эти составные элементы канала связи.

Радиоприёмники

Приёмник является обязательным оконечным устройством канала связи. Он преобразует сигналы естественного или искусственного происхождения в сигналы, пригодные для их дальнейшего использования. Если в качестве носителя информации используются радиоволны, то мы имеем дело с радиоприёмником (радиоприёмным устройством). Обычно в этом случае по традиции имеют в виду приёмные устройства, работающие на длинах волн более ~ 1 мм. Оптические приёмники выделяются в отдельный класс устройств, хотя они и имеет много общего с радиоприёмником.

Все многообразие радиоприёмных устройств делится по следующим признакам:

основному назначению - радиовещательные и профессиональные;

роду работы - радиотелеграфные, радиотелефонные, телевизионные, фототелеграфные ит.д.;

виду модуляции, применяемой в канале связи - амплитудная (АМ), частотная (ЧМ), фазовая (ФМ), однополосная (ОМ), импульсная (ИМ), частотная манипуляция с непрерывной фазой и т. д. (см. раздел 4.3);

диапазону принимаемых волн - приёмник, включающий все широковещательные диапазоны (ДВ, СВ, КВ, УКВ) называют всеволновым (см. раздел 6.2);

способу построения приёмного тракта - детекторные, прямого усиления, прямого преобразования, регенеративные, супергетеродинные с однократным, двукратным или многократным преобразованием частоты, цифровые и т. д.;

способу питания - с автономным, сетевым или универсальным;

месту установки - передвижные, стационарные, мобильные.

Датой рождения радиоприёмника следует считать 7 мая 1895 года, когда А. С. Попов продемонстрировал свое устройство на заседании Русского физико-химического общества.

В начале XX в. появились электронные лампы, и получает развитие приёмник прямого усиления. Однако с 30-х гг. XX в. подавляющее большинство приёмников строится по супергетеродинной схеме, изобретенной Э. Армстронгом[1].

В 1960-х годах появляются транзисторные радиоприёмники, а с 1980 г. получили распространение приёмники на интегральных микросхемах.

В настоящее время радиоприёмники развиваются по пути интеграции узлов структурной схемы в виде электронной микросхемы и широкого применения цифровой обработки сигналов, принятых на фоне помех.

Наиболее важными показателями качества приёмника являются чувствительность и избирательность (селективность).

Чувствительность - это минимальный уровень сигнала, который может обнаружить приёмник при заданном уровне ошибки. О том от чего зависит чувствительность, и как её повысить вы узнаете на старших курсах

Избирательность - это способность приёмника выделять сигнал нужного канала связи и ослаблять сигналы остальных. При изучении специальных дисциплин вы узнаете, каким способом можно её повысить.

Любой радиоприёмник содержит устройство, которое преобразует высокочастотное модулированное колебание в низкочастотный сигнал (см. раздел 2.2). Это устройство принято называть детектором или демодулятором. Простейший радиоприёмник состоит только из детектора и оконечного устройства. Такой радиоприёмник называют детекторным приёмником.

В первых опытах по радиосвязи в конце XIX в. детектором служил когерер, а оконечным устройством - электрический звонок. Вскоре после первых опытов было предложено использовать резонансную цепь для настройки приёмника на радиоволны определенной частоты. Это повысило его чувствительность и избирательность.

Схема простейшего детекторного приёмника показана на рис. 8.1. В 20-30-х гг. XX в. именно такими приёмниками пользовались ваши прадедушки и прабабушки.

Схема детекторного приёмника

Рис. 8.1. Схема детекторного приёмника

Полупроводниковой промышленности тогда не было, поэтому диоды изготавливали кустарным способом, иногда даже в домашних условиях. Металлическая, заостренная на конце пружинка упиралась в небольшой кусочек поликристаллического сернистого цинка. После нескольких попыток удавалось найти чувствительную точку такого точечного полупроводникового диода. От первых детекторных приёмников берет свое начало радиолюбительское движение, из недр которого вышло большое число высококлассных радиоинженеров и ученых1.

1 Теперь Вы легко можете самостоятельно построить такой приемник. В качестве диода подойдет любой высокочастотный диод промышленного производства (Д2А, Д310). Для воспроизведения звука подойдут высокоомные телефоны (ТА- 4, ТОН-2, ТОН-2М, ТАГ-1, ТГ-1). Намотайте на диэлектрическом цилиндре диаметром « 50-100 мм и длиной 10-15 см около 300 витков медного эмалированного провода диаметром 0,3-0,5 мм. Если не достанете переменного конденсатора емкость 20 + 455 пФ, то запаситесь несколькими постоянными с номиналами, попадающими в этот диапазон. Номинал конденсатора, включенного параллельно телефонам - порядка десятка нанофарад. Кусок любого провода длиной метров 10 будут антенной вашего приемника.

В 20-х гг. XX в. был налажен промышленный выпуск детекторных приёмников. На рис. 8.2 показаны образцы отечественных детекторных радиоприемников. Огромные просторы страны долго пор ждали проблемы с электроснабжением отдаленных мест, поэтому радиоприёмник «Комсомолец» можно было встретить вплоть до конца 40-х гг XX века.

Промышленные образцы отечественных детекторных приёмников

Рис. 8.2. Промышленные образцы отечественных детекторных приёмников:

а - модель 1929 года, б - 40-х годов

Детекторный радиоприёмник не содержит источника питания, поэтому мощность звукового сигнала нс может превосходить мощности перехваченных антенной радиоволн. Даже на малом расстоянии от радиостанции эта мощность мала. Изобретенный в 1906 г. Ли де Форестом[2] вакуумный триод позволил создать усилитель слабых электрических колебаний. В результате появилась схема радиоприёмника прямого усиления. Это повысило чувствительность радиоприёмника и увеличило дальность радиосвязи.

Радиоприёмник прямого усиления - это детекторный приёмник дополненный усилителем высокой частоты перед ним и усилителем низкой частоты - после него. Главное преимущество приёмника прямого усиления - простота его конструкции, в результате чего его может собрать даже начинающий радиолюбитель. На рис.8.3. приведена структурная схема такого приёмника.

Структурная схема приёмника прямого усиления

Рис. 8.3. Структурная схема приёмника прямого усиления:

1 - входная цепь, 2 - усилитель высокой частоты, 3 - детектор, 4 - усилитель низкой частоты

В развитых странах продаются и ныне, наборы деталей для изготовления приёмника прямого усиления на транзисторах. На рис. 8.4 показаны две модели отечественных радиоприёмников прямого усиления 30-х гг. XX века.

Отечественные радиоприёмника прямою усиления

Рис. 8.4. Отечественные радиоприёмника прямою усиления:

а - батарейный БИ-234 (1934), в - сетевой СИ-235 (1935)

Основной недостаток приёмника прямого усиления - малая избирательность. Поэтому этот тип приёмников можно использовать только для приёма сигналов мощных радиостанций, работающих в длинноволновом или средневолновом диапазоне. Из-за этого недостатка приёмники прямого усиления не производятся промышленностью и в основном используются ныне только в радиолюбительской практике.

По схеме прямого усиления работал и первый советский телевизионный приёмник, знаменитый КВН-49 (см. раздел 9.2). Это оказалось возможным благодаря тому, что он принимал только 3 фиксированных по частоте канала в метровом диапазоне волн. Поэтому он не имел элементов плавной настройки. Кроме того, телевизионный канал имеет достаточно широкую полосу и для достижения хорошей избирательности вполне хватало схемы прямом усилении с 6-ти каскадным УВЧ.

Супергетеродинный радиоприёмник (на инженерном сленге - супергетеродин) - один из типов радиоприёмников, основанный на принципе преобразования принимаемого сигнала в сигнал фиксированной промежуточной несущей частоты с последующим его усилением на этой частоте.

Супсргстсродинный приёмник изобрёл американский инженер Э. Армстронг в 1918 г. На рис. 8.5 показана одна из моделей супергетеродина, созданная Э. Армстронгом в 20-х гг. XX века.

Модель супергетеродинного приёмника Э. Армстронга

Рис. 8.5. Модель супергетеродинного приёмника Э. Армстронга

Из-за низкого качества электронных ламп, супергетеродинный принцип приёма тогда не мог реализовать все его преимущества. Приёмники плохо работали как на высоких, так и на низких частотах.

В 1929-1930 гг. с появлением экранированных ламп и пентодов (ламп с пятью электродами) супсргстсродинный приёмник становиться основным типом радиоприёмника. Структурная схема супергетеродина показана на рис. 8.6.

Структурная схема супергетеродинного приёмника

Рис. 8.6. Структурная схема супергетеродинного приёмника:

1 - усилитель высокой частоты, 2 - смеситель, 3 - гетеродин, 4 - усилитель промежуточной частоты, 5 - детектор, 6 - усилитель низкой частоты

Радиосигнал с антенны подается на вход усилителя высокой частоты (УВЧ) (в упрощённом варианте он может и отсут- 154

ствовать), а затем на вход смесителя - специального элемента с двумя входами, осуществляющего операцию преобразования сигнала по частоте. На второй вход смесителя подаётся сигнал с локального маломощного генератора высокой частоты - гетеродина. Вместе смеситель и гетеродин образуют преобразователя частоты. В смесителе эти два сигнал перемножаются. В результате, на его выходе преобразователя частоты появляются сигналы промежуточной частоты, равной сумме и разности частот гетеродина и сигнала. Частота гетеродина перестраивается одновременно с входным цепями смесителя (и УВЧ) обычно конденсатором переменной ёмкости, реже катушкой переменной индуктивности (вариометром, ферровариометром). Сейчас для перестройки используют конденсаторы, управляемые напряжением (варикапы). Перестройка частоты производится так, что частота сигнала промежуточной частоты не изменяется. Этот сигнал усиливается одним или несколькими каскадами усилителя промежуточной частоты (УПЧ), после чего поступает на детектор. При неизменной промежуточной частоте сигнала избирательность супергетеродинного приёмника по отношению к соседнему каналу обеспечивается УПЧ.

Очевидное преимущество супергетеродинного приёмника - наличие малого количества элементов настройки и возможность получения требуемого усиления на неизменной промежуточной частоте. Перенос частоты сигнала на более низкую частоту упрощает задачу получения большого коэффициента усиления. Все это позволяет получить высокую чувствительность и избирательность, а, следовательно, более высокое качество приёма информации.

В бытовых приёмниках длинных, средних и коротких волн промежуточная частота, как правило, равна 465 (иногда 455) кГц, в ультракоротковолновых - 6,5 или 10,7 МГц, в телевизионных - 38 (изображение) и 31,5 (звук) МГц. В профессиональных приёмниках используется более обширный набор значений промежуточной частоты. Международный регламент радиосвязи устанавливает значения промежуточных частот, использование которых для других целей запрещено.

Некоторым недостатком супергетеродинного приёмника является наличие так называемого зеркального канала приёма - мешающего входного сигнала, который не может быть подавлен фильтрами УПЧ. Причину появления зеркального канала поясняет рис. 8.7.

Спектральная диаграмма, поясняющая причину появления зеркального канала

Рис. 8.7. Спектральная диаграмма, поясняющая причину появления зеркального канала

Избирательность по зеркальному каналу зависит от качества входных цепей. Для улучшения избирательности надо увеличивать число резонансных цепей на входе приёмника и в УВЧ. Эти цепи надо одновременно перестраивать при смене частоты сигнала. Увеличение числа элементов настройки усложняет приёмник и повышает его стоимость.

Для уменьшения помех от зеркального канала часто применяют метод двойного (или даже тройного) преобразования частоты. Подобные приёмники, несмотря на достаточно высокую сложность изготовления, настройки и высокую стоимость, стали фактически стандартом в профессиональной и любительской радиосвязи. Однако в бытовой аппаратуре они не применяются.

В связи с прогрессом полупроводниковой электроники в настоящее время проблема усиления высоких частот потеряла свою остроту. В некоторых специальных приёмниках теперь устанавливают промежуточную частоту выше частоты сигнала. В такой схеме зеркальный канал практически отсутствует. Радиоприёмники, построенные по такой схеме, называют инфрадин- ными. Они используются в радиосистемах панорамного обзора частотных диапазонов радиоволн и в измерительной аппаратуре. Существуют и другие способы подавления сигнала зеркального канала.

Более подробно о радиоприёмниках и радиоприёме вам расскажут в специальных дисциплинах на старших курсах.

Некоторые модели бытовых радиоприёмников разных лет приведены на рис. 8.8-8.10.

Ламповые радиоприёмники

Рис. 8.8. Ламповые радиоприёмники:

а - "RCA Victor 5Т4" (1936), США, б - "Tefag".(1937), Германия

Стереорадиола «Симфония-003» -

Рис. 8.9. Стереорадиола «Симфония-003» -

модель 1971 г. Рижского завода "Радиотехника" им. Попова

Транзисторные приём ники

Рис. 8.10. Транзисторные приём ники:

a -«Regency TR-1» США (1954), б - радиоприёмник «Гауя» Рижского радиозавода (1961)

Создание современных радиоприёмных устройств невозможно без использования положений теории информации, теории электрических цепей и сигналов. Фундаментальную основу этих дисциплин составляют математика и физика. Вы должны помнить об этом и стремится расширять и углублять свои знания в фундаментальных дисциплинах.

  • [1] Элвин Говард Армстронг (англ. Edwin Howard Armstrong, 1890-1954) - американский инженер-электрик, талантливый изобретатель. Вошёл в историю какизобретатель важнейших типов радиоприемников - регенеративного, сверхреге-нсративного и супсргстсродинного. Он первым предложил использовать частотную модуляцию в радиосвязи. Его иногда называли генератором идей.
  • [2] Ли де Форест (англ. Lee de Forest, 1873-1961) - американский изобретатель,имеющий на своём счету 180 патентов на изобретения. Он изобрёл триод -электронную лампу, которая принимает на входе относительно слабый электрический сигнал и затем усиливает его. Является одним из отцов «века электроники».
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>