Супергетеродинный приемник

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Описание изобретения

2. Частотный детектор

3. Выбор блок-схемы приемника

4. Описание принципиальной схемы

Заключение

Список используемой литературы

Введение

C развитием радиоприемной техники повышались требования к чувствительности радиоприемника, к его полосе пропускания и избирательности. Однако эти требования ограничиваются различными видами помех радиоприему, так как с увеличением коэффициента усиления приемника и расширением полосы пропускания восприимчивость приемника к помехам возрастает, а следовательно, его реальная чувствительность понижается.

Как показывают теоретические и экспериментальные исследования, применение частотной модуляции для передачи сигналов в значительной мере ослабляет действие помех на радиоприемник и повышает его реальную чувствительность. В этом случае удается улучшить отношение сигнал/шум на выходе приемника более чем в 100 раз по сравнению с амплитудной модуляцией. Высокая помехоустойчивость является одним из основных качеств частотной модуляции.

Остановимся коротко на общих сведениях о частотно-модулированных колебаниях. Частотно-модулированными (ЧМ) колебаниями называются колебания, амплитуда которых постоянна, а частота изменяется по закону, отображающему характер модулирующих низкочастотных сигналов.

Максимальное значение девиации частоты Дfmax соответствующее наибольшей амплитуде модулирующего сиг нала, в радиовещании принято равным 75 кГц. Это значит, что полезный спектр, излучаемый радиостанцией, занимает полосу 150 кГц. Практически для одной станции отводится канал с шириной полосы 250 кГц. Использование ЧМ колебаний при такой ширине канала возможно только в диапазоне укв.

Высокая помехоустойчивость приемников ЧМ колебаний объясняется главным образом тем, что амплитуда колебаний при частотной модуляции сохраняется постоянной.

1. Описание изобретения

Изобретение относится к радиоприемной технике и может быть использовано при построении приемных устройств частотно-модулированных (ЧМ) сигналов вещательного и связного назначения.

В настоящее время из-за резкого увеличения стоимости эксплуатации сети проводного вещания (возросшая цена провода, плата за использование опор ЛЭП) стоит задача перехода на ретрансляционную УКВ-систему местных передач с частотной модуляцией.

Соответственно УКВ ЧМ-радиоприемники, предлагаемые при этом потребителю, не должны уступать абонентским громкоговорителям в качественных показателях при умеренной стоимости в крупносерийном и массовом производстве. В этом плане нельзя считать оптимальным супергетеродинный вариант построения приемных устройств, отличающихся значительным искажением сигнала, а также большим числом нетехнологичных намоточных элементов, требующих тщательной регулировки.

Известен и наиболее широко применяется радиоприемник ЧМ сигналов, содержащий последовательно соединенные входную цепь, усилитель высокой частоты, преобразователь частоты с гетеродином, усилитель промежуточной частоты, ЧМ-детектор, усилитель низкой частоты, в котором выход усилителя промежуточной частоты соединен с его управляющим входом цепью автоматической регулировки усиления (АРУ), а выход ЧМ-детектора соединен с управляющим входом гетеродина цепью автоподстройки частоты (Буга Н. Н. и др. Радиоприемные устройства. М. Радио и связь, 1986, с. 12).

Указанный радиоприемник называется супергетеродинным и имеет следующие основные недостатки: значительные интермодуляционные нелинейные искажения, возникающие в двух принципиально нелинейных блоках преобразователе частоты и ЧМ-детекторе.

Во-вторых, двух-, трехкаскадный усилитель промежуточной частоты (ПЧ) имеет довольно низкую полосу пропускания (из-за эффекта старения и механических воздействий контуры каскадов расстраиваются и частотная характеристика тракта ПЧ может искажаться и сужаться до 50-80 кГц и менее).

В результате в усилителе ПЧ возникают существенные частотные искажения и паразитная амплитудная модуляция.

В-третьих, супергетеродинным радиоприемникам свойственно наличие побочных (зеркальных) каналов приема и интерференционных "свистов", которые не устраняются полностью во входной цепи и усилителе высокой частоты.

В-четвертых, не обеспечивается высокая помехоустойчивость при воздействии мощных сигналов по соседнему каналу, они взаимодействуют с полезным сигналом на нелинейном элементе преобразователя частоты. В результате этого прослушиваются несколько близко расположенных по частоте станций (в крупных городах число программ в диапазоне 66 73 МГц достигает 5 7), а также возникают перекрестные искажения полезного сигнала. Усилитель высокой частоты без автоматической регулировки усиления подвержен перегрузке сигналами мощных станций, в результате чего также имеют место нелинейные искажения и побочные каналы приема. В свою очередь, изготовление и регулировка нескольких контурных катушек усилителя ПЧ намного усложняют технологию и увеличивают себестоимость изделия.

Таким образом, освоение массового производства качественных недорогих радиоприемников УКВ-диапазона требует нового подхода к выбору принципа действия и схемы.

сигнал радиоприемник схема

Сравним соотношение между сигналом и помехой на входе приемника при частотной модуляции и при амплитудной модуляции. Положим, что амплитуда частотно-модулированного сигнала равна амплитуде амплитудно-модулированного (АМ) сигнала в момент ее наибольшего значения (фиг. слева) Интенсивность воздействия помехи на входе приемника в обоих случаях считаем одинаковой. Как видно из рисунка а), соотношения между сигналом и помехой при АМ колебаниях беспрерывно изменяются. При больших амплитудах сигнал значительно превышает помеху и ее влияние на прием не значительно, и, наоборот, при малых амплитудах, сигнал может быть на уровне помехи, и в этом случае помеха будет препятствовать нормальному приему. Следовательно, для обеспечения достаточной помехоустойчивости приемника при АМ колебаниях необходимо, чтобы минимальная амплитуда полезного сигнала превышала уровень помехи в достаточное число раз. Совершенно иное положение наблюдается при приеме ЧМ колебаний. Из рисунка б) видно, что соотношение между сигналом и помехой остается неизменным и по величине сохраняется таким же как в случае амплитудной модуляции в момент ее наибольшей амплитуды.

Все эти соображения не раскрывают полностью причин повышенной помехоустойчивости приемника ЧМ колебаний.

В этом приемнике для получения максимального соотношения между сигналом и помехой на выходе применяют специальное устройство для подавления помех и собственных внутриприемных шумов.

Действие помех и шумов на полезный сигнал вызывает в основном амплитудные изменения сигнала по закону помех, т. е. происходит амплитудная модуляция сигнала. Поэтому подавление помех в радиоприемнике достигается путем ограничения сигнала по амплитуде. Применение ограничения при АМ колебаниях наряду с частичным устранением амплитудных изменений сигнала, вызванных по мехами, нарушает закон модуляции и в конечном счете при водит к нелинейным искажениям сигнала по низкой часто те. При ЧМ колебаниях действие амплитудного ограничителя устраняет всякие амплитудные изменения сигнала без нарушения закона модуляции. Таким образом, амплитудное ограничение является эффективным методом подавления помех при ЧМ колебаниях, вследствие чего помехоустойчивость приемника еще больше увеличивается.

Приемник ЧМ колебаний характеризуется особенностями, обусловленными отличием ЧМ колебаний от АМ колебаний:

1) приемник ЧМ колебаний работает в диапазоне УКВ;

2) полоса пропускания высокочастотного канала приемника (до детектора) имеет большую ширину.

Супергетеродинный приемник состоит из: преселектора, включающего в себя входную цепь и усилителя радиочастоты (УРЧ). Входная цепь должна обеспечить некоторую частотную избирательность до входа первого каскада УРЧ с целью ослабления сильных помех. УРЧ должен обеспечить частотную избирательность и усиление принятого сигнала, мощность которого на входе приемника на много порядков меньше той, которая необходима для нормальной работы воспроизводящего устройства приемника.

Преобразователь частоты, состоит из смесителя и гетеродина (СМ и ГЕТ).

Гетеродин -- это маломощный автогенератор. Смеситель- это резонансный каскад. На вход смесителя подается напряжение с частотами сигнала fc и гетеродина fг- В результате взаимодействия двух напряжений разных частот в спектре выходного тока смесителя появляется много комбинационных частот, в том числе и частота, равная разности этих частот. Величина разностной частоты должна быть ниже или выше частоты радио сигнала, но обязательно выше частоты модуляции, поэтому ее назы вают промежуточной - fпр. Промежуточная частота может быть равной:

fпр=fг - fс, при fг>fс

fпр= fс- fг, при fс>fг

Отличительной особенностью супергетеродинного приемника является то, что независимо от частоты принимаемого сигнала промежуточная частота постоянна и выбирается так, чтобы обеспечить наименьшие помехи от близко расположенных по частоте станций и получить требуемое усиление и избирательность по соседнему каналу Sск.

На промежуточную частоту настроена резонансная система, включенная в выходную цепь смесителя, что позволяет при соответствую щей полосе пропускания выделить напряжение сигнала промежуточной частоты. Следовательно, назначение преобразователя заключается в преобразовании частоты радиосигнала в другую, промежуточную частоту с сохранением закона модуляции.

Усилитель, который усиливает сигнал промежуточной частоты, называется усилителем промежуточной частоты (УПЧ). Усилитель промежуточной частоты приемника ЧМ колебаний в отличие от приемника АМ колебаний должен обеспечивать усиление сигналов в сравнительно широкой полосе пропускания в пределах 150--200 кГц и поэтому в нем должно быть большее число каскадов, чем в обычном узко полосном усилителе промежуточной частоты.

Обычно в приемниках ЧМ колебаний усилитель промежуточной частоты содержит не менее трех каскадов усиления. Величина промежуточной частоты в таких приемниках выбирается в пределах единиц и десятков мегагерц. Для получения высококачественного звучания полосу про пускания низкочастотного тракта обычно расширяют до 15 кГц.

Таким образом, в супергетеродинном приемнике усиление осуществляется на трех частотах: на радиочастоте, промежуточной частоте и частоте модуляции, а на которых это происходит, называются трактами радиочастоты промежуточной частоты, низкой частоты.

2. Частотный детектор

В частотном детекторе сигнал, модулированный по частоте, преобразуется в сигнал, модулированный по амплитуде, который затем детектируется при помощи обычного амплитудного детектора. В современных приемниках ЧМ сигналов для частотного детектирования широко применяется так называемый дробный детектор. Основное преимущество дробного детектора заключается в том, что он не реагирует на амплитудные изменения сигнала, а это позволяет исключить из схемы приемника.

Действия частотного детектора дополнительно поясняются характеристикой, приведенной на рисунке 1.

Усилитель звуковой частоты (УЗЧ) доводит звуковой сигнал до уровня необходимого для воспроизведения.

Краткие выводы:

1. Основным достоинством приемников частотномодулированных колебаний является их высокая помехоустойчивость.

2. Приемники ЧМ колебаний предназначены для приема сигналов в диапазоне ультракоротких волн и характеризуются широкой полосой пропускания высокочастотного канала.

3. Приемники частотно-модулированных колебаний в основном строятся по супергетеродинной схеме, в составе которой в отличие от схем приемников амплитудно-модулированных колебаний имеются амплитудный ограничитель (когда требуется) и частотный детектор.

4. Главное преимущество супергетеродинного приемника заключается в том, что он позволяет обеспечить устойчивый прием слабых сигналов в условиях интенсивных помех.

5. Более высокая чувствительность (Uвхmin=0,1-450мкВ) и большая выходная мощность супергетеродинного приемника отличает его от других приемников.

Несмотря на указанное преимущество, супергетеродинные приемники имеют некоторые недостатки:

1. В первую очередь главным недостатком этой схемы является большая сложность и трудность обеспечения постоянной промежуточной частоты fпр.

2. Наличие паразитного дополнительного канала приема, называемого зеркальным или каналом симметричной станции. Частота зеркального канала fзк отличается от частоты принимаемого сигнала fc на удвоенное значение промежуточной частоты. Таким образом, супергетеродинный приемник будет одновременно принимать радио станции, работающие на частотах fc и fзк симметрично расположен ных относительно частоты гетеродина fг.

Рисунок 2 - Ось частот, используемая в работе супергетеродинного ЧМ приемника.

3. Выбор блок-схемы приемника

В принципе возможны два различных подхода к проектированию УКВ ЧМ приемника. Один использует однократное, другой - двойное преобразование частоты. При относительно высокой промежуточной частоте большинство транзисторов обладают небольшим устойчивым усилением да и крутые скаты резонансной кривой получить затруднительно. Это является недостатком однократного преобразования. Двукратное преобразование с низкой второй промежуточной частотой исключает эту трудность. Дополнительным преимуществом двукратного преобразования является то обстоятельство, что общее усиление приемника распределяется по нескольким частотам. При этом заметно уменьшается опасность самовозбуждения приемника через различные паразитные связи. Для тесного монтажа в малогабаритных приемниках указанное преимущество особенно важно.

Рисунок 3 - Упрощенная блок-схема ЧМ приемника с однократным преобразованием частоты

Рисунок 6 - Принципиальная схема К174УН4А.

4. Описание принципиальной схемы

Супергетеродинный ЧМ РПУ на ИМС состоит из входной цепи и двух микросхем DA1 и DA2, обеспечивающих все функции ЧМ приемника.

Входная цепь состоит из одиночного колебательного контура, который связан с внешней антенной емкостной связью. Использование емкостной связи обусловлено лучшей избирательностью по соседнему каналу. Одиночный контур подключен частично к выводу 5 микросхемы DA1 (вход высокой частоты), частичное включение контура увеличивает эквивалентную добротность и тем самым уменьшает полосу пропускания. Входная цепь связана с DA1 через разделительную ёмкость С9.

УВЧ, смеситель, УПЧ, ЧД и предварительный УЗЧ входят в ИМС DA1 К174ХА34. Принцип работы микросхемы приведен на рисунке 3.

Контур гетеродина подключен к выводам 4 и 5 DA1. Контур настраивается с помощью переменного конденсатора С6.

Нагрузкой предварительного каскада УЗЧ (вывод 14) является переменный резистор, с которого подается НЧ сигнал на вход оконечного каскада УЗЧ через разделительную емкость C13. Связь между каскадами - непосредственная.

В качестве оконечного каскада УЗЧ применяется ИМС DA2 - К174УН4А.

Нагрузкой DA2 является громкоговоритель, подключенный к выводу 8. Выводы 3 заземляются и используются в качестве теплоотвода. Регулировка коэффициента усиления напряжения на низких частотах может быть проведена изменением емкостей конденсаторов С14 и С17. Ослабление усиления на верхней граничной частоте 20кГц - не более 3 дб. Допускается регулировка коэффициента усиления напряжения с помощью изменения сопротивления резистора обратной связи R6 (в пределах 240 Ом…2,7 кОм) и емкости конденсатора С14. Допустимое значение статического потенциала 200 В.

Источник питания состоит из микросхемы DA3 - 78L05, использующейся как стабилизатор напряжения, микросборки диодного моста VD2, и трансформатора TV1.

Заключение

Радиоприемник частотно-модулированных сигналов, содержащий последовательно соединенные входную цепь, согласующий усилитель, смеситель, усилитель постоянного тока и гетеродин, причем выход гетеродина подключен к второму входу смесителя, а выход усилителя постоянного тока является одновременно выходом приемника, отличающийся тем, что в него введены низкочастотный заградительный фильтр, регулируемый усилитель высокой частоты, а также соединенные последовательно высокочастотный усилитель регулирующей цепи, амплитудный детектор и усилитель постоянного тока регулирующей цепи, при этом согласующий усилитель подключен к первому входу смесителя через последовательно соединенные низкочастотный заградительный фильтр и регулируемый усилитель высокой частоты по сигнальному входу, выход регулируемого усилителя соединен также с входом высокочастотного усилителя регулирующей цепи, выход усилителя постоянного тока регулирующей цепи подключен к управляющему входу регулируемого усилителя высокой частоты, соответственно регулируемый усилитель высокой частоты выполнен по балансной схеме с симметричным выходом, смеситель выполнен по двойной балансной схеме с симметричными первым входом, вторым входом и выходом, усилитель постоянного тока и высокочастотный усилитель регулирующей цепи собраны по балансным схемам с симметричным входом, а гетеродин имеет симметричный выход и перестраивается по диапазону согласованно с перестройкой входной цепи и регулируемого усилителя высокой частоты.

Список используемой литературы

Методическое пособие по расчету ЧМ УКВ на ИМС, Т.З. Мещанкина.

Справочник «Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры» - И.В. Новаченко, В.М.

Петухов, И.П. Блудов, А.В. Юровский, 1995 г.

Гвоздев С. Микросхема К174ХА34. Справочный листок. - Радио, 1995, № 10, с. 62; №11, с. 45.

Размещено на Allbest.ru