Владимир Поляков - Посвящение в радиоэлектронику
Сеть синхронного радиовещания.
Посмотрим теперь, как совершенствовалась техника радиоприема. Радиовещательный приемник должен быть массовым, а следовательно, простым, дешевым и легким в производстве. Вот чем объясняются долгая популярность и широкое распространение детекторных приемников. Но желание принимать и дальние станции всегда жило в каждом радиослушателе, а тем более радиолюбителе.
В 20 — 30-е годы был очень популярен одноконтурный двухламповый приемник с регенеративным детектором. Он давал неплохие результаты при относительной простоте конструкции. Дальнейшее совершенствование приемников происходило двумя путями. В приемнике прямого усиления устанавливали несколько радиоламп. Одна, максимум две усиливали высокую (радио) частоту. Затем устанавливали детектор и несколько ламп для усиления низкой (звуковой) частоты.
Приемник прямого усилителя 1-V-1.
Была предложена и специальная система обозначения таких приемников из букв и цифр. Первая цифра означала число каскадов усиления радиочастоты. Вторая буква — тип детектора: V-ламповый, К — кристаллический (полупроводниковый). Третья цифра — число каскадов усиления звуковой частоты. Например, 1-V-2 был достаточно сложным приемником с одним каскадом усилителя радиочастоты (УРЧ) (привыкайте к сокращениям!), ламповым детектором и двумя каскадами усилителя звуковой частоты (УЗЧ). Детекторный приемник в этой системе обозначался как 0-К-0.
Сразу стали очевидны и недостатки приемника прямого усиления. Чем больше каскадов УРЧ, тем, казалось бы, лучше приемник. Но перестраивать одновременно несколько контуров (ведь в каждом каскаде УРЧ минимум по одному контуру), сложно, а параметры контуров изменяются по диапазону, при этом меняется и усиление, и избирательность. Еще хуже обстоит дело в многодиапазонных приемниках, где надо переключать катушки нескольких контуров. Если в диапазонах длинных (ДВ) и средних волн (СВ) с недостатками приемника прямого усиления еще можно мириться, то для диапазона коротких волн построить хороший приемник прямого усиления практически невозможно.
В ламповых приемниках прямого усиления середины 30-х годов применялись радиолампы в больших стеклянных баллонах. Это уже не простейшие триоды. На триоде трудно сделать усилитель радиочастоты, поскольку паразитная обратная связь через емкость сетка-анод приводит к самовозбуждению. Появились экранированные лампы — тетроды с двумя сетками. Вторая сетка служила как бы экраном между управляющей сеткой и анодом; она так и называлась — экранирующей. А чтобы не мешать и даже способствовать движению электронов, на нее подавался положительный потенциал. Но электроны, ускоренные полем экранирующей сетки, бомбардировали анод, вызывая вторичную эмиссию электронов из анода, которым ничего не оставалось, как осесть на экранирующей сетке.
Этот динатронный эффект устранили введением третьей сетки, антидинатронной (защитной), расположенной вблизи анода и имеющей редкие витки. Третья сетка соединялась с катодом. У лампы появился пятый электрод, и она стала называться пентодом. Пентоды имели отличные характеристики и широко использовались вплоть до недавнего времени.
Рядом с лампами установлены контурные катушки в больших цилиндрических алюминиевых экранах и блок конденсаторов переменной емкости, служащий для настройки приемника.
Тетрод и пентод.
Другой путь усовершенствования приемников состоял в использовании супергетеродинной схемы, которую изобрел француз Л. Леви еще в 1917 году, а построил американец Э. Армстронг в 1919 году. Принцип супергетеродинного приема состоит в том, что принятые колебания преобразуются по частоте на фиксированную промежуточную частоту. На ней и происходит основное усиление сигнала. А поскольку промежуточная частота фиксирована, в усилителе промежуточной частоты (УПЧ) можно использовать много контуров, составляя из них полосовые фильтры, дающие необходимую избирательность. Уменьшается и опасность самовозбуждения, поскольку наводки от УПЧ на вход приемника уже не страшны, ведь он и входные цепи настроены на разные частоты.
Для преобразования частоты нужен специальный генератор — гетеродин. Его колебания смешиваются с колебаниями принимаемого сигнала в специальном элементе приемника смесителе. Смеситель вместе с гетеродином образует преобразователь частоты. В наиболее простых и дешевых моделях приемников смеситель и гетеродин часто совмещают и выполняют на одном активном элементе — транзисторе.
В свое время для преобразователей частоты разработали даже специальные многосеточные лампы пентагриды и гептоды. Две разные управляющие сетки в этих лампах служат для подачи на них напряжений сигнала и гетеродина.
Структурная схема супергетеродина показана на рисунке.
Супергетеродин.
Входной сигнал от антенны поступает на преобразователь частоты, где, смешиваясь с сигналом гетеродина, образует промежуточную частоту (ПЧ). Для подавляющего большинства радиовещательных приемников она выбирается равной 465 кГц. Эта частота лежит как раз между диапазонами длинных и средних волн, на ней не работают радиовещательные станции. Например, мы настроили приемник на радиостанцию, работающую на частоте fc = 873 кГц в диапазоне СВ. Гетеродин при этом возбуждается на частоте fг = 1338 кГц, а в смесителе преобразование частот происходит по закону fг — fc = fпч (1338 — 873 = 465 кГц). Далее сигнал усиливается УПЧ на частоте 465 кГц и детектируется так же, как и в приемнике прямого усиления.
Несмотря на множество достоинств, супергетеродин имеет и недостатки. У него есть так называемый зеркальный канал приема. В рассмотренном нами примере промежуточную частоту 465 кГц можно получить и еще одним способом: f'c — fг = fпч. Следовательно, мешающая станция, работающая на частоте 1803 кГц, даст ту же самую промежуточную частоту 465 кГц, и отделить ее в УПЧ не будет уже никакой возможности. Перед смесителем обязательно нужен преселектор один или два колебательных контура, настроенных на частоту полезного сигнала и ослабляющих прием по зеркальному каналу. Одноконтурный преселектор дает в диапазоне коротких волн очень небольшое ослабление зеркального канала. В этом можно убедиться, внимательно прослушав диапазон КВ с помощью какого-либо не очень сложного радиовещательного приемника с широким обзорным КВ диапазоном. Одну и ту же станцию можно принять при двух положениях ручки настройки. В одном из них гетеродин настраивается на 465 кГц выше частоты сигнала, а в другом — на 465 кГц ниже. Сравнив громкость приема по основному и зеркальному каналам, удается оценить и избирательность входных цепей (преселектора). Описанный недостаток супергетеродина заставляет применять в профессиональных приемниках двух-трехконтурные входные цепи и очень часто — резонансный усилитель высокой частоты.
Другой недостаток супергетеродина, особенно заметный также у простых приемников, — это интерференционные свисты. Вы, наверное, слышали, как эстрадный артист изображает радиоприемник. Он свистит, воет, хрюкает и снова свистит! Свист в его интермедии преобладает, и это соответствует действительности. Откуда же берутся свисты в радиоприемниках?
Прежде всего давайте уясним себе, что любой свист возникает при биениях двух близких по частоте синусоидальных колебаний. Огибающая суммарного сигнала изменяется с разностной частотой (вспомните автодинный прием), и, если этот сигнал попадет на детектор, выделится сигнал звуковой частоты. Иногда даже и детектора не надо — любой усилитель имеет не совсем линейную характеристику и в какой-то мере обязательно детектируют сигнал.
В приемнике прямого усиления свист возникает в единственном случае, когда из эфира приходят два близких по частоте сигнала. Случай достаточно редкий, поскольку все радиостанции работают строго на отведенных им частотах, а любые случаи «радиохулиганства» в эфире пресекаются соответствующими службами всех стран. В супергетеродинном приемнике есть собственный источник помех — гетеродин. Если его частота окажется близкой к частоте какой-либо мощной радиостанции, может появиться свист. Другой возможный случай: мы принимаем какую-либо радиостанцию по основному каналу приема, а на частоте зеркального канала работает другая, мощная, сигнал которой хотя и слабо, но все же проникает через входные цепи. В результате образуется два сигнала промежуточной частоты — один полезный, другой — мешающий. Естественно, что между этими сигналами возникают биения — опять-таки интерференционный свист. Более того, преобразование частоты возможно не только на основной частоте, но и на гармониках гетеродина в соответствии с формулой ±fc ± mfг = fпч, где m любое целое число. Если сигналы помех на входе приемника достаточно сильны, то в преобразователе частоты могут возникать и гармоники частоты сигнала. Чтобы учесть и этот эффект, формулу для определения частот побочных каналов приема придется еще более усложнить: ±nfc ± mfг = fпч, где n и m — любые целые числа.