Электромагнитные волны, излучаемые антеннами многих радиостанций, достигая антенны радиоприемника, возбуждают в ней электрические колебания различной частоты. Для настройки на сигнал одной радиостанции (выделения колебаний одной несущей частоты) служит входная цепь радиоприемника — входное избирательное устройство ВИУ, основой которого является колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности и конденсатора. Если колебания, выделенные ВИУ, направить непосредственно в электроакустический преобразователь (головные телефоны или громкоговоритель), то человек эти колебания не услышит, так как они имеют очень высокую частоту, лежащую за пределами воспринимаемых человеком звуковых частот. Поэтому предварительно необходимо преобразовать модулированные колебания высокой частоты в колебания звуковой частоты, т.е. осуществить процесс, обратный модуляции. Этот процесс называют детектированием и осуществляют с помощью детектора. Детектирование является частным случаем выпрямления переменного тока. В результате детектирования из высокочастотных модулированных колебаний выделяют звуковую частоту, которую направляют на электроакустический преобразователь. В нем колебания звуковой частоты из электрической формы преобразуются в звуковую.
Существует целый ряд бытовых радиоприемных устройств (радиовещательные радиоприемники, тюнеры, магнитолы и др.), предназначенных для прослушивания передач радиовещательных станций.
На рис. представлена структурная схема монофонического супергетеродинного радиоприемника 1 , который для
рис. Структурная схема супергетеродинного монофонического приемника
приема в диапазонах ДВ, СВ и KB состоит из следующих основных блоков: входного избирательного устройства (ВИУ); усилителя радиочастоты (УРЧ), преобразователя частоты (ПЧ), усилителя промежуточной частоты (УПЧ), детектора (Д), усилителя звуковой частоты (УЗЧ), громкоговорителя (Гр) и блока питания (БП).
Выделенный в ВИУ высокочастотный амплитудно-моду-лированный сигнал невелик по напряжению, особенно если он пришел издалека, поэтому его необходимо усилить. Эту функцию осуществляет УРЧ, на который поступает сигнал из ВИУ. Кроме усиления УРЧ повышает избирательность приемника, так как является резонансной системой.
Преобразователь частоты — ПЧ состоит из двух блоков: гетеродина (Гет) и смесителя (См). Он служит для преобразования поступающих из ВИУ колебаний различной частоты в колебания, постоянные по частоте. Эти колебания частотой 465 кГц называют колебаниями промежуточной частоты. Для ее формирования в смеситель (См) поступают колебания из гетеродина (маломощного генератора высокой частоты) и УРЧ. В результате взаимодействия этих двух частот образуется новая промежуточная частота. Гетеродин содержит такое же количество контуров, как и ВИУ (несколько катушек индуктивности и конденсатор переменной емкости). Для того чтобы промежуточная частота всегда была равной 465 кГц, число
витков (а соответственно и индуктивность) у катушек гетеродина меньше, чем у катушек ВИУ, а роторные пластины переменных конденсаторов гетеродина и ВИУ, емкость которых одинакова, насажены на одну ось. При повороте роторов конденсаторов на определенный угол собственная частота работающих в данный момент контуров ВИУ и гетеродина изменяется на одну и ту же величину, причем частота гетеродина (поскольку индуктивность его катушек меньше) выше частоты выделяемого ВИУ сигнала. Таким образом, какая бы частота ни поступала из ВИУ в смеситель, в нем всегда образуется промежуточная частота 465 кГц. На выходе ПЧ расположен полосовой фильтр промежуточной частоты, настроенный на частоту 465 кГц, который отделяет ее от побочных частот, возникающих в преобразователе. Получение постоянной промежуточной частоты является главным преимуществом супергетеродинного приемника по сравнению с выпускавшимися ранее приемниками прямого усиления. В УПЧ происходит основное усиление сигнала. Вместе с тем он обеспечивает необходимую избирательность, так как содержит полосовые фильтры. В детекторе (Д) колебания промежуточной частоты преобразуются в колебания звуковой частоты. Эти колебания еще не имеют напряжения, необходимого для нормальной работы громкоговорителя, поэтому их усиливают в УЗЧ. Он состоит из двух частей: предварительного (усилителя напряжения) и оконечного усилителя (усилителя мощности). В УЗЧ расположены регуляторы громкости и тембра.
Выходным устройством приемника является динамическая головка (или несколько головок), встроенная в его корпус. БП в приемниках, работающих от сети переменного тока, состоит из силового трансформатора, полупроводниковых диодов для выпрямления переменного тока и сглаживающего фильтра, который сглаживает пульсации тока после его выпрямления. Источниками питания переносных приемником служат гальванические элементы и батареи.
Большинство современных радиоприемником кроме ЛМ тракта приема станций ДВ, СВ, и KB диапазоном имеют также ЧМ тракт приема в УКВ диапазоне. В приемниках с УН Н диапазоном имеется блок УКВ и частотный детектор (ДЧМ) Структурная схема радиоприемника с УКВ диапазоном представлена на рис.
рис. Структурная схема радиоприемника с УКВ-диапазоном
Блок УКВ представляет собой отдельное устройство, состоящее из ВИУ, УРЧ и ПЧ. При работе приемника на УКВ диапазоне ВИУ выделяет сигнал одной из станций, УРЧ усиливает частотно-модулированные колебания, а ПЧ, состоящее из гетеродина и смесителя, преобразует эти колебания в промежуточную частоту, которая равна 10,7 МГц. Промежуточная частота поступает на УПЧ ЧМ, усиливается и направляется в частотный детектор.
Наиболее качественную передачу в УКВ диапазоне обеспечивает стереофоническое радиовещание. Структурная схема стереофонического радиоприемника приведена на рис.
Стереофонические приемники характеризуются наличием устройства для детектирования полярно-модулированно-го сигнала — стереодекодера (СД) и двухканального УЗЧ. Остальные их блоки такие же, как в монофонических УКВ приемниках.
Входной высокочастотный сигнал, как и в монофоническом приемнике, поступает с антенны на блок УКВ, где усиливается и преобразуется в промежуточную частоту. С выхо-
рис. Структурная схема стереофонического радиоприемника
да усилителя промежуточной частоты (УПЧ) сигнал поступает на частотный детектор (ЧД), который преобразует этот сигнал в низкочастотные колебания.
При приеме монофонической передачи напряжение этого колебания, как обычно, поступает на УЗЧ и далее на громкоговоритель. Комплексный же стереосигнал с выхода ЧД поступает на стереодекодер (СД), который содержит цепи восстановления поднесущей частоты, коррекции предискаже-ний, вводимых при передаче, а также цепи преобразования в низкочастотные сигналы.
Для уменьшения влияния негативных явлений (атмосферных помех) в радиоприемниках предусматриваются устройства автоматического регулирования: автоматическая регулировка усиления (АРУ) и автоматическая подстройка частоты (АПЧ).
Уход частоты настройки может быть вызван как атмосферными помехами, так и нестабильностью элементов схемы и неточной настройкой владельцем приемника. Для правильной настройки на выбранную станцию вводится автоматическая подстройка частоты (АПЧ) — отрицательная обратная с-ин.и. с выхода ЧД в цепь автоматической подстройки гетеродина.
Дискриминатор (ЧД) преобразует отклонения от точной промежуточной частоты в "управляющее напряжение", которое подстраивает частоту гетеродина.
В стереоприемнике устанавливается индикатор (ИС) наличия стереопередачи ("моно-стерео"), извещающий радиослушателя, в каком режиме работает радиостанция, на которую он настроен. В стееоприемниках высокого класса применяется автоматическое переключение режимов "моно-стерео" в зависимости от того, какая передача идет в данное время.
Прием цифрового радиовещания
Существующие системы аналогового стереовещания в метровом диапазоне 66—74 и 100—108 МГц не позволяют передавать более двух стереопрограмм в каждом из участков спектра без увеличения взаимных помех, в связи с чем сегодня идет интенсивное внедрение цифрового радиовещания, которое обеспечивает многопрограммное стереофоническое вещание.
Цифровое радиовещание, в отличие от аналогового, благодаря преобразованию сигналов в цифровую форму, помехоустойчивому кодированию и временному объединению позволяет в общем цифровом потоке одновременно передавать до 16 стереофонических или до 32 монофонических высококачественных программ, а также дополнительную информацию.
Цифровой радиовещательный приемник прост по конструкции (см. рис.). Отсутствие катушек индуктивности, переменных конденсаторов, верньерных механизмов, многоконтактных механических переключателей, а также использование микроэлементной базы высокой степени интеграции делают его технологичным, пригодным для автоматизированной сборки и настройки. Применение в качестве усилителя низкой частоты мощного цифроаналогового преобразователя (ЦАП) позволяет уменьшить размеры, массу и энергопотребление цифрового радиоприемника, который может быть соизмерим по размерам с обычным микрокалькулятором.
рис. Структурная схема цифрового радиоприемника: А — антенна; УРЧ — усилитель радиочастоты; ПЧ — преобразователь частоты; УПЧ — усилитель промежуточной частоты; ДМ — демодулятор; СК — селектор каналов; БУ — блок управления; ДК — декодер цифровой; УЗЧ или ЦАП — усилитель звуковой частоты или мощный цифроаналоговый преобразователь; Гр — громкоговоритель
Устройство и особенности конструкции радиоприемника можно показать по схемам. Различают три вида схем приемников: принципиальную, монтажную и блок-схему.
Принципиальная схема показывает все элементы приемника в их условном обозначении и взаимосвязи. По принципиальной схеме можно проследить весь путь сигнала от антенны до громкоговорителя и судить о сложности и особенностях конструкции данного приемника.
Монтажная схема служит для правильного размещения отдельных элементов и узлов на шасси приемника. Она улучшает компоновку и сборку приемника, облегчает отыскание неисправного или вышедшего из строя элемента и т. п.
Блок-схема показывает основные функциональные узлы (блоки) приемника и последовательность их соединения. По ней можно судить о типе и сложности приемника. Блок-схема облегчает изучение устройства радиоприемной аппаратуры и характера изменения сигнала при прохождении его от одного функционального блока к другому.
Принципиально радиовещательные приемники могут быть построены по трем различным схемам: по схеме прямого усиления, супергетеродинной схеме без УКВ диапазона, по супергетеродинной схеме с УКВ диапазоном.
Блок-схема прямого усиления включает следующие основные функциональные узлы: антенну, входное избирательное устройство (ВИУ), усилитель высокой частоты (УВЧ), детектор (Д), усилитель низкой (звуковой) частоты (УНЧ), громкоговоритель и источник питания.
Рис.6Блок-схема приемника прямого усиления.
Работа приемника прямого усиления сводится к следующему. Радиоволна, проходя мимо антенны приемника, возбуждает в ней электрические колебания высокой частоты. Назначение приемной антенны сводится, следовательно, к преобразованию электромагнитных колебаний в электрические, которые для радиоприемника являются входным сигналом. На антенну приемника в один и тот же момент могут воздействовать радио-волны от сотен передающих станций, отличающихся по несущей частоте. Благодаря избирательности радиоприемник усиливает токи, соответствующие только одной определенной радиостанции, на частоту которой он настроен. Признаком, по которому осуществляется выбор станции, является длина волны, а решается эта задача с помощью так называемых колебательных контуров, представляющих собой замкнутую цепь, состоящую из катушки индуктивности (L) и конденсатора (С). Чем больше индуктивность и емкость, тем больше период свободных колебаний контура и тем меньше их частота
Чтобы из всех колебаний, поступающих на антенну, выделить только те, которые нужно принимать в данное время, пользуются явлением резонанса. Для этого, присоединив к антенне колебательный контур, настраивают его точно на частоту колебаний нужной станции. Благодаря явлению резонанса напряжение на контуре, создаваемое радиоволнами выбранной радиостанции, будет гораздо больше, чем напряжения, создаваемые радиоволнами других радиостанций, частоты которых отличаются от собственной частоты контура. Выделенный входным избирательным устройством (ВИУ) сигнал подается в блок усилителя высокой частоты (УВЧ-триод, пентод или транзистор), а затем на детектор (Д).
Детектор служит для разделения модулированного сигнала на его составляющие. В качестве детекторов используют электронные и полупроводниковые диоды. Принцип действия диодного детектора основан на свойствах электронных ламп и р—n-перехода в полупроводниковых приборах пропускать ток в одном направлении.
Выделенный на детекторе электрический сигнал звуковой частоты усиливается в блоке УНЧ (лучевой тетрод или транзистор) и подается на громкоговоритель.
Приемникам прямого усиления свойственны многие недостатки, важнейшими из которых являются низкая чувствительность и плохая избирательность. Поэтому в настоящее время их выпускают в ограниченном количестве («Рубин-2», «Микрон»).
Блок-схема супергетеродинного приемника без УКВ диапазона отличается тем, что имеет генератор высокочастотных колебаний, используемый для преобразования частоты принятого сигнала в промежуточную.
Гетеродин представляет собой маломощный генератор высокой частоты, состоящий из колебательного контура и усилительной лампы (или транзистора).
Работа радиоприемника супергетеродинного типа сводится к следующим основным процессам. Принятый антенной и выделенный входным контуром полезный сигнал с частотой Fc подвергается усилению по высокой частоте (блок УВЧ). Усиленный сигнал подается в блок преобразования частот (ПЧ), куда одновременно поступает сигнал от генератора с частотой FF. Под влиянием двух напряжений, действующих на преобразователь, с него снимается одна разностная частота, называемая промежуточной.
Благодаря согласованию настроек входного контура (ВИУ) и контура гетеродина промежуточная частота всегда постоянна, т. е. Fnp = const.
После выделения промежуточной частоты следует ее усиление (УПЧ), детектирование (Д), усиление по звуковой частоте (УНЧ) и преобразование электрических сигналов в звуковые с помощью громкоговорителя.
Основными преимуществами приемников супергетеродинного типа являются: высокая чувствительность и избирательность в широком диапазоне частот, значительное усиление сигнала, широкая полоса пропускания частот.
Блок-схема супергетеродинного приемника с УКВ диапазоном отличается от вышерассмотренного супергетеродинного приемника наличием блоков УКВ и частотного детектора (ДЧМ). Вещание на УКВ диапазоне осуществляется с применением частотной модуляции.
Для более качественного приема входные цепи, усилитель высокой частоты и преобразователь частоты УКВ диапазона принято выполнять в виде отдельного блока.
Качество воспроизведения звука на УКВ диапазоне самое высокое по сравнению с ДВ, СВ и КВ. Это объясняется тем, что на этом диапазоне проявляется максимальная чувствительность и избирательность приемника. Большинство индустриальных помех не действует на УКВ прием, так как имеет амплитудный характер.
Данный приемник является приемником супергетеродинного типа. Сигнал попадает на антенну, следовательно, сигнал попадает на водную цепь, затем на усилитель высокой частоты сигнал усиливается и поступает на смеситель. Смеситель и гетеродин служат как преобразователь, следовательно, сигнал попадает на усилитель промежуточной частоты затем на детектор, после детектора сигнал попадает на усилитель низкой частоты.
Рисунок 1.4 — Блок — схема супергетеродинного приемника.
Данный приемник является приемником супергетеродинного типа. В супергетеродинном приемнике принимаемый сигнал высокой частоты преобразуется в сигнал другой частоты, и уже на этой частоте усиливается до детектора. При этом форма огибающей кривой высокочастотного сигнала после преобразования должна остаться без изменения. На новой частоте, которая называется промежуточной, используется колебательные системы с необходимой полосой пропускания и высокой избирательностей. Блок — схема супергетеродинного приемника представлена на рисунке (1.5)
Рисунок 1.5 -Блок — схема супергетеродинного приемника.
Входная цепь и усилитель высокой частоты в диапазонах коротких и ультракоротких волн мало влияют на избирательные свойства приемника и оказывают влиятельные лишь на его чувствительность.
Преобразователь состоит из смесителя и гетеродина. Гетеродин представляет собой местный автогенератор высокой частоты, который генерирует вспомогательную частоту Fг.
Процесс преобразования частоты осуществляется в смесителе. На смесителе воздействуют два высокочастотных колебания: одно — колебание сигнала Fс, которое поступает из антенны, а другое Fг — от гетеродина. На входе преобразователя обычно выделяют колебания с частотой, равной разности частоты Fг и Fс. Разностная частота Fг — Fс = Fпр называется промежуточной частотой.
Усилитель промежуточной частоты УПЧ работает на постоянной частоте и осуществляет необходимое усиление сигнала промежуточной частоты до величины, необходимой для нормальной работы детектора. В качестве УПЧ обычно используется полосовые усилители, резонансная характеристика которых близка к прямоугольнику. Это позволяет получить высокую избирательность и равномерное усиление в полосе пропускания.
Остальные блоки, детектор и усилитель низкой частоты работают так же, как в приемнике прямого усиления.
В супергетеродинных приемниках наряду с высокой избирательностью и чувствительностью значительно улучшены остальные показатели.
Супергетеродинная схема является основной схемой современных приемников.
Схема предоставлена в приложение. Сигнал принимаемой антенны попадает на входное устройство, которое выполненное на элементах L1,C1 далее проходя через конденсатор C4, попадает на вход микросхемы DA1 (К157 ХА1А). Данная микросхема представляет собой усилитель высокой частоты с преобразователем. Усиленный и преобразованный сигнал с выхода микросхемы попадает на вход фильтра промежуточной частоты выполнений на элементах L5,С9. Отфильтрованный сигнал через конденсатор C11 попадает на вход микросхемы DA2, которая представляет собой усилитель промежуточной частоты с амплитудным детектором. Далее усиленный и продетектированный сигнал попадает на вход усилителя низкой частоты, которые выполненные на микросхеме DA3 (К174УН3). С выхода усилителя усиленный до определенного уровня сигнал подается на динамический громкоговоритель. Питания всего устройства осуществляется от источника постоянного тока напряжениям 5В.
В данном разделе был разработан УКВ приемник на трех микросхемах. Промежуточная частота этого приемника равна 465 кГц, следовательно данный приемник длинноволновый. Устройство имеет малые габариты и не сложное в использование. Питание всего устройства осуществляется от источника постоянного тока напряжением 5В. В разделе также была построена структурная, принципиальная и функциональная схемы данного устройства.
