Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии

Стартовая страница

О системе

Технические требования

Синтез

Обучающий модуль

Справка по системе

Контакты
Искать:
  Расширенный   Формализованый   По связи разделов
 А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я 
Общий каталог эффектов

Супергетеродин
Супергетеродин

Описание

Супергетеродинный радиоприемник (супергетеродин) — один из типов радиоприемников, основанный на принципе преобразования принимаемого сигнала в сигнал фиксированной промежуточной частоты с последующим ее усилением.
Супергетеродинный приемник изобрел американец Эдвин Армстронг в 1918 году.
Упрощенная структурная схема супергетеродина показана на рисунке 1. Радиосигнал из антенны подается на вход усилителя высокой частоты (в упрощённом варианте он может и отсутствовать), 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 частотыгетеродина. Колебательный контур гетеродина перестраивается одновременно с входным контуром смесителя (и контурами усилителя высокой частоты) обычно конденсатором переменной ёмкости, реже катушкой переменной индуктивности (вариометром, ферровариометром). Таким образом, на выходе смесителя образуются сигналы с частотой, равной сумме и разности частот гетеродина и принимаемой радиостанции. Разностный сигнал постоянной промежуточной частоты выделяется с помощью фильтра сосредоточенной селекции, и усиливается одним или несколькими каскадами, после чего поступает на демодулятор, восстанавливающий сигнал низкой (звуковой) частоты. В некоторых японских приемниках фильтр промежуточной частоты рассосредоточен по всем каскадам усилителя промежуточной частоты. Фильтр сосредоточенной селекции сильно ослабляет сигнал и приближает его к уровню шумов, в приёмниках с фильтром рассосредоточенной селекцией в каждом каскаде сигнал немного ослабляется фильтром, а затем усиливается, что позволяет меньше приближать сигнал к уровню шумов, ещё лучше фильтровать сигнал после его усиления, что позволяет ещё меньше приближаться к уровню шумов.
Супергетеродин
1 - усилитель ВЧ, 2 - смеситель, 3 - фильтр ПЧ, 4 - усилитель ПЧ, 5 - демодулятор, 6 - усилитель НЧ, 7 - гетеродин
Рисунок 1
В супергетеродинном приемнике основное усиление сигнала происходит в усилителе промежуточной частоты. Усилитель  промежуточной частоты работает на одной частоте, называемой промежуточная (стандартное значение этой частоты равно 465 кГц). Как видно из структурной схемы, супергетеродинный приемник отличается от приемника прямого усиления наличием дополнительного блока - блока смесителя и гетеродина. Гетеродин представляет собой маломощный генератор высокой частоты. Частота гетеродина отличается от частоты принимаемой радиостанции на промежуточную частоту. Высокочастотный сигнал радиостанции, выделенный входным контуром, смешивается в смесителе с сигналом гетеродина. На выходе смесителя получается сигнал разностной частоты, являющейся промежуточной. Усилитель промежуточной частоты содержит, как правило, несколько контуров, настроенных на промежуточную частоту. Применение нескольких контуров промежуточной частоты значительно (в десятки раз) повышает избирательность приемника. В современных радиоприемниках обычно вместо контуров промежуточной частоты применяют так называемый пъезофильтр. Применение пъезофильтра позволяет отказаться от контуров промежуточной частоты и значительно упрощает процесс налаживания радиоприемника. Так как в таком приемнике усилитель промежуточной частоты нет необходимости делать широкополосным, коэффициент усиления его может быть очень большим. Высокий коэффициент усиления позволяет достичь высокой чувствительности приемника в целом (ну, а высокая чувствительность приемника позволяет принимать большое количество слабых радиостанций).
В обычных приёмниках длинных, средних и коротких волн промежуточная частота, как правило, равна 465 или 455 кГц, в ультракоротковолновых — 6,5 или 10,7 МГц. Так как супергетеродинный приёмник хорошо настроен на сигнал с промежуточной частотой, то даже слабый сигнал на этой частоте принимается. Поэтому промежуточная частота применяется для передачи сигналов SOS. На указанных частотах запрещена работа любых радиостанций мира.

 

 

Ключевые слова

 

Области техники и экономики

 

Применение эффекта

Очевидное преимущество супергетеродина — наличие малого количества перестраиваемых контуров и возможность получения требуемого усиления на промежуточной частоте. Наиболее значительным недостатком является наличие так называемого зеркального канала приёма — мешающего входного сигнала, который не может быть подавлен фильтрами ПЧ. Например, если вход настроен на радиостанцию, передающую на частоте 70 МГц, а частота гетеродина равна 76,5 МГц, на выходе фильтра промежуточной частоты будет нормальный сигнал с частотой 6,5 МГц. Однако в случае присутствия другой мощной радиостанции на частоте 83 МГц её сигнал также может просачиваться на вход смесителя, и разностный сигнал с частотой 83 − 76,5 = 6,5 МГц не будет подавлен. В таком случае приём сопровождается различными помехами. Избирательность по зеркальному каналу зависит от добротности и числа входных контуров. При двух перестраиваемых входных контурах требуется трёхсекционный конденсатор переменной емкости, что дорого.
Для уменьшения помех от зеркального канала часто применяют метод двойного (или даже тройного) преобразования частоты. Подобные приёмники, несмотря на достаточно высокую сложность построения и наладки, стали фактически стандартом в профессиональной и любительской радиосвязи.

Реализации эффекта

Микросхема MAX7033 фирмы Maxim Integrated Products - новейший супергетеродинный ASK-приемник (ASK - кодирование с амплитудным сдвигом), рассчитанный на работу в диапазоне 300-450 МГц. Это устройство характеризуется высокой чувствительностью -114 дБм, системой подавления не менее чем на 42 дБ сигнала изображения с возможностью настройки пользователем центральной частоты полосы фильтрации, опцией выбора работы или от 3-, или от 5-вольтового источника питания. В дополнение к этому, в состав MAX7033 входит однокаскадная схема автоматической регулировки усиления, которая снижает коэффициент передачи малошумящего усилителя на 35 дБ, если входной радиосигнал превышает -62 дБм. Система АРУ имеет возможность блокировки своего текущего состояния и предотвращения переключения в какой-либо момент приема потока данных. В приемнике используется фильтр промежуточной частоты (10.7 МГц) и RSSI-система (received-signal-strength indicator - индикатор силы принимаемого сигнала), имеются встроенный каскад фазовой автоматической подстройки частоты и управляемый напряжением генератор, а также аналоговая схема монополосного восстановления данных.
Микросхема MAX7033 состоит из малошумящего усилителя, полно-дифференциального смесителя с подавлением сигнала изображения, ограничивающего промежуточную частоту усилителя на 10.7 МГц, каскада RSSI, и аналоговой схемы монополосного восстановления. Полностью самодостаточная система фазовой автоподстройки частоты не требует для работы никаких внешних компонентов. Блок фазовой автоматической подстройки частоты содержит фазовый детектор, источник накопления заряда с интегрированным контурным фильтром, управляемый напряжением генератор, асинхронный делитель частоты с коэффициентом 32 или 64, генератор с резонаторной стабилизацией. Квадратурный генератор имеет центральную настройку на наименьшую номинальную частоту 304.3 МГц. Для входного радиосигнала 315 МГц опорная частота составляет 9.5194 МГц; сигнал 4.7547 МГц необходим для  каскада промежуточной частоты, работающего на частоте 10.7 МГц (требуется подавление нижней боковой полосы).
Изделие MAX7033 разработано для применения в широком спектре устройств, чувствительных к качеству питания, таких как системы бесконтактного управления замками, автомобильные сигнализаторы, приборы домашней охраны, аппаратура с дистанционным управлением, системы открытия ворот гаража. Микросхема потребляет менее 1.6кА в режиме ожидания и лишь 5.2 мА в приемном режиме. В качестве центральной частоты полнодифференциального смесителя, подавляющего сигнал изображения, могут быть выбраны значения 315 МГц, 375 МГц или 433 Мгц. В зависимости от выбранных компонентов, интегральная схема MAX7033 может принимать данные со скоростью до 66кб/c (кодирование NRZ). Выход из ждущего режима в режим идентификации данных занимает менее 250 мкс, что в приложениях с циклическим питанием минимизирует время, необходимое системе для перехода в режим приема.
Изделие MAX7033 поставляется в 28-выводном исполнении SSOP и рассчитано на работу в диапазоне температур от -40°C до +105°C.

Этот приемник построен после экспериментов с приемником прямого преобразования на диапазон 40 метров. Простые приемники прямого преобразования имеют существенные недостатки - плохая (или если хотите недостаточная) избирательность, наличие зеркального канала, непосредственно премыкающего к основному каналу, прямое детектирование сигналов мощных вещательных станций, которыми изобилует диапазон 40 метров.
Частота перестройки генератора плавного диапазона 10686 кГц - 10731 кГц (рабочая частота 7000 кГц - 7040 кГц плюс промежуточная частота). Значение промежуточной частоты выбрано из соображений доступности кварцев на частоту 3686 кГц. Полоса фильтра (при использовании одного кварца), включенного в цепи  управляемой подстойки частоты составляет 200 Гц.
Принципиальная схема приемника на диапазон 7000 кГц - 7040 кГц

Рисунок 1
Генератор плавного диапазона собран на транзисторе VT1 и керамическом кварце Q1 в качестве частотозадающего элемента. Диапазон перестройки составляет около 45 кГц.
Второй керамический резонатор с центральной частотой 7020 кГц используется в качестве  дискретного преобразования Фурье. Он очень эффективно ослабяет помехи вещательных станций с уровнями порядка 40 дБ. Автотрансформаторы L1 и L2 трансформируют 300 Ом резонатора в 50 Ом входного сопротивления кольцевого балансного смесителя (на схеме обозначен М) и антенны.
Сигнал промежуточной частоты выделенный со смесителя подается на высокоомный вход блока управляемой подстройки частоты (микросхема NE592), паралельлно которому включен резистор R7 сопротивлением 51 Ом. К выводам 2 и 7 микросхемы NE592, подключен последовательно кварц 3686 кГц и резистор R8, для обеспечения селективности приемника в 200 Гц. Колебательнй контур, образованный L3 и С9 настроен на значение промежуточной частоты.
Детектор (второй смеситель+кварцевый гетеродин) собран на хорошо известной микросхеме NE612. Сигнал звуковой частоты подается на вход  усилителя низкой частоты, собранного на микросхеме NE5532. Конденсаторы C14 и С15 предназачены для шунтирования высокочастотной составляющей, проникающей на выход детектора.
Усиление усилителя низкой частоты составляет около 60 дБ на частоте фильтра 750 Гц . Частота фильтра определяется значениями элементов Dr1 и C16. Регулирока уровня громкости осуществляется с помощью радиочастотного аттенюатора - P1. Низкоомный выход NE5532 позволяет подключать 60 омные телефоны без добавочного сопротивления.
Приемник работает при питании от 9 до 15 вольт. Ток потребления в режиме молчания составляет около 25 мА.
Для настройки приемника необходим частотомер и осцилограф. Сначала измеряется частота генератора плавного диапазона и напряжение на выводе 1 смесителя. Частота генератора плавного диапазона должна быть 10686 к,Гц при минимальной емкости C1 и 10731 кГц при максимальной. Измеренное напряжение должно быть 0.5 В. Если значение частоты отличается от указанного подберите емкости С3, С4.
Конденсатором С10 можно подстроить частоту кварцевого гетеродина, чтобы она отличалась от значения промежуточной частоты на 750 Гц.

Литература

1. Поляков В.Т. Радиолюбителям о технике прямого преобразования. — М.: Патриот, 1990.

2. Поляков В.Т. Приемники прямого преобразования для любительской связи. — М.: ДОСААФ, 1981.

3. Поляков В.Т. Трансиверы прямого преобразования. — М.: ДОСААФ, 1984.

4. Молотков В.И., Зайцев М.Л. Вольт-амперные характеристики негаваристора - «Радиотехника», 1987

Формализованное описание Показать

Стартовая страница  О системе  Технические требования  Синтез  Обучающий модуль  Справка по системе  Контакты 
Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина