Прямое усиление

Рассмотренные до сих пор радиоприемники принадлежали к категории приемников с прямым усилением. Перед детектированием ток высокой частоты, поступивший из антенны, усиливался в одном или нескольких каскадах. Однако такое усиление не может быть очень большим, так как, несмотря на любые предосторожности по экранировке и развязке, трудно избежать паразитных обратных связей, если количество высокочастотных каскадов превышает один или два. Трудности увеличиваются с повышением частоты, причем это относится не только к обратным связям, но и к возможности получения достаточного усиления. Поэтому на коротких волнах (очень высоких частотах) усиление высокой частоты оказывается мало эффективным.

Кроме того, увеличение высокочастотных каскадов неизбежно влечет за собой увеличение количества одновременно настраиваемых колебательных контуров, что также порождает разнообразные трудности.

Вывод напрашивается сам собой. Приемник прямого усиления может применяться лишь тогда, когда не требуется высокая чувствительность. Он особенно рекомендуется для местного приема и обычно не предназначен для приема удаленных станций, что осуществляется с помощью супергетеродина.

Принцип супергетеродина

В супергетеродинном приемнике начинают с того, что предварительно преобразуют высокую частоту в более низкую, после чего можно осуществить большое усиление. Какова бы ни была частота сигнала в антенне, ее преобразуют в одну и ту же для данного приемника частоту, называемую промежуточной частотой. В этом случае основные каскады усиления в приемнике — каскады промежуточной частоты — рассчитаны только на одну частоту; следовательно, при переходе с одной станции на другую нет необходимости в изменении их настройки. Так как работа ведется на более низкой частоте (которая тем не менее еще относится к области высоких частот), чем максимальная возможная частота принимаемого сигнала, усиление очень эффективно и паразитные связи легко устранимы.

Определив таким образом принцип и основные преимущества супергетеродина, рассмотрим, какие средства используются для его осуществления.

Преобразователи частоты на двух лампах

Преобразование частоты основано на явлении биений, физическая сущность которых наблюдается на множестве примеров при изучении световых явлений (интерференция), акустических и механических (спаренные маятники).

Когда два периодических колебания накладывают одно на другое, результирующее колебание содержит частотную составляющую, равную разности частот обоих колебаний. Так, накладывая один на другой два тока с частотами f 1 и f 2 , мы получаем результирующий ток, амплитуда колебаний которого изменяется с частотой f 1 — f 2 (см. рис. 91), называемой частотой биений и выявляемой после детектирования.

Произведенное таким образом преобразование частоты никак не влияет на форму низкочастотной модуляции, которая может присутствовать в одном из составляющих токов. Если на модулированный высокочастотный ток антенны мы наложим ток друг ой частоты от местного генератора, то после детектирования можно будет получить частоту, равную разности частот тока антенны и тока местного генератора; при этом результирующий ток несет в себе ту же низкочастотную модуляцию, что и наведенной в антенне ток.

Местный генератор, называемый гетеродином, включен в схему самого приемника. Его колебания могут накладываться на колебания, поступающие из антенны, с помощью небольшой связи между колебательным контуром антенны и колебательным контуром гетеродина. Так по крайней мере делали в первых приемниках с преобразованием частоты (см. рис. 93). Но такой способ имеет серьезный недостаток: в результате наличия связи гетеродин может захватываться колебаниями антенного контура, т. е. начать генерировать не на своей собственной, а на принимаемой частоте. При этом обе составляющие частоты будут равны и результирующая частота (равная их разности) окажется, следовательно, равной нулю, что совершенно не соответствует требуемому. В этом случае говорят, что произошло затягивание колебаний.

Во избежание этого нужно устранить связь между входным колебательным контуром и контуром гетеродина с помощью экранов и цепей развязки Колебания же накладывают одно на другое в лампе с двумя управляющими сетками, на каждую из которых подается одно из двух колебаний. Анодный ток такой лампы, называемой смесительной, управляется одновременно высокочастотным напряжением из антенны и напряжением местного гетеродина. Следовательно, происходит наложение колебаний и, так как лампа детектирует, в ее анодном токе образуется нужная результирующая составляющая промежуточной частоты (см. рис. 94).

Комбинированные лампы гетеродин-смеситель

Одна и та же лампа может выполнять функции гетеродина и смесителя. Для этого достаточно установить в лампе, кроме сетки, на которую подавались колебания гетеродина, небольшой вспомогательный анод, ток которого через катушку обратной связи используется для возбуждения колебаний. Полученная таким образом лампа могла бы быть заменена двойным триодом, первый триод которого служил бы в качестве гетеродина, а второй — смесителя.

Однако междуэлектродных емкостей такой лампы было бы достаточно для создания паразитной связи между контурами, способной вызвать затягивание. Поэтому вторую сетку (сетку смесительной части) окружают двумя экранирующими сетками, на которые подается довольно высокое напряжение, в результате чет получается семиэлектродная лампа, или гептод. Чтобы предотвратить вторичную эмиссию с основного анода, между ним и второй экранирующей сеткой помещают защитную сетку, в результате чего количество электродов увеличивается до восьми. Такая лампа называется октодом.

Для выполнения обеих функций — гетеродина и смесителя, необходимых для преобразования частоты, можно использовать также другие методы и другие типы ламп. Так, лампа может содержать две самостоятельные системы электродов с общим катодом, первая из которых используется для создания местных колебаний, а вторая служит преобразователем. Такой лампой является, например, триод-гексод (рис. 150), где триод служит гетеродином, а гексод (лампа с шестью электродами) — смесителем.

Следует отметить, что местные колебания подаются на третью сетку гексода по очень короткому проводнику, находящемуся внутри самой лампы.

Рис. 150. Преобразование частоты с помощью триод-гексода.

Усиление промежуточной частоты

Гетеродин всегда настраивается так, чтобы разность между его частотой и частотой принимаемых колебаний была равна заданной промежуточной частоте. В настоящее время эта величина стандартизована и принята равной 465 кгц. Хотя эта частота несколько выше частоты длинноволновых передатчиков, она ниже частот средних и особенно коротких волн, а, как мы помним, именно эти два диапазона особенно нуждаются в понижении частоты.

Усилитель промежуточной частоты, как правило, состоит из одного или — реже — двух каскадов, в которых используются пентоды В качестве междукаскадной связи чаще всего служат трансформаторы, первичная и вторичная обмотки которых настроены на промежуточную частоту. При одном каскаде усиления промежуточной частоты имеются четыре настроенных контура: два, составляющие трансформатор связи с преобразователем частоты, и два, представляющие собой трансформатор связи усилителя с детектором (так как после усиления промежуточной частоты ток детектируется и усиливается по низкой частоте).

Легко понять, как наличие этих четырех настроенных контуров содействует повышению избирательности и как было бы трудно настраивать их в случае установки в усилителе высокой частоты. В то же время в рассматриваемом случае они настраиваются только один раз на промежуточную частоту и при достаточной стабильности не требуют впоследствии никакой дополнительной регулировки.

Современные трансформаторы промежуточной частоты состоят обычно из двух обмоток с сердечником из магнитодиэлектрика; настройка может осуществляться с помощью маленьких подстроечных конденсаторов. В одной из удобных конструкций конденсатор представляет собой слюдяную пластинку, посеребренную с обеих сторон (слюда играет роль диэлектрика, а серебро — роль обкладок). Соскабливая слой серебра, можно уменьшить емкость до нужной величины. Другие подстроечные конденсаторы представляют собой упругие металлические пластинки, которые больше или меньше изгибаются винтом. Существуют также конструкции, воспроизводящие в миниатюре конденсаторы переменной емкости. В последнее время очень распространены керамические подстроечные конденсаторы.

Однако настройка трансформаторов промежуточной частоты чаще осуществляется изменением не емкости, а индуктивности катушек при постоянных контурных конденсаторах. Магнитные сердечники таких трансформаторов могут перемещаться внутри катушек, изменяя тем самым индуктивность.

Какова бы ни была конструкция трансформаторов промежуточной частоты, они вместе с конденсаторами контура экранируются во избежание паразитных индуктивных связей.

Наличие четырех настроенных контуров промежуточной частоты (не считая тех, которые могут находиться в высокочастотной части, т.е. до преобразователя частоты) содействует, как мы уже говорили, повышению избирательности. Однако повышению избирательности способствует и сам факт снижения частоты. Разъяснение этого, простого самого по себе явления, выходит за рамки наших комментариев. Достаточно упомянуть о самом факте, объясняющем очень высокую избирательность, которой отличаются супергетеродины.

Сопряженная настройка

Одна из наиболее острых проблем, которые ставит перед нами супергетеродин, заключается в устройстве сопряженной настройки его высокочастотных контуров с помощью одной ручки управления. В приемнике прямого усиления сопряженная настройка осуществляется относительно просто: достаточно, чтобы все контуры, состоящие из идентичных катушек индуктивности, настраивались таким же количеством идентичных конденсаторов переменной емкости, имеющих общую ось вращения и управляемых одной ручкой. Небольшие отклонения (вызываемые, например, паразитными емкостями между проводниками) устраняются с помощью подстроечных конденсаторов малой емкости, включаемых параллельно колебательным контурам.

Но в случае супергетеродина проблема сопряженной настройки становится более сложной. Здесь необходимо настраивать высокочастотный контур и контур гетеродина на две разные частоты, сохраняя между ними на всем диапазоне постоянную разность, равную величине промежуточной частоты. Так, например, в приемнике, промежуточная частота которого 465 кгц, частота гетеродина должна быть на 465 кгц выше (или ниже) частоты настраиваемого контура высокой частоты и это должно иметь место на всех диапазонах и при всех положениях конденсатора переменной емкости. Так как конденсаторы переменной емкости, включаемые в оба контура, имеют одинаковую емкость, для создания разности по частоте, естественно, приходится прибегать к применению катушек с различной индуктивностью в контурах высокой частоты гетеродина.

К несчастью, эта разность не сохраняется постоянной при всех положениях конденсатора переменной емкости. Чтобы тем не менее сохранить ее постоянной, прибегают к уловке, позволяющей изменить характер изменения настройки колебательного контура в зависимости от положения конденсатора переменной емкости. Для этого параллельно конденсатору переменной емкости С включают конденсатор малой емкости С п , называемый подстроечным, а последовательно с конденсатором настройки — другой конденсатор с большей емкостью С с , называемый сопрягающим. Включение этих конденсаторов может осуществляться одним из трех способов, показанных на рис. 151.

Рис. 151. Три способа включения подстроечных и сопрягающих конденсаторов в колебательный контур гетеродина для сопряженной настройки.

Вспомнив правила параллельного и последовательного соединений конденсаторов, мы поймем, что конденсатор С п увеличивает емкость конденсатора С, тогда как включенный последовательно сопрягающий конденсатор С с уменьшает его емкость. Но каждый из этих конденсаторов действует на настройку больше или меньше в зависимости от положения подвижных пластин конденсатора переменной емкости С. Действительно, когда конденсатор С имеет минимальную емкость, емкость подстроечного конденсатора, несмотря на малую величину, оказывается по сравнению с нею значительной. При этом роль сопрягающего конденсатора практически сведена на нет, так как, будучи последовательно соединенным с малой емкостью конденсатора С, он может лишь еще уменьшить ее. Поэтому в начальном положении ротора конденсатора переменной емкости (т. е. для наиболее высоких частот или наиболее коротких волн данного диапазона) основную роль в коррекции частоты настройки играет подстроечный конденсатор Совершенно иное происходит в конечном положении ротора конденсатора переменной емкости, когда его емкость достигает максимума. В этом случае небольшой емкостью подстроечного конденсатора можно просто пренебречь. А сопрягающий конденсатор оказывает заметное воздействие, снижая емкость конденсатора С.

Таким образом, подбирая емкость подстроечного конденсатора в начале и сопрягающего в конце хода ротора, удается придать нужный характер изменению емкости при вращении подвижных пластин конденсатора настройки. Благодаря этому конденсатор переменной емкости гетеродина может управляться той же ручкой, что и конденсатор настройки входного контура.

Само собой разумеется, что для каждого диапазона требуются отдельные подстроечный и сопрягающий конденсаторы. Все эти конденсаторы подстраиваются один раз навсегда в процессе регулировки приемника. Регулировка должна также обеспечить совпадение принимаемых передач с отметками, нанесенными на шкале приемника.

В современных приемниках в качестве сопрягающего конденсатора часто устанавливаются конденсаторы постоянной емкости, а подстройка осуществляется соответствующей регулировкой сердечников катушек.