1 - Wrzuta
advertisement
1. Wstęp Odbiornik superheterodynowy jest jednym z najczęściej stosowanych odbiorników radiowych. Jego konstrukcja jest wykorzystywana w wielu modyfikacjach od dziesięcioleci ze względu na swoją prostotę oraz niską cenę. Przy zastosowaniu odpowiedniej jakości układów elektronicznych możemy także uzyskać zadowalającą czułość oraz wzmocnienie. Połączenie powyższych cech decyduje o jego szerokim rozpowszechnieniu. W pierwszych rozdziałach niniejszej pracy przedstawiona została ogólna zasada działania odbiornika superheterodynowego jak również opisane zostały jego największe wady i zalety. Główną część pracy stanowi szczegółowy opis elementów składowych odbiornika wraz z ich możliwymi modyfikacjami. Na zakończenie pokrótce omówione zostały współczesne układy radioodbiorników bazujących na odbiorniku superheterodynowym. 2. Rozwój układów odbiorników radiowych Rys. 1.1 przedstawia najprostszy odbiornik radiowy używany do odebrania sygnału poddanego modulacji AM. Składa się on z obwodu rezonansowego połączonego z anteną i detektorem stykowym, którego rolę pełni dioda. Układ ten do wykorzystuje jedynie energię, którą odebrał z anteny, a zatem jego podstawową zaletą jest brak konieczności zasilania oraz niewątpliwa prostota, co ma wpływ na jego niską cenę. Detektor (demodulator) w postaci pojedynczej diody zajmuje się wyodrębnieniem informacji użytecznej, a jego strojenie odbywa się za pomocą obwodu rezonansowego. Pomimo niewątpliwej prostoty powyższy odbiornik ma podstawową wadę, którą jest niska jego czułość. Korzystając z niego możliwy jest tylko odbiór silnych sygnałów z niewielkiego zakresu częstotliwości. Poza tym przy zmianie zakresu stacji radiowych występuje konieczność wymiany całego układu rezonansowego. Konstrukcja z rys. 1.1 jest zdecydowanie prymitywna i szybko porzucono stosowanie odbiorników w tej właśnie formie. Już przed II Wojną Światową od ówczesnych odbiorników radiowych wymagało się bardzo dobrych właściwości selektywnych i czułości, których układ z rys 1.1 nie posiada. Wysoka czułość jest bowiem niezbędna do odbierania słabych stacji o niewielkich mocach nadajników. Drugim ważnym wymaganiem stawianym radioodbiornikom jest wysoka selektywność, a zatem możliwość wyodrębnienia sygnału interesującej nas stacji radiowej spośród wszystkich sygnałów, które docierają do anteny. Można to uzyskać dzięki zastosowaniu filtrów, których rolę najlepiej spełniają tzw. obwody strojone. Aby poprawić wady powyższej konstrukcji w początkowym okresie dodane zostały do odbiornika wzmacniacze wysokiej i małej częstotliwości. Dodatkowo dołączone zostały elementy, które poprawiają selektywność układu, tak by nie odbierać wszystkich sygnałów przychodzących do anteny. Rozwiązań rozbudowy konstrukcji z rysunku 1.1 jest z pewnością kilka. Jednym z nich jest odbiornik bezpośredniego wzmocnienia. 1 Zasada działania odbiornika bezpośredniego wzmocnienia opiera się na tym, że niezależnie od zastosowanej modulacji odbierany i poddawany obróbce jest sygnał dostarczony bezpośrednio przez antenę. Powoduje to konieczność przestrajania wszystkich obwodów na jedną i tą samą częstotliwość – częstotliwość odbieranej stacji. Podobne problemy powstają przy budowie odpowiednich stopni wzmocnienia, które są konieczne do uzyskania wymaganej czułości. Aby możliwe było zbudowanie „dobrego” odbiornika konieczne jest wiele obwodów strojonych i wiele stopni wzmocnienia, również przestrajalnych. Współbieżność przestrajania obwodów jest tutaj podstawowym problemem, gdyż każda rozbieżność przy przestrajaniu powoduje tłumienie, które niweluje uzyskane wzmocnienie. Dodatkowo wszystkie te elementy muszą znajdować się blisko siebie, a zatem nie można uniknąć sprzężeń, które objawiają się gwizdami przy dostrajaniu. W skrajnym przypadku może doprowadzić to nawet do wzbudzenia odbiornika. Dużą rolę odgrywa również nagrzewanie i starzenie się elementów. Odbiorniki bezpośredniego wzmocnienia są bardzo podatne na te czynniki. Oczywiście wszystkie te wady możemy zmniejszyć rozbudowując obwody zasilania, stosując odpowiednie ekrany, elementy chłodzenia, etc., jednak wtedy odbiornik staje się ciężki, wielki, drogi i trudny w strojeniu. Jednym z najlepszych rozwiązań układu radioodbiornika i jednocześnie najczęściej stosowanym jest odbiornik superheterodynowy, zwany również w skrócie superheterodyną. Został on po raz pierwszy skonstruowany w 1930 roku przez austriackiego radiotechnika Alexandra Meissnera. Superheterodyna jest odbiornikiem, który pozbawiony jest wielu wad wspomnianych wyżej konstrukcji. Odbiór superheterodynowy polega na zmianie odbieranej częstotliwości poprzez obwody wejściowe w inną częstotliwość, stałą i niezmienną w czasie. Częstotliwość tę będziemy nazywać częstotliwością pośrednią. Dodatkowo możliwe jest dobranie wartości częstotliwości pośredniej w sposób najbardziej dla nas odpowiedni. Powoduje to, że układ elektroniczny uległ uproszczeniu w porównaniu z odbiornikiem bezpośredniego wzmocnienia oraz uzyskano lepsze wzmocnienie sygnału. Główny pomysł odbiornika superheterodynowego polega na tym, że dopiero częstotliwość pośrednia poddawana jest właściwej demodulacji, wzmocnieniu i filtrowaniu. Ponieważ częstotliwość pośrednia jest stała, wzmacniacze i filtry nie wymagają strojenia, a konstrukcja odbiornika staje się prostsza. Problem wzbudzeń odbiornika również został wyeliminowany. Pomimo, iż pomysł odbiornika superheterodynowego jest już dosyć stary, do dziś radioodbiorniki stosują układy oparte na podstawowym układzie superheterodyny. 3. Zasada działania odbiornika superheterodynowego Na rysunku 3.1 przedstawiony jest schemat blokowy najprostszego układu odbiornika superheterodynowego wraz z przebiegami sygnałów w każdym punkcie układu. Głównymi elementami, które odróżniają superheterodynę od innych odbiorników są heterodyna (czyli oscylator o wysokiej stabilności) i stopień przemiany częstotliwości (mieszacz). Mieszacz służy do przetworzenia częstotliwości stacji nadawczej na wewnętrzną częstotliwość pośrednią. Do otrzymania częstotliwości pośredniej, oprócz sygnału odbieranego, potrzebujemy drugi sygnał, wytwarzany lokalnie w odbiorniku. Na wyjściu mieszacza otrzymamy sygnały, które są różnymi kombinacjami częstotliwości sygnałów wejściowych: suma, różnica, sumy i różnice ich wielokrotności. Mają one różną moc, w związku z czym najkorzystniej jest wykorzystać sumę lub różnicę 2 pierwszych wielokrotności. Najczęściej wykorzystywana jest różnica częstotliwości wejściowych mieszacza, przy czym częstotliwość lokalnego generatora jest większa od częstotliwości odbieranego sygnału o wartość częstotliwości pośredniej. Schemat blokowy radioodbiornika Częstotliwość pośrednia jest istotnym parametrem superheterodyny. Musi ona spełniać określone kryteria i nie może być dowolnie wybrana. Odpowiednio ją dobierając możemy znacznie ułatwić budowę odbiornika. Częstotliwość pośrednia definiowana jest wzorem: fp=fh-fs gdzie, fp – częstotliwość pośrednia fh – częstotliwość heterodyny fs – częstotliwość odbierana Częstotliwość heterodyny jest przestrajana w momencie zmieniania stacji radiowej w odbiorniku. Zmieniając częstotliwość na której nadaje stacja w rzeczywistości zmieniamy częstotliwość heterodyny. Dla ułatwienia podziałka w radiu wyskalowana jest oczywiście w częstotliwościach odbieranych stacji. Wszystko to służy utrzymaniu tej samej częstotliwości pośredniej niezależnie od sygnału wejściowego odbiornika. Sygnał ten doprowadzany jest do wzmacniacza pośredniej częstotliwości, a parametry tego wzmacniacza są uzależnione od właściwości tego sygnału, a więc od modulacji i szerokości pasma. Dla polskiej radiofonii UKF szerokości pasma przedstawiają się następująco: - AM: 2fmmax; fmmax = 4.5kHz (szerokość pasma = 9kHz) - FM: 2fmmax + 2DFn; • mono: fmmax = 15kHz, DFn = 50kHz (szerokość pasma = 130kHz) • stereo: fmmax = 53kHz, DFn = 50kHz (szerokość pasma = 206kHz) 3 gdzie, fmmax – max. częstotliwość modulująca DFn – max. dewiacja fali nośnej Częstotliwość pośrednia ograniczona jest od góry z dwóch powodów: wraz z jej wzrostem spada wzmocnienie stopnia częstotliwości pośredniej oraz pojawiają się trudności w uzyskaniu odpowiedniej selektywności. Przy wyborze częstotliwości pośredniej musimy również uwzględnić występowanie częstotliwości lustrzanych, będących główną wadą superheterodyny. Ogranicza to wybór częstotliwości pośredniej od dołu. Biorąc pod uwagę wszystkie parametry częstotliwość pośrednia wynosi dla AM 465kHz, a dla FM 10.7Mhz. 4. Częstotliwości lustrzane Podstawową wadą odbiornika superheterodynowego są częstotliwości lustrzane. Odgrywają one bardzo istotną rolę i należy zawsze uwzględniać ich występowanie podczas budowy radioodbiornika opartego o schemat heterodyny. Efekty spowodowane ich występowaniem wpłynęły również na podział pasma częstotliwości przez Krajową Radę Radiofonii i Telewizji. Częstotliwość pośrednią określiliśmy równaniem fp=fh-fs stąd częstotliwość odbierana wynosi fs =fh- fp Istnieje jednak taka częstotliwość (fs’) dla której prawdziwe będzie równanie fp=fs’-fh i z prostego przekształcenia otrzymujemy fs’= fs+2fp Oznacza to, że oprócz interesującej nas stacji odbierany jest również sygnał o częstotliwości leżącej w odległości podwójnej częstotliwości pośredniej od stacji odbieranej. Sygnał o tej częstotliwości nazywany jest sygnałem lustrzanym lub w skrócie lustrzanką. Fakt występowania takiego zjawiska jest bardzo niekorzystny i jest główną wadą odbiornika superheterodynowego. Aby wyeliminować jego wpływ, konieczne jest pozbycie się sygnału lustrzanego przed stopniem przemiany częstotliwości, ponieważ w przeciwnym wypadku prowadzi on do silnych zakłóceń. Najlepszym, a właściwie jedynym miejscem w układzie odbiornika, w którym można wyeliminować zjawisko częstotliwości lustrzanych są filtry obwodu wejściowego odbiornika. Właśnie z powodu budowy filtrów sygnał lustrzany nie może leżeć zbyt blisko odbieranego. Częstotliwość pośrednia musi zostać zatem ograniczona od 4 dołu, gdyż zbyt bliska odległość sygnału użytecznego i sygnału lustrzanego spowodowałaby komplikację konstrukcji filtrów. Jako, że częstotliwość pośrednia ograniczona jest również od góry nie ma doskonałej metody likwidacji sygnałów lustrzanych. Jednym z dodatkowych rozwiązań stosowanych w lepszych odbiornikach jest podwójny stopień przemiany częstotliwości, wykorzystywany tylko dla zakresu fal krótkich. Rozwiązanie to polega na filtrowaniu sygnału wyjściowego z pierwszego mieszacza w celu wyodrębnienia interesującego nas prążka. Następnie sygnał ten trafia na drugi mieszacz (potrzebny tu jest drugi generator lokalny) i dopiero ta częstotliwość pośrednia jest tą właściwą, poddawaną dalszej obróbce. Dzięki zastosowaniu podwójnego stopnia przemiany częstotliwości pierwsza częstotliwość pośrednia może być w miarę wysoka, ponieważ służy ona tylko do likwidacji lustra. Dobiera się ją w ten sposób by była możliwość stłumienia sygnału lustrzanego w zwykłym, o prostej budowie filtrze wejściowym. A zatem nie musi być ona dokładnie filtrowana, ponieważ nie wpływa ona na selektywność odbiornika. Dopiero sygnał wyjściowy z drugiego mieszacza (właściwa częstotliwość pośrednia), ma taką wartość dzięki której łatwo możemy uzyskać silne wzmocnienie i selektywność odbiornika. Mimo, że odbiornik z podwójną przemianą odróżnia się tylko dodatkowym mieszaczem likwidującym lustro, powoduje to jednak jego komplikację m.in. z powodu konieczności zastosowania drugiej heterodyny. 5. Opis elementów 5.1 Antena Podstawową cechą anteny jest przekazanie informacji z eteru do odbiornika. W dużej mierze właśnie od skuteczności tego elementu zależy czułość odbiornika. Konstrukcji anten jest mnóstwo podobnie jak ich zastosowań. Przyjrzyjmy się pokrótce antenom odbiorczym, które są stosowane w odbiornikach radiofonicznych. Wśród anten odbiorczych możemy wyróżnić anteny magnetyczne lub elektryczne oraz wbudowane do odbiorników i zewnętrzne. Zastosowanie anten elektrycznych wymusza konstrukcję zewnętrzną gdyż czułość anten elektrycznych jest bardzo mała na skutek dużego poziomu zakłóceń przemysłowych. Cechą charakterystyczną takich zakłóceń jest przewaga składowej elektrycznej pola elektromagnetycznego. Powoduje to konieczność montowania anten elektrycznych na pewnej wysokości z dala od odbiornika, a kable łączące ekranuje się. W celu zmniejszenia dodatkowych strat odbieranego sygnału należy stosować układ dopasowujący. Jednak takie rozwiązanie zwiększa rozmiary odbiornika i ogranicza jego mobilne wykorzystanie. Dopuszcza się zatem stosowanie anten elektrycznych, wewnętrznych. W zakresie fal UKF zazwyczaj są to anteny teleskopowe. Które możemy podzielić na symetryczne i niesymetryczne. Anteny symetryczne są wzbudzane źródłem SEM i charakteryzują się tym że w punktach symetrycznych względem środka dipola prądy są równe co do wartości i jednakowe co do kierunku. Przy dipolach niesymetrycznych obwód powrotny dla prądu zamyka się przez przewód uziemiający (tudzież przeciwwagę) lub przez pojemność obudowy odbiornika. 5 Anteny typu magnetycznego są raczej rzadko stosowane z powodu trudności konstrukcji. Budowa anteny magnetycznej wymaga bowiem by nie była ona równocześnie elektryczną, gdyż cały trud konstrukcji będzie daremny. Wynika to między innymi z zależności pola elektrycznego i magnetycznego wyrażonego wzorem, E/H = 120 a zatem pole elektryczne jest silniejsze od magnetycznego ponad 300 razy. Korzystniej zatem jest budować anteny elektryczne. 5.2 Obwody wejściowe Obwód wejściowy to układ znajdujący się między anteną a pierwszym stopniem odbiornika. Jest to najczęściej zwykły filtr. Filtr taki może być zbudowany z elementów LC wykorzystujących zjawisko rezonansu napięć bądź prądów lub może to być filtr typu SAW (Surface Acoustic Wave). Różnica jest taka, że LC jest tańsze, a SAW dokładniejszy. Układ wejściowy ma kilka podstawowych zadań, którymi są: wydzielenie pożądanego sygnału (w tym wytłumienie częstotliwości lustrzanych) oraz doprowadzenie sygnału z możliwie wysoką amplitudą do tranzystora lub lampy. Jednym z istotniejszych zadań filtrów wejściowych jest tłumienie sygnałów o częstotliwości pośredniej. Jeśli sygnał o takiej częstotliwości trafi na wejście mieszacza, to będzie również wzmacniany przez wzmacniacz pośrednich częstotliwości niezależnie od częstotliwości na jaką dostrojony jest odbiornik. Oczywiste jest, że spowoduje to znaczne zakłócenia w pracy odbiornika. To zjawisko jest szczególnie niebezpieczne gdy odbieramy sygnały o częstotliwości zbliżonej do częstotliwości pośredniej. Do likwidowania takich zjawisk służą specjalne filtry zwane eliminatorami częstotliwości pośrednich. Taki układ dostrojony jest co cz. p. i włączony jest pomiędzy antenę a obwód wejściowy. Cechą charakterystyczną eliminatora jest duża impedancja dla sygnałów o częstotliwości pośredniej co powoduje silne tłumienie tej częstotliwości. Filtry wejściowe zastosowane w obwodach wejściowych powinny charakteryzować się również odpowiednim pasmem przenoszenia. A zatem powinny przenosić całe widmo częstotliwości, które wchodzi w skład odbieranego sygnału. Niekorzystne sytuacje powstają w przypadku gdy pasmo będzie za małe jak również w sytuacji gdy będzie za duże. Jeśli szerokość pasma obwodu wejściowego będzie zbyt mała może to spowodować zniekształcenia liniowe przy odbiorze sygnałów AM i nieliniowe dla sygnałów FM. Przy odbiorze stereofonicznym doprowadzi to również do przesłuchów międzykanałowych. Sytuacja odwrotna (pasmo za duże) spowoduje wysokie szumy i odbierać będziemy sygnały z sąsiedniego kanału. Oczywiście obwody wejściowe powinny dać się dostroić do każdej częstotliwości w zakresie odbieranych fal. Obwody wejściowe muszą również współpracować z różnymi typami anten. Dzisiejsze odbiorniki radiowe pracujące w zakresie fal długich, średnich i krótkich posiadają anteny o impedancji zmieniającej się w bardzo dużych granicach. Narzuca to dodatkowy wymóg dla odbiorników by przy współpracy z różnymi antenami zachowywały swoje parametry. A zatem nie powinna pogarszać się czułość odbiornika ani zmieniać 6 jego selektywność. Z tych powodów konstrukcja odbiornika powinna być słabo sprzężona z anteną co spowoduje przekazywanie tylko niewielkiej części mocy sygnału z anteny do obwodu. Bezpośrednie sprzężenie anteny z obwodem rezonansowym nie może być stosowane ponieważ przy zmianie parametrów anteny obwód rezonansowy uległby rozstrojeniu. Korzystnym rozwiązaniem jest stosowanie transformatorowego sprzężenia anteny z obwodem wejściowym. Przy takim rozwiązaniu współczynnik transmisji napięciowej maleje ze wzrostem częstotliwości. Schemat obok przedstawia praktycznie stosowany układ obwodów wejściowych dla zakresu fal średnich, długich i krótkich. W zakresie fal długich i średnich zastosowano antenę ferrytową. Cewka L Dł i kondensatory C7, C8, C9, C10 tworzą obwód rezonansowy pracujący w zakresie fal długich. Obwód rezonansowy jest przestrajany kondensatorem C10. Antena zewnętrzna z obwodem wejściowym jest sprzężona za pomocą kondensatora C9 dołączonego równolegle do anteny. Jeżeli pojemność kondensatora C9 jest większa, to antena jest słabiej sprzężona z obwodem rezonansowym i jednocześnie w mniejszym stopniu rozstraja obwód rezonansowy. Ten rodzaj sprzężenia pozwala na uzyskanie równomiernego przebiegu współczynnika transmisji napięciowej w funkcji częstotliwości, jeśli tylko zależność dobroci Q obwodu rezonansowego od częstotliwości jest stała. Obwód rezonansowy pracujący w zakresie fal średnich składa się z cewki Lśr, kondensatora C6, C9 i kondensatora zmiennego C10 i jest dołączony za pomocą przełączników zakresów. Obwód rezonansowy pracujący w zakresie fal średnich, podobnie jest w zakresie fal długich, jest sprzężony z anteną zewnętrzną za pomocą kondensatora C9 dołączonego równolegle do anteny. Dla zakresu fal długich i średnich szeregowo z anteną zewnętrzną jest połączona cewka L1 obwodu L1 obwodu wejściowego pracującego w zakresie fal krótkich. Szeregowo z anteną dla wszystkich zakresów fal jest połączony eliminator p.cz. Eliminator p.cz. składa się z elementów L2 i C2. Obwód eliminatora jest dostrojony do częstotliwości pośredniej. Jeżeli w antenie pojawi się sygnał o częstotliwości równej częstotliwości pośredniej, to będzie on silnie stłumiony i nie przedostanie się do dalszych stopni odbiornika. 5.3 Wzmacniacz wielkiej częstotliwości Sygnał odebrany z anteny i ograniczony do interesującego nas pasma przez obwody wejściowe można wzmocnić przed poddaniem go dalszej obróbce. Służy do tego wzmacniacz wielkiej częstotliwości. Dodatkowym zadaniem tego elementu jest minimalizacja szumów oraz poprawa stosunku S/N. Wzmacniacz ten nie jest elementem koniecznym w odbiorniku jednak w przypadku jego zastosowania wymagana jest jego zgodność z elementami obwodów wejściowych. Dzięki tej współpracy pomiędzy obwodami wejściowymi i wzmacniaczem w. cz. zmniejszany jest niekorzystny wpływ stopnia przemiany częstotliwości na współczynnik szumów oraz ograniczony zostaje wpływ zakłóceń skrośnych na mieszacz. Wzmacniacz w. cz. powinien charakteryzować się dużym i stałym wzmocnieniem w zakresie całego pasma przepustowego. Powinien posiadać charakterystykę niezależną od częstotliwości, a jednocześnie pracować w szerokim zakresie częstotliwości. Oczywiście musi być również odpowiednio selektywny by nie pogarszać charakterystyk sygnału otrzymanego po przejściu przez obwody wejściowe. Przy wysokich częstotliwościach wymagamy również dużej stabilności, a zatem wzmacniacz w. cz. musi również posiadać dużą 7 odporność na czynniki destabilizujące takie jak temperatura. Wymagany jest również niski poziom szumów własnych. 5.4 Generator lokalny (heterodyna) Na rysunku obok przedstawiliśmy przykładowy schemat heterodyny. Drgania powstają w obwodzie rezonansowym La-C9. Wartości tych elementów określają częstotliwość drgań. Zainicjowanie drgań może wystąpić poprzez włączenie zasilania, zakłócenia, szumy własne lampy. Drgania przenoszą się przez sprzężenie transformatorowe do obwodu siatkowego triody i są przez nią wzmacniane. Uzwojenia cewek włączone są w taki sposób, by w układzie powstawało dodatnie sprzężenie zwrotne, jest to warunkiem podtrzymywania drgań. Przy pracy generatora występuje automatyczna ujemna polaryzacja siatki (prąd siatki, płynący tylko w jednym kierunku ładuje kondensator C10). Kondensator C9 umieszczony jest na jednej osi z kondensatorem znajdującym się w obwodach wejściowych, co umożliwia ich strojenie równoczesne ze zmianą częstotliwości heterodyny. Heterodyna pracuje na częstotliwości większej od częstotliwości interesującej nas stacji o wartość częstotliwości pośredniej (zgodnie ze wzorami w części pracy o podstawach pracy superheterodyny). Wymagane jest również by zakres pracy heterodyny pokrywał cały zakres przestrajanego odbiornika oraz by to przestrajanie odbywało się współbieżnie. Heterodyna pracuje jako generator sygnału sinusoidalnego i może być zbudowana z lamp lub tranzystorów. Niezależnie jednak od konstrukcji musi spełniać kilka wymagań. Przede wszystkim wymagana jest stała amplituda oraz częstotliwość. Amplituda musi mieć określony poziom w całym zakresie przestrajania. Częstotliwość generowana natomiast nie może się zmieniać wraz ze skokami napięcia zasilania czy wzmocnienia. By sygnał wprowadzany na mieszacz nie powodował dodatkowych zakłóceń, generator heterodyny nie może generować żadnych drgań pasożytniczych oraz powinien pracować bez żadnych harmonicznych. Dodatkowo wymagany jest mały pobór mocy oraz możliwie krótki czas przestrajania heterodyny. Mały pobór mocy ma znaczenie przede wszystkim w odbiornikach przenośnych lub innych konstrukcjach nie posiadających podłączenia do sieci energetycznej. 5.5 Mieszacz (stopień przemiany częstotliwości) Jak to już zostało wspomniane mieszacz jest najważniejszym elementem odbiornika superheterodynowego. Na wejście podajemy sygnał z heterodyny oraz sygnał stacji radiowej, który przeszedł przez obwody wejściowe i wzmacniacz w. cz. Na wyjściu otrzymamy po odfiltrowaniu interesujący nas sygnał, który najczęściej jest różnicą sygnałów wejściowych, będzie to sygnał o częstotliwości pośredniej. Rozróżniamy dwa podstawowe rodzaje mieszaczy: sumacyjne oraz iloczynowe. Mieszacz sumacyjny polega na doprowadzeniu do elementu nieliniowego sygnału z heterodyny oraz sygnału w. cz. W elemencie tym, będącego tranzystorem lub lampą, za pomocą nieliniowych zależności prądów od napięć dokonuje się sumowanie poszczególnych składowych. 8 W mieszaczu iloczynowym mamy odmienną zasadę działania. W tej konstrukcji sygnały wejściowe niezależnie od siebie oddziaływają na sygnał wyjściowy, który jest iloczynem obu sygnałów wejściowych. Jeśli na wejściu pojawią się sygnały sinusoidalne oraz oba wejścia będą liniowe to sygnał na wyjściu można opisać wzorem na iloczyn funkcji trygonometrycznych. W porównaniu do mieszacza sumacyjnego składowych na wyjściu jest znacznie mniej, gdzie teoretycznie można mówić o ich nieskończonej liczbie. 5.6 Wzmacniacz częstotliwości pośredniej To właśnie elementy wzmacniacza częstotliwości pośredniej najmocniej wpływają na cechy odbiornika – czułość i selektywność. Dzięki stałej częstotliwości pośredniej układy te lepiej spełniają swoją rolę w porównaniu z odbiornikami bezpośredniego wzmocnienia. Wzmacniacz częstotliwości pośredniej odbiornika uniwersalnego ma dwa tory wzmacniające. Jeden tor wzmacnia częstotliwość pośrednią UKF, a drugi częstotliwość pośrednią fal długich, średnich lub krótkich. Obydwa tory są zbudowane na tych samych elementach wzmacniających w postaci oddzielnych równoległych obwodów rezonansowych połączonych szeregowo. Należy pamiętać, że wzmacniacz ten jest pasmowoprzepustowy i powinien silnie tłumić sygnały poza pasmem, a zatem charakteryzować się dobrą selektywnością. Selektywność tą można realizować na dwa sposoby: - selektywność skupiona - selektywność rozłożona Wzmacniacze w których wykorzystuje się selektywność skupioną mają bardzo skomplikowany filtr który realizuje charakterystykę przenoszenia, a żądaną wartość wzmocnienia uzyskuje się za pomocą wielostopniowego wzmacniacza. Wzmacniacze z selektywnością rozłożoną realizują wymaganą charakterystykę przenoszenia za pomocą prostych filtrów za każdym elementem czynnym. Wzmacniacz ten powinien charakteryzować się również dużym wzmocnieniem, ponieważ głównie od niego zależy odległość S/N oraz czy sygnał zostanie uznany za informację a nie za szum. 5.7 Detektory AM i FM Detektory w superheterodynie służą do wydobycia informacji ze wzmocnionego już sygnału. W zależności od rodzaju odbioru detektory dzielimy na detektory AM i FM. Detektorem jest urządzenie posiadające: - nieliniowy element odpowiedzialny za demodulację amplitudy np. dioda – prostowanie jednopołówkowe - kondensator odfiltrowujący napięcie w.cz. Podczas dekodowania informacji mogą powstać silne zniekształcenia, które nie będą możliwe do skorygowania. Należy pamiętać, że najgorszym rodzajem zniekształceń są zniekształcenia nieliniowe. Mogą one wystąpić gdy: - demodulujemy zbyt małe napięcia, - zastosowaliśmy zbyt dużą pojemność filtru, 9 - źle dobraliśmy rezystancję obciążenia detektora. Demodulatory FM występują w odbiornikach UKF. Jednak sygnał FM, oprócz modulacji częstotliwości, zawiera również pasożytniczo modulację amplitudy. Powstała ona z powodu zakłóceń atmosferycznych, przemysłowych, z powodu szumów oraz niedoskonałej krzywej przenoszenia filtrów p.cz. Do demodulacji FM służy detektor częstotliwości a większość z nich jest wrażliwa na modulację amplitudy. Należy więc zastosować ogranicznik amplitudy. Powoduje on stabilizację amplitudy na jednym poziomie. W odbiornikach tranzystorowych stosuje się ograniczniki diodowe lub tranzystorowe natomiast w odbiornikach opartych na układach scalonych rolę ograniczników pełni kilka kaskadowo połączonych wzmacniaczy różnicowych. Po eliminacji modulacji amplitudy sygnał jest poddawany dyskryminacji fazy. Sygnał z modulacją częstotliwości jest zamieniany na sygnał z modulacją fazy, dzięki zależnościom fazowym w transformatorze wielkiej częstotliwości z obwodami rezonansowymi, które tworzą filtr pasmowy. Modulacja fazy, z kolei jest przekształcana w modulację amplitudy. Tak otrzymany sygnał jest poddawany demodulacji amplitudowej. 5.8 Wzmacniacz małej częstotliwości Jest to już ostatni element wzmacniający w odbiorniku superheterodynowym. Jego głównym zadaniem jest dostarczenie do obwodów wyjściowych niezniekształconego sygnału małej częstotliwości o odpowiednio dużej mocy. Moc jaka ma być uzyskana w tym stopniu musi być wystarczająca do sterowania głośnością sygnału w głośnikach, słuchawkach. Wzmacniacze te zazwyczaj działają w paśmie 30Hz – 15kHz, a więc na częstotliwościach akustycznych. Jego budowa jest kilku stopniowa: - stopień wstępny, zwany również przedwzmacniaczem jest sterowany przez źródło sygnału stopienie pośrednie, sterowane są przez poprzedni stopień wzmocnienia; wzmacniacze te mają zazwyczaj jednakową budowę i są wzajemnie dopasowane stopień końcowy, tzw. stopień mocy, dostarcza sygnały o dużym poziomie do obwodów wyjściowych Wzmacniacz małej częstotliwości oddaje dużą moc do odbiornika energii, dlatego wymagamy od niego dużej sprawności i dobrego wykorzystania elementu wzmacniającego. W urządzeniach akustycznych wymagane jest, aby wzmacniacz małej częstotliwości pracował bez zniekształceń nieliniowych, a zatem element wzmacniający (tranzystor) musi pracować w obszarze prostoliniowej części charakterystyki. Praca taka powoduje jednak ograniczenie mocy i sprawności wzmacniacza. 5.9 Obwody wyjściowe Jest to ostatni element odbiornika (nie tylko superheterodynowego). Spełnia on rolę zamiany sygnału elektrycznego na sygnał akustyczny. A zatem zaliczamy tutaj słuchawki, głośniki lub całe zespoły głośnikowe przetwarzające sygnał z pełnego pasma akustycznego na dźwięki. 10
