Расчет супергетеродинного приемника в диапазоне средних волн. курсовая работа (т). информатика, вт, телекоммуникации. 2013-09-20

5.2. Характеристики линейных радиотехнических цепей

При рассмотрении радиотехнических сигналов было установлено, что сигнал может быть представлен как во временной (динамическое представление), так и в частотной (спектральное представление) областях. Очевидно, при анализе процессов преобразования сигналов цепи также должны иметь соответствующие описания временными или частотными характеристиками.

Начнём с рассмотрения временных характеристик линейных цепей с постоянными параметрами. Если линейная цепь осуществляет преобразование в соответствии с оператором и на вход цепи подаётся сигнал в виде дельта-функции (на практике очень короткий импульс), то выходной сигнал (реакция цепи)

(5.5)

называется импульсной характеристикой цепи. Импульсная характеристика составляет основу одного из методов анализа преобразования сигналов, который будет рассмотрен ниже.

Если на вход линейной цепи поступает сигнал , т.е. сигнал вида “единичный перепад”, то выходной сигнал цепи

(5.6)

называется переходной характеристикой.

Между импульсом и переходной характеристикой существует однозначная связь. Так как дельта-функция (см. подраздел 1.3):

то подставляя это выражение в (5.5), получим:

. (5.7)

В свою очередь переходная характеристика

. (5.8)

Перейдём к рассмотрению частотных характеристик линейных цепей. Применим к входному и выходному сигналам прямое преобразование Фурье

Отношение комплексного спектра выходного сигнала к комплексному спектру входного сигнала называется комплексным коэффициентом передачи

(5.9)

Из этого следует, что

. (5.10)

Таким образом, оператором преобразования сигнала линейной цепью в частотной области служит комплексный коэффициент передачи.

Представим комплексный коэффициент передачи в виде

, (5.11)

где и соответственно модуль и аргумент комплексной функции . Модуль комплексного коэффициента передачи как функция частоты называется амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ), а аргумент – фазочастотной характеристикой (ФЧХ). Амплитудно-частотная характеристика является чётной, а фазочастотная характеристика – нечётной функцией частоты .

Врменные и частотные характеристики линейных цепей связаны между собой преобразованием Фурье

, (5.12)

, (5.13)

что вполне объяснимо, поскольку они описывают один и тот же объект – линейную цепь.

Расчет электрических цепей

Рассчитать цепь – значит найти все токи в ней. Существуют разные методы расчета электрических цепей: законы Кирхгофа, метод контурных токов, метод узловых потенциалов и другие. Рассмотрим применение метода контурных токов на примере конкретной цепи.

Сначала выделим контуры и обозначим ток в них. Направление тока можно выбирать произвольно. В нашем случае – по часовой стрелке. Затем для каждого контура составим уравнения по 2 закону Кирхгофа. Уравнения составляются так: Ток контура умножается на сопротивление контура, к полученному выражению добавляются произведения тока других контуров и общих сопротивлений этих контуров. Для нашей схемы:

Полученная система решается с подставкой исходных данных задачи. Токи в ветвях исходной цепи находим как алгебраическую сумму контурных токов

Классификация электрических цепей

По назначению электрические цепи бывают:

Силовые электрические цепи;
Электрические цепи управления;
Электрические цепи измерения;

Силовые цепи предназначены для передачи и распределения электрической энергии. Именно силовые цепи ведут ток к потребителю.

Также цепи разделяют по силе тока в них. Например, если ток в цепи превышает 5 ампер, то цепь силовая. Когда вы щелкаете чайник, включенный в розетку, Вы замыкаете силовую электрическую цепь.

Электрические цепи управления не являются силовыми и предназначены для приведения в действие или изменения параметров работы электрических устройств и оборудования. Пример цепи управления – аппаратура контроля, управления и сигнализации.

Электрические цепи измерения предназначены для фиксации изменений параметров работы электрического оборудования.

Метод контурных токов

Рассмотренный выше метод расчета электрических цепей при анализе больших и разветвленных цепей приводит к неоправданно трудоемким расчетам, поэтому редко применяется. Более широко используется метод контурных токов, позволяющий значительно сократить количество уравнений. При этом вместо токов в ветвях электрической цепи определяются так называемые контурные токи при помощи второго закона Кирхгофа. Таким образом, количество требуемых уравнений будет равняться числу независимых контуров. В качестве примера рассчитаем цепь изображённую на рисунке ниже

Расчет цепи методом контурных токов.

Если бы мы вели расчёт цепи по методу законов Ома и Кирхгофа, то необходимо было бы решить систему из пяти уравнений. Для расчёта по методу контурных токов необходимо всего три уравнения.

В начале расчёта выделяют независимые контуры, в нашем случае это: E1R1R2E2, E2R2R4E3R3 и E3R4R5. Затем контурам присваивают произвольно направленный контурный ток, который имеет одинаковое направление для всех участков выбранного контура, в нашем случае для первого контура контурный ток будет Ia, для второго – Ib, для третьего – Ic. Как видно из рисунка некоторые контурные токи соответствуют токам в ветвях

Остальные же токи можно найти как разность двух контурных токов

В результате выбора контурных токов можно составить систему уравнений по второму закону Кирхгофа

Рассчитаем схему, изображённую на рисунке выше со следующими параметрами E1 = E3 = 100 B, E2 = 50 B, R1 = R2 = 10 Ом, R3 = R4 = R5 = 20 Ом. Запишем систему уравнений

В результате решения системы получим Ia = I1 = 4,286 А, Ib = I3 = 3,571 А, Ic = I5 = -0,714 А, I2 = -0,715 А, I4 = 4,285 А. Так же как и в предыдущем случае если токи получаются отрицательными, значит действительное направление противоположно принятому. Таким образом, токи I2 и I5 имеют направление противоположное изображённым на рисунке.

5.1. Классификация радиотехнических цепей

При рассмотрении обобщённой структурной схемы радиотехнической информационной системы было показано, что передача сообщений сопровождается цепочкой преобразований сигналов. Преобразования сопровождаются различными радиотехническими устройствами, которые представляют собой совокупность физических объектов, между которыми существуют определённые взаимодействия. Отдельный объект, осуществляющий то или иное преобразование сигналов, называется радиотехнической цепью.

Радиотехническая цепь имеет вход, на который подаётся исходный сигнал, и выход, откуда снимается преобразованный сигнал. Такая цепь как физическая система является одномерной. Если цепь имеет несколько входов и выходов, то она называется многомерной. В дальнейшем будут рассматриваться только одномерные системы.

Если неизвестны внутренние процессы преобразования сигналов, то радиотехническую цепь можно представить в виде т.н. “чёрного ящика” (рис. 5.1), где оператор преобразования. Вместе с тем, в ряде случаев рассматривают и внутренние состояния радиотехнической цепи. К характеристикам состояния можно отнести напряжения и токи на различных элементах(резисторах, емкостях, индуктивностях) цепи. Если цепь характеризуется только одним состоянием, то она называется цепью первого порядка. Если же в качестве состояний рассматриваются токи или напряжения на n элементах цепи, то цепь является цепью n-го порядка. Порядок цепи оказывает существенное влияние на вид оператора преобразования .

Таким образом, результат преобразования входного сигнала радиотехнической цепью с оператором можно записать следующим образом

(5.1)

Рис. 5.2

Это обобщённое выражение позволяет провести классификацию радиотехнических цепей (рис. 5.2).

В первую очередь, отметим, что оператор преобразования с течением времени может оставаться постоянным, либо изменяться. Поскольку оператор преобразования целиком определяется параметрами цепи, то очевидно, неизменный во времени оператор характеризуется постоянными параметрами и цепи называются цепями с постоянными параметрами. Если же оператор изменяется во времени, то выходной сигнал описывается выражением

, (5.2)

а цепь называется цепью с переменными параметрами или параметрической цепью.

По виду оператора преобразования цепи делятся на линейные и нелинейные. Если оператор удовлетворяет условиям

, (5.3)

, (5.4)

то он является линейным оператором и цепь соответственно является линейной. В противном случае цепь относится к нелинейным цепям.

Условия (5.3) и (5.4) отражают фундаментальный принцип суперпозиции, который состоит в том, что реакция, т.е. выходной отклик цепи на сумму сигналов равен сумме откликов на эти сигналы, поступившие на вход цепи по отдельности. Простейшие линейные цепи (резисторный делитель напряжения и RC-цепь) изображены на рис. 5.3. Если выходной сигнал радиотехнической цепи в некоторый момент времени определяется только значением входного сигнала в тот же момент времени, то такая цепь называется безынерционной. Если же выходной сигнал зависит не только от значения входного сигнала в данный момент времени , но и от значений в предыдущие моменты времени, то такая цепь является инерционной. Очевидно, резисторный делитель (рис. 5.3, а) является безынерционной. Инерционность цепи определяется наличием в её составе ёмкостей и индуктивностей, поэтому RC-цепь, изображённая на рис. 5.3, б является инерционной цепью.

Завершим классификацию цепей по признаку наличия в составе цепи источника энергии. Если источник энергии в составе цепи отсутствует, такая цепь называется пассивной. Приведённые выше линейные цепи являются пассивными. При наличии же источника энергии в составе цепи цепь является активной. В качестве активных элементов радиотехнических цепей выступают электронные лампы, транзисторы и т.д. С этой точки зрения усилитель электрических сигналов является активной цепью.

Расчёт электрических цепей с помощью законов Кирхгофа

Существует несколько методов расчёта электрических цепей, которые различаются между собой параметрами, которые необходимо найти, а так же количеством необходимых расчётов.

Вначале я расскажу, как произвести расчёт цепи в общем виде, но в результате размеры вычислений будут неоправданно большими. Данный метод расчёта основан на законах Ома и Кирхгофа и используется при расчётах небольших цепей с малым количеством контуров. Для этого составляют систему уравнений из (q — 1) уравнений для узлов цепи и n уравнений для независимых контуров. Независимые контуры характеризуются тем, что при составлении уравнений для каждого нового контура входит хотя бы одна новая ветвь, не вошедшая в предыдущий контур. Таким образом, количество уравнений в системе уравнений по данному методу расчёта цепи будет определяться следующим выражением

В качестве примера рассчитаем электрическую цепь, приведённую на рисунке ниже

Пример электрической цепи для расчёта по законам Ома и Кирхгофа.

В качестве примера возьмём следующие параметры схемы: E1 = 50 B, E2 = 30 B, R1 = R3 = 10 Ом, R2 = R5 = 20 Ом, R4 = 25 Ом.

Составим уравнение по первому закону Кирхгофа. Так как узла у нас два, то выберем узел А и составим для него уравнение. Я выбрал условно, что токи I1 и I2 втекают в узел, а I3 – вытекает, тогда уравнение будет иметь вид
Составим недостающие уравнения по второму закону Кирхгофа. В схеме у нас два независимых контура: E1R1R2R4E2R3 и E2R4R5, поэтому выбирая произвольное направление контуров составим недостающие два уравнения. Я выбрал обход по ходу часовой стрелке, поэтому уравнения имеют вид

Таким образом, получившаяся система уравнений будет иметь следующий вид

Решив данную систему, получим следующие результаты: I1 ≈ 0,564 А, I2 ≈ 0,103 А, I2 ≈ 0,667 А.

В результате решения системы уравнений по данному методу может оказаться, что токи получились отрицательными. Это значит, что действительное направление токов противоположно по направлению выбранному.

Элементы электрических цепей

Все элементы электрических цепей можно разделить на активные и пассивные. Активные элементы цепи – это те элементы, которые индуцируют ЭДС. К ним относятся источники тока, аккумуляторы, электродвигатели. Пассивные элементы – соединительные провода и электроприемники.

Приемники и источники тока, с точки зрения топологии цепей, являются двухполюсными элементами (двухполюсниками). Для их работы необходимо два полюса, через которые они передают или принимают электрическую энергию. Устройства, по которым ток идет от источника к приемнику, являются четырехполюсниками. Чтобы передать энергию от одного двухполюсника к другому им необходимо минимум 4 контакта, соответственно для приема и передачи.

Резисторы – элементы электрической цепи, которые обладают сопротивлением. Вообще, все элементы реальных цепей, вплоть до самого маленького соединительного провода, имеют сопротивление. Однако в большинстве случаев этим можно пренебречь и при расчете считать элементы электрической цепи идеальными.

Существуют условные обозначения для изображения элементов цепи на схемах.

Кстати, подробнее про силу тока, напряжение, сопротивление и закон Ома для элементов электрической цепи читайте в отдельной статье.

Вольт-амперная характеристика – фундаментальная характеристика элементов цепи. Это зависимость напряжения на зажимах элемента от тока, который проходит через него. Если вольт-амперная характеристика представляет собой прямую линию, то говорят, что элемент линейный. Цепь, состоящая из линейных элементов – линейная электрическая цепь. Нелинейная электрическая цепь – такая цепь, сопротивление участков которой зависит от значений и направления токов.

Какие есть способы соединения элементов электрической цепи? Какой бы сложной ни была схема, элементы в ней соединены либо последовательно, либо параллельно.

При решении задач и анализе схем используют следующие понятия:

Ветвь – такой участок цепи, вдоль которого течет один и тот же ток;
Узел – соединение ветвей цепи;
Контур – последовательность ветвей, которая образует замкнутый путь. При этом один из узлов является как началом, так и концом пути, а другие узлы встречаются в контуре только один раз.

Чтобы понять, что есть что, взглянем на рисунок:

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Смесители и усилители

Смесители построены в основном на основе нелинейных полупроводниковых элементов (диодов, транзисторов). Из-за простоты конструкции, среди беспроводных устройств преобладают решения с диодными смесителями. Самыми популярными конфигурациями схем этого типа являются односторонние и одно- или двухбалансные смесители.

Возможны различные дополнительные модификации схем, например смесители с подавлением, которые используются в основном в диапазоне высоких частот (ГГц). Простейший диодный смеситель – одиночный, относящийся к группе суммирующих усилителей. Эта схема состоит из трансформаторов, которые соединяют входные сигналы (ВЧ и гетеродин) со смесителем, одним диодом и выходным фильтром, настроенным на желаемую частоту.

Схема состоит из двух диодов, соединенных таким образом, чтобы на выходе смесителя не появлялось напряжение частоты гетеродина. Модификация этой схемы, двухбалансный смеситель, содержит четыре диода, а также позволяет исключить влияние составляющих принимаемого сигнала. Потери преобразования в смесителях обоих типов сопоставимы.

Существуют также активные смесители, которые обычно изготавливаются в виде интегральных микросхем и позволяют снизить потери преобразования и даже усилить обработанный сигнал. Благодаря этому они могут взаимодействовать с генераторами с более низким уровнем выходного сигнала.

Наиболее важными параметрами усилителей являются полоса пропускания, коэффициент шума, усиление, напряжение питания, потребляемая мощность и линейность. В идеале усилитель должен обеспечивать достаточное усиление для воспроизведения слабых сигналов, но не вносить чрезмерных искажений в сигналы с большой амплитудой.

Электрические цепи

Рассмотрим самую простую электрическую цепь. Из чего она состоит? В ней есть генератор – источник тока, приемник (например, лампочка или электродвигатель), а также система передачи (провода). Чтобы цепь стала именно цепью, а не набором проводов и батареек, ее элементы должны быть соединены между собой проводниками. Ток может течь только по замкнутой цепи. Дадим еще одно определение:

Конечно, источник, приемник и провода – самый простой вариант для элементарной электрической цепи. В реальности в разные цепи входит еще множество элементов и вспомогательного оборудования: резисторы, конденсаторы, рубильники, амперметры, вольтметры, выключатели, контактные соединения, трансформаторы и прочее.

Электрическая цепь

Кстати, о том, что такое трансформатор, читайте в отдельном материале нашего блога.

По какому фундаментальному признаку можно разделить все цепи электрического тока? По тому же, что и ток! Есть цепи постоянного тока, а есть – переменного. В цепи постоянного тока он не меняет своего направления, полярность источника постоянна. Переменный же ток периодически изменяется во времени как по направлению, так и по величине.

Сейчас переменный ток используется повсеместно. О том, что для этого сделал Никола Тесла, читайте в нашей статье.

Расчет входной цепи детекторного приемника с рамочной антенной

Версия 0.4b (2014-05-30)

1 Рамка

Промежуточные результаты

Расчетная частота	f, кГц
Частота должна удовлетворять условию 1 ≤ f ≤ 30000
Конструкция рамки	круглая одновитковаяквадратная одновитковаяпрямоугольная одновитковаяквадратная многовитковая
Диаметр рамки	d, м
Диаметр рамки должен быть больше 0
Ширина рамки	w, м
Ширина рамки должна быть больше 0
Высота рамки	h, м
Высота рамки должна быть больше 0
Отношение размеров длинной стороны к короткой не должно превышать 10
Сторона рамки	s, м
Сторона рамки должна быть больше 0
Количество витков	N, шт.
Количество витков должно быть в пределах 2 ≤ N ≤ 60
Шаг намотки	b, мм
Шаг намотки должен быть в пределах 5d ≤ b ≤ s/5N
Материал проводника	без потерьмедьалюминий
Диаметр проводника	d, мм
Диаметр проводника должен быть больше 0 и меньше 1/20 периметра рамки
Площадь рамки	S, м2
Периметр	p, м
Относительный периметр	p_λ, λ
При периметре более λ ЗНАЧИТЕЛЬНО снижается точность расчета КПД, КУ и входного сопротивления
При периметре более 0.14λ снижается точность расчета КПД, КУ и входного сопротивления
Длина проводника	l, м
Относительная длина проводника	l_λ, λ
При длине проводника более 0.14λ ЗНАЧИТЕЛЬНО снижается точность расчета многовитковой рамки
Удельная проводимость проводника	g, См/м
Относительная магнитная проницаемость проводника	μ
Погонное сопротивление потерь проводника	R₁, Ом/м
Сопротивление потерь	R_п, Ом
Волновое сопротивление эквивалентной линии	ρ, Ом
Собственная ёмкость рамки	C, пФ
Собственная индуктивность рамки	L, мкГн
Действующая высота	h_д, м
Сопротивление излучения	R_Σ, Ом
Собственная длина волны	λ, м
Частота последовательного резонанса	f, МГц
Ошибка определения частоты резонанса.
Удлинение	λ/λ
Собственная добротность рамки	Q
Расчетная длина волны	λ, м
Входное сопротивление	Z, Ом
Коэффициент направленного действия	D
КПД антенны без учета потерь во входных цепях	η
Коэффициент усиления	G, дБи

2 Входная цепь

Промежуточные результаты

Напряженность электромагнитного поля	E, мВ/м
Напряженность поля должна быть в пределах 0 < E < 10 [В/м]
Тип конденсатора переменной ёмкости	КПЕ 12-495 пФ с возд. диэлектр., 1 секцияКПЕ 12-495 пФ с возд. диэлектр., 2 секцииКПЕ 12-495 пФ с возд. диэлектр., 3 секцииКПЕ 12-365 пФ с возд. диэлектр., 1 секцияКПЕ 12-365 пФ с возд. диэлектр., 2 секцииКПЕ 12-365 пФ с возд. диэлектр., 3 секцииКПЕ 4-15 пФ с возд. диэлектр., 1 секцияКПЕ 4-15 пФ с возд. диэлектр., 2 секцииКПЕ 5-270 пФ с твердым диэлектр., 1 секцияКПЕ 5-270 пФ с твердым диэлектр., 2 секцииКПЕ 5-180 пФ с твердым диэлектр., 1 секцияКПЕ 5-180 пФ с твердым диэлектр., 2 секции
Ёмкость добавочного конденсатора	С_x, пФ
Ёмкость добавочного конденсатора должна быть не менее 0 пФ
Сопротивление нагрузки	R_н, кОм
Сопротивление нагрузки должно быть больше 0
Требуемая ёмкость конденсатора для настройки в резонанс	Cа, пФ
Настроить рамку на заданную частоту подключением паралельной ёмкости невозможно
Минимальная ёмкость составного конденсатора	С_мин, пФ
Суммарная минимальная ёмкость КПЕ и добавочного конденсатора больше требуемой
Максимальная ёмкость составного конденсатора	С_макс, пФ
Суммарная максимальная ёмкость КПЕ и добавочного конденсатора меньше требуемой
Добротность КПЕ	Q
Сопротивление потерь КПЕ	r_C, Ом
Э.Д.С. эквивалентного источника антенны	ε_а, мВ
Амплитуда напряжения на контуре без нагрузки	ε_к, мВ
Эквивалентное сопротивление контура	R_к, кОм
Настроечная емкость КПЕ	C, пФ
Амплитуда ВЧ напряжения на нагрузке	U_н, мВ
Полезная мощность в нагрузке	P_н, Вт
Сквозной коэффициент усиления	K_У, дБи
Нагруженная добротность	Q_н
Полоса пропускания	df, кГц

Заказать решение ТОЭ

Метрология Электрические измерения
Пигарев А.Ю. РГЗ по электротехнике и электронике в Multisim
Теория линейных электрических цепей ТЛЭЦ
- —
  Теория линейных электрических цепей железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: задание на контрольные работы № 1 и 2 с методическими указаниями для студентов IV курса специальности Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте
  - —
    Контрольная работа №1
  - —
    Контрольная работа №2
Электротехника и основы электроники
- —
  Электротехника и основы электроники: Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников инженерно-технических специальностей высших учебных заведений / Соколов Б.П., Соколов В.Б. – М.: Высш. шк., 1985. – 128 с, ил
  - —
    Контрольная работа № 1 Электрические цепи
  - —
    Контрольная работа № 2 Трансформаторы и электрические машины
  - —
    Контрольная работа № 3 Основы электроники
Теоретические основы электротехники ТОЭ
- —
  Артеменко Ю.П., Сапожникова Н.М. Теоретические основы электротехники: Пособие по выполнению курсовой работы МГТУ ГА 2009
- —
  Переходные процессы Переходные процессы в электрических цепях
- —
  Теоретические основы электротехники Методические указания и контрольные задания для студентов технических специальностей вузов
  - —
    Задание 1 Линейные электрические цепи постоянного и синусоидального тока
    - —
      Задача 1.1 Линейные электрические цепи постоянного тока
    - —
      Задача 1.2 Линейные электрические цепи синусоидального тока
  - —
    Задание 2 Четырехполюсники, трехфазные цепи, периодические несинусоидальные токи, электрические фильтры, цепи с управляемыми источниками
- —
  Теоретические основы электротехники сб. заданий Р.Я. Сулейманов Т.А. Никитина Екатеринбург УрГУПС 2010
- —
  Трехфазные цепи. Расчет трехфазных цепей
- —
  УГТУ-УПИ Решение ТОЭ Билеты по ТОЭ
- —
  Электромагнитное поле Электростатическое поле Электростатическое поле постоянного тока в проводящей среде Магнитное поле постоянного тока

Назначение гетеродина и принцип гетеродинного приёма

На заре радиоприёма при построении схем приёмников обходились без гетеродинов. Выделенный входным колебательным контуром сигнал усиливался, а после детектировался и подавался на усилитель низкой частоты. С развитием схемотехники возникла проблема построения усилителя радиочастоты с большим коэффициентом усиления.

Для перекрытия большого диапазона он выполнялся с широкой полосой пропускания, что делало его склонным к самовозбуждению. Переключаемые усилители получались слишком сложными и громоздкими.

Все изменилось с изобретением гетеродинного приёма. Сигнал с перестраиваемого (или фиксированного) генератора подается на смеситель. На другой вход смесителя подается принимаемый сигнал, а на выходе получается огромное количество комбинационных частот, представляющих собой суммы и разности частот гетеродина и принимаемого сигнала в различных сочетаниях. Практическое применение обычно имеют две частоты:

fгетеродина-fсигнала;
fсигнала- fгетеродина.

Эти частоты называются зеркальными по отношению друг к другу. Приём ведется на одном канале, второй отфильтровывается входными цепями приёмника. Разность называется промежуточной частотой (ПЧ), её значение выбирается при проектировании приёмного или передающего устройства. Остальные комбинационные частоты отфильтровываются фильтром промежуточной частоты.

Для промышленной аппаратуры существуют стандарты для выбора значения ПЧ. В любительской аппаратуре эта частота выбирается из разных условий, включая наличие комплектующих для построения узкополосного фильтра.

Выделенная фильтром промежуточная частота усиливается в усилителе ПЧ. Так как эта частота фиксирована, а полоса пропускания невелика (для передачи голосовой информации вполне достаточно 2,5…3 кГц), усилитель для неё легко выполнить узкополосным с большим коэффициентом усиления.

Существуют схемы, где используется суммарная частота – fсигнала+ fгетеродина. Такие схемы называются схемами с «преобразованием вверх». Такой принцип упрощает построение входных цепей приёмника.

Существует и техника прямого преобразования (не путать с прямым усилением!), при которой приём ведется почти на частоте гетеродина. Такая схемотехника отличается простотой конструкции и настройки, но у аппаратуры прямого преобразования есть врожденные недостатки, заметно ухудшающие качество работы.

В передатчике также применяются гетеродины. Они выполняют обратную функцию – переносят низкочастотный промодулированный сигнал на частоту передачи. В связной аппаратуре может быть несколько гетеродинов. Так, если применяется схема с двумя или более преобразованиями частоты, в ней используются, соответственно, два и более гетеродинов. Также в схеме могут присутствовать гетеродины, выполняющие дополнительные функции – восстановление подавленной при передаче несущей, формирование телеграфных посылок и т.п.

Мощность гетеродина в приёмнике невелика. Несколько милливатт в большинстве случаев достаточно для любых задач. Но сигнал гетеродина, если позволяет схемотехника приёмника, может просачиваться в антенну, и его можно принять на расстоянии нескольких метров.

История и приложения [ править ]

Гомодин был разработан в 1932 году группой британских ученых, которые искали дизайн, превосходящий супергетеродин ( модель двухступенчатого преобразования ). Позднее конструкция была переименована в «синхродин». Он не только обладал превосходными характеристиками за счет единственного каскада преобразования, но также имел меньшую сложность схемы и потребляемую мощность. Конструкция страдала от теплового дрейфа гетеродина, который со временем менял свою частоту. Чтобы противодействовать этому дрейфу, частота гетеродина сравнивалась с входным широковещательным сигналом с помощью фазового детектора . Это произвело корректирующее напряжениекоторый будет изменять частоту гетеродина, синхронизируя ее с полезным сигналом. Этот тип цепи обратной связи превратился в то, что теперь известно как контур фазовой автоподстройки частоты . Хотя этот метод существует уже несколько десятилетий, его было трудно реализовать в основном из-за допусков компонентов , которые должны быть небольшими вариациями для успешного функционирования схемы этого типа.

Преимущества править

Нежелательные побочные сигналы биений со стадии микширования не нуждаются в какой-либо дальнейшей обработке, так как они полностью отклоняются с помощью фильтра нижних частот на стадии вывода звука. Конструкция приемника имеет дополнительное преимущество высокой избирательности и, следовательно, является прецизионным демодулятором. Принципы проектирования могут быть расширены, чтобы разрешить разделение сигналов вещания по соседнему каналу, боковые полосы которых могут перекрывать желаемую передачу. Конструкция также улучшает обнаружение сигналов режима передачи с импульсной модуляцией .

Недостатки править

В приемнике могут возникнуть пути утечки сигнала. Требуемый высокий коэффициент усиления звуковой частоты может затруднить подавление гула сети. Энергия гетеродина может просачиваться через каскад смесителя на вход антенны, а затем отражаться обратно в каскад смесителя. Общий эффект заключается в том, что энергия гетеродина будет самосмешиваться и создавать сигнал смещения постоянного тока . Смещение может быть достаточно большим, чтобы перегрузить усилители основной полосы частот и предотвратить прием полезного сигнала. Существуют модификации конструкции, которые решают эту проблему, но они усложняют приемник. Дополнительная сложность конструкции часто перевешивает преимущества приемника прямого преобразования.

Современное использование править

Статья Уэса Хейворда и Дика Бингема в 1968 году вызвала новый интерес к конструкциям с прямым преобразованием.

Разработка интегральной схемы и включение полных устройств с фазовой автоподстройкой частоты в недорогие ИС сделали эту конструкцию широко принятой. Использование больше не ограничивается приемом радиосигналов AM, но также находит применение при обработке более сложных методов модуляции. Приемники прямого преобразования теперь включены во многие приложения приемников, включая мобильные телефоны , телевизоры , авионику , медицинские устройства формирования изображений и программно-определяемые радиосистемы .