Как работает супергетеродин

Такой метод применен в супергетеродинных приемниках. Фиксированная частота, которая получается в супергетеродине, называется промежуточной частотой (пишут сокращенно ПЧ). Принцип преобразования колебаний принимаемой частоты в колебания промежуточной частоты состоит в следующем. Если сложить гармонические колебания двух различных частот, то получаются так называемые биения.

Графически этот процесс изображен на рис. 1. Кривые А и Б соответствуют двум колебаниям разной частоты, а кривая В изображает биения, полученные в результате сложения этих колебаний А и Б. На кривой В видно, что период Т биений больше, чем период каждого из слагаемых колебаний и, следовательно, частота биений меньше, чем частота каждого из слагаемых колебаний, частота биений равна разности частот двух слагаемых колебаний. Чем больше разность между этими частотами, тем больше частота биений.
Так, если мы возьмем колебания с частотами 1 000 кгц (волна 300 м) и 1 465 кгц (волна 205 ж), то биения, полученные в результате сложения этих колебаний, будут иметь частоту 465 кгц (1465—1000 = 465), что соответствует волне 652 м. Однако хотя полученные биения и имеют период, соответствующий промежуточной частоте, они не представляют собой гармонических колебаний ПЧ. Чтобы получить эти колебания, нужно биения иродетектировать. Так же как из модулированных колебаний при детектировании выделяются колебания с частотой модуляции, из биений в результате детектирования получаются разностные частоты (равной разности двух слагаемых гетеродина частот). Этот метод преобразования частоты называют методом смещения.
Как же осуществить этот метод при приеме радиостанций? Пусть кривая А (рис. 1) изображает колебания, приходящие от передающей станции. Создадим в приемнике вспомогательные колебания высокой частоты (кривая Б на рис. 1) при помощи гетеродина (генератора с электронной лампой) и подберем их частоту так, чтобы разность частот колебаний А и Б составляла, например, 465 кгц. Сложим полученные колебания и пропустим их через детекторную лампу. Тогда в контуре, включенном в анодную цепь лампы и настроенном на разностную частоту, мы получим колебания разностной частоты 465 кгц. Эти колебания усиливают с помощью усилителя, который в этом случае называется усилителем промежуточной частоты (УПЧ). Для преобразования частоты применяли схему, изображенную на рис. 2.

Приходящие колебания улавливаются приемной антенной и через катушку L1 попадают на сетку лампы смесителя. В катушке LC на них накладываются колебания вспомогательной частоты от катушки гетеродина. Контур L2С2 в анодной цепи лампы настроен на разностную частоту. Полученные в результате детектирования колебания разностной частоты направляются из этого контура для дальнейшего усиления в усилитель промежуточной частоты.
В современных ламповых супергетеродинах возбуждение вспомогательных колебаний и детектирование биений на длинных, средних и коротких волнах обычно выполняет комбинированная лампа триод-гептод (или триодгексод). Схема преобразователя частоты триод-гептодом 6И1П приведена на рис. 3. Триодная часть лампы работает в гетеродине (обычно он выполняется по схеме с индуктивной связью). В гептодной части лампы колебания принимаемой частоты смешиваются с колебаниями частоты гетеродина и из полученных биений выделяются колебания разностной, промежуточной частоты. Для этого колебания принимаемой частоты подают на первую сетку гептода, а колебания от гетеродина на третью сетку этой же части лампы.

Колебательный контур в цепи анода гептодной части лампы, настроенный на промежуточную частоту, выделяет колебания этой частоты. Дальше эти колебания подаются на усилитель промежуточной частоты. При приеме модулированных колебаний, поскольку колебания гетеродина имеют постоянную амилитуду, биения, а также колебания
промежуточной частоты промодулированы так же, как и приходящие колебания. Колебания промежуточной частоты после усиления подводят к детектору, и полученные после него колебания низкой частоты направляются в телефон или усилитель низкой частоты.
Усилитель промежуточной частоты содержит один-два каскада резонансного усиления, обычно на трансформаторах. Как правило, настраиваются обе обмотки трансформаторов, чем достигается более выгодная в отношении избирательности форма резонансных кривых. Такие трансформаторы с обеими настроенными обмотками получили название полосовых фильтров.
Все фильтры при помощи подстроечных конденсаторов или магнитных сердечников один раз, навсегда, настраивают на промежуточную частоту, чтобы весь усилитель промежуточной частоты давал достаточное усиление и возможно большую избирательность.
Частота колебаний гетеродина может изменяться в нужных пределах так, чтобы вместе с приходящими колебаниями всегда получалась одна и та же промежуточная частота. В этом заключается одно из важнейших преимуществ супергетеродина: вместо настройки многих междуламповых контуров приходится настраивать только контур гетеродина, входной контур приемника и контур каскада УВЧ (если последний имеется), т. е. настройка очень упрощается.
Промежуточная частота современных радиовещательных приемников при приеме на ДВ, СВ и KB диапазонах выбирается обычно равной 465 кгц.
Колебания промежуточной частоты детектируются диодом и в результате получаются колебания низкой частоты.
Резонансное усиление промежуточной частоты само по себе обеспечивает большую чувствительность и избирательность супергетеродина, а преобразование частоты приходящих колебаний повышает избирательность, потому что частоты принимаемой и мешающей станций после преобразования частоты «раздвигаются». Поясним на примере, как это происходит.
Пусть промежуточная частота равна 465 кгц, частота принимаемой станции 1000 кгц, а частота мешающей станции 1010 кгц, т. е. принимаемая и мешающая станции различаются по частоте на 1%. Чтобы получить в данном случае промежуточную частоту 465 кгц, нужно настроить гетеродин на частоту 1465 кгц. Тогда мешающая станция даст колебания промежуточной частоты 455 кгц, так как 1465—1 010= 455.
Теперь сигналы мешающей станции отличаются по частоте от сигналов принимаемой станции уже больше чем на 2%. Благодаря преобразованию частоты волны принимаемой и мешающей станции «разошлись», относительная расстройка увеличилась и отстройка от мешающей станции облегчалась.
Однако, повышая избирательность приемника, преобразование частоты открывает возможность проникновения сигналов мешающей станции, если эта станция работает на некоторой «опасной» частоте. Дело в том, что одна и та же промежуточная частота получается, если частота приходящих сигналов на нужную величину больше или меньше частоты гетеродина. Поясним это на том же числовом примере, который рассмотрен выше.
Если гетеродин настроен на частоту 1465 кгц, а промежуточная частота 465 кгц, то колебания нужной промежуточной частоты получаются как от станции, работающей на частоте 1000 кгц, так и от станции, работающей на частоте 1930 кгц. В обоих случаях разность частот составляет 465 кгц.
Однако при приеме станции, работающей на частоте 1000 кгц, на эту же частоту настраивается входной контур приемника, и поэтому сигналы мешающей станции, работающей на частоте 1930 кгц, будут значительно слабее сигналов принимаемой станции. Супергетеродинный приемник, обладая вообще большой избирательностью, по отношению к этой так называемой зеркальной помехе обладает низкой чувствительностью. Еще больше ослабить зеркальную помеху можно применением каскада усиления высокой частоты.

Функциональная схема супергетеродина показана на рис. 4. Во многих супергетеродинах (заводских и самодельных) нет усилителя высокой частоты. При этом настраивают на станцию два контура (входной и гетеродинный). В схеме же с усилением высокой частоты число настраиваемых контуров увеличивается до трех, так как прибавляется контур усилителя высокой частоты. Чтобы можно было осуществлять настройку всех контуров одной ручкой, применяют сдвоенные и строенные конденсаторы переменной емкости.

Супергетеродин с УКВ диапазоном сложнее. В него добавляются каскад усиления высокой частоты и еще один преобразователь частоты, используемые только во время приема на УКВ. Они образуют так называемый УКВ блок (рис. 5). В его преобразователе обычно работает один из триодов двойного триода (например, 6НЗП), второй триод работает в усилителе высокой частоты. В результате смешения колебаний принимаемой частоты с местными колебаниями получаются частотно-модулированные колебания с промежуточной частотой 8,4 Мгц (или 6,5 Мгц). Они поступают на первую сетку гептодной части триод-гептода. Эта лампа во время приема на УКВ работает как дополнительный каскад усиления промежуточной частоты, так как анодное питание гетеродина (триодной части триод-гептода) при этом выключается. В анодные цепи ламп, усиливающих колебания промежуточной частоты, включают дополнительно полосовые фильтры, настроенные на частоту 8,4 (или 6,5) Мгц. Низкочастотные колебания получают из колебаний промежуточной частоты с помощью частотного детектора (иначе он называется дробный детектор), в котором работают два диода. Один из этих диодов используется также для детектирования колебаний промежуточной частоты 465 кгц при приеме радиовещательных программ на длинных, средних и коротких волнах.
Супергетеродин был изобретен давно, в 1917 г. В течение сорока лет супергетеродины собирались на лампах. В последние годы в них стали применять транзисторы. Принцип действия супергетеродина от этого не изменился, но схемы преобразователей частоты на транзисторах отличаются от ламповых схем. Замена ламп транзисторами позволила значительно снизить потребляемую приемниками мощность, существенно уменьшить габариты и вес конструкций, делать их портативными (карманными, переносными).
Среди некоторых радиолюбителей, и не только начинающих, бытует мнение, что собрать и наладить супергетеродин на лампах, а тем более на транзисторах под силу только опытным специалистам. Но это не совсем так. Начинать следует с относительно простого по схеме и конструкции супергетеродина. Описание одного из таких самодельных приемников приводится ниже.