Міністерство освіти Республіки Комі
Державна освітня установа
«Воркутинський технікум сервісу і торгівлі»
Контрольна робота
Дисципліна: Електронна техніка
Спеціальність: 230106 «Технічне обслуговування засобів обчислювальної техніки та комп'ютерних мереж»
Група: 23
Варіант: 14 «Радиопередающие пристрої»
Шифр:
Виконавець:
студентка 2 курсу
Таряник А.П.
Викладач:
Різванова Н.А.
Воркута, 2009
Загальні відомості про роботу радіопередавальних пристроїв
Будь-яка система радіозв'язку включає в себе радіопередавальні пристрої, функції якого включаються в перетворенні енергії постійного струму джерел живлення в електромагнітні коливання та управлінні цими коливаннями.
Ці коливання за допомогою антени випромінюються в простір у вигляді радіоволн.Начало розвитку техніки радіопередавальних пристроїв належить до 1896 р., коли А. С. Попову вдалося передати першу радіограму на відстань 250 м. У подальшому, використовуючи на передавачі антену, А. С. Попов зміг збільшити дальність радіозв'язку до 1897 р. до 5 км, а до 1899 р. до 45 км. У радіопередавачі А. С. Попова використовувався єдино відомий в той час принцип отримання коливань високої частоти - за допомогою іскрового розряду. Звідси назва таких передавачів - іскрові. Процес випромінювання енергії відбувається в передавачі не безперервно. Кожен пробою іскрового проміжку в антені призводить до виникнення бистрозатухающіх коливань (антенний контур має малу добротність). При цьому антена служить не тільки елементом, що випромінюють електромагнітну енергію, але й елементом, що визначає частоту радіочастотних коливань.
Перші іскрові передавачі випромінювали коливання винятково широкого спектру, що, природно, створювало перешкоди сусіднім радіолініям. Для підвищення добротності антеною коливальної системи (а, отже, зменшення загасання високочастотних коливань) пізніше розрядник був перенесений в додатковий коливальний контур, індуктивно пов'язаний з антеною контуром.
Поряд з удосконаленням іскрових радіопередавачів у другому десятилітті XX століття для генерації коливань високої частоти почали широко використовуватися пристрої, засновані на застосуванні та інших принципів. Так, були отримані незгасаючі радіочастотні (РЧ) коливання в резонансному контурі, приєднаному паралельно до дуги вольта (так звані дугові радіопередавачі). У зазначених передавачах використовувалося наявність падаючого ділянки вольт-амперної характеристики дуги, відповідного негативного опору. Це опір компенсує в контурі генератора опір втрат, в результаті чого в ньому виникають незгасаючі коливання. Тому спектр випромінювання дугових передавачів вже, ніж іскрових. Радіотелеграфні сигнали передавалися зміною частоти РЧ коливань за допомогою замикання і розмикання частини витків котушки індуктивності коливальної системи.
Незгасаючі коливання генерувалися також за допомогою електромашин високої частоти (так звані машинні передавачі).
До кінця 1914 р. дугові і машинні радіопередавачі практично повністю витіснили іскрові. У нашій країні потужні дугові передавачі були побудовані під керівництвом В.М. Лебедєва і М.В. Шумейкіна. Один з них потужністю 110 кВт в 1920 р. був встановлений у Москві. У розвитку техніки машинних радіопередавачів важливу роль зіграли роботи В. П. Вологдина, під керівництвом якого було створено кілька потужних машинних станцій. Машини В. П. Вологдина потужністю 50 і 150 кВт використовувалися на Ходинському радіотелеграфного станції в Москві в 1924-1925 рр..
Як дугові, так і машинні радіопередавачі мали ряд істотних недоліків: складність генерування, посилення і управління РЧ коливаннями в широкому діапазоні частот і потужностей, низька стабільність частоти, складність проектування і виготовлення і т.д. Тому до 30-х років зазначені радіопередавачі були повністю витіснені ламповими.
Лампові радіопередавачі вперше з'явилися в 1914-1916 рр.. Перші вітчизняні генераторні лампи були створені в 1914 р. Н.Д. Папаклесі для передавача в Царському Селі. У розвитку й поширення лампових передавачів велику роль зіграла Нижегородська радіолабораторія, організована в 1918 р. Співробітниками цієї лабораторії були найкращі фахівці в галузі радіо: М.А. Бонч-Бруєвич, В.П. Вологдін, В.К. Лебединський, А.М. Кугушев, В.В. Татарин, А.Ф. Шорін та ін Там під керівництвом М.А. Бонч-Бруєвича була створена потужна генераторна лампа з зовнішнім анодом і водяним охолодженням. Потужність, що віддається лампою, доходила до 950 Вт Надалі в Нижегородській лабораторії були розроблені вдосконалені генераторні та модуляторні лампи потужністю 25 і 40 кВт. На основі цих ламп під керівництвом М. А. Бонч-Бруєвича була побудована радіостанція ім. Комінтерну (Малий Комінтерн) потужністю 12 кВт, а в 1926 р. - радіостанція потужністю 40 кВт. Обидві ці станції в той час були найпотужнішими у світі.
Одночасно розвивалися теорія і методи інженерного розрахунку лампових радіопередавачів. У розвиток теорії істотний внесок внесли роботи М.В. Шулейкіна, А.І. Берга, А.Л, Мінца та багатьох інших вітчизняних і зарубіжних вчених.
Успішно розвивалася техніка радіопередавальних пристроїв у роки перших п'ятирічок. Будувалися нові радіостанції, освоювалися нові частотні діапазони. Так, в 1929 р. під керівництвом А. Л. Мінца була побудована 100-кіловатну радіомовна станція ім. ВЦРПС, а в 1933 р. почала працювати 500-кіловатну радіостанція ім. Комінтерну. У роки Великої Вітчизняної війни в СРСР вступила в дію надпотужна середньохвильова радіомовна станція потужністю 1200 кВт. Відмінною особливістю цих станцій була блокова конструкція, коли кілька блоків (генераторів) працювали на загальне навантаження. Вже в 30-х роках і особливо в 40-ті роки почалося інтенсивне освоєння метрового, дециметрового та сантиметрового діапазонів хвиль. Саме завдяки використанню цих діапазонів вдалося здійснити високоякісну передачу телевізійних зображень, впровадити в практику модуляцію, широко використовувати для передачі повідомлень радіорелейні лінії зв'язку. Освоєння нових діапазонів зажадало створення нових електронних приладів для посилення і генерування високочастотних (ВЧ) та надвисокочастотних (НВЧ) коливань. Зокрема, були розроблені магнетрони, багаторезонаторний прогонові клістрони, лампи біжучої хвилі, платінотрони.
Останні роки характеризуються впровадженням у техніку радіопередавальних пристроїв напівпровідникових приладів. Це стало можливим завдяки створенню потужних генераторних транзисторів. Заміна ламп в транзисторної техніки радіопередавальних пристроїв викликана значними перевагами цих приладів: малими масами і габаритними розмірами, миттєвою готовністю до роботи, довговічністю, низьковольтним годує напругою. В даний час транзистори реалізуються як в малопотужних радіопередавачах і збудників, так і в передавачах середньої потужності. При цьому поряд з біполярними транзисторами в передавальних пристроях застосовують польові транзистори. У міру розробки більш високоякісних генераторних транзисторів створюються радіопередавачі з використанням транзисторів, що працюють на частотах до декількох гігагерц.
У малопотужних передавачів щаблях і збудників стали широко використовуватися інтегральні мікросхеми та мікроскладені, а для вимірювання якісних показників передавачів та їх управління - мікропроцесорні пристрої і ЕОМ.
Останнім часом для генерування і посилення електромагнітних коливань використовують квантовий метод. Прилади для посилення НВЧ коливань - мазери і генератори когерентного світла (лазери) знайшли практичне застосування. За розробку таких генераторних приладів радянським ученим А. М. Прохорову і Н. Г. Басову спільно з американським вченим Ч. Таунсом присуджена Нобелівська премія. Йде інтенсивне освоєння і діапазону міліметрових і субміліметрових хвиль, проміжних між радіохвилями та світловими коливаннями.
Радіопередавачі класифікуються:
за призначенням - зв'язкові, радіомовні, телевізійні, радіолокаційні, радіонавігаційні, телеметричні і т.д.;
за потужністю - малопотужні (до 100 Вт), середньої потужності (до 10 кВт), потужні (до 1000 кВт) і надпотужні (понад 1000 кВт);
за родом роботи (виду випромінювання) - телеграфні, телефонні, однополосні, імпульсні і т.д. Види випромінювання позначаються трьома індексами: перший (літера) характеризує вид модуляції: А-амплітудна, F - частотна, Р-імпульсна; другий (цифра) визначає тип передачі: 0 - випромінювання немодульованою несучої, 1 - телеграфування без модулирующей звукової частоти, 2 - тональна телеграфія і т. д.; третій індекс (літера) визначає допоміжні характеристики;
за способом транспортування - стаціонарні та рухомі (переносні, автомобільні, корабельні, літакові і т.д.).
Параметри передає радіосигнали пристрої повинні задовольняти вимогам ДСТ і рекомендацій МСЕ. Одним з основних параметрів передавача, що визначає багато в чому дальність дії радіолінії, є його потужність. У залежності від призначення радіопередавача його потужність лежить в межах від часток вата (передавачі носяться радіостанцій) до декількох тисяч кіловат (сучасні радіомовні станції).
Виключно важливий параметр передавача - стабільність його частоти. Сучасні радіопередавачі мають відносну нестабільність частоти близько . Іноді потрібно і більш висока стабільність частоти, наприклад для передавачів, що працюють у мережах синхронного радіомовлення. Висока стабільність частоти передавача підвищує перешкодозахищеність радіолінії (оскільки дозволяє звузити смугу пропускання приймального пристрою), дозволяє збільшувати кількість станцій, що працюють в заданому діапазоні без взаємних перешкод (покращує електромагнітну сумісність). Існують міжнародні рекомендації на допустимі відхилення частоти радіопередавачів всіх категорій і призначень.
Важливим параметром передавача є його коефіцієнт корисної дії (ККД) - відношення потужності в навантаженні до повної потужності, споживаної від джерела живлення. Коефіцієнт корисної дії малопотужних передавачів визначає багато в чому його габаритні розміри і масу, а ККД надпотужних передавачів, крім того, - вартість їх спорудження та експлуатації. Високий ККД дозволяє підвищити економічність системи охолодження, а також збільшити надійність роботи передавача.
Не менше значення мають електроакустичні показники радіопередавача, такі як вимоги до коефіцієнта модуляції (для передавачів з AM), індексу модуляції (для передавачів з ЧМ і ФМ), нелінійних спотворень, амплітудно-частотній характеристиці (АЧХ), рівнем фону і шуму і т. д.
У зв'язку зі зростанням числа радіостанцій і підвищенням вимог до якості передачі інформації електроакустичні і технічні показники радіопередавачів постійно удосконалюються.
В останні роки в потужних передавачах НЧ СЧ діапазонів подальше поширення набув бігармонічних режим посилення потужності, що дозволяє підвищити ККД передавачів на 10 ... 15%. Удосконалюються й генераторні лампи. В даний час АМ передавачі потужністю до 1000 кВт з СЧ діапазоні і 500 кВт у ВЧ діапазоні мають лише одну лампу у вихідному каскаді. Були створені вихідні коливальні системи, що забезпечують виконання сучасних норм на побічні випромінювання навіть у більш потужних передавачах, ширше використовуються випарне охолодження анодів потужних лам. У модуляційних пристроях потужних передавачів з АМ успішно застосовуються підсилювачі класу Д. У цих підсилювачах активні прилади (лампи і транзистори) працюють у ключовому режимі з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ) і виділенням на виході посиленого модулюючого коливання. У зв'язку з цим ККД модуляційного пристрою виявляється вищим при будь-якій глибині модуляції.
У телевізійних передавачах широко реалізується постійний автоматичний контроль основних параметрів вихідних сигналів. Для формування АЧХ каналу зображення на проміжній частоті застосовуються фільтри на поверхнево-акустичних хвилях. В останні роки в цих передавачах стали використовувати систему спільного посилення радіосигналів зображення та звукового супроводу в загальному тракті.
Значного підвищення якісних показників радіопередавачів, підвищення оперативності їх роботи вдається досягти за допомогою ЕОМ в системі телеуправління і контролю.
Змінний електричний струм і електромагнітних коливань
1. Основні параметри змінного струму. Поняття про струм промислової, звуковий, високої і надвисокої частот
Електричний струм, що змінюється з часом по величині і напряму, називається змінним струмом. Найчастіше застосовується так званий періодичний синусоїдальний змінний струм - струм, що змінюється за синусоїдальним законом.
У радіотехнічних пристроях мають справу також з пульсуючим струмом, який змінює свою величину подібно змінному струмі, але протікає тільки в одному напрямку.
Джерелом змінного струму служать генератори змінного струму, принцип дії яких заснований на використанні явища електромагнітної індукції. Найпростіша конструкція такого генератора - провідник у вигляді рамки, що обертається в магнітному полі постійного магніту або електромагніту.
Величини, що визначають характер зміни змінного струму, називаються його параметрами. До них відносяться період, частота і амплітуда струму.
Час, протягом якого відбувається повний цикл змін змінного струму або одне повне коливання струму, називається періодом. Період зазвичай позначається буквою Т.
Частота змінного струму - число повних коливань струму (або число періодів) в 1 сек. Частота змінного струму позначається літерою f і вимірюється в герцах (Гц). Частота дорівнює 1 Гц, якщо в секунду відбувається одне повне коливання струму (е.р.с.). Частота, рівна 1000 Гц, дорівнює 1 кГц (кілогерц), частота, яка дорівнює 1 000 000 Гц, - 1 МГц (мегагерц).
Частота і період коливань є величинами зворотними, тобто f = 1 / T.
Найбільша величина струму за час одного періоду називається амплітудою і зазвичай позначається Im. За одне повне коливання струм двічі досягає амплітудного значення: один раз при зміні в одному - позитивному напрямку, другий раз у протилежному - негативний.
Змінний струм, який застосовується в промисловості, має частоту f = 50 Гц і називається струмом промислової частоти. Тривалість періоду такого струму 0,02 сек.
Змінні струми, частота яких відповідає частоті звукових коливань (приблизно від 16 до 20000 Гц), називаються струмами звуковий частоти або струмами низької частоти.
Змінні струми з частотою в сотні тисяч, мільйони і десятки мільйонів Герц називаються струмами високої частоти.
Змінні струми, частота яких обчислюється сотнями мільйонів, тисячами мільйонів і навіть сотнями тисяч мільйонів Герц, називаються струмами надвисокої частоти.
2. Активне, індуктивне і ємнісне опору в ланцюзі змінного струму
У колах змінного струму розрізняють три види опорів: активне, індуктивне і ємнісне.
Активним опором називається опір змінному струму з боку матеріалу провідника (при проходженні змінного струму по провіднику останній нагрівається, тобто споживає потужність). Опір провідника, виміряний при постійному струмі, іноді називають омічним. При низьких частотах різниця між активним і омічним опором провідника дуже мала і нею практично нехтують. При високих частотах активний опір в десятки разів більше омічного.
На змінний струм впливають не тільки напруга і опір ланцюга, але і індуктивність провідників, включених в ланцюг. При включенні в ланцюг змінного струму котушки індуктивності в ній індукується е.р.с. самоіндукції (так як магнітний потік, який пронизує витки котушки, змінюється), яка перешкоджає наростанню струму при його збільшенні і зменшення струму при спаді його величини. Іншими словами, коли напруга в колі змінного струму з включеною котушкою індуктивності досягне максимуму, струм не встигне досягти тієї величини, якої він досяг би в ланцюзі без котушки індуктивності. Між напругою U та струмом I виникає зсув по фазі.
Таким чином, дія індуктивності щодо величини змінного струму подібно до дії опору провідника. Зі збільшенням індуктивності опір кола змінному струму збільшується. Опір, яким володіє ланцюг внаслідок наявності в ній індуктивності, називається індуктивним опором.
Якщо в ланцюг змінного струму включити конденсатор, змінний струм не зникне, як це сталося б з постійним струмом. У ланцюзі буде продовжувати текти струм заряду або розряду конденсатора, тобто змінний струм. Величина цього струму залежить від ємності конденсатора: чим більше місткість, тим більше струм заряду і розряду. Отже, конденсатор можна розглядати як деякий опір змінному струму, що виникає внаслідок того, що при заряді конденсатора між його обкладками виникає напруга (Uc), спрямоване назустріч напруження, яке докладено на затискачах. Це додатковий опір, що вноситься конденсатором в ланцюг, називається ємнісним опором.
Чим більше частота змінного струму (напруги, прикладеної до конденсатора), тим більше число разів на секунду конденсатор буде заряджатися й розряджатися, тим більша кількість електрики пройде в ланцюзі конденсатора в секунду, тобто тим більше буде струм.
Таким чином, ємнісний опір залежить від величини ємності конденсатора С і частоти струму f: чим більше місткість конденсатора С і частота струму f, тим менше опір місткості.
Ємнісний опір Хс визначається за формулою
Xc = 1/2p fC = 1 / w C,
де Хс - ємнісний опір, Ом; f - частота, Гц; С - ємність конденсатора, Ф; w - кутова частота, що дорівнює 2p fс, сек-1.
Ємність у колі змінного струму так само, як і індуктивність, призводить до зрушення фаз між струмом і напругою, але в цьому випадку струм випереджає напругу. Так само як і індуктивний опір, опір місткості є реактивним. Конденсатор протягом одного періоду зміни напруги джерела двічі заряджається й двічі розряджається, не споживаючи практично енергії від джерела.
3. Отримання електромагнітних коливанні в коливальному контурі. Резонанс напруг і резонанс струмів
Коливальний контур - один з найважливіших елементів більшості радіотехнічних пристроїв. Він являє собою електричний ланцюг, що складається з котушки індуктивності (L), конденсатора (С) і сполучних проводів. Основне призначення коливального контуру - отримання електромагнітних коливань високої частоти.
Якщо конденсатор коливального контуру зарядити від будь-якого джерела струму, а потім підключити до нього котушку індуктивності, конденсатор стане розряджатися через цю котушку і в ланцюзі коливального контуру потече струм. Котушка індуктивності володіє індуктивним опором, і струм наростає в ланцюзі поступово, досягаючи найбільшої величини в той момент, коли конденсатор повністю розрядиться. За рахунок енергії, накопиченої в магнітному полі котушки, струм продовжує текти в тому ж напрямку, поступово затухаючи. Розряджений конденсатор буде тепер заряджатися протилежно. Енергія буде накопичуватися в електричному полі конденсатора, і, коли вона досягне максимуму, струм в контурі припиниться. Але в той же момент конденсатор знову почне розряджатися. У контурі потече струм, але вже у зворотному напрямку. Він поступово зросте до максимальної величини, а потім знову поступово впаде до нуля. Цей цикл складає одне повне коливання. Потім коливальний процес повторюється.
Проходячи по з'єднувальним дротах і витків котушки, струм здійснює роботу з подолання активного опору. Частина енергії електричних коливань перетворюється при цьому в тепло, яке розсіюється (нагріваються струмом проводу котушки і діелектрик конденсатора). Внаслідок цих неминучих втрат коливання в контурі протягом малих часток секунди загасають (амплітуда їх швидко зменшується, і коливання припиняються).
Для підтримки незатухаючих коливань в коливальному контурі вплив зовнішньої періодичної е.р.с. повинно бути тим сильніше, чим більше різниця між цією зовнішньою е.р.с. і власною частотою контура. Якщо частота зовнішньої е.р.с. дорівнює власній частоті контуру, амплітуда коливань у контурі стає максимальною і для підтримки цих коливань досить незначною енергії. Це явище називається резонансом.
Практично резонанс може бути отриманий двома способами: зміною частоти е.р.с. зовнішнього джерела при незмінній частоті власних коливань контуру і зміною частоти коливань контуру (зміною ємності, індуктивності або того й іншого) при незмінній частоті е.р.с. зовнішнього джерела.
Для резонансу характерно отримання потужних коливань при невеликій витраті енергії зовнішнього джерела, необхідної тільки для компенсації втрат енергії при коливаннях у контурі.
Є два випадки резонансу в коливальних контурах: резонанс напруг і резонанс струмів.
Резонанс напруг виходить тоді, коли джерело зовнішньої е.р.с. включений всередину контура, тобто з'єднаний послідовно з котушкою індуктивності і конденсатором контуру. У цьому випадку загальне реактивний опір контуру дорівнює різниці індуктивного і ємнісного опорів
Х = XL - ХC,
так як індуктивний і ємнісний опори роблять протилежні впливу на струм (напруги на котушці і на конденсаторі завжди діють назустріч один одному).
При рівності частот джерела зовнішньої е.р.с. f і контуру fo або індуктивного і ємнісного опорів загальне реактивний опір контуру виявляється рівним нулю, а загальний опір контуру - активному спротиву. Завдяки цьому струм у контурі стає максимальним, перевищуючи струм джерела зовнішньої е.д.c; в Q разів (Q - добротність контуру). Добротність контуру тим вище, чим менше активний опір контуру.
Якщо частота зовнішнього джерела е.р.с. більше власної частоти контуру, індуктивний опір переважає над ємнісним. Якщо частота зовнішнього джерела е.р.с. менше частоти контуру, то опір місткості більше індуктивного. У будь-якому з цих випадків при відхиленні від резонансу повний опір контуру зростає в порівнянні з його величиною при резонансі і струм в контурі буде менше, ніж при резонансі.
Резонанс напруг широко використовується в радіотехніці для отримання максимального струму та напруги на контурі за допомогою налаштування контура на потрібну частоту.
Резонанс струмів спостерігається при паралельному включенні зовнішнього джерела е.р.с. по відношенню до індуктивності і ємності контуру (джерело знаходиться поза контуром). Умови отримання резонансу струмів ті ж, що і для резонансу напруг: f = fо і XL = ХC.
Але так як в даному випадку весь контур є навантаженням для зовнішнього джерела е.р.с., зовнішнє джерело е.р.с. і контур з'єднані послідовно. У даному випадку при резонансі опір контуру максимально, а струм зовнішнього джерела е.р.с. мінімальний. У самому контурі при резонансі струмів відбуваються сильні коливання, амплітуда яких у багато разів (в Q разів) більше, ніж амплітуда струму зовнішнього джерела е.р.с.
Резонанс струмів використовується в радіотехніці в лампових генераторах і підсилювачах високої частоти для створення великого опору для струмів певної частоти.
У коливальному контурі ємність та індуктивність зосереджені відповідно в конденсаторі і котушці, внаслідок чого електричне і магнітне поля обмежені невеликим об'ємом. Такий коливальний контур називається замкнутим коливальним контуром. Здатність замкнутого коливального контуру випромінювати електромагнітні хвилі практично незначна. Якщо розсовувати пластини конденсатора і одночасно збільшувати їх розміри (тому що при збільшенні відстані між пластинами конденсатора місткість його зменшується і частота коливань змінюється), то інтенсивність випромінювання електромагнітних хвиль у простір зростає.
Замкнуте коливальний контур перетворюється у відкритий коливальний контур - антену наступним чином. Ємність біля відкритого коливального контуру утворена двома довгими дротами. Одну з дротів можна закопати в землю, так як земля є хорошим провідником і може замінити одну з пластин конденсатора, а другу дріт слід підняти якомога вище над землею.
Якщо в антені відбуваються коливання електричного струму, то навколо неї існують змінні магнітне і електричне поля. Їх сукупність називається електромагнітним полем. Це електромагнітне поле поширюється в просторі у вигляді електромагнітних хвиль. Частота коливань електромагнітного поля відповідає частоті коливань струму в антені, а інтенсивність електромагнітного поля - амплітуді струму в антені. Чим більше інтенсивність електромагнітного поля, тим на більш далекій відстані воно може бути прийнято радіоприймачем.
У практиці інтенсивність електромагнітного поля часто характеризують напруженістю Е його електричного поля - величиною е.р.с., яку наводить поле в провіднику довжиною 1 м. Якщо, наприклад, е.р.с., що дорівнює 150 мкв, наводиться в провіднику, довжина якого 2 м, то напруженість електричного поля в місці прийому буде дорівнює 75 мкВ / м.
Радіоприймальні пристрої
Радіоприймальні пристрої входять до складу радіотехнічних систем зв'язку, тобто систем передачі інформації за допомогою електромагнітних хвиль
Радіоприймальний пристрій складається з прийомної антени, радіоприймача і кінцевого пристрою призначеного для відтворення сигналів. Радіоприймачі можна класифікувати по ряду ознак, з яких основними є: тип схеми, вид прийнятих сигналів, призначення приймача, діапазон частот, вид активних елементів, які використовуються в приймачі, тип конструкції приймача.
За типом схем розрізняють приймачі детекторні, прямого посилення (без регенерації і з регенерацією), сверхрегенератівниміпріємникамі та супергетеродинні приймачі, що володіють істотними перевагами перед приймачами інших типів і широко застосовуються на всіх діапазонах приймачів.
Прийняті сигнали служать для передачі повідомлень або вимірювання положення і параметрів відносного руху об'єктів. Сигнали можуть передавати повідомлення від одного джерела чи кількох. Для передачі інформації використовується зміна одного з параметрів сигналу за законом зміни інформаційного сигналу. Використовуються: безперервні коливання із змінною (модульованої) амплітудою, частотою або фазою; коливання, стрибкоподібно змінюються (маніпулювати) по амплітуді, частоті, або різниці фаз; коливання із змінною амплітудою, частотою або фазою, які обумовлені видеоимпульса з амплітудною, широтной, тимчасової, або дельта-модуляцією, а також кодовими групами відеоімпульсів.
За призначенням розрізняють приймачі зв'язкові, радіомовні, телевізійні, радіорелейних і телеметричних ліній, радіолокаційні, радіонавігаційні та інші. Зв'язкові радіоприймачі найчастіше служать для прийому одноканальних безперервних сигналів з АМ (з несучою і бічними смугами), ОЧП (односмуговою) і ЧС або дискретних сигналів з амплітудною маніпуляцією, частотною або фазовою. Радіомовні приймачі (монофонічні) приймають одноканальні безперервні сигнали з АМ на довгих, середніх і коротких хвилях і з ЧС на ультракоротких хвилях. Приймачі чорно-білих телевізійних програм беруть безперервні сигнали з АМ і частковим пригніченням однієї бокової смуги частот і звукові сигнали з ЧС. Приймачі кольорових телевізійних програм беруть також сигнали, що створюють кольорове зображення. Приймачі кінцевих станцій радіорелейних і телеметричних ліній зазвичай призначені для прийому і розподілу каналів багатоканальних сигналів з частотним і тимчасовим ущільненням.
Приймачі проміжних станцій радіорелейних ліній (наземних і супутникових) відрізняються від приймачів кінцевих станцій тим, що в них не відбувається поділу багатоканальних сигналів.
Імпульсні радіолокаційні приймально-передавальні станції звичайно випромінюють зондувальні радіоімпульси з фіксованими періодами прямування, тривалістю імпульсів, амплітудою і частотою, що несе. Приймачі таких станцій служать для прийому частини енергії зондирующих сигналів, відбитої від цілей. Відбиті сигнали можуть бути імпульсними або безперервними, причому інформація про цілі може міститися у зміні в часі амплітуди (або відносини амплітуд) і частоти (або спектрі) сигналів.
Згідно з рекомендацією МККР (Міжнародного консультативного комітету по радіо) спектр радіозв'язку ділиться на діапазони. Найбільш широко поширені приймачі працюють в діапазоні 30 кГц - 300 ГГц (на хвилях 10 км - 1мм).
В якості активних елементів каскадів приймачів, що працюють на частотах 30 кГц - 300 МГц, використовуються напівпровідникові прилади та електронні лампи. Перевага віддається напівпровідниковим приладам завдяки їх переваг (малі габаритні розміри і маса; низькі напруги і струми харчування; великий термін служби і механічна міцність).
Приймачі конструктивно виконуються з окремих (навісних) активних і пасивних елементів з друкованим або об'ємним монтажем або з готових інтегральних мікросхем, що представляють собою каскади, вузли приймачів і навіть цілі приймачі.
Розробка структурної схеми
Структурні схеми приймачів розрізняються побудовою тракту радіочастоти, в якому може здійснюватися пряме посилення вхідних сигналів і посилення їх з перетворенням частоти.
У приймачах прямого посилення тракт радіочастоти містить вхідний ланцюг (ПЦ) і підсилювач надходить з антени радіосигналу - так званий підсилювач сигналу (УРС). У цьому випадку всі виборчі ланцюга налаштовані на частоту прийнятого сигналу, на якій здійснюється підсилення. Вхідна ланцюг забезпечує попередню частотну селекцію до першого каскаду УРС, а сам УРС - основну частотну селекцію та детекторне посилення сигналів. Оскільки зазвичай необхідні висока вибірковість і посилення, може знадобитися декілька підсилювальних каскадів і резонансних контурів. Через конструктивну складність реалізації перебудови число контурів рідко перевищує 3 ... 4. При цьому посилення на радіочастоті може виявитися нестійким, а селективність недостатньою.
Найбільше поширення для переважної більшості радіосистем різного призначення отримала супергетеродина структура приймача з одно-чи багаторазовим перетворенням частоти (Малюнок 1). Частина приймача - преселектора, що включає ПЦ і УРС, подібний структурі приймача прямого посилення і забезпечує чутливість і попередню селекцію за частотою. З виходу преселектора напруга сигналів і перешкод надходить на перетворювач частоти (ПЧ), де відбувається зміна несучої частоти сигналу
Малюнок 1. Структурна схема приймача супергетеродинного типу
Для цього сигнал і коливання місцевого генератора - гетеродина (Г) одночасно впливають на змішувач (См), що представляє собою нелінійний або параметричний елемент.
У результаті на виході змішувача виникає коливання, що містять складові з частотою сигналу і його гармонік, гетеродина
і його гармонік і велике число комбінаційних складових з частотами
(N, m = 0,1,2 ...- цілі числа). Одна з цих комбінаційних частот використовується в якості нової несучої частоти вихідного сигналу і називається проміжною частотою:
Оскільки сигнал несе в собі корисну інформацію, в процесі перетворення частоти ця інформація повинна зберігатися, тобто ПЧ повинен бути лінійним. Таким чином, в процесі перетворення частоти відбувається перенос спектру сигналу в область проміжної частоти без порушення амплітудних і фазових співвідношень його складових. Частотно-виборчі блоки, розташовані за змішувачем, налаштовані на частоту і називаються підсилювачами сигналів проміжної частоти (ППЧ). Проміжна частота
завжди фіксована, не залежить від частоти прийнятого сигналу
і вибирається набагато нижче частоти сигналу. Тому на частоті
легко забезпечити необхідну стійке посилення. Так як УПЧ не перебудовується за частотою, то це дозволяє отримати в супергетеродинному приймачі високу частотну вибірковість при незмінній смузі пропускання, а також реалізувати оптимальну фільтрацію сигналу від перешкод, застосовуючи узгоджені фільтри на проміжній частоті.
Приймач багатоканальних сигналів з тимчасовим ущільненням повинен перетворювати радіоімпульси в відеоімпульси; розділити відеоімпульси, службовці для передачі повідомлень по різних каналах, і перетворити відеоімпульси, наступні з тактовою частотою, в модулююча напруга. Після лінійного тракту радіоімпульси проміжної частоти надходять на вході демодулятора (ДРІ), який в свою чергу перетворює їх у відеоімпульси. Тобто U пір ≥ U п При прийомі сигналів з ШІМ в якості ДРІ може виступати амплітудний детектор. Радіоімпульси синхронізації також перетворюються ДРІ у відеоімпульси. Вони, як правило, відрізняються великою тривалістю, що дозволяє за допомогою інтегратора (І) і порогової схеми (ПС) виділити їх. Вони надходять на чекає мультивибратор (МВ), який при цьому запускається і відкриває каскад збігу (КС), який пропускає відповідний канал на час прийому імпульсу. Зріз імпульсу МВ1 запускає МВ2, який відкриває наступний канал і т.д. Потім приходить наступний синхроимпульс і все повторюється. Для демодуляції сигналів з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ) необхідно пропустити відеоімпульси через ФНЧ з граничною частотою F в, де 0.5 F і> F в> Fmax. Для ослаблення перешкод потрібно використовувати двосторонній обмежувач (ДО) або електронне реле, яке буде перекидатися під час проходження напруги через деяке порогове напруга. Рівень обмеження слід вибрати з умови U пір ≈ 0.5 U і, де U і - амплітуда відеоімпульсів. У цьому випадки рівень обмеження потрапляє на ділянку найбільшої крутизни фронту імпульсів, і дія перешкод стане мінімальним. ДО необхідно включити між КС і ДРІ, тим самим зменшуючи необхідне число активних елементів. У результаті структурна схема приймача буде виглядати як показано на малюнку 2.
Малюнок 2. Структурна схема багатоканального приймача з ШІМ і тимчасовим ущільненням.
При розрахунку структурної схеми необхідно визначити число перетворювачів частоти, визначити проміжні частоти і частоти гетеродинов, к-ти передачі блоків УРС, ПЧ і УПЧ, щоб забезпечити на виході тюнера достатній рівень сигналу для роботи підсилювача.
Історія радіомовлення
О 10 годині ранку 7 листопада 1917 радіостанція на борту крейсера «Аврора» передала радіограму про катастрофу буржуазного ладу і про встановлення в Росії Радянської влади
Вночі 12 листопада потужна радіостанція Петроградського військового порту передала звернення Леніна по радіо: «Усім. Всім ». З перших днів Жовтневої революції радіо було використано урядом як засіб політичної інформації.
2 грудня 1918 Ленін затвердив декрет, що стосується радіолабораторін в Нижньому Новгороді. Основні установки декрету зводилися до наступного: «радіолабораторія з майстернями розглядалася як перший етап до організації в Росії державної радіотехнічного інституту, метою якого є об'єднати в собі і навколо себе всі науково-технічні сили Росії, які працюють в галузі радіо, радіотехнічні навчальні заклади та радіопромисловості» .
По всій країні почалося будівництво радіомережі. Радіостанції виникали там, де цього вимагали умови нової економіки - у Поволжі, Сибіру, на Кавказі. Телеграфне радіомовлення, яке вів московський потужний іскровий передавач на Ходинці, передавало щодня по 2-3 тис. слів радіограм. Ці передачі організовували життя держави в той час, коли була порушена нормальна робота транспорту і дротового зв'язку.
У Нижньому Новгороді невеликий колектив (17 осіб), переїхав сюди з Тверської радіоприймальної станції, організував першокласний науково-дослідний радіоінстітут, який об'єднав найбільших радіоспеціалістів того часу на чолі з М. А. Бонч-Бруєвич, А. Ф. Шорін, В. П. Вологдина, В. В. Татаріновим, Д. А. Рожанским, П. А. Острякова та іншими.
У радіолабораторії Нижнього Новгорода вже в 1918 році були розроблені генераторні лампи, а до грудня 1919 року побудована радіотелефонна передавальна станція потужністю в 5 кет. Досвідчені передачі цієї станції мали історичне значення для розвитку радіомовлення. М. А. Бонч-Бруєвич писав у грудні 1919 року: «Останнім часом я перейшов до випробувань металевих реле, роблячи анод у вигляді металевої закритою труби, яка разом з тим служить і балоном реле ... Попередні досліди показали, що принципово така конструкція цілком можлива ...».
Такі лампи з мідними анодами і водяним охолодженням вперше у світі були виготовлені М. А. Бонч-Бруєвич в Нижньогородській радіолабораторії навесні 1920 року. Ніде в світі не було в той час ламп такої потужності; їх конструкція стала класичним прототипом для всього подальшого розвитку техніки генераторних ламп і до теперішнього часу лежить в основі цієї техніки. До 1923 року Бонч-Бруєвич довів потужність генераторних ламп з водяним охолодженням до 80 кВт.
Для забезпечення радіозв'язків з іншими державами професор В. П. Вологдін в тій же Нижегородської радіолабораторії побудував машину високої частоти потужністю 50 кВт, яка була встановлена на Жовтневій радіостанції (б. Ходинському) в 1924 році і замінила іскровий передавач. У 1929 році на цій же станції почала працювати машина високої частоти В. П. Вологдина потужністю 150 кет.
Ведучи величезну роботу, спрямовану на виконання урядових завдань, радянські радіотехніки зуміли здійснити оригінальні теоретичні дослідження. Прикладом можуть служити роботи професора В. М. Шулейкіна з розрахунку ємності антен, розрахунку випромінювання антен і рамок і поширення радіохвиль, роботи М. М. Луценко про ємності ізоляторів, І. Г. Кляцкіна про методи підвищення корисної дії антен, експериментальні роботи Б. А. Введенського з дуже короткими хвилями.
Значні успіхи були досягнуті в СРСР в галузі радіомовлення. У 1933 році почала роботу радіостанція імені Комінтерну потужністю 500 кВт, яка випередила по потужності на 1-2 роки американське та європейське радиостроительство. Це чудове спорудження було виконано за системою високочастотних блоків, запропонованої професором А. Л. Мінц і здійсненого під його керівництвом. На черзі стояло завдання створення прямий радіозв'язку з Сибіром, Далеким Сходом і Заходом.