Радиоприемники

Общие сведения. Радиоприемниками в обиходном понимании, или более строго - приемниками звукового вещания (ПЗВ), принято называть радиоэлектронные уст­ройства, предназначенные для улавливания в пространстве электромагнитных колеба­ний, излученных антеннами радиопередаю­щих станций и несущих текстовую или музы­кальную информацию, и для переработки этой информации в звуки.

ПЗВ составляют лишь некоторую часть обширной группы радиоприемников, среди которых в качестве иллюстрации можно на­звать приемники радиолокационных стан­ций, приемники сигналов космического излучения, приемники ретрансляционных линий, которые не воспроизводят звуки и, следовательно, не являются ПЗВ.

В свою очередь и ПЗВ представляют собой комбинацию двух существенно раз­личных устройств: собственно радиопри­емника,, принимающего сигналы радиове­щательных станций и преобразующего электромагнитные модулированные высо­кочастотные колебания в чисто электричес­кие низкочастотные колебания звукового спектра, и усилителя сигналов звуковой ча­стоты (УЗЧ), который с помощью АС преоб­разует эти низкочастотные электрические колебания в слышимый звук.

С точки зрения физики УЗЧ никакого от­ношения к радиоприему не имеет, поэтому принято все ПЗВ условно разделять на две части: собственно радиоприемник, начина­ющийся с антенны и заканчивающийся низ­кочастотным выходом детектора, и «примк­нувший к нему» УЗЧ.

На заре развития радиовещания первые так называемые детекторные ПЗВ никаких УЗЧ в своем составе не имели и воспроизво­дили звук на головные телефоны непосред­ственно сигналом 34, выделенным из эфир­ного радиосигнала. Однако уже вскоре после появления радиоламп и перехода к гром­коговорящему радиоприему УЗЧ стали на­долго неотъемлемой частью ПЗВ. И только в последние десятилетия, после появления бытовых радиокомплексов и музыкальных центров, УЗЧ стали выполнять в виде отдель­ных самостоятельных конструкций. Но это сразу же повлекло за собой обособление ос­тавшейся части ПЗВ в самостоятельную за­конченную конструкцию, получившую назва­ние тюнер (от англ. tuning - настраивать).

Поскольку с УЗЧ читатель уже познако­мился, далее будем рассматривать только устройство и принцип работы тюнера, сохра­няя при этом за ним название ПЗВ.

И второе, не менее важное, уточнение. В любых серьезных учебных пособиях и офи­циальной технической литературе принято считать, что в состав «теоретического» ПЗВ входит в качестве обязательной составляю­щей приемная антенна. Между тем на прак­тике, за немногими исключениями, антенна как раз и не входит в состав конструкции при­емника, а подключается к его входу извне. С учетом этого мы вначале дадим краткие ознакомительные сведения о приемных ан­теннах, а в дальнейшем будем считать, что ко входу ПЗВ подводится переменная ЭДС ра­диочастоты от некоего условного генератора.

Простейшей и исторически самой пер­вой приемной антенной служил обычный электрический провод (иногда специальный «антенный канатик»), закрепленный гори­зонтально на двух изоляторах между двумя опорами на некоторой высоте над поверх­ностью земли. Расстояние от земли до про­вода антенны является одним из основных ее параметров и называется действующей высотой антенны.

Для всех других типов антенн этот пара­метр сохраняет свое название, но его вели­чина вычисляется и пересчитывается с по­мощью специальных коэффициентов.

Другим существенным параметром ан­тенны является ее линейная длина. При этом считается, что эффективность такой антен­ны максимальна в случае, если ее длина рав­на или кратна длине волны (или полуволны) принимаемого сигнала. Впрочем, это сооб­ражение существенно лишь в случае фикси­рованного приема какой-либо одной стан­ции, что для тюнеров ПЗВ нетипично.

Простейшая горизонтальная антенна принимает электрическую составляющую электромагнитного излучения и по своей сущности является антенной направленно­го действия, т.е. ЭДС наведенного сигнала в некоторой степени (хотя и не очень выра­жено) зависит от горизонтальной ориента­ции провода антенны по отношению к пере­дающей станции.

«Съём» наведенной ЭДС с антенны осу­ществляется с помощью другого проводни­ка, называемого снижением. Верхний его конец обычно надежно соединяется с про­водом антенны у одного из ее краев, а ниж­ний конец подключается с помощью соеди­нителя ко входу блока селекции тюнера.

Разновидностями простейшей горизон­тальной антенны можно считать штыревую и телескопическую (раздвижную) антенны, широко применяемые в автомобильных и переносных транзисторных ПЗВ. Чаше все­го такие антенны делаются вертикальными или наклонными (под небольшим углом к вертикали), поэтому в отличие от горизон­тальных они являются ненаправленными. Кроме того, у штыревых антенн нижняя и верхняя части находятся на разных уров­нях от поверхности земли, поэтому параметр «действующая высота антенны» для них определяется по соответствующей форму­ле с использованием коэффициентов.

Если провод длинной горизонтальной антенны намотать в виде катушки на неболь­шую изоляционную рамку прямоугольной или круглой формы и оба конца этой катуш­ки с помощью двухпроводного фидера или коаксиального кабеля подвести ко входу блока селекции ПЗВ, то мы получим рамоч­ную антенну.

Рамочная антенна, сохраняя все достоин­ства простой горизонтальной антенны, обла­дает очень ярко выраженным направленным действием, т.е. эффективно принимает сиг­нал с направлений, перпендикулярных плос­кости рамки, и почти не принимает сигналы станций, приходящие со стороны «торцов» рамки. Это свойство рамочной антенны по­зволяет резко снизить действие помех, иду­щих от различных «паразитных» источников электромагнитного излучения, что равнознач­но увеличению реальной чувствительности ПЗВ при заданном отношении сигнал/помеха. Еще одной разновидностью антенн, при­нимающих электрическую составляющую радиоволн, является четвертьволновый или полуволновый диполь. Диполь состоит из двух одинаковых отрезков провода или ме­таллической трубки, длина которых состав­ляет четверть или половину длины волны принимаемой станции. Таким образом, ди­поль изначально предназначается для при­ема сигнала одной определенной частоты, на которой обеспечивается максимальная отда­ча антенны. На частотах как выше, так и ниже этой сигнал имеет меньшую величину. Тем не менее дипольные антенны сплошь и рядом используются для приема сигналов радиовещательных (и телевизионных) стан­ций УКВ диапазона. В этом случае длину усов диполя выбирают такой, чтобы он ока­зался точно настроенном на середину при­нимаемого диапазона. Это обеспечивает прием всех расположенных в этом интерва­ле станций с вполне приемлемой неравно­мерностью. Одним из очевидных досто­инств диполя является его ярко выраженная направленность с передней и задней сторон рабочей плоскости (диаграмма направлен­ности диполя имеет вид восьмерки).

В ПЗВ с УКВ диапазоном очень часто используют «встроенный» диполь, представ­ляющий собой незамкнутую проволочную петлю, внутренние концы которой на уровне середины петли с помощью двухпроводно­го фидера подключают к симметричному входу блока селекции УКВ приставки (или са­мостоятельного УКВ канала). Такой диполь обычно закрепляют на внутренних стенках неметаллического (деревянного или пласт­массового) корпуса тюнера.

Наконец, еще один тип антенны, широко применяемый во всех современных ПЗВ - как стационарных, так и переносных— это магнитная антенна. Ее основой является ферромагнитный стержень круглого или прямоугольного сечения, изготовленный методом спекания (или прессования со свя­зующим наполнителем) из порошков желе­за, алюминия, кремния - так называемые альсиферы, оксиферы и ферриты, откуда часто встречающееся название магнитных антенн - ферритовые антенны. На стержень надеты катушки индуктивности, являющие­ся входными контурами блока селекции. На каждый диапазон (или поддиапазон) прихо­дится своя катушка.

Из-за того, что ферритовые сердечники ведут себя неодинаково на разных частотах, нередко в ПЗВ применяют магнитные антен­ны на двух разных сердечниках: отдельно для диапазонов ДВ-СВ и для диапазонов КВ.

Все магнитные антенны принимают маг­нитную составляющую электромагнитного излучения, а потому практически нечувстви­тельны к электрической составляющей, являющейся основным носителем электри­ческих помех (грозовых разрядов, промыш­ленный искровых источников и т.п.). Это де­лает магнитные антенны высоко помехоза­щищенными. А поскольку они, кроме того, обладают резко выраженной направленно­стью, их используют в тюнерах высокого класса в качестве антенн для местного при­ема, где они обеспечивают качественный, без помех, прием наиболее мощных местных станций, на которые антенну ориентируют по направлению с помощью специального ме­ханизма, вращающего антенну в горизон­тальной плоскости внутри корпуса тюнера.

Основные задачи и принцип работы ПЗВ. Как и любое техническое устройство, ПЗВ предназначен для решения вполне оп­ределенных задач. Эти задачи прямо выте­кают из структуры принимаемого сигнала, который внутри ПЗВ подлежит обработке. В настоящее время, пока еще не получила широкого распространения цифровая тех­ника радиовещания, ПЗВ осуществляют обработку аналоговых сигналов, т.е. высо­кочастотной ЭДС (а не электромагнитных волн, как многие ошибочно полагают), закодированной определенным образом для «переноса» низкочастотной речевой или музыкальной информации. Вообще го­воря, существует довольно много применя­емых в настоящее время способов такого кодирования (модуляции). Это фазовая (ФМ), импульсная (ИМ), фазово-импульс­ная (ФИМ), широтно-импульсная (ШИМ) мо­дуляция и ряд других.

В радиовещании почти исключительно используют всего два вида модуляции: амп­литудную (AM) и частотную (ЧМ). При AM неизменная по частоте несущая передатчи­ка непрерывно изменяет свою амплитуду в строгом соответствии с характером изме­нения АЧХ низкочастотного сигнала, подле­жащего «транспортировке». При ЧМ, напротив, амплитуда высокоча­стотного сигнала передатчика остается не­изменной, а его несущая (центральная) час­тота непрерывно изменяется в обе стороны в такт с изменениями АЧХ низкочастотного модулирующего сигнала. Максимальный размах отклонений частоты несущей от сво­его среднего значения называется девиаци­ей. Оба вида модуляции имеют свои досто­инства и недостатки, что и определяет область их применения.

При AM радиовещательная станция «за­нимает» внутри диапазона полосу частот по­рядка 9 кГц. Это позволяет разместить без взаимных помех около 30 одновременно ра­ботающих станций в диапазоне ДВ и почти 120 - в диапазоне СВ.

При ЧМ с девиацией в 75 кГц на ДВ смог­ли бы уместиться всего 3 станции (вместо 30), а на СВ - 14 станций (вместо 120К От­сюда становится явной нецелесообразность использования ЧМ в диапазонах ДВ и СВ (а заодно и КВ). В то же время на диапазо­нах УКВ вещания, для которых выделены участки 64...73 и 88... 108 МГц, можно без взаимных помех разместить не менее 100 (в первом из этих участков) и не менее 200 (во втором участке) одновременно работа­ющих станций с ЧМ.

Что касается качества самой передачи, то здесь на первое место выступает реально пе­редаваемая полоса частот низкочастотного сигнала, которая при AM составляет полови­ну полосы частот, занимаемых в эфире пере­дающей радиостанцией, т.е. не превышает 4500 Гц. Естественно, что при такой полосе НЧ сигнала не приходится говорить о качествен­ном звуковоспроизведении, а тем более о Hi- Fi (высокой верности) воспроизведении. При ЧМ с девиацией до 75 кГц спектр модулирующих частот даже выходит за гра­ницы звукового диапазона, что позволяет на одной несущей частоте передавать два не зависимых НЧ сигнала по системе стерео­фонии, обеспечивая реальную полосу вос­производимых в каждом канале частот до 12 кГц. Поэтому в диапазоне УКВ удается без труда осуществлять действительно высо­кокачественное радиовещание. Другим очевидным достоинством ЧМ вещания явля­ется то обстоятельство, что ЧМ сигналы абсолютно невосприимчивы к радиопоме­хам, в основе которых чаще всего лежит именно резкое изменение амплитуды пара­зитных колебаний. Однако оба эти очевидные достоинства теряют свое значение, когда речь заходит о предельной дальности распространения УКВ. Даже в лучших случаях она редко дости­гает 150...200 км, а вообще зоной уверенно­го приема УКВ принято считать расстояние до 100 км. Поэтому широкое распространение радиовещания на УКВ с ЧМ неразрывно свя­зано со строительством дорогостоящих рет­рансляционных станций, располагаемых на расстоянии 40...60 км друг от друга на каждом направлении ретрансляции и осуществляю­щих «эстафетную» передачу радиосигналов.

Диапазоны ДВ, СВ и особенно КВ полно­стью свободны от этого недостатка и позво­ляют осуществлять уверенный прием радио- передатчиков на расстояниях в десятки тысяч километров, хотя на эти расстояния существенно влияют электромагнитное со­стояние атмосферы, погодные условия, а также время года и суток. В то же время, как мы уже отмечали, при AM радиосигналы сильно подвержены влиянию атмосферных и промышленных помех, делающих иногда вообще невозможным разборчивый прием. Эти противоречивые особенности двух видов радиовещания привели к тому, что се­годня абсолютное большинство стран ведет одновременное, а порой и дублирующее ве­щание как с AM, так и с ЧМ. А раз так, то и большинство современных ПЗВ оборудо­ваны системами, позволяющими принимать оба вида радиосигналов. Дальше мы будем рассматривать именно такие тюнеры.

Физические принципы обработки ра­диосигналов в схемах ПЗВ. Мы уже уста­новили, что на вход тюнера поступает из антенны совокупное множество сигналов од­новременно работающих радиовещательных и прочих других радиостанций в виде пере­менного напряжения радиочастот как немодулированных, так и модулированных разных ми способами, отличающиеся друг от друга по амплитуде в тысячи и даже десятки тысяч раз.

Между тем в любой данный момент нас интересует сигнал только одной из этих ра­диостанций. В следующий момент мы, воз­можно, захотим принимать сигнал другой станции, но одномоментно нас всегда инте­ресует только одна конкретная станция. Поэтому самая первая и главная задача тюнера - выборка сигнала именно данной станции и одновременное «отсеивание» всех без исключения остальных станций. Эту за­дачу решают элементы входного устройства первого из блоков тюнера - блока селекции.

Физический принцип, лежащий в основе этой функции, одинаков для всех без исклю­чения типов тюнеров. Это принцип электри­ческого резонанса контура, составленного из параллельно или последовательно соеди­ненных индуктивности и емкости. Такой контур обладает свойством изменять свое полное сопротивление в зависимости от ча­стоты приложенного переменного напряже­ния, причем максимальное (или минималь­ное) значение этого сопротивления контур имеет только на одной-единственной часто­те, называемой резонансной.

Применяя в тюнерах различные сочетания резонансных контуров и усилительных эле­ментов, удается решить задачу выделения единственного полезного сигнала из обшей массы сигналов, а изменением резонансной частоты контуров (путем изменения величи­ны входящих в контур емкости или индуктив­ности) - решить задачу перестройки тюнера с приема одной станции на прием другой. Все элементы схемы, обеспечивающие настрой­ку на заданную станцию, принято объединять в так называемый преселектор.

Однако сигнал, выделенный преселектором, обладает как минимум тремя недо­статками. Во-первых, он слишком мал по величине, чтобы обеспечить эффективную работу детектора. Во-вторых, сигналы раз­ных станций по-прежнему различаются меж­ду собой по амплитуде в сотни и тысячи раз. И, наконец, одиночный резонансный контур, как правило, не в состоянии обеспечить до­статочную отстройку от соседних по частоте мешающих станций, особенно если сигналы этих станций по амплитуде намного превос­ходят сигнал «полезной» станции.

Для устранения первого и третьего недо­статков в тюнер вводят каскад (или даже каскады) предварительного усиления на часто­те принимаемого сигнала с собственным настраиваемым резонансным контуром. В этом случае избирательная способность преселектора возрастает, а наличие актив­ного усилительного элемента увеличивает амплитуду выделенного полезного сигнала. Что касается второго недостатка, то он уст­раняется введением схемы автоматической регулировки усиления (АРУ), о которой мы будем говорить позже.

Но даже после предварительного усиле­ния сигналы отдаленных маломощных стан­ций могут измеряться единицами и даже до­лями милливольт, тогда как для нормальной работы детектора необходимо напряжение не менее единиц вольт. Так что оказывается, что выделенный преселектором сигнал нуж­дается как минимум в дополнительном ты­сячекратном усилении. Однако на сегодня ни один усилительный элемент не в состоянии обеспечить такой коэффициент усиления в однокаскадном усилителе, а применение многокаскадного усилителя на частоте при­нимаемого сигнала с сохранением возмож­ности перестройки с одной частоты на дру­гую неизбежно требует использования нескольких перестраивающих элементов с одним общим органом управления. И вот на этом этапе возникает проблема так назы­ваемой «одноручечной» настройки.

Дело в том, что самый простой способ изменения собственной резонансной часто­ты контура состоит в изменении емкости входящего в него конденсатора. Такой оди­ночный переменный конденсатор оказалось создать не трудно, и он появился практичес­ки одновременно с первыми детекторными приемниками. Однако уже для двухкаскад­ного усилителя радиочастоты потребова­лась конструкция, объединяющая два одина­ковых конденсатора на одной общей оси с тем, чтобы при ее вращении емкости в обо­их резонансных контурах изменялись совер­шенно синхронно и на одинаковую величину.

Однако даже двухкаскадный усилитель не обеспечивал необходимые усиление и из­бирательность, а для трех- или четырех­каскадных усилителей требовались соответ­ственно строенные или счетверенные блоки переменных конденсаторов, конструктивное выполнение которых встретило серьезные трудности в части обеспечения абсолютной идентичности всех секций и одинаковой за­висимости изменения емкости от угла пово­рота. Кроме того, увеличение числа каска­дов, работающих на одной частоте, приво­дило к возникновению паразитных обратных связей и самовозбуждению усилителя.

Именно эти препятствия ограничили воз-. мощность построения приемников с прямым усилением принимаемого сигнала на его собственной частоте. К середине 30-х гг. был изобретен способ супергетеродинного при­ема, который вскоре практически полностью вытеснил способ прямого усиления.

Коротко сущность супергетеродинного приема сводится к следующему. Принятый антенной и выделенный входным селекто­ром (и, возможно, усиленный каскадом УВЧ) сигнал на несущей частоте подводится к спе­циальному, обязательно нелинейному, схем­ному элементу. Роль такого элемента может выполнять транзистор или даже обычный диод. Одновременно к этому же элементу подводится другой высокочастотный немодулированный сигнал, частота которого выбирается выше или ниже частоты прини­маемого сигнала на величину, называемую промежуточной.

Вспомогательную высокую частоту гене­рирует особый встроенный в тюнер генера­тор, называемый гетеродином. Его частота также не остается постоянной, а изменяет­ся одновременно (синхронно) с изменением настройки на принимаемые станции. Для это­го переменный конденсатор контура гетеро­дина «насажен» на общую ось с переменным конденсатором входного контура. При помо­щи особых схемных решений достигают того, что при вращении оси управления настрой­кой разность частот между частотой прини­маемой станции и частотой гетеродина, т.е. промежуточная частота, остается практичес­ки неизменной по всему диапазону. Она ока­зывается точно также промодулированной полезным низкочастотным сигналом, что и принимаемая частота. Эту частоту (ПЧ) очень легко выделить из смеси трех сигналов (принимаемый сигнал, сигнал от гетеродина и собственно ПЧ) с помощью настроенного на нее резонансного фильтра (фильтра ПЧ).

В результате можно получить точную ко­пию принимаемого сигнала на некоей другой, промежуточной частоте, при этом сама ПЧ будет оставаться неизменной при перестрой­ке входного контура с одной станции на дру­гую не только в пределах данного диапазона,­ но и на других диапазонах, независимо от их количества и величин несущих частот.

Также оказывается возможным дальней­шую обработку сигнала (и в первую очередь его усиление) осуществлять не на частоте принимаемого сигнала, а на ПЧ, что техни­чески гораздо проще осуществимо и вооб­ще не требует наличия конденсаторов пере­менной емкости.

На рис. 10 приведены схемы детектор­ного приемника, нескольких вариантов при­емников прямого усиления и супергетеро- динных приемников.

Типовые узлы тюнеров. Усилитель вы­сокой частоты (УВЧ). Задача УВЧ состоит в увеличении амплитуды сигнала, выделен­ного из общего спектра входным контуром. Отсюда очевидная необходимость иметь в составе каскада активный усилительный элемент. В сегодняшней БРТА роль такого элемента почти всегда выполняют один или два транзистора (в зависимости от схемы включения), либо часть микросхемы, объе­диняющей в себе функции УВЧ, смесителя и гетеродина.

Рис. 11 Принципиальные схемы УВЧ:

а - однокаскадный по схеме с общим эмиттером с настраиваемым входным контуром и апериодической (резистивной) нагрузкой; б - однокаскадный резонансный по схеме с общим эмиттером с настраиваемыми резонансными контурами на входе и выходе каскада и управляемой схемой АРУ; в - двухкаскадный апериодический с автотрансформатной связью на входе и эмиттерным повторителем

на выходе

На рис. 11 приведены наиболее часто встречающиеся на практике принципиальные схемы УВЧ. Почти всегда входным элементом каскада является согласующий ВЧ трансфор­матор, первичная обмотка которого непос­редственно или через разделительный кон­денсатор подключена к антенне, а вторичная обмотка является индуктивностью входного контура, параллельно которой подключен пе­ременный конденсатор настройки.

Эта вторичная обмотка, как правило, под­ключается через другой разделительный кон­денсатор к базе усилительного транзистора.

Нередко между вводом антенны и пер­вичной обмоткой входного трансформатора включают так называемый фильтр-пробку, назначение которого - максимально воз­можное подавление сигнала на частоте, рав­ной промежуточной.

Съём усиленного сигнала с коллектора возможен несколькими разными способами, определяемыми характером нагрузки каска­да. Нагрузкой каскада УВЧ могут быть обыч­ный резистор (резистивный УВЧ), высокоча­стотный дроссель (апериодический дрос­сельный УВЧ) и, наконец, резонансный кон­тур, подобный входному согласующему ВЧ трансформатору, перестраиваемый одновре­менно со входным трансформатором с помо­щью сдвоенного блока переменных конден­саторов (резонансный УВЧ).

Рис. 10

Схемы радиоприемников:

а - простейший детекторный (0-V-0); б - однокаскадный прямого усиления (1-V-0); в - двухкаскадный прямого усиления (2-V-0) с тремя синхронно перестраиваемыми резонансными контурами; г - простейший супер- гетеродинный с совмещенным гетеродином, однокаскадным УПЧ и схемой АРУ; д - AM супергетеродин высшего класса с каскадом УВЧ, отдельным гетеродином, двухкаскадным УПЧ и эффективной схемой АРУ, охватывающей 4 каскада

Первая схема, не­смотря на исключитель­ную простоту и дешевиз­ну, практически почти не встречается (за исключе­нием сувенирных мало­габаритных приемников). Апериодические дрос­сельные УВЧ встречают­ся гораздо чаще, однако наибольшее применение находят резонансные УВЧ, поскольку обеспе­чивают наибольшее воз­можное усиление при не- значительном уровне собственных шумов.

В приемникax прямо­го усиления высокочас­тотный тракт состоит из нескольких абсолФютно одинаковых каскадов, включенных последова­тельно (см. рис. 10, в). Нагрузкой последнего каскада служит детектор, возможные схемы которо­го мы рассмотрим позже. В супергетеродинных приемниках с однократным преобразо­ванием частоты присутствует один (очень редко - два) каскад УВЧ. Сигнал с выхода каскада подается на вход смесителя (при на­личии отдельного гетеродина - см. рис. 10, д) или преобразователя частоты (с совме­щенным гетеродином - см. рис. 10, г).

Преобразователь частоты. Принцип рабо­ты преобразователя частоты состоит в том, что при одновременной подаче на вход эле­мента с нелинейной вольтамперной характе­ристикой двух сигналов разной частоты на вы ходе этого элемента (в коллекторной цепи транзистора) будут одновременно присут­ствовать сразу четыре разных сигнала - два исходных и два вновь образовавшихся, рав­ных сумме и разности подведенных частот.

С помощью резонансного фильтра из общей смеси сигналов нетрудно выделить одну из двух вновь образовавшихся частот. Это и будет промежуточная частота, на ко­торой в супергетеродинах осуществляется дальнейшее усиление сигнала и формирует­ся необходимая АЧХ тракта УПЧ.

По схемотехнике принято различать пре­образователи с отдельным и с совмещен­ным гетеродином. На практике это выража­ется в том, что в первом случае функции смесителя и гетеродина выполняют два не­зависимых активных элемента (транзисто­ры), во втором случае обе эти функции вы­полняет один общий элемент.

Первая схема полностью исключает вза­имное влияние одного каскада на другой, но требует двух усилительных элементов. Вто­рая схема экономичнее, но всегда сложнее в регулировке и требует более тщательного выбора величин входящих в схему пассивных элементов.

Если смесительный каскад по существу мало чем отличается от обычного каскада УВЧ (разница состоит только в выборе ра­бочей точки усилительного элемента, обес­печивающей нелинейность его характери­стики), то схемы гетеродинов достаточно разнообразны.

На сегодня в промышленных тюнерах чаще всего встречаются три схемы гетеро­динов, известные по именам их создателей: Мейсснера, Хартлея и Доу. По физическому принципу их еще называют схемами с транс­форматорной обратной связью, с индуктив­ной «трехточкой» и с емкостной «трехточкой» (рис. 12).

Рис. 12 Принципиальные схемы гетеродинов:

а- с трансформаторной обратной связью (схема Мейсснера); б - с индуктивной «трехтонкой» (схема Хартлея); в - с емкостной «трехтонкой» (схема Доу)

В преобразователях с совмещенным ге­теродином чаще применяется индуктивная «трехточка», поскольку она имеет наиболее простую коммутацию при переходе с одно­го диапазона на другой. Принципиальные схемы наиболее типичных преобразовате­лей частоты приведены на рис. 13.

Рис. 13. Принципиальные схемы преобразователей частоты:

а -с совмещенным гетеродином на одном транзисторе в схеме двухдиапазонного (ДВ-СВ) приемника с магнитной антенной; б - канала AM с отдельным гетеродином по схеме индуктивной «трехтонки» на общей микросхеме

Усилитель промежуточной частоты (УПЧ). В современных приемниках могут встретить­ся тракты УПЧ с двумя или тремя каскадами на дискретных транзисторах, однако значи­тельно чаще попадаются УПЧ, выполненные на одной микросхеме, включающей в свой состав, как правило, и каскады детекторов сигнала и АРУ. На входе такой микросхемы обычно включена

группа одиночных контуров (3-5 шт.), образующих фильтр сосредоточенной селекции (ФСС), формирующий необходи­мую форму АЧХ тракта, либо, гораздо чаще, особый пьезокерамический фильтр, имею­щий заранее сформированную необходи­мую форму АЧХ.

Помимо двух основных функций - уси­ление модулированного сигнала ПЧ и фор­мирование АЧХ с заданной полосой пропус­кания и степенью подавления побочных сигналов - тракт ПЧ, как правило, осуществ­ляет еще и автоматическую регулировку ко­эффициента усиления (АРУ). Такая регули­ровка осуществляется путем ввода в базовую цепь транзисторов постоянного напряжения, вырабатываемого схемой общего или отдель­ного детектора. Это напряжение пропорцио­нально величине входного сигнала принима­емой станции, поэтому при соответствующем выборе полярности постоянного напряжения увеличение входного сигнала приводит к сдвигу рабочих точек транзисторов в сторо­ну их закрывания, что эквивалентно уменьше­нию коэффициента усиления всего УПЧ.

Существует довольно много разных схем АРУ: простая, с задержкой, с усилением по постоянному току, с регулировкой «назад», с регулировкой «вперед», ключевая и др. Выбор той или иной схемы обычно опреде­ляется условиями приема и особенностями распространения сигналов на той или иной рабочей частоте. В подавляющем большин­стве ПЗВ используется простая АРУ с задер­жкой. Смысл задержки состоит в том, что с помощью дополнительного опорного на­пряжения устанавливается минимальный уровень входного сигнала (порог срабатыва­ния АРУ), ниже которого система АРУ не включается. Это исключает возможность уменьшения коэффициента усиления УПЧ при приеме и без того слабых сигналов ма­ломощных удаленных станций.

Принципиальные схемы наиболее типич­ных трактов ПЧ приведены на рис. 14.

Рис. 14

а - двухкаскадный апериодический УПЧ с фильтром сосредоточенной селекции на входе и схемой АРУ; б - УПЧ, детектор сигнала и схема АРУ на одной микросхеме (канал AМ)

Детектор. Последним звеном любого ПЗВ является демодулятор (или, как его чаще называют, детектор). Название «демо­дулятор» совершенно точно отражает задачу этого устройства: осуществить процесс, об­ратный тому, с помощью которого на переда­ющей станции полезный низкочастотный сиг­нал «насадили» на сигнал несущей частоты.

По физической сущности детектор пред­ставляет собой обычный однополупериодный выпрямитель, в котором за счет особых схем включения дополнительных RC фильт­ров полностью ликвидируется (подавляется) сигнал несущей частоты, а на выходе выде­ляются два самостоятельных сигнала - соб­ственно низкочастотная (звуковая) составля­ющая, являющаяся главным продуктом тюне­ра, и постоянная составляющая, величина которой строго пропорциональна ЭДС сиг­нала принимаемой станции. Эта постоян­ная составляющая используется для осуще­ствления АРУ. Типовые принципиальные схемы детекторов приведены на рис. 15.

Рис. 15. Принципиальные схемы детекторов:

а - однодиодный детектор AM сигнала и схемы АРУ с задержкой (Е_зд); б - раздельные диодные детекторы AM сигнала и схемы АРУ с задержкой (Езд); в - детектор ЧМ сигнала по схеме «детектор отношений» («дробный детектор»)

До сих пор мы рассматривали общий принцип построения схем тюнеров, не раз­деляя их на приемники с AM и ЧМ. Это впол­не закономерно, поскольку именно принцип построения схем для обоих видов приемни­ков по существу одинаков. Тем не менее каж­дый из этих видов приемников имеет свою специфику, определяемую не только видом модуляции, но и существенно разными диа­пазонами принимаемых частот.

Кроме того, совершенно различны схемы AM и ЧМ детекторов, использующих разные физические принципы демодуляции. Более того, в состав схемы УПЧ ЧМ обязательно вхо­дит дополнительный каскад - амплитудный ограничитель, которого нет в схеме УПЧ AM.

Наконец, в тюнерах высших классов должна обеспечиваться возможность приема стерео­фонических радиопередач, что влечет за со­бой усложнение ПЧ-ЧМ тракта схемой специ­ального узла - декодера стереосигналов.

На рис. 16 приведена принципиальная схема декодера стереосигналов с индикато­ром их наличия уже упоминавшегося отече­ственного радиоприемника «Рига-101».

Рис. 16

А теперь рассмотрим принципиальную схему довольно простого «карманного» ра­диоприемника Sony ICF-480S (рис. 7.17), предназначенного для работы в трех диапа­зонах: двух стандартных - КВ и СВ (SW и MW) и одном сдвоенном, включающем в себя два УКВ ЧМ радиовещательных диа­пазона (64...108 МГц).

Радиоприемник выполнен по типовой схе­ме на базе микросхемы IC1 типа CXA1019S, содержащей УРЧ, преобразователь частоты, тракты УПЧ ЧМ и AM, частотный и амплитуд­ный детекторы и УЗЧ. Переключение трактов осуществляется находящейся в микросхеме простой логической схемой, управление кото­рой производится через выв. 16 микросхемы.

Входные и гетеродинные контуры пере­страиваются счетверенным переменным конденсатором CV-1.

Для работы в диапазонах УКВ использует­ся штыревая антенна W1, сигнал с которой через выв. 13 подается на вход УРЧ. К нему через выв. 10 микросхемы подключен пере­страиваемый опорный контур L4CV1.2СТ2С5. Гетеродинный контур L5CV1.3CT3C6 под­ключен к выв. 8 микросхемы.

В диапазонах ДВ и СВ используется маг­нитная антенна и контуры L1CT8C2, L3CT1, L8CT6C9 и L7CT4C11, перестраиваемые секциями CV1.1 и CV1.4 переменного кон­денсатора.

AM сигнал на вход УРЧ поступает через выв. 11 микросхемы. Гетеродинная схема контуров AM подключается к выв. 6 микро­схемы.

С выхода преобразователя частоты (выв. 16 микросхемы) сигнал AM через ВЧ трансформатор Т1 подается на пьезокера­мический фильтр CF2, настроенный на ПЧ звука 455 кГц, и далее (через выв. 17 микро­схемы) - на тракт обработки и усиления сиг­нала ПЧ AM. С выхода смесителя (выв. 15 микросхемы) сигнал ПЧ ЧМ поступает на пьезокерамический фильтр CF3 (10,7 МГц) и далее через выв. 18 микросхемы - в тракт обработки сигнала ПЧ ЧМ.

УПЧ AM тракт не имеет внешних контуров и с выхода его амплитудного детектора сиг­нал через внутренний коммутатор поступа­ет на УЗЧ. УПЧ ЧМ тракт имеет в частотном детекторе фазосдвигающий элемент - пье­зокерамический резонатор CF1, подключен­ный к выв. 3 микросхемы.

Регулировка громкости приемника про­изводится электронным способом путем из­менения постоянного напряжения на выв. 5 микросхемы переменным резистором RV1, совмещенным с выключателем питания S3.

Приемник питается либо от внутренней батареи ВАТТ, либо от внешнего источника, подключаемого к гнезду J2. При этом бата­рея отключается.

Головные телефоны могут быть подклю­чены к приемнику через гнездо J1, при этом динамическая головка SP1 отключается.

Рис 17

Аудиоплееры

Конструктивные и схемотехнические ре­шения аудиоплееров целиком определяют­ся их назначением и продиктованы специфи­кой условий эксплуатации. Что это за усло­вия и каково их основное назначение?

Ответ на второй вопрос заключен в самом названии плеера. В вольном переводе с анг­лийского это звучит как «воспроизводитель звукозаписи» - именно такой смысл заклады­вался в этот вид изделия БРТА в момент его рождения. И этим сразу же подчеркивалось главное отличие плеера от обычного магни­тофона или диктофона: аудиоплеер первона­чально предназначался исключительно для воспроизведения магнитных фонограмм и не предусматривал системы записи.

Что касается главной отличительной особенности аудиоплеера, то ее можно оп­ределить как носимый аппарат. Обобщая эти два определения, можно сказать, что аудиоплеер - это носимый кассетный магни­тофон, предназначенный исключительно для воспроизведения фонограмм с магнитной ленты. Именно такому определению и соот­ветствовали первые аудиоплееры, появивши­еся на свет всего лишь 15-20 лет назад.

При разработке, проектировании и со­здании любого аудиоплеера как на заре его появления, так и сегодня во главу угла ста­вятся следующие требования:

· конструкция должна иметь минималь­но достижимые габариты и массу;

· аппарат должен иметь минимально до­стижимое потребление электроэнергии, по­скольку изначально предусматривается его питание от сменных гальванических элемен­тов или аккумуляторов;

· в схеме и конструкции должны быть учтены и решены проблемы, связанные со специфическими условиями эксплуатации плеера как носимого аппарата: возможные значительные перепады температуры (в том числе и резкие), высокая влажность окружа­ющего воздуха, прямое солнечное облуче­ние, вибротряска, ударные нагрузки и т.п.;

· управление плеером должно быть пре­дельно простым, если не сказать примитив­ным, допускающим «слепое», на ощупь, нажатие кнопок и вращение органов регу­лировки звука (громкость, тембр), в том числе и при эксплуатации «на ходу», в про­цессе движения;

· любое произвольное и не всегда адек­ватное пользование любыми выведенными наружу органами управления плеера (кноп­ками, регуляторами) не должно приводить к возникновению нештатных ситуаций, а тем более - к его поломкам. Впрочем, это тре­бование можно отнести и к любому друго­му виду БРТА.

Вот такой «букет» ограничений и требо­ваний привел к созданию в некотором роде типичной конструкции аудиоплеера, которой сегодня придерживается абсолютное боль­шинство фирм-производителей.

Однако между сегодняшними аудиопле­ерами и их «прадедушками» - дистанция ог­ромного размера. Что представляли из себя с точки зрения конструкции, схемотехники и потребительских параметров первые об­разцы этой продукции?

Прежде всего аудиоплеер, в отличие от «нормальных» многорежимных магнитофо­нов, всегда рассчитан на использование толь­ко одного типоразмера кассеты с магнитной лентой при одной скорости ее протяжки.

В зависимости от модели (а в основном - от ее стоимости) встречались варианты ки­нематики, рассчитанные либо только на про­тяжку ленты в режиме воспроизведения, либо допускающие, помимо воспроизведе­ния, ускоренную перемотку вперед, либо со­четающие режим воспроизведения с уско­ренной перемоткой в обоих направлениях. Практически во всех плеерах предусматри­вался режим автостопа по окончании проиг­рывания кассеты.

Сочетание обязательных требований к минимальным размерам и максимальной экономичности, а также того факта, что пле­ер является предметом исключительно ин­дивидуального пользования, привело к тому, что в плеерах отсутствует громкоговоритель, а роль звуковоспроизводящего устройства выполняют миниатюрные головные телефо­ны. При этом обеспечиваются как высокая экономичность по питанию (для нормальной работы современных головных телефонов достаточна электрическая мощность не бо­лее десятков милливатт), так и минимальные габариты плеера.

Одновременно с этим головные телефо­ны обеспечивают стопроцентную индивиду­альность пользования, поскольку окружаю­щим работа плеера не слышна.

Электрическая часть схемы абсолютно­го большинства «старых» аудиоплееров со­биралась на дискретных элементах и тран­зисторах либо концентрировалась вокруг одной-единственной специальной микро­схемы, обеспечивающей выполнение всех без исключения функций.

Электропитание большинства аудиопле­еров осуществлялось от двух полутораволь­товых гальванических элементов, поскольку специальные миниатюрные микродвигатели для кинематики плееров были рассчитаны на номинальное напряжение около 3 В.

Чтобы предельно уменьшить «толщину» плеера, загрузка кассеты, как правило, осу­ществляется не вдвижением в «окно», как у автомагнитол, а опусканием ее сверху на кассетоприемник после открывания верхней откидной крышки. Такое решение позволи­ло создавать плееры, размеры которых вме­сте со вставленной кассетой оказываются соизмеримыми с габаритами самой кассе­ты. Иллюстрацией к этому могут служить сле­дующие цифры:

· размеры стандартной аудиокассеты 100x64x12 мм

· размеры аудиоплеера JC-108 фирмы SHARP 117x88x35 мм

Несмотря на ряд предельных упрощений в схеме и конструкции, даже «старые» аудио­плееры обеспечивали более чем удовлетво­рительное качество звучания. К примеру, полоса реально воспроизводимых частот у «стандартных» моделей лежала в пределах20…..10 000 Гц при соотношении сигнал/ шум 54 дБ, доходя у некоторых моделей до 8…. 12 000 Гц при работе на головные теле­фоны (over head).

В этих моделях расширение спектра в области низших частот обеспечивается зачастую специальной конструкцией амбюшур (уплотняющих прокладок между из­лучающей стороной наушника и ушной ра­ковиной). Несколько меньший диапазон воспроизведения обеспечивают звукоизлучатели, вставляемые непосредственно в ушную раковину (inner ear). Некоторые наиболее «продвинутые» ста­рые модели аудиоплееров имели даже сер­висные излишества в виде регулировки тем­бра по высоким частотам, а в модели JC-110 фирмы SHARP имелся даже трехполосный графический эквалайзер, позволявший ре­гулировать тембр по краям и в центре зву­кового спектра на глубину ±10 дБ.

Сегодняшние аудиоплееры роднит с их предшественниками разве что название да прилагательное носимый. Начнем с того, что сегодняшний плеер - это полноценный мно­гофункциональный радиоаппарат сугубо ин­дивидуального пользования, реализующий (кроме записи и перезаписи магнитограмм) практически все функции современных ста­ционарных аппаратов и не уступающий им по качественным показателям.

Многие современные аудиоплееры, по­мимо изначально заложенной функции вос­произведения магнитограмм со стандартно­го кассетного носителя, имеют встроенный двухдиапазонный радиоприемник (AM-FM) с чувствительностью порядка 5 мкВ/м в ди­апазоне FM и 0,5 мВ/м в диапазоне AM, сис­тему автоматического поиска работающих станций и их запоминание в системе долго­срочной памяти для последующего беспоискового выбора до 5 станций в каждом диа­пазоне, систему автоподстройки частоты и «бесшумной» настройки, возможность вос­произведения стерео- и мономагнитограмм при четырехдорожечном тракте как в пря­мом, так и в обратном направлениях при на­личии функции «автореверс».

В ряде аудиоплееров, помимо приема ра­диовещательных станций, возможен прием звукового сопровождения телеканалов с 1 - го по 12-й (модель RQ-SW70 фирмы PANASONIC).

Полоса реально воспроизводимых частот у большинства моделей составляет 40... 18 ООО Гц, опускаясь в сторону низших частот до 31,5 Гц (модель RQ-X20 той же фирмы).

Номинальная выходная мощность в ре­жиме «стерео» колеблется в пределах от 2x4 до 2x20 мВт, удваиваясь в режиме «моно».

Для управления большинством много­функциональных аудиоплееров аппарат ком­плектуется миниатюрным выносным про­водным ПДУ, а также жидкокристаллическим многофункциональным дисплеем, отражаю­щим текущее состояние аппарата, режим его работы, частоту настройки работающей станции, состояние элементов питания и т.п.

Самое поразительное состоит в том, что подобное масштабное увеличение функци­ональных возможностей не только не приве­ло к увеличению габаритов и массы, но, на­против, позволило сделать плеер еще более компактным и легким. Это наглядно видно, если сравнить уже приводившиеся выше размеры одного из лучших в свое время пле­еров с размерами некоторых сегодняшних многофункциональных моделей:

Дата добавления: 2015-11-04