Принцип действия радиопередатчика. Радиоволны. принципы приема и передачи радиосигналов. Помехи и ам

В примере, рассматривается радиоприемник Альпинист, модель — 321 \фото № 1\. На лицевой панели расположены:

• переключатель диапазонов для длинных и средних волн;
• ручка включения радиоприемника с регулятором громкости

и ручка настройки.

На задней стенке приемника расположены гнезда для подключения:

внешней антенны;

заземления;

наушников

и гнездо для подключения разъема с проводом от блока питания \фото №2\. Радиоприемник относится к третьему классу, выпуск — 1982 год.

Узлы и детали — приемника Альпинист

Для осмотра деталей и внутренней конструкции приемника, необходимо открутить всего лишь два болта \фото №3, фото №4\, головки болтов которых выполнены под плоскую отвертку.

На печатной плате расположены основные узлы и детали приемника Альпинист-321 \фото №5\. Сам корпус приемника изготовлен из полистирола. К узлам радиоприемников относятся электромонтажные схемы печатных плат:

блока питания;

блока УКВ;

блока УНЧ;

блока КСДВ

К деталям приемника \радиодеталям\, относятся:

резисторы;

конденсаторы;

печатной платы;

силового трансформатора

и деталей, смонтированых на печатной плате, необходимых для стабилизации и выпрямления тока. То-есть, в дополнение к силовому трансформатору, — обычно такая схема состоит из нескольких:

• резисторов;

  транзисторов

и конденсатора.

Указание деталей — на плате приемника

На четырех фотоснимках \фото №№ 6,7,8,9\ приемника Альпинист-321, авторучкой указаны катушки входных контуров:

для длинных волн \L3\;

для средних волн \L1\

и две катушки связи:









Все катушки намотаны на ферритовом стержне магнитной антенны. Магнитная антенна, для данного приемника, необходима для принятия радиоволн двух диапазонов — длинных и средних волн.

И чтобы это выглядело более понятливо, сопоставим фотоснимки \6,7,8,9\ с конструкцией магнитной антенны радиоприемника:



конструкция магнитной антенны

На фотоснимке №10 дано изображение оси ручки настройки. При помощи верньерного устройства \механики передаточного отношения\, передается сила для совершения вращения шкива КПЕ — конденсатора переменной емкости.



Привод верньерного устройства передает свое движение указателю шкалы, где при визуальном наблюдении за шкалой мы наблюдаем установленную нами частоту принимаемого сигнала. \фото №11\.



Переключателем диапазонов осуществляется переключение принимаемого сигнала для длинных и средних волн \фото №12\.



Настраивание приемника на необходимую нам частоту осуществляется двухсекционным блоком КПП. Подобные блоки, по своей конструкции могут выглядеть как с воздушным так и с твердым диэлектриком. Для данного приемника диэлектрик — воздушный, емкость которого составляет от 9 до 280 пикофарад \фото №№ 13,14\.





В целом, данная радиодеталь называется — конденсатором переменной емкости , в конструкции которого входят — подвижная и неподвижная части пластин:

ротор — подвижная часть;

статор — неподвижная часть

конструкции.

Указание деталей на схеме

На схеме, конденсатор переменной емкости выглядит следующим образом \фото №№ 15,16\:





То-есть, для данной схемы мы можем заметить, что два конденсатора соединены пунктирной линией и являются в общем — двухсекционным конденсатором.

Осью регулятора громкости при его вращении, изменяется сопротивление в цепи \фото №№ 17,18\. В общих чертах, регулятор громкости выполняет функцию реостата.





В радиосхемах \фото №№ 19,20\, регулятор громкости имеет графическое обозначение как переменный резистор , при помощи которого осуществляется плавное регулирование сопротивления в цепи. От переменного резистора \фото №19\ как можно заметить, — отходит пунктирная линия к замыкающему и размыкающему ключу \фото №20\. Из данного обозначения следует, что регулятором громкости осуществляется не только регулирование звука но и осуществляется включение и отключение приемника.





В следующем фрагменте схемы \фото №21\ указан отсек с элементами питания на 9 В. Данный отсек, как видно по схеме, — имеет разъемное контактное соединение со схемой приемника.



На печатной плате \фото №№ 22,23\ указаны авторучкой — подстроечные конденсаторы переменной емкости . Корпус конденсатора выполнен из керамики с твердым диэлектриком. Емкость подстроечных конденсаторов небольшая и обычно составляет от 1,5 до 20 пикофарад, настройка которых осуществляется в заводских условиях. Если посмотреть внимательно, рядом с конденсаторами указаны их названия — С1,С2. Далее, смотрим по схеме.




Соответственно, такие подстроечные конденсаторы переменной емкости в схеме обозначены следующим образом \фото №№ 24,25\, емкость которых составляет от 5 до 20 пикофарад \как указано в схеме\. Указанные конденсаторы \С1,С2\, как видно по схеме, соединены с входными контурами магнитной антенны.





На двух фотоснимках печатной платы \фото №№ 26,27\ указаны подстроечные резисторы с плавной регулировкой. Регулировка таких резисторов проводится также, на заводе, — при изготовлении приемника.



Радио 1953 №8-9

Как известно, применение ЧМ позволяет ослабить влияние помех на радиоприём.

Атмосферные помехи практически не мешают приёму на УКВ. Помехи, создаваемые другими радиостанциями, также не опасны на диапазоне УКВ, если радиостанции правильно в нём размещены. «Вместимость» УКВ диапазона достаточно велика. Поэтому в его пределах может работать большое число УКВ радиостанций без взаимных помех.

Промышленные помехи сильно сказываются на приёме ДВ и СВ радиостанций и гораздо слабее на приёме УКВ радиостанций. Однако в крупных городах, где уровень этих помех бывает достаточно велик, задача организации качественного радиовещания на УКВ без помех оказывается всё же не столь простой. Источниками помех на УКВ являются различные промышленные установки и особенно автомобильные двигатели. Широкое развитие автотранспорта привело к тому, что в крупных городах влияние этих помех стало очень заметным и на УКВ диапазоне.

Собственные шумы приёмника практически сказываются лишь в приёмниках, обладающих очень высокой чувствительностью.

Как известно, в цепях приёмника всегда возникают небольшие «хаотические» напряжения, обусловленные неравномерным и нерегулярным движением электронов. Так, например, поток электронов, излучаемый катодом электронной лампы, не остаётся абсолютно равномерным, а испытывает незначительные нерегулярные изменения, влияние которых становится заметным при большом усилении. Такие же нерегулярные движения электронов существуют в любом проводнике, даже если он не подключён к источнику электроэнергии.

Хаотические движения электронов создают в проводниках хаотические напряжения, которые в результате многократного усиления чувствительным приёмником проявляются на его выходе как равномерный шум, напоминающий шипение примуса. «Шумящими» элементами приёмника обычно оказываются его входные цепи и первая лампа.

Отметим, что собственные шумы приёмника проявляются лишь в случае приёма очень слабых сигналов при большом усилении. Собственные шумы возникают в приёмнике независимо от того, на каком диапазоне проводится приём.

ПОМЕХИ И АМ

Импульсы помех от электрозажигания автомобильного двигателя следуют друг за другом соответственно вспышкам запальных свечей (рис. 1, а). Нарастание и затухание каждого из импульсов происходят в течение миллионных долей секунды. Воздействуя на приёмник, такие импульсы создают в его контурах переменные напряжения, имеющие затухающий характер; частота этих колебаний равна резонансной частоте контуров.

Рис. 1. а - импульсы помехи, излучаемые системой электрозажигания автомашины; б - импульсы помехи изменяются в приёмнике по форме и продолжительности; в - немодулированные колебания, возбуждаемые радиоволнами принимаемой радиостанции; г - от действия помех принимаемые колебания модулируются как по амплитуде, так и по частоте; д - колебания после ограничителя амплитуды.

Рис. 2. а - токи «гладких» помех; б - немодулированные колебания, возбуждаемые радиоволнами принимаемой радиостанции; в - от действия помех принимаемые колебания модулируются как по амплитуде, так и по частоте; г - колебания после ограничителя амплитуды.

При прохождении импульсов помех через колебательные контуры приёмника форма и продолжительность этих импульсов изменяются (рис. 1, б). Происходит это потому, что установление и затухание электрических колебаний происходят в контурах не мгновенно, а в течение некоторого промежутка времени. Поэтому при возникновении импульса амплитуды напряжения в контурах приёмника нарастают постепенно, а при исчезновении импульса они тоже затухают не сразу (рис. 1, б).

Для упрощения дальнейших рассуждений представим, что принимаемый сигнал немодулирован (рис. 1, в). При этом действие помех на сигнал проявляется как увеличение и уменьшение амплитуды его колебаний в зависимости от того, с каким мгновенным значением напряжение сигнала складывается с напряжением возникшего импульса помехи. Следовательно, принимаемые колебания в этом случае оказываются модулированными по амплитуде; огибающая их «отображает» импульсы помех (рис. 1, г). При детектировании таких колебаний обычным (амплитудным) детектором выделяются низкочастотные напряжения помех. После соответствующего усиления эти напряжения воздействуют на громкоговоритель, который воспроизводит их как трески и щелчки.

Существо описанного процесса не изменяется и в случае действия собственных шумов приёмника. Помехи этого вида (рис. 2, а) называются «гладкими» в отличие от помех импульсных, только что рассмотренных. Воздействуя на принимаемые колебания (рис. 2, б), эти помехи также изменяют их амплитуду (рис. 2, в). После детектирования таких колебаний возникает напряжение звуковой частоты, которое изменяется в соответствии с ходом огибающей.

Отметим следующее важное обстоятельство. Как известно, напряжение низкой частоты, а следовательно, и громкость звука тем больше, чем больше глубина модуляции детектируемых колебаний. Поэтому, чем сильнее (глубже) помехи модулируют принимаемые колебания по сравнению с полезной глубиной модуляции, осуществлённой в передатчике, тем сильнее действие помех.

Ослабить помехи можно, сужая полосу пропускания приёмника. Чем острее резонансная кривая контуров приёмника, тем медленнее происходит нарастание и затухание колебаний в контурах под действием помехи и тем меньше энергия этих колебаний.

ПОМЕХИ И ЧМ

При ЧМ токи звуковой частоты, созданные микрофоном, воздействуют на частоту колебаний токов радиопередатчика. В приёмнике ЧМ из принятых колебаний должны быть выделены токи звуковой частоты, по характеру такие же, как и токи микрофона. Этот процесс также называется детектированием, но осуществляется он с помощью частотного детектора иначе, чем при АМ.

Как известно, при сложении колебаний с различными частотами суммарные колебания всегда имеют частоту, отличающуюся от частоты каждого из слагаемых колебаний. Действие же помех на принимаемый сигнал и есть сложение колебаний с различными частотами, так как частоты помехи и сигнала отличаются друг от друга.



Рис. 3. Схема ограничителя и его амплитудная характеристика

Импульсные помехи, как уже отмечалось, создают затухающие колебания с собственной частотой контуров приёмника. Частота же сигнала практически всегда отличается от частоты колебаний, вызванных помехой, так как она никогда не совпадает точно с собственной частотой контуров приёмника. Различие в частотах колебаний помех и сигнала существует также и при гладких помехах, потому что последние состоят из разных частот, лежащих в полосе пропускания приёмника.

Поэтому помехи изменяют не только амплитуду, но и частоту колебаний принимаемого сигнала (см. рис. 1, г и 2, в). Следовательно, они должны прослушиваться и при ЧМ, так как частотный детектор реагирует на изменение частоты колебаний и потому он должен выделить токи помех.

Итак, действие помех на принимаемый сигнал проявляется в двух формах, причём в случае АМ приходится считаться с одной формой, а в случае ЧМ - с другой В самом деле, обычный амплитудный детектор отвечает на изменения амплитуды принимаемых колебаний, но не отвечает на изменения их частоты. Частотный же детектор, наоборот, должен отвечать на изменения частоты колебаний и не должен реагировать на изменения их амплитуды. Если же детектор будет отвечать на обе формы действия помех, то легко заключить, что влияние помех усилится.

Для того чтобы частотный детектор не реагировал на изменения амплитуд принятых колебаний, последние надо ограничить так, чтобы уничтожить амплитудную модуляцию, создаваемую помехами. Это осуществляется специальным устройством - ограничителем амплитуды. Как видно из рис. 1, д и 2, г, после ограничения получаются колебания, модулированные только по частоте; амплитудная модуляция, вызванная действием помех, устраняется. Таким образом ограничитель уменьшает влияние помех.

В некоторых случаях с той же целью применяется ограничение амплитуды и при приёме АМ радиостанций. Но это ограничение не может быть значительным, так как при сильном ограничении амплитуды принимаемый сигнал искажается. В случае ЧМ, как бы ни было велико ограничение амплитуды, оно не вносит изменений в процесс качания частоты, а следовательно, не искажает сигнала.

Важное значение имеет и отношение напряжений помехи и сигнала. Чем больше амплитуда помехи, тем больше и пределы, в которых помеха может вызвать качание частоты.

Рис. 4. Диаграммы работы ограничителя: а - когда амплитуды напряжения на сеточном контуре малы, лампа работает в режиме усилителя; б - при увеличении напряжения верхушки его отрицательных амплитуд отсекаются; в, г - дальнейшее увеличение напряжения ведёт к ограничению напряжения ни анодном контуре

Иное положение при АМ. При том же соотношении уровней принимаемого сигнала и помех последние будут создавать глубину модуляции, достигающую 50%, и оказывать сильное действие, так как полезная модуляция не может превысить 100%.

ОГРАНИЧИТЕЛЬ АМПЛИТУДЫ

Распространённой схемой ограничителя амплитуды является так называемый сеточный ограничитель (рис. 3). Он включается на выход канала промежуточной частоты приёмника (до ЧМ детектора). Отрицательное смещение на управляющую сетку его лампы подаётся с сопротивления R утечки сетки.

Промежуток сетка - катод лампы ограничителя является как бы диодом, осуществляющим детектирование принятых колебаний. При детектировании возникает сеточный ток, величина которого тем больше, чем больше амплитуда колебаний на сеточном контуре. Полярность выпрямленного напряжения такова, что сетка получает отрицательный потенциал относительно катода.

До тех пор пока напряжение на сеточном контуре ограничителя сравнительно невелико (порядка 1-2 В и менее), лампа работает, как обычный усилитель (рис 4, а), т. е. напряжение на анодном контуре пропорционально напряжению на его сеточном контуре. При увеличении амплитуды подводимого напряжения отрицательное смещение на управляющей сетке возрастает.

Если при этом смещение на сетке увеличится настолько, что рабочая точка на характеристике лампы передвинется к нижнему сгибу, происходит отсечка верхушек отрицательных полупериодов приложенного напряжения (рис. 4, б) и рост выходного напряжения замедляется.

Если же амплитуда напряжения на входе ограничителя достигнет значительной величины (3-4 В и более), то смещение на сетке лампы увеличивается настолько, что рабочая точка смещается влево от нижнего загиба характеристики лампы (рис. 4, в) и при дальнейшем росте входного напряжения амплитуда импульсов анодного тока практически перестаёт увеличиваться (рис. 4, г). Это приводит к тому, что напряжение промежуточной частоты на анодном контуре ограничителя также больше не растёт, т. е. происходит ограничение амплитуды колебаний.

Получающаяся в результате рассмотренного процесса амплитудная характеристика ограничителя изображена на рис. 3. До точки А на этой характеристике выходное напряжение ограничителя возрастает пропорционально входному, так как лампа работает на прямолинейном участке характеристики. На участке АБ кривой уже нет этой пропорциональности, так как рабочая точка приближается к нижнему сгибу характеристики. После точки Б приращение выходного напряжения практически прекращается, несмотря на значительное увеличение входного напряжения Точка Б кривой, соответствующая такому входному напряжению, после которого выходное напряжение практически не увеличивается, называется «порогом ограничения». Очевидно, что ограничитель действует только тогда, когда входное напряжение превышает «порог ограничения».

ЧАСТОТНЫЙ ДЕТЕКТОР

Можно ли принять ЧМ колебания на обычный УКВ приёмник? Оказывается, можно, если расстроить его настолько, чтобы несущая частота ЧМ колебаний оказалась в пределах наклонной части (а не на вершине) резонансной кривой его контуров (Напомним, что резонансная кривая выражает характер изменения величины напряжения, (или тока) в контуре в зависимости от частоты, подводимых колебаний.).

Процесс преобразования ЧМ колебаний в АМ колебания этим способом поясняется рис. 5. Если несущая частота принимаемых колебаний соответствует точке А, находящейся на середине наклонной части резонансной кривой, то при качании частоты амплитуды напряжения на контуре изменяются в пределах от А до Б и до В, Изменения амплитуды высокочастотного напряжения, которые графически отображает огибающая, происходят при этом в некоторых пределах по тому же закону, что и изменения частоты колебаний. Полученные таким способом модулированные по амплитуде колебания далее детектируются обычным амплитудным детектором. Очевидно, что эти колебания остаются модулированными и по частоте, но это не имеет значения, поскольку амплитудный детектор нечувствителен к изменениям частоты.

Указанный простейший способ преобразования АМ колебаний в ЧМ колебания не нашёл широкого применения на практике главным образом потому, что при нем преобразованные колебания оказываются искажёнными: вершины и впадины огибающей «уплощаются» (см. рис. 5). После детектирования форма токов низкой частоты также будет искажённой. Поэтому и громкоговоритель будет воспроизводить принимаемую передачу с искажениями.

Из рис. 5 нетрудно увидеть, что искажения возникают из-за наличия криволинейных участков резонансной кривой, поскольку на этих участках изменения частоты вызывают гораздо меньшие изменения амплитуды, чем на средней части склона резонансной кривой, которая имеет почти прямолинейный участок. Искажения можно уменьшить, если удлинить средний участок резонансной кривой путём ухудшения добротности контура. Но при этом уменьшится наклон резонансной кривой, что приведёт к уменьшению напряжения звуковой частоты на нагрузке детектора. В результате частотный детектор станет менее чувствительным к величине качания частоты.

Одна из широко применяемых на практике схем частотного детектора изображена на рис. 6. Она содержит резонансные контуры L1C1 и L2C2 настроенные на одну частоту, диоды Д1 и Д2, их нагрузочные сопротивления и другие детали.

Ток, выпрямленный диодом Д1 проходит через сопротивления, R1 и R2 и верхнюю половину катушки индуктивности, L2. На сопротивлении R1 возникает выпрямленное напряжение с положительным полюсом в точке А и отрицательным в точке В. Ток, выпрямленный диодом Д2, проходит через сопротивления R2 и R3 и нижнюю половину той же катушки индуктивности; при этом на сопротивлении R2 возникает выпрямленное напряжение с положительным полюсом в заземлённой точке Б и отрицательным в точке В.

Выходными точками схемы детектора являются точки А и Б, поэтому выходное напряжение представляет собой разность напряжений на сопротивлениях R1 и R2, поскольку напряжения на этих сопротивлениях направлены навстречу друг другу.

Если на оба диода действуют напряжения принятого сигнала с одинаковыми амплитудами» одинаковы будут и выпрямленные напряжения на сопротивлениях R1 и R2. Поэтому напряжение между точками А и Б в этом случае равно нулю.



Рис. 5. Преобразование ЧМ колебаний в колебания, модулированные по амплитуде с помощью расстроенного колебательного контура.

Если же на диод Д1 поступит высокочастотное напряжение с амплитудой, превышающей амплитуду напряжения на диоде Д2, то напряжение на сопротивлении R1 превысит напряжение на сопротивлении R2. В таком случае точка А будет иметь положительную полярность относительно точки Б. Если же на диод Д1 поступит напряжение с меньшей амплитудой, чем на диод Д2, то напряжение на R1 окажется меньше, чем на R2. В этом случае точка А будет иметь отрицательную полярность относительно заземлённой точки Б. Следовательно, выходное напряжение может иметь различную полярность в зависимости от соотношения напряжений сигнала на диодах.



Рис. 6. Одна из схем частотного детектора

Теперь нам нужно понять, как в описываемой схеме передаётся напряжение сигнала на диоды. Заметим, что контуры L1C1 и L2C2 связаны между собой двумя способами: индуктивно через взаимоиндукцию между катушками L1 и L2 и непосредственно через конденсатор С3, включённый между верхним концом катушки L1 и средней точкой катушки L2.

Чтобы разобраться в особенностях таких способов связи, надо вспомнить о фазовых соотношениях переменного тока и напряжения в колебательном контуре.

Напомним, что такое фаза напряжения или тока. В широком смысле слова фаза - это определённое состояние в данный момент какого-либо периодически повторяющегося процесса. В электротехнике и радиотехнике фазой называют определённое состояние тока или напряжения, характеризующееся величиной и полярностью колебательного процесса в данный момент времени относительно некоторого исходного значения.

На рис. 7 приведён график синусоидального переменного тока и отмечены его нулевые и амплитудные фазы. Как видно из этого рисунка, соседние нулевая и амплитудная фазы отстоят друг от друга на четверть периода. Фазу часто выражают в угловых величинах (градусах, минутах), пропорциональных долям периода синусоидального переменного тока, считая, что один период изменения тока соответствует углу в 360°, подобно тому как один полный оборот при вращательном движении соответствует углу в 360°.



Рис. 7. Фазы переменного тока

При сравнении переменных токов одинаковой частоты важную роль играет понятие о сдвиге фаз. Если два переменных тока одновременно достигают однозначных амплитудных и нулевых значений, говорят, что эти токи совпадают по фазе, что сдвиг фаз между этими токами равен нулю. Если же одни ток достигает положительных амплитудных значений в те моменты, когда другой ток достигает отрицательных амплитудных значений, говорят, что эти токи находятся в противофазе или сдвиг фаз между ними составляет 180°. Возможны и многие другие случаи сдвига фаз, например, на 45°, 90° и т. д. Угол сдвига фаз принято обозначать греческой буквой φ (фи).

В электрических цепях, содержащих индуктивности или ёмкости, всегда существует сдвиг фаз между напряжением, действующим на цепь, и током, протекающим в цепи. Если цепь содержит только индуктивность, то вследствие действия явления самоиндукции ток отстаёт по фазе на четверть периода (φ = 90°, см. рис. 8, а) от приложенного напряжения; в цепи, содержащей только ёмкость, ток опережает приложенное напряжение на φ = 90° (рис. 8, б); если же цепь содержит только активное сопротивление, ток совпадает по фазе с напряжением (рис. 8, б).

В более сложной цепи - в колебательном контуре - существуют сдвиги фаз между напряжением и током как в каждой ветви контура, так и в цепи, питающей контур, причём сдвиг фаз в последней зависит от частоты колебаний, подводимых к контуру.

Как известно, на резонансной частоте индуктивное сопротивление контура компенсируется его ёмкостным сопротивлением и поэтому контур в целом представляет собой для этой частоты активное сопротивление.



Рис. 8. Напряжения и токи в цепях с индуктивностью (а), с ёмкостью (б) и с активным сопротивлением (в).

На частотах ниже резонансной индуктивное сопротивление уменьшается, а ёмкостное увеличивается. Общее сопротивление цепи, образуемой параллельно соединёнными сопротивлениями, как известно, имеет характер меньшего из них. В данном случае меньшим является индуктивное сопротивление, следовательно, контур, ведёт себя как индуктивность, и в питающей его цепи ток отстаёт по фазе от напряжения.

Нетрудно сделать вывод, что на частотах выше резонансной контур действует как ёмкость и в питающей цепи ток опережает напряжение. Зависимость сдвига фаз от частоты может быть выражена так называемой фазовой характеристикой контура (рис. 9).



Рис. 9. Фазовая характеристика колебательного контура

В двух индуктивно связанных и настроенных на одну частоту контурах существуют более сложные зависимости сдвига фаз между напряжениями и токами в отдельных элементах, а также и между напряжением U1, приложенным к первому контуру, и напряжением U2, возникающим вследствие взаимоиндукции на втором контуре.

Последний случай и представляет для нас практический интерес, так как в частотном детекторе (рис. 6) имеются два контура, настроенных на одну частоту.

Если частота колебаний, подведённых к первому контуру, равна резонансной частоте контуров, то напряжение во втором контуре, возникающее вследствие взаимоиндукции, отстаёт по фазе от напряжения в первом контуре на 90°. Это объясняется тем, что взаимоиндукция действует подобно индуктивности.

Если частота подведённых колебаний, будет ниже резонансной частоты, то напряжение во втором контуре будет больше чем на 90° отставать по Фазе от

напряжения в первом контуре, так как каждый из них действует как индуктивность.

Если же частота подводимых колебаний станет выше резонансной частоты контуров, то напряжение во втором контуре будет меньше чем на 90° отставать по фазе от напряжения в первом контуре. В этом случае каждый контур действует как ёмкость, а это уменьшает общий сдвиг фаз.

Зависимость от частоты сдвига фаз между напряжениями второго (U2) и,первого (U1) контуров показана графически на рис. 10. При определённой величине связи между контурами эта зависимость практически имеет линейный характер при изменении частоты колебаний в пределах полосы пропускания контуров.

Как мы уже говорили, в схеме частотного детектора (рис. 6) энергия из одного контура в другой передаётся не только с помощью индуктивной связи, но и через конденсатор С3. Напряжение, поступающее в контур последним путём, очевидно, подаётся на оба диода, так как схема симметрична по отношению к средней точке катушки L2, а катоды диодов для токов высокой частоты заземлены (катод диода заземлён по высокой частоте через конденсаторы C4 и C5, шунтирующие сопротивления R1 и R2).

На рис. 6 видно, что на каждый диод частотного детектора поступает лишь половина напряжения, наведённого индуктивным путём на катушке L2 второго контура; поскольку аноды диодов подключены к противоположным концам этой катушки, напряжение на аноде одного диода противоположно по фазе напряжению на аноде другого диода.



Рис. 10. Зависимость сдвига фаз между напряжениями в связанных контурах от частоты.

На рис. 11, а показаны составляющие напряжений на каждом диоде для случая, когда частоты приходящих колебаний равны резонансной частоте контуров. Суммарное высокочастотное напряжение на диоде Д1 (кривая 1) определяется сложением напряжения, поступающего с первого контура через непосредственную связь (кривая 3), с отстающим по фазе на 90° напряжением на половине катушки второго контура (кривая 4). Суммарное напряжение на диоде Д2 (кривая 2) определяется сложением напряжения, поступающего через непосредственную связь с первого контура, с напряжением на другой половине катушки второго контура (кривая 5). Из рис. 11, а, видно, что в этом случае амплитуды суммарных напряжений на диодах равны.



Рис. 11. Высокочастотные напряжения на диодах изменяются при качании частоты: а - когда частота поступающих с ограничителя колебаний равна резонансной частоте контуров, суммарные напряжения на диодах одинаковы; б - если частота поступающих колебаний ниже резонансной частоты контуров, амплитуда суммарного напряжения на диоде Д2 превышает амплитуду суммарного напряжения на диоде Д1; в - когда частота поступающих колебаний выше резонансной частоты контуров, амплитуда суммарного напряжения на диоде Д1 превышает амплитуду суммарного напряжения на диоде Д2. Кривые 1 получены путём геометрического сложения кривых 3 и 4, а кривые 2 - путём геометрического сложения кривых 3 и 5.

На рис. 11, б, показаны напряжения для случая, когда частота приходящих колебаний ниже резонансной частоты контуров. Суммарное напряжение на диоде Д1 определяется сложением напряжения, поступающего непосредственно с первого контура (кривая 3), с отстающим более чем на 90° напряжением, наведённым в контуре индуктивным путём (кривая 4); суммарное же напряжение на диоде Д2 (кривая 2) определяется сложением напряжения, поступающего непосредственно с первого контура, с напряжением, наведённым индуктивным путём, но противоположным по фазе (кривая 5). Теперь на диоде Д2 напряжение больше, чем на Д1.

На рис 11, в, показаны напряжения в том случае, когда частота подводимых колебаний выше резонансной частоты контуров. При этом индуктированное напряжение во втором контуре отстаёт от напряжения, поступающего через конденсатор С3, менее чем на 90°. Амплитуды суммарных напряжений на диодах в этом случае также не равны, но напряжение на диоде Д1 больше, чем на диоде Д2.

Итак, при изменении частоты колебаний в контурах изменяется и соотношение напряжений на диодах, причём увеличение напряжения на одном диоде приводит к уменьшению напряжения на другом и наоборот. Как отмечалось выше, это приводит к изменению выходного напряжения между точками А и В частотного детектора (рис. 6).

Зависимость выходного напряжения частотного детектора от частоты подведённых к нему колебаний выражается характеристикой, показанной на рис. 12. Из неё видно, что когда частота принимаемых ЧМ колебаний изменяется по закону, «отображающему» модулирующее напряжение, по такому же закону изменяется и напряжение на выходе частотного детектора.



Рис. 12. Характеристика частотного детектора.

Характеристика описанного детектора ЧМ колебаний имеет большой линейный участок, что позволяет детектировать ЧМ колебания без искажений. Большой угол наклона характеристики свидетельствует о высокой чувствительности частотного детектора, т. е. на его нагрузке можно получить достаточно большие напряжения звуковой частоты.

ДРУГИЕ ОСОБЕННОСТИ ЧМ ПРИЁМНИКА

Входная часть ЧМ приёмника не отличается от входной части супергетеродинного УКВ приёмника, предназначенного для приёма АМ колебаний. Эта часть, а также и гетеродин приёмника имеют много общего с входной частью телевизионного приёмника, выполненного по супергетеродинной схеме. Существенной особенностью ЧМ приёмника является широкая полоса пропускания по промежуточной частоте.

При качании частоты принимаемого сигнала в пределах +-75 кГц усилитель промежуточной частоты должен иметь полосу пропускания не менее 150 кГц. Практически приходится делать полосу шириной около 200 кГц, так как нужно учитывать возможность ухода частоты гетеродина и неточность настройки приёмника.

С первого взгляда может показаться, что широкая полоса пропускания по промежуточной частоте является недостатком приёмника, поскольку для ослабления действия помех в АМ приёмнике обычно стремятся сузить полосу пропускания. Однако это справедливо только при приёме АМ колебаний. Ослабление влияния помех при ЧМ, как мы видели, достигается не за счёт сужения полосы, а другим путём. Поэтому широкополосность усилителя промежуточной частоты ЧМ приёмника с этой точки зрения не является его недостатком.

Применение ограничителя амплитуды в ЧМ приёмнике приводит к тому, что уровень напряжения на входе частотного детектора не зависит от напряжения на входе приёмника. Поэтому ЧМ приёмник, если он даже не имеет автоматической регулировки усиления (АРУ), будет воспроизводить передачу одинаково громко, независимо от того, находится ли он вблизи передатчика или удалён от него.

Уровень громкости в ЧМ приёмнике определяется лишь пределами качания частоты при модуляции. Однако это справедливо только при условии, что уровень сигнала превышает порог ограничения.

А. Князев, г. Москва.

Шесть часов утра по московскому времени. В пространство несутся мерные удары кремлевских курантов, и затем раздаются торжественные звуки гимна. Едва отзвучали его последние ноты, как раздается спокойный, четкий голос диктора: «Говорит Москва».

Так начинается день центрального радиовещания. Знаете ли Вы, как происходят эти передачи?

Каким образом каждый звук, возникший в радиостудии, на театральной сцене или в другом месте, откуда ведут радиопередачу, мгновенно доносится к вам за сотни и тысячи километров? Для того чтобы мы могли услышать радиопрограмму, нужно ее, во-первых, передать, а затем принять.

Рис. 1. Звуковые волны вокруг камертона.



Рис. 2. Работа микрофона. а—звука нет, в цепи микрофона течет.постоянный ток; б— под действием звука мембрана вогнута, сопротивление уменьшилось, ток возрос: в —под действием звука мембрана выгнута, сопротивлению увеличилось, ток уменьшился.

Задача передающей радиостанции состоит в том, чтобы превратить речь, пение музыку в электрический ток, а затем преобразовать последний в электромагнитные волны и излучать их в окружающее пространство.

Как же практически решается эта задача? Чтобы выяснить это, вспомним, что такое звук. Звук — это колебания какой-либо среды: воздуха, дерева, металла, воды и т. п. Звуковые колебания в неограниченном пространстве распространяются от источника звука по радиусам во всех направлениях. Средняя скорость распространения звука в воздухе 330 м/сек.

На рис. 1 условно показаны (на самом деле невидимые глазу) периодические «сгущения» и «разрежения» в звукопроводящей среде, которые и представляют собой звуковые колебания или звуковую волну.

Наше ухо способно воспринимать как звук только колебания определенных частот (от 16 до 20 000 колебаний в секунду). Кроме того, амплитуда этих колебаний должна быть достаточно большой, т. е. звук должен обладать определенной силой, иначе мы не сможем его услышать.

Микрофон

И электромагнитные волны и звук — это колебания, но разной природы. Нет ли способа превратить звуковые колебания в электромагнитные? Есть. Для этого сначала нужно звук превратить в колебания электрического.тока.

Прибор, преобразующий звуковые колебания в электрические, называется микрофоном. Опишем принцип действия простейшего микрофона.

На рис. 2 показана металлическая камера, в которую насыпан угольный порошок. С одной стороны эту камеру закрывает гибкая пластинка, укрепленная на изоляторах; со всех остальных сторон камера закрыта наглухо. Камера и пластинка присоединены к источнику постоянного напряжения, создающего в цепи постоянный ток. Но представьте себе, что мы начали говорить, приблизившись к пластинке. Если пластинка достаточно тонка, то под действием звуковых волн, т. е. сгущений и разрежений воздуха, она начинает колебаться. При колебаниях пластинки будет изменяться сила ее давления на угольный порошок, отчего будет меняться сопротивление, оказываемое этим порошком электрическому току. Величина тока начнет меняться. В результате в цепи будет течь пульсирующий ток. Применив довольно простые электротехнические устройства, легко разделить пульсирующий ток на переменный и постоянный.

Мы сумели превратить звуковые колебания в переменный электрический ток. Но дело в том, что электрические колебания, созданные микрофоном, очень слабы; их следует усилить с помощью радиоламп, применяемых в специальных аппаратах — усилителях низкой частоты, а после этого можно передать их по проводам на радиостанцию.

Чтобы понять, как работает радиостанция, придется вернуться к колебательному контуру.

Снова о колебательном контуре. Вспомним наши рассуждения. Излучая радиоволны, антенна непрерывно посылает в пространство электромагнитную энергию высокой частоты, порцию за порцией. Эту энергию антенна поручает из колебательного контура.

Откуда же беспрерывно черпает энергию сам колебательный контур? Очевидно, нужно осуществить устройство, передающее контуру все новые и новые количества энергии взамен тех, которые он с пользой передает антенне, и тех, которые бесполезно затрачивает в самом себе. Нельзя предполагать, что колебательный контур работает как какой-то «вечный» маятник.

Вот о работе устройств, обеспечивающих создание радиоволн, мы теперь и должны сказать.

Радиотехника знает много всяких способов «подбрасывания» энергии в колебательный контур. Все они, за исключением одного, были отвергнуты практикой. Дело в том, что подбрасывание новых порций электрической энергии в контур нужно производить в такт с колебаниями. Не вовремя подброшенная порция электрической энергии не только не поддержит колебания, но будет заглушать их.

Наиболее пригодный способ, посредством которого производится передача в контур новых и новых количеств электрической энергии, применяется уже около 40 лет. Мы имеем в виду использование электронной лампы, которая является душой современной радиотехники.

Для ознакомления с тем, как электронная лампа вместе с колебательным контуром создает токи высокой частоты, в качестве главного «действующего лица» мы возьмем трехэлектродную лампу. Для простоты объяснения принципа работы радиопередатчика мы воспользуемся этой старой заслуженной ветеранкой, а не современными более сложными генераторными лампами.

Поучительный эпизод. Известен интересный эпизод из истории развития паровой машины. Один мальчик был приставлен к примитивной старинной паровой машине. Обязанности мальчика были несложные, но весьма однообразные. В строго определенные моменты времени он должен был открывать и закрывать кран. Важно было не спутаться и н-е открыть кран раньше времени, чтобы не остановить машину. Мальчику; наделенному природной сообразительностью, надоело утомительное занятие. Желая выкроить хотя бы немного свободного времени для своих игр, он пустился на хитрость. Веревками соединил он кран с качающимся коромыслом машины, предоставив самой машине заботиться об открывании и закрывании крана в нужные моменты. Машина была переведена с ручного обслуживания на автоматическое. Краны открывались и закрывались без прикосновения рук.

Этот эпизод напоминает то, что двумя столетиями позже произошло с изобретением лампового генератора токов высокой частоты. В 1913 г. была разработана первая схема лампового генератора, положившая начало ряду других схем, обеспечивающих удобные способы получения токов высокой частоты.

В это время знали, что радиолампа может усиливать слабые переменные электрические токи практически любой частоты. Знали и то, что если усиления одной лампы недостаточно, можно последовательными ступенями включить несколько электронных ламп одну вслед за другой. Несомненно, и до этого времени считали возможным усиленные таким образом мощные колебания высокой частоты подать прямо в антенну. В дверь стучалась идея создания ламповой передающей радиостанции. Не хватало одного: умения решить задачу — откуда взять первоначальный переменный ток, который следует подвести к сетке первой усилительной лампы.

И ученым пришла идея, с внешней стороны имевшая много общего с детской хитростью мальчика, обслуживавшего паровую машину. Они решили перевести электронную лампу на самообслуживание. Пусть она не ждет, когда ей соберутся подать к сетке переменное напряжение, а сама заботится об этом.



Рис. 3. Схема генератора с трансформаторной связью.

Иными словами, лампу заставили заниматься не только усилением уже ранее где-то и чем-то созданных переменных токов, но и самой возбуждать, генерировать их..

Таким образом, был создан первый ламповый генератор незатухающих колебаний. Первый ламповый генератор. Схема этого генератора исключитель но проста (рис. 3). В анодной цепи электронной лампы (триода) Л включен колебательный контур LC, а в цепи сетки лампы — катушка L c , близко расположенная в контурной катушке L. Вот и весь генератор.

Чтобы понять, как работает ламповый генератор, сделаем небольшое допущение. Оно нужно только на короткое время, и мы от него вскоре откажемся. Представим дебе, что в колебательном контуре LC уже поддерживаются незатухающие колебания. Ток в катушке L непрерывно меняет свое направление, и с такой же частотой заряжается и разряжается конденсатор С. Следуя за изменениями тока в контуре, меняются величина и направление магнитного поля вокруг катушки L То возникая, то исчезая, оно воздействует на витки катушки L с (пересекает их) и,как это получается в любом трансформаторе, по индукции наводит в них напряжение.

Но к катушке L c присоединена сетка лампы; следовательно, с такой же частотой, с какой колеблется ток в контуре, будет меняться и напряжение на сетке. Сетка действует автоматически, она не ошибается: «плюс» на сетке увеличивает анодный ток, протекающий через лампу, а «минус»— уменьшает его.

Качели можно раскачивать, подталкивая их в такт. Эту обязанность в лампе с большим прилежанием выполняет сетка, получающая то положительные, то отрицательные заряды. Она не дает покоя анодному току, заставляя его совершать непрерывные колебания.

Так и, не удается анодному току течь спокойно. Все время, пока нить (катод) лампы накалена, а на аноде лампы имеется положи-, тельное напряжение, ламповый генератор создает незатухающие колебания. Лампа за счет энергии анодной батареи Б покрывает все потери в контуре. Получается своего рода «идеальный» колебательный контур. Решена задача, получения незатухающих колебаний.

Ламповый генератор может быть уподоблен заведенным пружинным часам или стенным часам с поднятыми гирями. Упругость пружины или вес гирь полностью компенсирует все тормозящие силы трения и заставляет часовой механизм работать безостановочно.

Теперь мы уже можем отбросить наше допущение. Пусть в анодном контуре нет затухающих колебаний: Но первый же толчок тока, вызванный включением генератора, импульсом создаст магнитное поле вокруг контурной катушки. Этот импульс будет передан сетке, и та незамедлительно сделает свое дело. Качели придут в движение. Раскачиваясь все более, они достигнут максимальных размахов, при которых раскачивающих усилий как раз хватит на преодоление всех сил, стремящихся остановить колебания.

Удалось точно построить генератор, который работает сам, без ручного или механического управления. Он сам себя принуждает к действию, самовозбуждается. Поэтому такой генератор называется самовозбуждающимся.

Обратная связь. Разнесите контурную и сеточную катушки на большое расстояние, чтобы магнитное поле контурной катушки не «зацепляло» за витки сеточной катушки, и все кончится. Колебания создаются только потоку что анодная цепь связана с сеточной и передает‘ей возбуждающие импульсы. Такая связь называется обратной связью: вместо того, чтобы колебания из анодной цепи поступали куда-либо дальше, «на выход», они (не полностью, а частично) передаются обратно, на сетку своей Же собственной лампы. Сеточная катушка, посредством которой сетка связывается с цепью анода, называется катушкой обратной связи. Чем больше витков в ней и чем ближе она расположена к контурной катушке, тем большее напряжение индуктируется в ней, тем сильнее связь.

Итак, не электронная лампа создает колебания — они создаются в колебательном контуре. Но никогда бы контур не создал незатухающих колебаний, если бы лампа не подбрасывала в контур все новые и новые количества электрической энергии для компенсации всех потерь — полезных и вредных. Но и лампа не могла бы ничего передать контуру, если бы не получала энергию от источников питания— батарей или электрогенераторов, подающих напряжение на анод.

Темп колебаний или, лучше сказать, частоту навязывает колебательный контур. Колебания медленные, и электронная лампа будет в таком же медленном темпе передавать контуру очередные порции электрической энергии. Но ей никакого труда не составит производить это со скоростью нескольких миллионов или десятков и сотен миллионов раз в секунду. Попробуйте-ка вручную управлять электрической энергией с такой скоростью!

Трехточка

Мы уже указывали, что сетке лампы совершенно безразлично, откуда ей подается «раскачка». В схеме на рис. 3 обратная связь анодного контура с сеткой — трансформаторная. Вскоре было доказано, что иметь отдельную катушку обратной связи совершенно не обязательно. Для этого применили схему, у которой сетка (рис. 4) непосредственно присоединена к контурной катушке L. На сетку лампы Л подается напряжение, возникающее на части А—Б витков контурной катушки. Чем больше витков между точками А и Б, тем большее напряжение подается на сетку, тем сильнее обратная связь. Наоборот, передвигая соединительный проводник сетки к точке Б, мы уменьшали бы обратную связь. Такая связь называется автотрансформаторной. В принципе она ничем не отличается от трансформаторной. Оба способа представляют разновидности индуктивной связи: напряжение на сетке создается благодаря электромагнитной индукции.

Непременным условием действия схемы является такое соединение трех проводников от лампы Л к контуру LC, при котором провод от катода (нити) присоединяется между проводами от анода и сетки. Только тогда сеточные и анодные импульсы будут действовать в такт. Если анодный ток, например, должен увеличиваться, то для этого должно возрастать положительное напряжение на сетке.

Подачу порций энергии от лампы в контур строго в такт радиоспециалисты называют подачей в фазе. Схема с трансформаторной связью может не возбудиться, если импульсы на сетке не в фазе с импульсами анодного тока. В этой схеме правильная фазировка достигается очень просто: если генератор не возбуждается, достаточно переключить концы сеточной катушки. В схеме с автотрансформаторной связью нужно расположить проводники только так, как показано на рис. 4.

Весьма простая по своему устройству, состоящая всего лишь из колебательного контура, в трех точках соединенного с лампой, эта схема пользовалась в свое время особым расположением радиолюбителей. Почти все радиопередатчики первых коротковолновиков имели генератор «трехточку».

Задающий генератор

Ламповому самовозбуждающемуся генератору не хватает еще антенны, чтобы стать радиопередатчиком. Различие между мощными и маломощными радиостанциями заключается главным образом в степени усиления первоначально полученных в ламповом генераторе высокочастотных колебаний.



Рис. 4. Схема генератора с автотрансформаторной связью.

Если требуется мощность больше той, которую в состоянии отдать непосредственно самовозбуждающийся генератор, то применяют ступенчатое усиление все более мощными лампами. Иногда в одном усилительном мощном каскаде для увеличения мощности одновременно включают «в общую упряжку» несколько ламп — две, три и больше. Нередко можно встретить передатчик с тремя-четырьмя и даже семью-восемью каскадами. В таких условиях самовозбуждающийся ламповый генератор, первоисточник электрических колебаний, получает название задающего генератора: он «задает тон» всем остальным — усилительным каскадам, «раскачивает» их.

Задающий генератор —«сердце» передатчика. Остановится «сердце»—и все остановится. Первый усилительный каскад ничего не получит на сетку лампы от задающего каскада и поэтому ничего не передаст второму каскаду, второму нечего будет передавать третьему и т. д. Тщетно антенна будет ожидать получения токов высокой частоты от мощного оконечного каскада.

И «сердце» передатчика тщательно оберегают. Ему вредна перегрузка. На него действуют тепло, выделяемое током в различных деталях установки. Всякое изменение температуры приводит к изменению размеров металлических конструкций, в частности к изменению размеров деталей конденсатора и катушки контура. Меняется индуктивность — меняется емкость, а от этого меняется генерируемая частота, «гуляет» волна радиостанции. В поисках сигналов станции приходится все время перестраивать приемник.

Чтобы избежать неприятностей, от задающего генератора не требуют большой мощности— лишь бы он генерировал колебания строго определенной частоты. Как нежное растение помещают в оранжерею, так и задающий генератор часто помещают в камеру со строго постоянной температурой. Чаще же применяют особые стабилизаторы частоты, которые не позволяют генерируемой частоте отклоняться от заранее установленного значения, от номинала частоты.

Связующим звеном между ламповым генратором и антенной является питающая линия (фидер). Она играет роль плюса в несложном арифметическом выражении:

радиопередатчик = ламповый генератор + антенна .

Питающая линия состоит из проводов или кабеля, соединяющих антенну с ламповым генератором. Таким образом, мы познакомились с общим принципом действия радиопередатчика.

Включаем радиопередатчик. Через радиопередатчики может быть осуществлен любой вид работы: передача радиограмм с помощью телеграфной азбуки (радиотелеграфная передача), передача речи и музыки (радиотелефонная передача), буквопечатание и передача изображений.

Самый простой вид работы — прерывание колебаний; так поступают радисты, выстукивая ключом знаки телеграфной азбуки: при нажатии -ключа замыкаются его контакты и серия высокочастотных колебаний поступает в антенну, при размыкании контактов подача колебаний в антенну прерывается. Короткое время включения соответствует точке, длинное— тире. Этот процесс называется манипуляцией (рис. 5).

Но таким способом можно передавать лишь условные знаки телеграфной азбуки. А если нужно передать речь или музыку, то прежде всего следует обратиться к помощи микрофона.

О первом этапе превращения звука в электрический ток мы уже знаем. Этот ток мы усилили и направили по проводам на радиостанцию. К передатчику, таким образом, звуки пришли в виде электрических колебаний низкой частоты. Что же теперь с ними делать?

Модуляция. Используемые для вещания на больших расстояниях радиоволны имеют длину от 15 до 2000 м, а это значит, что частота, с которой колеблется вызывающий их электрический ток, равна 20 000 000 (20 Мгц) — 150 000 (150 кгц) колебаний в секунду. Самая же высокая звуковая (низкая) частота, которую способно воспринимать наше ухо, имеет примерно 20 000 колебаний в секунду.

Таким образом, получается, что колебания, которые мы можем услышать, имеют весьма низкую частоту и поэтому неспособны излучаться в пространство.



Рис. 5, Ток высокой частоты в антенне передатчика при телеграфной работе.



Рис. 6. Графическое изображение результата модуляции.

Колебания же, излучающиеся на огромные расстояния в виде электромагнитных волн, имеют очень высокую частоту. Такие колебания мы не можем слышать.

Остается, видимо, как-то приспособить высокочастотные колебания для «транспортировки» колебаний, звуковой частоты. Такой способ был найден. Колебания звуковой частоты заставляют воздействовать на колебания высокой частоты. Процесс воздействия низкочастотных колебаний на высокочастотные называется модуляцией.

Электрические колебания звуковой частоты трудно передать далеко, а с помощью высокой частоты они свободно перебрасываются вокруг всего земного шара.

Термин «модуляция» издавна применяется в музыке для обозначения перехода из одной тональности в другую — смены ладов.

В электротехнике модуляция — это изменение какой-нибудь из характеристик электрического тока — его величины, частоты, фазы— в соответствии с колебаниями какого-либо другого тока.

Модуляция — это не просто смешение токов, а такое воздействие низкочастотного тока на высокочастотный, когда низкочастотный ток как бы отпечатывает свою форму на высокочастотном.

Ток высокой частоты, на который воздействует телефонный разговор, называется модулируемым током, модулируемым колебанием. Говорят также:гнесущее колебание. Это удачное название. Оно хорошо показывает сущность процесса. Высокочастотное колебание после модуляции несет на себе (или в себе) отпечаток тока низкой частоты.

Процесс модуляции осуществляется с помощью специального устройства, называемого модулятором. Модулятор осуществляет воздействие токов низких частот на высокочастотные колебания. Делается это в радиопередатчиках посредством специальных модуляторных ламп.

Высокочастотные колебания до модуляции ничем не отличаются одно от другого. Но вследствие действия электрических колебаний, поступающих с микрофона, амплитуда их меняется. Она становится то больше, то меньше. Эти изменения в точности соответствуют колебаниям микрофонного тока, а следовательно, и звуковым колебаниям. Так, на электрические колебания высокой частоты накладывается «отпечаток» (узор) передаваемых звуков, и в результате получаются модулированные колебания, которые излучаются радиостанцией (рис. 6).

Назначение радиопередающих станций очень разнообразно. Некоторые из них ведут передачи для всей страны и располагаются в больших помещениях. Любительская радиостанция часто свободно размещается на столе в квартире коротковолновика. Но как бы ни различались они по своему виду и размерам, принципиальной разницы в их работе нет. Радиотехнические процессы в них почти одинаковы и различаются они в основном только мощностью колебаний и длиной излучаемых радиоволн.

Каждая радиостанция — это фабрика радиоволн. Она потребляет электрическую энергию от батарей или от генератора, или от электрической сети и преобразует ее в высокочастотные электрические колебания, которые после усиления и модуляции попадают в передающую антенну. Отсюда они уже в виде радиоволн начинают свое путешествие к радиоприемникам.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Принципы действия радиопереда тчика и радиоприёмника

радиопередатчик радиоприемник напряженность

Радиопереда тчик (радиопередающее устройство) - устройства для формирования радиосигналов, предназначенных для передачи информации на расстояние с помощью радиоволн. Формируют радиосигналы с заданными характеристиками, необходимыми для работы конкретных радиотехн. систем, и излучают их в пространство.

Функционально радиопередатчик состоит из следующих частей:

Любая система радиосвязи включает в себя радиопередающие устройства, функции которого включаются в преобразовании энергии постоянного тока источников питания в электромагнитные колебания и управлении этими колебаниями.

Передача энергии с помощью радиосвязи широко используется при управлении автоматическими объектами.

Основными устройствами радиосвязи являются радиопередатчик и радиоприемник. Радиопередатчик предназначен для создания высокочастотного сигнала, некоторые параметры которого (частота, амплитуда или фаза) изменяются по закону, соответствующему передаваемой информации. Частота высокочастотного сигнала называется несущей. Первые радиопередатчики искрового принципа действия на основе катушки Румкорфа были очень просты по конструкции -- излучателем радиоволн служил искровой разряд, а модулятором являлся телеграфный ключ. С помощью такого радиопередатчика информация передавалась в кодированной дискретной форме -- например азбукой Морзе или иным условным сводом сигналов. Недостатками такого радиопередатчика была относительно высокая мощность, требуемая для эффективного излучения радиоволн искровым разрядом, а также очень широкий радиочастотный диапазон излучаемых им волн. В результате одновременная работа нескольких близко расположенных искровых передатчиков была практически невозможной из-за интерференции их сигналов.

Современный радиопередатчик состоит из следующих конструктивных частей:

· задающий генератор частоты (фиксированной или перестраиваемой) несущей волны;

· модулирующее устройство, изменяющее параметры излучаемой волны (амплитуду, частоту, фазу или несколько параметров одновременно) в соответствии с сигналом, который требуется передать (часто задающий генератор и модулятор выполняют в одном блоке -- возбудитель);

· усилитель мощности, который увеличивает мощность сигнала возбудителя до требуемой за счёт внешнего источника энергии;

· устройство согласования, обеспечивающее максимально эффективную передачу мощности усилителя в антенну;

· антенна, обеспечивающая излучение сигнала.

Радиоприёмник -- устройство, соединяемое с антенной и служащее для осуществления радиоприёма .

Радиоприёмник (радиоприёмное устройство) -- устройство для приёма электромагнитных волн радиодиапазона (то есть с длиной волны от нескольких тысяч метров до долей миллиметра) с последующим преобразованием содержащейся в них информации к виду, в котором она могла бы быть использована.

Классификация радиоприёмников

Радиоприёмные устройства делятся по следующим признакам:

· по основному назначению: радиовещательные, телевизионные, связные, пеленгационные, радиолокационные, для систем радиоуправления, измерительные и др.;

· по роду работы: радиотелеграфные, радиотелефонные, фототелеграфные и т.д.;

· по виду модуляции, применяемой в канале связи: амплитудная, частотная, фазовая;

· по диапазону принимаемых волн, согласно рекомендациям МККР:

· мириаметровые волны -- 100-10 км, (3 кГц-30 кГц), СДВ

· километровые волны -- 10-1 км, (30 кГц-300 кГц), ДВ

· гектометровые волны -- 1000--100 м, (300 кГц-3 МГц), СВ

· декаметровые волны -- 100-10 м, (3 МГц-30 МГц), КВ

· метровые волны -- 10-1 м, (30 МГц-300 МГц), УКВ

· дециметровые волны -- 100-10 см, (300 МГц-3 ГГц), ДМВ

· сантиметровые волны -- 10-1 см, (3 ГГц-30 ГГц), СМВ

· миллиметровые волны -- 10-1 мм, (30 ГГц-300 ГГц), ММВ

· приёмник, включающий все широковещательные диапазоны (ДВ, СВ, КВ, УКВ) называют всеволновым .

· по принципу построения приёмного тракта: детекторные, прямого усиления, прямого преобразования,регенеративные, сверхрегенераторы, супергетеродинные с однократным, двукратным или многократным преобразованием частоты;

· по способу обработки сигнала: аналоговые и цифровые;

· по применённой элементной базе: на кристаллическом детекторе, ламповые, транзисторные, на микросхемах;

· по исполнению: автономные и встроенные (в состав др. устройства);

· по месту установки: стационарные, носимые;

· по способу питания: сетевое, автономное или универсальное.

Элемент, с помощью которого осуществляется воздействие на колебания высокой частоты, называется модулятором. Модулятор является неотъемлемой частью радиопередатчика, так как формирует сигнал информации, подлежащий передаче на расстояние. Модулированные высокочастотные колебания усиливаются усилителем мощности и излучаются в окружающее пространство с помощью антенны.

Уменьшение напряжённости поля, а следовательно, и потока энергии, переносимого радиоволной вдоль поверхности Земли (земной волной), обусловлено проводимостью поверхности в этой области. Вдоль проводящей поверхности возникает поток энергии, направленный в проводящую среду и быстро затухающий по мере распространения в ней. Глубина проникновения радиоволны в земную кору определяется толщиной слоя и, следовательно, увеличивается с увеличением длины волны. Поэтому для подземной и подводной радиосвязи используются длинные и сверхдлинные радиоволны. т.к. чем больше число столкновений, тем большая часть энергии, получаемой электроном из волн, переходит в тепло. Поэтому поглощение больше в ниж. областях ионосферы, где v больше, т.к. выше плотность газа. С увеличением частоты поглощение уменьшается. Короткие волны испытывают слабое поглощение и распространяются на большие расстояния. По этому короткие волны используются для передачи

Короткие волны (3-30 МГц)так же в результате их отражения от ионосферы возможна связь как на малых, так и на больших расстояниях при значительно меньшем уровне мощности передатчика и гораздо более простых антеннах, чем в более низкочастотных диапазонах.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Системы передачи информации с помощью радиотехнических и радиоэлектронных приборов. Понятие, классификация радиоволн, особенности их распространения и диапазон. Факторы, влияющие на дальность и качество радиоволн. Рефракция и интерференция радиоволн.

реферат , добавлен 27.03.2009


Радиопередающие устройства, их назначение и принцип действия. Разработка структурной схемы радиопередатчика, определение его элементной базы. Электрический расчет и определение потребляемой мощности радиопередатчика. Охрана труда при работе с устройством.

курсовая работа , добавлен 11.01.2013


Основные понятия и классификация приборов для измерения напряженности электромагнитного поля и помех. Измерение напряженности электромагнитного поля. Метод эталонной антенны. Метод сравнения. Измерительные приемники и измерители напряженности поля.

реферат , добавлен 23.01.2009


Радиоволны, распространяющиеся вдоль земной поверхности от радиопередатчика, до приемника, без использования верхних слоев атмосферы. Электромагнитные волны с частотами, использующиеся в традиционной радиосвязи. Преимущества работы на коротких волнах.

презентация , добавлен 13.03.2015


Структурная схема радиопередатчика подвижной связи с угловой модуляцией. Расчет полосового фильтра, опорного (кварцевого) генератора, ограничителя амплитуд, интегратора. Электрический расчет фазового модулятора. Принципиальная схема радиопередатчика.

курсовая работа , добавлен 04.05.2013


Принципы выбора необходимого числа транзисторов и каскадов и их энергетический расчёт. Составление структурной и электрической принципиальной схем радиопередатчика. Расчёт умножителя частоты, LC-автогенератора с параметрической стабилизацией частоты.

курсовая работа , добавлен 26.05.2014


Назначение радиоприемников для приема и воспроизведения аналоговых и цифровых сигналов. Классификация приемных устройств по принципу действия. Построение приемников УКВ-диапазона. Схема супергетеродинного приемника. Расчет смесителя УКВ-радиоприемника.

дипломная работа , добавлен 05.06.2012


Структурная схема устройства. Миниатюрный микромощный радиопередатчик: классификация по назначению; выбор номенклатуры задаваемых показателей надежности; установление критериев отказов и предельных состояний. Расчет показателей ремонтопригодности.

курсовая работа , добавлен 04.03.2011


Классификация источников индустриальных радиопомех. Среда их распространения. Подавление индустриальных радиопомех. Проявление их в радиопередатчике. Создание линиями передач и их оборудованием наибольшей напряженности поля индустриальных радиопомех.

реферат , добавлен 22.10.2009


Устройство общих схем организации радиосвязи. Характеристика радиосистемы передачи информации, в которой сигналы электросвязи передаются посредством радиоволн в открытом пространстве. Особенности распространения и области применения декаметровых волн.

4. Принцип работы передатчика

Сигнал с датчиков или любых других источников аналоговой информации поступает на быстродействующие аналоговые ключи. Работой, которых управляет схема временного разделения каналов, состоящая из дешифратора 1, счётчика 1 и генератора импульсов 1.Схема работает следующим образом:

Генератор импульсов 1 выдаёт короткие импульсы расстояния, между которыми равны времени преобразования А.Ц.П. Эти импульсы подсчитываются трёхразрядным асинхронным счётчиком импульсов граф которого имеет такой вид

Такой счётчик легко реализовать на трёх синхронных D-триггерах. Трёх разрядный двоичный код со счётчика 1 поступает на дешифратор 1, который в зависимости от кода подключает соответствующие каналы.

Таким образом, на вход А.Ц.П. поступают последовательно аналоговые сигналы с соответствующих аналоговых входов. А.Ц.П. синхронизируется побитовым генератором. Это генератор коротких импульсов, расстояние между которыми равно длительности элементарного символа в коде. А.Ц.П., как правило, содержит на выходе параллельный регистр, у которого выходы находятся в так называемом третьем состоянии (высокий импенданс) . Чтобы обеспечить вывод данных нужен сигнал разрешения он поступает от генератора импульсов 1. После вывода параллельного кода выводы этого регистра автоматически переходят обратно в третье состояние.

С А.Ц.П. выходит 9 разрядный параллельный код командного слова, который поступает на преобразователь кода из параллельного в последовательный. Такой преобразователь может быть выполнен на параллельно-последовательном регистре, который синхронизируется также от побитового генератора.

В качестве синхрослова используется 63 разрядная М-последовательность. Синхрослово должно быть в начале кадра. Схема формирования синхрослова может быть выполнена на основе формирователя М-последовательности и на основе П.З.У. Первый вариант схемы (рис.1) работает таким образом:

Имеется формирователь М-последовательности (Ф.М.П.), который легко реализуется с помощью линейных переключательных схем на основе сдвигающих регистров. Принцип формирования в данном проекте рассматривать не будем, он очень подробно рассмотрен в литературе . В качестве синхросигнала для Ф.М.П. используется побитовый генератор импульсов. Генерация последовательности начинается, когда приходит сигнал высокого уровня со схемы сравнения (сигнал пуск). Такой сигнал возможен только в том случае если подключен первый канал и начат вывод из А.Ц.П. первого кодового слова. Для формирования 63 разрядной М-последовательности необходимо 64 импульса. Схема подсчёта этих импульсов выполнена на счётчике 2 и дешифраторе 2. Как только счётчик насчитывает 64 импульса на соответствующем выходе дешифратора появляется сигнал высокого уровня (сигнал останов.), который останавливает Ф.М.П. Так как счётчик 2 будет постоянно считать импульсы с побитового генератора импульсов, то в момент начала формирования М-последовательности его надо вернуть в исходное состояние (сбросить). Для этого сигнал пуск со схемы сравнения подаётся на ключ, который подключает сигнал высокого уровня на небольшое время к входу сброса счётчика. Сигнал останов. также переводит регистр-преобразователь кода из третьего состояния в рабочее и с его выхода начинает выходить М-последовательность в последовательном двоичном коде. Как только все 63 разряда синхрослова выйдут из регистра, он автоматически переходит в третье состояние.

Второй вариант схемы (рис.2) формирования М-последовательности основан на использовании П.З.У. Принцип работы такой:

Аналогично схеме с генератором М-последовательности имеется сигнал пуск. Он поступает на П.З.У. и переводит его в режим считывания. В П.З.У. заранее запрограммирована нужная 63 разрядная М-последовательность. Также на П.З.У. поступает сигнал синхронизации от битового генератора, как и в предыдущей схеме. Синхрослово выходит в параллельном коде из П.З.У. и поступает на преобразователь кода в виде регистра. После вывода П.З.У. выходит из режима считывания и ждёт сигнал пуск. Сигнал пуск также переводит преобразователь кода в рабочее состояние, и начинается вывод синхрослова в последовательном коде под действием сигнала синхронизации, поступающего от битового генератора. Эта схема наиболее простая так как требуется меньше сигналов управления по сравнению со схемой на формирователе. Также малогабаритнее, дешевле и надёжнее так как используется меньше радиоэлементов и микросхемы П.З.У. такой малой емкости очень дёшевы. В работе я рассмотрел простейший вариант схемы. Вообще, как правило, такие схемы формирования делаются на микропроцессорном комплекте или микроконтроллерах, тогда всё управление можно осуществлять программным путём через порты ввода-вывода.

Синхрослово поступает на сумматор, где суммируется с кодовыми словами. Чтобы не было наложения синхрослова на кодовые слова необходимо задержать кодовые слова на время равное длительности синхрослова. Это делается с помощью цифровой линии задержки или блока памяти.

В результате образуется кадр, состоящий из синхрослова и 7кодовых слов, разделённых по времени. Далее,сигнал поступает на в.ч. каскад (рис.3) где он поступает на фазовый манипулятор, с помощью которого манипулируется поднесущая. Сформированным фазоманипулированным сигналом на поднесущей осуществляется фазовая модуляция несущего колебания.

На в.ч. каскад






На в.ч. каскад














С обратной связью наиболее характерно для управления бортовой аппаратурой космических аппаратов. 4. Разработка функциональной схемы радиолинии 4.1 Спектр сигнала КИМ-ЧМ-ФМ Сигнал КИМ-ЧМ-ФМ является одним из наиболее часто применяемых сигналов при организации цифровой связи по радиоканалам большой длительности. Символы сигнала КИМ заполняются прямоугольными колебаниями (меандром) разной...






... : 2.4 Расчет энергетического потенциала Энергетическим потенциалом радиолинии называется отношение средней мощности сигнала к спектральной плотности шума, пересчитанное ко входу приемника. В задании курсового проектирования задана линия с расстоянием между приемником и передатчиком 200 км. Зададимся, что это линия Земля - управляемый объект. Линия связи подобного типа предназначена для...

Применяется посимвольный прием. Рисунок 1. Функциональная схема радиолинии КИМ-ФМ Необходимо знать - скорость передачи информации R (двоичных единиц в секунду), энергетический потен­циал радиолинии, закон изменения несущей частоты из-за нестабильности передатчика и движения передающего и принимающего пунктов. Предполагается также, что символы в КИМ сигнале могут считаться независимыми, а...

Российские летательные аппараты, совершившие посадку на Венеру в 1982 г., послали на Землю цветные фотографии с изображением острых скал. Благодаря парниковому эффекту, на Венере стоит ужасная жара. Атмосфера, представляющая собой плотное одеяло из углекислого газа, удерживает тепло, пришедшее от Солнца. В результате скапливается большое количество тепловой энергии. Цифровая радиолиния с...