детектора появляются составляющие низких частот Q и 2Q:

mUlsmQt и P---

COS 2 Qt.

Высокочастотные составляющие могут быть отфильтрованы фильтром нижних частот, так как после детектора они не представляют уже никакого интереса.

Что касается низкочастотных составляющих, то составляющая частоты й определяет полезный эффект работы детектора. Присутствие же удвоенной частоты 2 Й свидетельствует о наличии нелинейных искажений.

Рис. 4-58. Линейное детектирование.

Еще более серьезные нелинейные исказкения получаются в результате образования комбинационных частот при квадратичном детектировании высокочастотных колебаний, модулированных двумя или большим числом частот. Например, при детектировании колебания, модулированного двумя частотами

I/ = f/o (1 + mi sin Й1 + щ sin Q4) sin

ток в цепи детектора, помимо высокочастотных составляющих, включает в себя составляющие модулирующих частот Й^ и Й2, их вторые гармоники 2Й1 и 2йг, а также составляющие комбинационных частот Й2 + йд и Йг - - Й1 с амплитудами, превышающими амплитуды вторых гармоник модулирующих частот.

Из-за больших нелинейных искажений квадратичный детектор считается непригодным для детектирования AM колебаний. В современных приемниках применяется так называемое линейное детектирование, имеющее место при характеристике детектора в виде ломаной линии (название этого типа детектирования имеет в виду не характеристику процесса, который остается нелинейным процессом, а форму вольт-амперной характеристики). Вольт-амперную характеристику детектора можно считать ломаной линией лишь при больших амплитудах подводимого сигнала. Эффект детектирования получается в результате нарушения детектором симметрии колебаний и усреднения полученных импульсов тока. 11оэтому низкочастотную составляющую тока в цепи детектора можно определить, отыскивая средние арифметические значения амплитуд тока в положительные и отрицательные полупериоды высокочастотного модулированного напряжения (рис. 4-58)

С/ = f/o (1 + m sin О t) sin (ut.

Уравнение огибающей амплитуд тока в положительные полупериоды:

Уравнение огибающей амплитуд тока в отрицательные полупериоды:

1- = 1д- Saf/o (1 + m sin йt).

где Si = tg Oj; Se = tg аг - крутизна соответствующего участка характеристики.

т

с ф R

Мод^ли-рукщее-нвпрте-ние -0

Рис. 4-59. Схема амплитудного детектора с простейшим фильтром.

Среднее значение огибающих тока

/+ + / ---9

(S,-)f/o

+ fcfli sin,

т. е. низкочастотная составляющая тока в цепи линейного детектора не содержит гармоник модулирующей частоты (а при нескольких модулирующих частотах не содержит и комбинационных частот). Следовательно, при линейном детектировании огибающая тока в цепи детектора линейно зависит от огибающей модулированного напряжения высокой частоты; нелинейные искажения в линейном детекторе отсутствуют.

Высокочастотные составляющие, получающиеся при любом виде детектирования, могут быть отфильтрованы простейшим фильтром, состоящим из конденсатора С и сопротивления R (рис. 4-59). Для устранения напряже-

Рис. 4-60. Детектирование ЧМ колебаний.

ния высокой частоты ш и сохранения напряжения модулирующей частоты на сопротивлении R необходимо, чтобы это сопротивление было много больше емкостного сопротивления при высокой частоте и много меньше емкостного сопротивления при модулирующей частоте:

Детектирование ЧМ и ЧИМ колебаний заключается в преобразовании этих колебаний в AM колебание, которое после этого детектируется вышеописанным способом. Преобразование ЧМ и ЧИМ колебаний в AM колебание осуществляется частотным детектором (дискриминатором). Простейшим частотным детектором может служить контур, расстроенный относительно несущей частоты. Из рис. 4-60 видно, что при изменении частоты о меняется амплитуда тока высокой частоты в контуре, т. е. возникают AM колебания, которые затем детектируются и отфильтровываются обычным способом.

Детектирование АИМ и ДИМ колебаний ничем не отличается от детектирования AM колебаний.

При детектировании ФИМ колебаний их сначала преобразуют в АИМ и ДИМ колебания, а затем детектируют с помощью обычного амплитудного детектора.

Преобразование частоты

Преобразованием частоты называется всякое смещение спектра сигнала по шкале частот в сторону более высоких или более низких частот без искажения спектра. В широком сишсле слова преобразование частоты происходит при любом процессе, сопровождающемся появлением новых частотных составляющих (модуляция, детек-

Рис. 4-61. Преобразование частоты с сохранением вида модуляции.

тирование, умножение частоты и т. д.). Однако в теории радиоприема под преобразованием частоты понимают преобразование модулированного колебания одной высокой частоты в колебание другой высокой частоты с сохранением вида модуляции (рис. 4-61).

Для преобразования частоты принятый сигнал умножается на синусоидальное колебание с частотой Шр, получаемое от отдельного генератора - гетеродина. При перемножении каждая составляющая (ш) спектра сигнала дает два колебания - суммарной (cOj, + ш) и разностной (Шр - ш) частоты, так как

f/p sin Orf/fl sin at = X

X [cos(cor -tuj -соб(Шг--ш) t].

Таким образом, в результате перемножения напряжения сигнала (рис. 4-62, с) и напряжения гетеродина (рис. 4-62, б) получаются два модуляционных спектра с несущими частотами Шо - Ор и + (рис. 4-62, в). Обычно используется модуляционный спектр с разностной несущей частотой Шпр = - сог, называемой промежуточной частотой. Для выделения этой частоты в цепь тока преобразователя частоты включают фильтр промежуточной частоты (его характеристика изображена на рис. 4-62, г). Спектр сигнала на выходе этого фильтра оказывается сдвинутым в область более низких частот (рис. 4-62, д).

Рис. 4-62. Преобразование частоты.

Требуемое для преобразования частоты перемножение напряжений осуществляется обычно с помощью многосеточной электронной лампы с двойным управлением. Напряжение сигнала V (о) поступает на одну сетку лампы. Напряжение гетеродина llj. (Шр) подается на другую сетку и периодически изменяет крутизну лампы. В результате коэффициент усиления преобразователя меняется с частотой гетеродина, а напряжение на выходе.

С/пр = Кпи (ш) С/р (Шр) и (со)

пропорционально произведению напряжений сигнала и гетеродина.

Если менять частоту гетеродина так, чтобы разность частот гетеродина и сигнала оставалась постоянной, можно воспользоваться одним и тем же фильтром промежуточной частоты для приема сигнала любой радиостанции. На этом основан принцип действия супергетеродинного приемника (см. стр. 160).

Если гетеродин настроен точно на несущую частоту сигнала, то промежуточная частота становится равной нулю и модуляционный спектр сигнала смещается в область низких частот. В результате такого преобразования восстанавливаются модулирующие частоты и поэтому оно называется синхронным детектированием.

4-5. ГЕНЕРИРОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ

Схема ген^затора колебаний

Генератором радиотехнических колебаний называется устройство, в котором колебательный процесс возникает и поддерживается без внешнего периодического воздействия. Такого рода самостоятельно возникающие колебания носят название автоколебаний. Частота, амплитуда и форма установившихся автоколебаний определяются только свойствами самой автоколебательной системы.

Поддержание автоколебаний требует затраты определенной энергии, поэтому в состав генератора колебаний должен входить источник энергии. По сути дела генератор колебаний является преобразователем энергии источника постоянного напряжения в энергию автоколебаний.

Для выдерживания необходимой частоты автоколебаний в генераторе часто используется колебатель-

Источник питания

Обратная связь

Регулируюш,ее устройство

Колебательный нон тур

Рис. 4-63. Основные элементы генератора колебаний.

ный контур, так как частота собственных колебаний контура определяется только его параметрами:

<Во =

уТс

Но сам по себе колебательный контур не может служить генератором колебаний, так как собственные колебания контура затухают вследствие потерь энергии в активном сопротивлении контура. Поддержание незатухающих колебаний требует полной компенсации всех потерь, имеющихся в генераторе.

м

о

Рис. 4-64. Ламповый генератор с индуктивной обратной связью и контуром в цепи анода.

Энергия, необходимая для компенсации потерь, должна доставляться от источника питания отдельными порциями в такт с колебаниями, возникшими в контуре Для этого в состав генератора должно входить регулирующее устройство, управляелюе со стороны контура по цепи обратной связи (рис. 4-63).

Перечисленные основные элементы генератора колебаний в явном или неявном виде можно отыскать в любой практической схеме.

В схеме лампового генератора с индуктивной обратной связью и контуром в цепи анода (рис. 4-64) потери энергии в контуре компенсируются за счет импульсов анодного тока. Поступление энергии от анодной батареи в контур зависит от напряжения на сетке лампы, т. е. сетка выполняет функции регулирующего устройства. В свою очередь напряжение на сетке определяется колебаниями в контуре. Обратная связь осуществляется через катущку 1 в цепи сетки, которая индуктивно связана с катушкой контура.

При индуктивной обратной связи колебательный контур лампового генератора может располагаться не только

в анодной, но и в сеточной цепи (рис. 4-65). Принцип работы этой схемы не отличается от предыдущего случая: восполнение потерь в контуре осуществляется импульсамя анодного тока, а сетка лампы регулирует эти импульсы и в свою очередь управляется контуром.

Не имеет принципиальных отличий и схема с автотрансформаторной связью (рис. 4-66). Своеобразием этой схемы является лишь включение сложного параллельного контура (см. стр. 54) в анодную цепь и автотрансформаторная обратная связь (напряжение в цепь сетки подается с части контурной катушки). Конденсатор и сопротивление в цепи сетки к автоколебательному процессу отношения не имеют, хотя и являются необходимыми элементами схемы; конденсатор служит для предотвращения попадания на сетку высокого напряжения анодной батареи, а сопротивление обеспечивает путь для постоянной составляющей сеточного тока (без этого сопротивления на сетке скопились бы отрицательные заряды, лампа заперлась и колебания были бы сорваны).

Обратная связь в ламповом генераторе может быть не только индуктивной, но и елшостной. Например, напряжение обратной связи может быть подано с анодного контура на сетку с помощью потенциометра, состоящего

и

т

Рис. 4-65. Ламповый генератор с индуктивной обратной связью и контуром в цепи сетки.

Рис. 4-66. Ламповый генератор с автотрансформаторной обратной связью (трехто-чечвая схема).

из емкости Ci и индуктивности (рис. 4-67). При этом часто специального конденсатора не требуется; достаточной оказывается междуэлектродная елшость анод - сетка Са. с (рис. 4-68).

В схему генератора могут быть включены не один, а два контура. Например, катушка может быть заменена реактивностью, создаваемой колебательным контуром. Эта замена не меняет принципа действия лампового генератора. Но в ухконтурном генераторе представляется

Рис. 4-67. Ламповый генератор с емкостной обратной связью.

Рис. 4-68. Ламповый генератор с обратной связью за счет междуэлектродной емкости сетка - анод.

возможным производить перестройку частоты изменением параметров одного контура, а для подбора оптимальной величины обратной связи и режима генератора изменять параметры другого контура. Применяются три варианта