Шаг за шагом

Основными узлами супергетеродинного приемника являются: входная цепь с колебательным контуром, преобразователь частоты, гетеродин, усилитель промежуточной частоты, детектор и усилитель низкой частоты с громкоговорителем (рис. 134).

В приемник входит также блок питания, с которого подается анодное напряжение и напряжение накала на все ламповые каскады. В приемниках высокого класса между входной цепью и преобразовательным каскадом обычно имеется еще и усилитель высокой частоты с настраивающимся колебательным контуром в качестве анодной нагрузки. Такой усилитель не только повышает чувствительность приемника, но и улучшает его избирательность по зеркальному каналу, так как два контура ослабляют зеркальную помеху лучше, чем один. Как по всей схеме, так и по применяемым деталям входная цепь супергетеродина не отличается от входных цепей приемника прямого усиления.

Для настройки входных контуров используется одна из секций сдвоенного блока конденсаторов переменной емкости. Вторая секция этого блока используется для изменения частоты гетеродина. Во входных, так же, впрочем, как и в гетеродинных контурах фабричных приемников, можно встретить два вида коммутации: переключение и замыкание (лист 165).

Со входного контура напряжение сигнала подается на преобразователь частоты (лист 164), куда одновременно подводится и напряжение гетеродина U_г~ (лист 166).

Гетеродин по своей схеме и используемым деталям очень напоминает регенеративный детектор. В нем также имеются колебательный контур (L_к-г C_к-г) в цепи сетки и катушка обратной связи L_oc в цепи анода лампы. В некоторых случаях контур включают в анодную цепь, а катушку обратной связи — в сеточную (лист 167).
В гетеродине, в отличие от регенеративного каскада, обратную связь между катушками L_к-г и L_oc, а также режим лампы подбирают с таким расчетом, чтобы энергия, поступающая из анодной цепи в сеточную, полностью компенсировала потери в контуре. При этом каскад работает в режиме самовозбуждения, то есть в контуре появляются незатухающие электромагнитные колебания (рис. 119). Иными словами, рассматриваемый каскад — гетеродин представляет собой ламповый генератор переменного тока — устройство, которое, используя энергию источников питания лампы, создает переменное напряжение U_г~ определенной частоты.

Частота переменного напряжения, действующего на контуре гетеродина, практически равна частоте собственных колебаний этого контура:

Это значит, что, изменяя величину индуктивности L_к-г или емкости контура гетеродина С_к-г, можно менять частоту генерируемых колебаний f_г, осуществляя таким образом настройку приемника. При переходе с одного диапазона на другой в контуре гетеродина, так же как и во входном контуре, переключают катушки индуктивности (лист 165). Плавная настройка в пределах диапазона осуществляется конденсатором переменной емкости.

Для одновременной настройки гетеродинного и входного контура в супергетеродинном приемнике применяется стандартный блок из двух конденсаторов переменной емкости. Каждый из этих конденсаторов обычно имеет минимальную емкость 15—25 пф и максимальную 450—520 пф.

Во входном контуре с помощью такого конденсатора удается легко изменять частоту в необходимых пределах. Что же касается гетеродинного контура, то здесь стандартный конденсатор может быть использован только вместе со специальными конденсаторами постоянной емкости, получившими название сопрягающих (пединговых) конденсаторов.

Дело в том, что входящие в блок одинаковые конденсаторы настройки будут изменять резонансную частоту входного контура f_к-вх и гетеродина f_г в одно и то же число раз. А для того чтобы эти частоты всегда отличались одна от другой на 465 кгц, нужно, чтобы частота гетеродина изменялась не так резко, как частота входного контура (рис. 135).

Поясним это простейшим примером. Допустим, что у вас имеется 4 яблока, а у вашего товарища на 6 штук больше, то есть 10 яблок. Теперь представьте, что какой-то добрый волшебник взмахнул своей палочкой и у каждого из вас число яблок увеличилось вдвое, то есть у вас оказалось 8 яблок, а у товарища 20. Сейчас уже ваш товарищ имеет не на 6, а на 12 яблок больше. Отсюда следует, что если два разных числа увеличить в одинаковое число раз, то разница между этими числами также изменится.

Если бы наш воображаемый волшебник захотел, чтобы у товарища оставалось бы на 6 яблок больше, чем у вас, то, увеличив ваши запасы вдвое, он должен был увеличить запасы вашего товарища лишь в 1,4 раза. Тогда у вас, как и в первом случае, оказалось бы 8 яблок, а у товарища 14, и разница осталась бы равной шести. Одним словом, для того чтобы разница между двумя какими-нибудь числами оставалась неизменной, эти числа нужно увеличить в различное число раз.

Примерно к тем же выводам мы придем, рассматривая изменение частоты гетеродина f_г и входного контура f_к-вх при настройке супергетеродинного приемника в пределах диапазона. Так, например, в диапазоне длинных волн резонансная частота входного контура f_к-вх равна частоте принимаемой станции f_с и изменяется от 140 до 420 кгц, то есть в три раза. Если одновременно изменяется в три раза частота гетеродина, то при настройке приемника в пределах диапазона и промежуточная частота изменится в три раза (рис. 135), что совершенно недопустимо, так как контуры ПЧ всегда настроены на одну и ту же частоту.

Для того чтобы и в начале и в конце диапазона разница между f_к-вх и f_г составляла 465 кгц, необходимо, чтобы частота гетеродина изменялась от 605 кгц до 885 кгц, то есть примерно в 1,5 раза. Аналогично на средних волнах изменению резонансной частоты входного контура в три раза (520 — 1600 кгц) должно соответствовать изменение f_г в 2,2 раза (от 985 до 2065 кгц). На коротких волнах резонансная частота входного контура изменяется в 3,2 раза, а частота гетеродина в 3,1 раза.

Где же выход? Может быть, ввести отдельную настройку входного и гетеродинного контуров? Именно так и поступали в первых супергетеродинных приемниках, появившихся несколько десятков лет назад. Но настраивать контур гетеродина и входной контур с помощью отдельных конденсаторов неудобно. Для одновременной настройки гетеродинного и входного контура в супергетеродинном приемнике обычно применяется стандартный блок из двух одинаковых конденсаторов переменной емкости. Однако, несмотря на то что эти секции одинаковы, с их помощью удается изменять частоту гетеродинного контура в меньшее число раз, чем частоту входного контура. Достигается это путем искусственного уменьшения максимальной емкости контура гетеродина. Для этого совсем не обязательно переделывать используемый в этом контуре конденсатор настройки: достаточно последовательно с ним включить конденсатор постоянной емкости — сопрягающий конденсатор С_соп (рис. 136).

Как мы уже отмечали (лист 89), общая емкость двух конденсаторов, соединенных последовательно, меньше емкости любого из них и близка по величине к наименьшей из емкостей. Для длинноволнового диапазона емкость конденсатора С_соп обычно составляет 150—200 пф, для средневолнового 400—500 пф и для коротковолнового 4000—5000 пф (лист 180). На минимальную емкость контура гетеродина сопрягающие конденсаторы практически не влияют, поскольку минимальная емкость конденсатора настройки во много раз меньше емкости любого из сопрягающих конденсаторов. Что же касается максимальной емкости контура, то на длинных волнах она будет примерно равна 130—150 пф, на средних 250—300 пф и на коротких 400—450 пф.

Благодаря тому что максимальная емкость контура гетеродина оказывается меньше максимальной емкости входного контура (ведь во входной контур  мы не включаем сопрягающие конденсаторы), разница между частотами f_к-вх и f_г на всех участках каждого из диапазонов сохраняется равной f_пр (приблизительно).

Высокочастотное напряжение с сетки (или с анода) гетеродина подается на преобразователь частоты. В качестве преобразователя частоты может быть использован любой нелинейный элемент, в том числе электронная лампа. Наиболее широко в преобразовательном каскаде используются специальные лампы — гептоды (рис. 71), в которых имеются две управляющие сетки. На одну из этих сеток подается из входной цепи сигнал принимаемой станции U_с, на вторую — переменное напряжение гетеродина U_г. Оба эти напряжения управляют анодным током, и поэтому переменная составляющая анодного тока фактически представляет собой сумму двух переменных составляющих с частотами f_с и f_г. Режим лампы подбирается таким образом, чтобы форма кривой анодного тока несколько искажалась (в усилителе мы боремся с нелинейными искажениями, здесь они нам необходимы). При этом в анодном токе появляется составляющая с разностной (промежуточной) частотой, которая и выделяется контуром L'_пр  С'_пр , включенным в анодную цепь лампы (лист 164).

Рядом с катушкой L'_пр расположена катушка второго контура,настроенного на промежуточную частоту (L"_пр С"_пр) и включенного в сеточную цепь лампы усилителя ПЧ. Благодаря усилительным свойствам преобразовательной лампы на ее выходе напряжение U_пр оказывается в десять — тридцать раз больше, чем напряжение сигнала U_с, поступающего из входной цепи приемника. Таким образом, преобразовательный каскад, помимо выполнения своей основной задачи, еще и усиливает сигнал.

В настоящее время преобразователь частоты и гетеродин, как правило, выполняются на одной комбинированной лампе 6И1П, в которую входит триод (используется в гетеродине) и гептод (используется в самом преобразователе).
Усилитель промежуточной частоты супергетеродинного приемника принципиально ничем не отличается от усилителя высокой частоты приемника прямого усиления с фиксированной настройкой (листы 169, 155).

В анодную цепь лампы усилителя ПЧ включен контур L'''_пр С'''_пр, настроенный на промежуточную
частоту. С этим контуром индуктивно связан следующий контур L''''_пр С''''_пр, с которого усиленное напряжение промежуточной частоты подается на детектор.

Применяемые в усилителе ПЧ два контура, настроенные на промежуточную частоту и связанные между собой индуктивно (а иногда и через конденсатор), получили название двухконтурного полосового фильтра (лист 172). Радиолюбители иногда называют такие контуры трансформатором промежуточной частоты. Включение в анодную цепь преобразователя частоты и усилителя ПЧ двухконтурных фильтров вместо одиночных колебательных контуров резко улучшает избирательность приемника по соседнему каналу.

В радиовещательных приемниках высокого класса, а также в некоторых приемниках специального назначения усилитель промежуточной частоты может содержать два-три и более усилительных каскадов с многоконтурными фильтрами.

Детектор, усилитель низкой частоты и блок питания супергетеродина совершенно аналогичны соответствующим узлам приемника прямого усиления. Следует заметить, что в супергетеродинах почти всегда применяется диодный детектор, так как нелинейные искажения, возникающие в нем, намного меньше нелинейных искажений сеточного детектора. Что же касается дополнительного усиления, которое дает сеточный детектор, то в супергетеродине это усиление оказывается излишним хотя бы потому, что сигнал принимаемой станции достаточно (примерно в 10 тысяч — 50 тысяч раз) усиливается до детектора.

Иногда, стремясь простейшим путем повысить чувствительность и избирательность супергетеродина, радиолюбители используют в нем положительную обратную связь в усилителе ПЧ или сеточном детекторе, мирясь с возникающими дополнительными искажениями (чертеж 25). Достоинством такого усилителя ПЧ и регенеративного детектора, применяемого в супергетеродине, является то, что эти элементы всегда работают на одной (промежуточной) частоте, и поэтому при перестройке приемника с одной станции на другую обратную связь можно не изменять.

Благодаря высокой чувствительности супергетеродин принимает большое количество радиостанций. При приеме «сильных» станций после детектирования может получиться очень большое напряжение (5—15 в). Для того чтобы при этом не возникали большие нелинейные искажения (например, из-за перегрузки громкоговорителя), приходится выводить регулятор громкости и тем самым уменьшать низкочастотное напряжение, которое подается на вход усилителя НЧ. При приеме «слабых» станций, наоборот, почти полностью вводят регулятор громкости, добиваясь нормального звучания передачи. Для того чтобы не приходилось слишком часто пользоваться регулятором громкости (это особенно неудобно при настройке приемника, когда «сильные» и «слабые» станции
непрерывно сменяют друг друга), в супер гетеродинном приемнике применяют систему автоматической регулировки усиления — АРУ, которая автоматически уменьшает усиление приемника при приеме «сильных» станций. Благодаря этому при изменении сигнала, поступающего на вход приемника, громкость передачи меняется незначительно.

Работа АРУ основана на использовании в преобразователе частоты и усилителе ПЧ ламп с переменной крутизной (варимю) — пентодов с удлиненной характеристикой. Именно они, в отличие от всех прочих пентодов, обозначаются буквой «К». Усиление таких ламп очень сильно зависит от напряжения отрицательного смещения на управляющей сетке: чем больше отрицательное смещение, тем слабее усиливает лампа (рис. 137).

Управляющая сетка лампы с переменной крутизной представляет собой спираль с постепенно меняющимся шагом. Уже при небольшом отрицательном напряжении смещения наиболее густая часть сетки перестает пропускать электроны от катода к аноду, а это равносильно уменьшению размеров управляющей сетки и поверхности катода, излучающей электроны. Чем больше отрицательное смещение, тем меньше реально работающая часть управляющей сетки, тем хуже эта сетка управляет анодным током лампы, тем, следовательно, меньше усиление каскада.

Для осуществления автоматической регулировки усиления на сетки ламп преобразователя и усилителя ПЧ в качестве отрицательного смещения подается выпрямленное напряжение U_АРУ образующееся на нагрузке детектора R_{н_Д}+R_{ф_Д} (рис. 138, лист 170).

Напряжение U_АРУ (его часто называют регулирующим), появляется при прохождении по сопротивлениям R_{н_Д} и R_{ф_Д} постоянной составляющей I_Д= пульсирующего тока (эту составляющую мы ранее не использовали). Чем больше напряжение сигнала на входе приемника U_с, тем больше и ток I_Д=, а следовательно, и отрицательное напряжение U_АРУ  подаваемое на сетки ламп. Таким образом, при повышении уровня сигнала принимаемой станции усиление приемника автоматически уменьшается. Имеющийся в цепи АРУ фильтр R_{ф_АРУ}, С_{ф_АРУ} нужендля того, чтобы не пропустить к сеткам регулируемых ламп низкочастотную составляющую продетектированного сигнала. Система АРУ оказывается очень полезной при приеме станций на коротковолновом диапазоне, где наблюдаются частые замирания сигнала («фединги»). Они происходят из-за резкого изменения условий распространения радиоволн.

Напряжение АРУ может подаваться на сетки регулируемых ламп, либо непосредственно через катушку сеточного контура, либо через дополнительное сопротивление. В последнем случае для токов высокой частоты контур необходимо соединить с катодом (шасси) через конденсатор (С7, чертеж 19).