Гетеродины на радиолампах

Введение

Гетероди́н (от греческого ἕτερος — иной; δύναμις — сила) — маломощный, стабильный генератор электрических колебаний, применяемый для преобразования частот сигнала в супергетеродинных радиоприёмниках, приёмниках прямого преобразования, волномерах и других многочисленных радиоустройствах и приборах.Гетеродин в зависимости от частоты, цели, функциональной роли имеют самые различные вида и типы.

Изначально гетеродином называли радиоприёмник, в котором имелся дополнительный генератор высокой частоты, настроенный на частоту, близкую к частоте принимаемого сигнала, что повышало чувствительность радиоприёмника. В дальнейшем, после изобретения супергетеродина, гетеродином стали называть этот генератор.

Гетеродин создаёт колебания вспомогательной частоты, которые в блоке смесителя смешиваются с поступающими извне колебаниями высокой частоты. В результате смешения двух частот, входной и гетеродина, образуются ещё две частоты (суммарная и разностная). Разностная частота (при амплитудной модуляции постоянная) используется как промежуточная частота, на которой происходит основное усиление сигнала.

К гетеродинам устанавливаются высокие требования по стабильности частоты и амплитуды, а также спектральной чистоте гармонических колебаний. Чем выше эти требования, тем сложнее конструктивное исполнение гетеродина, что влечет необходимость:

1-стабилизации напряжение питания,

2-применения сложных схем, исключающих влияние внешних факторов на частоту генератора,

3- использования радиокомпонент со специальными свойствами,

4-термостабилизации гетеродина,

5-использования системы автоматической подстройки частоты и т. д.

Если гетеродин работает на фиксированной частоте, применяют стабилизацию с помощью кварцевого резонатора. В современной радиоаппаратуре в качестве перестраиваемых гетеродинов всё чаще применяют цифровые синтезаторы частоты, которые обладают рядом важных преимуществ.

Целью работы является анализ и изучение принципов работы, типов, видов гетеродинов, проведение расчета транзисторного гетеродина

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Общие сведения о гетеродинах

Гетеродины в приемниках предназначены для применения в составе смесителей для переноса спектра входного сигнала на более низкую частоту.От параметров гетеродинов зависит качество преобразованного сигнала и в общем случае параметры всего радиоприемного устройства в целом. При рассмотрении принципов работы супергетеродина и приемника прямого преобразования допускается, что гетеродин вырабатывает идеальное синусоидальное колебание но гетеродин обладает определенной нестабильностью частоты. Это приводит к тому, что в спектре выходного сигнала гетеродина мы имеем не одиночную частотную составляющую, а определенный спектр. Кроме того, в спектре сигнала гетеродина обычно присутствуют гармоники его основной частоты. Пример спектра гетеродина приведен на рисунке 1.

Рисунок 1. Спектр выходного сигнала гетеродина

Не следует при этом считать, что сигнал гетеродина во временной области будет сильно искажен. На рисунке 2 приведена временная диаграмма сигнала, спектр которого показан на рисунке 1. Как видно из этого рисунка, форма выходного колебания гетеродина практически не отличается от синусоидальной. Поэтому при оценке качества выходного сигнала гетеродина обычно рассматривается его спектр[1,2].

При изучении особенностей работы смесителя, гармоники гетеродина обычно не оказывают влияния на перенос спектра принимаемого сигнала на промежуточную частоту. Кроме того, они могут быть легко отфильтрованы даже полосовым фильтром. Поэтому в дальнейшем мы будем в основном оценивать шумовые характеристики гетеродина и его нестабильность. Эти

Рисунок 2. Временная диаграмма выходного сигнала гетеродина

характеристики существенно зависят от типа, вида и принципиальной схемы гетеродина. Рассмотрим основные типы и виды гетеродинов.

Гетеродины на радиолампах

Триодные и пентодные гетеродины. На частотах радиовещательного и коротковолнового диапазонов в качестве гетеродинов используются обычные схемы ламповых генераторов. Для преобразования на основной частоте наиболее часто используется схема с трансформаторной обратной связью или схема с контуром в цепи сетки. Генератор с электронной связью редко применяется для работы на основной частоте, так как в этой схеме анодный ток содержит много гармоник. Эти гармоники могут создавать нежелательные сигналы с биениями, имеющие промежуточную частоту. Для ослабления возникающих помех необходимо улучшать преселекцию путем применения радиочастотных каскадов до смесителя.

На частотах выше 100 МГц применение индуктивной обратной связи становится затруднительным, поэтому широко используются схемы с емкостной обратной связью и схема с контурами в цепи анода и в цепи сетки. Обычные триоды, как, например, 6AF4, могут применяться на частотах до

1000 МГц в схеме с емкостной связью и с контурами в виде отрезков резонансных линий. «Маячковые» триоды с плоскими близко расположенными электродами и триоды «карандашного» типа с близко расположенными цилиндрическими электродами могут применяться в схеме с общей сеткой и с контурами в цепях анода и сетки на частотах до 3000 МГц. Рассмотрим наиболее простую схему ВЧ преобразователя частоты с гетеродином (Рисунок 3) [ 3,5 ].

Устройство и принцип действия

Рисунок 3. Схема однолампового преобразователя частоты на гептоде 1А1П

Функционально преобразователь частоты включает в себя три составные части — гетеродин, смеситель и выходной полосовой фильтр (преселектор). Гетеродин представляет собой генератор сигнала синусоидальной формы, настраиваемый, либо с фиксированной частотой. Смеситель — основная часть преобразователя, нелинейное электронное устройство, в котором происходит образование нужного спектра. Принцип действия смесителя состоит в том, в результате нелинейных процессов образуются комбинационные гармоники, частоты которых равны разностям или суммам частот гармоник входных сигналов, либо частот кратных частотам исходных гармоник. Амплитуды полученных комбинационных гармоник пропорциональны амплитудам исходных, таким образом, каждый из наборов комбинационных гармоник (разностных, суммарных, разностных и суммарных кратным) эквивалентен спектру входного сигнала, сдвинутому по частоте. Полосовой фильтр предназначен для селекции нужного набора гармоник (преселектор), обычно выполнен по стандартной схеме полосового фильтра на LC-элементах.

В качестве гетеродина может работать любая из схем высокочастотных генераторов (Рисунок 4). К гетеродину предъявляются три основных требования: 1) частота его колебаний должна отличаться от резонансной частоты входных высокочастотных контуров на величину промежуточной частоты; 2) возможно более высокая стабильность частоты при изменении питающих напряжений и температуры; 3) амплитуда колебаний должна быть по возможности неизменной и достаточной для эффективной работы смесителя.
Первое требование удовлетворяется сопряженной настройкой колебательного контура гетеродина и входных контуров высокой частоты.

е)

Рис. 4. Схема гетеродина по трехточечной схеме со стабилизацией.

СГ3С - стабилитрон стабилизатор анодного напряжения; Б - бареттер для стабилизации тока накала ламп.

Стабильность частоты и амплитуды колебаний достигается выбором соответствующего рабочего режима гетеродинной лампы, рациональным монтажом схемы, тщательным выбором деталей электрической схемы и чисто конструктивных деталей, главным образом изолирующих (ламповая панелька, каркасы катушек, плата переключателя и т. п.).
Остановимся на свойствах различных схем гетеродинов и общих принципах, определяющих качество работы гетеродина. Из простых схем гетеродинов наибольшей стабильностью частоты при колебании питающих напряжений обладает так называемая трехточечная схема с индуктивной связью. Чтобы уменьшить колебания питающих напряжений, в особо ответственных случаях, питание гетеродина можно стабилизировать стабилитроном (анодное напряжение) и бареттером (ток накала). Применительно к радиоприемникам с одноручечным управлением, где ротор конденсатора переменной емкости заземлен, трехточечная схема с индуктивной связью и стабилизаторами осуществима в виде, изображенном на рисунке 4. Из других схем с индуктивной обратной связью лучшие результаты дает схема с настроенным контуром в цепи анода, чем с контуром в цепи сетки.

Режим работы радиолaмпы. Установлено, что стабильность генератора по частоте и амплитуде тем выше, чем меньше потери в его колебательном контуре, т.е. больше его добротность. Поэтому на качество деталей колебательного контура должно быть обращено особое внимание.
Стабильность гетеродина повышается и с уменьшением его мощности (так как при этом уменьшается нагрев деталей контура и самой лампы) и при понижении питающих гетеродин напряжений. Снижение питающих напряжений способствует также ослаблению гармоник в составе генерируемых колебаний и связанных с ними свистов.
В пределах каждого диапазона наблюдается, хотя и незначительное, изменение добротности контура. Значительно больше изменяется добротность контура при переходе с одного диапазона на другой при замене одной катушки другой. В связи с этим всегда имеет место некоторое изменение амплитуды генерируемых гетеродином колебаний при перестройке приемника.
Первой мерой стабилизации амплитуды колебаний по диапазону, которая почти всегда применяется в гетеродине, является задание смещения на управляющей сетке с помощью сопротивления утечки сетки. Напряжение, создаваемое на сопротивлении утечки сетки, пропорционально амплитуде колебаний, поэтому увеличение их амплитуды приводит к увеличению отрицательного смещения, что, в свою очередь, ослабляет обратную связь и заставляет уменьшаться амплитуду колебаний в контуре. Другой мерой, эффективной на длинных волнах, является устройство комбинированной индуктивно-емкостной обратной связи (рис. 5).

Рис. 5. Гетеродин с комбинированной индуктивно-емкостной обратной связью.

Добротность контура уменьшается к концу диапазона (на низших частотах). Поэтому обычно в конце диапазона уменьшается и амплитуда колебаний. Но емкостное сопротивление конденсатора связи С_сн с понижением частоты увеличивается и, следовательно, напряжение обратной связи на нем возрастает, поддерживая убывающую амплитуду колебаний в контуре. В качестве конденсатора связи С_св используется сопрягающий последовательный конденсатор.
На стабильность как частоты, так и амплитуды оказывает большое влияние величина сопротивления утечки сетки Rc. Чем больше Rc, тем стабильнее работает гетеродин. Но при чрезмерном увеличении Rc возникает прерывистая генерация. Поэтому для каждой лампы существует оптимальное значение Rc в схеме гетеродина, указываемое в таблицах рекомендуемых режимов. Для сетевых ламп Rc не превышает 0,1 МОм, а для батарейных оно достигает 0,2-0,3 МОм.

Рис. 6. Схемы связи гетеродина со смесителем.

Связь со смесителем. Элементы связи гетеродина со смесителем должны решать две задачи: 1) подачу на смеситель колебаний необходимой амплитуды и 2) обеспечение возможно меньшего обратного влияния режима работы смесителя на работу гетеродина. Так как амплитуда колебаний гетеродина обычно превосходит необходимое для гетеродинной сетки смесителя напряжение, то это позволяет применить относительно слабую связь между гетеродином и смесителем и тем самым удовлетворить второе требование. Практически это выполняется присоединением гетеродинной сетки смесителя к небольшой части витков контурной катушки гетеродина (рис. 6, а), применением индуктивной связи с гетеродином (рис. 6, б) или схемой реостатно-емкостной связи (рис. 6,в), на которой мы остановимся особо.

Включение в цепь связи небольшого последовательного сопротивления R в определенной мере ослабляет влияние на контур гетеродина междуэлектродной емкости смесителя, которая изменяется при его работе, и тем самым может заметно изменять частоту гетеродина.
Кроме того, образуя вместе с междуэлектродной емкостью Сск (емкость сетка - катод) смесителя реостатно-емкостный делитель, оно, во-первых, ослабляет амплитуду колебаний на гетеродинной сетке в начале каждого диапазона, компенсируя этим свойственное гетеродину повышение генерируемого напряжения на этом участке, и, во-вторых, снижает напряжение гармоник, поступающих к смесителю от гетеродина, и этим в большой мере ослабляет помехи, создаваемые свистами.

Величину сопротивления R лучше всего подбирать практически; обычно оно выбирается порядка 50-300 Ом. Емкость Ссв должна быть возможно меньшей (5-20 пФ).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: