Rádiový přijímač-superhet


RP - úvod:

Rádiový přijímač je určen k zachycování, přeměně a využití energie elektromagnetických vln v pásmu rádiových frekvencí. Skládá se ze 3 základních částí:

- z antény (zachycuje energii elektromagnetických vln a mění ji ve vysokofrekvenční proudy);

- z přijímače (v něm se přijatá energie mění na takový druh, který je potřebný pro činnost koncového zařízení);

- z koncového zařízení (v něm se využívá přeměněné energie k „předání“ informace).

Každý rádiový přijímač musí vykonávat alespoň následující funkce:

- vybrání žádaného signálu (obstarává vstupní obvod přijímače, což je soustava anténa - svod se vstupem prvního stupně (vf zesilovač, směšovač nebo i detektor));

- obnovení přenášené informace (demodulace) (obstarává detektor, typ podle druhu modulace);

- zesílení signálu před i za demodulátorem (obstarávají různé zesilovače - vf, mf, nf zesilovače).

Rádiových přijímačů je velké množství (např. sdělovací, spojové, rozhlasové, televizní, radiolokační, atd.), zde se budeme zabývat pouze rozhlasovými přijímači.


RP - vlastnosti:

Frekvenční (vlnové) rozsahy přijímače udávají, v jakém oboru vlnových délek lze přijímač přelaďovat, a rozhodují o jeho použití. Rozhlasové přijímače bývají laditelné v rozsazích: DV, SV, KV, VKV.

Citlivost přijímače vyjadřuje nejmenší vstupní vf napětí s normální modulací (30% modulace při nosné 1 kHz), které vyvolá na výstupu přijímače normalizovaný zkušební výkon (50 mW), jsou-li všechny regulátory přijímače nastaveny na maximum. Citlivost závisí na konstrukci a bývá běžně 20 V (rozmezí cca 1 V 500 V).

Selektivita je schopnost přijímače vybrat z množství signálů nacházejících se na jeho vstupu jen takové, které odpovídají požadované stanici, a ostatní kmitočty co nejvíce potlačit. Udává se poměrem vstupního napětí přijímače, které při stanoveném rozladění f vybudí výstup přijímače na 50 mW, k citlivosti přijímače při nosné frekvenci fo. Poměr se vyjadřuje v decibelech (dB). Selektivita se vyjadřuje různými způsoby, z nichž nejpřehlednější je grafický způsob reprezentovaný křivkou selektivnosti.

Další vlastnosti jsou: druh modulace, výstupní výkon, frekvenční charakteristika, jakost reprodukce, ovládání přijímače, poruchovost přijímače, cena přijímače, atd.


RP - přímozesilující:

Přijímače s přímým zesílením (přímozesilující) - tzv. krystalky se používají na AM signály a mohou být realizovány několika způsoby, blokové schéma přímozesilujícího rozhlasového přijímače je na následujícím obr.:

Princip činnosti: Přijímač má na vstupu všech signály z éteru. Laděný vf zesilovač vybere požadovaný signál o frekvenci nosné fo, a ten zesílí, ostatní potlačí. V detektoru se odstraní vf složka přijatého signálu, nf složka se zesílí v nf zesilovači a odchází na výstup (do reproduktoru).

Nevýhody: především malá selektivita (pro její zvětšení se musí použít vícestupňový vf zesilovač, u něhož je však třeba zajistit synchronní přelaďování všech laděných vf stupňů - souběh a navíc zajistit jeho stabilitu, což je při 3 a více stupních značně náročné); při kapacitním ladění paralelního rezonančního obvodu (nejčastěji) se mění šířka pásma tohoto obvodu s frekvencí; aj.

Výhody: jednoduchá konstrukce (při malém počtu stupňů zesilovačů)


RP - nepřímozesilující:

Přijímače s nepřímým zesílením (nepřímozesilující) - tzv. superheterodyny = superhety odstraňují většinu nedostatků přímozesilujících přijímačů. Jeho podstata spočívá v tom, že nosnou frekvenci každé přijímané stanice po zachycení ve vstupním obvodu a případném zesílení ve vf zesilovači lze přeměnit na jinou, pro všechny přijímané stanice stejnou, nosnou frekvenci - tzv. mezifrekvenci. Blokové schéma přijímače s nepřímým zesílením je na následujícím obr.:

Princip činnosti: Přelaďovaný vstupní vysokofrekvenční obvod vybere z množství signálů zachycených anténou požadovanou stanici s nosnou frekvencí fp. Po případném zesílení ve vf zesilovači (více o nich viz otázka č. 31. Vysokofrekvenční selektivní zesilovače malého signálu) postupuje signál fp do směšovače (více o nich viz otázka č. 54. Směšovače a násobiče kmitočtů), kde se signál fp smísí se signálem z oscilátoru fosc.

Smíšením signálů fp a fosc vznikne rozdílový signál - tzv. mezifrekvenční signál fmf = fosc - fp. Abychom při příjmu libovolné stanice s nosnou frekvencí fp dostali vždy na výstupu směšovače signál s konstantní frekvencí fmf (u AM: fmf = = 450 460 kHz; u FM: fmf = 10,7 MHz; u FM - TV: fmf = 5,5 MHz nebo fmf = 6,5 MHz (ČR)), musíme zabezpečit, aby oscilátor pracoval na frekvenci o mezifrekvenci větší, tj. fosc = fp + fmf (příklad: stanice vysílá na fp = 100 MHz, mezifrekvence je u FM stanic fmf = 10,7 MHz, oscilátor tedy musí kmitat na frekvenci fosc = fp + fmf = 100 + 10,7 = 110,7 MHz). Tohoto požadavku dosáhneme souběžným vstupního laděného vf obvodu a oscilátoru - souběh (nejčastěji se používá tříbodový souběh).

Za směšovačem následuje mezifrekvenční zesilovač, který zesílí mezifrekvenční signál. Ten je konstruován pouze pro jednu frekvenci fmf, a to mezifrekvenci fmf, na niž je pevně naladěný, což umožňuje skutečnost, že mezifrekvence je stálá (neměnná). Přestože při směšování vzniká kromě rozdílové frekvence ještě řada dalších, nemají na zpracování žádoucího signálu rozdílové frekvence žádný vliv. Mezifrekvenční zesilovač fixně laděný na nejnižší frekvenci produktů směšování je dostatečně selektivní na to, aby nepropustil ostatní, nežádoucí frekvence. Základním úkolem mf zesilovače je tedy zesílit výstupní napětí směšovače až na hodnotu odpovídají optimální funkci detektoru a vybrat užitečnou mezifrekvenci ze všech možných signálů na výstupu měniče frekvence (směšovače), tj. musí mít velmi dobrou selektivitu. Ta se dosahuje tím, že tento selektivní zesilovač bývá zapojen v několika stupních s vázanými rezonančními obvody. Svojí šířkou pásma a frekvencemi, které mf zesilovač přenáší, se řadí mezi vysokofrekvenční selektivní úzkopásmové zesilovače. Mezifrekvenční zesilovač svými vlastnostmi v rozhodující míře ovlivňuje celkové zesílené (citlivost) a selektivitu přijímače.

Z mf zesilovače pokračuje signál do detektoru (více o nich viz otázka č. 55 Demodulace FM signálů, nebo otázka č. 58 Demodulace AM signálů), kde se odstraní vf složka přijatého signálu, nf složka se zesílí v nf zesilovači a odchází na výstup (do reproduktoru).

Uvedený princip superhetu lze použít jak pro příjem FM signálů, tak pro příjem AM signálů (rozdíl je v podstatě jen ve volbě mezifrekvenčního kmitočtu fmf a v použitém detektoru). V případě, že přijímač je konstruován pro příjem AM i FM signálů je nutné všechny bloky zdvojit, vyjma nf zesilovače, a to zvlášť pro AM signály a zvlášť pro FM signály.

Výhody: velká citlivost; konstantní vysoká selektivita (dosaženo díky mezifrekvenci); stabilní zesílení i ladění; jednoduché ladění; možnost miniaturizace.


RP - zrcadlový signál:

Mezifrekvenční kmitočet musí být vždy zvolen mimo vlnový rozsah přijímače, jinak by totiž mohl signál tohoto vysílače pronikat až na vstup mf zesilovače, který by jej zesílil tak, že by na demodulátoru způsoboval se žádaným signálem nežádoucí interferenci. Potlačení signálu s mf kmitočtem závisí na selektivnosti vstupního vf zesilovače.

Výběr mezifrekvenčního signálu také významně působí na potlačení tzv. zrcadlového signálu. Představme si, že máme přijímač naladěný na kmitočet fa a nějaký vysílač pracuje na kmitočtu fz, jenž je o mezifrekvenci vyšší než kmitočet fosc, na který je právě naladěn oscilátor přijímače, tj. fz = fosc + fmf = fa + 2fmf. Ze spektrálního diagramu (viz obr.) je vidět rozložení jednotlivých frekvencí. Poněvadž čára (kmitočet) fz je vlastně zrcadlovým obrazem čáry (kmitočtu) fa, nazýváme kmitočet fz zrcadlovým kmitočtem vzhledem ke kmitočtu fa.

Zrcadlový kmitočet je nebezpečný, poněvadž stačí, aby pronikl na vstup směšovače, kde vytvoří s kmitočtem oscilátoru fosc mimo jiné složku, která má také mezifrekvenční kmitočet fmf,a tím tedy projde přes mf zesilovač na detektor, na němž způsobí interferenci (skládání). Potlačit zrcadlový signál lze pouze ve vysokofrekvenčním vstupním zesilovači před směšovačem. Vzhledem k tomu, že selektivnost vf zesilovačů se zmenšuje s rostoucím kmitočtem, je obtížnější dostatečně potlačit zrcadlový signál při vyšších pracovních kmitočtech přijímače.

Srovnáme-li obr. výše dojdeme k závěru, že potlačení zrcadlového signálu můžeme i při malé selektivitě vf zesilovače podstatně zlepšit, jestliže zvolíme vysoký mezifrekvenční kmitočet. Se zvětšením mf kmitočtu se zvětší odstup zrcadlového signálu od signálu žádaného, takže i málo selektivní vf zesilovač zrcadlový signál spolehlivě utlumí. Toto je protichůdné zjištění: z hlediska selektivity a zesílení je výhodný nízký mezifrekvenční kmitočet, kdežto z hlediska potlačení zrcadlového kmitočtu je výhodné volit mezifrekvenční kmitočet vysoký. Zpravidla se to řeší zlepšením selektivity vstupního obvodu.


dlabos.wz.cz