Виртуальный осциллограф и радиоприёмник – для новичков в радиоделе

April 28, 2014 by admin Комментировать »

Давайте рассмотрим, какие преобразования претерпевает радиосигнал, попадая в радиоприёмник, работающий с амплитудно-модулированными сигналами Пусть радиоприёмник будет простым, прямого усиления по схеме 1-v-1 Что это значит Ничего особенного: приёмник имеет один каскад усиления высокой частоты, детектор и один каскад усиления низкой частоты

Когда радиоволна попадает на антенну приёмника, электромагнитное поле радиоволны заставляет электроны провода антенны (это может быть кусочек провода определённой длины) двигаться по закону изменения поля радиоволны, порождая переменный электрический ток

Процессы, происходящие в антенне трудно симулировать с помощью программы, например, Multisim, но, как и при настройке приёмника, можно воспользоваться генератором На практике для этой цели используют генераторы Мы ещё не готовы пополнить свою лабораторию таким генератором, поэтому вначале проведём ряд виртуальных экспериментов

Чтобы выделить сигнал одной радиостанции, то есть, сигнал одной частоты, воспользуемся свойствами колебательного контура, состоящего из катушки индуктивности и конденсатора переменной ёмкости Итак, схема первого эксперимента такова:

Рис 121 Входной колебательный контур радиоприёмника

Используя виртуальные компоненты, мы можем воспользоваться тем обстоятельством, что они позволяют менять их значения в широких пределах Я не думаю, что смогу найти конденсатор переменной ёмкости со значением 4 нФ (4000 пФ) Но виртуальный конденсатор позволяет использовать несущую частоту 100 кГц, что сейчас удобнее

Меняя значение конденсатора с помощью клавиши «А» на клавиатуре (Shift+A для изменения в обратную сторону), можно убедиться, что сигнал генератора имеет максимальное значение (на рисунке он увеличивается) при определённом значении конденсатора Так мы настраиваем радиоприёмник на нужную станцию в реальной конструкции

Колебательный контур L1C1 имеет определённую резонансную частоту Её можно рассчитать, а можно воспользоваться плоттером Боде в программе Multisim, чтобы определить эту частоту Или определить, какой должна быть индуктивность катушки, если мы используем реальный воздушный конденсатор переменной ёмкости в 200 пФ, а собираемся слушать радиостанцию, работающую, скажем, на частоте 1 МГц

Для виртуальных экспериментов можно использовать и программу Qucs (напомню, бесплатную программу) В этом случае понадобится несколько раз изменить значение конденсатора, выбирая такое, при котором сигнал максимален

Рис 122 Эксперимент в программе Qucs

В реальном радиоприёмнике, когда мы знаем, что ёмкость конденсатора меняется в пределах 20-

300 пФ, расчёт ведётся для получения нужного значения катушки индуктивности При этом исходят из того, что, для определённости пусть будет диапазон длинных волн, резонансную частоту следует менять от 150 до 408 кГц

Выделив нужную нам радиостанцию, мы должны избавиться от несущей частоты – она выполнила свою задачу, сформировав радиоволну должной длины для переноса информации на большое расстояние Чтобы избавиться от несущей частоты, мы используем детектор

Рис 123 Детектирование радиосигнала после колебательного контура

Детектор D1 делает то же, что  и диод выпрямителя – превращает переменный ток, который меняется и по величине и по направлению, в такой, который меняется только по величине Мы ещё не избавились от несущей частоты И, прежде, чем это сделаем, рассмотрим ещё  одну деталь Проводя виртуальный эксперимент, мы использовали сигнал с напряжением 1 вольт Но реальный сигнал, который мы получим, используя антенну, скорее всего, будет порядка 1 мВ Посмотрим, что у нас получится, когда мы уменьшим сигнал от генератора

Рис 124 Результат детектирования при маленьком входном сигнале

Не знаю как вы, а я не вижу нашего информационного сигнала, который нам только и нужен И величина напряжения порядка 50 мкВ Что произошло Ничего особенного Вспомните, что для того, чтобы диод начал открываться, на него нужно подать напряжение около 05 В Детектор – это диод, и для него нужно напряжение такого же порядка

Теперь становится понятно, почему перед детектором мы добавляем каскад усиления высокой частоты Но, прежде чем это сделать, рассмотрим ещё одну особенность колебательного контура Мы используем его для того, чтобы из множества радиостанций, работающих на разных, иногда близких, частотах, выделить одну радиостанцию Колебательный контур тем лучше справляется с этой задачей, чем выше его добротность То есть, чем «ярче» он выделяет резонансную частоту Вот как выглядит амплитудно-частотная характеристика, если  мы нагрузим его резистором, меняя величину сопротивления от 100 кОм до 1 кОм

Рис 125 АЧХ контура L1C1 при разных нагрузках

Чем меньше сопротивление нагрузки колебательного контура, тем меньше эффект выделения резонансной частоты Большая добротность контура достигается при большом сопротивлении нагрузки, определяя хорошую избирательность контура – мы будем слышать только одну радиостанцию, а не несколько близко расположенных О влиянии сопротивления нагрузки мы, впрочем, уже говорили раньше

Каскад усиления высокой частоты желательно выполнить по схеме с общим эмиттером Он обеспечит хорошее усиление по напряжению (и по мощности), но  у него  маленькое входное сопротивление Поэтому очень часто катушку делают с отводом, получая автотрансформатор К отводу подключают вход усилителя высокой частоты При этом сигнал, конечно, уменьшается, но избирательность удаётся сохранить И это ещё одна из причин появления каскада усиления высокой частоты Добавим его в схему и проверим работу детектора

Рис 126 Схема приёмника с каскадом усиления высокой частоты

Выяснив назначение каскада усиления высокой частоты, можно вернуться к вопросу о том, как полностью избавиться от несущей частоты

В блоке питания после выпрямления мы использовали конденсатор, чтобы убрать пульсации Попробуем так же избавиться от несущей частоты

Рис 127 Устранение несущей частоты с помощью конденсатора

Если не обращать внимания на остатки несущей частоты, то на графике видна информационная составляющая – частота 1 кГц, которая модулировала частоту 100 кГц

Работу усилителя низкой частоты мы уже рассматривали

Когда-то на заре радиовещания, когда радиостанций было немного, а в качестве детектора применяли диод с небольшим напряжением открывания, радиоприёмник состоял из колебательного контура и детектора Такой приёмник называли детекторным При хорошей антенне, располагаясь недалеко от радиостанции, можно было вполне удачно слушать радио на наушники Получится ли это сегодня, не могут сказать Можете попробовать, используя в качестве детектора германиевый диод

Источник: Гололобов ВН,- Самоучитель игры на паяльнике (Об электронике для школьников и не только), – Москва 2012

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты