В правой части отчетливо видны три гармонические составляющие, которые и представляют собой спектр этого колебания. Спектр изображен на рис. 5.45, б.
Рис. 5.45. Графики AM-колебания
Такое колебание поступает в смеситель (рис. 5.46), где умножается на вторую гармонику гетеродинного напряжения, выражение для которой имеет вид
uг(t) = Uг. m∙cos(2π∙2fг∙t)
Рис. 5.46. Структурная схема приемника
Частота гетеродина (fг) выбирается в два раза меньше частоты сигнала (f0), чтобы предотвратить просачивание гетеродинного напряжения в антенну через входную цепь (ВЦ), настроенную на f0.
В приемнике используется смеситель на встречно-параллельных диодах, обеспечивающий преобразование на второй гармонике [12]. При этом обеспечивается равенство f0 = 2fг. В результате на выходе смесителя получается сумма гармоник:
Первое слагаемое в квадратных скобках представляет собой постоянную составляющую, так как аргумент косинуса равен нулю. Второе слагаемое имеет удвоенную частоту сигнала и через фильтр нижних частот (ФНЧ) не проходит. Третье и пятое слагаемые формулы имеют частоту Fm, и легко проходят через ФНЧ. Их сумма и представляет собой полезный сигнал, изменяющийся во времени по закону огибающей входного сигнала (рис. 5.45, г). Четвертое и шестое слагаемые имеют частоты, лежащие в окрестностях удвоенной частоты сигнала и не пропускаются ФНЧ на выход.
Таким образом, рассмотренный принцип приема позволяет без амплитудного детектора выделить полезный сигнал непосредственно (прямо) из принимаемого высокочастотного сигнала. Отсюда и название метода — прямое преобразование. Как видно из схемы и графиков, избирательность по соседнему каналу в таком приемнике будет определяться амплитудно-частотной характеристикой ФНЧ, а на низких частотах, как известно, легко получать несложные фильтры с крутыми спадами характеристики. Смеситель можно располагать непосредственно за ВЦ у самого входа приемника, а стало быть, все усиление можно реализовывать в УНЧ, что существенно упрощает борьбу с самовозбуждением усилителей. Достаточно одного-двух операционных усилителей для обеспечения чувствительности приемника не хуже 1 мкВ.
Существенным недостатком приемников прямого преобразования является очень жесткое требование к стабильности частоты гетеродина. Действительно, вышеприведенные рассуждения справедливы только при условии 2fг = f0. Отклонение одной из частот на 100–200 Гц сводит к нулю разборчивость сигнала на выходе приемника. Даже при одинаковых частотах, но меняющейся во времени разности фаз амплитуда выходного сигнала будет «плавать» во времени. Если идет речь о модуляции радиосигнала прямоугольными импульсами, как это имеет место в радиоуправлении, то выходные импульсы будут иметь не только плавающую амплитуду, но и меняющуюся полярность, что, конечно, недопустимо. По этой причине в описанных ниже конструкциях используется расстройка в 10–20 кГц между частотой излучаемого сигнала и частотой второй гармоники гетеродина. В этом случае, как можно самостоятельно убедиться, на выходе смесителя получится низкочастотный сигнал на разностной частоте, промодулированный прямоугольными импульсами (см. рис. 5.48, а).
5.4.2. Приемник на транзисторах
Принципиальная схема
Приемник предназначен для работы с амплитудно-манипулированными сигналами длительностью не менее 0,5 мс. Частота настройки — 28 МГц. Чувствительность, при отношении «сигнал/шум» = 10 — не хуже 1 мкВ (4–5 мкВ без УРЧ). Амплитуда положительных импульсов на выходах всех каналов практически равна напряжению питания (5–6 В).
Принципиальная схема устройства приведена на рис. 5.47.
Рис. 5.47. Принципиальная схема
Она очень похожа на схему приемника прямого преобразования, но, по сути, представляет собой супергетеродин с очень низкой промежуточной частотой (8—10 кГц). Принимаемый сигнал, представляющий собой высокочастотные импульсы с прямоугольной огибающей, через входной контур поступает на вход усилителя радиочастоты, собранного на транзисторе VT1. Постоянное напряжение на втором затворе управляет коэффициентом усиления транзистора и выбрано таким, при котором УРЧ имеет максимальное усиление (Кu ~ 10), не приводящее еще к самовозбуждению.