Схемы АПЧГ

Необходимость в системе автоподстройки частоты гетеродина (АПЧГ) возникла в связи с проблемой так называемого бесподстроечного приема. После того как супергетеродинные приемники полностью вытеснили из практики «бытовые» приемники прямого усиления, выяснилось, что новая система приема имеет органический недостаток, которого не было у приемников прямого усиления.

Дело в том, что в супергетеродинах появился новый схемно-функциональный узел - гетеродин, частота которого в процессе работы должна была по желанию оператора изменяться в очень широких пределах при перестройке приемника со станции на станцию.

Однако выяснилось, что такую перестройку гетеродин осуществляет не только по желанию оператора, но и вопреки его желанию - по собственной инициативе. И объяснялось это тем, что гетеродин, как и любой генератор вообще, помимо всех прочих параметров обладает еще и некоторым конечным значением стабильности по частоте. Это означает, что, будучи первоначально настроенным на какую-то частоту f, гетеродин со временем, под воздействием различных внешних причин (повышение или понижение окружающей температуры, нагрев собственного активного элемента - транзистора, микросхемы, изменение напряжения источника питания и т.п.) эту собственную первоначальную частоту самопроизвольно изменяет либо в сторону повышения, либо в сторону понижения на некоторую величину, которую принято выражать в процентах, от значения первоначальной частоты.

Что это означает на практике? А на практике это означает следующее; если мы в 31 - метровом диапазоне КВ настроились на прием станции с частотой 10465 кГц, то при стандартной промежуточной частоте в 465кГц частота гетеродина у нас составит 10 000 кГц. А теперь представим себе, что через полчаса собственная частота гетеродина из-за самопрогрева изменилась всего-то ничего на какие-то 0.1% и стала равной не 10 000 кГц, а 9 990 или 10 010 кГц.

Но поскольку настройка канала ПЧ осталась неизменной и равной 465 кГц при полосе пропускания в 10 (!) кГц, то окажется, что приемник самостоятельно перестроился с приема одной станции на прием одной из двух соседних станций - выше или ниже первоначальной в зависимости от знака изменения расстройки частоты гетеродина.

Впрочем, такое изменение частоты происходит не скачком, а плавно и постепенно, поэтому принимаемая первоначальная станция не исчезает сразу, а постепенно «уходит». И чтобы такой уход предотвратить, оператору приходится то и дело «подстраивать» частоту гетеродина. Отсюда и понятно желание поручить такую подстройку самому приемнику, как это было в случае создания системы АРУ.

При создании системы АПЧГ возникло два вопроса: на какой элемент гетеродина следует воздействовать для изменения его собственной частоты, и каков должен быть управляющий сигнал, чтобы такое воздействие осуществлять.

Ответ на первый вопрос напрашивайся сам собой - для того и существуют варикапы, емкость которых изменяется в определенных пределах в зависимости от величины приложенного к ним постоянного напряжения. Значит, в общую емкость контура гетеродина надо подключить варикап таким образом, чтобы точной настройке на станции (с учетом емкости варикапа) постоянное напряжение на варикапе соответствовало ровно половине регулировочного участка его характеристики. В этом случае увеличение или уменьшение подводимого к варикапу постоянного напряжения будет увеличивать или уменьшать его емкость, а стало быть, пропорционально понижать или повышать частоту гетеродина.

Оставалось найти такой источник, величина и полярность постоянного напряжения на выходе которого изменялись бы пропорционально величине частотной расстройки гетеродина. Но такой источник даже не пришлось искать, поскольку именно таким свойством обладает любой частотный детектор - дискриминатор иди дробный детектор.

Следует понять еще одну особенность системы - АПЧГ; ее использование целесообразно только в тех случаях, когда даже незначительная в процентном отношении расстройка гетеродина «уводит» принимаемую станцию за пределы рабочей полосы пропускания. Например, в рассмотренном выше случае для этого оказалось достаточным измениться частоте гетеродина всего на 0,1 %. А если бы такая расстройка произошла в средневолновом диапазоне при частоте гетеродина в 1000 кГц, то при той же расстройке в 0,1% это составило бы по абсолютной величине всего 1 кГц и прием принимаемой станции практически почти не нарушился (если не считать незначительного ухудшения воспроизведения высших частот звукового спектра).

Именно поэтому применение АПЧГ на длинных волнах практически бессмысленно, на средних волнах - малоэффективно, на коротких волнах - очень полезно и желательно, а на УКВ - совершенно необходимо. Тем более что передачи на УКВ диапазоне ведутся исключительно с частотной модуляцией, а потому для создания системы АПЧГ практически ничего не надо выдумывать или добавлять: все необходимое для этого уже заложено в схему самого УКВ-ЧМ приемника.

Практическая схема системы АПЧГ для УКВ - ЧМ вещательного приемника приведена на рис. 2.26.

Блок фиксированных настроек в тюнерах. Одним из элементов повышенного сервиса в тюнерах, магнитолах и радиоприемниках стало использование так называемых «фиксированных настроек» на несколько наиболее часто слушаемых станций. Суть системы заключалась в том, что при сохранении возможности плавной настройки на станции в каждом диапазоне на переднюю панель или пульт управления выводилось несколько кнопок управления, при нажатии каждой из которых сказывалось возможным сразу же, без переключения диапазонов и органа настройки, принять (и воспроизвести) одну выбранную заранее станцию. При этом предварительный выбор станции для фиксации на данной кнопке можно производить многократно.

Рис. 2.26. Типовая схема автоподстройки частоты гетеродина в УКВ-ЧМ приемнике

Практически это, как правило», сводится к выбору нужной станции на любом из диапазонов при плавной ручной настройке, после чего последовательным нажатием любой из «фиксированных» кнопок и кнопки «Память» выбранная станция автоматически «запоминается» на данной кнопке.

Кнопочный механизм может быть выполнен либо на механических переключателях, либо на сенсорах. Основу электрической части системы составляет обычная схема с элементами памяти, широко используемая не только в приемниках и тюнерах, но и гораздо чаще - в современных телевизорах с ПДУ и в автомагнитолах, где, кстати, говоря, применение фиксированных настроек наиболее оправдано и целесообразно, чтобы не отвлекать водителя от основного занятия.

При другом, упрощенном, варианте с помощью переключателя просто коммутируется соответствующее количество переменных резисторов, изменяющих постоянное напряжение на варикапе, включенном в контур гетеродина. В этом случае технология выбора станции несколько иная: нажав любую кнопку, медленно вращают соответствующий переменный резистор до момента точной настройки на нужную станцию, после чего оставляют его в этом положении. Аналогично настраиваются и на остальные станции на других кнопках. При таком варианте помимо определенного числа «фиксированных» кнопок рядом с ними располагается дополнительная кнопка, при нажатии которой приемник переводится в режим обычной плавной настройки.

Поскольку ничего специфичного и необычного в системах фиксирован­ной настройки нет, ограничимся сказанным и приведем в заключение из типовых схем блока фиксированных настроек, используемых в отечественных промышленных тюнерах (рис. 2.27).

Блок магнитных антенн в тюнерах. Стремление к повышению помехоустойчивости приемников привело к появлению в их конструкции магнитных антенн. Известно, что любая радиопередача осуществляется с помощью электромагнитных волн. Само название говорит о том, что подобная волна содержит две составляющие - электрическую и магнитную. Для приема электрической составляющей используют обычные антенны, представляющие собой отрезок электрического провода, расположенный горизонтально или вертикально на некотором расстоянии от земли и непос­редственно или через небольшую разделительную емкость подключаемый к входному устройству приемника.

Горизонтальные антенны обычно имеют существенные размеры (единицы и десятки погонных метров) и подвешиваются вне помещения между двумя опорами (мачтами). Вертикальными (как правило - телескопическими) антеннами обычно оборудуют портативные (носимые) приемники с автономным питанием для приема сигналов в КВ и УКВ диапазонах.

Все виды антенн, принимающих электрическую составляющую радиоволны, подвержены воздействию электрических помех атмосферного и промышленного происхождения, а потому передают сигналы этих помех «по эстафете» через весь АМ тракт приемника вплоть до громкоговорителя.

Для приема магнитной составляющей радиоволны используется магнитопровод в виде круглого стержня или плоской пластины, на которые надеваются подвижные картонные или пластмассовые каркасы с намотанными на них катушками индуктивности.

Параметры этих катушек с учетом величины магнитной проницаемости стержней подбираются такими, чтобы они непосредственно выполняли роль катушек входных контуров приемника на соответствующих диапазонах.

Особенности магнитных антенн их меньшая подверженность воздействию электрических помех и ярко выраженная направленность характеристики. По существу магнитная антенна свободно принимает магнитную составляющую радиоволны с «фасадной» стороны и практически вовсе не принимает ее со стороны торцов стержня или пластины. Это ее свойство позволяет путем соответствующей пространственной ориентации осуществлять удовлетворительный приём сигнала даже при наличии интенсивных внешних электрических помех.

В переносных приемниках такую ориентацию осуществляют, поворачивая сам приемник, а в стационарных приемниках для этой цели магнитную антенну укрепляют на специальной поворотной стойке, вращение которой производится механо-кинематической системой, ручка управления которой выводится на лицевую панель аппарата наряду с ручками других органов оперативного управления (настройки, регулировки громкости и т.п.).

Внешней вид и электрическая схема двухдиапазонной магнитной антенны представлены на рис.2.28.