Принцип работы радиоприемника: Радио - Радиоприёмники - Принцип работы радиоприёмника - Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение социального обслуживания населения

Содержание

Устройство и принцип работы радиоприёмника Попова реферат по физике

РЕФЕРАТ ПО ФИЗИКЕ на тему: Устройство и принцип работы радиоприёмника А. С. Попова Выполнила: ученица 11 «б» класса Овчинникова Ю. Проверил: учитель физики Гаврилькова И. Ю. Новый Оскол 2003 г. ПЛАН: 1. Первый радиоприёмник Попова. 2. Совершенствование радио Поповым. 3. Современные радиоприёмники. Первый радиоприёмник Попова. После того, как было открыто электричество, по проводам научились передавать электрические сигналы, переносившие телеграммы и живую речь. Но ведь телефонные и телеграфные провода не протянешь за судном или самолётом, за поездом или автомобилем. И тут людям помогло радио (в переводе с латинского radio означает “излучать”, оно имеет общий корень и с другими латинскими словами radius – “луч”). Для передачи сообщения без проводов нужны лишь радиопередатчик и радиоприёмник, которые связаны между собой электромагнитными волнами – радиоволнами, излучаемыми передатчиком и принимаемые приёмником. Передатчиком служил искровой разрядник, возбуждавший электромагнитные колебания в антенне, которую Попов впервые в мире использовал для беспроводной связи. Чтобы повысить чувствительность аппарата, А.С. Попов один из выводов когерера заземлил, а другой присоединил к высоко поднятому куску проволоки, создав первую приемную антенну для беспроволочной связи. Заземление превращает проводящую поверхность земли в часть открытого колебательного контура, что увеличивает дальность приема. Схема радиоприёмника А. С. Попова, сделанная им самим: N – контакт звонка; А, В – вызовы когерера; С – контакт реле; РQ – выводы батареи, М – контакт антенны. Принцип действия передатчика и приёмника Попова можно продемонстрировать с помощью установки, в которой диполь с когерером замкнут на батарею через гальванометр. В момент приёма электромагнитной волны сопротивление когерера уменьшается, а ток в цепи увеличивается настолько, что стрелка гальванометра отклоняется на всю шкалу. Для прекращения приёма сигнала опилки когерера следует встряхнуть, например, лёгким постукиванием карандаша. В приёмной станции Попова эту операцию выполнял автоматически молоточек электрического звонка. Схема демонстрации принципа действия приёмника Попова: К – когерер, Б – батарея. Совершенствование радио Поповым. Много сил и времени посвятил Попов совершенствованию своего радиоприёмника. Он ставил своей непосредственной задачей построить прибор для передачи сигналов на большие расстояния. Вначале радиосвязь была установлена на расстоянии 250 м. Неустанно работая над своим изобретением, Попов вскоре добился дальности связи более 600 м. Затем на маневрах Черноморского флота в 1899г. ученый установил радиосвязь на расстоянии свыше 20км, а в 1901г. дальность радиосвязи была уже 150км. Важную роль в этом сыграла новая конструкция передатчика. Искровой промежуток был размещен в колебательном контуре, индуктивно связанном с передающей антенной и настроенном с ней в резонанс.. Существенно изменились и способы регистрации сигнала. Параллельно звонку был включен телеграфный аппарат, позволивший вести автоматическую запись сигналов. В 1899г. была обнаружена возможность приема сигналов с помощью телефона. Через 5 лет после постройки первого приёмника начала действовать регулярная линия беспроводной связи на расстояние 40 километров. Благодаря программе, переданной по этой линии зимой 1900 г., ледокол “Ермак” снял со льдины рыбаков, которых шторм унёс в море. Радио, начавшее свою практическую историю спасением людей, стало новым прогрессивным видом связи XX века. Современные радиоприёмники. Хотя современные радиоприемники очень мало напоминают приемник Попова, основные принципы их действия те же, что и в его приборе. Современный приемник также имеет антенну, в которой приходящая волна вызывает очень слабые электромагнитные колебания. Как и в приемнике А. С. Попова, энергия этих колебаний не используется непосредственно для приема. Слабые сигналы лишь управляют источниками энергии, питающими последующие цепи. Сейчас такое управление осуществляется с помощью полупроводниковых приборов. Схема простейшего радиоприёмника.

Изобретение радио А. С. Поповым. Принципы радиосвязи

Подробности: Просмотров: 1176

«Физика – 11 класс»

Изобретение радио А. С. Поповым

Впервые радиосвязь была установлена в России А. С. Поповым, создавшим аппаратуру, принимающую и передающую сигналы.

Опыты Герца, описание которых появилось в 1888 г., побудили искать пути усовершенствования излучателя и приемника электромагнитных волн.

В России одним из первых изучением электромагнитных волн занялся преподаватель офицерских курсов в Кронштадте А. С. Попов.

В качестве детали, непосредственно «чувствующей» электромагнитные волны, А. С. Попов применил когерер.
Этот прибор представляет собой стеклянную трубку с двумя электродами.
В трубке помещены мелкие металлические опилки.
Принцип действия прибора основан на влиянии электрических разрядов на металлические порошки.

В обычных условиях когерер обладает большим сопротивлением, так как опилки имеют плохой контакт друг с другом.
Последовательно с когерером включаются электромагнитное реле и источник постоянного напряжения.
Пришедшая электромагнитная волна создает в когерере переменный ток высокой частоты.
Между опилками проскакивают мельчайшие искорки, в результате сопротивление когерера резко падает.

Сила тока в катушке электромагнитного реле возрастает, и оно включает звонок.
Молоточек звонка, ударяя по когереру, встряхивает его и возвращает в исходное состояние.
С последним встряхиванием когерера аппарат готов к приему новой волны.

Чтобы повысить чувствительность аппарата, А. С. Попов один из выводов когерера заземлил, а другой присоединил к высоко поднятому куску проволоки, создав тем самым первую в мире приемную антенну для беспроволочной связи.
Заземление превращает проводящую поверхность земли в часть открытого колебательного контура, что увеличивает дальность приема.

Основные принципы действия современных радиоприеников те же, что и в приборе Попова.
Современный приемник также имеет антенну, в которой приходящая волна вызывает очень слабые электромагнитные колебания.
Как и в приемнике А. С. Попова, энергия этих колебаний не используется непосредственно для приема.

Слабые сигналы лишь управляют источниками энергии, питающими последующие цепи.
Сейчас такое управление осуществляется с помощью полупроводниковых приборов.

7 мая 1895 г. на заседании Русского физико-химического общества в Петербурге А. С. Попов продемонстрировал действие своего прибора, явившегося, по сути дела, первым в мире радиоприемником.
День 7 мая стал днем рождения радио.

А. С. Попов продолжал настойчиво совершенствовать приемную и передающую аппаратуру.
Он ставил своей непосредственной задачей создать прибор для передачи сигналов на большие расстояния.

Вначале радиосвязь была установлена на расстоянии 250 м, но вскоре Попов добился дальности связи более 600 м.
Затем на маневрах Черноморского флота в 1899 г. ученый установил радиосвязь на расстоянии свыше 20 км, а в 1901 г. дальность радиосвязи была уже 150 км.
В новой конструкции передатчика искровой промежуток был размещен в колебательном контуре, индуктивно связанном с передающей антенной и настроенном с ней в резонанс.
Изменились и способы регистрации сигнала: параллельно звонку был подключен телеграфный аппарат, позволивший вести автоматическую запись сигналов.
В 1899 г. была обнаружена возможность приема сигналов с помощью телефона.

В начале 1900 г. радиосвязь успешно использовали в ходе спасательных работ в Финском заливе.
При участии А. С. Попова радиосвязь начали применять на флоте и в армии России.

За границей усовершенствование подобных приборов проводилось фирмой, организованной итальянским инженером Г. Маркони.
Опыты, поставленные в широком масштабе, позволили осуществить радиотелеграфную передачу через Атлантический океан.

Принципы радиосвязи

Переменный электрический ток высокой частоты, созданный в передающей антенне, вызывает в окружающем пространстве быстроменяющееся электромагнитное поле, которое распространяется в виде электромагнитной волны.

Достигая приемной антенны, электромагнитная волна вызывает в ней переменный ток той же частоты, на которой работает передатчик.

Важнейшим этапом в развитии радиосвязи было создание в 1913 г. генератора незатухающих электромагнитных колебаний.
Кроме передачи телеграфных сигналов, состоящих из коротких и более продолжительных импульсов («точки» и «тире») электромагнитных волн, стала возможной надежная и высококачественная радиотелефонная связь – передача речи и музыки с помощью электромагнитных волн.

Радиотелефонная связь

При радиотелефонной связи колебания давления воздуха в звуковой волне превращаются с помощью микрофона в электрические колебания той же формы.

Казалось бы, если эти колебания усилить и подать в антенну, то можно будет передавать на расстояние речь и музыку с помощью электромагнитных волн.

Однако в действительности такой способ передачи неосуществим.
Дело в том, что частота звуковых колебаний мала, а электромагнитные волны низкой (звуковой) частоты имеют малую интенсивность.

Модуляция

Для осуществления радиотелефонной связи необходимо использовать высокочастотные колебания, интенсивно излучаемые антенной.

Незатухающие гармонические колебания высокой частоты вырабатывает генератор, например генератор на транзисторе.

Для передачи звука эти высокочастотные колебания изменяют, или, как говорят, модулируют, с помощью электрических колебаний низкой (звуковой) частоты.
Можно, например, изменять со звуковой частотой амплитуду высокочастотных колебаний.
Этот способ называют амплитудной модуляцией.

На рисунке приведены три графика:
а) график колебаний высокой частоты, которую называют несущей частотой;
б) график колебаний звуковой частоты, т.

е. модулирующих колебаний;
в) график модулированных по амплитуде колебаний.

Без модуляции мы в лучшем случае можем контролировать лишь, работает станция или молчит.
Без модуляции нет ни телефонной, ни телевизионной передачи.

Модуляция — медленный процесс.
Это такие изменения в высокочастотной колебательной системе, при которых она успевает совершить очень много высокочастотных колебаний, прежде чем их амплитуда изменится заметным образом.

Детектирование

Основные принципы радиосвязи представлены в виде блок-схемы:

В приемнике из модулированных колебаний высокой частоты выделяются низкочастотные колебания.

Такой процесс преобразования сигнала называют детектированием.

Полученный в результате детектирования сигнал соответствует тому звуковому сигналу, который действовал на микрофон передатчика.
После усиления колебания низкой частоты могут быть превращены в звук.

Источник: «Физика – 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Электромагнитные волны. Физика, учебник для 11 класса – Класс!ная физика

Что такое электромагнитная волна — Экспериментальное обнаружение электромагнитных волн — Плотность потока электромагнитного излучения — Изобретение радио А. С. Поповым. Принципы радиосвязи — Модуляция и детектирование — Свойства электромагнитных волн — Распространение радиоволн — Радиолокация — Понятие о телевидении. Развитие средств связи — Краткие итоги главы

Простая схема радиоприемника: краткое описание. Старые радиоприемники

Долгое время радиоприёмники возглавляли список самых значимых изобретений человечества. Первые такие устройства сейчас реконструированы и изменены под современный лад, однако в схеме их сборки мало что поменялось – та же антенна, то же заземление и колебательный контур для отсеивания ненужного сигнала. Бесспорно, схемы сильно усложнились со времён создателя радио – Попова. Его последователями были разработаны транзисторы и микросхемы для воспроизведения более качественного и энергозатратного сигнала.

Почему лучше начинать с простых схем?

Если вам понятна простая схема радиоприёмника, то можете быть уверены, что большая часть пути достижения успеха в сфере сборки и эксплуатации уже осилена. В этой статье мы разберём несколько схем таких приборов, историю их возникновения и основные характеристики: частоту, диапазон и т. д.

Историческая справка

7 мая 1895 года считается днём рождения радиоприёмника. В этот день российский учёный А. С. Попов продемонстрировал свой аппарат на заседании Русского физико-химического общества.

В 1899 году была построена первая линия радиосвязи длиной 45 км между островом Гогланд и городом Котка. Во время Первой мировой войны получили распространение приёмник прямого усиления и электронные лампы. Во время военных действий наличие радио оказалось стратегически необходимым.

В 1918 году одновременно во Франции, Германии и США учёными Л. Левви, Л. Шоттки и Э. Армстронгом был разработан метод супергетеродинного приёма, но из-за слабых электронных ламп широкое распространение этот принцип получил только в 1930-х годах.

Транзисторные устройства появились и развивались в 50-х и 60-х годах. Первый широко используемый радиоприёмник на четырёх транзисторах Regency TR-1 был создан немецким физиком Гербертом Матаре при поддержке промышленника Якоба Михаэля. Он поступил в продажу в США в 1954 году. Все старые радиоприёмники работали на транзисторах.

В 70-х начинается изучение и внедрение интегральных микросхем. Сейчас приёмники развиваются с помощью большой интеграции узлов и цифровой обработки сигналов.

Характеристики приборов

Как старые радиоприёмники, так и современные обладают определёнными характеристиками:

Чувствительность – способность принимать слабые сигналы.
Динамический диапазон – измеряется в Герцах.
Помехоустойчивость.
Селективность (избирательность) – способность подавлять посторонние сигналы.
Уровень собственных шумов.
Стабильность.

Эти характеристики не меняются в новых поколениях приёмников и определяют их работоспособность и удобство эксплуатации.

Принцип работы радиоприёмников

В самом общем виде радиоприёмники СССР работали по следующей схеме:

Из-за колебаний электромагнитного поля в антенне появляется переменный ток.
Колебания фильтруются (селективность) для отделения информации от помех, т. е. из сигнала выделяется его важная составляющая.
Полученный сигнал преобразуется в звук (в случае радиоприёмников).

По схожему принципу появляется изображение на телевизоре, передаются цифровые данные, работает радиоуправляемая техника (детские вертолёты, машинки).

Первый приёмник был больше похож на стеклянную трубку с двумя электродами и опилками внутри. Работа осуществлялась по принципу действия зарядов на металлический порошок. Приёмник обладал огромным по современным меркам сопротивлением (до 1000 Ом) из-за того, что опилки плохо контактировали между собой, и часть заряда проскакивала в воздушное пространство, где рассеивалась. Со временем эти опилки были заменены колебательным контуром и транзисторами для сохранения и передачи энергии.

В зависимости от индивидуальной схемы приёмника сигнал в нём может проходить дополнительную фильтрацию по амплитуде и частоте, усиление, оцифровку для дальнейшей программной обработки и т. д. Простая схема радиоприёмника предусматривает единичную обработку сигнала.

Терминология

Колебательным контуром в простейшем виде называются катушка и конденсатор, замкнутые в цепь. С помощью них из всех поступающих сигналов можно выделить нужный за счёт собственной частоты колебаний контура. Радиоприемники СССР, как, впрочем, и современные устройства, основаны на этом сегменте. Как все это функционирует?

Как правило, питание радиоприёмников происходит за счёт батареек, количество которых варьируется от 1 до 9. Для транзисторных аппаратов широко используются батареи 7Д-0.1 и типа “Крона” напряжением до 9 В. Чем больше батареек требует простая схема радиоприёмника, тем дольше он будет работать.

По частоте принимаемых сигналов устройства делятся на следующие типы:

Длинноволновые (ДВ) – от 150 до 450 кГц (легко рассеиваются в ионосфере). Значение имеют приземлённые волны, интенсивность которых уменьшается с расстоянием.
Средневолновые (СВ) – от 500 до 1500 кГц (легко рассеиваются в ионосфере днём, но ночью отражаются). В светлое время суток радиус действия определяется приземлёнными волнами, ночью – отражёнными.
Коротковолновые (КВ) – от 3 до 30 МГц (не приземляются, исключительно отражаются ионосферой, поэтому вокруг приёмника существует зона радиомолчания). При малой мощности передатчика короткие волны могут распространяться на большие расстояния.
Ультракоротковолновые (УКВ) – от 30 до 300 МГц (имеют высокую приникающую способность, как правило, отражаются ионосферой и легко огибают препятствия).
Высокочастотные (ВЧ) – от 300 МГц до 3 ГГц (используются в сотовой связи и Wi-Fi, действуют в пределах видимости, не огибают препятствия и распространяются прямолинейно).
Крайневысокочастотные (КВЧ) – от 3 до 30 ГГц (используются для спутниковой связи, отражаются от препятствий и действуют в пределах прямой видимости).
Гипервысокочастотные (ГВЧ) – от 30 ГГц до 300 ГГц (не огибают препятствий и отражаются как свет, используются крайне ограниченно).

При использовании КВ, СВ и ДВ радиовещание можно вести, находясь далеко от станции. УКВ-диапазон принимает сигналы более специфично, но если станция поддерживает только его, то слушать на других частотах не получится. В приёмник можно внедрить плейер для прослушивания музыки, проектор для отображения на удалённые поверхности, часы и будильник. Описание схемы радиоприёмника с подобными дополнениями усложнится.

Внедрение в радиоприёмники микросхемы позволило значительно увеличить радиус приёма и частоту сигналов. Их главное преимущество в сравнительно малом потреблении энергии и маленьком размере, что удобно для переноса. Микросхема содержит все необходимые параметры для понижения дискретизации сигнала и удобства чтения выходных данных. Цифровая обработка сигнала доминирует в современных устройствах. Радиоприёмники СССР были предназначены только для передачи аудиосигнала, лишь в последние десятилетия устройство приёмников развилось и усложнилось.

Схемы простейших приёмников

Схема простейшего радиоприёмника для сборки дома была разработана ещё во времена СССР. Тогда, как и сейчас, устройства разделялись на детекторные, прямого усиления, прямого преобразования, супергетеродинного типа, рефлексные, регенеративные и сверхрегенеративные. Наиболее простыми в восприятии и сборке считаются детекторные приёмники, с которых, можно считать, началось развитие радио в начале 20-ог века. Наиболее сложными в построении стали устройства на микросхемах и нескольких транзисторах. Однако если вы разберетесь в одной схеме, другие уже не будут представлять проблемы.

Простой детекторный приёмник

Схема простейшего радиоприёмника содержит в себе две детали: германиевый диод (подойдут Д8 и Д9) и главный телефон с высоким сопротивлением (ТОН1 или ТОН2). Так как в цепи не присутствует колебательный контур, ловить сигналы определённой радиостанции, транслирующиеся в данной местности, он не сможет, но со своей основной задачей справиться.

Для работы понадобится хорошая антенна, которую можно закинуть на дерево, и провод заземления. Для верности его достаточно присоединить к массивному металлическому обломку (например, к ведру) и закопать на несколько сантиметров в землю.

Вариант с колебательным контуром

В прошлую схему для внедрения избирательности можно добавить катушку индуктивности и конденсатор, создав колебательный контур. Теперь при желании можно поймать сигнал конкретной радиостанции и даже усилить его.

Ламповый регенеративный коротковолновой приёмник

Ламповые радиоприёмники, схема которых довольно проста, изготавливаются для приёма сигналов любительских станций на небольших расстояниях – на диапазоны от УКВ (ультракоротковолнового) до ДВ (длинноволнового). На этой схеме работают пальчиковые батарейные лампы. Они лучше всего генерируют на УКВ. А сопротивление анодной нагрузки снимает низкая частота. Все детали приведены на схеме, самодельными можно считать только катушки и дроссель. Если вы хотите принимать телевизионный сигналы, то катушка L2 (EBF11) составляется из 7 витков диаметром 15 мм и провода на 1,5 мм. Для любительского приемника подойдет 5 витков.

Радиоприёмник прямого усиления на двух транзисторах

Схема содержит магнитную антенну и двухкаскадный усилитель НЧ – это настраиваемый входной колебательный контур радиоприёмника. Первый каскад – детектор ВЧ модулированного сигнала. Катушка индуктивности намотана в 80 витков проводом ПЭВ-0,25 (от шестого витка идёт отвод снизу по схеме) на ферритовом стержне диаметром 10 мм и длиной 40.

Подобная простая схема радиоприёмника рассчитана на распознавание мощных сигналов от недалёких станций.

Сверхгенеративное устройство на FM-диапазоны

FM-приёмник, собранный по модели Е. Солодовникова, несложен в сборке, но обладает высокой чувствительностью (до 1 мкВ). Такие устройства используют для высокочастотных сигналов (более 1МГЦ) с амплитудной модуляцией. Благодаря сильной положительной обратной связи коэффициент усиления каскада возрастает до бесконечности, и схема переходит в режим генерации. По этой причине происходит самовозбуждение. Чтобы его избежать и использовать приёмник как высокочастотный усилитель, установите уровень коэффициента и, когда дойдет до этого значения, резко снизьте до минимума. Для постоянного мониторинга усиления можно использовать генератор пилообразных импульсов, а можно сделать проще.

На практике нередко в качестве генератора выступает сам усилитель. С помощью фильтров (R6C7), выделяющих сигналы низких частот, ограничивается проход ультразвуковых колебаний на вход последующего каскада УНЧ. Для FM-сигналов 100-108 МГц катушка L1 преобразуется в полувиток с сечением 30 мм и линейной частью 20 мм при диаметре провода 1 мм. А катушка L2 содержит 2-3 витка диаметром 15 мм и провод с сечением 0,7 мм внутри полувитка. Возможно усиление приёмника для сигналов от 87,5 МГц.

Устройство на микросхеме

КВ-радиоприёмник, схема которого была разработана в 70-е годы, сейчас считают прототипом Интернета. Коротковолновые сигналы (3-30 МГц) путешествуют на огромные расстояния. Нетрудно настроить приёмник для прослушивания трансляции в другой стране. За это прототип получил название мирового радио.

Простой КВ-приёмник

Более простая схема радиоприёмника лишена микросхемы. Перекрывает диапазон от 4 до 13 МГц по частоте и до 75 метров по длине. Питание – 9 В от батареи “Крона”. В качестве антенны может служить монтажный провод. Приёмник работает на наушники от плейера. Высокочастотный трактат построен на транзисторах VT1 и VT2. За счёт конденсатора С3 возникает положительный обратный заряд, регулируемый резистором R5.

Современные радиоприёмники

Современные аппараты очень похожи на радиоприёмники СССР: они используют ту же антенну, на которой возникают слабые электромагнитные колебания. В антенне появляются высокочастотные колебания от разных радиостанций. Они не используются непосредственно для передачи сигнала, но осуществляют работу последующей цепи. Сейчас такой эффект достигается с помощью полупроводниковых приборов.

Широкое развитие приёмники получили в середине 20-го века и с тех пор непрерывно улучшаются, несмотря на замену их мобильными телефонами, планшетами и телевизорами.

Общее устройство радиоприёмников со времён Попова изменилось незначительно. Можно сказать, что схемы сильно усложнились, добавились микросхемы и транзисторы, стало возможным принимать не только аудиосигнал, но и встраивать проектор. Так приёмники эволюционировали в телевизоры. Сейчас при желании в аппарат можно встроить всё, что душе угодно.

Принципы общения – FM-радио – CoderLessons.com

Мультиплексирование с частотным разделением используется в радио и телевизионных приемниках. Основное использование FM для радиосвязи. Давайте посмотрим на структуру FM-передатчика и FM-приемника вместе с их структурными схемами и работой.

FM-передатчик

FM-передатчик — это целое устройство, которое принимает аудиосигнал в качестве входного сигнала и передает FM-модулированные волны на антенну в качестве выходного сигнала для передачи. FM-передатчик состоит из 6 основных этапов. Они проиллюстрированы на следующем рисунке.

Работу FM-передатчика можно объяснить следующим образом.

Аудиосигнал с выхода микрофона поступает на предварительный усилитель, который повышает уровень модулирующего сигнала.
Этот сигнал затем передается на фильтр верхних частот, который действует как сеть с предварительным выделением для фильтрации шума и улучшения отношения сигнал / шум.
Этот сигнал далее передается в цепь модулятора FM.
Цепь генератора генерирует высокочастотную несущую, которая подается на модулятор вместе с модулирующим сигналом.
Несколько ступеней умножителя частоты используются для увеличения рабочей частоты. Даже тогда мощности сигнала недостаточно для передачи. Следовательно, РЧ-усилитель мощности используется в конце для увеличения мощности модулированного сигнала. Этот FM-модулированный выходной сигнал наконец передается на антенну для передачи.

Аудиосигнал с выхода микрофона поступает на предварительный усилитель, который повышает уровень модулирующего сигнала.

Этот сигнал затем передается на фильтр верхних частот, который действует как сеть с предварительным выделением для фильтрации шума и улучшения отношения сигнал / шум.

Этот сигнал далее передается в цепь модулятора FM.

Цепь генератора генерирует высокочастотную несущую, которая подается на модулятор вместе с модулирующим сигналом.

Несколько ступеней умножителя частоты используются для увеличения рабочей частоты. Даже тогда мощности сигнала недостаточно для передачи. Следовательно, РЧ-усилитель мощности используется в конце для увеличения мощности модулированного сигнала. Этот FM-модулированный выходной сигнал наконец передается на антенну для передачи.

Требования получателя

Радиоприемник используется для приема сигналов как диапазона AM, так и диапазона FM. Обнаружение AM выполняется с помощью метода, называемого Обнаружение огибающей, а обнаружение FM выполняется с помощью метода, называемого частотной дискриминацией .

Такой радиоприемник имеет следующие требования.

Это должно быть экономически эффективным.
Он должен принимать сигналы AM и FM.
Приемник должен иметь возможность настраивать и усиливать нужную станцию.
Он должен иметь возможность отклонять нежелательные станции.
Демодуляция должна быть сделана для всех сигналов станции, независимо от частоты несущей.

Это должно быть экономически эффективным.

Он должен принимать сигналы AM и FM.

Приемник должен иметь возможность настраивать и усиливать нужную станцию.

Он должен иметь возможность отклонять нежелательные станции.

Демодуляция должна быть сделана для всех сигналов станции, независимо от частоты несущей.

Чтобы эти требования выполнялись, схема тюнера и схема микшера должны быть очень эффективными. Процедура смешивания RF является интересным явлением.

РЧ микширование

Блок радиочастотного микширования вырабатывает промежуточную частоту (IF), в которую преобразуется любой принятый сигнал, чтобы эффективно обрабатывать сигнал.

РЧ-микшер является важным этапом в приемнике. Два сигнала разных частот принимаются там, где один уровень сигнала влияет на уровень другого сигнала, чтобы получить результирующий смешанный выходной сигнал. Входные сигналы и выходной сигнал микшера показаны на следующих рисунках.

Когда два сигнала поступают на радиочастотный микшер,

Первая частота сигнала = F ₁

Частота второго сигнала = F ₂

Затем частоты результирующего сигнала = (F ₁ + F ₂ ) и (F ₁ — F ₂ )

На выходе создается микшер из двух сигналов разных частот.

Если это наблюдается в частотной области, шаблон выглядит следующим образом.

Символ радиочастотного микшера выглядит следующим образом.

Два сигнала смешиваются, чтобы сформировать результирующий сигнал, где влияние одного сигнала влияет на другой сигнал, и оба формируют различную структуру, как видно ранее.

FM-приемник

FM-приемник — это целое устройство, которое принимает модулированный сигнал в качестве входного сигнала и выдает исходный аудиосигнал в качестве выходного. Радиолюбители — первые радиоприемники. Однако они имеют недостатки, такие как низкая чувствительность и селективность.

Избирательность — это выбор конкретного сигнала при отклонении других. Чувствительность — это способность обнаруживать РЧ-сигнал и демодулировать его при минимальном уровне мощности.

Чтобы преодолеть эти недостатки, был изобретен супергетеродинный приемник. Этот FM-приемник состоит из 5 основных этапов. Они как показано на следующем рисунке.

Секция радиочастотного тюнера

Модулированный сигнал, принятый антенной, сначала передается в схему тюнера через трансформатор. Схема тюнера — это не что иное, как цепь LC, которая также называется резонансной или емкостной цепью . Он выбирает частоту, необходимую радиоприемнику. Он также настраивает местный генератор и РЧ-фильтр одновременно.

РЧ-микшер

Сигнал с выхода тюнера поступает на преобразователь RF-IF , который действует как микшер. Он имеет местный генератор, который вырабатывает постоянную частоту. Процесс микширования выполняется здесь, принимая принятый сигнал в качестве одного входа и частоту гетеродина в качестве другого входа. Результирующий выходной сигнал представляет собой смесь двух частот [(f ₁ + f ₂ ), (f ₁ — f ₂ )], создаваемых микшером, который называется промежуточной частотой (IF) .

Производство IF помогает в демодуляции любого сигнала станции, имеющего любую несущую частоту. Следовательно, все сигналы преобразуются в фиксированную несущую частоту для адекватной селективности.

ЕСЛИ фильтр

Промежуточный частотный фильтр представляет собой полосовой фильтр, который пропускает нужную частоту. Это устраняет любые нежелательные высокочастотные компоненты, присутствующие в нем, а также шум. Фильтр ПЧ помогает улучшить отношение сигнал / шум (SNR) .

демодулятор

Принятый модулированный сигнал теперь демодулируется с помощью того же процесса, который используется на стороне передатчика. Частотная дискриминация обычно используется для обнаружения FM.

Аудио усилитель

Это каскад усилителя мощности, который используется для усиления обнаруженного аудиосигнала. Обработанному сигналу дается сила, чтобы быть эффективной. Этот сигнал передается на громкоговоритель для получения исходного звукового сигнала.

Этот супергетеродинный приемник хорошо используется из-за его преимуществ, таких как лучшее SNR, чувствительность и селективность.

Шум в FM

Наличие шума является проблемой и в FM. Всякий раз, когда поступает сигнал сильной помехи с частотой, близкой к желаемому, приемник блокирует этот сигнал помехи. Такое явление называется эффектом захвата .

Чтобы увеличить SNR на более высоких частотах модуляции, в передатчике используется схема верхних частот, называемая предварительным усилением. Другая схема, называемая уменьшением выделения , обратный процесс предварительного выделения используется в приемнике, который является схемой нижних частот. Схемы с предварительным выделением и уменьшением выделения широко используются в FM-передатчике и приемнике для эффективного увеличения выходного SNR.

А.С. Попов Первое в мире радио

Александр Степанович Попов стал изобретателем первого беспроводного радиоприемника в России.
В 1862 году Д.К. Максвеллом было сделано предположение о существовании электромагнитных волн, а в 1888 году Г. Герц изобрел первый передатчик и генератор электромагнитных волн.

В России опытами с электромагнитными волнами занялся А.С. Попов. Эксперименты привели его к изобретению новейшего прибора, который он представил на собрании Русского физико-химического общества в Петербурге 7 мая 1895 года. Сегодня эта дата является всероссийским Днем Радио.
Изобретение Попова представляло собой когерентный приемник электромагнитных волн с антенной и заземлением. Принцип работы радиоприемника не изменился до сих пор, были лишь усовершенствованы его отдельные детали. Аппарат Попова мог принимать электромагнитные сигналы на значительных расстояниях без использования проводов, а также фиксировать электромагнитные сигналы из атмосферы.
Уже через 3 года в Париже началось промышленное изготовление приемников Попова. А в 1901 году в Кронштадте Попов основал предприятие по выпуску радиоприемников для военных нужд.

Заслуги А.С. Попова были высоко оценены мировой научной общественностью. С 1905 года он стал ректором Электротехнического института императора Александра III, позже был избран президентом РФХО.
Сегодня существует фонд и премия в области науки имени А.С. Попова. Его именем названа малая планета, улицы в различных городах страны, также его имя присвоено Центральному музею связи и НИИ радиоприема и акустики.
Так как изучением электромагнитных волн одновременно занимались несколько ученых, первенство в изобретении беспроводного радиоприемника (телеграфа) оспаривают Попов, итальянский радиотехник Маркони, немецкий инженер Браун и серб Никола Тесла. Первооткрывателями радиосвязи называют также Герца, Бранли, Лоджа. Если говорить о самом первом ученом, который открыл принцип распространения электромагнитных волн, это Максвелл. Однако в России именно Александр Попов сделал одно из величайших изобретений человечества и открыл эпоху радиосвязи.

Поделиться в сетях:

Принцип радио-телефонной связи. Простейший радиоприемник

«Радио: средство массовой информации,

слушая которое еще никто не испортил зрения»

Уолт Стритифф

В данной теме поговорим о принципах радиотелефонной связи и рассмотрим устройство простейшего радиоприемника.

Впервые электромагнитные волны экспериментально получил, передал на расстояние (правда, в пределах стола) и принял Генрих Герц. В качестве колебательных контуров он использовал так называемые диполи (или вибраторы) Герца: два стержня с шариками, между которыми был оставлен определенный зазор. К шарикам от индукционной катушки подводили достаточно высокое напряжение, и между ними проскакивала искра и в пространстве возникало электромагнитное поле, а, следовательно, и электромагнитная волна. Приемник был сделан аналогичным образом, только расстояние между шариками было уменьшено. Герц наблюдал электромагнитные колебания по искоркам, проскакивающим между проводниками приемного вибратора.

Опыты Герца показали, что с помощью электромагнитных волн можно отправлять и принимать сигналы, но все это делалось на малом расстоянии, в пределах стола лаборатории. Проведя важный для науки эксперимент, Герц не увидел практической ценности использования электромагнитных волн и даже сам отрицал возможность их применения.

Однако эти опыты заинтересовали физиков всего мира. В России одним из первых занялся изучением электромагнитных волн преподаватель высшего учебного заведения в Кронштадте Александр Степанович Попов, создавший в апреле 1895 года первый в мире радиоприемник, в котором прием сигналов регистрировался с помощью электрического звонка.

Схема передатчика Попова довольно проста — это колебательный контур, который состоит из индуктивности (вторичной обмотки катушки), питаемой батареи и ёмкости (искрового промежутка). Если нажать на ключ, то в искровом промежутке катушки проскакивает искра, вызывающая электромагнитные колебания в антенне. Антенна является открытым вибратором и излучает электромагнитные волны, которые, достигнув антенны приемной станции, возбуждают в ней электрические колебания.

Для регистрации принятых волн, Александр Степанович Попов применил специальный прибор — когерер (от латинского слова «когеренцио» — сцепление), состоящий из стеклянной трубки, в которой находятся металлические опилки. В левый конец трубки введена металлическая пластина, в правый — провод, соприкасающийся с опилками. В обычных условиях сопротивление опилок велико, но под действием электрических колебаний между ними проскакивают искорки, опилки слипаются, и сопротивление когерера резко уменьшается.

Попов включил когерер в цепь, содержащую источник тока и звонок, молоточек которого при действии звонка мог ударяться по резиновой трубке. Когда сопротивление когерера велико, сила тока, постоянно идущего в цепи недостаточна для притяжения якоря в реле. С появлением электромагнитной волны сопротивление когерера падает, сила тока в цепи увеличивается, якорь реле замыкает цепь электромагнита, включенного параллельно цепи когерера, и молоточек звонка сигнализирует о приходе волны. При этом цепь электромагнита размыкается, и молоточек ударяет по когереру. Сопротивление его резко увеличивается, и реле размыкает цепь звонка.

В июне 1895 года Александр Степанович Попов усовершенствовал свой приемник, добавив к нему вертикальный провод — приемную антенну, а в марте 1896 —телеграфный аппарат для приема словесного текста, и получил возможность записывать сигналы на телеграфную ленту. 24 марта 1896 года были переданы первые слова с помощью азбуки Морзе — «Генрих Герц».

А уже в 1898 году Александр Степанович осуществил радиосвязь между двумя кораблями на расстояние 5 км.

В 1899 году его ученик Петр Николаевич Рыбкин обнаружил возможность приема радиотелеграфных сигналов на слух. Вскоре после этого Попов сконструировал первый специальный радиоприемник и тем самым положил начало развитию радиотелефонной связи.

Хотя современные радиоприемники очень мало напоминают приемник Попова, основные принципы их действия те же.

Вообще радиосвязь представляет собой довольно сложный процесс. Поэтому мы рассмотрим лишь наиболее общие принципы одного из ее видов — радиотелефонной связи, т.е. передачи звуковой информации с помощью электромагнитных волн.

Радиопередачи стали возможны после создания генератора незатухающих колебаний. При радиотелефонной связи колебания давления воздуха в звуковой волне с помощью микрофона превращаются в электрические колебания той же формы. Трудность передачи звукового сигнала состоит в том, что для радиосвязи необходимы колебания высокой частоты, а колебания звукового диапазона — это низкочастотные колебания, для излучения которых невозможно построить эффективные антенны. Поэтому колебания звуковой частоты приходится тем или иным способом накладывать на колебания высокой частоты, которые уже переносят их на большие расстояния.

Радиопередающее устройство содержит следующие основные элементы: задающий генератор колебаний высокой частоты, преобразующий энергию источника постоянного напряжения в гармонические колебания высокой частоты. Частоту этих колебаний называют несущей. Она должна быть строго постоянной. Далее, преобразователь сообщений в электрический сигнал, используемый для модуляции колебаний несущей частоты. Вид преобразователя зависит от физической природы передаваемого сигнала: при звуковом сигнале преобразователем является микрофон, при передаче изображений — передающая телевизионная трубка. Следующий элемент — это модулятор, в котором происходит модуляция высокочастотного сигнала в соответствии с частотой звукового сигнала, несущего информацию, подлежащую передаче. Модуляция — это процесс изменение амплитуды высокочастотных колебаний с частотой, равной частоте звукового сигнала. Обычно еще имеется один или два каскада усилителя мощности модулированного сигнала. И излучающая антенна, предназначенная для излучения электромагнитных волн в окружающее пространство.

Под воздействием модулированных высокочастотных колебаний в передающей антенне возникает переменный ток высокой частоты. Этот ток порождает в пространстве вокруг антенны электромагнитное поле, которое распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн и достигает антенн радиоприемников.

Радиоприемное устройство предназначено для приема информации, передаваемой с помощью электромагнитных волн, излучаемых передающей антенной радиопередатчика.

Радиоприемное устройство содержит следующие основные элементы: приемная антенна, которая служит для улавливания электромагнитных колебаний. Резонансный контур, настраиваемый на определенную частоту, который из множества принятых антенной сигналов выделяет полезный сигнал. В резонансном контуре в результате резонанса происходит увеличение амплитуды напряжения принятых колебаний. Однако при этом дополнительная высокочастотная энергия не создается и мощность принятого сигнала не возрастает. Более того, она даже несколько уменьшается из-за неизбежных потерь энергии на активном сопротивлении входной цепи. Мощность принятого сигнала исключительно мала. Поэтому в усилителе высокой частоты повышается напряжение принятого сигнала и увеличивается его мощность. Детекторный каскад, в котором усиленный модулированный высокочастотный сигнал преобразуется и из него выделяется модулирующий сигнал, несущий передаваемую информацию. Следовательно, детектирование — это процесс, обратный модуляции. В качестве детектора используют приборы с нелинейной характеристикой — электронные лампы и полупроводниковые приборы. Выделенное в детекторном каскаде модулирующее напряжение низкой частоты мало и его усиливают в усилителе низкой частоты. После усиления низкочастотный сигнал поступает на громкоговоритель.

В телевидении используются более высокие (порядка миллиарда герц) несущие частоты. Телевизионные радиосигналы могут быть переданы только в диапазоне ультракоротких (метровых) волн. Такие волны распространяются обычно лишь в пределах прямой видимости антенны. Поэтому для охвата телевизионным вещанием большой территории необходимо размещать телепередатчики чаще и поднимать их антенны выше. Так, например, Останкинская телевизионная башня в Москве высотой 540 метров обеспечивает уверенный прием телепередач в радиусе 120 километров.

Зона уверенного приема телевидения непрерывно увеличивается в связи с появлением и использованием ретрансляционных спутников.

Получение цветного изображения осуществляется за счет передачи видеосигналов, несущих компоненты изображения, соответствующие основным цветам спектра красному, зеленому и синему.

В настоящее время различные средства связи развиваются и совершенствуются в уже освоенных областях, а также находят и новые области применения. Еще совсем недавно междугородняя телефонная связь осуществлялась только по воздушным линиям связи. На ее надежность влияли грозы и возможность обледенения проводов. В настоящее же время широко применяются кабельные и радиорелейные линии, сотовая мобильная связь, повышается уровень автоматизации связи.

Успехи в области космической радиосвязи позволили создать систему связи, названную “Орбита“. В этой системе используются ретрансляционные спутники связи.

Спутники связи серии “Молния” запускаются на сильно вытянутые орбиты. Период их обращения составляет около 12 часов. Созданы мощные и надежные системы, обеспечивающие телевизионным вещанием районы Сибири и Дальнего Востока и позволяющие осуществить телефонно-телеграфную связь с отдаленными районами страны.

Новые спутники связи серии “Радуга” запускаются на орбиту радиусом около 36000 км. На этой орбите период обращения спутника равен 24 часам, поэтому спутник все время находится над одной и той же точкой поверхности Земли. Совершенствуются и находят новые применения и такие сравнительно старые средства связи, как телеграф и фототелеграф. О размахе, который получила передача неподвижных изображений по фототелеграфу, можно судить по таким цифрам: в год по фототелеграфу передается до 70 тысяч газетных полос, с которых печатается свыше 3 миллиардов экземпляров газет.

Основные выводы:

– Радиосвязь — это процесс передачи и приема информации с помощью электромагнитных волн.

– Амплитудная модуляция — это процесс изменения амплитуды высокочастотных колебаний с частотой, равной частоте звукового сигнала.

– Процесс, обратный модуляции называется детектированием.