Путеводитель в мир электроники. Книга 2 - Семенов Борис Юрьевич - Страница 26

Рис. 11.44. Выделение нужного сигнала из спектра

Чтобы принять частоту f₁ или f₃ нужно перестроить фильтр на желаемую частоту. Из сказанного внимательный читатель может сделать справедливый вывод, что слишком широкая резонансная кривая может захватить и соседние — мешающие — частоты. Значит, нужно делать селективную кривую как можно острее, тогда и качество приемника будет лучше. Все правильно, но до определенного момента. Если читатель не только листал страницы этой главы, лежа на уютном диване, но еще и работал руками, изготавливая и налаживая радиоприемники, он наверняка заметил, что регенеративный приемник не может обеспечить хорошее качество звука при слишком большой степени регенерации, — звук становится неестественным, «бубнящим». Почему?

Действительно, есть смысл повышать добротность резонансного контура при приеме синусоидальных сигналов, что и используется в специальных приборах для изучения спектров сложных сигналов — селективных вольтметрах. Сигнал радиовещательной или связной радиостанции в отсутствие передачи действительно представляет собой в частотной области одиночную вертикальную дискрету. Но слушателю неинтересно принимать высокочастотные сигналы — он хочет слышать звуки. Для этого, как мы уже отлично знаем, сигнал несущей модулируют. И вот здесь картина резко меняется! Допустим сначала для простоты, что модуляция типа AM осуществляется синусоидальным сигналом частоты F, который лежит в звуковой области. Спектр АМ-колебаний в этом случае будет выглядеть так, как показано на рис. 11.45.

Рис. 11.45. Спектр AM колебания при модуляции синусоидальным сигналом с частотой F

Мы увидим дискрету несущей частоты (f₀) и еще две составляющие с частотами (f₀ — F) и (f₀ + F). Эти частоты называются нижней и верхней боковыми полосами спектра АМ-колебания. «А нельзя ли «обрезать» боковые полосы при приеме?» — спросит читатель. Нет, нельзя! Как только мы «забудем» хотя бы про малую толику любой из спектральных составляющих АМ-колебания, мы исказим сигнал во временной области. Поэтому в простых радиоприемниках делают так, чтобы все составляющие принимаемого сигнала попадали в полосу резонансного контура.

Модуляция синусоидальным сигналом звуковой частоты используется в радиотелеграфии. С помощью таких сигналов удобно вести работу «морзянкой». Звуковые же сигналы намного сложнее. Они не повторяются во временной области, содержат множество частот, и при их представлении в частотной области рисовать дискреты уже не получится. Звуковой сигнал имеет непрерывный спектр, показанный на рис. 11.46.

Рис. 11.46. Спектр звуковых сигналов

Более того, вершина этого спектра постоянно «дышит» — меняется ее форма, подобно тому, как прыгают столбики на пульте профессионального звукооператора. Что же делать, как описать такой сигнал, как обеспечить его качественную передачу? Тоже очень просто!

Достаточно обеспечить в передающем устройстве возможность пропускания частот от десятка герц до десятка килогерц, и весь сигнал «уйдет» в эфир.

Структура спектра АМ-колебания, модулированного звуковым сигналом, показана на рис. 11.47.

Рис. 11.47. Спектр АМ-колебания при модуляции звуковым сигналом

Прием такого АМ-колебания сопровождается требованием определенной ширины селективной кривой приемника, как показано на рис. 11.48.

Рис. 11.48. Прием спектра AM колебания

ЧМ-модуляция по своему частотному представлению сложнее AM-модуляции. Мы не будем подробно углубляться в особенности этих спектральных характеристик, скажем лишь, что ЧМ-колебания требуют для своего приема более широкие полосы пропускания входных каскадов радиоприемников. На рис. 11.49 показан спектр ЧМ-колебания при модуляции синусоидальным сигналом.

Рис. 11.49. Спектр ЧМ-колебания, модулированного синусоидальным сигналом F

Как и раньше, мы видим частоту несущей (f₀) и две боковые полосы, однако, кроме составляющих (f₀ — F) и (f₀ + F), появляются и составляющие (f₀ — 2F), (f₀ — 3F), (f₀ + 2F), (f₀ + 3F), называемые побочными гармониками. Число побочных гармоник в значительной степени зависит от соотношения максимальной и минимальной частот несущей при модуляции…

Почему в звуковой области совпали верхняя боковая и нижняя боковая полосы? Очень просто: теоретически нижняя боковая полоса попадает в область отрицательных частот, чего, конечно, в реальной жизни не бывает. Поэтому она отображается относительно вертикальной координатной оси, накладывался на верхнюю боковую полосу. Обе боковые полосы идентична друг другу, поэтому теоретически при наложении не должно происходить никаких неприятных эффектов.

Рис. 11.50. Операция переноса спектра в гетеродинном приемнике

Теоретически! А практически неприятные эффекты происходят. Давайте вначале изучим их источник, потом опишем, и в конце разберемся, как с ними бороться. Верхняя боковая и нижняя боковая полосы идеально накладываются друг на друга только в случае полного совпадения частоты несущей и частоты гетеродина, причем такое совпадение, когда равны не только частоты но и одинаковы фазы колебаний. В противном случае ВВП и НБП «разъедутся» так, как показано на рис. 11.51.

Рис. 11.51. Неидеальное положение боковых полос вследствие отличия частоты гетеродина от частоты несущей

При большом расхождении частот может появиться характерный «свист» на частоте, равной разнице между гетеродинной и частотой несущей. При небольшом расхождении свист пропадает, но появятся биения боковых полос, когда сигналы очень близких частот будут то складываться, то вычитаться. Выходной звуковой сигнал окажется вновь промодулированным разностной частотой гетеродина и несущей, в результате — сильно искаженным на слух. Читатель может сразу же предложить способ борьбы с этими эффектами, устанавливая частоту гетеродина, в точности равной частоте несущей. Едва ли такое удастся осуществить в реальных приемниках, так как, во-первых, частота несущей немного меняется вследствие нестабильности задающего генератора передатчика, во-вторых, имеется нестабильность гетеродина (тепловая, по питанию, временная), в-третьих, невозможно совместить фазы независимых сигналов и поддерживать стабильно-фазовое состояние неограниченно долго. Что же делать?