Superheterodyn

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání

Superheterodynní přijímač (anglicky superheterodyne receiver), zkráceně superhet, je nejobvyklejší zapojení radiových i televizních přijímačů, takže se toto označení už ani neuvádí. Přijímaný signál se v superhetu směšuje s proměnnou frekvencí místního oscilátoru a teprve výsledná rozdílová frekvence (mezifrekvence) se zesiluje a demoduluje. Superhet byl vynalezen Edwinem Armstrongem v roce 1918.[1]

Porovnání s jinými typy přijímačů[editovat | editovat zdroj]

  • Přijímače s přímým zesílením: nejstarší a nejjednodušší přijímače se skládaly z jednoho či výjimečně několika laděných zesilovacích stupňů, následně je signál přiveden na detektor, který obnoví původní Nf signál. Při jednom stupni mají nízkou citlivost a ladit více zesilovacích stupňů současně je obtížné. Také šířka pásma se v závislosti na naladěné frekvenci mění. Používá se další regulační prvek, kterým se ovlivňuje šířka pásma. Tyto přístroje nemají AVC (automatické vyrovnávání citlivosti), citlivost se nastavuje ručně. Tento druh přijímačů má běžně tři ovládací prvky, kterými jsou nastavení přijímané frekvence, nastavení šířky pásma a nastavení citlivosti.
  • Reaktivní a superreaktivní přijímače s kladnou zpětnou vazbou sice měly výrazně vyšší citlivost, ale jejich selektivita a zejména stabilita zůstaly stále na nízké úrovni.

Princip činnosti[editovat | editovat zdroj]

Blokové schéma superhetu
Princip selektivity superhetu. Červená znamená, že frekvence prochází, žlutá, že je potlačena. Přijímač je naladěn na frekvenci 100 MHz a jeho anténa zachycuje řadu vysílačů (A). Vstupní laděný obvod potlačí vzdálené frekvence, ale kromě zvolené frekvence propustí např. i vysílač na 110,7 MHz (B). Na této frekvenci pracuje také místní laděný oscilátor, takže ve směšovači (C) vzniknou rozdílové frekvence 10,7 a 0 MHz. Mezifrekvenční filtr (D) propustí jen tu první, ale propustil by i zrcadlovou frekvenci 121,4 (100 + 2x10,7) MHz, kterou musí odfiltrovat vstupní obvod. Ten odfiltruje i vzdálenější frekvence (např. 50 a 171,4 MHz), které ve směšovači vytvoří rozdílovou frekvenci 60,7 MHz.

Princip činnosti spočívá ve změně přijímaného signálu o proměnné frekvenci na tzv. mezifrekvenční signál pevně dané frekvence, který je možné snadněji zesílit v úzkopásmových obvodech s přesně definovanými vlastnostmi (tzv. mezifrekvenční zesilovač) a dále demodulovat.

Vstupní obvody[editovat | editovat zdroj]

Vstupní obvody zajišťují odfiltrování nežádoucích frekvencí, zejména tzv. zrcadlové frekvence (viz níže), případně i předzesílení vstupního signálu z antény tak, aby jeho úroveň byla srovnatelná s úrovní signálu místního oscilátoru. To je ovšem teorie, prakticky se ve vstupních obvodech předzesilovač nepoužívá, neboť by zhoršoval odolnost proti tzv. křížové modulaci (zjednodušeně řečeno odolnost proti rušení od silných vysílačů vlivem nelinearity některého stupně). Laděný předzesilovací stupeň zlepšuje poměr signál / šum, který omezuje dosažitelnou citlivost přijímače. U většiny přijímačů je vstupní obvod tvořen jen laděným obvodem, někdy dvojitým. Přesto je selektivita vstupních obvodů malá. U náročnějších přijímačů se krom toho často používají nepřeladitelné pásmové propusti, které účinně potlačují vstupní signály mimo požadované pásmo (například mezifrekvenci).

Místní oscilátor[editovat | editovat zdroj]

Místní oscilátor je jedna z důležitých součástí superhetu, protože pomocí změny jeho frekvence se provádí přelaďováním přijímací frekvence. Proto také na jeho stabilitě závisí stabilita celého superhetu. Frekvence oscilátoru se zpravidla volí tak, aby byl o mezifrekvenci vyšší než přijímaná frekvence. Musí to být také frekvence, na němž nevysílá žádná silná stanice, proto se volí mimo obvyklá vysílací pásma (typicky 10,7 MHz, u starších přijímačů 455 kHz).

Ve starších superhetech se jako ladicí prvek místního oscilátoru používal otočný kondenzátor, u některých konstrukcí proměnná indukčnost (zvláště u autorádií). V moderních přístrojích se většinou používají napěťově řízené oscilátory (VCO), jehož ladicím prvkem je varikap, nebo je místní oscilátor realizován pomocí frekvenční syntézy, a je tedy řízen krystalovým rezonátorem. Tím je dosaženo velké časové i teplotní stability.

Místní oscilátor starších superhetů býval doplněn o obvody automatického dolaďování AFC (Automatic Frequency Control).

Směšovač[editovat | editovat zdroj]

Směšovač je obvod, ve kterém smísením přijímaného signálu a signálu místního oscilátoru vzniká součtová a rozdílová frekvence. Používá se různých zapojení směšovačů. Amplitudy obou směšovaných signálů by měly být totožné nebo alespoň srovnatelné (prakticky toho ale nelze dosáhnout).

Směšovač produkuje z přijímané frekvence f_{pri}\! a frekvence oscilátoru f_{osc}\! součtovou a rozdílovou frekvenci:
f_+ = f_{pri} + f_{osc}\!
f_- = f_{pri} - f_{osc}\! nebo f_- = f_{osc} - f_{pri}\!
Podle toho, jak je přijímač konstruován, měl by se zpracovávat jen jeden z nich, druhý je tedy třeba odfiltrovat. Vážnější problém působí tzv. zrcadlovovou frekvenci: je-li přijímač naladěn na vstupní frekvenci f (pri) a má-li zpracovávat f_- = f_{pri} - f_{osc}\!, vznikne ve směšovači stejnou frekvenci také jako součet frekvence oscilátoru se signálem jiného vysílače s frekvencí o dvojnásobek mezifrekvence nižší.

Na odstranění zrcadlové frekvence se podílejí vstupní laděné obvody, a to tím účinněji, čím vyšší je mezifrekvenci. Naopak selektivita přijímače je tím vyšší, čím je mezifrekvence nižší. Proto se v kvalitních komunikačních přijímačích používalo dvojí směšování, s mezifrekvencemi např. 10,7 MHz pro lepší potlačení zrcadlových frekvencí a kolem 450 kHz kvůli selektivitě.

U starších elektronkových přijímačů byl místní oscilátor spolu se směšovačem často realizován jedinou vícemřížkovou elektronkou - pentagridem (heptodou) nebo oktodou.

Mezifrekvenční filtr[editovat | editovat zdroj]

Pro získání vysoké selektivity přijímače je třeba použít kvalitní úzkopásmový filtr s vysokým činitelem jakosti Q a definovanou šířkou pásma. Takový filtr se pro frekvenční oblasti používané v radiotechnice prakticky dá vyrobit poměrně složitě jako laděný transformátor z kondenzátorů a cívek (LC obvody), nebo výhodněji z křemenných nebo keramických filtrů, které požadovaných vlastností snadno dosahují, jsou levné, malé a stabilní.

Mezifrekvenční filtr se dnes zpravidla realizuje keramickým filtrem, což je typ filtru s povrchovou akustickou vlnou (SAW Surface Acoustic Wave). Technologie výroby SAW filtrů umožňuje přesně namodelovat šířku pásma a řád (tedy strmost) filtru podle potřeb dané mezifrekvence, takže selektivita přijímače odpovídá šířce pásma vysílaného signálu.

Mezifrekvenční zesilovač[editovat | editovat zdroj]

Mezifrekvenční zesilovač je místem, kde se v superhetu dosahuje největšího stupně zesílení signálu a má tedy podstatný vliv na výslednou citlivost přijímače. Je to umožněno jednak tím, že MF zesilovač může pracovat na výrazně nižší frekvenci než je přijímaná frekvence, ale také tím, že zesiluje pouze určité pevně dané frekvence a potřebnou šířku pásma omezenou kvalitním mezifrekvenčním filtrem a není tak rušen žádnými nežádoucími okolními signály, které by mohly způsobovat zkreslení užitečného signálu.


Demodulátor[editovat | editovat zdroj]

Použitý demodulátor musí odpovídat typu modulace, která je použita ve vysílaném signálu. V moderních přijímačích se čím dál častěji setkáváme s A/D převodem mezifrekvenčního signálu a demodulací realizovanou softwarově v digitálním signálním procesoru.

Odkazy[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. http://antiqueradios.com/superhet/

Související články[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]

Literatura[editovat | editovat zdroj]

  • Karel Daněk, Moderní rádiový přijímač - kniha o jeho návrhu; nakladatelství BEN - technická literatura, 2005, ISBN 80-7300-142-X
  • J. Eichler, Radiové přijímače. Praha 1976
  • K. Hanousek, Přijímače 1/2. Praha: SNTL 1975