SUPERHETERODYNA - PO CO TAKIE KOMPLIKACJE?

Radioamatorzy, którzy po raz pierwszy stykają się z odbiornikiem superheterodynowym często zadają pytanie: "Kto to wymyślił i po co tak skomplikował układ? Czy nie można po prostu wzmocnić sygnału o odbieranej częstotliwości?". Można. I taki sposób stosowano w setkach modeli odbiorników budowanych w latach 20-tych i 30-tych.

Do najważniejszych parametrów, które decydują o dobrym odbiorze należą:
? czułość (zdolność odbioru słabych i dalekich stacji)
? selektywność (wyodrębnienie słuchanej stacji spośród wszystkich,
  których sygnały dochodzą do anteny)

W pierwszych odbiornikach lampowych wzmacniane były sygnały o częstotliwości odbieranej stacji (wzmocnienie bezpośrednie). Aby uzyskać dużą czułość, odbiornik musiał mieć jak największą liczbę stopni wzmacniających wielkiej częstotliwości (w.cz.).  Aby uzyskać dużą selektywność, stopnie te miały strojone obwody rezonansowe. Obwody musiały być przestrajane wszystkie równocześnie - zarówno przy przełączaniu zakresów jak i przy wyborze odbieranej stacji. Barierą przy polepszaniu parametrów odbiornika (zwiększaniu liczby stopni) były:
* Identyczne przestrajanie obwodów -  każda różnica w ustawieniu częstotliwości między poszczególnymi obwodami niwelowała uzyskiwane wzmocnienie
* Pasożytnicze sprzężenia miedzy elementami powodowały, że odbiornik zamieniał się w generator
* Odbiornik był trudny do pierwszego, "fabrycznego" zestrojenia. Parametry odbiornika pogarszały się wskutek zmiany parametrów poszczególnych elementów, związanych ze starzeniem się elementów oraz z ich wymianą przy naprawach.

Niedogodności te eliminuje w znacznym stopniu układ odbiornika superheterodynowego, który opracował w czasie pierwszej wojny światowej amerykański inżynier Edwin Howard Armstrong. Od tego czasu układ jest stosowany w budowie odbiorników po dziś dzień.

Tak w 1928 roku pisał o superheterodynie kapitan St. Noworolski:

"Odbiorniki superhetrodynowe odznaczają się wielką selektywnością to jest umożliwiają wydzielanie jednej fali z pośród innych mało różniących się od niej długością. Zaletę ich również stanowi łatwość w obsługiwaniu, szybkość nastrajania przy przejściu z jednej fali na drugą, duży zakres fal, do od 150 do 2000m i nadzwyczajny zasięg, gdyż umożliwiają one odbiór nawet słabych stacyj, odległych o setki i tysiące kilometrów. [....]
Duże wzmocnienie, które jest koniecznym warunkiem uzyskania wielkiego zasięgu odbiornika, nie może być osiągnięte za pomocą zwykłego amplifikatora wielostopniowego, gdyż powodu pojemności własnej lamp, transformatorów i wreszcie złego ułożenia przewodów, powstają obwody drgań, które stają się przyczyną zniekształceń odbioru. [....]
Tę dążność odbiornika wielolampowego do wytwarzania szkodliwych drgań udało się Armstrongowi osłabić przez wzmacnianie prądów wielkiej częstotliwości dopiero po uprzednim ich zheterodynowaniu i zamianie na prądy o częstotliwości mniejszej."

Po tym historycznym wstępie - odpowiedź na tytułowe pytanie.
Superheterodyna zbudowana jest w oparciu o niżej pokazany schemat blokowy.


 
Najbardziej charakterystycznym członem układu jest mieszacz, zwany też stopniem przemiany częstotliwości. Dostarczane są do niego dwa sygnały: 
- zmodulowany sygnał odbieranej stacji, podawany przez obwody wejściowe
- sygnał niemodulowany z generatora lokalnego (heterodyny) o częstotliwości większej od sygnału odbieranego.
Odbiornik superheterodynowy mógłby działać również bez obwodów wejściowych, czyli sygnał z anteny byłby podany na siatkę mieszacza, gdyż częstotliwość odbieranego sygnału zdeterminowana jest aktualną częstotliwością heterodyny. Jak można zauważyć, strojone obwody wejściowe stosowane są jednak zawsze w tego typu odbiornikach. Spełniają one kilka zadań - najważniejsze z nich to:
- minimalizacja zakłóceń (odebrane zakłócenia są również przetwarzane na częstotliwość pośrednią)
- eliminacja częstotliwości lustrzanych (na wyjściu mieszacza może pojawić się nie tylko różnica, ale i suma mieszanych częstotliwości)
- dopasowanie sprzężenia z anteną.
W odbiornikach wyższej klasy między anteną a stopniem przemiany stosowany bywa dodatkowo strojony wzmacniacz wielkiej częstotliwości, zwiększający czułość i selektywność odbiornika.
Na wyjściu mieszacza  powstaje sygnał pośredniej częstotliwości (p.cz.), będącej różnicą częstotliwości heterodyny i sygnału odbieranego. Przy zmianie częstotliwości odbieranej zmienia się o tyle samo częstotliwość heterodyny i sygnał p.cz. ma częstotliwość stałą.
Jest on wzmacniany przez wzmacniacz pośredniej częstotliwości. Następnie detektor diodowy wyławia ze zmodulowanego sygnału p.cz. częstotliwości akustyczne. Sygnał małej częstotliwości jest wzmacniany przez wzmacniacz m.cz. i emitowany poprzez głośnik.

Wyeliminowanie niedogodności, występujących w odbiornikach ze wzmocnieniem bezpośrednim polega więc na tym, że:

* Niezależnie od liczby stopni wzmacniających i obwodów rezonansowych, przy wyborze stacji strojone są - agregatem, składającym się z dwóch kondensatorów zmiennych na jednej osi - tylko dwa obwody: heterodyny i wejściowy.
* Niezależnie od zmian odbieranej częstotliwości, wzmacniany jest sygnał o niezmiennej częstotliwości (tutaj - 465 kHz). Umożliwia to zastosowanie we wzmacniaczu p.cz. dowolnej liczby filtrów, zestrojonych fabrycznie na jedną częstotliwość
* Zastosowanie jednej częstotliwości wzmacnianej umożliwia optymalne zaprojektowanie parametrów wzmacniacza p.cz. oraz dobranie sposobu montażu dla tej właśnie częstotliwości.

Przedstawiony tu opis działania odbiornika superheterodynowego został uproszczony do niezbędnego minimum i stanowi wstęp do omówienia schematu odbiornika "Pionier". Zainteresowanym  tematem polecam zapoznanie się z niżej wymienionymi materiałami źródłowymi.

W opracowaniu wykorzystano materiały:
{1} Kpt. Stanisław Noworolski, Zasady radjofonji, Wyd. M.Arcta w Warszawie, 1928 r.
{2} Mirosław Szczepański, Odbiornik superheterodynowy, WKiŁ, Warszawa, 1965 r.