Суперхетеродинният радиоприемник е вид радиоприемник, който служи за приемане и преобразуване на енергията на радиовълните и посредством електронни устройства произвежда електрическо напрежение, достатъчно за задействане на възпроизвеждащи устройства за създаване на достъпна за потребителите звукова енергия. Той използва принципа за честотно преобразуване (еднократно или многократно) на приетия в антената радиосигнал в електрически сигнал с друга постоянна носеща честота, наричана междинна честота, и нейното поетапно последващо усилване и демодулиране. Намаляването на честотата на входа на много по-ниската междинна честота преди демодулацията се използва, защото ниските честоти се филтрират по-лесно и тяхната амплитуда може многократно да се усили.
Основното му предимство пред линейния радиоприемник е, че най-важните му части, отговорни за качеството при обработката на приемания сигнал – теснолентов филтър, усилвател и демодулатор, не трябва да се настройват на различни честоти по време на експлоатацията му.
Основната принципна схема на суперхетеродинния радиоприемник се използва в много устройства в радиопредаването, телекомуникациите, телевизията и GPS. Съвременните приемници, ползващи мрежата за радиоразпръскване, се произвеждат предимно по суперхетеродинната схема с еднократно преобразуване на честотата. Този принцип за обработка на информация чрез ефирно разпространяваните електромагнитни вълни, е изобретен почти едновременно от немеца Валтер Шотки и американеца Едуин АрмстронгEdwin Armstrong: Pioneer of the Airwaves by Yannis Tsividis през 1918 година.
Терминът е заимстван от английски език – superheterodyne receiver и от използвания в руски език – супергетеродинный радиоприёмник.
История Хетеродинни радиоприемници Радиоприемниците с пряко преобразуване, наричани още хетеродини, се основават на принципа на преобразуване на напрежението на приетия радиосигнал чрез наслагването му (биене) с напрежението на електрическото трептене, създадено от спомагателен вграден генератор в радиоприемника, наричан хетеродин (). На детектора се подават едновременно двете напрежения. Честотата на хетеродинното напрежение е почти равна (разлика от 500 до 1000 Hz) или кратна на честотата на приемания от антената сигнал. По този начин при приемане на телеграфен сигнал например, директно се чуват биенията със звукова честота, равна на разликата от честотата на хетеродина и честотата на сигнала. Основното усилване и селекция на приемника с пряко преобразуване се осъществява само на ниска честота. Времетраенето на звуковия сигнал съответства на времетраенето на предаването на телеграфните знаци от точки и тирета. Качеството на приетия сигнал не е високо, поради високото ниво на шум, съпровождащ основния сигнал. В началото на XX век първите хетеродинни осцилатори са машинни електрогенератори. Използването на въздушното пространство (ефир, етер) като физическа среда за канал за телекомуникации и предаването на съобщения с телеграф на значителни разстояния е безспорен успех, независимо от качеството на връзката. При тази принципна електрическа схема обаче постигане на добро качество на приемане е трудно дори за усилвател с радиолампи с висока чувствителност и малък коефициент на шум. Въпреки това, прослушването само на телеграфни сигнали е с приемливо качество в първите 20 години на XX век.
Откриването на вакуумната триодна лампа и създаването на лампови генератори – „Осцилатор на Майснер“ (1913)Патент № 291604 / 13.04.1913 „Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Schwingungen“ (Средства за генериране на електрически трептения), наричан още хетеродин и осцилатор на Армстронг (1913 г.) – както и използването им като хетеродинни генератори са предпоставки за ново техническо решение. С това откритие става възможно създаването на суперхетеродинния радиоприемник и постигането на по-високо качество на възпроизвеждане на говор и музика при пренос на далечни разстояния.
Суперхетеродинни радиоприемници Принципът на суперхетеродинното приемане е разработван през 1917 – 1918 година от френския учен Леви и германския учен Шотки, но схемата на суперхетеродинния приемник е изобретена през 1918 година от американеца Едуин Армстронг. Използваният дотогава метод на биене на честотите е базата за прилагане на новия принцип наречен суперхетеродинен за смесване, обработка и усилване на електрическите трептения носители на информация. Новото след смесването на сигналите е отделянето на високочестотния носещ модулиран хармоник с постоянна висока честота. Разликата с хетеродинните радиоприемници е последващото след преобразуването многократно филтриране и усилване по висока честота. Това е най-съвършената радиотехническа схема, използвана за такива цели и тя се използва в приемници за амплитудно модулирани, честотно модулирани радиосигнали и при приемането на телевизионни сигнали.
Практическото прилагане на теоретичната разработка е забавено при масовото производството на радиоприемници поради оскъпяването на конструкцията с влагането на генераторна лампа и филтъра, наричан междинночестотен трансформатор. Поради несъвършенството на съществуващите тогава радиолампи, честотното преобразуване се реализира с отделни генераторна и смесителна лампа. По-високата цена на суперхетеродинния приемник в сравнение с цената на приемника с линейно усилване по висока честота ограничава производството до създаването на нова елементна база – радиолампи с косвено отопляем катод и многорешетъчни радиолампи. Създаването на многорешетъчните смесителни радиолампи и пентодната лампа през 1933 година създават условия за широко използване на схемата за суперхетеродинно приемане.
От средата на 30-те години на XX век монопол в производството на суперхетеродинни приемници има RCA (Radio Corporation of America). В СССР суперхетеродинни приемници за служебно ползване са разработени за нуждите на Червената армия през 1932 г. Масово производство на радиоприемници за потребителски нужди ползващи гражданското радиоразпръскване се усвоява през 1936 г. През 30-те години в България във фабриката „Тулан“, намираща се в Бургас, успоредно с производството на линейни радиоприемници с пряко усилване, се създават и произвеждат серия от радиоприемници по суперхетеродинната схема. Внедряването на тази модерна радиотехническа схема е дело на собственика на фабриката, френският възпитаник инж. Светозар Пренеров.
Принцип на суперхетеродинното приемане В суперхетеродинния приемник е реализирана идеята усилването на високочестотния сигнал да се осъществява само на една честота с резонансни усилватели използващи за товар трептящи кръгове, усилващи и пропускащи само тази основна честота и нейната честотна лента като носител на информация. Реализира се с нови решения: Генериране на хетеродинно напрежение с регулируема честота за целия приеман честотен обхват на приемника. Трептящият кръг на хетеродина се пренастройва едновременно с трептящите кръгове на входното устройство. Честотно преобразуване на приеманите високочестотни модулирани сигнали в напрежение с друга носеща честота, без да се изменя формата и честотата на обвиващата крива, т.е. без да се променя закона на модулиране от радиопредавателното устройство. Новата носеща честота е висока, нарича се междинна честота и е постоянна за всички сигнали от приемания обхват от приемника. Междинночестотен усилвател (МЧУ) (лентов усилвател) е съставен от активни усилвателни елементи, където за сметка на захранващото напрежение се получава усилване на вече преобразувания входния сигнал. За товар на усилвателя се използват един или повече трептящи кръга, настроени в резонанс на междинната честота. Това стъпало на радиоприемника реализира основните предимства на принципа суперхетеродинно приемане: висока чувствителност – голямо усилване по висока честота до детектора; висока избирателност – голяма брой трептящи кръгове със стръмна резонансна характеристика на лентовия МЧУ; качество на възпроизвеждане – значително по-високо от другите радиотехнически схеми поради добрата, почти правоъгълна форма, на резонансната характеристика.
Обикновено междинната честота е сравнително ниска и е равна на разликата или сумата от честотата на хетеродина и честотата на приемания сигнал .
(1) се получава при горна настройка на хетеродина, а (2) при долна настройка на хетеродина.
Технически произвеждането на осцилации на различни честоти от генератора – хетеродин, в зависимост от станцията на която сме настроили радиоприемника си в рамките на прослушвания радиодиапазон, се осъществява чрез общ променлив кондензатор с отделни секции на една ос, както за входните трептящи кръгове, така и за генераторните трептящи кръгове. По този начин с едновременната промяна в настройката на трептящите кръгове на входното устройство, се променя и настройката на генератора, като се спазва условието след преобразуването междинната честота да е постоянна за целия прослушван обхват. За амплитудно-модулирани сигнали стандартна междинна честота е 468 kHz. За честотно-модулираните сигнали на УКВ обхвата (88 – 108 MHz) междинната честота е 10,7 MHz. В телевизионните приемници се използва междинна честота за изображение 38 или 38.9 MHz. Звуковия съпровод в телевизионния приемник е с втора междинна честота 5,5 MHz и/или 6,5 MHz в зависимост от стандарта.
Основни съставни блокове на суперхетеродинния радиоприемник
Блоковата схема на суперхетеродинния радиоприемник за амплитудно-модулирани сигнали се различава малко от този за прием на честотно-модулирани радиосигнали. Разликата е в по-сложния демодулатор. При последните, блоковата схема трябва да съдържа допълнително амплитуден ограничител и друго по-сложно схемно решение за детектирането на междинночестотното напрежение чрез т.нар. честотен детектор.
Входно устройство
Антената и входното устройство (ВхУ) на радиоприемника приемат ефирно излъчените радиосигнали. Входното устройство се състои от елементи за връзка с антената (обикновено постоянен кондензатор) и от един или няколко трептящи кръга. Бобините на трептящите кръгове на ВхУ при трансформаторна връзка имат феритни сърцевини за регулиране степента на индуктивната връзка. С включени в трептящия кръг променливи елементи (променлив кондензатор, варикап или променлива индуктивност – вариометър, феровариометър) се извършва настройка само на определена честота от обхвата и така се осъществява приемане само на определена радиостанция. С промяната на резонансната честота на трептящите кръгове на входното устройство се постига добра честотна избирателност по огледален и междинен канал, като се използва явлението резонанс с приемания сигнал. Именно чрез резонансните качества на трептящия кръг се повишава е.д.с. на индуцирания в антената сигнал. ВхУ трябва да осигури съгласуване на антената с радиочестотния усилвател, с което се цели да се постигнат две изключващи се условия – максимално усилване при минимален коефициент на шум на приемника.
Основни параметри: коефициент на предаване – К; широчина на пропусканата честотна лента – В0,7; избирателност – σ; коефициент на покритие на приемания честотен обхват – kf;
Резонансен усилвател
Радиочестотният усилвател (РЧУ) се състои от активен високочестотен усилвателен елемент и товар – трептящ кръг, настроен на честотата на приеманата радиостанция fc. Именно поради наличието на такъв характерен товар РЧУ се нарича още и резонансен усилвател. При високия клас радиоприемници настройването на товара на РЧУ за конкретната приемана станция се осъществява с трета секция на променливия кондензатор. Три секции на една ос – по една за входното устройство, за товара на РЧУ и за хетеродина – е скъпо техническо решение. Задължително условие е трептящите кръгове на входното устройство и тези на товара на РЧУ да са идентични, за да се променя настройката на всички трептящи кръгове по един и същи закон.