Качественные показатели радиоприемников
При оценке качества приемника прежде всего говорят о том, как звучит воспроизводимая им передача, на каких волнах он позволяет вести прием, насколько хорошо принимает передачи дальних радиостанций, как хорошо отстраивается от помех, создаваемых другими станциями, и т. д. Все эти, а также и другие свойства приемника характеризуются рядом показателей. Для радиовещательных приемников нормы на эти показатели установлены Общесоюзным стандартом (ГОСТ 5661—51); для приемников профессиональных и специальных такие нормы устанавливаются соответствующими техническими условиями.
В настоящей статье рассматриваются наиболее важные показатели (параметры) радиовещательных приемников и методы их измерения.
Диапазон принимаемых частот. Радиовещательные приемники рассчитаны на прием станций, работающих в диапазоне длинных (ДВ), средних (СВ) и коротких (КВ) волн. Выпускаемые в настоящее время приемники первого и второго классов и некоторые приемники третьего класса имеют все три диапазона, более дешевые приемники — третьего и четвертого классов — только диапазоны ДВ и СВ.
По ГОСТ установлены следующие границы для диапазонов: ДВ —от 150 до 415 кгц (2 000—732 м), СВ— 520—1 600 кгц (577—187 м) и КВ—от 3,95 до 12,1 мггц (76—24,8 м).
Выходная мощность. Нормальная работа радиоприемника означает работу с определенной громкостью, а громкость, как известно, зависит от величины электрической мощности, развиваемой на его выходе. Однако для полной характеристики громкости, помимо выходной мощности, большое значение имеет еще и КПД громкоговорителя.
Воспроизведение звука в радиоприемнике неизбежно сопровождается некоторыми искажениями, поэтому полезной считается такая электрическая мощность на выходе приемника, при которой искажения, появляющиеся в процессе усиления, не превышают некоторой допустимой величины. Величина этой мощности измеряется в ваттах или вольтамперах и зависит главным образом от типа лампы, работающей в выходном каскаде, и ее режима.
Для приемников различных классов ГОСТ установлены следующие нормы выходной мощности: для приемников первого класса — 4 ва, для сетевых приемников второго класса—1,5 ва и третьего класса — 0,5 ва; для батарейных второго класса — 0,15 ва. При этом на средних звуковых частотах искажения не должны превышать 5% для приемников первого класса, 7% — для второго класса и 10% — для остальных.
Чувствительность. Способность принимать слабые сигналы является одним из важнейших свойств приемника. Параметром, который служит для оценки этого свойства, является чувствительность приемника. Для того чтобы принимать слабые сигналы, приемник должен обладать высокой чувствительностью, т. е. обеспечивать большое усиление этих сигналов.
Чувствительность характеризуется величиной напряжения сигнала, которое необходимо подать на вход приемника для того, чтобы получить на выходе нужную выходную мощность. Поскольку источником этого напряжения является ЭДС, создаваемая в антенне сигналами принимаемой станции, под чувствительностью условились понимать ту величину ЭДС в антенне, при которой на выходе приемника получается установленная для данного приемника мощность.
Чувствительность измеряется в микровольтах. Чем меньше микровольт нужно подать на вход приемника для получения’ требуемой выходной мощности, тем выше его чувствительность. Поскольку усиление приемника на разных частотах различно, то и чувствительность оказывается также неодинаковой по диапазону. Однако если схема приемника хорошо проработана и налаживание его произведено тщательно, то чувствительность можно сделать достаточно равномерной.
Согласно ГОСТ чувствительность радиовещательных приемников должна быть: для первого класса — не хуже 50 мкв на всех поддиапазонах, для второго класса — не хуже 200 мкв на ДВ и СВ и не хуже 300 мкв на КВ, для третьего класса (сетевых)—не хуже 300 мкв на ДВ и СВ и не хуже 500 мкв на КВ; у батарейных приемников третьего класса—не хуже 400 мкв на всех диапазонах.
При измерении чувствительности роль передающей станции выполняет генератор стандартных сигналов ГСС — создаваемые им высокочастотные колебания заменяют ЭДС в антенне. Чтобы по возможности приблизить условия измерения к условиям действительного приема, сигнал подают на вход приемника через так называемый эквивалент антенны — электрическую цепь, обладающую примерно такими же свойствами, как реальная антенна. Схема эквивалента антенны, применяемого при испытании радиовещательных приемников, приведена на рис. 1.
При измерении чувствительности, как и при всех остальных измерениях приемников, на вход приемника следует подавать модулированные колебания ВЧ. Частота модуляции обычно выбирается 400 гц, а глубина — 30%, что соответствует примерно средней глубине модуляции при реальном приеме. Но при таких условиях на выходе приемника развивается неполная выходная мощность. Это видно из следующего. Наибольшая неискаженная выходная мощность должна получаться, очевидно, при наиболее громких звуках, которые создают 100-процентную модуляцию. При 30-процентной модуляции напряжение звуковой частоты на выходе детектора составляет лишь 0,3 от наибольшего напряжения, получающегося при 100-процентной модуляции А поскольку мощность пропорциональна квадрату напряжения, то при 30-процентной модуляции будет получаться мощность, равная примерно 0,1 от максимальной
Необходимо учитывать, что на выходе приемника, кроме полезных звуков, бывает слышен еще и вредный шум, который создается внутри самого приемника при большом усилении. Поэтому реальной чувствительностью приемника принято считать такой уровень сигнала, при котором шумы не мешают хорошему воспроизведению звука, т. е. когда напряжение звуковой частоты на выходе приемника не только обеспечивает нужную мощность, но и значительно превышает напряжение, создаваемое шумами. Для этого соотношение выходе должен превышать уровень шумов по крайней мере в десять раз.
Избирательность. Избирательность характеризует способность приемника выделять сигналы нужной станции и не пропускать сигналы других мешающих приему станций.
Об избирательности приемника можно судить по форме его резонансной характеристики, которая показывает, как изменяется чувствительность приемника при изменении частоты подводимого сигнала, если приемник при этом все время настроен на одну и ту же частоту. Наибольшая чувствительность, естественно, получается при настройке приемника в резонанс на принимаемый сигнал. Для сигналов, частота которых отличается от частоты настройки, чувствительность приемника уменьшается, т. е. они усиливаются меньше, и нормальную выходную мощность можно получить лишь при значительно большем напряжении сигнала на входе. Это значит, что мешающие станции будут прослушиваться гораздо слабее принимаемой.
По международным соглашениям частоты радиовещательных станций должны отличаться одна от другой не менее чем на 10 кгц. Следовательно, приемник не должен пропускать сигналы, частота которых отличается от частоты его настройки более чем на 10 кгц.
Обычно не производят сравнения приемников по форме резонансной характеристики, а ограничиваются измерением чувствительности при расстройке на 10 кгц в обе стороны от резонансной частоты, т. е. на частотах, соответствующих ближайшей, или, как говорят, соседней, по частоте радиостанции. Число, показывающее, во сколько раз уменьшается чувствительность приемника но отношению к станциям с частотами, отличающимися на +10 кгц от резонансной, называют избирательностью по соседнему каналу.
Измерение производится следующим образом. Вначале измеряют чувствительность приемника при резонансе, как описано выше, затем, не меняя настройки приемника, расстраивают ГСС на 10 кгц и увеличивают напряжение сигнала до тех пор, пока на выходе будет снова получена нормальная мощность. Это напряжение (в микровольтах) будет выражать чувствительность приемника при расстройке на 10 кгц. Отношение полученного числа микровольт к числу микровольт, выражающему чувствительность при резонансе, и будет определять избирательность приемника или ослабление по соседнему каналу. В супергетеродинном приемнике эта величина более или менее одинакова по всему диапазону.
По ГОСТ установлены такие нормы избирательности приемников: для первого класса .чувствительность при
шум, который создается внутри самого приемника при большом усилении. Поэтому реальной чувствительностью приемника принято считать такой уровень сигнала, при котором шумы не мешают хорошему воспроизведению звука, т. е. когда напряжение звуковой частоты на выходе приемника не только обеспечивает нужную мощность, но и значительно превышает напряжение, создаваемое шумами. Для этого соотношение
расстройке на 10 кгц должна уменьшаться не менее чем в 200 раз, для второго класса — не менее чем в 20 раз и для третьего класса — не менее чем в 10 раз.
Избирательность по соседнему каналу является параметром, одинаково важным для всех приемников, как прямого усиления, так и супергетеродинных. Но в супергетеродинном приемнике могут иметь место еще дополнительные помехи, свойственные только этому методу приема, так называемые зеркальные или симметричные помехи >. Как известно, в супергетеродине принимаемые сигналы преобразуются в колебания новой промежуточной частоты, которая представляет собой разность частот гетеродина и сигнала, и основное усиление ведется уже на этой частоте. Но для каждой частоты гетеродина существуют две частоты сигнала, при которых получается одинаковая разностная частота: одна из них выше частоты гетеродина, другая — ниже. Обе эти частоты располагаются симметрично относительно частоты гетеродина так, что одна из них представляет как бы зеркальное отображение другой (рис. 2). Отсюда и название «зеркальная» или «симметричная» помеха.
Задача приемника заключается в том, чтобы пропустить к преобразователю только одну из этих частот — нужную нам — и не пропустить вторую, мешающую. Это осуществляется во входных цепях приемника и в усилителе высокой частоты, если он имеется. Способность ослаблять зеркальные помехи по сравнению с принимаемыми сигналами характеризует избирательность приемника по зеркальному каналу. Для ее измерения вначале определяют чувствительность приемника на основной (принимаемой) частоте, затем, не меняя его настройки, увеличивают частоту ГСС на величину, равную удвоенной промежуточной частоте, и одновременно увеличивают напряжение ГСС до тех пор, пока на выходе приемника будет снова получена нормальная мощность. Это напряжение будет выражать чувстительность по зеркальному каналу. Отношение
чувствительность по зеркальному каналу (мкв)
———————————————
чувствительность по основному каналу (мкв)
выражает избирательность приемника по зеркальному каналу. Величина ее в отличие от избирательности по соседнему каналу меняется по диапазону. На более коротких волнах избирательность по зеркальному каналу оказывается хуже. По ГОСТ ослабление зеркальной помехи должно быть у приемников первого класса не менее 1 000 раз на ДВ, не менее 300 раз на СВ и не менее 18 раз на КВ диапазонах; у приемников второго класса — не менее 60 раз на ДВ, не менее 30 раз на СВ и не менее четырех раз на КВ диапазоне и у приемников третьего класса не менее 20 раз на ДВ и не
менее 10 раз на СВ диапазоне.
Еще одним источником помех, характерных только для супергетеродинных приемников, являются сигналы радиостанций, частота которых равна промежуточной частоте приемника. Для борьбы с такими помехами на входе приемника включают специальные фильтры — контуры, настроенные на промежуточную частоту, которые закрывают сигналам на этой частоте доступ в приемник. ГОСТ устанавливает, что сигналы с частотой, равной промежуточной, должны ослабляться на пути от антенны к преобразователю в приемниках первого класса не менее чем в 100 раз, в приемниках второго класса — не менее чем в 50 раз и в приемниках третьего класса — не менее чем в 10 раз.
Частотная характеристика. Речь, пение и музыка состоят из большого числа звуковых колебаний различных частот. Поэтому для получения неискаженной передачи необходимо, чтобы отсутствовали частотные искажения, т. е. чтобы колебания самых различных звуковых частот усиливались одинаково,—в этом случае звучание будет естественным. О том, как выполняется это требование, можно судить по частотной характеристике приемника, которая показывает, как усиливаются в нем напряжения различных частот звукового спектра. Добиться полней равномерности усиления на всех звуковых частотах не удается; неравномерность особенно сказывается на частотах выше 3—4 кгц и ниже 100 гц— здесь усиление обычно уменьшается.
Поскольку в приемнике напряжение звуковой частоты создается после детектирования и усиливается в каскадах усиления НЧ, в первую очередь следует обеспечить хорошую частотную характеристику этого усилителя. Чтобы определить или, как говорят, снять ее, на вход усилителя НЧ (на гнезда звукоснимателя или на сетку первой лампы усилителя НЧ) подают от звукового генератора соответствующее напряжение, величину которого поддерживают постоянной. Частоту подаваемого напряжения изменяют через определенные интервалы в пределах всего звукового диапазона, и для каждой частоты измеряют напряжение на выходе приемника. При условии постоянства входного напряжения величина напряжения на выходе является мерой усиления. Достаточно равномерным считают усиление в тех пределах частот, где оно изменяется не более чем в два раза по сравнению с усилением на частоте 400 гц (рис. 3, кривая а).
Но такая частотная характеристика все же недостаточно точно отражает характер усиления напряжения различных звуковых частот в приемнике. Дело в том, что на пути от антенны до детектора спектр ВЧ колебаний, который содержит несущую частоту сигнала и
боковые частоты, создаваемые в процессе модуляции, проходит через ряд колебательных контуров и при этом неизбежно происходит ослабление боковых частот, передающих высшие звуковые частоты и наиболее далеко отстоящих по частоте от несущей. Таким образом, к детектору высшие звуковые частоты приходят уже несколько ослабленными по сравнению с остальным».
Полную картину усиления напряжения различных звуковых частот в приемнике можно получить, сняв частотную характеристику всего приемника от антенного входа, так называемую характеристику верности. Для этого на вход приемника подают от ГСС модулированный высокочастотный сигнал, частоту модуляции которого изменяют в пределах звукового диапазона, поддерживая при этом глубину модуляции и уровень колебаний несущей частоты неизменными. Характеристика верности отличается, как правило, большой неравномерностью усиления в области высших звуковых частот (рис. 3, кривая б).
Однако и характеристика верности не дает все же полной оценки качества звучания. Она характеризует лишь электрический тракт приемного устройства. Непосредственное же воспроизведение звуков осуществляется громкоговорителем, который вносит значительные частотные искажения. Поэтому полную оценку качества звучания могут дать только такие характеристики, которые отражают совместную работу приемника и громкоговорителя. Их называют характеристиками, снятыми по звуковому давлению. Эти акустические измерения отличаются относительно большой сложностью; их можно производить пока только в специально оборудованных лабораториях. Частотная характеристика приемника по звуковому давлению (рис. 4) имеет вид сильно изломанной кривой с большим числом пиков и провалов. Областью пропускания считается та часть звукового диапазона, в пределах которой наибольшее развиваемое звуковое давление отличается от наименьшего не более чем в пять раз. ГОСТ устанавливает для разных классов приемников границы частот, в пределах которых неравномерность не должна превышать указанную выше величину.
Можно измерить по звуковому давлению и нелинейные искажения, вносимые громкоговорителем.
Для приемников, особенно батарейных с малой выходной мощностью, очень важным является такой показатель, как величина звукового давления, развиваемого громкоговорителем при определенной стандартной величине подводимой к нему мощности. Чем больше это давление, тем громче звучит громкоговоритель при одной и той же выходной мощности приемника.
Методы электрических испытаний радиовещательных приемников установлены ГОСТ 5882—51.
Е. Алексеев
Радио 1955