Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Настроенный радиочастотный приемник (или TRF-приемник) – это тип радиоприемника, состоящий из одной или нескольких каскадов усилителя радиочастоты (RF), за которыми следует схема детектирования (демодуляции) для выделения звукового сигнала и, как правило, усилитель звуковой частоты. Этот тип приемника был популярен в 1920-х годах. Ранние модели могли быть сложны в эксплуатации, поскольку при настройке на станцию каждый каскад приходилось индивидуально подстраивать под частоту станции, но в более поздних моделях использовалась согласованная настройка, когда механизмы настройки всех каскадов были связаны между собой и управлялись одним регулятором. К середине 1930-х годов он был вытеснен супергетеродинным приемником, запатентованным Эдвином Армстронгом.
A tuned radio frequency receiver (or TRF receiver) is a type of radio receiver that is composed of one or more tuned radio frequency (RF) amplifier stages followed by a detector (demodulator) circuit to extract the audio signal and usually an audio frequency amplifier. This type of receiver was popular in the 1920s. Early examples could be tedious to operate because when tuning in a station each stage had to be individually adjusted to the station's frequency, but later models had ganged tuning, the tuning mechanisms of all stages being linked together, and operated by just one control knob. By the mid 1930s, it was replaced by the superheterodyne receiver patented by Edwin Armstrong.
Предыстория
Приёмник TRF был запатентован в 1916 году Эрнстом Александерсоном. Его концепция заключалась в том, что каждая ступень усиливает желаемый сигнал, одновременно уменьшая влияние помех. Многоступенчатое усиление радиочастотного сигнала делало радио более чувствительным к слабым станциям, а наличие нескольких настроенных контуров обеспечивало более узкую полосу пропускания и лучшую избирательность по сравнению с одноступенчатыми приемниками, распространенными в то время. Все настроенные ступени радио должны согласовываться и настраиваться на требуемую частоту приема. Это отличается от современного супергетеродинного приемника, которому необходимо настраивать только RF-каскад и гетеродин на нужные частоты; все последующие каскады работают на фиксированной частоте и не зависят от частоты приема. Антикварные приемники TRF часто можно идентифицировать по их корпусу. Обычно они имеют вытянутую, низкую форму с откидной крышкой для доступа к вакуумным лампам и настроенным контурам. На передней панели обычно расположены два или три больших регулятора, каждый из которых управляет настройкой одной ступени. Внутри, наряду с несколькими вакуумными лампами, находится ряд больших катушек. Обычно они расположены так, чтобы их оси были перпендикулярны друг другу, что снижает магнитную связь между ними. Проблема приемников TRF, построенных на триодах, заключается в межэлектродной емкости триода. Эта емкость позволяет энергии из выходной цепи возвращаться во входную. Такая обратная связь может вызывать нестабильность и генерацию, что затрудняет прием и приводит к появлению свистящих или воющих звуков в динамике. В 1922 году Луи Алан Хазельтин изобрел метод нейтрализации, который использует дополнительные схемы для частичной компенсации влияния межэлектродной емкости. Нейтрализация применялась в популярной серии приемников Neutrodyne. При определенных условиях "нейтрализация практически не зависит от частоты в широком диапазоне". "На практике невозможно добиться идеальной нейтрализации в широком диапазоне частот, поскольку паразитные индуктивности и емкости" не компенсируются полностью. Последующая разработка тетродов и пентодов минимизировала влияние межэлектродной емкости и могла сделать нейтрализацию ненужной; дополнительные электроды в этих лампах экранируют пластину и сетку, уменьшая обратную связь.
The TRF receiver was patented in 1916 by Ernst Alexanderson. His concept was that each stage would amplify the desired signal while reducing the interfering ones. Multiple stages of RF amplification would make the radio more sensitive to weak stations, and the multiple tuned circuits would give it a narrower bandwidth and more selectivity than the single stage receivers common at that time. All tuned stages of the radio must track and tune to the desired reception frequency. This is in contrast to the modern superheterodyne receiver that must only tune the receiver's RF front end and local oscillator to the desired frequencies; all the following stages work at a fixed frequency and do not depend on the desired reception frequency. Antique TRF receivers can often be identified by their cabinets. They typically have a long, low appearance, with a flip up lid for access to the vacuum tubes and tuned circuits. On their front panels there are typically two or three large dials, each controlling the tuning for one stage. Inside, along with several vacuum tubes, there will be a series of large coils. These will usually be with their axes at right angles to each other to reduce magnetic coupling between them. A problem with the TRF receiver built with triode vacuum tubes is the triode's interelectrode capacitance. The interelectrode capacitance allows energy in the output circuit to feedback into the input. That feedback can cause instability and oscillation that frustrate reception and produce squealing or howling noises in the speaker. In 1922, Louis Alan Hazeltine invented the technique of neutralization that uses additional circuitry to partially cancel the effect of the interelectrode capacitance. Neutralization was used in the popular Neutrodyne series of TRF receivers. Under certain conditions, "the neutralization is substantially independent of frequency over a wide frequency band." "Perfect neutralization cannot be maintained in practice over a wide band of frequencies because leakage inductances and stray capacities" are not completely canceled. The later development of the tetrode and pentode vacuum tubes minimized the effect of interelectrode capacitances and could make neutralization unnecessary; the additional electrodes in those tubes shield the plate and grid and minimize feedback.
Преимущества и недостатки
Терман характеризует недостатки TRF как "плохую селективность и низкую чувствительность пропорционально количеству используемых ламп. Поэтому они практически устарели". Селективность требует узкой полосы пропускания, но полоса пропускания фильтра с заданным коэффициентом качества Q увеличивается с ростом частоты. Следовательно, для достижения узкой полосы пропускания на высокой радиочастоте требовались фильтры с высоким Q или большое количество фильтрующих секций. Достичь постоянной чувствительности и полосы пропускания во всем диапазоне радиовещания удавалось редко. В отличие от этого, супергетеродинный приемник преобразует входящую высокую радиочастоту в более низкую промежуточную частоту, которая остается неизменной. Проблема обеспечения постоянной чувствительности и полосы пропускания в диапазоне частот возникает только в одной цепи (на первом каскаде) и, следовательно, значительно упрощается. Основной проблемой TRF-приемника, особенно как потребительского продукта, была его сложная настройка. Все настроенные контуры должны были согласовываться для поддержания узкой полосы пропускания. Поддерживать согласованность нескольких настроенных контуров при настройке на широкий диапазон частот было сложно. В ранних TRF-приемниках оператору приходилось выполнять эту задачу вручную, как описано выше. Супергетеродинному приемнику необходимо согласовывать только RF и LO каскады; строгие требования к селективности ограничиваются ИФ-усилителем, который настроен на фиксированную частоту. В 1920-х годах одним из преимуществ TRF-приемника перед регенеративным приемником было то, что при правильной настройке он не создавал помех. Популярный регенеративный приемник, в частности, использовал лампу с положительной обратной связью, работающую очень близко к точке генерации, поэтому он часто действовал как передатчик, излучая сигнал на частоте, близкой к частоте принимаемой станции. В конечном итоге в США были приняты правила, запрещающие приемникам излучать паразитные сигналы, что сыграло на руку TRF.
Terman characterizes the TRF's disadvantages as "poor selectivity and low sensitivity in proportion to the number of tubes employed. They are accordingly practically obsolete." Selectivity requires narrow bandwidth, but the bandwidth of a filter with a given Q factor increases with frequency. So to achieve a narrow bandwidth at a high radio frequency required high Q filters or many filter sections. Achieving constant sensitivity and bandwidth across an entire broadcast band was rarely achieved. In contrast, a superheterodyne receiver translates the incoming high radio frequency to a lower intermediate frequency which does not change. The problem of achieving constant sensitivity and bandwidth over a range of frequencies arises only in one circuit (the first stage) and is therefore considerably simplified. The major problem with the TRF receiver, particularly as a consumer product, was its complicated tuning. All the tuned circuits need to track to keep the narrow bandwidth tuning. Keeping multiple tuned circuits aligned while tuning over a wide frequency range is difficult. In the early TRF sets the operator had to perform that task, as described above. A superheterodyne receiver only needs to track the RF and LO stages; the onerous selectivity requirements are confined to the IF amplifier which is fixed tuned. During the 1920s, an advantage of the TRF receiver over the regenerative receiver was that, when properly adjusted, it did not radiate interference. The popular regenerative receiver, in particular, used a tube with positive feedback operated very close to its oscillation point, so it often acted as a transmitter, emitting a signal at a frequency near the frequency of the station it was tuned to. and eventually the US, passed regulations that prohibited receivers from radiating spurious signals, which favored the TRF.
Современное использование
Хотя конструкция TRF в значительной степени уступила место супергетеродиновому приемнику, с развитием полупроводниковой электроники в 1960-х годах она была вновь использована и применялась в некоторых простых интегрированных радиоприемниках для любительских радиопроектов, конструкторских наборов и недорогих потребительских товаров. Примером является радиоинтегральная схема ZN414 TRF производства Ferranti, выпущенная в 1972 году и представленная ниже.
Although the TRF design has been largely superseded by the superheterodyne receiver, with the advent of semiconductor electronics in the 1960s the design was "resurrected" and used in some simple integrated radio receivers for hobbyist radio projects, kits, and low end consumer products. One example is the ZN414 TRF radio integrated circuit from Ferranti in 1972 shown below