ประเภทและหลักการทำงานของเครื่องรับวิทยุ

หลักการทำงานของเครื่องรับวิทยุ เครื่องรับวิทยุ เราจะแบ่งได้หลายแบบ เช่น
1. เครื่องรับวิทยุแบบแร่ (Crystal Radio )


เครื่องรับวิทยุแบบแร่ ถือเป็นวงจรเบื้องต้นของเครื่องรับวิทยุ สามารถประกอบได้ง่ายที่สุด ราคาถูก ไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานไฟฟ้า "free-power" radio (บางรุ่นอาจจะดัดแปลงให้มีเสียงออกทางลำโพง จำเป็นต้องใช้พลังงานไฟฟ้า)

ตัวอย่าง วงจร เครื่องรับวิทยุ AM แบบแร่
เมื่อสายอากาศ และสายดิน ถูกต่อเข้า กับวงจร จะมีสัญญาณไฟฟ้าขนาดเล็ก ๆ ผ่านมายังวงจรจูน (tuned circuit) ที่ประกอบด้วย L1 และ C1 จุดที่เราต้องการเราเรียกว่า resonant frequency เป็นการเลือกรับความถี่ และถ้าเราต้องการที่จะเปลี่ยนความถี่ที่จะรับ เราก็เปลี่ยนค่าของ C1 (วงจร A)
ความถี่ที่เลือกรับมาแล้วนั้น จะถูกส่งมายัง D1 เพื่อทำหน้าที่ detector ไดโอดที่ใช้จะเป็น ที่มีแรงดันตกคร่อมต่ำ ถ้ามองเข้าไปจะเห็นเส้นลวดเล็ก ๆ ฝรั่งเขาเรียกว่า "cat’s whisker" ซึ่งคล้ายหนวดแมว จากคุณสมบัติของไดโอด คือยอมให้กระแสไหลผ่านได้ทางเดียว สัญญาณที่ผ่านวงจรนี้ไปได้ ก็จะมีเพียงแค่ ซึกเดียว (วงจร B) C2 ทำหน้าที่ bypass ความถี่วิทยุลงกราวด์ เหลื่อเฉพาะคลื่นเสียง เท่านั้นที่ผ่านไปยังหูฟัง H1 ได้
วิทยุแบบแร่ มีความสามารถในการแยกแยะสัญญาณไม่ดี โดยจะรับสัญญาณเข้ามาทั้งหมด (all AM broadcast signals) สัญญาณความถี่ไหนแรงกว่า ก็จะบดบังสถานีที่มีสัญญาณอ่อน ๆ

2. เครื่องรับวิทยุแบบ Regenerative

3. เครื่องรับแบบ จูนความถี่ TRF (Tuned Radio Frequency Receiver)

เครื่องรับวิทยุแบบแร่ มีประสิทธิภาพการรับสัญญาณ ไม่ดี ไม่มีการขยาย ประสิธิภาพการเลือกรับสัญญาณไม่ดี สัญญาณที่แรง ๆ อยากแทรกแซงเช้ามาได้ จึงมีคนคิดค้นวิทยุแบบ TRF ขึ้นมาแทน ซึ่งมีการรับสัญญาณที่ดีกว่า

TRF receiver แบบจูนครั้งเดียว ใช้กันในสมัยแรก ๆ

เครื่องรับ TRF receiver แบบจูนหลายครั้ง เป็นวงจรที่พัฒนามาจากแบบแรก การจูนแต่ละครั้งจะทำหลังจากภาคขยายในแต่ละส่วน (ใช้วงจร L-C resonant ในการจูน) เครื่องรับแบบนี้นำมาใช้มากในย่าน very low frequency (VLF) หรือ อาจจะเรียกว่า whistler receiver สำหรับการเฝ้าดู solar flares (เพลิงที่ลุกโชติชั่วขณะหนึ่ง บนดวงอาทิตย์ ) และ sudden ionospheric disturbances (SIDs)
ทดลองฟังเสียง whistler
ตัวอย่างวงจร เครื่องรับแบบ TRF แบบง่าย ๆ ประกอบด้วย 4 ส่วนพื้นฐาน คือ reception, selection, demodulation, และ reproduction


4.เครื่องรับวิทยุแบบ ซูเปอร์เฮเทอโรดายน์ (Superheterodyne Receiver)
เครื่องรับวิทยุแบบ superheterodyne มีใจความสำคัญอยู่ตรงที่ การเปลี่ยนความถี่ RF ที่รับเข้ามาหลาย ๆ ความถี่เป็น เดียวเป็นค่ากลาง ๆ (intermediate frequency : IF) ความถี่ IF นี้จะสามารถทำให้สูงกว่า (high-side injection) หรือต่ำกว่า (low-side injection) ความถี่ RF ที่รับมาก็ได้ ระบบ superheterodyne ในสมัยแรก ๆ จะทำให้ความถี่ IF สูงกว่า ความถี่ RF แต่ปัจจุบันจะทำให้ความถี่ IF ต่ำกว่า เนื่องจากความถี่ต่ำจะมีความยุ่งยากน้อยกว่า


AM radio block diagram
ยกตัวอย่างเครื่องรับ AM แบบ ซูเปอร์เฮเทอโรดายน์ วงจรที่สำคัญของระบบนี้คือ Local Oscillator และวงจร Mixer สัญญาณ RF จะถูกแปลงเป็นความถี่ IF ค่าตายตัวค่าหนึ่ง โดยทั่วไปวิทยุ AM จะใช้ความถี่ IF เท่ากับ 455 KHz
ในวงจร Mixer จะทำการผสมสัญญาณRF กับสัญญาณจาก Local Oscillator ซึ่งความถี่ทั้งสองนี้จะห่างกันอยู่ เท่ากับ 455 KHz พอดี (ห่างกันเท่ากับความถี่ IF) สมมุติว่าเราต้องการรับสัญญาณวิทยุ AM ที่ความถี่ 1000 KHz วงจรขยาย RF ก็ต้องจูนและขยายความถี่ 1000 KHz เป็นหลัก และยอมให้ความถี่ใกล้เคียงบริเวณ 1000 KHz เข้ามาได้เล็กน้อย การจูนความถี่นอกจากจะจูนภาคขยาย RF แล้วยังจะจูนวงจร Local Oscillator ด้วย (วิทยุ AM แบบใช้มือจูน) ความถี่ของ Local Oscillator จะเท่ากับ 1000 KHz +455 KHz = 1455 KHz พอดี
เมื่อสัญญาณทั้ง RF และจาก Local Oscillator ป้อนเข้ามาที่วงจร Mixer ซึ่งเป็นวงจรที่ทำงานแบบ นอนลิเนียร์ สัญญาณที่ออกมาจะมี่ทั้งสัญญาณผลบวกและผลต่าง เมื่อป้อนให้กับวงจร IF ซึ่งจูนรับความถี่ 455 KHz ดังนั้นสัญญาณผลรวมจะถูกตัดทิ้งไป คงไว้แต่สัญญาณของความถี่ผลต่าง (1455 KHZ - 1000 KHz = 455 KHz)
วงจรขยาย IF ก็คือวงจรขยาย RF ที่จูนความถี่เอาไว้เฉพาะ ที่ความถี่ 455 KHz วงจรขยาย IF อาจจะมีด้วยกันหลายภาค เพื่อให้มีอัตราการขยายสัญญาณที่รับได้สูง ๆ และ การเลือกรับสัญญาณที่ดี เนื่อจาหวงจรนี้ขยายความถี่คงที่จึงทำให้ง่ายต่อการออกแบบ สัญญาณที่ขยายแล้วจะเข้าสู่กระบวนการ Detector เพื่อแยกสัญญาณเสียงออกมา

FM radio block diagram

SSB shortwave receiver block diagram
สัญญาณวิทยุ เข้ามาที่สายอากาศ ผ่านวงจร RF Amplifier ขยายสัญญาณคลื่นวิทยุที่รับได้ให้เแรงขึ้น แล้วส่งสัญญาณไปผสม (Mixer) กับความถี่ที่ กำเนิดภายในตัวเครื่องรับวิทยุเอง (Local Oscillator) จากนั้นเราจะได้สัญญาณ ที่มีความถี่ต่ำลงมา เรียกว่าความถี่ IF (Intermediate Frequency) เมื่อได้ความถี่ IF มาแล้ว ก็จะทำการขยายให้แรงขึ้นโดย วงจร IF Amplifier แล้วผ่านไปยัง วงจร Detector ซึ่งทำหน้าที่กรองสัญญาณความถี่วิทยุออกไป เหลือแต่คลื่นความถี่เสียง (AF) แล้วจึงขยายสัญญาณให้แรงขึ้นอีกครั้ง (AF Amplifier) เพื่อส่งออกลำโพงต่อไป
ความถี่เงา Image Frequency (fimage)

• (fimage) = Fc + 2fIF กรณีที่ fLO > Fc (high-side injection)
• (fimage) = Fc - 2 fIF กรณีที่ fLO < Fc (low-side injection)

Superheterodyne แบบ Double และ Triple-Conversion Receivers

Double-conversion receiver.

---

ข้อใดไม่ใช่ข้อดีของเครื่องรับแบบ ซูเปอร์เฮเทอโรดายน์

ก.สามารถเลือกรับความถี่สถานีที่ต้องการแบบเฉพาะเจาะจงได้
ข.สามารถเปลี่ยนความถี่ Local Oscillator เพื่อเลือกรับฟังคลื่นวิทยุจากสถานีที่มีความถี่แตกต่างกันได้
ค.รับได้เฉพาะสถานีวิทยุที่มีความแรงมากกว่าได้เท่านั้น แต่ไม่สามารถรับแบบเฉพาะเจาะจงได้
ง.ข้อ ก.และข้อ ข. ถูกต้อง
คำตอบคือ ข้อ ค.รับได้เฉพาะสถานีวิทยุที่มีความแรงมากกว่าได้เท่านั้น แต่ไม่สามารถรับแบบเฉพาะเจาะจงได้

What is the mixing process?

A. The elimination of noise in a wideband receiver by phase comparison
B. The elimination of noise in a wideband receiver by phasedifferentiation
C. The recovery of the intelligence from a modulated RF signal
D. The combination of two signals to produce sum and differencefrequencies
คำตอบคือ วงจร mixing ทำหน้าที่ ผสมความถี่ 2 ความถี่เข้าด้วยกัน เพื่อจะหา ผลรวม หรือผล ต่าง แล้วแต่การออกแบบวงจร D. The combination of two signals to produce sum and differencefrequencies

ข้อเสียของเครื่องรับ แบบ TRF

ถึงแม้จะมีความไวในการรับสัญญาณดีขึ้น (กว่าเครื่องรับแบบแร่ ) และสามารถแยกรับสัญญาณ (Selecttivity) ได้ดีขึ้น แต่ยังไม่ดีเท่าที่ควร มีความยุ่งยากในการสร้างวงจรจูนความถี่ การเพิ่มความไวในการรับทำได้ยาก เพราะเครื่องรับจะส่งสัญญาณออกไปรบกวน เครื่องรับข้างเคียง การรับสัญญาณของแต่ละสถานี จะแตกต่างกันมาก สถานีที่ใกล้ ๆ ก็จะแรงมากเกินไป ส่วนสถานีที่ไกล ก็จะเบามาก