Гетероди́н  (від грец. ἕτερος — інакший; δύναμις — потужність) — електронний генератор гармонічних коливань, які використовуються при демодуляції вхідного високочастотного сигналу.

Сигнал від гетеродина подається на змішувач, в якому відбувається процес гетеродинування: отримання сигналу на частотах, рівних сумі та різниці частот від гетеродина та вхідного сигналу. Високочастотний сигнал зазвичай відфільтровується, і залишається демодульований низькочастотний сигнал.

Гетеродин використовується в супергетеродинних приймачах та інших схожих пристроях.

Історія У 1901 році Реджинальд Фессенден продемонстрував приймач прямого перетворення або приймач биття як метод створення чутних радіотелеграфних сигналів безперервної хвилі.  Приймач Фессендена не знайшов широкого застосування через проблему стабільності його гетеродина. Стабільний, але недорогий гетеродин був недоступний, доки Лі де Форест не винайшов тріодний ламповий генератор.  У патенті 1905 року Фессенден заявив, що стабільність частоти його гетеродина становила одну частину на тисячу.

У радіотелеграфії символи текстових повідомлень перетворюються на короткі крапки та довгі тире абетки Морзе, які транслюються як радіосигнали. Радіотелеграфія була дуже схожа на звичайну телеграфію. Однією з проблем було створення потужних передавачів за допомогою технологій того часу. Ранні передавачі були передавачами з іскровим проміжком. Механічний пристрій створював іскри з фіксованою, частотою; іскри передавали енергію в резонансний контур, який потім дзвонив на потрібній частоті передачі (яка могла бути 100 кГц). Ці хвилі швидко згасали, тому вихідний сигнал передавача був послідовністю затухаючих хвиль. Коли ці затухаючі хвилі отримував простий детектор, оператор чув чутний дзижчачий звук, який можна було перевести назад у буквено-цифрові символи.

З розробкою радіопередавача з дуговим перетворювачем у 1904 році для радіотелеграфії почала використовуватися модуляція безперервної хвилі (CW). Сигнали абетки Морзе CW не модулюються амплітудно, а складаються з імпульсів синусоїдальної несучої частоти. Коли сигнали CW приймаються AM-приймачем, оператор не чує звуку. Детектор прямого перетворення (гетеродинний) був винайдений, щоб зробити радіочастотні сигнали безперервної хвилі чутними.

Гетеродин або приймач биття має гетеродин , який генерує радіосигнал, налаштований на близьку за частотою частоту до вхідного сигналу, що приймається. Коли два сигнали змішуються, створюється частота биття, що дорівнює різниці між двома частотами. Правильне налаштування частоти гетеродина переміщує частоту биття в звуковий діапазон, де її можна почути як тон у навушниках приймача, коли присутній сигнал передавача.

Таким чином, крапки та тире абетка Морзе чутні як звукові сигнали. Цей метод досі використовується в радіотелеграфії, гетеродин тепер називається генератором частоти биття або BFO. Фессенден ввів слово гетеродин від грецьких коренів hetero- , різний, та dyn- , потужність (пор. δύναμις або dunamis ).

Принцип гетеродинування Радіо та телесигнал передається електромагнітними хвилями з високою частотою носія, які добре розповсюджуються в просторі. Цей сигнал уловлюється антеною приймача, але з нього потрібно виділити низькочастотний сигнал, необхідний для відтворення. Для цього його спочатку потрібно підсилити, що роблять на так званій проміжній частоті, яку отримують, змішуючи сигнал від антени із сигналом гетеродина.

Гетеродинування базується на тригонометричній тотожності:

Добуток у лівій частині являє собою множення ("змішування") синусоїдальної хвилі на іншу синусоїду (обидві утворені косинусоїдальними функціями). Права частина показує, що результуючий сигнал є сумою двох синусоїдальних членів, один на рівні суми двох вихідних частот, а інший на рівні різниці, які можна розглядати окремо, оскільки їхня (велика) різниця частот дозволяє легко відфільтрувати частоту одного сигналу, залишаючи інший сигнал незмінним.

Схема гетеродинного приймача

У гетеродинному приймачі на детектор діють вже два сигнали — вхідний та гетеродинний, значно більший за амплітудою. Якщо частота гетеродина G2 трохи (на 0,4–1 кГц) відрізнялася від частоти передавача G1, на виході детекторного діоду VD1 з'являлася напруга биття із різницевою частотою. Вона була істотно більшою за напругу продетектораваного сигналу, що підвищувало і чутливість, і гучність прийому.

Принцип роботи схеми

Вхідне коло (WA2, L1, C1): Сигнал радіочастоти від антени WA2 надходить на коливальний контур L1-C1. За допомогою конденсатора змінної ємності C1 контур налаштовується на частоту потрібної радіостанції Fc. Гетеродин (G2): Це малопотужний генератор синусоїдальних коливань, розташований всередині приймача. Він створює власну частоту Fg. У даній схемі гетеродин включений послідовно з вхідним контуром, тому на діод VD1 одночасно подаються два сигнали: слабкий сигнал від антени та потужний сигнал від гетеродина. Змішування та детектування (VD1): Діод VD1 працює як нелінійний елемент (змішувач). Коли два сигнали з близькими частотами потрапляють на нього, виникає ефект биттів. На виході діода утворюється спектр частот, серед яких є різницева частота:

Якщо ми приймаємо телеграф (CW), частоту гетеродина налаштовують так, щоб різниця F становила приблизно 400–1000 Гц. Цей сигнал є звуковим, тому ми чуємо чистий музичний тон «морзянки». Приймач прямого перетворення перетворює радіочастоту безпосередньо в звук, минаючи проміжні стадії, характерні для супергетеродинів. Вихід сигналу (B1): Елемент B1 (високоомні телефони або навушники) перетворює електричні коливання звукової частоти в звук. У реальних схемах після діода зазвичай ставлять конденсатор для фільтрації залишків радіочастоти та підсилювач низької частоти (ПНЧ), оскільки сигнал на самому діоді досить слабкий.

Основні переваги такої схеми

Простота: мінімальна кількість деталей. Висока чутливість: завдяки тому, що гетеродин «підсвічує» слабкий сигнал антени, діод працює на більш лінійній ділянці своєї характеристики, що дозволяє приймати навіть дуже далекі станції. Селективність: смуга пропускання такого приймача визначається властивостями ПНЧ та навушників, що дозволяє легко відфільтровувати сусідні завади.

Див. також Меандр (радіотехніка) Супергетеродинний радіоприймач Амплітудна модуляція

Примітки

Джерела

Гетеродин // Велика радянська енциклопедія, 1-ше вид. т. XVI (1929)