что такое сверхрегенеративный приемник

Что такое сверхрегенеративный приемник

УКВ ЧМ приемник с низковольтным питанием

А теперь рассмотрим практические схемы сверхрегенераторов. Их в литературе, особенно давних лет, можно найти довольно много. Любопытный пример: описание сверхрегенератора, выполненного всего на одном транзисторе, было опубликовано в журнале «Popular Electronics» № 3 за 1968 г., его краткий перевод дан в [З]. Сравнительно высокое напряжение питания (9 В) обеспечивает большую амплитуду вспышек колебаний в контуре сверхрегенератора, а следовательно, и большое усиление. Такое решение имеет и существенный недостаток: сверхрегенератор сильно излучает, поскольку антенна связана непосредственно с контуром катушкой связи. Подобный приемник рекомендуется включать лишь где-нибудь на природе, вдали от населенных мест.

Рис. 1

Частота суперизации определяется суммарным сопротивлением резисторов R1-R3 и емкостью конденсатора С4. Если ее уменьшить до нескольких сотен пикофарад, прерывистая генерация прекращается и устройство становится регенеративным приемником. При желании можно установить переключатель, а конденсатор С4 составить из двух, например, емкостью 470 пф с подключаемым параллельно 0,047 мкф. Тогда приемник, в зависимости от условий приема, можно будет использовать в обоих режимах. Регенеративный режим обеспечивает более чистый и качественный прием, с меньшим уровнем шума, но требует значительно большей напряженности поля. Обратную связь регулируют переменным резистором R2, ручку которого (так же, как и ручку настройки) рекомендуется вывести на переднюю панель корпуса приемника.

Излучение этого приемника в сверхрегенеративном режиме ослаблено по следующим причинам: амплитуда вспышек колебаний в контуре невелика, порядка десятой доли вольта, к тому же маленькая рамочная антенна излучает крайне неэффективно, имея низкий КПД в режиме передачи.

Усилитель 3Ч приемника двухкаскадный, собран по схеме с непосредственной связью на транзисторах VT2 и VT3 разной структуры. В коллекторную цепь выходного транзистора включены низкоомные головные телефоны (или один телефон) типов ТМ-2, ТМ-4, ТМ-6 или ТК-67-НТ сопротивлением 50-200 Ом. Подойдут телефоны от плейера. Необходимое смещение на базу первого транзистора УЗЧ подается не от источника питания, а через резистор R4 из эмиттерной цепи транзистора VT1, где, как упоминалось, имеется стабильное напряжение около 0,5 В. Конденсатор С5 пропускает к базе транзистора VT2 колебания 34.

Питается приемник от гальванического элемента напряжением 1,5 В или дискового аккумулятора напряжением 1,2 В. Потребляемый ток не превышает 3 мА, при необходимости его можно установить подбором резистора R4.

Налаживание приемника начинается с проверки наличия генерации, вращая ручку переменного резистора R2. Она обнаруживается по появлению довольно сильного шума в телефонах, или при наблюдении на экране осциллографа «пилы» в форме напряжения на конденсаторе С4. Частота суперизации подбирается изменением его емкости, она зависит и от положения движка переменного резистора R2. Следует избегать близости частоты суперизации к частоте стереоподнесущей 31,25 кГц или к ее второй гармонике 62,5 кГц, иначе могут прослушиваться биения, мешающие приему.

Экономичный сверхрегенеративный приемник

Рис.2

Сигнал от антенны подается на эмиттер транзистора УРЧ VT1, включенного по схеме с общей базой. Поскольку его входное сопротивление невелико, и учитывая сопротивление резистора R1, получаем входное сопротивление приемника около 75 Ом, что позволяет использовать наружные антенны со снижением из коаксиального кабеля или ленточного УКВ кабеля с ферритовым трансформатором 300/75 Ом. Такая необходимость может возникнуть при удалении от радиостанций более 100 км. Конденсатор С1 небольшой емкости служит элементарным ФВЧ, ослабляя KB помехи. В лучших условиях приема годится любая суррогатная проволочная антенна.

Конденсатор настройки С4 типа КПВ, он содержит одну роторную и две статорные пластины. Сверхрегенеративный каскад на транзисторе VT2. Режим работы подбирают подстроечным резистором R4,частота вспышек (суперизации) зависит от емкости конденсатора С5.

На выходе каскада включен двухзвенный ФНЧ R6C6R7C7, ослабляющий колебания с частотой суперизации на входе УЗЧ, чтобы последний не перегружался ими.

Использованный сверхрегенеративный каскад отдает небольшое продетектированное напряжение и, как показала практика, требует двух каскадов усиления напряжения ЗЧ. В этом же приемнике транзисторы УЗЧ работают в режиме микротоков (обратите внимание на большие сопротивления нагрузочных резисторов), усиление их меньше, поэтому использовано три каскада усиления напряжения (транзисторы VT3-VT5) с непосредственной связью между ними. Каскады охвачены ООС через резисторы R12, R13, стабилизирующей их режим. По переменному току ООС ослаблена конденсатором С9. Резистор R14 позволяет регулировать в некоторых пределах усиление каскадов.

Выходной каскад собран по схеме двухтактного эмиттерного повторителя на комплементарных германиевых транзисторах VT6, VT7. Они работают без смещения, но искажения типа «ступенька» отсутствуют, во-первых, из-за низкого порогового напряжения германиевых полупроводниковых приборов (0,15 В вместо 0,5 В у кремниевых), а во-вторых, из-за того, что колебания с частотой суперизации все-таки немного проникают через ФНЧ в УЗЧ и как бы «размывают» ступеньку, действуя подобно ВЧ подмагничиванию в магнитофонах.

Достижение высокой экономичности приемника требует использования вы-сокоомных головных телефонов сопротивлением не менее 1 кОм. Если же задачу получения предельной экономичности не ставить, целесообразно использовать более мощный оконечный УЗЧ.

Налаживание приемника начинают с УЗЧ. Подбором резистора R13 устанавливают напряжение на базах транзисторов VT6, VT7 равным половине напряжения питания (1,5 В). Убеждаются в отсутствии самовозбуждения при любом положении движка резистора R14 (желательно, с помощью осциллографа). Полезно подать на вход УЗЧ какой либо звуковой сигнал амплитудой не более нескольких милливольт и убедиться в отсутствии искажений и симметричности ограничения при перегрузке.

В заключение надо заметить, что подобный приемник, ввиду его высокой экономичности и чувствительности, может найти применение и в переговорных системах, и в устройствах охранной сигнализации. К сожалению, прием ЧМ на сверхрегенератор получается не самым оптимальным образом: работа на скате резонансной кривой уже гарантирует ухудшение отношения сигнал/шум на 6 дБ. Нелинейный режим сверхрегенератора тоже не слишком способствует высококачественному приему, тем не менее качество звука получилось неплохим.

Источник

Что такое сверхрегенеративный приемник

Сверхрегенеративные приемники отличаются высокой чувствительностью и большим усилением при исключительной простоте схемы и конструкции. Радиолюбители обычно конструируют сверхрегенераторы с самогашением, иногда капризные в настройке. Лучшими параметрами и стабильностью в работе отличаются сверхрегенераторы с внешним источником гасящих колебаний. Именно такая конструкция и предлагается в публикуемой статье.

Известно, что чувствительность сверхрегенеративных приемников ограничивается собственными шумами регенеративного каскада [1], которые в значительной степени определяются шумовыми свойствами используемого транзистора. Несмотря на то, что полевые транзисторы являются менее шумящими, чем биполярные, в литературе практически не встречаются схемы сверхрегенераторов на базе полевых транзисторов. Вниманию радиолюбителей предлагается вариант именно такого приемника. Существенными его достоинствами являются высокая чувствительность (0,5 мкВ при глубине модуляции 0,9 и отношении сигнал/шум 12 дБ), малый ток потребления (1,4 мА при напряжении питания 4 В), широкий диапазон питающих напряжений (3. 9 В), малое паразитное излучение (собственно сверхрегенератор потребляет ток 80 мкА).

Внешняя суперизация существенно упрощает настройку приемника и повышает устойчивость его работы. Приемник с успехом может быть использован в традиционных для сверхрегенератора областях применения (в аппаратуре радиоуправления, простейших радиостанциях, радиоохранных устройствах и т. п.).

Рис.1. Принципиальная схема приемника

Сверхрегенеративный детектор собран на малошумящем транзисторе VT1. Каскад представляет собой автогенератор с автотрансформаторной обратной связью.

Частота генерации определяется параметрами колебательного контура L1C2, настроенного на 27,12 МГц.

Применение двухзатворного транзистора значительно упрощает реализацию режима внешней суперизации.

Известно, что значение крутизны характеристики по первому затвору зависит от напряжения на втором затворе. Когда это напряжение равно нулю, крутизна меньше критической и генерация отсутствует. На второй затвор через потенциометр R3 подается напряжение суперизации частотой 60. 70 кГц от генератора, собранного на элементах DD1.1 и DD1.2.

Конденсатор С5 соединяет второй затвор с общим проводом по высокой частоте и, кроме того, придает импульсам суперизации форму, близкую к треугольной. Регулировка амплитуды импульсов суперизации с помощью потенциометра R3 позволяет плавно изменять время, в течение которого крутизна превышает критическое значение, а значит, и длительность высокочастотных вспышек в контуре L1С2.

Тем самым можно изменять режим работы сверхрегенератора, устанавливая либо линейный, при котором достигается максимальная чувствительность, либо нелинейный, при котором наиболее эффективно реализуется АРУ.

Резистор R1 служит для образования на первом затворе отрицательного (по отношению к истоку) напряжения смещения, обеспечивающего исходное значение крутизны транзистора VT1 меньше критического. Весьма существенна вторая функция этого резистора. Его сопротивление определяет исходное значение постоянной составляющей тока через транзистор, а значит, и уровень собственных шумов. При указанных на схеме значениях элементов этот ток составляет всего 80. 90 мкА, что, помимо прочего, делает весьма малым паразитное излучение сверхрегенератора, поскольку вся потребляемая им от источника питания мощность не превышает 0,5 мВт.

Конденсатор СЗ выбран значительной емкости, поскольку он должен шунтировать резистор R1 как на несущей частоте, так и на частотах суперизации и огибающей принятого сигнала.

Основные характеристики приемника приведены в таблицах 1 и 2. защиты их от статического электричества при монтаже.

С незначительным ухудшением характеристик приемника в качестве VT1 можно применять отечественные транзисторы серий КП350 или КП306, принимая меры защиты их от статического электричества при монтаже.

Следует иметь в виду, что транзисторы серии КП327 выпускаются с очень большим процентом брака, но исправные использовать можно. Конденсатор СЗ должен быть керамическим.

Его допустимо заменить на любой емкостью, не менее указанной на схеме, при условии подключения параллельно керамического конденсатора 1000 пф. Для обеспечения стабильной частоты суперизации конденсатор С8 должен быть с малым ТКЕ. Остальные детали могут быть любого типа. Контурная катушка намотана на каркасе диаметром 5 мм и содержит 9 витков провода диаметром 0,35—0,5 мм. Отвод сделан от третьего снизу по схеме витка. В каркас ввинчивается сердечник из карбонильного железа.

Поскольку нагрузочная способность микросхемы К561ЛЕ5А невелика, устройство, подключаемое к выходу приемника, должно иметь входное сопротивление не менее 30 кОм.

В качестве усилителя низкой частоты вместо элементов DD1.3, DD1.4 можно использовать УНЧ любой конструкции с коэффициентом усиления не менее 1000. При напряжениях питания более 5 В хорошие результаты дает, например, экономичный ОУ К140УД1208.

Суммарный ток потребления при напряжении питания 9 В не превышает при этом 1,5 мА. Мультивибратор вспомогательных колебаний может быть собран и на транзисторах по любой известной схеме. Важно лишь выдержать требуемую частоту и форму гасящих импульсов.

Настройку приемника начинают с проверки правильности монтажа. Затем следует установить движок переменного резистора R3 в левое по схеме положение, включить питание (номинальным является напряжение 4 В) и убедиться, что постоянное напряжение на резисторе R1 лежит в пределах 0,6. 0,7 В.

В противном случае транзистор неисправен и его нужно заменить. Подключив осциллограф к выводу 10 DD1.2, проверяют наличие прямоугольных импульсов частотой 60. 70 кГц. При необходимости уточняют частоту подбором сопротивления резистора R4. Переключив осциллограф на выход приемника и плавно поворачивая движок потенциометра R3, добиваются появления на экране низкочастотных шумов.

Теперь можно подключить к антенному входу генератор стандартных сигналов, установив на его выходе колебания частотой 27,12 МГц, амплитудой 100 мкВ и глубиной модуляции 0,9. Вращением сердечника катушки настраивают контур в резонанс по максимуму амплитуды на экране осциллографа.

Вернув движок потенциометра R3 в исходное положение (колебания на выходе приемника при этом исчезнут), следует плавным вращением движка восстановить эти колебания и найти такое его положение, при котором амплитуда напряжения на выходе приемника перестанет нарастать.

Уменьшив входное напряжение до 1 мкВ (при необходимости уточняя настройку контура), контролируют правильность положения движка переменного резистора. Такая настройка соответствует нелинейному режиму сверхрегенератора.

Дальнейшее увеличение с помощью R3 напряжения суперизации нецелесообразно, поскольку полезный сигнал увеличивается незначительно, шумы же возрастают существенно.

Если теперь движок R3 поворачивать в обратном направлении, установится линейный режим, при котором отношение сигнал/шум незначительно улучшается, однако амплитуда выходного сигнала падает. Следует иметь в виду, что хотя интервал питающих напряжений, при котором сохраняются основные параметры приемника, указан 3—9 В, для каждого конкретно выбранного напряжения необходимо уточнять оптимальное положение движка переменного резистора R3 по вышеприведенной методике.

При отсутствии ГСС можно воспользоваться передатчиком, с которым предполагается работа приемника, располагая его на таком удалении от приемника, при котором выходной сигнал еще не ограничивается.

В заключение нужно отметить, что, как и у любого сверхрегенератора, помехоустойчивость приемника и его избирательность невелики, поскольку полоса пропускания, численно равная нескольким частотам суперизации [1], составляет 120. 140 кГц.

Источник

Низковольтный ламповый сверхрегенеративный FM-приемник без выходного трансформатора

Могу предположить, что многих здешних обитателей привлекают электронные устройства, основанные на электронных лампах (лично меня радует теплота, приятный свет и монументальность ламповых конструкций), но при этом желание сконструировать что-то теплое и ламповое своими руками часто ломается о боязнь связываться с высокими напряжениями или проблемы с поиском специфических трансформаторов. И этой статьей я хочу попытаться помочь страждущим, т.е. описать ламповую конструкцию с низким анодным напряжением, очень простой схемой, распространенными элементами и отсутствуем потребности в выходном трансформаторе. При этом это не очередной усилитель для наушников или какой-нибудь овердрайв для гитары, а намного более интересное устройство.

«Что же это за конструкция?» — спросите вы. А ответ мой прост: «Сверхрегенератор!».
Сверхрегенераторы — это очень интересная разновидность радиоприемников, которая отличается простотой схем и неплохими характеристиками, сравнимыми с простыми супергетеродинами. Сабжи были крайне популярны в середине прошлого века (особенно в портативной электронике) и предназначены они в первую очередь для приема станций с амплитудной модуляцией в УКВ диапазоне, но также могут принимать станции с частотной модуляцией (т.е. для приема тех самых обычных FM-станций).

Основным элементом данного типа приемников является сверхрегенеративный детектор, который является одновременно как частотным детектором, так и усилителем радиочастоты. Такой эффект достигается за счет применения регулируемой положительной обратной связи. Подробно описывать теорию процесса не вижу смысла, так как «все написано до нас» и без проблем осваивается по этой ссылке.

Далее в данном наборе букофф будет сделан акцент на описание постройки проверенной конструкции, ибо встреченные в литературе схемы часто сложнее и требуют более высокого анодного напряжения, что нам не подходит.

Начал я поиск схемы, удовлетворяющей поставленной требованиям, с книги товарища Туторского «Простейшие любительские передатчики и приемники УКВ» образца 1952 года. Там нашлась схема сверхрегенератора, но лампу, которую было предложено использовать я не нашел, а с аналогом схема у меня так нормально и не завелась, так что поиски были продолжены.

Затем была найдена вот эта статья. Она уже подходила мне лучше, но в ней присутствовала зарубежная лампа, которую найти еще сложнее. В итоге было принято решение начать эксперименты с использованием распространенного примерного аналога, а именно, лампы 6н23п, которая прекрасно себя чувствует в УКВ и может работать при не слишком большом анодном напряжении.

Взяв за основу эту схему:

И проведя ряд экспериментов была сформирована следующая схема на лампе 6н23п:

Данная конструкция работает сразу (при правильном монтаже и живой лампе), причем выдает неплохие результаты даже на обычные наушники-вкладыши.

Теперь подробнее пройдемся по элементам схемы и начнем с лампы 6н23п (двойной триод):

Чтобы понять правильное расположение ног лампы (информация для тех, кто раньше с лампами дел не имел), нужно повернуть ее ножками к себе и ключом вниз (сектор без ножек), тогда представший перед вами прекрасный вид будет соответствовать картинке с распиновкой лампы (работает и для большинства других ламп). Как видно по рисунку, в лампе целых два триода, но нам нужен всего один. Вы можете использовать любой, никакой разницы нет.

Теперь пойдем по схема слева на право. Катушки индуктивности L1 и L2 лучше всего мотать на общем круглом основании (оправке), идеально для этого подходит медицинский шприц диаметром 15мм, причем L1 желательно мотать поверх картонной трубки, которая с небольшим усилием движется по корпусу шприца, чем обеспечивает регулировки связи между катушками. В качестве антенны к крайнему выводу L1 можно припаять кусок провода или же припаять антенное гнездо и использовать что-то более серьезное.

L1 и L2 желательно мотать толстым проводом для повышения добротности, например, проводом 1мм и больше с шагом 2мм (особая точность тут не нужна, так что можете особо не заморачиваться с каждым витком). Для L1 нужно намотать 2 витка, а для L2 — 4-5 витков.

Далее идут конденсаторы C1 и C2, которые представляют собой двухсекционный конденсатор переменной емкости (КПЕ) с воздушным диэлектриком, он является идеальный решением для подобных схем, КПЕ с твердым диэлектриком использоваться нежелательно. Наверное, КПЕ является самым редким элементом данной схемы, но его довольно легко найти в любой старой радиоаппаратуре или на барахолках, хотя его можно заметить и двумя обычным конденсаторами (обязательно керамическими), но тогда придется обеспечивать подстройку с помощью импровизированного вариометра (прибора для плавного изменения индуктивности). Пример КПЕ:

Нам нужно всего две секции КПЕ и они обязательно должны быть симметричны, т.е. иметь одинаковую емкость в любом положении регулировки. Их общей точной будет служить контакт подвижной части КПЕ.

Затем следуется цепочка гашения выполненная на резисторе R1 (2.2МОм) и конденсаторе C3 (10 пФ). Их значения можно менять в небольших пределах.

Катушка L3 выполняет роль анодного дросселя, т.е. не позволяется высокой частоте пройти дальше. Подойдет любой дроссель (только не на железном магнитопроводе) с индуктивностью 100-200 мкГн, но проще намотать на корпус сточенного мощного резистора 100-200 витков тонкого медного эмалированного провода.

Конденсатор C4 служит для отделения постоянной составляющей на выходе приемника. Наушники или усилитель можно подключать непосредственно к нему. Емкость его может варьироваться в довольно больших пределах. Желательно, чтобы C4 был пленочный или бумажный, но с керамическим тоже будет работать.

Резистор R3 представляет собой обычный потенциометр на 33кОм, который служит для регулирования анодного напряжения, чем позволяет менять режим лампы. Это необходимо для для более точной подстройки режима под конкретную радиостанцию. Можно заменить на постоянный резистор, но это нежелательно.

На этом элементы закончились. Как видите схема очень простая.

И теперь немного по поводу питания и монтажа приемника.

Анодное питание можно смело использовать от 10В до 30В (можно и больше, но там уже немного опасно подключать низкоомную аппаратуру). Ток там совсем небольшой и для питания подойдет БП любой мощности с необходимым напряжением, но желательно, чтоб он был стабилизирован и имел минимум шумов.

И еще обязательным условием является питание накала лампы (на картинке с распиновкой он обозначен как нагреватели), так как без него она работать не будет. Тут уже токи нужны поболее (300-400 мА), но напряжение всего 6.3В. Подойдет как переменное 50Гц, так и постоянное напряжение, причем оно может быть от 5 и до 7В, но лучше использовать каноничное 6.3В. Лично я не пробовал использовать 5В на накале, но скорее всего все будет нормально работать. Накал подается на ножки 4 и 5.

Теперь про монтаж. Идеальным является расположение всех элементов схемы в металлическом корпусе с подключенной к нему в одной точке землей, но будет работать и вообще без корпуса. Так как схема работает в УКВ диапазоне, все соединения в высокочастотной части схемы должны быть максимального короткими для обеспечения большей стабильности и качества работы устройства. Вот пример первого прототипа:

При таком монтаже все работало. Но с металлическим корпусом-шасси немного стабильнее:

Для таких схем идеальным является навесной монтаж, так как он дает хорошие электрические характеристики и позволяет без особых затруднений вносить поправки в схемы, что с платой уже не так просто и аккуратно получается. Хотя и мой монтаж аккуратным назвать нельзя.

Теперь по поводу наладки.

После того как вы на 100% убедились в правильности монтажа, подали напряжение и ничего не взорвалась и не загорелось — это значит, что скорее всего схема работает, если использованы правильные номиналы элементов. И вы скорее всего услышите в наушниках шумы. Если во всех положениях КПЕ вы не слишите станции, и вы точно уверены, что у вас принимаются вещательные станции на других устройствах, то попробуйте изменить количество витков катушки L2, этим вы перестроите частоту резонанса контура и возможно попадете на нужный диапазон. И пробуйте крутить ручку переменного резистора — это тоже может помочь. Если совсем ничего не помогает, то можно поэкспериментировать с антенной. На этом наладка завершается.

На этом этапе все самое основное уже сказано, а представленное выше неумелое повествование можно дополнить следующими роликами, которые иллюстрируют приемник на разных этапах разработки и демонстрируются качество его работы.

Чисто ламповый вариант (на макетном уровне):

Вариант с добавлением УНЧ на ИМС (уже с шасси):

Источник

Что такое сверхрегенеративный приемник

В [1] был описан принцип дей­ствия сверхрегенеративного прием­ника. Статья содержала общие со­ображения по поводу процессов, происходящих в схеме, и рекомен­дации по настройке сверхрегенера­тора, основанные на практических экспериментах с приемником. Каж­дый радиолюбитель, собиравший сверхрегенератор, знает, насколько сложно добиться хороших результа­тов, действуя интуитивно. Трудности качественной настройки связаны с тем, что сверхрегенеративный кас­кад является многофункциональ­ным. На одном транзисторе собран и усилитель высокой частоты, и ге­нератор вспомогательных колеба­ний (генератор суперизации ), и де­тектор, выделяющий полезный низ­кочастотный сигнал. Если бы выпол­нение перечисленных функций было «поручено» разным каскадам, то каж­дый из них в отдельности легко мож­но было бы настроить на оптималь­ный режим работы. Поскольку каче­ственное выполнение каждой из функций предъявляет к режиму ра­боты свои, часто противоречивые требования, в сверхрегенераторе приходится устанавливать некоторый компромисс. В этом и заключа­ется сложность настройки.

Режим работы любого каскада с течением времени меняется под действием различных дестабилизи­рующих факторов. Поэтому еще од­ним недостатком сверхрегенерато­ра можно считать невысокую устой­чивость его работы. Установленный компромисс нарушается, и парамет­ры приемника со временем, что на­зывается, «плывут».

Выскажу свое мнение — настро­ить приемник можно только разоб­равшись детально со всеми процес­сами, происходящими в схеме, а так­же с влиянием на эти процессы всех элементов схемы. Решению этой за­дачи и посвящена предлагаемая статья.

УМНОЖЕНИЕ ДОБРОТНОСТИ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА

Вначале небольшой экскурс в те­оретические основы радиотехники, без которого трудно понимать даль­нейшее. Радиоволны, излучаемые пе­редатчиками, распространяются во все стороны от передающих антенн со скоростью света. С увеличением расстояния от антенны мощность электромагнитных волн уменьшается, в простейшем случае, обратно пропорционально квадрату расстояния:

где Р — излучаемая передатчиком мощность;

r — расстояние до точки приема;

р — характеристическое сопротивление контура;

ω ₀ — его резонансная частота.

Результирующая добротность кон­тура, называемая эквивалентной ( Q _э ), уменьшается:

и в практических конструкциях со­ставляет величину 50. 120. Чтобы картина была полной, необходимо было бы в знаменатель формулы (5) добавить еще третье слагаемое, учитывающее потери энергии в кон­туре за счет шунтирующего действия антенны. Для простоты дальнейше­го изложения будем полагать эти по­тери равными нулю.

Существует давно известный спо­соб повышения (умножения) доброт­ности, подробно описанный в [2]. Суть его заключается в том, что потери в контуре компенсируются за счет энергии источника питания. Механизм компенсации понятен из рис.3.

К конденсатору контура под­ключен транзистор VT 1. Напряжение U_c с конденсатора поступает на базу транзистора VT 1, что вызывает из­менение тока, протекающего в кол­лекторной цепи за счет источника питания G 1. Амплитуда изменений определяется выражением

где S — крутизна транзистора в рабочей точке.

Протекая по катушке L 2, этот ток наводит в катушке L 1 ЭДС взаимной индукции (обратной связи)

где М — взаимоиндукция катушек L 1 и L 2.

Поскольку при резонансе суммар­ное сопротивление реактивных эле­ментов контура равно нулю, для входного контура справедливо выра­жение

Напряжение на конденсаторе те­перь можно записать в виде

Подставив правые части выраже­ний для I и I_K в предыдущую форму­лу, получим

Пользуясь тем, что при резонансе

Сравнивая выражения (5) и (6), можно сделать следующие полез­ные для практики выводы:

— в знаменателе формулы (6) за счет положительной обратной свя­зи появилось дополнительное сла­гаемое MS / C 1, имеющее размер­ность сопротивления;

— знак этого сопротивления отри­цательный, что уменьшает общее сопротивление потерь контура;

Физический смысл отрицательно­го сопротивления, уменьшающего общее сопротивление потерь, зак­лючается в том, что в контур, за счет положительной обратной связи, вно­сится из коллекторной цепи энергия источника питания, компенсирую­щая потери энергии сигнала в кон­туре. Энергия вносится в виде коле­баний той же частоты, что и у посту­пивших в контур из антенны. Проис­ходящая компенсация потерь, или, другими словами, восстановление энергии сигнала называется регене­рацией, а приемники, использующие рассмотренный принцип для повы­шения коэффициента усиления — регенеративными. Конкретные схе­мы регенеративных приемников можно посмотреть в [2].

При всей привлекательности реге­неративного метода, он обладает су­щественным недостатком. Парамет­ры, определяющие величину отрица­тельного вносимого сопротивления

и не должна быть меньше ширины спектра принимаемого сигнала.

Классическим примером обраще­ния недостатка в достоинство явля­ется идея сверхрегенеративного уси­ления. Нетрудно согласиться с ут­верждением, что наибольший коэф­фициент усиления в регенераторе можно получить, находясь на грани­це самовозбуждения, когда знамена­тель формулы (6) близок к нулю. Однако это положение и наименее устойчиво именно из-за близости к режиму самовозбуждения. Идея сверхрегенеративного приема зак­лючается в периодическом измене­нии вносимого отрицательного со­противления таким образом, чтобы усилитель на определенную часть этого периода превращался в гене­ратор, проходя через область макси­мального усиления. Рассмотрим эту идею подробнее.

где h _21э — коэффициент усиления транзистора по току в схеме с общим эмиттером. Величина

δ — коэффициент затухания колебаний в контуре;

L1 — индуктивность контура;

r _э — эквивалентное сопротивле­ние потерь контура.

В радиотехнике при анализе цепей принято заменять сигналы их спект­рами. Из математики известно, что практически любую функцию можно представить в виде суммы других, более простых функций. Такое пред­ставление называется разложением функции в ряд. Любой реальный сиг­нал сколь угодно сложной формы может быть разложен в ряд. Наибо­лее широко применяется разложе­ние в тригонометрический ряд Фу­рье. При этом сигнал представляет­ся в виде суммы гармонических ко­лебаний, т.е. колебаний синусои­дальной или косинусоидальной фор­мы. Выбор обусловлен тем, что только эти колебания при прохожде­нии через линейную цепь (а боль­шинство радиотехнических цепей могут считаться линейными) не из­меняют своей формы. У гармоничес­кого колебания могут измениться только амплитуда и начальная фаза. Таким образом, анализ про­хождения гармонического колебания через любое устройство сводится к оценке изменения этих двух вели­чин, а в большинстве практических задач — только к оценке изменения амплитуды. Гармонические колеба­ния, в виде суммы которых можно представить исследуемый сигнал, на­зываются его составляющими, а их совокупность и есть спектр сигнала. Выяснив, какие изменения претерпе­вает каждая из спектральных состав­ляющих при прохождении через ис­следуемую цепь, достаточно сложить их на выходе, чтобы получить форму выходного сигнала.

Оно и определяет положение рабочей точки на характеристиках транзистора.

Напряжение U_{R 2} снимается с ниж­него плеча делителя R 1- R 2 и может регулироваться переменным резисто­ром R 1. Элементы R 4- C 7 являются фильтром нижних частот и предназначены для выделения полезного сиг­нала.

Пусть в момент t =0 напряжение на конденсаторе С 4 таково, что текущее значение U _бэ B (рис.11а, б). Транзистор VT 1 заперт, его коллектор­ный ток равен нулю (рис.11 в, г), вы­сокочастотное напряжение в контуре отсутствует (рис.11д). В это время происходит разряд конденсатора С 4 через резистор R 3. Напряжение на конденсаторе уменьшается по экспо­ненциальному закону

где U _со — напряжение на конден­саторе в момент запирания транзи­стора в предыдущем цикле (момент, аналогичный точке 5 на графиках);

τ_p = R 3 * С4 — постоянная времени цепи разряда конденсатора.

Вернемся к процессам, происходя­щим в схеме. Часть напряжения, воз­никшего в контуре, в виде сигнала обратной связи U_oc суммируется с медленно меняющимся напряжением на участке база-эмиттер VT 1. Резуль­тирующее напряжение теперь пред­ставляет собой алгебраическую сум­му трех напряжений (рис.116) и опи­сывается выражением

В момент времени, соответствую­щий точке 3 на графиках, происходит существенное изменение режима. Суммарное напряжение U _бэ «цепля­ет» линию U _бэ = 450 мВ (рис.116), со­ответствующую запирающему напря­жению транзистора. Коллекторный ток теперь протекает только в те части периода высокочастотного напряже­ния, в течение которых напряжение U _бэ превышает уровень 450 мВ (ин­тервал 3-5 на рис.11 в). Именно этот факт является одним из необходи­мых условий существования режима прерывистой генерации в каскаде и, как следствие, возможности усиле­ния принимаемых колебаний. По­смотрим на процессы, происходящие на интервале 3-5, внимательнее.

Это третий момент, который необ­ходимо учитывать при настройке.

До сих пор мы считали, что в конту­ре отсутствует напряжение сигнала. В этом случае процесс формирования всех вспышек одинаков, и в результа­те их амплитуда, длительность и пе­риод следования постоянны. Соответ­ственно, постоянны эти параметры и у импульсов коллекторного тока (рис. 11 г). Пропустив эти импульсы че­рез фильтр нижних частот (ФНЧ), по­лучим на его выходе постоянное на­пряжение, пропорциональное амп­литуде импульсов. При поступлении из антенны в контур сигнала, карти­на меняется. В момент времени, со­ответствующий критическому значе­нию крутизны транзистора (точка 2), напряжение в контуре начнет нара­стать не с нулевого значения, а с ве­личины, равной амплитуде сигнала в контуре. Соответственно увеличат­ся как максимальная амплитуда вспышек, так и амплитуда импуль­сов коллекторного тока. В свою оче­редь, это приведет к увеличению напряжения на выходе ФНЧ. Если сигнал, поступающий в контур, мо­дулирован по амплитуде, то, в ко­нечном счете, окажутся модулиро­ванными и импульсы коллекторного тока, а значит, сигнал на выходе ФНЧ будет повторять по форме огибаю­щую входного сигнала.

Поскольку в контуре всегда суще­ствует собственное напряжение шу­мов, то при отсутствии входного сиг­нала напряжение, с которого начина­ются высокочастотные вспышки, оп­ределяется значением шумового на­пряжения в момент, соответствую­щий точке 2 на графиках. От вспыш­ки к вспышке напряжение шумов ме­няется по случайному закону, поэто­му на выходе ФНЧ наблюдаются ко­лебания, которые воспринимаются на слух в виде характерного » суперного » шума.

Сверхрегенератор с внешней суперизацией на полевом транзис­торе. Знание принципов сверхрегене­ративного приема позволило разрабо­тать простую схему приемника на двухзатворном полевом транзисторе, изображенную на рис.12. Основное ее достоинство заключается в разде­лении функций, выполняемых различ­ными частями схемы, что существен­но упрощает настройку приемника. При напряжении питания 9 В и отно­шении сигнал/шум на выходе, равном четырем, чувствительность приемни­ка составляет 0,8-1 мкВ. Приемник способен работать в диапазоне до 26-29 МГц при соответствующей на­стройке входного контура.

Это позволяет изменять длительность вспышек высокочастот­ного напряжения в контуре, тем са­мым устанавливая желаемый режим работы сверхрегенератора (линейный либо нелинейный).

Как говорилось выше, полезная информация заключается в постоян­ной составляющей коллекторного (в нашем случае, стокового) тока, меня­ющейся по закону амплитудной мо­дуляции принимаемого сигнала. Для ее выделения используется фильтр нижних частот R 4- C 6. Выделенный сигнал через конденсатор С 9 посту­пает на УЗЧ, собранный на экономич­ном операционном усилителе DA 1 по стандартной схеме. Регулируя вели­чину R 10, можно уменьшать ток по­требления микросхемы, но коэффи­циент усиления при этом тоже будет уменьшаться.

Для настройки желательно восполь­зоваться осциллографом. После про­верки правильности монтажа и под­ключения питания, убедитесь в нали­чии прямоугольных импульсов на вы­воде 4 микросхемы DD 1. Подбором R 5 установите частоту этих импуль­сов 50-55 кГц. Проконтролируйте по­стоянные напряжения на выводах 3 и 6 DA 1. При исправных деталях и пра­вильном монтаже эти напряжения должны быть равны половине напря­жения питания. Измерьте напряжение на верхнем (по схеме) выводе R 1. Оно должно быть в пределах 0,6-1,2 В. Отсутствие напряжения свидетель­ствует о неисправности транзистора. Скорее всего, причиной будет неосто­рожное обращение с полевым тран­зистором, который очень «боится» ста­тического электричества. Особенно это касается отечественных транзис­торов.

Высокочастотная часть приемника сохраняет работоспособность в ин­тервале питающих напряжений 3,3. 12 В. Может только потребовать­ся подстройка R 3. Однако применен­ный операционный усилитель требу­ет питания минимум 7 В. Применив низковольтный ОУ либо транзистор­ный УЗЧ, можно обеспечить работос­пособность всего приемника в указан­ном диапазоне питающих напряже­ний.

При отсутствии генератора и осцил­лографа можно достаточно каче­ственно настроить приемник по сиг­налам передатчика, с которым плани­руется работать. Подключив к выхо­ду приемника высокоомные наушни­ки (лучше через конденсатор емкос­тью 10 мкФ), необходимо многократ­ным уточнением положения сердечни­ка входной катушки и движка потен­циометра R 3 добиться максимальной громкости прослушиваемого сигнала.

1.Поляков ВТ. Техника радиоприе­ма (простые приемники AM сигналов). — М.:ДМК Пресс, 2001.

2. Браммер Ю.А. Радиотехника. — М.: Высшая школа, 1969.

3. Белкин Н.И. Сверхрегенераторы. — М.: Радио и связь, 1983.

Автор: В.ДНИЩЕНКО, г.Самара

Источник