Сверхрегенеративный приемник УКВ
На одном транзисторе можно собрать приемник для приема станций популярного сейчас УКВ диапазона. В приемнике, схема которого приведена на рис. 1, использован сверхрегенеративный детектор. Сверхрегенеративный приемник известен давно и благодаря тому, что позволяет получить достаточно высокую чувствительность при простоте схемы, пользуется популярностью у радиолюбителей. Основной его недостаток — сравнительно низкая избирательность, а отсюда — плохая помехозащищенность. Но для диапазона УКВ подходит, так как здесь станций немного и поэтому удается получить неплохой прием радиостанций, как в отечественном диапазоне, так и иностранном.
Приведенная схема имеет некоторые отличия от классического сверхрегенератора. Она отличается способом получения и подачи на базу транзистора колебаний экспоненциальной формы, обеспечивающих генерацию «вспышек» высокочастотных колебаний. Это достигается использованием базовой RC-цепи, Rl, R2, С4. Сразу после включения питания переход база—эмиттер транзистора VT1 имеет большое сопротивление. Такое положение продолжается до момента, пока напряжение на конденсаторе СЗ, заряжающемся от источника питания через резисторы Rl, R2, не достигнет порога открывания транзистора. После достижения транзистором некоторого порога усиления начинается генерация высокочастотных колебаний. Ток, проходящий через переход база—эмиттер, разряжает конденсатор С4 и процесс повторяется снова. Как видно, частота «вспышек» высокочастотных колебаний прямо зависит от напряжения питания.
В приемнике уровень режима сверхрегенеративного приема регулируется изменением емкости подстроечного конденсатора С2. Максимальную чувствительность приемника устанавливают изменением сопротивления резистора Rl. Катушки L1 и L2 намотаны проводом ПЭЛ 0,8 на расстоянии друг от друга 3. 4 мм на пластмассовом каркасе диаметром 6 мм и содержат 8,5 витков и 2,5 витка соответственно. Дроссели L3, L4 и L5 содержат по 7. 8 витков провода, намотанных виток к витку на таких же каркасах и таким же проводом, что и контурные катушки. Катушки индуктивности необходимо сделать очень аккуратно, так как от этого зависит качество приема. В качестве антенны лучше взять телескопическую антенну от портативного приемника, что даст возможность улучшить прием, подобрать необходимую длину антенны. Для получения громкоговорящего приема радиостанций можно присоединить к приемнику усилитель звуковой частоты.
Рис. 1 Принципиальная схема сверхрегенеративного радиоприемника для приема УКВ ЧМ
Отзывы:
30.09.2005 | Dima
С2 не 7/240, а 4/15
Радио 1970 №6
Как работает сверхрегенеративный приемник
Сверхрегенеративный метод приема представляет большой интерес для радиолюбителей, занимающихся УКВ. Сверхрегенеративные приемники могут быть широко использованы для связи между радиолюбителями.
В этой статье рассматриваются физические процессы, происходящие в сверхрегенеративных приемниках, даются практические схемы таких приемников и указания по правильному выбору их важнейших параметров и режимов работы для получения наибольшей чувствительности и наиболее высокого качества воспроизведения принимаемых передач.
Сверхрегенерацией в технике радиоприема называется процесс усиления принимаемого сигнала с помощью периодически изменяющейся положительной обратной связи (ПОС). Если сверхрегенерация применяется в ступенях ВЧ или ПЧ, то такие ступени называют сверхрегенеративными усилителями. Когда сверхрегенерация применяется в детекторной ступени, последнюю называют сверхрегенеративным детектором.
Радиоприемник, в котором основное, определяющее его чувствительность усиление осуществляется сверхрегенеративной ступенью, называемой сверхрегенератором. Усиление, даваемое сверхрегенератором, может достигать 1000000000, что позволяет выполнять компактные конструкции с небольшим числом ламп и экономичным питанием.
Сверхрегенератор особенно выгодно применять для приема УКВ, где использование обычных схем прямого усиления и супергетеродинов приводит к сложным многоламповым конструкциям.
Обратная связь
Для уяснения принципа работы сверхрегенератора рассмотрим предварительно основные процессы, имеющие место в обычном приемнике с обратной связью, простейшая схема которого показана на рис.1.
Усиление за счет действия положительной обратной связи заключается в том, что высокочастотная составляющая анодного тока Iа, протекая по катушке обратной связи Lо, передает приемному контуру LC дополнительные порции энергии, индуктируя в этом контуре ЭДС обратной связи Ео, совпадающую по фазе с напряжением сигнала Uc, в результате чего напряжение сигнала и ЭДС обратной связи складываются (рис.2).
Общее напряжение Uк, подаваемое из контура в цепь сетки лампы, возрастает, что и проявляется как эффект усиления от действия обратной связи. Это усиление пропорционально крутизне характеристики лампы S, взаимоиндукции М между катушками и обратно пропорционально емкости контура С, подключенного к сетке-катоду лампы.
Увеличение тока в контуре иногда объясняют иначе, считая, что обратная связь, компенсируя потери, уменьшает действующее сопротивление этого контура. Активное сопротивление контура при наличии обратной связи равно:
R = Rk — (SM/C),
где Rk — его сопротивление до введения обратной связи.
Величина SM/C = Ro имеет размерность сопротивления, а поскольку она уменьшает сопротивление потерь контура, то ее условились называть «отрицательным» сопротивлением.
По мере увеличения обратной связи усиление растет, но когда обратная связь полностью компенсирует потери в контуре, т.е. величина SM/C сделается равной Rк, наступает так называемая критическая обратная связь. При этом в контуре возникают собственные незатухающие колебания и схема превращается в ламповый генератор с самовозбуждением. Момент возникновения собственных колебаний, когда Ro = Rk, называют порогом генерации; в режиме генерации Ro больше Rk.
С возникновением собственных колебаний изменения анодного тока лампы происходят до области насыщения, поэтому за порогом генерации усиление регенератором радиотелефонных передач падает, сигнал искажается и прием делается практически невозможным. Уменьшение усиления при этом объясняется еще тем, что слабый принятый сигнал не в состоянии управлять относительно мощными собственными колебаниями, амплитуда которых в сотни и тысячи раз превышает его амплитуду. Теперь уже сложение напряжения сигнала Uс с ЭДС обратной связи Ео дает Uk, мало отличающееся по форме от Ео, имеющей неизменные амплитуды.
Усиление регенератора тем больше, чем ближе рабочий режим к порогу генерации; однако полностью использовать усилительные свойства обратной связи в регенераторе не удается, так как близко «подойти» к этому порогу очень трудно — режим обратной связи здесь крайне неустойчив.
Достаточно хорошее усиление с помощью обратной связи может быть обеспечено применением режима сверхрегенерации. В этом случае слабый принимаемый сигнал свободно управляет сравнительно мощными собственными колебаниями контура, при этом полностью воспроизводится закон, по которому модулируется принимаемый сигнал.
Принцип сверхрегенерации
Принцип работы сверхрегенеративного приемника отличается от обычного регенеративного тем, что на управляющую сетку электронной лампы, помимо напряжения с частотой принимаемого сигнала, действует еще напряжение Uв другой частоты, называемое вспомагательным. При помощи этого напряжения и осуществляется управление величиной обратной связи.
Простейшая схема сверхрегенеративной ступени приведена на рис.3.
Здесь положительная обратная связь взята такой, что при отсутствии Uв в контуре LC создаются условия для немедленного возникновения собственных незатухающих колебаний, как только появятся положительные амплитуды Uв. В то же время отрицательное напряжение смещения Uв здесь выбрано так, что при отсутствии вспомагательного напряжения Uв рабочая точка устанавливается в начале прямолинейного участка характеристики анодного тока лампы.
С появлением напряжения Uв рабочая точка будет периодически перемещаться по характеристике лампы, что вызывает периодическое изменение ее крутизны.
При положительных значениях напряжения Uв условия для возникновения собственных колебаний будут благоприятными, а при отрицательных значениях Uв результирующее отрицательное напряжение на сетке окажется таким, при котором крутизна характеристики лампы резко уменьшится и собственные колебания будут сорваны.
Таким образом, собственные колебания в контуре сверхрегенератора будут поддерживаться не непрерывно, а вспышками, «пакетами», при положительных амплитудах Uв в соответствии с частотой fв этого вспомагательного напряжения (рис.4) . Как мы увидим далее, это и обеспечивает хорошее усиление.
Рис.4
В схеме рис.3 вспомагательное напряжение действует в цепи управляющей сетки лампы. Аналогичный эффект дает включение его в цепь анода или экранной сетки. Для того, чтобы эти прерывистые колебания не прослушивались и не искажали принимаемого сигнала, частота fв вспомагательного напряжения (частота гашения) берется достаточно высокой — от 20 кГц и больше, в зависимости от частоты fпр принимаемых сигналов.
Различают два основных способа получения сверхрегенерации:
1) Способ самогашения, при котором источником напряжения, гасящего собственные колебания, является та же лампа, которая работает как детектор или усилитель;
2) Способ гашения колебаний при помощи отдельного источника.
Первый способ наиболее прост и широко применяется в радиолюбительской практике. Рассмотрим работу типовой схемы самогашения (рис.5) , аналогичной схеме обычного регенератора (рис.1) .
При возникновении в контуре LC собственных колебаний с каждым положительным полупериодом на сетке сеточный ток будет заряжать конденсатор Сс, напряжение с которого подается минусом к сетке, а плюсом на катод лампы. Через несколько периодов отрицательное напряжение на сетке может оказаться настолько большим, что анодный ток в лампе упадет до нуля и собственные колебания в контуре прекратятся. Когда же конденсатор Сс достаточно разрядится через Rс и отрицательное напряжение на сетке лампы уменьшится, колебания в контуре снова возникнут. Вследствии этого конденсатор опять начнет заряжаться и процесс повторится. Характер полученных при этом вспышек колебаний показан на рис.6.
Частота вспышек, требующихся для сверхрегенерации, зависит от величин Сс и Rс. Чем больше эти величины, тем на более длительное время будет прекращаться анодный ток лампы и, следовательно, тем меньше будет число вспышек в секунду.
Если частота вспышек будет больше 15. 20 кГц, то после детектирования они не будут слышны. Однако при отсутствии принимаемого сигнала на выходе сверхрегенератора имеются значительные шумы, которые прослушиваются в виде своеобразного шипения. Причиной их является неравномерность движения электронов в лампе, что и вызывает неравномерные, хаотичные вспышки сверхрегенерации, обусловливает пульсации анодного тока и появление шумов.
Процесс возникновения и нарастания собственных колебаний в контуре сверхрегенератора находится в большой зависимости и от принимаемого сигнала. Принятый сигнал облегчает условия возникновения собственных колебаний сверхрегенератора, чередование вспышек делает упорядоченным, в результате чего шум сверхрегенерации уменьшается.
Говорят, что сигнал «подавляет» шум сверхрегенерации. Чем сильнее сигнал, тем отчетливее наблюдается это явление.
Чем сильнее принимаемый сигнал, тем скорее амплитуда вспышки достигает своего максимума, ограничиваемого током насыщения лампы, и тем скорее начинается срыв колебаний и, следовательно, тем больше вспышек произойдет за одну секунду. Таким образом, при наличии модулированного сигнала частота вспышек будет изменяться пропорционально его амплитудам.
Изменение частоты вспышек графически представлено на рис.7б , где каждая вспышка обозначена одним вертикальным штрихом. Кривая средних значений тока, полученного после детектирования (рис.7в) , воспроизводит форму принятого модулированного сигнала.
Следовательно, сигнал, управляя количеством вспышек, управляет средней мощностью собственных колебаний сверхрегенератора. Поскольку мощность этих колебаний значительно превышает мощность принятого сигнала, напряжение на контурном конденсаторе во много раз превысит напряжение принятого сигнала. Напряжение на конденсаторе легко достигает средних значений порядка 3 В, требующихся для нормального детектирования. Если, например, напряжение принятого сигнала равно 10 мкВ, то усиление полученное за счет сверхрегенерации, будет:
K = U2/Uc = 3/0,00001 = 300000.
Более слабые сигналы будут усиливаться еще лучше. Возможность получения такого большого усиления с одной лампой является основным преимуществом сверхрегенератора.
Рассмотрим наиболее часто применяемые схемы сверхрегенераторов.
Схемы с самогашением
Две схемы сверхрегенеративных детекторных ступеней с самогашением приведены на рис.8. В трехточечной схеме рис.8а самогашение осуществляется при помощи сопротивления и емкости RсCс в цепи сетки. Для получения обратной связи используется часть Lо контурной катушки Lk.
При определенном подборе емкости Сс (50. 100 пФ) и сопротивления утечки Rс (3. 5 МОм) в схеме возникает прерывистая генерация.
Возбуждение собственных колебаний и самогашение их заметно облегчаются, если задать на сетку лампы постоянное положительное напряжение и взять максимально возможную сеточную связь Lо (рис.8б) . Наивыгоднейший режим сверхрегенерации в таких схемах устанавливается изменением анодного напряжения и подбором RcCc.
Работа схем с самогашением при помощи гридлика недостаточно устойчива, так как частота прерывания здесь нестабильна. Лучшие результаты дают схемы с самогашением при помощи синусоидального переменного напряжения с частотой 20. 30 кГц (рис.9).
В схеме рис.9а лампа и контур L2C2 образуют схему генератора напряжения вспомагательной частоты Uв. Амплитуды этого напряжения здесь получаются достаточно большими, а частота определяется параметрами контура L2C2. Во время положительных полупериодов Uв лампа вводится в колебательный режим по высокой частоте и в контуре LC возникают вспышки собственных колебаний. Во время отрицательных полупериодов Uв общее напряжение в анодной цепи лампы падает до такой величины, что колебания в контуре срываются. В этой схеме сопротивление Rс и конденсатор Сс служат только для сеточного детектирования.
В сверхрегенераторе, собранном по схеме рис.9б , применен пентод (или экранированная лампа). Вспомагательное напряжение Uв подается с контура L2C2 в цепь экранирующей сетки, в которую включена катушка обратной связи Lo. Экранирующая сетка служит анодом генератора высокочастотных колебаний и одновременно является управляющей сеткой генератора вспомагательной частоты. Здесь режим сверхрегенерации можно регулировать изменением напряжения Uc2, подаваемого с потенциометра П в цепь экранирующей сетки.
Схемы с посторонним источником гасящего напряжения
Схемы с посторонним источником гасящего напряжения работают более стабильно и обеспечивают лучшее качество приема.
В анодную цепь генерирующей детекторной ступени с лампой Л1 (рис.10) включена катушка L3, индуктивно связанная с контуром генератора вспомагательной частоты на лампе Л2. Вследствии этого напряжение на аноде Л1 изменяется соответственно изменением вспомагательного напряжения Uв. В остальном работа схемы аналогична схеме рис.9а.
Рис.10
Сверхрегенераторы с посторонним источником гасящего напряжения могут работать в линейном или логарифмическом режиме.
В линейном режиме, применяемом, как правило, в усилительных ступенях, период вспомагательной частоты Тв и рабочий режим выбираются так, чтобы возникающие собственные колебания срывались до того, как амплитуды переменной составляющей анодного тока лампы достигнут значения тока насыщения.
При логарифмическом режиме собственные колебания в сверхрегенераторе продолжаются еще некоторое время после того, как анодный ток лампы достиг насыщения.
Установка того или иного режима определяется подбором отрицательного смещения на сетке лампы сверхрегенеративной ступени или напряжения на аноде.
При большом отрицательном напряжении на сетке или при малом анодном напряжении импульсы анодного тока при действии переменного напряжения вспомагательной частоты будут кратковременными и высокочастотные колебания не успеют достигнуть тока насыщения — режим будет линейным (рис.11а).
Рис.11
При малом напряжении постоянного смещения или при большом анодном напряжении импульсы анодного тока при положительных амплитудах вспомагательного напряжения будут длительными и собственные колебания будут существовать даже тогда, когда переменная составляющая анодного тока лампы достигнет значения тока насыщения. Этот режим называют логарифмическим (рис.11б).
В обоих режимах сверхрегенерации с посторонним источником гасящего напряжения приходящий сигнал ускоряет нарастание колебаний сверхрегенератора, однако характер изменения вспышек колебаний здесь разный. При работе в линейном режиме принятый сигнал управляет амплитудами вспышек, соответственно увеличивая или уменьшая их; в результате воспроизводится форма принимаемого сигнала (рис.12а).
Рис.12
В логарифмическом режиме приходящий сигнал влияет на продолжительность каждой вспышки (рис.12б) , что в конечном счете ведет к изменению среднего значения детектированного тока, который будет пропорционален амплитуде принимаемого сигнала; в результате этого и воспроизводится форма модулирующего напряжения. Амплитуда же вспышек остается неизменной.
В отношении усиления оба режима примерно равноценны, но по другим качественным показателям они различны.
В линейном режиме зависимость выходного напряжения сверхрегенератора от амплитуды принимаемых сигналов (рис.13а) имеет линейный характер (отсюда и наименование «линейный режим»). Поэтому такой режим обеспечивает неискаженное усиление модулированных сигналов значительных амплитуд.
Рис.13
Линейный режим очень критичен в регулировке. Небольшие изменения рабочего режима лампы вызывают резкие изменения чувствительности сверхрегенератора. Поэтому такой режим применяется очень редко (преимущественно в усилительных ступенях, где необходимая стабильность работы обеспечивается другими путями).
Чаще сверхрегенеративные ступени работают в логарифмическом режиме, когда зависимость выходного напряжения от напряжения сигнала имеет вид кривой, показанной на рис.13б . При такой форме кривой обеспечивается автоматическая регулировка усиления. Слабые сигналы модулированных колебаний (огибающая абвгд) усиливаются гораздо лучше, чем сильные (огибающая АБВГД).
В результате этого при слабых сигналах различной силы на выходе детектора получается примерно одно и то же напряжение U2. Однако это наблюдается только при глубине модуляции, не превышающей 50. 60%. При более глубокой модуляции появляются искажения, и прием художественных передач делается невозможным.
Логарифмический режим называется потому, что выходное напряжение сверхрегенератора при этом режиме изменяется по логарифмической характеристике (рис.13б) . Вследствие указанных особенностей своей выходной характеристики такой сверхрегенератор не чувствителен к кратковременным импульсным помехам, менее критичен в регулировке и более устойчив в работе.
Выходная характеристика сверхрегенератора с самогашением гридликом тоже имеет логарифмический характер, поэтому он также не чувствителен к импульсным помехам и дает автоматическое регулирование усиления.
Применение сверхрегенератора
Основные достоинства сверхрегенератора — большое усиление, нечувствительность к импульсным помехам, простота устройства — определили преимущественное использование его в различного рода передвижках, а также в аппаратуре, где необходимо получить возможно большее усиление принятого сигнала при малом числе усилительных ступеней.
Однако сверхрегенератор имеет и существенные недостатки, главные из которых:
- Плохая избирательность;
- Излучение энергии антенной цепью;
- Значительные собственные шумы при отсутствии принимаемого сигнала или если последний очень слаб;
- Искажение радиотелефонных передач при глубине модуляции, превыщающей 50. 60% (для логарифмического режима);
- Невозможность непосредственного приема радиотелеграфных сигналов незатухающих колебаний.
Большинство перечисленных недостатков в настоящее время можно устранить или значительно ослабить сочетанием сверхрегенеративного приема с другими современными способами радиоприема, например, супергетеродинным.
Плохая избирательность обычного сверхрегенератора объясняется наличием только одного настроенного на принимаемый сигнал контура и специфичностью протекающих в сверхрегенераторе процессов, так как его резонансная характеристика (рис.14) имеет несколько пиков, обусловленных сложными колебательными процессами.
Последнее приводит к тому, что во время работы сверхрегенератор излучает целый спектр частот и создает помехи в сравнительно широком диапазоне.
Рис.14
Применение контуров с большой добротностью, а также выбор возможно более низкой вспомагательной частоты позволяют получить удовлетворительные резонансные характеристики сверхрегенераторов, приближающиеся по форме к характеристике контура обычного регенеративного приемника.
Для улучшения избирательности и уменьшения излучения сверхрегенератора применяют схемы, в которых частота принятого сигнала преобразуется в более низкую (промежуточную) частоту, а сверхрегенеративный режим осуществляется в одной из ступеней усиления промежуточной частоты. Иногда применяют сверхрегенеративный детектор в супергетеродине (рис.15).
Рис.15
Осуществление сверхрегенерации в ступени промежуточной частоты не только устраняет излучение и повышает избирательность, но и делает работу сверхрегенеративного детектора более стабильной, так как контур работает всегда на одной определенной частоте. Это позволяет установить линейный режим сверхрегенерации.
В простейших схемах сверхрегенеративных приемников для ослабления собственного излучения и улучшения избирательности применяют слабую связь с антенной, контуры с большой добротностью и, наконец, что наиболее эффективно, включают до сверхрегенератора одну ступень усиления высокой частоты.
В заключение следует указать, что качество работы любой сверхрегенеративной схемы зависит от выбора частоты гашения fв. Установлено, что для обеспечения хорошего усиления сигнала частота гашения должна быть по крайней мере в 4. 5 раз больше наивысшей частоты модудяции с тем, чтобы за один период модуляции произошло 4. 5 вспышек собственных колебаний.
Чем выше вспомагательная частота, тем больше средняя мощность собственных колебаний, тем большее усиление дает сверхрегенерация и тем выше чувствительность приемника.
Однако, как мы уже говорили, для сохранения удовлетворительной избирательности вспомагательную частоту нежелательно брать очень высокой. Поэтому считают, что fв не должна превышать 0,01 частоты принимаемых сигналов. Для хорошего воспроизведения концертных передач, считая, что наивысшая частота модуляции составляет не менее 8000 Гц, частота гашения должна быть:
fв = 5х8000 = 40000 Гц.
Для приема же обычных любительских микрофонных передач или для коммерческой связи, где высшая частота модуляции может быть ограничена 3. 4 кГц, частота гашения сверхрегенератора может быть:
fв = 5(3000. 4000) = 15. 20 кГц.
Условие же fв меньше или равно 0,01fв выполняется тем, что сверхрегенерацию применяют только на очень высоких частотах принимаемого сигнала, т.е. на УКВ (иногда на КВ). В самом деле, для обеспечения удовлетворительной избирательности должно быть соблюдено условие:
Fпр больше или равно 100fв.
Поэтому для приема концертных передач принимаемая частота должна быть не менее:
fпр = 100х40000 = 400 кГц,
т.е соответствовать волне не длиннее 75 м.
Особенно хорошие результаты дает сверхрегенеративный прием УКВ. На этих волнах за каждый период сверхрегенерации в контуре успевает возникнуть и развиться достаточно мощный колебательный процесс, что и обуславливает большое усиление.
Особенности резонансной характеристики сверхрегенератора позволяют осуществлять прием передач как с амплитудной модуляцией (АМ), так и с частотной (ЧМ). Для приема частотно-модулированных передач надо лишь несколько расстроить приемный контур сверхрегенеративной ступени относительно несущей частоты сигнала, в результате чего частотно-модулированный сигнал будет пребразован в сигнал, модулированный по амплитуде.
На основании изложенного можно сделать вывод, что основное и, пожалуй, единственное назначение сверхрегенератора в радиолюбительской практике — это радиоприем на УКВ в тех случаях, когда необходим несложный компактный, высокочувствительный, экономичный радиоприемник.
На СВ и ДВ сверхрегенератор не дает должного усиления и избирательности.
П.Голдованский. «Радио» №1/1952 год
Вас может заинтересовать:
- Простой ламповый регенератор
- Стабильная катушка индуктивности
- Правила настройки контуров в радиоприемниках
- АРУ для ламповых схем. А.Скрябин
- Спортивный КВ приемник. С.Матлин
Комментарии к статьям на сайте временно отключены по причине огромного количества спама.
При перепечатке материалов ссылка на первоисточник обязательна.
Сверхрегенеративный прием — основы и принципы работы
Приемники с использованием принципа сверхрегенерации по своей схеме являются регенеративными приемниками, работающими в режиме прерывистой генерация. Они применяются, как правило, только для приема радиотелефонных сигналов или модулированных радиотелеграфных сигналов.
По принципу работы и по свойствам они значительно отличаются от обычных регенеративных приемников.
Как известно, регенеративный приемник обладает наибольшей чувствительностью для приема радиотелефонных сигналов в случае, если обратная связь доведена до порога генерации. В этом режиме получается весьма высокое усиление, особенно слабых сигналов, но прием очень неустойчив. Малейшее изменение питающих напряжений, настройки контура или частоты сигнала нарушает этот режим, и в приемнике либо возникают собственные колебания, сильно искажающие принимаемые сигналы, либо резко падает чувствительность.
Прием телеграфных сигналов на регенеративный приемник более устойчив, так как он ведется в режиме генерации. Тон принимаемых телеграфных сигналов определяется частотой биений, которая равна разности частот сигнала и собственных колебаний, генерируемых в приемнике.
При этом не слишком большие изменения режима работы приемника, как правило, не вызывают срыва колебаний, и прием сигналов не прерывается. Наблюдается лишь некоторое изменение тона сигналов вследствие того, что изменение частоты собственных колебаний вызывает изменение частоты биений, т. е. разностной частоты. Может быть также и незначительное изменение громкости.
К сожалению, такой режим не пригоден для приема модулированных радиотелефонных сигналов, так как возникающие биения звуковой частоты накладываются на радиотелефонную передачу и сильно ее искажают.
Указанные недостатки регенеративного приемника в значительной степени устраняются в сверхрегенераторе, в котором прием модулированных сигналов производится в режиме генерации, но мешающие биения звуковой частоты не возникают, так как генерация колебаний прерывается с сверхзвуковой частотой, т. е. с низкой радиочастотой. Благодаря такому режиму прием модулированных сигналов на сверхрегенеративный приемник получается значительно более устойчивый, чем на регенеративный.
При этом чувствительность приемника получается весьма высокой. Усиление, даваемое одним сверхрегенеративным каскадом при приеме слабых сигналов., доходит до сотен тысяч.
Сверхрегенератор обладает сравнительно невысокой избирательностью и поэтому особенно пригоден для приема .простейших передатчиков с самовозбуждением, не. имеющих стабилизации частоты.
Некоторым недостатком сверхрегенератора является наличие так называемого суперного шума в виде довольно громкого шороха, слышимого при отсутствии принимаемых сигналов. Однако этот шум уничтожается приходящими сигналами, если только они не слишком слабы.
Рис. 1. Принципиальная схема для получения сверхрегенеративного приема.
Рассмотрим сначала упрощенное объяснение работы сверхрегенератора. Возьмем регенеративный приемник (рис. 1), в котором обратная связь установлена такой, что при небольшом отрицательном смещении на сетке получается режим генерации, а при увеличении смещения собственные колебания прекращаются.
Если подать от вспомогательного генератора на сетку переменное напряжение некоторой вспомогательной частоты, значительно более низкой, чем частота собственных колебаний, то смещение на сетке будет изменяться. Когда на сетку поступает положительный полупериод вспомогательного напряжения, рабочая точка на характеристике лампы находится в области большой крутизны,, и в приемнике генерируются собственные колебания.
В следующий отрицательный полупериод напряжения вспомогательной частоты рабочая точка сдвигается на участок характеристики с меньшей крутизной, и генерация прекращается, т. е. колебания затухают.
Таким образом, генерация собственных, колебаний высокой частоты прерывается с более низкой вспомогательной частотой. Вспомогательную частоту называют гасящей, так как колебания этой частоты служат для прерывания (гашения) генерации.
При отсутствии каких-либо полезных сигналов генерация колебаний высокой частоты во время положительных полупериодов гасяшего напряжения возникает под влиянием так называемых электрических флюктуаций. Этим термином называют весьма слабые электрические импульсы, которые существуют в любой электрической цепи, так как электроны в каждом проводнике совершают беспорядочное тепловое движение.
На рис. 2 графически иллюстрируются электрические процессы, происходящие в сверхрегенераторе при отсутствии принимаемых сигналов. График А показывает напряжение вспомогательной частоты, которое для упрощения рассуждений взято прямоугольной формы.
При такой форме гасящего напряжения во время положительного полупериода отрицательное смещение на сетке лампы получается небольшим к остается постоянным на протяжении всего полупериода. В результате происходит генерация колебаний и нарастание их амплитуды.
При переходе к отрицательному полупериоду напряжение на сетке сразу принимает значительную отрицательную величину, условия самовозбуждения нарушаются и колебания затухают.
Если гасящее напряжение будет иметь не прямоугольную, а синусоидальную форму, то принцип работы сверхрегенератора не изменится, но явления будут протекать сложнее, так как непрерывное изменение напряжения на сетке окажет влияние на процессы нарастания и затухания колебаний.
Возникающие в сверхрегенераторе «вспышки» колебаний высокой частоты показаны графически на рис. 2, Б. Чем сильнее будет начальный импульс от электрических флюктуаций, тем больше получается амплитуда генерируемых колебаний.
Так как импульсы электрических флюктуаций имеют разную величину, то и вспышки колебаний также имеют различные амплитуды, причем никакой закономерности в этом нет.
Эти колебания высокой частоты являются беспорядочно модулированными. В результате детектирования таких высокочастотных колебаний с «беспорядочной» модуляцией получаются импульсы различной величины, следующие друг за другом с вспомогательной частотой (график В).
Рис. 2. Графики процессов в сверхрегенераторе при отсутствии внешних сигналов.
Сами эти импульсы не могут быть услышаны в телефоне, так как вспомогательная частота является высокой (сверхзвуковой) частотой.
Среднее значение тока этих импульсов, показанное на графике В пунктирной линией, изменяется также беспорядочно, но более медленно, и создает в телефоне звук в виде шороха — суперный шум.
Рис. 3. Графики процессов в сверхрегенераторе при приеме модулированных сигналов.
Если на приемник будут воздействовать сигналы более слабые, чем импульсы электрических флюктуаций, то процесс практически не изменится. Суперный шум останется и будет заглушать приходящие сигналы.
Иначе протекают процессы при приеме сигналов, уровень которых выше уровня импульсов флюктуаций. Графически это приведено на рис. 3.
Напряжение вспомогательной частоты изображено на графике А. График Б показывает модулированное колебание приходящего сигнала. Вспышки собственных колебаний теперь будут возникать под влиянием более сильных приходящих колебаний, а не от слабых флюктуационных импульсов.
Наибольшая амплитуда колебаний в этих вспышках здесь определяется амплитудой приходящих сигналов, т. е. следует тому закону, по которому модулированы эти сигналы (график В). Результат детектирования таких колебаний дан на графике Г. Как видно, среднее значение полученных импульсов изменяется с частотой модуляции, и поэтому в телефоне будет слышен передаваемый звук.
Так как в этом случае вспышки колебаний возникают не от флюктуаций, то суперный шум не слышен даже и тогда, когда принимаются только несущие колебания сигнала, т. е. когда модуляции нет. Этим именно и объясняется подавление суперного шума приходящими сигналами.
Вспышки колебаний под влиянием приходящих, сигналов могут возникать и при большой разнице между частотой сигнала и частотой приемного контура, т. е. при значительной расстройке.
Правда, амплитуда сигналов при этом уменьшается, но пока она превышает флюктуационные импульсы, прием будет еще возможен. Поэтому избирательность сверхрегенератора получается сравнительно низкой.
Рассмотренные процессы в сверхрегенераторе объясняет, почему он обладает высокой чувствительностью. Действительно, ведь даже под влиянием очень слабых приходящих сигналов в сверхрегенераторе возникают вспышки собственных колебаний, амплитуда которых нарастает до значительной величины. Именно амплитуда этих колебаний определяет слышимость принимаемых сигналов.
Вспышки колебаний происходят с частотой гасящего напряжения, а приходящие сигналы определяют величину наибольшей амплитуды генерируемых колебаний.
Очевидно, что чувствительность сверхгенератора зависит прежде всего от того, до какой величины может нарастать амплитуда собственных колебаний. При удачно подобранном режиме эта амплитуда достигает нескольких вольт, хотя приходящие сигналы могут иметь амплитуду всего лишь в несколько микровольт. Таким образом, сверхрегенеративное усиление может доходить до миллионов.
Величина этого усиления практически мало зависит от усилительных свойств лампы. Возможна также работа сверхрегенератора при низком анодном напряжении, например 15-20 в, которое должно быть только достаточно для самовозбуждения.
Более подробный анализ процессов, протекающих в сверхрегенеративном приемнике, показывает, что в случае, когда гасящее напряжение создается отдельным вспомогательным генератором, возможны два различных режима работы: линейный и нелинейный (или логарифмический).
При линейном режиме работы сверхрегенератора генерируемые колебания не успевают нарасти до наибольшей возможной (установившейся) амплитуды. Иначе говоря, в этом режиме амплитуда возникших колебаний все время нарастает и доходит до какого-то наибольшего значения 0макс в момент, когда условия самовозбуждения нарушаются из-за увеличения отрицательного смещения на сетке.
В этот момент генерация прекращается и начинается затухание колебаний. Графики колебаний на рис. 2 и 3 соответствуют именно такому линейному режиму. Получить линейный режим можно при достаточно высокой частоте гасящего напряжения.’
Особенностью линейного режима является то, что максимальная амплитуду U пропорциональна напряжению U0 того начального импульса, который вызвал генерацию колебаний (амплитуде напряжения приходящих сигналов, а при их отсутствии — напряжению флюктуаций).
Таким образом, если Uo увеличится в несколько раз, то возрастет во столько же раз и U макс. Таким образом, между Uмакс и U0 имеется линейная зависимость.
Достоинством линейного режима является то, что работающий в этом режиме сверхрегенеративный приемник вносит малые искажения в воспроизводимые радиотелефонные передачи. Но зато в таком режиме усиление, даваемое сверхрегенератором, сильно зависит от величины питающих напряжений Для получения устойчивого усиления необходимо эти напряжения стабилизировать.
Кроме того, при линейном режиме плохо подавляются импульсные помехи, и, наконец, сверхрегенератор, работающий в таком режиме, труден в налаживании. Поэтому линейный режим редко применяется в любительских приемниках.
При нелинейном режиме амплитуда генерируемых колебаний успевает нарасти до установившегося, т. е. наибольшего возможного, значения и в течение некоторого промежутка времени остается неизменной. Величина U макс в этом случае не зависит от U0. Начальное напряжение U0 влияет только на время нарастания колебаний.
Чем больше U0, тем меньший промежуток времени нужен для нарастания амплитуды колебаний до Uмакс и тем больше промежуток времени, в течение которого происходят колебания с постоянной амплитудой Uмaкc. Для получения нелинейного режима частота гасящего напряжения должна быть меньше, чем при линейном режиме.
На рис. 4 показаны графики колебаний при приеме модулированных сигналов на сверхрегенератор, работающий в нелинейном режиме. В отличие от линейного режима здесь при изменении амплитуды приходящих сигналов изменяется не максимальная амплитуда, а длительность вспышек с максимальной амплитудой генерируемых колебаний.
После детектирования этих вспышек колебаний получается некоторое среднее значение напряжения, показанное на рис. 4, Г жирной пунктирной линией. Оно пропорционально длительности вспышек, но, очевидно, не пропорционально амплитуде приходящих сигналов. Отсюда следует, что в данном режиме получаются значительные нелинейные искажения.
В этом заключается основной недостаток нелинейного режима.
Зато при нелинейном режиме усиление получается устойчивым при колебаниях питающих напряжений. Кроме того, сверхрегенератор, работающий в нелинейном режиме, обладает свойствами автоматической регулировки усиления и. ослабления импульсных помех.
В любительских сверхрегенеративных приемниках обычно применяется нелинейный режим, так как при нем легче регулировать приемник.
Из сказанного можно прийти к выводу, что гасящая частота должна быть, с одной стороны, обязательно сверхзвуковая, т. е. не слышимая ухом человека, а с другой стороны, она должна быть значительно ниже частоты сигнала.
Если последнее условие не соблюдается, то за время положительного полупериода гасящей частоты амплитуда колебаний высокой частоты не нарастает до достаточно большой величины.
Рис. 45. Графики процессов при приеме модулированных сигналов на сверхрегенератор, работающий в нелинейном режиме.
На средних и даже коротких волнах трудно выполнить указанные условия, но для УКВ можно выбрать наивыгоднейшую величину гасящей частоты. Для любительского УКВ диапазона наиболее выгодно применять гасящие колебания с частотой порядка 200 кгц.
Следует отметить, что сверхрегенератор дает излучение в окружающее пространство, так как он работает в режиме генерации.
Поэтому весьма желательно иметь в приемнике, помимо сверхрегенеративного каскада, еще и каскад усиления высокой частоты, который устраняет излучение, отделяя генерирующий каскад от антенны.
Применение сверхрегенератора без каскада усиления высокой частоты можно допустить только в самом крайнем случае, например в переносной аппаратуре, в которой число ламп я расход энергии источников питания должны быть сведены к минимуму.
Основные схемы сверхрегенеративных приемников
Сверхрегенераторы можно разделить на две большие группы: приемники с отдельным генератором гасящей частоты и приемники с самогашением, в которых генерация гасящих колебаний происходит в самом сверхрегенеративном каскаде.
Рис. 5. Схема сверхрегенеративного детектора с отдельным генератором гасящих колебаний.
Типичная схема сверхрегенеративного детектора с отдельным генератором гасящего напряжения показана на рис. 5.
Лампа Лх входит в детекторно-регенеративный каскад, который представляет собой УКВ генератор с емкостной обратной связью (см. схему на рис. 8 в главе второй). Контур L1C1 настраивается на частоту приходящих сигналов.
Кроме того, лампа Л1 работает и в качестве сеточного детектора.
Генератор колебаний гасящей частоты работает на лампе Л2 и построен по схеме с индуктивной обратной связью. Гасящая частота определяется параметрами контура L2С2. Через конденсатор С3 колебания гасящей частоты передаются на сверхрегенеративный каскад.
Блокировочный конденсатор С4 пропускает только токи частоты принимаемого сигнала, а блокировочный конденсатор С5 — токи гасящей частоты и токи низкой частоты.
Трансформатор Тр служит для передачи колебаний низкой частоты, полученных в результате детектирования, на усилитель низкой частоты. Дроссель Др — обычный УКВ дроссель — преграждает путь колебаниям высокой частоты.
Для регулировки режима работы всего устройства служит потенциометр R, с помощью которого можно изменять анодное напряжение на лампах. Подобные схемы с отдельным генератором гасящей частоты встречаются в различных вариантах.
Представляет интерес сверхрегенератор, схема которого показана на рис. 6. В нем применен пентод, который одновременно входит и в сверхрегенеративный каскад и в генератор гасящих колебаний.
Использование одной и той же лампы для генерации колебаний высокой частоты и колебаний гасящей частоты возможно потому, что эти частоты во много раз отличаются друг от друга. В этом отношении данная схема напоминает рефлексные схемы приемников.
Экранная сетка в схеме рис. 6 выполняет роль анода лампы сверхрегенератора, так как в ее цепь включена катушка обратной связи L3. Но вместе с тем экранная сетка является управляющей сеткой лампы генератора гасящих колебаний.
Рис. 6. Схема сверхрегенератора без отдельной лампы в генераторе гасящих колебаний.
Контур L2C2, включенный в цепь анода, настроен на гасящую частоту. Для получения обратной связи на этой частоте включена катушка L4, шунтированная конденсатором С3, пропускающим токи высокой частоты через катушку L3.
Благодаря генерации колебаний гасящей частоты напряжение экранирующей сетки изменяется с этой частотой и получаются срывы генерации колебаний высокой частоты в контуре L1C1.
Рис. 7. Схема сверхрегенеративного детектора, работающего в режиме самогашения.
Полученные в результате сеточного детектирования колебания низкой частоты усиливаются всей лампой в целом и передаются на усилитель низкой частоты. Таким образом, в данной схеме лампа служит для генерации колебаний высокой и гасящей частоты, детектирования и усиления низкой частоты.
Рассмотренные схемы и им подобные все же не получили большого распространения у любителей, так как наличие в них отдельного генератора гасящих колебаний несколько усложняет устройство приемника. Однако следует рекомендовать экспериментирование с такими схемами. Они могут дать очень хорошие результаты.
Более простыми, а потому и более распространенными являются сверхрегенераторы с самогашением, в которых прерывание генерации колебаний высокой частоты происходит из-за особого режима цепи сетки. Одна из часто применяемых схем такого типа дана на рис. 7.
Здесь отрицательное смещение на сетке лампы получается от напряжения, возникающего на конденсаторе С, или, что то же самое, от падения напряжения на сопротивлении R.
Характерной особенностью схемы является то, что в ней управляющая сетка лампы присоединена через сопротивление утечки не к катоду лампы, а к положительному полюсу источника анодного тока.
Рис. 8. График напряжения на сетке лампы сверхрегенератора с самогашением.
В режиме самогашения также нет линейной зависимости между напряжением низкой частоты, полученным в результате детектирования, и напряжением сигнала. Таким образом и в этом режиме получаются значительные нелинейные искажения.
Вспышки генерируемых колебаний обычно имеют такой же характер, как и в сверхрегенераторе с линейным режимом, т. е. амплитуда колебаний доходит до максимального значения, после которого колебания затухают. Этот процесс показан графически на рис. 8.
Как видно из графика, при нарастании колебаний напряжение на сетке заходит в положительную область и создает сеточный ток, заряжающий конденсатор С. Вследствие этого вместе с амплитудой колебаний растет величина сеточного смещения, показанная на рис. 8 жирной пунктирной линией.
В некоторый момент когда амплитуда колебаний и величина смещения достигают наибольшего значения, условия самовозбуждения нарушаются колебания начинают затухать. Вместе с ними уменьшается и смещение, так как конденсатор Сс разряжается на сопротивление Rc. Но при уменьшении смещения возрастает крутизна лампы в рабочей точке.
Поэтому в какой-то момент условия самовозбуждения снова будут выполняться, и приходящий сигнал вызовет генерацию следующей вспышки колебаний.
Чем больше амплитуда приходящих колебаний, тем сильнее их воздействие и тем раньше возникает очередная вспышка собственных колебаний. Таким образом, в отличие от сверх-регенератора с отдельным генератором гасящих колебаний в режиме самогашения частота вспышек не остается постоянной, а зависит от силы принимаемых сигналов.
Зато длительность вспышек и максимальная амплитуда колебаний сохраняют неизменные значения.
Если сигналов нет, то под влиянием флюктуаций частота вспышек в режиме самогашения меняется беспорядочно, и после детектирования получается некоторое напряжение, также беспорядочно изменяющееся, но с более низкой частотой, нежели частота самих вспышек.
Колебательный процесс в этом случае напоминает то, что было изображено на рис. 3, но только максимальные амплитуды вспышек должны быть неизменны, а частота их следования будет беспорядочно меняться. В результате возникает суперный шум.
Рис. 9. Графики процессов, происходящих при приеме модулированных колебаний на сверхрегенератор с самогашением.
Графики процессов, протекающих при приеме модулированных колебаний в режиме самогашения, изображены на рис. 9. С увеличением амплитуды приходящих колебаний частота вспышек растет (график Б) и наоборот. Однако прямой пропорциональности в этой зависимости нет.
Среднее значение выпрямленных импульсов, полученных после детектирования (пунктирная линия на графике В), изменяется с частотой модуляции.
Когда импульсы следуют чаще, то среднее значение будет больше, а когда импульсы следуют реже, то среднее значение получается меньше. Но полученное колебание низкой частоты по форме не соответствует точно модулирующему сигналу, т. е. имеются нелинейные искажения.
Рис. 10. Схемы сверхрегенераторов с самогашением.
Существуют схемы, в которых сопротивление утечки сетки Rc присоединено к катоду лампы. Примеры таких схем даны на рис. 10.
Наивыгоднейший режим работы сверхрегенератора с самогашением устанавливается путем изменения анодного напряжения с помощью потенциометра R. Связь с усилителем низкой частоты может быть осуществлена не только по трансформаторной, но и по реостатной схеме.
В качестве лампы в сверхрегенераторе можно применить любой триод или пентод, пригодный для работы на метровых волнах.
В режиме самогашения, как и в нелинейном режиме с отдельным генератором гасящих колебаний, суперный шум и импульсные помехи подавляются приходящими сигналами, а также получается хорошая устойчивость работы и автоматическая регулировка усиления. Поэтому сверхрегенераторы с самогашением особенно часто применяются любителями.
Каскады усиления высокой и низкой частоты
Выше указывалось, что сверхрегенератор сильно излучает и этим создает помехи другим приемникам. Излучение может быть устранено с помощью каскада усиления высокой частоты. Одна из возможных схем такого каскада, соединенного со сверхрегенеративным детектором, показана на рис. 11. В этом каскаде должен применяться пентод.
На рис. 11 показана схема с параллельным анодным питанием усилителя, но можно применять и последовательное питание.
Рис. 11. Схема сверхрегенератора с каскадом усиления высокой частоты.
Применение усилителя высокой частоты не только устраняет излучение, но и повышает чувствительность приемника и делает его работу более устойчивой.
Если нет каскада усиления высокой частоты, то всякие изменения параметров антенны сильно влияют на настройку и режим работы сверхрегенератора, колебательный контур которого непосредственно связан с антенной.
При наличии усилителя высокой частоты антенна отделена от сверхрегенеративного каскада, и поэтому последний будет работать значительно устойчивее.
В УКВ приемниках большое значение имеет схема входной части и связи с антенной. Чаще всего применяют индуктивную связь, причем величину связи устанавливают несколько больше оптимальной. Сравнительно сильную связь с аніонной устанавливают для того, чтобы возможно больше поднять уровень полезного сигнала над уровнем внутренних шумов приемника.
Так как лампы на УКВ обладают малым входным сопротивлением, то связь между первой лампой приемника и входным контуром желательно применять автотрансформаторную, как это показано на рис. 12.
Чем к меньшей части витков катушки L1 подключен участок сетка-катод лампы, тем меньше шунтируется контур входным сопротивлением лампы, выше добротность контура, а значит, и больше напряжение на нем. Однако при этом понижается напряжение, которое подводится от контура к лампе.
Поэтому существует некоторая наивыгоднейшая связь между контуром и лампой, при которой подводимое к сетке напряжение максимально.
Рис 12. Схема входной части УКВ приемника.
Рис. 13. Схема усилителя высокой частоты с заземленной сеткой.
Антенная катушка L обычно имеет 1-2 витка. Хорошие результаты в УКВ приемниках дают каскады усиления высокой частоты на триодах по схеме с заземленной сеткой, предложенной М. А. Бонч-Бруевичем в 1931 г. Схема такого каскада приведена на рис. 13.
По сравнению с пентодами триоды создают значительно меньшие собственные шумы, и поэтому их применение в первом каскаде приемника весьма желательно. В обычные усилительные каскады (с заземленным катодом) триоды ставить нельзя, так как они обладают большой емкостью между анодом и сеткой, из-за которой возникает самовозбуждение.
Усилитель с заземленной сеткой свободен от этого недостатка. В нем емкость Сас присоединена параллельно колебательному контуру, включенному в анодную цепь лампы, и не участвует в создании паразитной обратной связи, которая в данном случае осуществляется через емкость анод-катод Сак. Сетка лампы, будучи заземлена, выполняет роль экрана и уменьшает во много раз связь через емкость Сак.
Недостатком усилителей с заземленной сеткой является то, что они дают меньшее усиление, чем обычные каскады, ч обладают весьма малым входным сопротивлением (порядка нескольких сотен ом). Чтобы оно не слишком ухудшало качество сеточного контура, приходится связь этого контура с лампой делать меньше, чем в каскадах с заземленным катодом.
Следует отметить, что сверхрегенеративный режим можно осуществить не в детекторном каскаде, а в каскаде усилепия высокой частоты. Тогда несколько облегчается налаживание детекторного каскада, так как в нем уже не требуется добиваться совмещения наилучших режимов сверхрегенерации и детектирования.
Для сокращения числа ламп и расхода энергии на питание и для уменьшения размеров приемника иногда применяют рефлексные схемы сверхрегенераторов, в которых усилитель высокой частоты одновременно служит и каскадом усиления низкой частоты.
Одна из возможных схем такого приемника дана на рис. 14.
Рис. 14. Схема рефлексного сверхрегенератора с усилением высокой и низкой частоты.
В нем колебания низкой частоты со вторичной обмотки междулампового трансформатора Тр подаются на управляющую сетку лампы Л1 усилителя высокой частоты, а в анодную цепь этой лампы включены телефоны.
Конденсатор С3 практически замыкает накоротко вторичную обмотку трансформатора для токов высокой частоты, а конденсатор С4 не пропускает колебаний низкой частоты на вход детекторного каскада. Эти колебания в телефоны свободно проходят через дроссель Др1.
Следует отметить, что часто для приема УКВ не делают полного ультракоротковолнового приемника, а лишь изготовляют специальную УКВ приставку, представляющую собой сверхрегенеративный детектор, которую подключают к низкочастотной части обычного радиовещательного приемника. Питание приставки осуществляется от выпрямителя того же приемника.
Сверхрегенеративные приемники для радиомоделизма
В настоящее время в практике радиомоделизма наибольшее распространение получили сверхрегенеративные и супергетеродинные приемники. Другие приемники, такие, как детекторные, прямого усиления, применяются крайне редко (рис. 5.1). Сверхрегенеративный приемник — это специальный генератор ВЧ, охваченный обратной связью, работающий в возбужденном режиме с частотой гашения, промодулированной НЧ сигналом. После детектирования такого ВЧ сигнала необходимо отфильтровать частоту гашения (80—100 кГц) и получить чистый НЧ сигнал. Встречаются также сверхрегенеративные детекторы с внешним генератором постоянной частоты гашения. В детекторе с самогашением частота гашения непостоянна и зависит от уровня принимаемого сигнала. Примеры приемников с внешним гашением приведены на рис. 1.1 б и рис. 14.14. Сверхрегенеративный приемник может работать в линейном или логарифмическом режиме, который распознается по форме импульсов колебаний ВЧ в детекторе (рис. 5.2).
Логарифмический режим (рис. 5.2 г) отличается резко выраженными искажениями сигнала при глубоких модуляциях, близких к 100%. Зато это дает как бы автоматическое регулирование усиления и, следовательно, при малом уровне модуляции (примерно до 60%) сигнала от передатчика амплитуда сигнала с выхода детектора не зависит от амплитуды модулированной несущей ВЧ. Частота гашения может быть малой, но при этом по меньшей мере вдвое большей максимальной модулирующей частоты принимаемого сигнала. На практике частота гашения равна 25—85 кГц.
Сверхрегенеративный детектор, работающий в логарифмическом режиме, действует более устойчиво, несмотря на колебания напряжений питания. Кроме того, он сохраняет свойства ослабления импульсных помех, а также эта схема легка в регулировании. Поэтому в радиомодельном деле используют, как правило, сверхрегенеративные детекторы, работающие в логарифмическом режиме.
При работе сверхрегенеративного детектора в линейном режиме необходима стабилизация напряжения питания. Кроме того, такие детекторы чувствительны к импульсным помехам и трудны в регулировании. Линейный режим работы обеспечивает небольшие искажения сигнала от передатчика, а усиление тем большее, чем выше частота гашения (и больше величина положительной обратной связи). В этом случае частота гашения в 30—50 раз выше самой большой частоты, модулирующей принимаемый сигнал. Линейный режим работы обеспечивает детектор с внешним генератором частоты гашения. Следует добавить, что на практике амплитуда выходного сигнала зависит от уровня напряжения входного ВЧ сигнала, поступающего от передатчика, а это для радиомоделиста неблагоприятно.
С точки зрения величины КПД любительского приемного устройства выбор сверхрегенеративного детектора и режима его работы практически не имеет значения, разумеется, при условии правильного исполнения и налаживания схемы. Иначе обстоит дело с устройствами заводского изготовления, примером может служить приемник «Varioton» (см. рис. 14.14).
Сложные электрические процессы в контурах приемников вызывают образования так называемого шума сверхрегенерации. Этот шум, характерный для работы сверхрегенеративных приемников, можно слышать, включая наушники на выходе приемника. Он похож на шум кипящей воды и исчезает при приеме несущей ВЧ передатчика. Кроме того, могут быть еще собственные шумы транзистора в каскаде детектирования. Подытоживая сказанное выше, мы видим, что в сверхрегенеративном детекторе, работающем в дистанционно управляемой модели, могут действовать напряжения следующих частот: частоты сигнала ВЧ, частоты гашения, частоты шума сверхрегенерации, частоты собственных шумов транзистора (рис. 5.2 а). Из них для нужд передачи сигналов в приемных схемах используют частоту сигнала ВЧ и частоту шума. Частота гашения имеет решающее влияние на качество работы сверхрегенеративного детектора и не может быть использована для других нужд. Собственные шумы транзисторов являются неизбежным злом, с которым борются путем понижения напряжения и токов, питающих детектор.
Следует еще вспомнить о довольно важной зависимости тока в коллекторной цепи детектора от сигнала передатчика. С момента получения сигнала несущей этот ток уменьшается. Значение падения тока зависит от уровня сигнала (следовательно, и от расстояния между приемником и передатчиком), а также от схемы сверхрегенеративного детектора. Типичным коллекторным током детектора является ток от 0,2 до 1,5 мА (зависит от типа транзистора).
Преимущества сверхрегенеративных приемников таковы: высокая чувствительность (близкая к чувствительности супергетеро-динных приемников); простота схемы для любителя; наличие автоматического регулирования усиления; возможность приема различных сигналов (немодулированной несущей ВЧ, модулированной по амплитуде и частоте); нечувствительность к помехам импульсного характера.
- плохая избирательность (в смысле легкой настройки с передатчиком без кварцевой стабилизации это может считаться достоинством);
- чувствительность к длине антенны (например, слишком длинная антенна вызывает срыв колебаний);
- чувствительность к расположению антенны (помехи в работе, когда антенна изменяет емкость, что иногда имеет место в летающих и в плавающих моделях);
- мешающие излучения (каждый сверхрегенеративный приемник является маломощным передатчиком, и с этим борются путем тщательного экранирования детектора или добавления каскада усилителя ВЧ, что тоже оказывает некоторое влияние на селективность) ;
- искажение модулированных сигналов (это становится заметным при сигналах НЧ выше 8 кГц и сложных видах модуляции).
Все электрические контакты в модели следует шунтировать схемами искрогашения. Если в связи с этим получаются помехи в работе приемника, то следует очень тщательно отрегулировать сверхрегенеративный детектор на максимальную чувствительность. Тогда результатом импульсных помех будет несколько пониженная чувствительность приемника. Это особо относится к приемникам, работающим с модулированными сигналами.
Сверхрегенеративный приемник устойчиво работает с простыми системами модуляции. Однако следует избегать применения сложной модуляции с поднесущими частотами. Значительное искажение огибающей формы модулированного сигнала на практике является не особенно опасным, поскольку сверхрегенеративный приемник с самогашением имеет достаточную степень линейности выходного сигнала в диапазоне глубины модуляции до 60% (см. рис. 5.2 а). Однако максимальная модулирующая частота не должна превышать 10 кГц. При приеме нескольких синусоидальномодулированных сигналов на выходе приемника одновременно могут появиться помехи, вызываемые гармониками (особенно второй и третьей). Поэтому в схемах с LC-фильтрами необходим ограничитель. Кроме того, нельзя быть уверенным в том, что обычный сверхрегенеративный приемник сможет принимать четыре сигнала одновременно.
На рис. 5.3 приведена схема типового транзисторного сверхрегенеративного детектора с указанием элементов схемы, влияющих на чувствительность. Конденсатор С8 блокирует питающую батарею, чтобы изменения ее внутреннего сопротивления не влияли на изменение частоты генератора, а также для того, чтобы при подключении усилителя НЧ не появились вредные связи.
Резисторы R1 и R2 стабилизируют рабочую точку транзистора, работающего в схеме ОБ.
Из резонансного контура в коллекторе транзистора, настроенного на частоту 27,12 МГц и состоящего из катушки L и конденсатора С1, напряжение положительной обратной связи подается на эмиттер через конденсатор С3 для самовозбуждения. Часто бывает полезно для повышения чувствительности подключать конденсатор С3 к среднему отводу катушки L, как на рис. 5.4 а. Чтобы подводимое к эмиттеру напряжение обратной связи не замыкалось на корпус через конденсатор С4, применяют дроссель Др, который должен иметь как можно меньшую собственную емкость, а его полное сопротивление должно быть в 10 раз больше емкостного сопротивления С3.
После подключения питания напряжение шума, имеющееся в цепи коллектора (в результате положительной обратной связи), становится причиной возбуждения колебаний в LC-контуре на резонансной частоте. Тогда эмиттер транзистора все еще возбуждается большей амплитудой напряжения ВЧ, поступающего через конденсатор СЗ, коллекторный ток возрастает, а среднее напряжение эмиттера становится (в отличие от исходного состояния) более отрицательным относительно базы (усилитель класса С). Амплитудное значение напряжения ВЧ перестанет возрастать, на некоторое время задержится на данном значении и зарядит конденсатор С4. Это означает, что потенциал эмиттера будет двигаться в сторону больших отрицательных значений до тех пор, пока положительные значения амплитуды сигнала ВЧ, поступающего через С3, не станут достаточными для запирания транзистора. Колебания в цепи коллектора все еще будут продолжаться, но с понижающейся амплитудой. В то время, когда транзистор будет закрыт, конденсатор С4 разрядится через резистор R3 вплоть до момента, когда у базы станет более отрицательный потенциал, чем у эмиттера, а транзистор снова не начнет усиливать и не возникнут новые колебания.
Конденсатор С4 заряжается через транзистор до отрицательного значения напряжения на эмиттере, а разряжается через резистор R3. Длительность заряда и разряда С4 определяет его емкость и величину резистора R3.
Период возбужденных колебаний ВЧ при запертом транзисторе обусловливают практически только потери колебательного контура LC1, В случае неправильного регулирования сверхрегеие-ративного детектора время запирания транзистора может быть настолько коротким, что амплитуда напряжения возбужденных колебаний ВЧ не будет успевать падать в контуре до уровня амплитуды напряжения шума, прежде чем начнет нарастать новая пачка колебаний ВЧ. Приемник, работающий в таком режиме, имеет малую чувствительность, а его согласование с передатчиком осуществить достаточно трудно, так как в этом случае непрерывная резонансная характеристика делится на целый ряд узких резонансных пиков (многократный резонанс). Дальность действия также невелика, зависит от температуры окружающей среды и напряжения источника питания. В таком случае обычно прибегают к временному вспомогательному средству: параллельному подключению к колебательному контуру резистора R6 — 600 Ом. Таким образом, замедляется рост возбуждаемых колебаний ВЧ. Это эффективно улучшает работу сверхрегенератора, но все же не является решением вопроса, так как в этом случае отбирается часть энергии ВЧ от антенны. Иногда подключение резистора к контуру приводит к полному срыву колебаний вместо устранения явления многократного резонанса.
Из сказанного выше следует, что на время запирания транзистора для постоянной времени RC-цепи частоты гашения, обусловленной значениями R3C4, влияет рабочая точка транзистора. Ее регулирование состоит в том, что уменьшают вдвое величину номинального напряжения батареи питания и изменяют сопротивление резисторов делителя напряжения R1R2. Регулирование осуществляется до тех пор, пока на выходе детектора R3C4 еще есть шум сверхрегенерации. При этом резонансный контур в коллекторе должен быть нагружен антенной нормальной длины (обычно 0,8 м), но без шунтирующего резистора R6. Этим резистором шунтируют резонансный контур. Сопротивление резистора R6 надо подбирать так, чтобы шум сверхрегенерации полностью не исчезал (от 4,7 до 2,7 кОм). После этого проверяют работу детектора, питаемого полным напряжением батареи с помощью генератора ВЧ и лампового вольтметра или осциллографа. При этом резонансная характеристика единична, не имеет многократного резонанса, сужается при подстройке (лучшая селективность — большее сопротивление помехам), а чувствительность увеличивается в несколько раз. Контроль за улучшением чувствительности детектора выполняют методом, описанным в гл. 13.
Необходимо знать амплитуду частоты гашения на выходе детектора (чем она меньше, тем лучше). Тогда легче отделить ее от полезного сигнала на выходе усилителя НЧ. Предварительное фильтрование можно выполнять на выходе детектора включением резистора R4 и конденсатора С5 (например, 1 кОм и 0,039—0,043 мкФ), но это не обеспечивает эффективного подавления частоты гашения. Лучшие результаты дает фильтр с дросселем НЧ, заменяющим резистор R4 (Др2 на рис. 7.4). Индуктивность дросселя должна быть 25—30 мГ, для этого, например, используют катушку с намотанным проводом диаметром 0,05 мм до сопротивления 680 Ом; такая катушка содержит около 2000 витков.
Хорошие результаты при подавлении частоты гашения дает использование польского миниатюрного трансформатора T11 в качестве дросселя НЧ (вместо R4) с одной обмоткой и с повышенным сопротивлением (140 Ом). Это трансформатор не нуждается в каких-либо переделках.
Различие уровней выходных напряжений в сверхрегенеративном детекторе (см. рис. 5.3) в случае использования резистора R4 и замены его дросселем НЧ Др2 приведена в табл. 5.1.
В сверхрегенеративных приемниках полезна трансформаторная связь (1:4,5—5,5) детектора с УНЧ. В этом случае дроссель НЧ может быть исключен, а конденсатор С5,подбирается для подстройки первичной обмотки трансформатора к полосе передаваемых сигналов НЧ.
Транзистор первого каскада УНЧ должен иметь как можно более высокий коэффициент усиления по току и как можно меньший обратный ток коллектора. Резисторы R1 и R2 можно заменить монтажным потенциометром 10—25 кОм, что облегчит регулирование.
Конденсатор С3 можно заменить двумя скрученными проводами диаметром 0,25 мм. Обратную связь регулируют путем скручивания или раскручивания этих проводов длиной 37 мм. Емкость конденсатора С3 можно также подобрать с помощью воздушного конденсатора полупеременной емкости, например 2—8 пФ. Конденсатор устанавливают на минимум емкости и постепенно увеличивают ее до тех пор, пока в высокоомных головных телефонах (1—4 кОм), включенных на выходе детектора, не появится шум сверхрегенерации. Обычно эта емкость соответствует наибольшей чувствительности схемы. Тогда измеряют подобранную емкость и заменяют постоянным конденсатором. Используя конденсатор по-лупеременной емкости 2—35 пФ или 2—50 пФ, можно аналогичным образом установить вторую точку наибольшей чувствительности. В этом случае увеличивают емкость до момента исчезновения шума сверхрегенерации, после чего ее несколько уменьшают. Теоретически более правилен первый способ, но на практике рекомендуется испробовать оба и выбрать тот из них, который дает лучшие результаты. Тут уместно подчеркнуть, что самый громкий шум сверхрегенерации вовсе не означает точку максимальной чувствительности схемы.
Емкость конденсатора С4 влияет на частоту гашения сверхрегенеративного детектора, на ширину полосы ВЧ приемника и уровень сигнала НЧ на его выходе. Чем больше С4, тем меньше частота гашения и уже полоса ВЧ. Однако слишком большая емкость С4 вызывает нарушение устойчивой работы сверхрегенератора.
Сердечник катушки L должен перестраивать приемник за два поворота на 1 МГц.
Очень важным элементом сверхрегенератора является также дроссель Др (10—35 мкГ ±10%; активное сопротивление 2—4 Ом). Без дросселя схема не работает. В схемы некоторых детекторов необходимо включать развязывающий конденсатор С6, С7, С8 (или вместо них — С9).
Сверхрегенеративный детектор с кремниевым транзистором отличается несколькими ценными свойствами: простая схема (см. рис. 5.4 б), малый уровень шумов на выходе, отсутствие дросселя НЧ (Др2 на рис. 7.4). Прием модулированных сигналов при этом транзисторе исключительно чистый, без следов шума сверхрегенерации. При испытании дальности действия по мере удаления от передатчика детектор с германиевым транзистором имеет ступенчато нарастающий уровень шума в телефоне на выходе приемника вплоть до исчезновения сигнала, а детектор с кремниевым транзистором имеет почти постоянный уровень шума вплоть до границы дальности действия, где модулированный сигнал, который до сих пор был слышен с полной силой, сразу исчезает. Это достоинство особенно важно для схем с одновременным обслуживанием двух каналов НЧ.
Сверхрегенеративный детектор обычно принимает сигналы ВЧ, отстоящие на ±150 кГц от середины полосы 27,12 МГц без резких различий в уровне на выходе. Таким образом, приемник с каскадом ВЧ (например, показанный на рис. 14.14) принимает сигналы, отстоящие даже на ±250 кГц.
Полное выходное сопротивление детектора, представленного на рис. 7.4 а, равно 20—30 Ом, а полное входное сопротивление усилителя НЧ равно около 4 кОм. Таким образом, важно согласование этих элементов. Двухкаскадный усилитель НЧ обеспечивает усиление сигнала НЧ примерно в 1500 раз, что вполне достаточно для срабатывания групп резонансных фильтров или реле.
Дополнительные сведения о регулировании сверхрегенеративных приемников даются в табл. 5.2 (измерение трех экземпляров приемников).
Сверхрегенеративный детектор, как и регенератор, излучает ВЧ колебания. Два близко расположенных друг к другу сверхрегенеративных приемника (например, в плавающих моделях) могут поэтому при работе мешать друг другу. Для уменьшения излучения к сверхрегенеративному детектору добавляют каскад усиления ВЧ (рис. 5.5), потребляющий ток около 1 мА. Каскад усиления желательно экранировать, а связь с усилителем сделать как можно слабее. Здесь применяют керамический конденсатор емкостью 1—9 пФ, значение которой можно подобрать экспериментально. Такой конденсатор можно изготовить путем скручивания друг с другом двух коротких проводов в поливинилхлоридной изоляции. Усилитель ВЧ, помимо того, что он значительно уменьшает излучение, увеличивает чувствительность приемника и его дальность действия, а также улучшает устойчивость работы детектора, делая его нечувствительным к внешним влияниям. Регулирование его заключается в подборе связи обоих элементов.
Усилитель ВЧ регулируют после сверхрегенеративного детектора. Чаще всего встречаемый апериодический усилитель (рис. 5.5 а, б) дает небольшое усиление (около 1,5—2), но тут важны другие, упомянутые выше, достоинства. Почти все транзисторные сверхрегенеративные приемники заводского изготовления теперь снабжаются каскадом усиления ВЧ.
Можно также собирать сверхрегенеративный детектор с очень большой избирательностью, нечувствительный к помехам и экономичный (см. рис. 5.4 в). Кварцевый резонатор с рабочей частотой передатчика может быть заменен конденсатором емкостью 5 пФ там, где не требуется особо высокой избирательности. Двойной Т-фильтр служит для отделения частоты гашения от командного сигнала. Приемник с детектором этого рода имеет все достоинства супергетеродинного приемника, хотя он значительно проще. Схема другого сверхрегенеративного детектора с повышенной избирательностью приведена на рис. 5.4 б.
На рис. 5.6—5.8 приведены схемы сверхрегенеративных приемников.
- 1) если имеется свободный канал НЧ, то его используют в качестве ключа;
- 2) если использованы все каналы, то надо добавить в передатчик один генератор НЧ, а в приемник — один фильтр с реле.
На рис. 5.9 а показана структурная схема передатчика с тремя генераторами НЧ управляющих каналов — Г1, Г2, Г3 (что позволяет единовременно передавать три командных сигнала) и с генератором НЧ ключа ГК, включенным через диодную логическую схему. Транзистор 77 — развязывающий, R следует подобрать, 12 — переключатель (если Т2 не закрыт, то не работает и 77).
Следует обратить внимание на то, что каждый оператор должен пользоваться другой частотой канала-ключа, а исполнительные механизмы должны быть без самоцентрирования, с временем перехода из одного конечного положения в другое от 1 до 1,5 с. Такое решение подходит только для плавающих и колесных радиомоделей.
