Регенеративный приемник на германиевых транзисторах



Регенеративный приемник на германиевых транзисторах

Эффект регенерации, открытый вскоре после создания первой радиолампы — триода,
был поистине революцией в радиотехнике той поры

И. Григоров (RK3ZK)

Резкое повышение чувствительности приемников и, следовательно, резкое увеличение дальности радиосвязи при той же подводимой мощности к передатчику позволило привлечь к радио внимание со стороны многих людей, особенно энтузиастов-любителей радио. Простые одноламповые трансиверы в те далекие времена 20-30 годов позволяли радиолюбителям держать связь со всем миром. Более «серьезные» приемные аппараты, содержащие одну-две лампы в УВЧ и одну лампу в регенеративном каскаде, например знаменитый «КУБ-Ч«, считались уже сложными профессиональными аппаратами.

Казалось, регенератор никогда не сдаст своих позиций. И только вторая мировая война прекратила триумф регенератора, который в те времена использовался в некоторых военных радиостанциях производства СССР и других воюющих стран. Этот приемник подвели некоторые присущие только ему недостатки, которые не позволили его использовать в военное время — когда насыщенность станций в эфире велика. И после войны его применяли только радиолюбители, да и то в последнее время все реже и реже. Но путь, который прошел регенератор, и та роль, что он сыграл в деле развития радио, все же призывают нас не забывать о нем. И может быть, вскоре будут преодолены его основные недостатки, и он снова скажет свое слово в технике радиосвязи.

1. Принцип работы регенератора

Регенеративный приемник представляет собой приемник прямого усиления с регулируемой положительной обратной связью ( рис.1 ). Именно с помощью положительной обратной связи увеличивается эквивалентная добротность входного контура L1C2, что эквивалентно возрастанию амплитуды входного сигнала на нем. Поскольку при возрастании добротности полоса пропускания контура уменьшается, возможно эффективное выделение узкополосного сигнала — такого как речевое сообщение или телеграфные посылки.

Рис. 1. Приемник прямого усиления с регулируемой положительной обратной связью

При использовании регенератора в диапазоне ДВ-СВ можно обнаружить, что при подходе к генерации, т.е. к режиму оптимального приема, за счет возрастания добротности контура обрезаются верхние частоты передачи, в результате чего прием вещательных станций происходит с искажениями. На СВ-ДВ реально достижимая полоса пропускания в режиме АМ 3-6 кГц, что явно мало для качественного приема вещательных станций.

При устойчивом приеме в диапазоне 3-10 МГц полоса пропускания приемника 10-15 кГц, в диапазоне 10-20 МГц — достигает уже 30 кГц на его верхнем крае и еще больше возрастает в диапазонах свыше 20 МГц. Это показывает, что использовать его для приема АМ станции можно только на нижних КВ диапазонах.

2. Регулировка обратной связи и режимов работы регенератора

Ранее этому вопросу были посвящены целые тома исследований. В нашем же простом регенераторе регулировку обратной связи целесообразно осуществлять с помощью катушки L2, как показано на рис.2а , а регулировку режима работы — с помощью резистора R4. Различают два режима работы регенератора: «мягкий» и «жесткий». «Мягкий» — это когда при регулировке режима работы приемник постепенно входит в режим максимальной добротности, а затем и в режим генерации.

Рис. 2. Регулировка обратной связи

При «жесткой» связи (которая, к сожалению, преобладает во многих опубликованных схемах регенераторов на транзисторах, что очень сильно дискредитировало этот тип приемника) это невозможно, так как приемник срывается в генерацию еще тогда, когда из входного контура L1C2 не «вытянута» вся его добротность. В результате этого достичь приемлемых результатов при приеме AM и CW (об этом позже) невозможно. Сразу можно сказать, что в силу конструктивных особенностей практически все регенераторы с автотрансформаторной схемой регулировки обратной связи относятся к «жестким» регенераторам.

Вам понравится:  Схема подключения катушки контактора на 380в

Не вдаваясь в теоретические выкладки, можно заметить, что при конкретном типе положительной связи оптимальный «мягкий» режим возбуждения получается лишь в диапазоне частот, составляющем 1-3% от частоты настройки входного контура, то есть достижение оптимальной работы в этом случае возможно либо в одном любительском диапазоне, либо в одном вещательном. Если планируется вести прием в широком диапазоне волн, обязательна оперативная регулировка обратной связи. Она может осуществляться как приближением-удалением катушек L1 и L2, так и перемещением между ними экрана.

На рис.2 показаны варианты выполнения устройств регулировки обратной связи, испытанные мной в схемах регенеративных приемников. С такими устройствами была возможность достижения режима «мягкой» регенерации во всем диапазоне емкости, перекрываемом переменным конденсатором — 40-365 пФ, и следовательно — во всем диапазоне частот работы приемника с этим конденсатором. В зоне малой емкости контура достижение оптимальной работы регенератора затруднительно, поэтому реальный отсчет частоты идет от емкости контура в 30-40 пФ. Если необходимо работать в узких участках диапазонов, можно использовать схему, приведенную в [1]. К сожалению, это одна из немногих хорошо работающих схем регенеративного приемника была опубликована очень давно.

Оптимальный режим работы при оптимальной положительной связи легко устанавливается R4. Чем меньше гистерезис при регулировке R4 (т.е. чем ближе лежат точки возникновения и конца генерации при регулировке R4 вперед/назад), тем более оптимален режим работы регенеративного приемника.

3. Чувствительность регенеративного приемника

При установке оптимальной связи и использовании качественных контуров и воздушных КПЕ легко достижима чувствительность приемника не хуже 10 мкВ в диапазоне до 20 МГц. Самое серьезное внимание необходимо обратить на входные цепи. Входной контур должен быть высокодобротным. Нежелательно использование ферритов, КПЕ должен быть только воздушным.

Входной конденсатор C1 поможет установить оптимальную связь с антенной. При подходе к генерации приемник становится чувствительным к различным воздействиям, которые могут вывести его из оптимального режима. Это сильные сигналы, которые, создавая смещение на затворе VT1, могут изменить режим его работы, а также колебания питающего напряжения и температуры. Но если напряжение питания регенератора нетрудно стабилизировать, то тепловой фактор заставляет использовать в приемнике высококачественные катушки и конденсаторы.

Стоит заметить, что реально достичь высоких результатов можно лишь используя активные элементы с большим коэффициентом усиления, т.к. коэффициент усиления каскада зависит от крутизны активного элемента. Часто транзистор или лампа работают в приемном режиме при малых токах, где крутизна мала и применение элемента с большой крутизной повышает коэффициент усиления регенератора.

4. Избирательность регенератора

Если чувствительность регенератора при односигнальном приеме довольно высока, то при приеме нескольких сигналов одновременно она сильно падает. Почему это происходит?

Теория показывает, что эквивалентное активное сопротивление контура регенератора зависит от ВЧ напряжения на нем. Чем больше уровень этого напряжения, тем оно выше и, следовательно, добротность контура ниже. Кроме того, это напряжение создает некоторое смещение на резисторе R1 ( рис. 1 ), которое меняет режим работы регенератора. Первую причину устранить практически невозможно, вторая причина может быть устранена путем включения контура в цепь затвора транзистора напрямую, без C3R1, и регулировки обратной связи с помощью вспомагательного транзистора.

Вам понравится:  Слаботочные выключатели что это

К сожалению, эти схемы не обеспечивают должную «мягкость» регенерации, и следовательно, высокую чувствительность. Именно из-за этого недостатка — слабой избирательности, которая в лучшем случае составляет не более 16 дБ на 2-5 МГц и еще меньше — на ВЧ диапазонах, регенеративный приемник уступил место супергетеродину.

5. Захватывание частоты регенератором

Те, кто собирал регенеративные приемники, несомненно встречался с этим явлением. Оно проявляется лишь когда регенератор работает в режиме оптимального смесителя. А заключается в том, что на небольшом участке диапазона одна сильная АМ станция уверенно принимается независимо от небольшой расстройки конденсатора переменной емкости без интерференционных свистов и резко пропадает при большей расстройке.

Полоса захватывания в зависимости от диапазона работы и конструктивных особенностей может составлять десятки килогерц на 2-5 МГц и достигать 500 кГц на 30 МГц, причем захвату частоты наиболее подвержены самые лучшие регенераторы — с «мягким» режимом. «Жесткие» регенераторы менее подвержены захвату, но захватив частоту держат ее сильнее «мягких». Для устранения захватывания частоты есть только один способ — уменьшить уровень принимаемого сигнала. Это можно сделать или уменьшив общий уровень сигнала с помощью конденсатора С2, или используя узкополосные фильтры на входе приемника. Чем сильнее амплитуда приходящего сигнала, тем шире полоса захватывания приемника. В большей степени это явление проявляется на УКВ, что делает практически невозможным избирательный прием станций в диапазоне выше 30 МГц.

Захват частоты, который неизбежен при современном перегруженном эфире, весьма ограничивает поле деятельности регенераторов, полностью исключив их по этой причине из профессиональной связи и отдав их для экспериментов радиолюбителям.

6. Практическое конструирование регенеративных приемников

При конструировании регенераторов наибольшее внимание следует уделить элементной базе. Необходимо, чтобы входной контур был выполнен с максимальной добротностью, контурный конденсатор переменной емкости обязательно должен быть воздушным, желательно, чтобы был воздушным и переменный конденсатор связи с антенной. Схема регенератора на лампе изображена на рис.3 .

Рис. 3. Схема регенератора Рис. 4. Расположение катушек

Для работы в регенеративном каскаде лучше использовать пентоды типа 6Ж1П — 6Ж52П. Пентоды типа 6К4П — 6К13П использовать нежелательно, режим работы с применением этих пентодов близок к жесткому. Обратную связь необходимо или регулировать с помощью способов, указанных выше, или использовать постоянную обратную связь. В этом случае катушка L2, содержащая от 1/6 до 1/4 витков от количества витков L1, устанавливается на некотором экспериментально подбираемом расстоянии от L1 так, чтобы обеспечить приемлемый режим работы во всем диапазоне частот регенератора, и затем ее закрепляют ( рис.4 ).

Намоточные данные катушек для разных диапазонов приведены в таблице.

Частота L1 L2
1,5-3,7 МГц 23 мкГн, диаметр — 20 мм, длина намотки — 30 мм, 39 витков ПЭЛ-0,5 10 витков ПЭЛ-0,5
3-24 МГц 1,4 мкГн, диаметр — 20 мм, длина намотки 40 мм, 10 витков ПЭЛ-2,0 3 витка ПЭЛ-1,0
24-40 МГц 0,5 мкГн, диаметр — 20 мм, длина намотки — 30 мм, 5 витков ПЭЛ-2,0 2 витка ПЭЛ-1,0
Вам понравится:  Схема подключения полотенцесушителя к стояку с нижним подключением

В регенераторах можно применять и биполярные транзисторы. Желательно использовать транзисторы типов ГТ311, ГТ313. Германиевые транзисторы позволяют легче достичь «мягкого» режима по сравнению с кремниевыми транзисторами, однако высокочастотные кремниевые транзисторы с коэффициентом усиления более 100 зачастую работают не хуже германиевых. Схема приемника на биполярном транзисторе показана на рис.5 . Лучшим вариантом является все-таки использование полевых транзисторов с максимально возможной крутизной.

Рис. 5. Схема приемника на биполярном транзисторе

7. «Умножение добротности» с помощью регенераторов

Раньше регенераторы широко использовались для «умножения добротности» простых приемников. На практике контур регенерaтора через слабую регулируемую связь, желательно — емкостно-индуктивную, подключали к антенне, и с этого же контура через конденсатор небольшой емкости (5-10 пФ) снимали сигнал на вход основного приемника. Так как при подходе к генерации добротность контура резко повышается, с помощью этого метода можно осуществить селекцию сигналов по соседнему каналу еще на входе приемника ( рис.6 ). Если такой каскад использовать с вещательным приемником III класса и короткой антенной, можно получить неплохие результаты — по чувствительности система не будет отличаться от приемника I класса.

Рис. 6. Селекция сигналов по соседнему каналу на входе приемника

Но к сожалению, и для умножителя добротности характерны все недостатки регенеративного каскада. Это и забитие слабого сигнала мощным, и неустойчивость работы каскада, и вследствие этого — его возбуждение. При некотором опыте работы умножители добротности на входе вещательного приемника вполне можно использовать.

Можно использовать умножитель добротности и в УПЧ. Это дает возможность принимать SSB сигналы и повысить избирательность приемника простыми фильтрами ПЧ. В УПЧ лучше использовать регенеративный каскад с отдельным контуром в умножителях добротности и размещать его сразу после фильтра ПЧ, но при соответствующем опыте любой каскад УПЧ можно с помощью положительной обратной связи ввести в режим «умножения добротности».

Простые регенеративные приемники целесообразно использовать в диапазоне СВ-ДВ, где совместно с магнитной антенной они могут обеспечить параметры, сравнимые с супергетеродином. На СВ еще невелика полоса захватывания, отстройкой магнитной антенны по направлению от сигналов мощных станций можно еще сильнее ослабить это явление.

При использовании регенеративных каскадов для приема на КВ уже проявляются многие недостатки регенератора: это и захват частоты мощной станцией, и излишне широкая полоса приема, и нестабильность в работе. Но как простые приемники, на которых к тому же можно получить неплохие результаты, их можно использовать. Реально область устойчивой работы регенераторов на КВ ограничена 20 МГц, но имея опыт работы, эту границу можно расширить до 40 МГц.

Использование регенератора в каскадах умножения добротности дает явный эффект для простых приемников и может оказаться нецелесообразным для приемников высоких классов — I-го и профессиональных связных приемников.

См. также: Сверхрегенерация. «Радио» №1/1959 год

И. Григоров (RK3ZK). «Радиолюбитель» №9, 10/1995 год

Источник

Поделиться с друзьями
Радиолюбительские схемы
Adblock
detector