Главная стр 1
Сверхрегенеративный приемник: миф и реальность.
Сверхрегенеративный приемник используется очень давно. В послевоенные годы с его помощью осваивали УКВ диапазон радиолюбители, его использовали в военных УКВ-станциях, работал он в свое время и в космосе. Затем незаслуженно забытый, он в последнее время приобретает у нас популярность в связи с развитием диапазона гражданской связи в качестве простого приемника.
1.ОСНОВЫ РАБОТЫ СВЕРХРЕГЕНЕРАТОРА

Сверхрегенеративный приемник принадлежит к особому классу приемников. Только он, обладая исключительной простотой, может дать усиление сигналов в миллион раз, что сравнимо со сложным супергетеродином, таким как Р-250. Как же это получается?

Посмотрим, как работает "младший брат" сверхрегенератора - регенератор (рис. 1а). В этом типе приемника, благодаря наличию обратной связи, активное сопротивление контура сводится к очень малой величине.

При уменьшении сопротивления потерь в контуре возрастает его добротность, сужается полоса пропускания. При этом даже малое воздействие токов высокой частоты через антенну на контур вызовет большую ответную амплитуду сигнала в самом контуре. Этот сигнал вызывает изменение тока транзистора и, следовательно, возможность его регистрации на сопротивлении, включенном последовательно с транзистором, с помощью усилителя низкой частоты. Но при подходе к генерации регенератор становится очень неустойчивым, т.к. с уменьшением сопротивления потерь вероятность самовозбуждения растет, причем для этого достаточно малого толчка - колебания параметров контура и транзистора от температуры, изменения сопротивления антенны - и, следовательно, изменения вносимого сопротивления в контур, воздействия мощного сигнала. Положение рабочей точки можно сравнить с положением шара на вершине горы - любое малое воздействие "выбьет" этот шар с устойчивой точки в зону генерации (рис.1б).

В сверхрегенераторе на генератор, введенный в режим самовозбуждения, воздействуют колебанием частотой порядка 20-40 кГц (рис.2а). В этом случае, при соответствующем выборе режима самовозбуждения и амплитуды вспомогательного колебания, получим дискретный режим работы приемника (рис.3).

В дискретных точках с частотой гашения значение активного сопротивления контура становится отрицательным, т.е. происходит режим генерации, и, в то же время, в этих точках приемник может обеспечить режим максимального усиления. Для этого случая модель устойчивости работы приемника представлена на рис.2б. Здесь шар также расположен на вершине горы, но внутри двух горбов. Понятно, что здесь требуется гораздо большее воздействие, чем для регенератора, для того, чтобы вывести приемник из режима оптимальной работы. Математически крутизна "горы" зависит от частоты сигнала, величина горбов - от режима работы и частоты гашения, ширина вершины для регенератора и впадины для сверхрегенератора — от добротности элементов контура и выбора режима работы приемника. Известно, что для воспроизведения непрерывного сигнала, а реально - для воспроизведения с малыми искажениями приходится принимать частоту дискретизации примерно в 5-10 раз выше. Этим и обусловлен выбор частоты гашения примерно 20-60 кГц.

Из этого уже можно сделать некоторые выводы о работе сверхрегенеративного приемника. Во-первых, из-за использования контура с отрицательным сопротивлением он должен обладать высокой чувствительностью, но, во-вторых, за счет дискретизации частотой гашения полоса пропускания приемника не может быть уже этой частоты. За счет того, что сверхрегенератор уже работает в области генерации, при его работе наблюдается некоторое излучение в антенну. В своей работе он гораздо стабильнее регенератора.


2. ПАРАМЕТРЫ СВЕРХРЕГЕНЕРАТОРА

Итак, какова реальная чувствительность приемника и чем она ограничена? Как и во всех других приемниках - только шумами, но, если в других приемниках чувствительность ограничена в основном шумами активных элементов, то здесь - только шумами пассивных элементов контура сверхрегенератора. Именно эти тепловые шумы, протекающие в контуре, усиливаются приемником, и мы слышим их в телефонах. Так как начальная фаза колебания шумовых электронов не определена, конечный результат из сложения будет также иметь неопределенную во времени фазу и амплитуду сигнала. Сигнал, имеющий такие параметры, называется "белым шумом", который в данном случае называют шумом сверхрегенератора. По тому, как он слышен, можно определить, как работает приемник. Именно этот "белый шум" в контуре и определяет начальную фазу и амплитуду колебания в контуре сверхрегенератора и, выделенный и усиленный приемником, собственный "белый шум" слышим в телефонах на выходе приемника при отсутствии другого источника воздействия на него. Необходимо использовать в контуре катушку из толстого медного или посеребренного провода, контурный конденсатор переменной емкости должен быть воздушным. Всякое использование керамических подстроечных конденсаторов в контуре, тонкого провода для катушек, использование для ее каркасов плохого диэлектрика или подстроечных ферритовых сердечников, переключателей катушек резко снижает добротность контура. Это приводит к падению чувствительности приемника. Если ЭДС, наводимая сигналом из антенны в контуре, превышает его уровень шумов в 2-3 раза начальная фаза и амплитуда колебаний задаются только внешним сигналом. С учетом КПД входной цепи и при использовании добротных контуров может быть достигнута чувствительность сверхрегенератора не хуже 1 мкВ. В случае же использования низкодобротного контура (керамические подстроечные конденсаторы, варикапы и диоды, используемые в качестве варикапов) чувствительность может быть намного хуже и достигать 100-300 мкВ.

С другой стороны, работу сверхрегенератора можно рассматривать как работу генератора, собственная амплитуда которого синхронизируется с внешним воздействием. Отсюда понятно, что хотя полоса пропускания, в которой принимается сигнал станции, не менее частоты гашения, но для неискаженного воспроизведения, особенно слабого сигнала, настройка собственной частоты контура должна быть как можно ближе к частоте работы станции. И наоборот, чем больше амплитуда сигнала, тем при большей расстройке контура относительно сигнала он его"захватит".

Несмотря на то, что любая станция, принимаемая с частотой F1, попадающая в полосу пропускания, будет слышна. И если появится станция с частотой F2, но достаточно мощная по уровню, чтобы навести в контуре напряжение, сравнимое с напряжением от станций, попадающих в полосу пропускания, то она будет также слышна в приемнике с одинаковой громкостью с основной станцией. При наличии мощной помехи, далеко отстоящей от основной частоты приема , но наводящей в контуре напряжение в 3 и более раза больше, чем от сигнала полезной станции, эта помеха может полностью забить ее. Реально односигнальная избирательность, в зависимости от расстройки, не лучше 10-20 дБ при расстройке на 50 кГц от принимаемой частоты, и ниже - при более близких расстройках.

Следовательно, чувствительность и избирательность сверхрегенератора зависит в основном от качества контура и режимов работы сверхрегенеративного каскада. Так как ток, протекающий через активный элемент сверхрегенеративного каскада, ограничен элементами схемы и достигает максимально возможных значений при малых значениях входного сигнала, а в дальнейшем возрастает незначительно, сверхрегенеративный приемник имеет логарифмическую чувствительность - максимальную при малых входных сигналах и минимальную при больших, что хотя и приводит к заметным нелинейным искажениям выходного сигнала, но равносильно действию глубокой логарифмической АРУ.
3. ПРАКТИЧЕСКАЯ СХЕМА СВЕРХРЕГЕНЕРАТОРА

Практическая схема сверхрегенератора приведена на рис.4. Это типичная схема транзисторного сверхрегенератора с самогашением, проверенная временем и трудами многих радиолюбителей. Любое ее "усовершенствование", как правило, ведет к ухудшению работы приемника.

Схема работает следующим образом. С помощью резисторов R1 и R2 подбирается оптимальный режим работы. Значение их некритично и может достигать 10-200 кОм. При вращении резистора R2 должно наблюдаться сначала плавное увеличение громкости шума, затем некоторая зона стабилизации громкости шума - чем она больше, тем лучше, т.к. именно в этой зоне и наблюдается режим максимального усиления. Она должна занимать минимум 1/5-1/4 от длины регулировочной линии резистора. Затем, при дальнейшем поворачивании ручки, должен наблюдаться срыв генерации, часто сопровождаемый коротким или непрерывным свистом. Регулировка сверхрегенератора имеет гистерезисную зависимость, т.е. для того, чтобы восстановить прежний режим работы, необходимо полностью убрать генерацию, т.е. повернуть ручку R2 обратно в максимальное положение и затем снова плавно ее поворачивать до получения приемлемого режима работы. Здесь очень удобно иметь на ручке переменного резистора R2 калиброванный лимб, который давал бы возможность нахождения оптимального режима, в случае срыва работы сверхрегенератора.

В качественно собранном сверхрегенераторе зона устойчивой работы имеет большой интервал, что дает возможность в качестве R2 использовать постоянный резистор. Но следует это делать только в случае крайней необходимости, т.к. сам по себе оптимальный режим неустойчив и может быть сорван сильным сигналом, разрядом или перезарядом батарей питания, рассогласованием антенны и т.д.

Конденсатор С1 заземляет базу VT1 по высокой частоте. Он может быть емкостью 1000-10000 пФ и иметь малые потери на ВЧ. Конденсатор С2 заземляет базу по частоте гашения и делает подход к сверхрегенерации плавным. Он может иметь емкость от 2 до 50 мкФ. Конденсатор СЗ служит для настройки контура. Для оптимальной работы его емкость не должна быть выше 50 пФ и он должен быть обязательно воздушным. Конденсатор С4 служит для выбора оптимального режима генерации. Желательно, чтобы он был воздушным, но в крайнем случае может быть и керамическим. Его можно подобрать из постоянных конденсаторов. Конденсатор С4 должен обеспечивать плавный режим генерации во всем диапазоне частот работы сверхрегенератора. Дроссель Др1 некритичен, он может содержать 60-150 витков повода ПЭЛ-0,1 на резисторе типа МЛТ-0,5, МЛТ-0,25. Но, в целях достижения стабильности частоты он должен быть выполнен качественно. С помощью резистора R3 и конденсатора С5 задается частота гашения. Для оптимальной частоты гашения в 20-40 кГц R3 должен быть в пределах 3,9-8,2 кОм, а С5 - в пределах 2200-8200 пФ. Если есть возможность поварьировать их величины, можно несколько оптимизировать режим работы сверхрегенератора для конкретного случая его исполнения. Сопротивление R4 должно быть выше сопротивления R3 не менее чем в полтора раза; величина емкости С6 должна быть не менее чем С5 и не более 3-10 ее номиналов. При меньшем R4 и большей С6 может происходить срыв частоты гашения при работе сверхрегенератора.

Цепочка R4C6 представляет собой фильтр нижних частот, который фильтрует частоту гашения 40 кГц, но пропускает звуковые частоты. Вместо R4 можно включить и дроссель, представляющий собой 300-600 витков на кольце проницаемостью 1000-2000 и диаметром не менее 10 мм. Хорошо работают также высокоомная обмотка согласующего трансформатора и фильтр низкой частоты Д-3, 4, используемый в различных промышленных радиостанциях. Конденсатор С5 должен иметь малые потери на ВЧ (к конденсатору С6 это не относится).

Очень многое зависит от связи контура сверхрегенератора с антенной. Слишком сильная связь срывает генерацию, слабая - не дает полностью реализовать его чувствительность. Лучшая связь с согласованной хорошей антенной - индуктивная. Катушка, состоящая из 1-2 витков (но не более одной четверти от числа витков основной катушки) располагается около нее по максимальной чувствительности приемника, и в то же время так, чтобы антенна при своем включении не срывала генерацию. Лучшая связь с короткой штыревой антенной - через конденсатор емкостью 1-10 пФ, который подбирается по максимальной чувствительности приемника с этой антенной.

В сверхрегенераторах хорошо работают германиевые транзисторы П401 ...П403, ГТ313.

Кремниевые транзисторы работают несколько хуже. В сверхрегенераторе можно порекомендовать попробовать несколько транзисторов одного типа и выбрать лучший из них. По моим экспериментальным данным, из 10 германиевых транзисторов 1-2 совершенно не подходят для работы в сверхрегенераторе, а из кремниевых - уже 2-3.

Хорошо налаженный сверхрегенератор с подходящим транзистором и оптимальной связью с антенной должен обеспечивать мягкий подход к генерации, без свистов и резких шумов.

Даже при приеме сигналов на предельном уровне чувствительности приемника выходное НЧ напряжение может лежать в пределах 10...30 мВ, поэтому вполне достаточно простого одно- или двухтранзисторного УНЧ.


4. СВЕРХРЕГЕНЕРАТОР С БЕСШУМНОЙ НАСТРОЙКОЙ

При использовании сверхрегенератора в дежурном приеме его большим недостатком является интенсивный "суперный" шум. Простейший способ избавиться от него - использовать включенный рядом маломощный высокочастотный генератор, настроенный на частоту приема сверхрегенеративного приемника (рис.5).



В этом случае колебания этого генератора, принимаемые сверхрегенератором, имеют уже определенную фазу и частоту, и результатом их приема будет лишь небольшой постоянный ток на выходе фильтра низких частот и гашение шума.

Использовать такой антишумовой генератор надо крайне осторожно. Амплитуда ВЧ напряжения, наводимая им на контур приемника, должна превышать напряжение тепловых шумов контура не менее чем в 3 и не более чем в 5 раз. Ведь полезный сигнал, для того чтобы быть принятым на приемник, должен быть больше уровня мешающего воздействия - будь то тепловые шумы или напряжение гасящего колебания - на такую же величину. Следовательно, даже теоретически, при соблюдении всех оптимальных условий чувствительность приемника с гашением шума будет не менее чем в 10 раз хуже, чем у приемника без гашения, а на практике, из-за большого уровня проникающего ВЧ напряжения от "гасящего" генератора, ухудшение чувствительности достигает 50-100 раз.

Но во многих случаях при ближней связи этой чувствительности вполне хватает, а при дальних связях "гасящий" генератор можно отключать.

В основе работы сверхрегенератора заложено увеличение амплитуды собственных колебаний от амплитуды сигнала, поступающего в приемник. Отсюда понятно, что сверхрегенератор может обеспечить только качественный прием амплитудной модуляции с небольшой глубиной модуляции. При большой глубине модуляции из-за логарифмической характеристики сверхрегенератора возникают заметные искажения. С искажениями возможен прием и широкополосной частотной модуляции с частотой девиации, равной или превышающей частоту гашения. Прием частотной модуляции происходит из-за того, что при приеме ЧМ сигнала на спадающей части АЧХ контура происходит его преобразование в AM, и поэтому возможен его прием на сверхрегенератор. Узкополосная ЧМ не дает соответствующей амплитуды сигнала для нормального его выделения. При приеме на сверхрегенератор ЧМ проигрывает AM, к тому же теряя при этом свои главные достоинства - помехозащищенность и качество воспроизведения.

Прием однополосной модуляции и телеграфа на сверхрегенератор невозможен. SSB создаст неразборчивый сигнал на выходе, т.к. в нем нет несущей, a CW создаст только щелчки.
5. УВЧ В СВЕРХРЕГЕНЕРАТОРЕ

Иногда можно встретить схему сверхрегенератора с УВЧ. Стоит заметить, что это неоптимальное построение приемника. Для того, чтобы УВЧ обеспечил то, что он должен обеспечить - усиление сигналов для работы со сверхрегенератором - он должен обеспечить уровень шумов, меньший чем тепловой шум в контуре. Обеспечить такое соотношение сигнал/шум может только усилитель с охлаждаемым жидким гелием высокодобротным контуром - резонатором. Всякий другой при работе со сверхрегенератором выдаст большее количество собственных шумов, которые забьют тепловые шумы контура сверхрегенератора и, следовательно, ослабят его чувствительность.

Используя некоторые специальные меры, можно добиться того, чтобы УВЧ не ослаблял полезный сигнал. На мой взгляд, не стоит этим заниматься. Например, сверхрегенератор на вещательный диапазон 11-13м принимал сигналы вещательных станций без антенны на контур. При присоединении же к нему различных конструкций УВЧ - от ламповых до транзисторных - он уже обеспечивал прием только с антенной длиной 10 см. на входе УВЧ.

Как правило, назначение УВЧ - не усиление, а обеспечение развязки от антенны. Но в тех случаях, когда важна стабильность работы, вместо УВЧ можно использовать на входе резисторный делитель, показанный на рис.6.



Здесь резисторы подбирают по обеспечиванию работы сверхрегенератора со всеми типами антенн или с одной антенной с переменными параметрами, например, с телескопической, и при этом - по максимальной громкости приема. На опыте установлено, что такой резисторный делитель может вполне заменить УВЧ для сверхрегенератора, в большинстве случаев - когда необходимо уменьшить проникновение ВЧ напряжения в антенну и обеспечить стабильный прием при изменении параметров антенны.
6. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СВЕРХРЕГЕНЕРАТОРА

Итак, мы убедились, что сверхрегенератор представляет собой исключительно простой (1 каскад ВЧ и 1-2 каскада НЧ) приемник с очень высокой чувствительностью (реально достижима величина в 1-2 мкВ), работающий в верхних KB (13-10 метров) и УКВ диапазонах (реально - до 500 МГц), обеспечивающий прием AM и широкополосной ЧМ и имеющий очень низкую избирательность - 10-20 дБ.

Его вряд ли можно использовать для приема вещательных KB станций, т.к. часто слышна настоящая "каша", и он не сможет выделить слабую станцию на фоне сильных. Но он очень подходит для уверенной связи в УКВ диапазоне, где станций мало, а хорошее дальнее прохождение - редко. Поэтому его все еще используют для простых СВ-радиостанций. Сверхрегенератор может обеспечить удовлетворительный прием вещательных УКВ станций в диапазоне 70 и 100 МГц, звуковое сопровождение телевидения. Это позволяет использовать его как малогабаритный мониторный приемник и как указатель прохождения, если он настроен на дальние телецентры.

Можно использовать сверхрегенератор как указатель прохождения на 28 МГц и на 50 МГц. При этом полезно иметь несколько сверхрегенераторов: один настроенный на диапазон 36-38 МГц, а другой - в пределах 56-60 МГц. В этих диапазонах частот работают служебные AM и ЧМ станции СНГ и мира, и по их приему можно установить появление прохождения на 50 МГц.


И. Григоров

«Радиолюбитель» №1, 1994г.


Смотрите также:
Сверхрегенеративный приемник: миф и реальность
118.08kb.
Сверхрегенеративный кв-укв приемник
23.5kb.
Атлантида миф или реальность?!
149.72kb.
Программа элективного курса по литературе для обучающихся в 11 классе «Литература античного периода»
174.27kb.
Легкая промышленность в Поволжье: миф или реальность
151.15kb.
Приемник для радиоуправляемой игрушки
42.82kb.
Председателю Севастопольской городской государственной администрации
19.01kb.
Сверхрегенеративный приемник с предварительным увч для импульсных сигналов Ю. Ю. Супрун, г. Харьков «Радiоаматор»
37.32kb.
«Художественный вкус в виде математической модели миф или реальность?»
307.44kb.
Двухламповый сетевой приемник
44.38kb.
Первый kb приемник
74.58kb.
Публикации (2008-2010 гг.)
17.52kb.