Сверхрегенеративный приемник на полевом транзисторе
В. Днищенко
Сверхрегенеративные приемники отличаются высокой чувствительностью и большим усилением при исключительной простоте схемы и конструкции. Радиолюбители обычно конструируют сверхрегенераторы с самогашением, иногда капризные в настройке. Лучшими параметрами и стабильностью в работе отличаются сверхрегенераторы с внешним источником гасящих колебаний. Именно такая конструкция и предлагается в публикуемой статье.
Известно, что чувствительность сверхрегенеративных приемников ограничивается собственными шумами регенеративного каскада [1], которые в значительной степени определяются шумовыми свойствами используемого транзистора. Несмотря на то, что полевые транзисторы являются менее шумящими, чем биполярные, в литературе практически не встречаются схемы сверхрегенераторов на базе полевых транзисторов. Вниманию радиолюбителей предлагается вариант именно такого приемника. Существенными его достоинствами являются высокая чувствительность (0,5 мкВ при глубине модуляции 0,9 и отношении сигнал/шум 12 дБ), малый ток потребления (1,4 мА при напряжении питания 4 В), широкий диапазон питающих напряжений (3...9 В), малое паразитное излучение (собственно сверхрегенератор потребляет ток 80 мкА).
Внешняя суперизация существенно упрощает настройку приемника и повышает устойчивость его работы. Приемник с успехом может быть использован в традиционных для сверхрегенератора областях применения (в аппаратуре радиоуправления, простейших радиостанциях, радиоохранных устройствах и т. п.).
Рис.1. Принципиальная схема приемника
Сверхрегенеративный детектор собран на малошумящем транзисторе VT1. Каскад представляет собой автогенератор с автотрансформаторной обратной связью.
Частота генерации определяется параметрами колебательного контура L1C2, настроенного на 27,12 МГц.
Применение двухзатворного транзистора значительно упрощает реализацию режима внешней суперизации.
Известно, что значение крутизны характеристики по первому затвору зависит от напряжения на втором затворе. Когда это напряжение равно нулю, крутизна меньше критической и генерация отсутствует. На второй затвор через потенциометр R3 подается напряжение суперизации частотой 60...70 кГц от генератора, собранного на элементах DD1.1 и DD1.2.
Конденсатор С5 соединяет второй затвор с общим проводом по высокой частоте и, кроме того, придает импульсам суперизации форму, близкую к треугольной. Регулировка амплитуды импульсов суперизации с помощью потенциометра R3 позволяет плавно изменять время, в течение которого крутизна превышает критическое значение, а значит, и длительность высокочастотных вспышек в контуре L1С2.
Тем самым можно изменять режим работы сверхрегенератора, устанавливая либо линейный, при котором достигается максимальная чувствительность, либо нелинейный, при котором наиболее эффективно реализуется АРУ.
Нагрузкой сверхрегенеративного детектора является низкочастотный фильтр R6C6. Полезный сигнал амплитудой порядка 1 ...3 мВ с этого фильтра через конденсатор С9 подается на УНЧ, в качестве которого использованы два оставшихся элемента микросхемы DD1. Отрицательная обратная связь по постоянному току через элементы R5, R7, СЮ обеспечивает работу цифровой микросхемы в линейном режиме [2]. Элементы С12, С13, R8 устанавливают частоту среза АЧХ усилителя около 3 кГц.
Резистор R1 служит для образования на первом затворе отрицательного (по отношению к истоку) напряжения смещения, обеспечивающего исходное значение крутизны транзистора VT1 меньше критического. Весьма существенна вторая функция этого резистора. Его сопротивление определяет исходное значение постоянной составляющей тока через транзистор, а значит, и уровень собственных шумов. При указанных на схеме значениях элементов этот ток составляет всего 80...90 мкА, что, помимо прочего, делает весьма малым паразитное излучение сверхрегенератора, поскольку вся потребляемая им от источника питания мощность не превышает 0,5 мВт.
Таблица 1
Конденсатор СЗ выбран значительной емкости, поскольку он должен шунтировать резистор R1 как на несущей частоте, так и на частотах суперизации и огибающей принятого сигнала.
Основные характеристики приемника приведены в таблицах 1 и 2. защиты их от статического электричества при монтаже.
Таблица 2
С незначительным ухудшением характеристик приемника в качестве VT1 можно применять отечественные транзисторы серий КП350 или КП306, принимая меры защиты их от статического электричества при монтаже.
Следует иметь в виду, что транзисторы серии КП327 выпускаются с очень большим процентом брака, но исправные использовать можно. Конденсатор СЗ должен быть керамическим.
Его допустимо заменить на любой емкостью, не менее указанной на схеме, при условии подключения параллельно керамического конденсатора 1000 пф. Для обеспечения стабильной частоты суперизации конденсатор С8 должен быть с малым ТКЕ. Остальные детали могут быть любого типа. Контурная катушка намотана на каркасе диаметром 5 мм и содержит 9 витков провода диаметром 0,35—0,5 мм. Отвод сделан от третьего снизу по схеме витка. В каркас ввинчивается сердечник из карбонильного железа.
Рис. 2
Поскольку нагрузочная способность микросхемы К561ЛЕ5А невелика, устройство, подключаемое к выходу приемника, должно иметь входное сопротивление не менее 30 кОм.
В качестве усилителя низкой частоты вместо элементов DD1.3, DD1.4 можно использовать УНЧ любой конструкции с коэффициентом усиления не менее 1000. При напряжениях питания более 5 В хорошие результаты дает, например, экономичный ОУ К140УД1208.
Суммарный ток потребления при напряжении питания 9 В не превышает при этом 1,5 мА. Мультивибратор вспомогательных колебаний может быть собран и на транзисторах по любой известной схеме. Важно лишь выдержать требуемую частоту и форму гасящих импульсов.
Настройку приемника начинают с проверки правильности монтажа. Затем следует установить движок переменного резистора R3 в левое по схеме положение, включить питание (номинальным является напряжение 4 В) и убедиться, что постоянное напряжение на резисторе R1 лежит в пределах 0,6...0,7 В.
В противном случае транзистор неисправен и его нужно заменить. Подключив осциллограф к выводу 10 DD1.2, проверяют наличие прямоугольных импульсов частотой 60...70 кГц. При необходимости уточняют частоту подбором сопротивления резистора R4. Переключив осциллограф на выход приемника и плавно поворачивая движок потенциометра R3, добиваются появления на экране низкочастотных шумов.
Теперь можно подключить к антенному входу генератор стандартных сигналов, установив на его выходе колебания частотой 27,12 МГц, амплитудой 100 мкВ и глубиной модуляции 0,9. Вращением сердечника катушки настраивают контур в резонанс по максимуму амплитуды на экране осциллографа.
Вернув движок потенциометра R3 в исходное положение (колебания на выходе приемника при этом исчезнут), следует плавным вращением движка восстановить эти колебания и найти такое его положение, при котором амплитуда напряжения на выходе приемника перестанет нарастать.
Уменьшив входное напряжение до 1 мкВ (при необходимости уточняя настройку контура), контролируют правильность положения движка переменного резистора. Такая настройка соответствует нелинейному режиму сверхрегенератора.
Дальнейшее увеличение с помощью R3 напряжения суперизации нецелесообразно, поскольку полезный сигнал увеличивается незначительно, шумы же возрастают существенно.
Если теперь движок R3 поворачивать в обратном направлении, установится линейный режим, при котором отношение сигнал/шум незначительно улучшается, однако амплитуда выходного сигнала падает. Следует иметь в виду, что хотя интервал питающих напряжений, при котором сохраняются основные параметры приемника, указан 3—9 В, для каждого конкретно выбранного напряжения необходимо уточнять оптимальное положение движка переменного резистора R3 по вышеприведенной методике.
При отсутствии ГСС можно воспользоваться передатчиком, с которым предполагается работа приемника, располагая его на таком удалении от приемника, при котором выходной сигнал еще не ограничивается.
В заключение нужно отметить, что, как и у любого
сверхрегенератора, помехоустойчивость приемника и его избирательность
невелики, поскольку полоса пропускания, численно равная нескольким
частотам суперизации [1], составляет 120... 140 кГц.
Литература:
-
Белкин М. К. и др. Сверхрегенераторы. — М.: Радио и связь, 1983.
-
Фролов В. Простые приемники прямого усиления. Радиоежегодник, 1985. — М.: ДОСААФ.
"Радио", N5, 2002