СВЕРХРЕГЕНЕРАТОР
В. ПОЛЯКОВ, г. Москва
УКВ ЧМ приемник с низковольтным питанием
А теперь рассмотрим практические схемы сверхрегенераторов. Их в литературе, особенно давних лет, можно найти довольно много. Любопытный пример: описание сверхрегенератора, выполненного всего на одном транзисторе, было опубликовано в журнале "Popular Electronics" № 3 за 1968 г., его краткий перевод дан в [З]. Сравнительно высокое напряжение питания (9 В) обеспечивает большую амплитуду вспышек колебаний в контуре сверхрегенератора, а следовательно, и большое усиление. Такое решение имеет и существенный недостаток: сверхрегенератор сильно излучает, поскольку антенна связана непосредственно с контуром катушкой связи. Подобный приемник рекомендуется включать лишь где-нибудь на природе, вдали от населенных мест.
Схема простого УКВ ЧМ приемника с низковольтным питанием приведена на рис. 1. Антенной в приемнике служит сама контурная катушка L1, выполненная в виде одновитковой рамки из толстого медного провода (ПЭЛ 1,5 и выше). Диаметр рамки 90 мм. На частоту сигнала контур настраивают конденсатором переменной емкости (КПЕ) С1. Ввиду того, что от рамки сложно сделать отвод, транзистор VT1 включен по схеме емкостной трехточки - напряжение ОС на эмиттер подается с емкостного делителя С2СЗ.
Рис. 1
Частота суперизации определяется суммарным сопротивлением резисторов R1-R3 и емкостью конденсатора С4. Если ее уменьшить до нескольких сотен пикофарад, прерывистая генерация прекращается и устройство становится регенеративным приемником. При желании можно установить переключатель, а конденсатор С4 составить из двух, например, емкостью 470 пф с подключаемым параллельно 0,047 мкф. Тогда приемник, в зависимости от условий приема, можно будет использовать в обоих режимах. Регенеративный режим обеспечивает более чистый и качественный прием, с меньшим уровнем шума, но требует значительно большей напряженности поля. Обратную связь регулируют переменным резистором R2, ручку которого (так же, как и ручку настройки) рекомендуется вывести на переднюю панель корпуса приемника.
Излучение этого приемника в сверхрегенеративном режиме ослаблено по следующим причинам: амплитуда вспышек колебаний в контуре невелика, порядка десятой доли вольта, к тому же маленькая рамочная антенна излучает крайне неэффективно, имея низкий КПД в режиме передачи.
Усилитель 3Ч приемника двухкаскадный, собран по схеме с непосредственной связью на транзисторах VT2 и VT3 разной структуры. В коллекторную цепь выходного транзистора включены низкоомные головные телефоны (или один телефон) типов ТМ-2, ТМ-4, ТМ-6 или ТК-67-НТ сопротивлением 50-200 Ом. Подойдут телефоны от плейера. Необходимое смещение на базу первого транзистора УЗЧ подается не от источника питания, а через резистор R4 из эмиттерной цепи транзистора VT1, где, как упоминалось, имеется стабильное напряжение около 0,5 В. Конденсатор С5 пропускает к базе транзистора VT2 колебания 34.
Пульсации гасящей частоты 30...60 кГц на входе УЗЧ не фильтруются, поэтому усилитель работает как бы в импульсном режиме - выходной транзистор закрывается полностью и открывается до насыщения. Ультразвуковая частота вспышек телефонами не воспроизводится, но импульсная последовательность содержит составляющую со звуковыми частотами, которые и слышны. ДиодУ01 служит для замыкания экстратока телефонов в момент окончания импульса и закрывания транзистора VT3, он срезает выбросы напряжения, улучшая качество и несколько повышая громкость воспроизведения звука.
Питается приемник от гальванического элемента напряжением 1,5 В или дискового аккумулятора напряжением 1,2 В. Потребляемый ток не превышает 3 мА, при необходимости его можно установить подбором резистора R4.
Налаживание приемника начинается с проверки наличия генерации, вращая ручку переменного резистора R2. Она обнаруживается по появлению довольно сильного шума в телефонах, или при наблюдении на экране осциллографа "пилы" в форме напряжения на конденсаторе С4. Частота суперизации подбирается изменением его емкости, она зависит и от положения движка переменного резистора R2. Следует избегать близости частоты суперизации к частоте стереоподнесущей 31,25 кГц или к ее второй гармонике 62,5 кГц, иначе могут прослушиваться биения, мешающие приему.
Далее нужно установить диапазон перестройки приемника, изменяя размеры рамочной антенны - увеличение диаметра понижает частоту настройки. Повысить частоту можно не только уменьшением диаметра самой рамки, но и увеличением диаметра провода, из которого она выполнена. Неплохое решение - использовать оплетку отрезка коаксиального кабеля, свернутого в кольцо. Индуктивность понижается и при изготовлении рамки из медной ленты или из двух-трех параллельных проводов диаметром 1,5-2 мм.
Диапазон перестройки достаточно широк, и операцию его установки нетрудно выполнить без приборов,ориентируясь на прослушиваемые станции. В диапазоне УКВ-2 (верхнем) транзистор КТ361 иногда работает неустойчиво - тогда его заменяют на более высокочастотный, например, КТ363. Недостатком приемника является заметное влияние рук, подносимых к антенне, на частоту настройки. Впрочем, он характерен и для других приемников, в которых антенна связана непосредственно с колебательным контуром.
Этот недостаток устраняется при использовании усилителя РЧ, как бы "изолирующего" контур сверхрегенератора от антенны. Другое полезное назначение такого усилителя - устранить излучение вспышек колебаний антенной, что практически полностью избавляет от помех соседним приемникам. Усиление УРЧ должно быть очень небольшим, ведь и усиление, и чувствительность сверхрегенератора достаточно высоки. Этим требованиям в наибольшей степени отвечает транзисторный УРЧ по схеме с общей базой или с общим затвором. Снова обращаясь к иностранным разработкам, упомянем схему сверхрегенератора с УРЧ на полевых транзисторах.
Экономичный сверхрегенеративный приемник
В целях достижения предельной экономичности автором был разработан сверхрегенеративный радиоприемник (рис. 2), потребляющий ток менее 0,5 мА от батареи напряжением 3 В, причем, если отказаться от УРЧ, ток снижается до 0,16 мА. В то же время чувствительность - около 1 мкВ.
Рис.2
Сигнал от антенны подается на эмиттер транзистора УРЧ VT1, включенного по схеме с общей базой. Поскольку его входное сопротивление невелико, и учитывая сопротивление резистора R1, получаем входное сопротивление приемника около 75 Ом, что позволяет использовать наружные антенны со снижением из коаксиального кабеля или ленточного УКВ кабеля с ферритовым трансформатором 300/75 Ом. Такая необходимость может возникнуть при удалении от радиостанций более 100 км. Конденсатор С1 небольшой емкости служит элементарным ФВЧ, ослабляя KB помехи. В лучших условиях приема годится любая суррогатная проволочная антенна.
Транзистор УРЧ работает при коллекторном напряжении, равном базовому, - около 0,5 В. Это стабилизирует режим и исключает необходимость налаживания. В коллекторную цепь включена катушка связи L1, намотанная на одном каркасе с контурной катушкой L2. Катушки содержат 3 витка провода ПЭЛШО 0,25 и 5,75 витка ПЭЛ 0,6 соответственно. Диаметр каркаса - 5,5 мм, расстояние между катушками - 2 мм. Отвод к общему проводу сделан от 2-го витка катушки L2, считая от вывода, соединенного с базой транзистора VT2. Для облегчения настройки каркас полезно оснастить подстроечником с резьбой М4 из магнитодиэлектрика или латуни. Другой вариант, облегчающий настройку, - заменить конденсатор СЗ подстроечным, с изменением емкости от 6 до 25 или от 8 до 30 пф.
Конденсатор настройки С4 типа КПВ, он содержит одну роторную и две статорные пластины. Сверхрегенеративный каскад на транзисторе VT2. Режим работы подбирают подстроечным резистором R4,частота вспышек (суперизации) зависит от емкости конденсатора С5.
На выходе каскада включен двухзвенный ФНЧ R6C6R7C7, ослабляющий колебания с частотой суперизации на входе УЗЧ, чтобы последний не перегружался ими.
Использованный сверхрегенеративный каскад отдает небольшое продетектированное напряжение и, как показала практика, требует двух каскадов усиления напряжения ЗЧ. В этом же приемнике транзисторы УЗЧ работают в режиме микротоков (обратите внимание на большие сопротивления нагрузочных резисторов), усиление их меньше, поэтому использовано три каскада усиления напряжения (транзисторы VT3-VT5) с непосредственной связью между ними. Каскады охвачены ООС через резисторы R12, R13, стабилизирующей их режим. По переменному току ООС ослаблена конденсатором С9. Резистор R14 позволяет регулировать в некоторых пределах усиление каскадов.
Выходной каскад собран по схеме двухтактного эмиттерного повторителя на комплементарных германиевых транзисторах VT6, VT7. Они работают без смещения, но искажения типа "ступенька" отсутствуют, во-первых, из-за низкого порогового напряжения германиевых полупроводниковых приборов (0,15 В вместо 0,5 В у кремниевых), а во-вторых, из-за того, что колебания с частотой суперизации все-таки немного проникают через ФНЧ в УЗЧ и как бы "размывают" ступеньку, действуя подобно ВЧ подмагничиванию в магнитофонах.
Достижение высокой экономичности приемника требует использования вы-сокоомных головных телефонов сопротивлением не менее 1 кОм. Если же задачу получения предельной экономичности не ставить, целесообразно использовать более мощный оконечный УЗЧ.
Налаживание приемника начинают с УЗЧ. Подбором резистора R13 устанавливают напряжение на базах транзисторов VT6, VT7 равным половине напряжения питания (1,5 В). Убеждаются в отсутствии самовозбуждения при любом положении движка резистора R14 (желательно, с помощью осциллографа). Полезно подать на вход УЗЧ какой либо звуковой сигнал амплитудой не более нескольких милливольт и убедиться в отсутствии искажений и симметричности ограничения при перегрузке.
Подключив сверхрегенеративный каскад, регулировкой резистора R4 добиваются появления шума в телефонах (амплитуда шумового напряжения на выходе - около 0,3 В). Полезно сказать, что, кроме указанных на схеме, в УРЧ и сверхрегенеративном каскаде хорошо работают любые другие кремниевые высокочастотные транзисторы структуры р-п-р. Теперь можно уже попытаться принять радиостанции, связав антенну с контуром через конденсатор связи емкостью не более 1 пф или с помощью катушки связи. Далее подсоединяют УРЧ и подгоняют диапазон принимаемых частот, изменяя индуктивность катушки L2 и емкость конденсатора С3.
В заключение надо заметить, что подобный приемник, ввиду его высокой экономичности и чувствительности, может найти применение и в переговорных системах, и в устройствах охранной сигнализации. К сожалению, прием ЧМ на сверхрегенератор получается не самым оптимальным образом: работа на скате резонансной кривой уже гарантирует ухудшение отношения сигнал/шум на 6 дБ. Нелинейный режим сверхрегенератора тоже не слишком способствует высококачественному приему, тем не менее качество звука получилось неплохим.
ЛИТЕРАТУРА
1. УКВ ЧМ приемник на одном транзисторе. - Радио,1970,№ 6, с. 59. <ик> 2. "Последний из могикан...". - Радио, 1997,№ 4,с.20,21.
Радио 3/2002, с.50-51