Регенеративный приемник

Теперь настало время познакомиться с детищем Эдвина Армстронга образца 1914 г., называемым регенеративным приемником, или регенератором. На слух название этого приемника ассоциируется с генератором гармонических (синусоидальных) колебаний, но на самом деле регенератор не создает колебаний, а работает подобно приемнику прямого усиления, то есть непосредственно усиливает сигнал. Впрочем, есть у регенератора сходство и с усилителем, и с генератором. Это — уже не усилитель, но еще не генератор. Абсурдно? Ничуть!

Давайте разбираться, как такое может быть.

Вспомним характер свободных колебаний в резонансном контуре. Они всегда носят затухающий характер благодаря потерям в контуре. Чем больше потери, тем быстрее колебания затухают. Колебательный контур имеет еще одно интересное свойство: вид его частотной характеристики однозначно связан с временной характеристикой (то есть с характером затухания свободных колебаний), что показано на рис. 11.23.

Рис. 11.23. Зависимость частотных и временных характеристик колебательного контура

Чем медленнее затухают колебания в контуре, тем «Острее» резонансная частотная характеристика. Что можно сделать, чтобы уменьшить потери в контуре? На сегодняшний день существуют пассивные и активные методы повышения добротности. Пассивные методы связаны с уменьшением активного сопротивления катушек индуктивности, применением специальных конденсаторов с воздушным диэлектриком, неполным включением контуров. Пассивные методы, конечно, применяются довольно часто, но они «работают» до определенного предела. Например, одиночный контур с добротностью 200 сделать не так просто, в то время как для надежной отстройки от соседних радиостанций в диапазоне СВ и особенно КВ нужно иметь добротность по крайней мере 1000…1500. Конечно, можно значительно улучшить входной контур радиоприемника, применив несколько колебательных контуров, поставленных один за другим и настроенных по специальной методике.

Сложность изготовления такого приемника многократно возрастет и окажется недоступной для начинающего радиолюбителя.

Но не будем впадать в отчаяние — на помощь придут активные методы повышения добротности контуров. Вслед за изобретателями этих методов мы поразмыслим, как можно повысить добротность с помощью… вынужденных колебаний! Если к колебательному контуру подвести источник внешних колебаний, то в контуре будет постоянно наблюдаться резонанс — внешний источник восполнит потери. Но контур сам служит источником колебаний, поэтому можно с помощью специальной электронной схемы отобрать часть колебательной энергии, усилить ее и вернуть назад в контур, тем самым частично сократив потери.

Если мы будем возвращать в контур больше энергии, чем расходуется на потери, в контуре возникнут незатухающие колебания. Теоретически они продолжатся бесконечно долго, а практически — пока не иссякнет энергия, питающая схему отбора, усиления и возврата колебательной энергии. Так рассуждал изобретатель А. Мейсснер, создавший первый в мире работоспособный генератор незатухающих колебаний на электронной лампе (генератор Мейсснера).

Генератор нам пригодится в дальнейшем, а сейчас он просто мешает — генерация недопустима в приемнике прямого усиления. Однако мы забыли, что сможем вернуть в контур чуть меньше энергии, чем необходимо на полное покрытие потерь. Колебания в таком контуре будут продолжаться дольше, чем в контуре без восполнения потерь, но они все равно рано или поздно закончатся. А теперь еще раз взгляните на рис. 11.23. Мы абсолютно точно можем сказать, что добротность контура повысилась, резонанс в частотной области стал «острее».

Интересно отметить, что таким методом мы сможем и увеличить потери в контуре, сделав резонансную кривую более пологой. Соответственно очень важно правильно подать сигнал обратной связи в контур, чтобы регенерация была возможна. Обратная связь в регенераторе носит положительный характер, то есть собственные колебания и колебания из цепи обратной связи должны складываться, а не вычитаться друг из друга.

Регенеративный прием сегодня скорее достояние истории, это в первую очередь предмет увлекательного радиолюбительского творчества. Серьезная радиоприемная аппаратура и аппаратура связи строятся по другим принципам, и вот почему. Мы уже установили, что при определенных условиях регенератор может превратиться в источник колебаний — положительная обратная связь всегда неустойчива. Поэтому в любой регенератор приходится вводить, ко всем прочим настройкам, еще и регулятор степени регенерации. Настроившись на принимаемую станцию, необходимо отрегулировать этим органом управления сигнал по максимуму громкости, минимуму искажений и отстройке от соседних станций. В дальнейшем приходится иногда подстраивать регенерацию, так как контур с повышенной добротностью чувствительнее ко всякого рода нестабильностям типа изменения температуры окружающей среды, напряжения питания. Практическое применение в профессиональной аппаратуре находит лишь собрат регенератора — сверхрегенератор. О нем мы поговорим позже.

А регенератор, несмотря на массу недостатков, до сих пор популярен у радиолюбителей, подкупая своей чрезвычайной простотой и потрясающей избирательностью, дающейся почти даром. Радиоприемную часть регенератора можно собрать всего на одном (!) транзисторе.

Итак, что собой представляет схема простейшего регенератора? Взглянем на рис. 11.24.

Рис. 11.24. Простейший регенератор (схема Мейсснера)

Сигнал принимает антенна WA, и через катушку La он поступает в основной контур LC, который подключен к сетке и катоду лампы V. Контурные колебания модулируют анодный ток и через катушку связи Lсв, поступают обратно в контур LC. Степень регенерации регулируется связью между Lcв и L, например сближением катушек. При определенной связи между катушками возникают незатухающие колебания и регенератор превращается в чистый генератор колебаний (генератор Мейсснера).

Современный регенератор нелепо собирать на электронной лампе — выручают транзисторы. Да и степень положительной обратной связи при современном уровне развития элементной базы регулировать намного удобнее. Мы будем использовать в качестве регулировки регенерации обыкновенный переменный резистор.

Вы еще не разобрали приемник прямого усиления, в котором используется на входе полевой транзистор (рис. 11.17)? В этом случае вам придется сделать минимум доработок, чтобы превратить приемник в регенератор. Необходимо лишь заменить резистор R2 на переменный (непроволочного типа, например, СПЗ-19) и сделать отвод от катушки L1, как показано на рис. 11.25.

Рис. 11.25. Доработка приемника прямого усиления (рис. 11.17), превращающая его в регенератор

Для диапазона ДВ отвод нужно сделать от 3 витка (началом считать правый по схеме вывод катушки), для диапазона СВ — от 1 витка. Транзистор VT1, как мы знаем, является истоковым повторителем, то есть не переворачивает фазы, а значит, сигнал с резистора R2 складывается с собственными колебаниями в контуре L1, С1, повышая его добротность.

Более сложный вариант регенеративного приемника, рассчитанного на работу в коротковолновых диапазонах, охватывающий частотный участок от 3,5 до 22 МГц, построен на базе американского радиолюбительского набора MFJ-8100, представляющего собой комплект деталей, печатную плату и корпус для самостоятельной сборки регенератора.

Схема этого набора со всеми необходимыми данными неоднократно публиковалась в печати, в том числе и в отечественной, что позволяет собрать и отладить приемник собственными силами.

Схема приемника, приведенная на рис. 11.26, несколько модернизирована по сравнению с оригинальной: добавлен УНЧ на интегральной микросхеме D1 типа К174УН14 (импортный аналог TDA2003). Переключатель SA1 осуществляет коммутацию диапазонов в следующих положениях:

1 — 3,5…4,3 МГц;

2 — 5,9…7,4 МГц;

3 — 9,5…12,0 МГц;

4 — 13,2…16,4 МГц;

5 — 17,5…22,0 МГц.

Рис. 11.26. Регенеративный приемник на базе MFJ-8100

В приемнике нет встроенной магнитной антенны, а значит, необходимо использовать внешнюю (WA1). Подключать заземление необязательно. Предварительное усиление сигнала осуществляется УРЧ на транзисторе VT1, Включенном по схеме с общим затвором. Резистор R1 регулирует степень связи с антенной, поэтому, изготовив и настроив приемник, нужно установить движок этого резистора в такое положение, в котором качество звука наилучшее, и далее уже его не трогать. В оригинальном наборе резистор R1 располагается на задней стенке корпуса.

Колебательный резонансный контур образован катушками L1…L5 и конденсаторами С3, С4. На первый взгляд контур оказывается незамкнутым, но это только на первый взгляд. Замыкается он конденсатором С2. Такая схемная реализация удобна тем, что один из выводов КПЕ СЗ связан с «землей», а значит, будет меньше сказываться влияние собственной емкости тела человека.

Регенеративный узел собран на транзисторах VT2 и VT3. Регулятором «регенерация» в данном случае выступает резистор R8, а резистор R10 задействуется только в процессе настройки. Вращая его, нужно добиться, чтобы по всему «ходу» резистора R8 не возникало возбуждения регенератора или возникало на самом краю «хода». Продетектированный сигнал снимается с резистора R9 и поступает на фильтр и регулятор громкости, собранный на элементах C11, С12, С13, R11, R12. Затем низкочастотный сигнал усиливается микросхемой D1 и преобразуется в звуковой сигнал динамической головкой ВА1 с сопротивлением обмотки 4…8 Ом.

Питание приемника осуществляется от стабилизированного сетевого источника напряжением 9 В. Намоточные данные катушек приведены в табл. 11.1.

Все катушки намотаны виток к витку на каркасах, склеенных из бумаги, диаметром 12 мм. Для намотки используется провод диаметром около 0,5…0,7 мм. Катушка L1 наматывается в два слоя, по 17 витков в слое; катушка L2 — также в 2 слоя (в первом слое 9 витков, во втором — 8), катушки L3, L4, L5 — однослойные. После намотки катушки следует пропитать парафином.

Печатная плата приемника приведена на рис. 11.27, а монтажная схема представлена на рис. 11.28. Проводники, идущие от катушек L1…L5 к переключателю SA1, должны быть минимальной длины. В качестве SA1 удобно использовать галетный переключатель серии ПГК. Неполярные конденсаторы должны быть керамическими, подстроечные резисторы R1, R8, R10 — непроволочными. Вместо транзисторов КП303Е допустимо использовать КП303Г, КП303Д, КП302А, КП364Е или импортный аналог J330.

На этой ноте закончим разговор о регенерации и перейдем к такому интересному техническому открытию, как сверхрегенерация.

Рис. 11.27. Печатная плата

Рис. 11.28. Сборочный чертеж и внешний вид монтажа