Сайт "Cner"

В журнале «Радио» N8 за 1953 год был описан принцип работы сверхрегенеративных усилителей высокой частоты. В статье рассказывалось о двух возможных режимах сверхрегенератора: линейном и нелинейном.

В нелинейном режиме при каждой «вспышке» колебаний амплитуда их достигает стационарного значения, прежде чем наступит срыв колебаний; в линейном срыв происходит раньше, чем амплитуда успеет достигнуть стационарной величины. Если менять уровень сигнала, подводимого ко входу сверхрегенератора, работающего в линейном режиме, то пропорционально будет меняться максимальная амплитуда колебаний в его контуре.

В нелинейном режиме изменение уровня сигнала приводит лишь к тому, что стационарная амплитуда достигается раньше (при увеличении уровня сигнала) или позже (при уменьшении), т. е. изменение величины подводимого высокочастотного напряжения приводит к изменению длительности «вспышек». Если подводимое к сверхрегенератору высокочастотное напряжение модулировано по амплитуде, то; детектируя колебания, возникающие в сверхрегенераторе, можно получить низкочастотное модулирующее напряжение. В линейном режиме его появление обусловлено периодическим изменением амплитуды колебаний, в нелинейном — периодическим изменением длительности «вспышек». При этом в первом случае форма напряжения на выходе детектора в точности повторяет форму модулирующего напряжения, а во втором оказывается искаженной.

Наличие искажений является одним из крупных недостатков нелинейного режима, делающих его непригодным для художественного приема радиопередач. Кроме того, нелинейный режим имеет еще один крупный недостаток — при нем возникают сильные шумы в отсутствие сигнала. Однако, несмотря на отмеченные недостатки, пока еще почти все сверхрегенеративные радиоприемники работают именно в нелинейном режиме. Причиной этого является крайняя нестабильность усиления в линейном режиме, делающая невозможным его использование, т. е. сводящая на нет все его хорошие качества.

Тщательные теоретические и экспериментальные исследования показали, что можно и в линейном режиме сделать работу сверхрегенератора вполне стабильной. Это дает возможность широко использовать сверхрегенераторы не только для специальной связи, но и для художественного приема радиовещательных программ, а также для многих других целей. Ниже показано, каким путем следует идти при разработке и налаживании сверхрегенеративного приемника, чтобы получить хорошую стзбильную работу.

ВЫБОР РЕЖИМА РАБОТЫ

Чтобы правильно выбрать режим работы сверхрегенератора, рассмотрим более подробно происходящие в нем процессы

Если крутизна характеристики лампы сверхрегенератора периодически меняется с помощью постороннего источника дробящего напряжения U_р (рис. 1), то в контуре LC₁C₂ возникает серия высокочастотных колебаний. Амплитуда этих колебаний нарастает при положительном полупериоде дробящего напряжения вследствие начавшейся генерации и уменьшается во время отрицательного полупериода дробящего напряжения вследствие ее срыва и постепенного затухания существовавшего перед этим колебательного процесса.



Допустим что к сверхрегенератору подводится высокочастотное напряжение, амплитуда которого составляет 10 мкв. и что максимальная амплитуда колебаний на контуре, получающаяся в этом случае, равна 10 в, т. е. превышает уровень сигнала в К=1 000 000 раз. Назовем условно коэффициент К коэффициентом усиления сверхрегенератора.

Предположим далее, что за время второго полупериода вследствие срыва генерации амплитуда колебаний уменьшается в q=1 000 000 раз. Если на это время отключить источник сигнала, то напряжение на контуре упадет до 10 мкв, которое мы назовем остаточным напряжением. Если же источник сигнала не отключать, то напряжение на контуре будет равно сумме напряжения сигнала и остаточного напряжения и составит 20 мкв (при точной настройке фазы свободных и вынужденных колебаний совпадают). В следующий положительный полупериод оно возрастает опять в миллион раз и достигает 20 в Остаточное напряжение к концу следующего отрицательного полупериода будет равно 20 мкв, а напряжение на контуре вместе с сигналом составит 30 мкв. Подобным же образом амплитуда будет возрастать с каждым следующим периодом, пока сверхрегенератор не перейдет в нелинейный режим.

В том случае, когда за время второго полупериода свободные колебания успевают затухнуть в 2000000 раз, к концу первого периода остаточное напряжение составляет 5 мкв а суммарное—15 мкв; к концу второго периода остаточное напряжение — 7,5 мкв, а суммарное — 17,5 мкв, к концу третьего остаточное — 8,75, а суммарное — 18,75 мкв и т. д.. пока суммарное напряжение не достигнет предельной величины — 20 мкв.

Рассматривая подобным же образом процессы нарастания и спадания колебаний, нетрудно убедиться, что случай, когда амплитуда колебаний успевает уменьшиться за время второго полупериода во столько же раз, во сколько она возросла за время первого полупериода (q=К), является предельным для линейного режима. При q, меньшем К, максимальная амплитуда постепенно увеличивается до захода в нелинейную область. При q, большем К, максимальная амплитуда увеличивается в течение первых периодов, постепенно приближаясь к предельному стационарному значению (причем чем меньше отличается q от К, тем больше стационарное значение отличается от первоначального). Поэтому в линейном режиме всегда должно выполняться неравенство q>K, являющееся выражением условия устойчивости.



Усиление сверхрегенератора в линейном режиме очень сильно зависит от анодного напряжения. Например, при повышении анодного напряжения на 5% К может возрасти в несколько раз. Если лампа во время отрицательного полупериода запирается полностью, то величина q зависит только от собственного затухания контура и не меняется с изменением режима работы ламп. При неполном запирании лампы затухание контура несколько уменьшится вследствие действия обратной связи. В результате этого с повышением анодного напряжения скорость затухания колебаний снижается, т. е. уменьшается q.

Таким образом, при повышении анодного напряжения К сильно увеличивается, a q либо остается постоянным, либо уменьшается. Если q по величине превышало К в недостаточное число раз, то может нарушиться условие устойчивой работы (К окажется больше q). Поэтому при выборе режима сверхрегенератора следует стремиться к тому, чтобы q во столько раз превышало К, во сколько это необходимо, чтобы условие устойчивости не нарушалось при любых возможных изменениях питающих напряжений (обычно на + 5—10%) и при смене ламп. Режим работы сверхрегенератора, в котором лампа полностью запирается во время отрицательного полупериода, оказывается более устойчивым. Кроме того, при таком режиме упрощается налаживание приемника. Поэтому всегда следует применять только этот режим.

Подбор режима сверхрегенератора производят следующим образом. Устанавливают постоянное смещение на управляющей сетке лампы Л₂ таким, чтобы рабочая точка оказалась вблизи нижнего сгиба характеристики крутизны (около —15 в на рис. 2). В этом случае можно быть уверенным, что при подаче дробящего напряжения лампа Л₂ во время отрицательного полупериода будет заперта вполне надежно при любых колебаниях питающего напряжения и любой смене ламп. Выбирать рабочую точку далеко за нижним сгибом характеристики лампы, не следует, так как тогда сверхрегенератор будет весьма чувствителен к нестабильности амплитуды дробящего напряжения.' В случае отсутствия дробящего напряжения в контуре сверхрегенератора колебаний не должно быть.



Подбирают обратную связь такой, чтобы при уменьшении смещения до —(8—7) В  в контуре возникали колебания. Для облегчения регулировки устройства желательно, чтобы колебания возникали мягко и срывались при такой величине напряжения смещения, при какой и возникали.

После подбора обратной связи следует установить исходное напряжение смещения (—15 в) и приступить к подбору амплитуды и частоты дробящего напряжения.

Наивыгоднейшее соотношение между дробящей частотой f_др и частотой собственных колебаний сверхрегенератора f_с.р. составляет около 1000 ( f_др/f_с.р.~ 1000). Выбрав частоту прерываний (обычно 15—30 кгц) и настроив на нее генератор дробящего напряжения, следует установить нужную амплитуду. Ориентировочный подбор ее можно производить, имея лишь один ламповый вольтметр, например типа «ВКС-7», который подключают параллельно контуру сверхрегенератора. Дробящее напряжение нужно плавно увеличивать до тех пор, пока амплитуда высокочастотных колебаний на контуре от собственных шумов не достигает 5—10 в.

Если амплитуда напряжения на контуре регулируется с помощью дробящего напряжения плавно и в широких пределах, то режим выбран правильно. Если же регулировка получается неплавной и сопровождается скачкообразным изменением амплитуды, то частота дробления выбрана слишком высокой (величина q мала) и ее следует снизить, удлинив этим время затухания колебаний.

В качестве примера на рис. 3, а и 3,6 приведены экспериментально снятые графики зависимости усиления от амплитуды дробящего напряжения сверхрегенеративного приемника, построенного для измерительных целей, для двух различных частот прерываний (100 гц и 200 гц) при различных формах прерывающих напряжений. Прямоугольная форма дробящего напряжения хотя и позволяет получить наибольшее усиление, но оказывается невыгодной, так как при ней получается очень низкая избирательность. Синусоидальная форма проще всего получается и обеспечивает достаточно хорошие результаты по всем параметрам. Поэтому в большинстве случаев целесообразно применять именно ее.

СТАБИЛИЗАЦИЯ УСИЛЕНИЯ

Как уже говорилось, усиление сверхрегенератора в линейном режиме очень нестабильно. Поэтому для обеспечения нормальной работы приемника необходимо, помимо правильного выбора режима, принять дополнительные меры для стабилизации Усиления. Из возможных способов стабилизации мы рассмотрим только два: введение глубокой отрицательной обратной связи по постоянному току с Целью стабилизации крутизны характеристики лампы и введение автоматической регулировки усиления. Обе они требуют лишь очень незначительного усложнения устройства,



Простейшим способом стабилизации крутизны с помощью отрицательной обратной связи по постоянному току является включение в цепь катода лампы сопротивления, шунтированного конденсатором большой емкости. Однако в связи с тем, что сопротивление смещения обычно мало (несколько сотен ом), глубина отрицательной обратной связи получается небольшой и стабильность усиления возрастает не намного. Для повышения степени стабилизации советским



учёным, доктором технических наук Е. Г. Момотом была предложена схема, в которой сопротивление в цепи катода лампы выбирается очень большим (несколько десятков килоом), а для компенсации излишнего падения напряжения на этом сопротивлении на сетку лампы подаётся соответствующее положительное напряжение от батареи Е_с (рис. 4).

В сверхрегенераторе для осуществления описанного принципа не обязательно иметь стабильный источник постоянного напряжения; его можно заменить достаточно стабильным источником напряжения дробящей частоты, т. е подавать на сетку лампы не постоянное положительное напряжение, а пульсирующее. При этом в




моменты положительного полупериода дробящего Напряжения работа сверхрегенератора не отличается от работы устройства, Схема которого приведена на рис. 4. В остальное время стабилизация ухудшается, но это не влияет на общую стабильность усиления, поскольку нарастание колебаний происходит только в течение положительного полупериода. Схема такого сверхрегенератора приведена на рис. 5.

При увеличении питающего напряжения крутизна лампы Л₂ почти не возрастает, так как увеличится отрицательное смещение, снимаемое с сопротивления R₄. Амплитуда дробящего напряжения здесь должна быть больше, чем у сверхрегенератора, собранного по схеме рис. 1, на величину падения



напряжения на сопротивлении R4. На рис. 6 приведены экспериментальные кривые, иллюстрирующие повышение стабильности усиления при применении описанного метода.

Принципиальная схема сверхрегенеративного каскада с автоматической регулировкой усиления приведена на рис. 7. В ней напряжение, имеющееся на контуре сверхрегенератора, подается на пиковый детектор, выполненный на кристаллическом диоде ДГЦ-7 (Д₁). Выпрямленное напряжение, которое появляется на нагрузке детектора при наличии в контуре колебаний, подается на сетку лампы последовательно с имеющимся напряжением смещения, установленным при выборе режима. Полярность кристаллического диода устанавливается такой, Чтобы напряжение на нагрузке было отрицательным. Напряжение смещения также резко влияет на усиление сверхрегенератора, как дробящее напряжение U_др. Поэтому малейшее увеличение напряжения смещения сразу же скажется на усилении и приведет к уменьшению напряжения на контуре. Коэффициент регулирования здесь получается очень высоким.

На детектор целесообразно подать задерживающее напряжение U_з, что бы детектирование начиналось лишь тогда, когда напряжение на контуре превышает определенный уровень. Такая система позволяет уменьшить уровень шумов в паузах при отсутствии сигнала. В самом деле, если не подать на детектор АРУ задерживающего напряжения, то цепь АРУ будет срабатывать даже от напряжения, обусловленного шумами приемника, и напряжение сигнала в этом случае не вызовет возрастания результирующего напряжения на контуре. Следовательно, уровень сигнала, подаваемого на детектор приемника, не будет превышать уровня собственных шумов при отсутствии сигнала.

На рис. 8, а приведена кривая зависимости напряжения на контуре сверхрегенератора от уровня приходящего сигнала для схемы рис. 7. На рис. 8, в дана кривая зависимости напряжения на контуре от дробящего напряжения, которая показывает, в какой мере система АРУ стабилизирует усиление при изменении режима. Следует иметь в виду, что изменение амплитуды дробящего напряжения — очень сильно Действующий фактор (см. рис. 3), и кривые на рис. 8 показывают очень высокую степень стабилизации усиления системой АРУ (практически при колебаниях питающего напряжения на +/- 10% амплитуда дробящего напряжения меняется на +/- 2%).

Недостаток сверхрегенератора, собранного по схеме рис. 7,— отсутствие стабилизации при слабых сигналах и в паузах, приводящее к значительным колебаниям чувствительности. Избавиться от этого недостатка можно сочетанием обоих описанных способов стабилизации, т. е. использованием метода стабилизации усиления отрицательной обратной связью по постоянному току и дополнительным введением системы АРУ с задержкой. Последняя является неотъемлемой частью современного высокочувствительного приемника, а в данном случае она выполняет двойную роль.

ДЕТЕКТИРОВАНИЕ

На рис, 9 показана форма напряжения на выходе детектора сверхрегенеративного приемника для двух случаев; когда детектор совершенно безинерционный и точно воспроизводит форму огибающей детектируемых колебаний (рис, 9, б) и когда детектор «инерционен» для частоты прерываний, в результате чего на выходе его правильно воспроизводится только форма огибающей максимальных амплитуд, соответствующая по форме огибающей подаваемого на вход модулированного высокочастотного сигнала (рис. 9,а).

Постоянная составляющая и амплитуда низкочастотного напряжения во втором случае будут больше, чем в первом, при одинаковой амплитуде подводимых к детектору высокочастотных «импульсов». Следовательно, и усиление сигнала во втором случае также будет больше.

Часто усилением сверхрегенератора называют отношение напряжения низкой частоты на выходе детектора к напряжению подводимой несущей



при 100-процентной модуляции. Поскольку величина усиления свёрхрегенератора при таком определении оказывается зависящей не только от режима самого сверхрегенератора, но и от параметров детектора, выше условно усилением  сверхрегенератора было названо отношение максимального напряжения на контуре к напряжению усиливаемого сигнала, величина которого зависит только от параметров самого сверхрегенератора. Для оценки эффекта детектирования можно отдельно рассматривать коэффициент передачи детектора.

Если детектор ведет себя как пиковый по отношению к импульсным колебаниям сверхрегенератора, то коэффициент передачи его близок к единице. В большинстве случаев он, однако, отличается от пикового и составляет 0,3—0,6. Постоянную времени нагрузки детектора в сверхрегенеративных приемниках следует выбирать из расчета неискаженного детектирования высшей частоты модуляции, как и для обычных супергетеродинов.

Автор: В. Хевролин

Источник публикации: ж. Радио, 1955,  №2, с. 30 - 33