Детекторно регенеративный каскад и его работа

В детекторном каскаде современных приемников прямого усиления, как правило, используется явление регенерации, имеющее очень важное значение в технике радиоприема.

С этой целью между анодной и сеточной цепями детектора устраивается обратная связь для высокочастотных колебаний. Схема регенеративного детекторного каскада с индуктивной обратной связью дана на рис. 1 ,а. Обратная связь в приемнике обычно делается переменной, с тем чтобы можно было ее регулировать.

Принцип регенерации заключается в следующем. Пульсирующий анодный ток лампового детектора, как известно, состоит из трех составляющих: постоянкой, низкочастотной и высокочастотной.

Составляющая высокой частоты по форме соответствует принимаемым модулированным колебаниям. В схеме детектора без регенерации эта составляющая не используется, а при наличии катушки обратной связи L_a она проходит через эту катушку и индуктирует в катушке контура L переменное напряжение, соответствующее принимаемым сигналам.

Если концы катушек L и L_a включены правильно, то напряжение, индуктируемое в катушке L катушкой обратной связи, будет совпадать по фазе с .напряжением сигнала и складываться с ним. В результате переменное напряжение на управляющей сетке лампы возрастет.

Но одновременно с этим возрастет и амплитуда высокочастотной составляющей анодного тока, а следовательно, увеличится и напряжение, индуктированное этой составляющей в катушке контура.

Значит, напряжение на управляющей сетке еще больше увеличится, что в свою очередь снова даст усиление высокочастотной составляющей анодного тока и увеличение благодаря действию обратной связи переменного напряжения на управляющей сетке и т. д.

Таким образом, благодаря обратной связи произойдет нарастание колебаний, но, конечно, до некоторого предела. При увеличении амплитуды колебаний в контуре LC будут возрастать потери энергии в активном сопротивлении этого контура.

Нарастание амплитуды колебаний возможно только до тех пор, пока энергия, добавляемая в контур с помощью обратной связи за счет усиления в лампе (источником этой энергии является анодная батарея), больше, чем потеря энергии в активном сопротивлении контура.

Как только потеря энергии возрастет настолько, что она станет равна энергии, поступающей из анодной цепи через обратную связь, нарастание амплитуды колебаний прекратится.

Рассмотренный процесс усиления колебаний высокой частоты получается только при достаточной величине обратной связи, т. е. при достаточно близком расположении катушек L и L_a друг к другу и при правильном их включении.

Если катушки включены неправильно, то напряжение, индуктированное в контуре под действием катушки L_a, будет противоположно по фазе напряжению сигнала и поэтому будет ослаблять, а не усиливать колебания в контуре.

При сближении катушек L_a и L, т. е. при увеличении обратной связи, усиление возрастает, но до известного предела, после которого возникает генерация собственных колебаний и каскад становится генератором. Момент возникновения генерации собственных колебаний называют порогом генерации.

Когда приемник генерирует собственные колебания, получается сложение этих колебаний с принимаемыми и в результате модулированные колебания сильно искажаются. Если принимаются немодулированные, т. е. чисто незатухающие, колебания, например несущие колебания в перерыве телефонной передачи, то от сложения этих колебаний и собственных колебаний получаются биения.

Частота биений в регенеративном приемнике зависит от разности между частотами принимаемых и собственных колебаний. При приеме ка-кой-л^бо определенной станции частота сигнала постоянна, а частота собственных колебаний, как и во всяком генераторе с самовозбуждением, разна частоте контура. Изменяя настройку контура вблизи резонанса, т. е. изменяя разность между частотой сигнала и частотой контура, мы будем изменять частоту биений.

После детектирования биений в анодной цепи получается составляющая с частотой биений, которую можно легко обнаружить в телефоне, если она находится в пределах звукового диапазона.

При точной настройке в резонанс с приходящими колебаниями биений не будет, потому что частота собственных колебаний совпадает с частотой сигнала и разность их равна нулю. Этот случай называют нулевыми биениями.

Он играет большую роль в радиотехнических измерениях, так как является показателем точной настройки в резонанс.

Практически нулевые биения получаются также « при некоторой расстройке контура относительно частоты сигнала. Объясняется это тем, что при небольшом' отклонении от резонанса приходящие колебания действуют как постороннее возбуждение и заставляют каскад генерировать колебания не с частотой контура, а с частотой сигнала, так что разности в частотах не будет.

Поэтому при настройке получается некоторая область нулевых биений, которая тем шире чем сильнее сигнал. За пределами этой области нулевых биений каскад будет генерировать собственные колебания с частотой, уже не равной частоте сигнала, и тогда возникнут биения звуковой частоты, слышимые в телефоне в виде музыкального тона (свиста).

Чем больше расстройка контура относительно частоты сигнала, тем больше разность в частотах и тем выше тон биений. При значительной расстройке частота биений выходит уже за пределы слышимых звуковых частот.

Таким образом, при настройке контура приемника с обратной связью, работающего в режиме генерации, всегда наблюдаются характерные звуки. Подход к резонансу сопровождается возникновением высокого звука (свиста), постепенно понижающегося и, наконец, обрывающегося на некотором низком тоне около точного резонанса (нулевые биения).

При дальнейшем изменении. настройки после прохождения резонанса явление повторяется в обратном порядке, т. е. возникает низкий тон, который по мере удаления от резонаса повышается, переходя в свист, и, наконец, становится неслышимым.

Графически это показано на рис. 1,6, на котором по вертикальной оси отложена частота звука биений, а по горизонтальной оси — частота контура генерирующего приемника.

Для примера на этом графике частота сигнала взята 500 кгц. Биения звуковой частоты в данном случае возникают только при расстройке не меньше чем на 200 гц относительно резонанса, и таким образом, ширина области нулевых биений составляет 400 гц.

Режим порога генерации нельзя применять для приема телефонных передач, так как тогда возможно возникновение собственных колебаний и свист биений будет сильно мешать, делая телефонную передачу неразборчивой и искаженной.

Правда, возможен прием телефонных сигналов в области нулевых биений, но при малейшем изменении частоты могут возникнуть биения и испортить прием. Поэтому телефонную передачу всегда принимают при величине обратной связи, несколько меньшей, чем у порога генерации.

Зато режим генерации необходим для приема незатухающих телеграфных сигналов. Без генерации в телефоне будут слышны лишь щелчки, но звукового тона сигналов не получится.

При наличии генерации в результате биений в телефоне получается прием сигналов телеграфной азбуки в виде звукового тона. Изменяя настройку контура генерирующего приемника, можно менять этот тон и подобрать его наиболее приятным для приема на слух. Радиотелеграфист обычно устанавливает частоту биений около 1 000 гц, так как ухо наиболее чувствительно к этой частоте.

Рис. 1. Детекторно-регенеративный каскад с индуктивной обратной связью и график изменения частоты тона биений при настройке регенератора.

Очевидно, что при этом контур должен быть расстроен на 1 000 гц в ту или другую сторону относительно частоты сигнала. Таким образом, режим наиболее громкого приема телефонных сигналов получается, чуть-чуть не доходя до порога генерации, а режим хорошего приема незатухающих телеграфных сигналов получается за порогом генерации, причем сильно увеличивать обратную связь не следует, так как при большой амплитуде собственных колебаний громкость телеграфных сигналов уменьшается.

Все это наглядно показано на рис. 2, на котором даны положения ручки обратной связи для порога генерации и для случая наилучшего приема телефонных сигналов.

Схема на рис. 1 применяется теперь редко. Ее недостаток заключается в том, что перемещение катушки обратной связи L_a в магнитном поле катушки контура L сильно влияет на индуктивность и емкость контура, изменяя его частоту.

Это затрудняет настройку приемника и не позволяет проградуировать его шкалу по частоте или длине волны.

Рис. 2. Различные положения ручки обратной связи.

Рис. 3. Схемы регенеративного каскада с регулировкой обратной связи.

Гораздо удобнее схема генератора с регулировкой обратной связи конденсатором переменной емкости.  Одна из таких схем показана на рис. 3,а. В этой схеме постоянная составляющая и составляющая звуковой частоты анодного тока проходят в анодное нагрузочное сопротивление R_а через анодный дроссель Др, заграждающий путь высокочастотной составляющей: составляющая же высокой частоты идет через катушку обратной связи L_a с последовательно включенным конденсатором переменной емкости С_а, которым можно регулировать обратную связь.

Катушки L_a и L располагаются неподвижно одна относительно другой. При увеличении емкости С_а возрастает ток высокой частоты в катушке L_a и обратная связь усиливается. Конденсатор обратной связи С_а имеет емкость 200—500 пф и может быть с твердым диэлектриком.

Иногда последовательно с ним включают постоянный конденсатор на 1000—2000 пф как предохранительный на случай замыкания пластин в С_а. Катушка L_a обычно имеет число витков, в несколько раз меньшее, чем у контурной катушки, и может быть намотана из любого, даже очень тонкого провода.

Если катушки L_a и L намотаны на одном каркасе, то для уменьшения паразитной емкости между анодом и управляющей сеткой следует их наиболее удаленные друг от друга концы подключать к аноду (у L_a:) и к управляющей сетке (у L).

Чтобы обратная связь не получалась слишком сильной, рекомендуется между анодом и катодом лампы включить конденсатор небольшой емкости (30—100 пф). Тогда ток высокой частоты частично ответвляется через этот конденсатор и не проходил полностью в катушку L_a.

Дроссель высокой частоты Др должен иметь несколько сотен витков и обладать возможно меньшей собственной емкостью; обычно для этого его обмотку делают секционированной.

Вместо триодов в детекторно-регенеративном каскаде часто применяются тетроды и особенно пентоды, дающие значительно большее усиление. Регулирование обратной связи при применении тетрода или пентода может осуществляться посредством конденсатора переменной емкости по схеме на рис. 3,а.

Еще лучшим способом является регулирование обратной связи путем изменения напряжения на экранной сетке с помощью потенциометра R (рис. 3,6). При таком способе изменения обратной связи меньше влияют на настройку контура.

Для хорошей работы регенератора важно, чтобы подход к генерации был плавным, так как только при этих условиях величину связи можно доводить почти до самого порога генерации и таким путем получать максимальное усиление.

В случае «мягкого» (плавного) подхода к порогу генерации возникшая генерация при уменьшении обратной связи обрывается так же плавно и при том же самом значении величины связи, при каком она возникла.

Порог генерации получается один, вполне определенный и устойчивый. Поэтому дальние станции можно принимать устойчиво у самого порога генерации, когда усиление получается наибольшим.

В противоположность этому иногда наблюдается «жесткий» (резкий) подход к порогу генерации или так называемое затягивание генерации. При нем не удается подойти близко, к порогу генерации.

Еще до получения режима с максимальным усилением генерация возникает резко, «щелчком», а при уменьшении обратной связи генерация затягивается и затем так же резко, «щелчком», обрывается при гораздо меньшем значении обратной связи, чем то, при котором она возникла. Получаются как бы два неустойчивых порога генерации. Поэтому принимать далекие и слабые станции с наибольшим усилением у самого порога невозможно.

Для устранения жесткого подхода к генерации необходимо уменьшить анодное напряжение на детекторной лампе и тщательно подобрать величину сеточного сопротивления (утечки сетки).

Плавность подхода к генерации зависит от положения рабочей точки на характеристике анодного тока. Необходимо, чтобы она была на участке наибольшей крутизны, т. е. .на прямолинейном участке.

Отсюда, между прочим, следует, что при анодном детектировании применять регенерацию нецелесообразно, так как рабочая точка в этом случае находится на нижнем изгибе.

Помимо подбора величины R_c для получения плавного подхода к генерации и обеспечения наилучших условий детектирования в батарейном приемнике, следует пробовать включать R_c на плюс или минус батареи накала.

Обычно включение на минус дает более плавный подход к генерации, но зато включение на плюс дает более громкую слышимость. Для подбора наилучшего режима детектирования и регенерации можно также включить R_c на движок потенциометра, соединенного с концами нити, и подобрать наивыгоднейшее положение рабочей точки.

Сеточный детектор, как мы знаем, является одновременно и детектором и усилителем низкой частоты. При наличии регенерации он, кроме того, дает большое усиление высокой частоты. Чувствительность регенеративного приемника поэтому очень велика, особенно к слабым сигналам. Чем слабее принимаемый сигнал, тем больше усиление, даваемое регенератором.

Для слабых сигналов усиление доходит до нескольких тысяч, а для сигналов близких мощных станций, которые слышны громко и без обратной связи, усиление получается малым и недостаточным для приема на громкоговоритель.

Избирательность также значительно увеличивается от применения регенерации. У порога генерации она становится .особенно высокой, а полоса пропускаемых частот весьма заметно суживается, так что при настройке точно в резонанс слышимость становится глухой из-за срезания крайних боковых частот, которыми передаются высокие звуки.

Однако все же мощные близ-кие станции слышны в большом диапазоне настройки регенератора и сильно мешают приему других станций, особенно слабых и далеких. Эти недостатки регенератора устраняются применением каскадов усиления высокой частоты.

Необходимость каскада усиления высокой частоты диктуется еще одним довольно неприятным свойство» регенеративного приемника. В режиме генерации он фактически превращается в маломощный передатчик и излучает через антенну радиоволны, которые принимаются соседними приемниками и создают в них помехи в виде свистов, завываний и т. п.

Такое паразитное излучение регенератора совершенно недопустимо, и для его устранения обязательно наличие в приемнике каскада усиления высокой частоты. Тогда колебания, генерируемые в детекторном каскаде, не смогут пройти в антенну.

В последнее время приємними прямого усиления с обратной связью применяются все меньше и меньше, что объясняется следующими причинами.

Чтобы построить приемник прямого усиления, обладающий большой чувствительностью и высокой избирательностью, нужно увеличить в нем число каскадов усиления высокой частоты. Но тогда даже при тщательной экранировке трудно избавиться от паразитной генерации.

Большое число .резонансных контуров чрезвычайно удорожает приемник, усложняет его конструкцию и настройку. Для осуществления одноручечной настройки можно подогнать в резонанс два-три контура, настраивающихся с помощью агрегата конденсаторов переменной емкости, но сделать это для большего числа контуров очень трудно.

Кроме того, каскады усиления высокой частоты, работающие в радиовещательном диапазоне или в диапазоне коротких волн, дают сравнительно малое усиление, так как сопротивление анодного контура получается во много раз меньшим внутреннего сопротивления лампы.

Приемник прямого усиления нелегко настраивать: необходимо одновременно вращать ручку настройки и ручку обратной связи; слабые сигналы можно принимать только при установке обратной связи у самого порога генерации, что требует от настраивающего большого опыта.

Все эти недостатки почти полностью устраняются в приемнике с преобразованием частоты, т. е. в супергетеродине.

Иногда для упрощения схемы и конструкции в супергетеродини ом приемнике вместо второго гетеродина применяют сеточный детектор с обратной связью. Помимо возможности приема телеграфных сигналов, об-ратная связь в этом случае дает также некоторое усиление телефонных сигналов, особенно если они слабы.

Источник: Бурлянд В.А., Жеребцов И.П. Хрестоматия радиолюбителя. 1963 г.