Сверхрегенеративный прием - как работает сверхрегенеративный приемник

Недостатки регенеративного приемника в значительной степени устраняются в сверхрегенераторе, в котором модулированные сигналы принимаются в режиме генерации, но мешающие биения звуковой частоты не возникают, так как генерация колебаний прерывается со сверхзвуковой частотой.

Благодаря этому в сверхрегенераторе получается более устойчивый прием модулированных сигналов, чем в регенераторе, и весьма высокая чувствительность. Усиление, даваемое одним сверхрегенеративным каскадом при приеме слабых сигналов, доходит до сотен тысяч.

Сверхрегенеративные приемники применяются только для приема радиотелефонных сигналов или модулированных радиотелеграфных сигналов'. Они имеют сравнительно невысокую избирательность и поэтому особенно пригодны для приема сигналов передатчиков, не имеющих стабилизации частоты.

Недостатком сверхрегенератора является «суперный шум» в виде шороха, слышимого при отсутствии принимаемых сигналов. Этот шум уничтожается приходящими сигналами, если только они не слишком слабы.

Физические процессы в сверхрегенераторе. Пусть в регенеративном приемнике (рис. 1) обратная связь установлена такой, что при небольшом отрицательном смещении на сетке получается режим генерации, а при увеличении смещения собственные колебания прекращаются.

Если подать на сетку от вспомогательного генератора переменное напряжение с частотой, которая значительно ниже частоты собственных колебаний, то смещение на сетке будет изменяться. Когда на сетку поступает положительная полуволна вспомогательного напряжения, то рабочая точка на характеристике лампы находится в области большой крутизны и в схеме генерируются собственные колебания.

В отрицательный полупериод напряжения вспомогательной частоты рабочая точка сдвигается на участок характеристики с меньшей крутизной и генерация прекращается. Таким образом, генерация собственных колебаний высокой частоты прерывается с более низкой вспомогательной частотой.

Эту частоту называют гасящей.

Рис. 1. Схема для получения сверхрегенеративного приема.

Когда на входе приемника полезных сигналов нет, генерация колебаний высокой частоты во время положительных полупериодов гасящего напряжения возникает под влиянием электрических флуктуаций.

Рис. 2. Графики процессов в сверхрегенераторе при отсутствии сигналов на входе приемника.

Этим термином называют весьма слабые электрические импульсы, которые существуют в любой электрической цепи, так как электроны в каждом проводнике совершают беспорядочное тепловое движение.

На рис. 2 даны графики электрических процессов в сверхрегенераторе при отсутствии сигналов на входе приемника. График а показывает напряжение гасящей (вспомогательной) частоты.

Для упрощения гасящее напряжение взято прямоугольной формы. Если гасящее напряжение имеет синусоидальную форму, то принцип работы сверхрегенератора не изменится, но явления будут протекать сложнее.

Возникающие вспышки колебаний высокой частоты даны на графике б. Эти колебания возникают и нарастают при каждом положительном полупериоде гасящего напряжения, а затухают при каждом отрицательном его полупериоде.

Чем сильнее начальный импульс электрических флуктуаций, тем больше амплитуда генерируемых колебаний высокой частоты. Импульсы электрических флуктуаций имеют разную величину, и вспышки колебаний имеют также различные амплитуды, причем никакой закономерности в этом нет.

В результате детектирования таких высокочастотных колебаний с «беспорядочной» "модуляцией получаются импульсы различной величины, следующие друг за другом со вспомогательной частотой (график в).

Они не могут быть слышны в телефоне, так как вспомогательная частота сверхзвуковая. Среднее значение тока этих импульсов, показанное на графике в пунктирной линией, изменяется также беспорядочно, но более медленно и создает в телефоне звук в виде шороха - суперный шум.

Если на приемник воздействуют полезные сигналы более слабые, чем импульсы электрических флуктуаций, то процесс практически не изменяется. Суперный шум остается и заглушает принимаемые сигналы.

Прием сигналов, уровень которых выше уровня импульсов флуктуаций, показан на рис. 3. Напряжение гасящей частоты изображено на графике а. График б показывает модулированное колебание приходящего сигнала.

Вспышки собственных колебаний теперь возникают под влиянием более сильных приходящих колебаний, а не от слабых флуктуационных импульсов. Наибольшая амплитуда колебаний в этих вспышках определяется амплитудой приходящих сигналов, т. е. следует закону модуляции этих сигналов (график в).

Результат детектирования таких колебаний показан на графике г. Среднее значение полученных импульсов изменяется с частотой модуляции, и в телефоне слышен передаваемый звук.

В этом случае нет вспышек колебаний от флуктуаций и суперный шум не слышен даже тогда, когда принимаются только несущие колебания сигнала, т. е. когда модуляции нет. Происходит подавление суперного шума приходящими сигналами.

Вспышки колебаний под влиянием приходящих сигналов могут возникать и при большой разнице между частотой сигнала и частотой приемного контура, т. е. при значительной расстройке.

Амплитуда сигналов при этом уменьшается, но, пока она превышает флуктуационные импульсы, прием возможен. Следовательно, избирательность у сверхрегенератора получается сравнительно низкая, но зато устойчивость приема значительно выше, чем у обычного регенеративного приемника.

Рассмотренные процессы в сверхрегенераторе объясняют его высокую чувствительность. Под влиянием очень слабых приходящих сигналов в сверхрегенераторе возникают вспышки собственных колебаний, амплитуда которых нарастает до значительной величины, определяющей слышимость принимаемых сигналов.

Рис. 3. Графики процессов в сверхрегенераторе при приеме модулированных сигналов.

Вспышки генерации колебаний происходят с частотой гасящего напряжения, а приходящие сигналы определяют величину наибольшей амплитуды генерируемых колебаний.

Чувствительность сверхрегенератора зависит от того, до какой величины может нарастать амплитуда собственных колебаний. Эта амплитуда может достигать нескольких вольт, хотя приходящие сигналы могут иметь амплитуду в несколько микровольт. Таким образом, коэффициент сверхрегенеративного усиления доходит до миллионов и мало зависит от усилительных свойств лампы.

Возможна также работа сверхрегенератора при низком анодном напряжении (15-20 в), если оно достаточно для самовозбуждения.

Гасящая частота должна быть обязательно сверхзвуковая, чтобы колебания этой частоты не воспринимались ухом человека, и она должна быть значительно ниже частоты сигнала.

Если последнее условие не соблюдается, то за время положительного полупериода гасящей частоты амплитуда колебаний высокой частоты не нарастает до достаточно большой величины.

На средних и даже коротких волнах трудно выполнить указанные условия, но для УКВ можно выбрать наивыгоднейшую гасящую частоту порядка 100-200 кгц.

Сверхрегенератор дает излучение в окружающее пространство, так как он работает в режиме генерации.

Рис. 4. Схема сверхрегенеративного детектора с отдельным генератором гасящей частоты.

Поэтому желательно иметь каскад усиления высокой частоты, который устраняет излучение, отделяя генерирующий каскад от антенны, повышает чувствительность приемника и делает его работу более устойчивой.

Если нет каскада усиления высокой частоты, то всякие изменения параметров антенны влияют на настройку и режим работы сверхрегенератора, колебательный контур которого связан с антенной.

Применение сверхрегенератора без каскада усиления высокой частоты допустимо только в крайнем случае, например в переносной аппаратуре, когда число ламп и расход энергии источников питания должны быть сведены к минимуму.

Основные схемы сверхрегенеративных приемников. Типичная схема сверхрегенератора с отдельным генератором показана на рис. 4.

Ламп.а Л1 входит в детекторно-регенеративный каскад, представляющий собой УКВ генератор и сеточный детектор. Контур L1C1 настраивается на частоту приходящих сигналов.

Генератор колебаний гасящей частоты работает на лампе Л2 и имеет индуктивную обратную связь. Гасящая частота определяется параметрами контура L2С2. Для регулировки режима работы служит потенциометр R, при помощи которого изменяют анодное напряжение на лампах.

Через конденсатор С3 колебания гасящей частоты передаются на сверхрегенеративный каскад. Конденсатор С4 служит для пропускания только токов частоты принимаемого сигнала, а через конденсатор C5 замыкаются токи гасящей и низкой частоты.

Трансформатор Тр служит для передачи колебаний, полученных в результате детектирования, на усилитель низкой частоты Дроссель Др преграждает путь колебаниям высокой частоты. В такой схеме генератор на лампе Д2 играет роль модулятора, прерывающего генерацию колебаний в каскаде лампы Л1.

Рис 5. Схема сверхрегенеративного детектора, работающего в режиме самогашения.

Более простыми и распространенными являются схемы с са-могашением, в которых прерывание генерации колебаний высокой частоты происходит за счет особого режима цепи сетки. Одна из таких схем дана на рис. 5.

В ней отрицательное смещение на сетке лампы получается от напряжения, возникающего на конденсаторе Сс, или, что то же самое, от падения напряжения на сопротивлении Rc. Величины Rc и Сс подбираются так, чтобы при нарастании колебаний конденсатор Сс заряжался сеточным током до напряжения, которое гасит генерацию.

После этого конденсатор разряжается на сопротивление Rc.Когда напряжение на нем, а следовательно, и смещение на сетке несколько уменьшаются, снова возникает генерация.

Колебания опять нарастают и увеличивают смещение до тех пор, пока Генерация не сорвется, после чего конденсатор снова разрядится и т. д. В этой схеме гасящая частота определяется величинами С с и Rc, а также параметрами лампы и режимом схемы.

Особенностью схемы рис. 5 является подача положительного постоянного напряжения не только на анод, но и на сетку лампы (через большое сопротивление Rc). Могут применяться и схемы, в которых сопротивление утечки Rc включено нормально на катод лампы.

Наивыгоднейший режим сверхрегенератора с самогашением достигается изменением анодного напряжения при помощи потенциометра R. Делают также переменным сопротивление Rc. Связь с усилителем низкой частоты может быть осуществлена и по реостатной схеме. В качестве лампы применяют любой триод или пентод, пригодный для УКВ.

В сверхрегенераторе с самогашением суперный шум и внешние импульсные помехи подавляются приходящими сигналами, а также получается хорошая устойчивость работы и автоматическая регулировка усиления.

Сверхрегенеративные приемники могут быть использованы и для приема частотно-модулированных сигналов.

Источники:

1. С. Л. Давыдов - Радиотехника. Учебное пособие для сержант войск связи. 1958 год, стр. 274.
2. Ф.Л. Левинзон - Радиотехника. Учебное пособие для сержант войск связи. 1957 год, стр. 314.

С.Л. Давыдов. Радиотехника. Учебное пособие для сержант войск связи. 1958 год стр.274

Ф.Л. Левинзон. Радиотехника. Учебное пособие для сержант войск связи.1957 год, стр.314