Сверхрегенеративный приемник на основе барьерного генератора
В. Артеменко, UT5UDJ,
01021, г. Киев-21, а/я 16
В работах [1, 2] были рассмотрены практические схемы барьерных генераторов ВЧ. Однако при этом оставалась без внимания еще одна перспективная область применения таких генераторов - использование их в качестве сверхрегенеративных детекторов (приемников).
Из теории сверхрегенерации известно, что генератор ВЧ, работающий в режиме прерывистой генерации (и при выполнении также ряда других требований), может служить и в качестве сверхрегенеративного детектора (приемника).
Таким образом, используя однотранзисторный барьерный генератор ВЧ, можно построить очень простой сверхрегенеративный приемник. Режим прерывистой генерации с целью получения сверхрегенеративного детектора наиболее просто реализуется с помощью установки интегрирующей RC-цепи по цепи питания барьерного генератора ВЧ. Для этого постоянная времени данной RC-цепи должна быть больше, чем время нарастания амплитуды колебаний ВЧ в схеме генератора. Собственно, такая идея не нова и уже неоднократно реализовывалась. Например, одна их схем сверхрегенеративного приемника, использующая гашение за счет RC-цепи, рассмотрена в [3]. В принципе, для построения сверхрегенеративного приемника можно использовать практически любую схему барьерных генераторов ВЧ из приведенных в [1, 2].
Такое успешное осуществление режима самогашения (прерывистой генерации или автосуперизации) за счет интегрирующей RC-цепи, установленной по цепи питания барьерного генератора ВЧ, в основном оказывается возможным благодаря характерному свойству барьерных генераторов.
Так, при относительно низком напряжении на конденсаторе RC-цепи генератор не возбуждается, и при этом он представляет для постоянного тока очень высокое сопротивление. Поэтому "заторможенный" генератор и не мешает заряду (зарядке) конденсатора через сопротивление. При достижении напряжения на конденсаторе некоторого уровня (примерно 0,6 В), барьерный генератор ВЧ начинает генерировать электрические колебания. В этом случае генератор представляет для постоянного тока уже достаточно низкое сопротивление!
В этой связи конденсатор RC-цепи достаточно быстро разряжается через работающий барьерный генератор. Напряжение на конденсаторе быстро уменьшается, и в результате чего генератор перестает генерировать и переходит в "заторможенный" режим, где имеет уже снова очень большое сопротивление постоянному току (но, не мешая при этом процессу зарядки конденсатора через резистор).
Такой процесс автосуперизации повторяется снова и снова...
Особенности осуществления процесса приема в приемнике с самогашением (автосуперизацией) рассмотрены [4].
Таким образом, весьма важным условием возможности осуществления автосуперизации с помощью интегрирующей RC-цепи, установленной по цепи питания барьерного генератора ВЧ, является его большое сопротивление по постоянному току в "заторможенном" состоянии и относительно низкое сопротивление по постоянному току в режиме генерации.
Если бы сопротивление генератора по постоянному току не изменялось бы при переходе генератора от "заторможенного" состояния к генерирующему (или от генерирующего состояния к "заторможенному"), то практически осуществить автосупериэацию (и тем самым фактически превратить генератор в приемник) не удалось бы!
Вот почему, например, на германиевых транзисторах, которые характеризуются значительными токами утечки, такой приемник изготовить нельзя (данные экспериментов автора).
Другим важным условием, необходимым для возможности осуществления автосуперизации генератора с помощью интегрирующей цепи, установленной по цепи питания генератора, является гистерезис при переходе от "заторможенного" состояния к генерирующему, и, наоборот, - при переходе от генерирующего состояния к "заторможенному".
Поскольку это свойство характерно для любых генераторов (а не только для барьерных), это свойство не является все же достаточным для получения (реализации) автосуперизации.
Рассмотрим практическую схему такого сверхрегенеративного приемника (рис. 1).
Рис. 1. Схема электрическая принципиальная сверхрегенеративного приемника
Собственно, сам сверхрегенеративный детектор выполнен на основе барьерного генератора ВЧ с ОБ [2]. Прерывистая генерация (автосуперизация) в данной схеме реализуется с помощью упомянутой выше интегрирующей RC-цепи, включающей в себя конденсатор С4* и последовательно соединенные резисторы R2 и R3*. Дроссель L2 необходим исключительно для развязки по ВЧ, поскольку непосредственное подключение С4* к эмиттеру транзистора VT1 делает генерацию невозможной.
Бескаркасная катушка L1 содержит 11 витков провода диаметром 0,8 мм. Намотка произведена "виток к витку" (для удобства выполнялась на хвостике сверла диаметром 5,5 мм).
Использование конденсатора С1 с небольшой емкостью и резистора R1 с сопротивлением, близким к 50 Ом, как и в конструкции [3], позволяет получить входное сопротивление по ВЧ, близкое к 50 Ом. Оптимальный режим работы сверхрегенеративного детектора (в частности, средняя частота автосуперизации) достигается подбором емкости конденсатора С4* и сопротивления резистора R3*. Подбором величины конденсатора С3* регулируют величину ПОС.
Величина емкости конденсатора С3* при работе генератора в качестве сверхрегенеративного детектора должна быть значительно больше, чем это необходимо для возникновения устойчивой генерации (как если бы данная схема использовалась просто как генератор).
По-видимому, это явление связано с уменьшением сопротивления по постоянному току (при увеличении емкости конденсатора С3*) в режиме генерации и, возможно, с увеличением гистерезисных явлений с ростом этой емкости С3*.
Конденсатор С3* следует подбирать при настройке приемника. В целом методика настройки приемника практически не отличается от приведенной в [3].
Чувствительность данного сверхрегенеративного детектора такая же, как и у схемы [3] - примерно 500 мкВ/50 Ом.
При номиналах деталей, указанных на рисунке, возможна перестройка приемника в пределах 25...40 МГц (примерные границы перестройки по частоте).
Из-за низкой селективности использовать данный приемник на вещательных диапазонах (имеется в виду KB, AM) нерационально. Лучше эксплуатировать его на УКВ (ЧМ), уменьшив число витков катушки L1 в 2...3 раза и соответственно подбирая элементы С1 и С3*.
Литература
1. Артеменко В. Барьерные генераторы ВЧ на биполярных транзисторах. - Радиолюбитель, 2001, №7, с. 27.
2. Артеменко В. Барьерный LC-генератор. - Радиолюбитель. КВ и УКВ, 2004, №2, с. 34.
3. Артеменко В. Сверхрегенеративный приемник с барьерным режимом работы транзисторов. - Радиолюбитель. KB и УКВ, 2002, №11, с. 36...39.
4. Жеребцов И. П. Радиотехника. - М.: Связьиздат, 1963.