Что такое регенеративный приемник

Регенеративные радиоприемники

Принцип регенеративного приема был предложен в 1913 году Амстронгом (США).

Регенератор представляет собой каскад, собранный по схеме лампового генератора с самовозбуждением, с резонансным контуром в цепи сетки. (транзисторный генератор с самовозбуждением с резонансным контуром в цепи базы). Обратная связь, как и в генераторе выбирается положительной, но несколько меньшей критического значения, соответствующего порогу самовозбуждения.

Регенеративный каскад выполняет одновременно три функции:

— усиление сигналов высокой частоты;

— усиление сигналов низкой частоты.

Усиление высокой частоты происходит за счет действия положительной обратной связи.

Детектирование (сеточное или базовое) осуществляется за счет нелинейности характеристики сеточного тока лампы или базового тока транзистора.

Усиление низкой частоты осуществляется за счет усиления анодной или коллекторной цепью результата детектирования, выделенного на сопротивлении, включенного в цепь сетки или базы.

Резонансный контур в цепи сетки или базы настраивается на частоту сигнала и осуществляет избирательность по высокой частоте.

Вследствие наличия усиления по высокой и по низкой частоте регенеративный приемник имеет более высокую чувствительность, чем детекторный приемник. Однако, для получения большей чувствительности регенератора необходимо приблизить эквивалентное затухание резонансного контура к нулю, при этом режим получается весьма нестабильным, а полоса пропускания слишком узкой.

1. Сверхрегенеративные радиоприемники (суперрегенераторы)

1924 год. Амстронг

Сверхрегенератор получается, если в цепь сетки лампы регенератора или в цепь базы транзистора ввести некоторое вспомогательное напряжение . Это напряжение периодически смещало бы рабочую точку лампы или транзистора из области большой крутизны, в которой выполнялось условие самовозбуждения и, следовательно, происходило нарастание колебаний, в область с малой крутизной, где условие самовозбуждения не выполнялось и происходило затухание колебаний.

При соответствующем подборе режима суперрегенеративный каскад может давать весьма большое усиление (порядка 1000000 и более), и чувствительность приемника при этом лимитируется лишь уровнем помех и, в первую очередь, величиной внутреннего шума приемника.

Основными недостатками сверхрегенератора является:

— возможность получения большого усиления только при достаточно высокой несущей частоте сигнала (несущая частота должна превышать высшую частоту модуляции в сотни или тысячи раз);

— большие нелинейные искажения сигнала;

— относительно широкая полоса пропускания;

— недостаточная стабильность режима;

— трудность подбора оптимального режима для достаточно широкого диапазона частот сигнала (т.е. при перестройке РПрУ с приема сигналов одной радиостанции на прием от другой радиостанции).

1.3 Регенеративный приемник

Регенеративный приемник может использоваться как для приема непрерывных амплитудно-модулированных (телефонных) сигналов, так и для приема дискретных сигналов с амплитудной манипуляцией (телеграфных сигналов).

Его схема представлена на рисунок 7. В качестве нагрузки в стоковую цепь транзистора вместо резистора R_ст включен телефон. Телефон шунтируется конденсатором С_ст. Такая нагрузка представляет заметное сопротивление лишь для токов звуковой частоты. По высокой частоте схема регенеративного приемника повторяет схему регенератора, показанную на рисунке 3.

Рис. 7. Схема регенеративного радиоприемника

При приеме радиовещательных сигналов в схеме приемника устанавливают недовозбужденный режим (М < М_кр), а контур настраивают на частоту сигнала принимаемой станции, т.е. . Регенеративный приемник содержит в себе усилитель высокой частоты, детектор и усилитель низкой частоты, т.е. его можно представить в виде схемы рисунке 8.

Рисунок 8 – Функциональная схема регенеративного приемника для приема непрерывных сигналов

Главной особенностью в реализации этой схемы является работа одного транзистора в качестве трех разных преобразователей. Колебания высокой частоты, вводимые в контур при помощи антенной катушки связи L_А усиливаются регенеративным усилителем, схема которого аналогична схеме на рисунке 3. Усиленные высокочастотные колебания детектируются в цепи затвора этого усилителя. Цепь затвора, составленная из контура LC (в данном случае контур можно рассматривать как источник внешнего для детектора напряжения), цепи R_зC_з и p-n-перехода затвор-исток транзистора, представляет собой схему диодного детектора. Появившееся на R_зC_з цепи (как на нагрузке детектора) напряжение низкой частоты подается на затвор того же транзистора, который и усиливает это напряжение. Так как сопротивление катушки L_A для токов низкой частоты ничтожно мало, по цепи обратной связи напряжение этой частоты передаваться не будет. Таким образом, для колебаний низкой частоты схема является обычным усилителем, т.е. усилителем без обратной связи.

Неискаженное усиление сигнала по высокой и низкой частотам в регенеративном приемнике обеспечивается при условии, что усиление происходит в относительно линейной части ВАХ транзистора; а детектирование осуществляется за счет нелинейности характеристики.

При приеме дискретных сигналов с амплитудной манипуляцией регенеративный приемник работает в возбужденном режиме, т.е. при М > М_кр, и процессы в его схеме качественно отличаются от процессов при недовозбужденном режиме.

Для приема амплитудно-манипулированных сигналов контур приемника слегка расстраивают относительно частоты высокочастотного заполнения сигнала, так что , и в схеме имеют место колебания двух частот: внешнее с частотойи собственное с частотой. Оба колебания попадают на затвор транзистора, и вследствие нелинейности его характеристики в стоковой цепи приемника появляются гармоники и комбинационные колебания. Так как стоковой нагрузкой являетсяRС-цепь, то на ней будут выделяться только колебания низких частот. Среди этих колебаний наиболее заметным будет колебание частоты . Это явление и используется для приема телеграфных сигналов.

Для приема амплитудно-манипулированных колебаний необходимо применение специального гетеродина. Роль этого гетеродина выполняет схема регенератора в возбужденном режиме. В данном случае один и тот же транзистор работает в схемах генератора высокочастотных колебаний, детектора и усилителя низкой частоты (рисунок 9).

Рисунок 9 – Функциональная схема регенеративного приемника при приеме телеграфных сигналов.

Однако в настоящее время регенеративный приемник почти не применяется из-за присущих ему недостатков. Регенеративный прием относительно широкополосных сигналов, например, вещательной программы симфонической музыки неизбежно сопровождается искажениями. Объясняется это тем, что при большой обратной связи резонансная кривая сужается, уменьшить же обратную связь нельзя, поскольку тогда усиление может оказаться недостаточным.

Запас устойчивости регенеративного приемника небольшой. Коэффициент регенерации усилителя (согласно (5)) будет большим только при . Но параметр() зависит от емкости конденсатора. Емкость же конденсатора при перестройке приемника на другую волну неизбежно изменяется. Поэтому регенеративный приемник склонен к самовозбуждению.

В регенеративном приемнике трудно обеспечить стабильность коэффициента регенерации , а, следовательно, и общего коэффициента усиления приемника. Из (5) следует, что малые измененияприводят к большим изменениям, если исходное значениевелико.

В регенеративном приемнике непременно должна быть выведена наружу ручка управления обратной связью (дополнительный орган управления!), при помощи которой можно изменять величину М так, чтобы скомпенсировать влияние остальных величин, входящих в формулу для .

При нарушении устойчивости регенеративного приемника на его стоковой нагрузке появляется напряжение звуковой частоты, которое создает помехи (так называемый «регенеративный свист»). Это связано с тем, что как бы тщательно не был настроен контур на частоту внешнего сигнала, разностьвсегда оказывается, значительной. Легко подсчитать, что расстройка на десятую долю процента на частотах порядка одного мегагерца приводит к разности порядка тысячи герц.

Как нарушение устойчивости при приеме непрерывных (телефонных) сигналов, так и генерация собственных колебаний при приеме дискретных (телеграфных) сигналов приводят к паразитному излучению этих колебаний через приемную антенну, в результате чего возникают помехи. Помехи, вызванные излучением, являются особенностью не только регенеративного приемника. В супергетеродинном приемнике, например, так же имеется паразитное излучение от своего гетеродина.

В регенеративном приемнике, работающем в возбужденном режиме, т.е. при приеме дискретных сигналов, может возникнуть совершенно специфическое явление, называемое принудительной синхронизацией, в результате которого прием сигналов станет невозможным. Это явление, вредное при приеме дискретных сигналов, во многих случаях является полезным и имеет большое практическое значение.

1.3 Регенеративный приемник

Регенеративный приемник может использоваться как для приема непрерывных амплитудно-модулированных (телефонных) сигналов, так и для приема дискретных сигналов с амплитудной манипуляцией (телеграфных сигналов).

Его схема представлена на рисунок 7. В качестве нагрузки в стоковую цепь транзистора вместо резистора R_ст включен телефон. Телефон шунтируется конденсатором С_ст. Такая нагрузка представляет заметное сопротивление лишь для токов звуковой частоты. По высокой частоте схема регенеративного приемника повторяет схему регенератора, показанную на рисунке 3.

Рис. 7. Схема регенеративного радиоприемника

При приеме радиовещательных сигналов в схеме приемника устанавливают недовозбужденный режим (М < М_кр), а контур настраивают на частоту сигнала принимаемой станции, т.е. . Регенеративный приемник содержит в себе усилитель высокой частоты, детектор и усилитель низкой частоты, т.е. его можно представить в виде схемы рисунке 8.

Рисунок 8 – Функциональная схема регенеративного приемника для приема непрерывных сигналов

Главной особенностью в реализации этой схемы является работа одного транзистора в качестве трех разных преобразователей. Колебания высокой частоты, вводимые в контур при помощи антенной катушки связи L_А усиливаются регенеративным усилителем, схема которого аналогична схеме на рисунке 3. Усиленные высокочастотные колебания детектируются в цепи затвора этого усилителя. Цепь затвора, составленная из контура LC (в данном случае контур можно рассматривать как источник внешнего для детектора напряжения), цепи R_зC_з и p-n-перехода затвор-исток транзистора, представляет собой схему диодного детектора. Появившееся на R_зC_з цепи (как на нагрузке детектора) напряжение низкой частоты подается на затвор того же транзистора, который и усиливает это напряжение. Так как сопротивление катушки L_A для токов низкой частоты ничтожно мало, по цепи обратной связи напряжение этой частоты передаваться не будет. Таким образом, для колебаний низкой частоты схема является обычным усилителем, т.е. усилителем без обратной связи.

Неискаженное усиление сигнала по высокой и низкой частотам в регенеративном приемнике обеспечивается при условии, что усиление происходит в относительно линейной части ВАХ транзистора; а детектирование осуществляется за счет нелинейности характеристики.

При приеме дискретных сигналов с амплитудной манипуляцией регенеративный приемник работает в возбужденном режиме, т.е. при М > М_кр, и процессы в его схеме качественно отличаются от процессов при недовозбужденном режиме.

Для приема амплитудно-манипулированных сигналов контур приемника слегка расстраивают относительно частоты высокочастотного заполнения сигнала, так что , и в схеме имеют место колебания двух частот: внешнее с частотойи собственное с частотой. Оба колебания попадают на затвор транзистора, и вследствие нелинейности его характеристики в стоковой цепи приемника появляются гармоники и комбинационные колебания. Так как стоковой нагрузкой являетсяRС-цепь, то на ней будут выделяться только колебания низких частот. Среди этих колебаний наиболее заметным будет колебание частоты . Это явление и используется для приема телеграфных сигналов.

Для приема амплитудно-манипулированных колебаний необходимо применение специального гетеродина. Роль этого гетеродина выполняет схема регенератора в возбужденном режиме. В данном случае один и тот же транзистор работает в схемах генератора высокочастотных колебаний, детектора и усилителя низкой частоты (рисунок 9).

Рисунок 9 – Функциональная схема регенеративного приемника при приеме телеграфных сигналов.

Однако в настоящее время регенеративный приемник почти не применяется из-за присущих ему недостатков. Регенеративный прием относительно широкополосных сигналов, например, вещательной программы симфонической музыки неизбежно сопровождается искажениями. Объясняется это тем, что при большой обратной связи резонансная кривая сужается, уменьшить же обратную связь нельзя, поскольку тогда усиление может оказаться недостаточным.

Запас устойчивости регенеративного приемника небольшой. Коэффициент регенерации усилителя (согласно (5)) будет большим только при . Но параметр() зависит от емкости конденсатора. Емкость же конденсатора при перестройке приемника на другую волну неизбежно изменяется. Поэтому регенеративный приемник склонен к самовозбуждению.

В регенеративном приемнике трудно обеспечить стабильность коэффициента регенерации , а, следовательно, и общего коэффициента усиления приемника. Из (5) следует, что малые измененияприводят к большим изменениям, если исходное значениевелико.

В регенеративном приемнике непременно должна быть выведена наружу ручка управления обратной связью (дополнительный орган управления!), при помощи которой можно изменять величину М так, чтобы скомпенсировать влияние остальных величин, входящих в формулу для .

При нарушении устойчивости регенеративного приемника на его стоковой нагрузке появляется напряжение звуковой частоты, которое создает помехи (так называемый «регенеративный свист»). Это связано с тем, что как бы тщательно не был настроен контур на частоту внешнего сигнала, разностьвсегда оказывается, значительной. Легко подсчитать, что расстройка на десятую долю процента на частотах порядка одного мегагерца приводит к разности порядка тысячи герц.

Как нарушение устойчивости при приеме непрерывных (телефонных) сигналов, так и генерация собственных колебаний при приеме дискретных (телеграфных) сигналов приводят к паразитному излучению этих колебаний через приемную антенну, в результате чего возникают помехи. Помехи, вызванные излучением, являются особенностью не только регенеративного приемника. В супергетеродинном приемнике, например, так же имеется паразитное излучение от своего гетеродина.

В регенеративном приемнике, работающем в возбужденном режиме, т.е. при приеме дискретных сигналов, может возникнуть совершенно специфическое явление, называемое принудительной синхронизацией, в результате которого прием сигналов станет невозможным. Это явление, вредное при приеме дискретных сигналов, во многих случаях является полезным и имеет большое практическое значение.

Современный коротковолновый регенеративный приёмник.
Каким должен быть хороший всеволновый КВ регенератор?

Изначально эта катушка была выполнена на кольцевом ферритовом сердечнике М30ВН размера 32х16х8 и имела отводы для переключения диапазонов.
Приёмник работал замечательно на нижних диапазонах, но имел плавный завал чувствительности на частотах свыше 16 Мгц, доходящий до 18-20 дБ на 28 Мгц-вом диапазоне. И не обращал бы я на это особого внимания — явление это присуще регенеративным приёмникам, если бы не завсегдатаи радиофорума, обратившие своё высокое внимание на образование короткозамкнутого витка на моём сердечнике с заботливо уложенной катушкой.
А против правды, как известно, не попрёшь.
При таком включении, виток этот действительно комфортно пристроился рядом с катушкой и методично подгаживал, приводя к уменьшению добротности контура и соответственному ухудшению приёмных свойств регенератора на высоких частотах.

В результате, от такой удобной конфигурации переключателя диапазонов пришлось решительно отказаться в пользу отдельных катушек, соответственно намотанных на отдельных ферритовых сердечниках, которые я рекомендую выбрать тороидальной (кольцевой) формы, марок М30ВН, М50ВН, либо из числа Amidon-овских, приспособленных для работы в КВ диапазоне.
Тороидальных — виду малого поля рассеяния подобных катушек, они менее чувствительны к влиянию внешних полей по сравнению с цилиндрическими.
Расхожее мнение, что феррит ухудшает добротность контура — категорически не поддерживаю. Вдаваться в подробности не буду, но всё с точностью с точностью до наоборот — улучшает. И улучшает до тех пор, пока мы не начинаем пропускать через катушку значительные токи, но это совсем не наш случай.

Размеры ферритовых колец решающего значения не имеют, хотя и слишком мельчить не стоит (около 2-2,5 см внешнего диаметра для нижних диапазонов, 1-1,5 см для верхних). Необходимое количество витков катушки легко рассчитывается исходя из Ваших размеров и индуктивностей в программе Coil32.
Для 28 Мгц-ового диапазона катушка мотается без сердечника виток к витку на оправке 5-7 мм. Намотку всех катушек рекомендую проводить толстым обмоточным проводом, диаметром 0,8-1,2 мм в один ряд для достижения максимальной добротности, жёсткости и, соответственно, стабильности катушки.
Не забудьте предварительно обмотать кольцо, какой-нибудь электроизоляционной лентой для предотвращения разрушения изоляции провода и замыкания витков катушки.

Количество КВ диапазонов и их частоты внутри полосы 3-30Мгц могут выбираться произвольно, в зависимости от личных пристрастий радиолюбителя.

Для наиболее расхожих диапазонов приведу таблицу со значениями индуктивностей катушек, исходя из полученных пределов перестройки варикапов.

Индуктивность	Частота при 100 пф	Частота при 70 пф
22,0 мкГн	3,40 Мгц	4,10 Мгц
5,50 мкГн	6,80 Мгц	8,10 Мгц
2,80 мкГн	9,50 Мгц	11,30 Мгц
1,45 мкГн	13,20 Мгц	15,70 Мгц
0,75 мкГн	18,40 Мгц	22,00 Мгц
0,40 мкГн	25,10 Мгц	30,00 Мгц

Конденсаторы, подключённые параллельно катушкам на Рис.2, могут востребоваться при точной подгонке диапазона перестройки.

Теперь, что касается остальных элементов.
Катушки индуктивности L1, L2 во входном фильтре регенератора — китайские дроссельки.

Транзисторы КТ3128 без каких-либо последствий можно заменить на КТ363. Попытка применить какие-то (не помню какие) импортные p-n-p транзисторы, превосходящие наши по характеристикам, показали худшие результаты при работе в барьерном режиме.

К остальным транзисторам серьёзных требований предъявлять не стоит, желательно, чтобы они были с нормированным коэффициентом шума и граничной частотой не менее 700-800 Мгц.

Значительно улучшить характеристики любого регенеративного приёмника можно, подключив к выходу детектора перестраиваемый активный фильтр, приведённый на странице ссылка на страницу.

Вопросы, связанные с темой «Современный КВ регенератор», подродробно пообсуждаем на странице ссылка на страницу.

А на следующей странице попытаемся вкрутить в приёмник устройство автоматического управления уровнем регенерации.