Вниманию читателей предлагается описание простого и высокочувствительного радиоприемника, который можно использовать для приема сигналов с амплитудной, частотной, фазовой и однополосной модуляцией, а также телеграфных сигналов в широком диапазоне частот.
В настоящее время наибольшее распространение получили супергетеродинные приемники, что связано с наличием у них определенных достоинств. Другие типы радиоприемников менее удобны в эксплуатации и поэтому используются редко. В частности супергетеродины в свое время практически вытеснили из обращения регенеративные приемники прямого усиления.
Но если сравнить супергетеродинный и регенеративный радиоприемник, то выясняется, что оба они имеют и достоинства и недостатки. Регенеративный приемник проще супергетеродина по конструкции, содержит меньше деталей и потребляет меньше мощности от источника питания. Кроме того, он не имеет паразитных каналов приема и меньше искажает принимаемый сигнал. Также регенератор имеет меньшую чувствительность к импульсным помехам, что связано с особенностями протекания переходных процессов в колебательных контурах этих радиоприемников.
Но регенеративные приемники имеют и недостатки. В частности про регенераторы говорят, что они имеют слишком узкую полосу пропускания. Но этот недостаток не очень серьезный и проявляется он только при определенных условиях при работе на длинных волнах с относительно широкополосными сигналами (например, при приеме речи и музыки). Если принимать узкополосные сигналы (радионавигация, телеметрия, охранные сигнализации), то узкополосность регенератора на длинных волнах становится достоинством, а не недостатком. Кроме того, на длинных волнах высок уровень шумов, поэтому приемники на этот диапазон волн для приема речи и музыки должны иметь сравнительно низкую чувствительность. Поэтому применять регенератор в таких условиях нет необходимости и вполне можно использовать обычный приемник прямого усиления. А в настоящее время диапазон длинных волн сильно засорен помехами от импульсных источников питания и радиостанций там практически нет.
Но в диапазоне средних волн ситуация меняется, и регенеративные приемники вполне можно использовать для приема удаленных радиовещательных станций. В диапазонах коротких и ультракоротких волн регенеративные приемники имеют слишком широкую полосу пропускания и низкую чувствительность, что препятствует их практическому применению.
Вторым недостатком регенеративных приемников является нестабильная работа при больших коэффициентах регенерации колебательного контура и при большом усилении приемника. При этих условиях требуется высокая стабильность элементов схемы и точная регулировка глубины положительной обратной связи. На практике выполнить эти условия сложно, и поэтому регенеративные приемники не применяют на коротких и ультракоротких волнах.
В данной статье предлагается приемник, стабильно работающий при достаточно большом усилении и высокой чувствительности. Параметры приемника улучшены за счет применения в регенеративном каскаде активного элемента с высокой линейностью проходной характеристики (т.е. зависимости выходного тока активного элемента от управляющего напряжения). В качестве такого активного элемента используется дифференциальный каскад на биполярных транзисторах. Кроме того, в предлагаемом приемнике применена система автоматической регулировки регенерации колебательного контура (АРР), которая автоматически стабилизирует уровень сигнала на выходе приемника.
Обычно при большом усилении регенеративный приемник работает нестабильно и часто переходит в режим автоколебаний. Это связано с тем, что, как правило, регенеративный каскад строят на одном транзисторе, проходная характеристика которого имеет положительную кривизну. В этом случае при увеличении амплитуды автоколебаний средняя крутизна транзистора увеличивается, что приводит к дальнейшему лавинообразному росту амплитуды автоколебаний. В результате в регулировочной характеристике регенератора появляется гистерезис (регулировочная характеристика регенератора – это зависимость амплитуды автоколебаний от глубины положительной обратной связи). Наличие гистерезиса не позволяет подвести приемник близко к порогу самовозбуждения и получить высокую чувствительность.
Примененный в предлагаемом регенераторе дифференциальный каскад при слабых сигналах имеет практически линейную характеристику, а при больших сигналах его проходная характеристика имеет отрицательную кривизну. Поэтому гистерезис в регулировочной характеристике не образуется. Следовательно, можно очень близко подвести каскад к порогу самовозбуждения и получить достаточно малую амплитуду автоколебаний при высокой стабильности работы каскада.
В зависимости от глубины положительной обратной связи регенеративный приемник может работать в разных режимах.
- При сравнительно небольшой глубине положительной обратной связи приемник работает как обычный регенератор. При этом при отсутствии входного сигнала на выходе приемника образуется сравнительно небольшое шумовое напряжение.
- При дальнейшем увеличении положительной обратной связи приемник подходит к точке самовозбуждения. На выходе приемника образуется узкополосное шумовое напряжение. На экране осциллографа это напряжение выглядит как сильно зашумленная синусоида (амплитуда этой синусоиды хаотично изменяется от нуля до максимума). При подключенной антенне амплитуда этого шумового напряжения может превышать порог срабатывания системы АРР, и тогда система АРР будет автоматически удерживать приемник в этом режиме.
- При дальнейшем увеличении положительной обратной связи амплитуда автоколебаний увеличивается. При этом гистерезис отсутствует и сохраняется возможность плавной регулировки амплитуды автоколебаний. В этом случае система
АРР стабилизирует амплитуду автоколебаний на выходе приемника. Этот режим работы можно получить при отключенной антенне, малом уровне внутренних шумов приемника и при достаточно высоком пороге срабатывания системы АРР. В этом режиме при поступлении сигнала из антенны приемник может работать в режимах автодина или синхродина [1].
При достаточно точной настройке приемника на сигнал частота автоколебаний будет синхронизироваться по частоте сигнала, и приемник будет работать в режиме синхронного приема (режим синхродина). Если расстройку увеличить, тогда на выходе приемника образуются биения (режим автодина). В режиме автодина можно принимать сигналы с однополосной модуляцией и телеграфные сигналы. Регулировать глубину положительной обратной связи и режим работы приемника можно либо изменением напряжения питания, либо изменением емкости конденсатора С3, либо изменением сопротивления резистора R2. Удобно регулировать режим работы приемника изменением в небольших пределах стабилизированного напряжения питания.
Принципиальная схема приемника приведена на Рисунке 1. Работает приемник следующим образом. Сигнал из антенны через конденсатор С1 подается на колебательный контур L1С5, настроенный на частоту примерно 3600 кГц. Перестройка приемника производится с помощью сердечника катушки L1. На транзисторах VT1 и VT3 выполнен дифференциальный усилитель, который также можно рассматривать как каскодный усилитель по схеме ОК-ОБ. Положительная обратная связь осуществляется через емкостный делитель С2С3. Усиленное напряжение сигнала подается на выход приемника через эмиттерный повторитель на транзисторе VT5. На транзисторе VT4 и диоде VD1 выполнен детектор системы АРР, который начинает работать при напряжении примерно 0.6 В.
 |
|
| Рисунок 1. | Схема регенератора для приема сигналов с амплитудной, частотной, однополосной модуляцией и телеграфных сигналов. |
Резистор R4 и конденсаторы С8 и С9 образуют фильтр нижних частот системы АРР. При открывании транзистора VT4 транзистор VT2 закрывается, что уменьшает крутизну характеристики транзисторов VT1 и VT3 и уменьшает амплитуду сигнала на выходе приемника. Если на вход приемника подать сигнал с амплитудной модуляцией, то на резисторе R7 образуется напряжение демодулированного сигнала.
Чувствительность приемника с использованием генератора сигналов не измерялась. Но чувствительность приемника можно оценить, используя метод, рекомендованный в [2]. Измерения показали, что при отключенной антенне и при работе приемника на пороге самовозбуждения (во втором режиме, который был описан выше) амплитуда напряжения шума на колебательном контуре равна 0.2 В. При подключении к колебательному контуру проволочной антенны длиной 0.5 метра амплитуда напряжения шума на колебательном контуре увеличивается до 0.4 В. Напряжение узкополосного шума измерялось при глубине шумовой модуляции примерно 80% [3].
Следовательно, внутренние шумы приемника равны шумам эфира на антенне длиной 0.5 метра. Система АРР начинает работать при напряжении на колебательном контуре 0.6 В. Поэтому при подключении более длинной антенны система АРР будет стабилизировать режим приемника на границе самовозбуждения по шумам антенны. При настройке приемника на радиостанцию шумы будут подавляться принимаемым сигналом, как это происходит в приемниках с системой автоматической регулировки усиления (АРУ).
При изменении глубины положительной обратной связи изменяются и усиление, и полоса пропускания приемника. Поэтому изменять полосу пропускания приемника при заданном усилении можно за счет изменения начальной физической добротности колебательного контура приемника. При этом стабильность частоты настройки приемника будет зависеть не от физической добротности контура, а от стабильности его индуктивности и емкости.
Конденсаторы С9 и С11 – электролитические на напряжение 16 или 25 В. Остальные конденсаторы керамические. Конденсатор С5 должен быть с малым ТКЕ. Катушка индуктивности намотана на каркасе длиной 9 мм и диаметром 9 мм и содержит 22 витка эмалированного провода диаметром 0.4 мм. Катушка имеет ферритовый сердечник с резьбой диаметром 8 мм, который используется для настройки приемника.
На Рисунке 2 приведена схема приемника для приема сигналов с угловой модуляцией. Работает он следующим образом. На один из входов частотно-фазового детектора (ЧФД) с выхода регенеративного приемника (построенного по схеме на Рисунке 1) подается усиленное напряжение автоколебаний. На другой вход частотно-фазового детектора с выхода синтезатора частот подается напряжение стабильной частоты. На выходе ЧФД образуется напряжение, пропорциональное разности частот автоколебаний и синтезатора частот. При этом ЧФД работает в качестве частотного детектора. Это напряжение подается на вход управителя частоты и перестраивает контур регенеративного приемника на частоту синтезатора частот. При этом в состав регенеративного приемника нужно включить управитель частоты на варикапе и подключить его к контуру L1C5. Если на этой частоте настройки регенеративного приемника есть сигнал, то приемник переходит в режим синхродина, а ЧФД начинает работать как фазовый детектор. При этом напряжение с выхода ЧФД подается на вход управителя частоты опорного генератора синтезатора частот и подстраивает частоту синтезатора частот по частоте принимаемого сигнала. Если принимаемый сигнал модулирован по частоте или по фазе, то на выходе ЧФД образуется напряжение демодулированного сигнала.
 |
|
| Рисунок 2. | Схема регенератора для приема сигналов с частотной и фазовой модуляцией. |
Для приема сигналов с частотной модуляцией также можно использовать простой и хорошо известный способ, при котором приемник отстраивается от точной настройки на сигнал и несущая частота принимаемого сигнала располагается на склоне амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) приемника. При этом частотная модуляция сигнала преобразуется в амплитудную модуляцию, а затем сигнал детектируется в амплитудном детекторе. Но при этом способе детектирования могут появиться значительные нелинейные искажения сигнала.
