Схемы оригинальных 1.5 вольтовых приемников. Сверхгенеративные транзисторные УКВ приемники с низковольтным питанием (1,5В)
Попалась на глаза схема средневолнового регенеративного приемника от В. Т. Полякова. С целью проверки работы регенераторов в диапазоне средних волн был изготовлен этот приемник.
Оригинальная схема этого регенеративного радиоприемника рассчитанного для работы в диапазоне средних волн выглядит так:
На транзисторе VT1 собран регенеративный каскад, уровень регенерации регулируются резистором R2. На транзисторах VT2 и VT3 собран детектор. На транзисторах VT4 и VT5 собран УНЧ, предназначенный для работы на высокоомные наушники.
Прием ведется на магнитную антенну. Настройка на станции производится конденсатором переменной емкости С1. Подробное описание этого радиоприемника, а также процедура его налаживания изложены в журнале CQ-QRP №23.
Описание мною изготовленного средневолнового регенеративного радиоприемника.
Как обычно, всегда вношу небольшие изменения в оригинальную схему повторяемых мною конструкций. В данном случае, для обеспечения громкоговорящего приема применен усилитель НЧ на микросхеме TDA2822M.
Финальная схема моего приемника выглядит так:
Магнитная антенна использована готовая от какого-то радиоприемника, на ферритовом стержне длиной 200 мм.
Длинноволновая катушка удалена за ненадобностью. Средневолновая контурная катушка использована без переделок. Катушка связи была оборвана, поэтому намотал рядом с «холодным» концом контурной катушки катушку связи. Катушка связи состоит из 6 витков провода ПЭЛ 0,23:
Здесь важно соблюсти правильную фазировку катушек: конец контурной катушки должен соединяться с началом катушки связи, конец катушки связи соединен с общим проводом.
Усилитель НЧ состоит из предварительной ступени, собранной на транзисторе VT4 типа КТ201. В этом каскаде применен низкочастотный транзистор с целью уменьшения вероятности самовозбуждения УНЧ. Налаживание данного каскада сводится к подбору резистора R7 для получения напряжения на коллекторе VT4 равного примерно половине напряжения питания.
Оконечный усилитель НЧ собран на микросхеме TDA2822M, включенной по типовой мостовой схеме. На транзисторах VT2 и VT3 собран детектор, в наладке не нуждается.
В первоначальном варианте приемник был собран в соответствии с авторской схемой. Пробная эксплуатация выявила недостаточную чувствительность приемника. С целью повышения чувствительности приемника дополнительно был смонтирован усилитель радиочастоты (УРЧ) на транзисторе VT5. Его наладка сводится к получению напряжения на коллекторе около трёх вольт подбором резистора R14.
Регенеративный каскад собран на полевом транзисторе КП302Б. Его настройка сводится к установке напряжения на истоке в пределах 2…3В резистором R3. После этого обязательно проверяем наличие генерации при изменении сопротивления резистора R2. В моем варианте генерация возникала при среднем положении движка резистора R2. Режим генерации также можно подобрать резистором R1.
В случае недостаточно громкого приема полезно будет подсоединить кусок провода длиной не более 1м к затвору транзистора VT1 через конденсатор 10 пФ. Этот проводочек будет играть роль наружной антенны. Фактические режимы транзисторов по постоянному току в моем варианте приемника указаны на схеме.
Так выглядит собранный средневолновый регенеративный радиоприемник:
Испытания приемника проведены на протяжении нескольких вечеров в конце сентября, начале октября 2017 года. Принято много радиовещательных станций средневолнового диапазона, причем, многие из них принимаются с оглушительной громкостью. Конечно, в этом приемнике есть и недостатки-например, станции, расположенные рядом, иногда налезают друг на друга.
Но, в общем, этот средневолновый регенеративный радиоприемник показал очень достойную работу.
Небольшое видео, демонстрирующее работу этого регенеративного приемника:
Печатная плата приемника. Вид со стороны печатных проводников. Плата разработана под конкретные детали, в частности-КПЕ.
БП, для питания 6-ти вольтового (4 пальчиковых батарейки) радиоприемника от одной батарейки напряжением 1,5 вольта.
Предлагаемый блок питания (БП) радиоприемника изготовлен на базе низковольтного преобразователя напряжения 1,5 … 6,0 вольт и предназначен для питания маломощных бытовых устройств (в частности, радиоприемника) от одной пальчиковой батарейкинапряжением 1,5 вольта.
Инвертор имеет хорошие выходные данные с минимумом входящих элементов.
Фото 2 Внешний вид кассеты питания радиоприемника до доработки.Инструмент
Схема преобразователя напряжения
На транзисторах VT1 и VT2 собран двухтактный высокочастотный генератор импульсов (блок А1) на базе схемы А.Чаплыгина, «Радио 11.2001г., стр.42». Ток положительной обратной связи протекает через вторичные обмотки трансформатора Т1 и нагрузку, подключенную между цепью +6в и общим проводом. За генератором импульсов следуют узлы стабилизации, регулировки и фильтрации выходного напряжения.
Преимущества устройства
Вместо выпрямителя ВЧ напряжения используются база-эмиттерные переходы транзисторов самого генератора, что позволяет исключить блок выпрямителя устройства.
Величина тока базы пропорциональна величине тока в нагрузке, что делает преобразователь весьма экономичным.
За счет пропорционального токового управления транзисторами уменьшены потери на их переключение и повышен КПД преобразователя до 80% .
При уменьшении нагрузки до нуля происходит срыв колебаний генератора, что автоматически может решить проблему управления питанием.
Ток от батареи, при отсутствии нагрузки, практически не потребляется. Преобразователь, будет сам включаться тогда, когда от него потребуется что-то запитать и выключаться, когда нагрузка будет отключена.
Изготовление трансформатора для генератора импульсов преобразователя
Магнитопроводом трансформатора Т1 генератора импульсов, служит кольцо К10х5х2 из феррита 2000НМ (Фото 5). Можно взять кольцо из старой материнской платы.
Шаг 1. Перед намоткой трансформатора подготовить ферритовое кольцо. Для того чтобы намоточный провод не повредил свою изоляцию, притупить острые кромки кольца мелкозернистой шкуркой или надфилем.
Шаг 2. Намотать изоляционную прокладку на кольцо для исключения повреждения изоляции провода (Фото 6). Для этого можно использовать кальку, лавсановую или фторопластовую ленту.
Фото 6 Изоляция кольца
Шаг 3. Намотать обмотки трансформатора: первичные обмотки (I и II) – 2 х 4 витка, вторичные обмотки (III и IV) – 2 х 25 витков изолированного провода марок ПЭВ, ПЭТВ, диаметром 0,15-0,30 мм. Также можно применить провод марок ПЭЛШО, МГТФ (Фото 7,9) или другой изолированный провод. Это приведет к образованию второго слоя обмотки, но обеспечит надежную работу преобразователя напряжения.
Каждую пару обмоток наматывают сложенным вдвое проводом (Фото 7).
Вначале мотаются вторичные обмотки lll и lV (2 х 25 витков) - (Фото 8).
Фото 8 Вид вторичных обмоток трансформатора III и IV
Затем, так же в два провода, мотаются первичные обмотки l и ll (2 х 4 витка).
В итоге, у каждой из двойных обмоток будет 4 провода - по два с каждой стороны обмотки (Фото 9).
Фото 9 Вид трансформатора после намотки
При намотке всех катушек нужно строго соблюдать одно направление обмотки и отмечать начало и конец обмоток. При несоблюдении этих условий генератор не запустится.
Начало каждой обмотки помечено на схеме точкой у вывода. Чтобы не возникало путаницы, можно принять за начало всех обмоток провода выходящие снизу, а за конец всех обмоток - выводы сверху.
Шаг 4. Соединяем пайкой провод конца обмотки (III) и провод начала обмотки (IV). Получается вторичная катушка трансформатора Т1 с центральным выводом. Аналогично поступаем с обмотками l и ll первичной катушки.
Сборка преобразователя напряжения
Для работы в преобразователях небольшой мощности, как в нашем случае, подойдут транзисторы ВС548В, А562, КТ208, КТ209, КТ501, МП20, МП21.
Транзисторы следует выбирать, ориентируясь на допустимые значения тока базы транзистора (он должен превышать ток нагрузки) и обратного напряжения эмиттер-база (оно должно превышать выходное напряжение преобразователя).
Преобразователь собираем согласно схеме, на универсальной монтажной плате (Фото 10). Вход, выход и общая шина преобразователя выведены гибким многожильным проводом.
Фото 10 Преобразователь 1,5 – 6,0 вольт.
Фото 11 Преобразователь (вид сбоку)
Самодельные радиоприемники
При разработке данного радиоприемника ставилась задача создать простую для повторения конструкцию, имеющую минимум моточных деталей, обладающую достаточным качеством и громкостью звучания и имеющую возможность работы в широком диапазоне питающих напряжений.
В результате получилась конструкция имеющая в составе три современные микросхемы:
КС1066ХА1 (К174ХА2)- непосредственно сам радиоприемник
BA3822L- эквалайзер
TDA2030- усилитель НЧ
Каждый тракт выполнен в виде отдельного модуля (чертечи печатных плат представлены ниже).
Общие технические характеристики радиоприемника следующие:
1. Чувствительность при отношении сигнал\шум 26 дб...............6 мкВ\м
2. Диапазон принимаемых частот..................УКВ 65,8- 73 мГц или FM 88- 108 мГц
3. Коэффициент нелинейный искажений не более..................2%
4. Полоса захвата АПЧГ.........................300 кГц
5. Диапазон питающих напряжений................4,5- 25 Вольт (номинальный 6- 20 Вольт)
6. Выходная мощность на нагрузке 4 Ом при напряжении питания 20 В..........6 Вт
Что такое сверхрегенератор, как он работает, каковы его достоинства и недостатки, в каких радиолюбительских конструкциях его можно использовать? Этим вопросам и посвящена предлагаемая вниманию читателей статья. Сверхрегенератор (его ещё называют суперрегенератор) - это совершенно особый вид усилительного, или усилительно-детекторного устройства, обладающий при исключительной простоте уникальными свойствами, в частности, коэффициентом усиления по напряжению до 105...106, т.е. достигающим миллиона!
Это означает, что входные сигналы с уровнем в доли микровольта могут быть усилены до долей вольта. Разумеется, обычным способом такое усиление в одном каскаде получить невозможно, но в сверхрегенераторе используется совершенно другой способ усиления. Если автору будет позволено немного пофилософствовать, то можно не совсем строго сказать, что сверхрегенеративное усиление происходит в иных физических координатах. Обычное усиление осуществляется непрерывно во времени, а вход и выход усилителя (четырёхполюсника), как правило, разнесены в пространстве.
Это не относится к усилителям-двухполюсникам, например, регенератору. Регенеративное усиление происходит в том же колебательном контуре, к которому подводится входной сигнал, но опять-таки непрерывно во времени. Сверхрегенератор работает с выборками входного сигнала, взятыми в определённые моменты времени. Затем происходит усиление выборки во времени, и через какой-то промежуток снимается выходной усиленный сигнал, часто даже с тех же зажимов или гнёзд, к которым подведён и входной. Пока совершается процесс усиления, сверхрегенератор не реагирует на входные сигналы, а следующая выборка делается только тогда, когда все процессы усиления завершены. Именно такой принцип усиления и позволяет получать огромные коэффициенты, вход и выход не надо развязывать или экранировать - ведь входные и выходные сигналы разнесены во времени, поэтому не могут взаимодействовать.
В сверхрегенеративном способе усиления заложен и принципиальный недостаток. В соответствии с теоремой Котельникова-Найквиста, для неискажённой передачи огибающей сигнала (модулирующих частот) частота выборок должна быть не менее удвоенной наивысшей частоты модуляции. В случае радиовещательного АМ сигнала наивысшая модулирующая частота составляет 10 кГц, ЧМ сигнала - 15 кГц и частота выборок должна быть не менее 20...30 кГц (о стерео речь не идёт). Полоса пропускания сверхрегенератора получается при этом почти на порядок больше, т. е. 200...300 кГц.
Этот недостаток неустраним при приёме АМ сигналов и послужил одной из главных причин вытеснения сверхрегенераторов более совершенными, хотя и более сложными супергетеродинными приёмниками, в которых полоса пропускания равна удвоенной наивысшей модулирующей частоте. Как ни странно, при ЧМ описанный недостаток проявляется в значительно меньшей мере. Демодуляция ЧМ происходит на скате резонансной кривой сверхрегенератора - ЧМ превращается в АМ и затем детектируется. При этом ширина резонансной кривой должна быть не меньше удвоенной девиации частоты (100...150 кГц) и получается гораздо лучшее согласование полосы пропускания с шириной спектра сигнала.
Ранее сверхрегенераторы выполнялись на электронных лампах и получили значительное распространение в середине прошлого века. Тогда на диапазоне УКВ радиостанций было мало, и широкая полоса пропускания не считалась особым недостатком, в ряде случаев даже облегчая настройку и поиск редких станций. Затем появились сверхрегенераторы на транзисторах. Сейчас они используются в системах радиоуправления моделями, охранной сигнализации и лишь изредка в радиоприёмниках.
Схемы сверхрегенераторов мало отличаются от схем регенераторов: если у последнего периодически увеличивать обратную связь до порога генерации, а затем уменьшать её до срыва колебаний, то и получается сверхрегенератор. Вспомогательные гасящие колебания с частотой 20...50 кГц, периодически изменяющие обратную связь, получаются либо от отдельного генератора, либо возникают в самом высокочастотном устройстве (сверхрегенератор с самогашением).
Базовая схема регенератора-сверхрегенератора
Для лучшего уяснения процессов, происходящих в сверхрегенераторе, обратимся к устройству, изображённому на рис. 1, которое, в зависимости от постоянной времени цепочки R1C2, может быть и регенератором, и сверхрегенератором.
Рис. 1 Сверхрегенератор.
Эта схема была разработана в результате многочисленных экспериментов и, как представляется автору, оптимальна по простоте, лёгкости налаживания и получаемым результатам. Транзистор VT1 включён по схеме автогенератора - индуктивной трёхточки. Контур генератора образован катушкой L1 и конденсатором С1, отвод катушки сделан ближе к выводу базы. Таким образом осуществляется согласование высокого выходного сопротивления транзистора (цепи коллектора) с меньшим входным сопротивлением (цепи базы). Схема питания транзистора несколько необычна - постоянное напряжение на его базе равно напряжению коллектора. Транзистор, особенно кремниевый, вполне может работать в таком режиме, ведь открывается он при напряжении на базе (относительно эмиттера) около 0,5 В, а напряжение насыщения коллектор-эмиттер составляет, в зависимости от типа транзистора, 0,2...0,4 В. В данной схеме и коллектор, и база по постоянному току соединены с общим проводом, а питание поступает по цепи эмиттера через резистор R1.
При этом напряжение на эмиттере автоматически стабилизируется на уровне 0,5 В - транзистор работает подобно стабилитрону с указанным напряжением стабилизации. Действительно, если напряжение на эмиттере упадет, транзистор закроется, эмиттерный ток уменьшится, а вслед за этим уменьшится и падение напряжения на резисторе, что приведёт к возрастанию эмиттерного напряжения. Если же оно возрастет, транзистор откроется сильнее и увеличившееся падение напряжения на резисторе скомпенсирует это возрастание. Единственное условие правильной работы устройства - напряжение питания должно быть заметно больше - от 1,2 В и выше. Тогда ток транзистора удастся установить подбором резистора R1.
Рассмотрим работу устройства на высокой частоте. Напряжение с нижней (по схеме) части витков катушки L1 приложено к переходу база-эмиттер транзистора VT1 и усиливается им. Конденсатор С2 - блокировочный, для токов высокой частоты он представляет малое сопротивление. Нагрузкой в коллекторной цепи служит резонансное сопротивление контура, несколько уменьшенное из-за трансформации верхней частью обмотки катушки. При усилении транзистор инвертирует фазу сигнала, затем её инвертирует трансформатор, образованный частями катушки L1 - выполняется баланс фаз.
А баланс амплитуд, необходимый для самовозбуждения, получается при достаточном усилении транзистора. Последнее зависит от тока эмиттера, а его очень легко регулировать, изменяя сопротивление резистора R1, включив, например, вместо него последовательно два резистора, постоянный и переменный. Устройство обладает рядом достоинств, к которым относятся простота конструкции, лёгкость налаживания и высокая экономичность: транзистор потребляет ровно столько тока, сколько необходимо для достаточного усиления сигнала. Подход к порогу генерации получается весьма плавным, к тому же регулировка происходит в низкочастотной цепи, и регулятор можно отнести от контура в удобное место.
Регулировка слабо влияет на частоту настройки контура, поскольку напряжение питания транзистора остается постоянным (0,5 В), а следовательно, почти не изменяются и междуэлектродные ёмкости. Описанный регенератор способен повышать добротность контуров в любом диапазоне волн, от ДВ до УКВ, причём катушка L1 не обязательно должна быть контурной - допустимо использовать катушку связи с другим контуром (конденсатор С1 в этом случае не нужен).
Можно намотать такую катушку на стержень магнитной антенны ДВ-СВ приёмника, причём число витков её должно составить всего 10-20 % от числа витков контурной катушки, Q-умножитель на биполярном транзисторе получается дешевле и проще, чем на полевом. Регенератор подойдет и для KB диапазона, если связать антенну с контуром L1C1 либо катушкой связи, либо конденсатором малой ёмкости (вплоть до долей пикофарады). Низкочастотный сигнал снимают с эмиттера транзистора VT1 и подают через разделительный конденсатор ёмкостью 0,1...0,5 мкф на усилитель ЗЧ.
При приёме AM станций подобный приёмник обеспечивал чувствительность 10...30 мкВ (обратная связь ниже порога генерации), а при приёме телеграфных станций на биениях (обратная связь выше порога) - единицы микровольт.
Процессы нарастания и спада колебаний
Но вернемся к сверхрегенератору. Пусть напряжение питания на описанное устройство подается в виде импульса в момент времени t0, как показано на рис. 2 сверху.
Рис. 2 Колебания.
Даже, если усиление транзистора и обратная связь достаточны для генерации, колебания в контуре возникнут не сразу, а будут нарастать по экспоненциальному закону некоторое время τн. По такому же закону происходит и спад колебаний после выключения питания, время спада обозначено как τс.
Рис. 3 Колебательный контур.
В общем виде закон нарастания и спада колебаний выражается формулой:
Uконт = U0exp(-rt/2L),
где U0 - напряжение в контуре, с которого начался процесс; r - эквивалентное сопротивление потерь в контуре; L - его индуктивность; t - текущее время. Всё просто в случае спада колебаний, когда r = rп (сопротивление потерь самого контура, рис. 3 ). Иначе обстоит дело при нарастании колебаний: транзистор вносит в контур отрицательное сопротивление - rос (обратная связь компенсирует потери), и общее эквивалентное сопротивление становится отрицательным. Знак минус в показателе экспоненты исчезает, и закон нарастания запишется:
конт = Uсexp(rt/2L), где r = rос - rп
Из приведённой формулы можно найти и время нарастания колебаний, учитывая, что рост начинается с амплитуды сигнала в контуре Uc и продолжается только до амплитуды U0, далее транзистор входит в режим ограничения, его усиление уменьшается и амплитуда колебаний стабилизируется: τн = (2L/r)ln(U0/Uc).
Как видим, время нарастания пропорционально логарифму величины, обратной уровню принимаемого сигнала в контуре. Чем больше сигнал, тем меньше время нарастания. Если импульсы питания подавать на сверхрегенератор периодически, с частотой суперизации (гашения) 20...50 кГц, то в контуре будут происходить вспышки колебаний (рис. 4), длительность которых зависит от амплитуды сигнала - чем меньше время нарастания, тем больше длительность вспышки. Если вспышки продетектировать, на выходе получится демодулированный сигнал, пропорциональный среднему значению огибающей вспышек.
Усиление самого транзистора может быть небольшим (единицы, десятки), достаточным лишь для самовозбуждения колебаний, в то время как усиление всего сверхрегенератора, равное отношению амплитуды демодулированного выходного сигнала к амплитуде входного, весьма велико. Описанный режим работы сверхрегенератора называют нелинейным, или логарифмическим, поскольку выходной сигнал пропорционален логарифму входного.
Это вносит некоторые нелинейные искажения, но играет и полезную роль - чувствительность сверхрегенератора к слабым сигналам больше, а к сильным меньше - здесь действует как бы естественная АРУ. Для полноты описания надо сказать, что возможен и линейный режим работы сверхрегенератора, если длительность импульса питания (см. рис. 2) будет меньше времени нарастания колебаний.
Последние не успеют нарасти до максимальной амплитуды, а транзистор - не будет входить в режим ограничения. Тогда амплитуда вспышки станет прямо пропорциональна амплитуде сигнала. Такой режим, однако, нестабилен - малейшее изменение усиления транзистора или эквивалентного сопротивления контура r приведёт к тому, что либо резко упадет амплитуда вспышек, а следовательно, и усиление сверхрегенератора, либо устройство выйдет на нелинейный режим. По этой причине линейный режим сверхрегенератора используется редко.
Надо также заметить, что совершенно необязательно коммутировать напряжение питания, чтобы получить вспышки колебаний. С равным успехом можно подавать вспомогательное напряжение суперизации на сетку лампы, базу или затвор транзистора, модулируя их усиление, а значит, и обратную связь. Прямоугольная форма гасящих колебаний также неоптимальна, предпочтительнее синусоидальная, а ещё лучше пилообразная с пологим нарастанием и резким спадом. В последнем варианте сверхрегенератор плавно подходит к точке возникновения колебаний, полоса пропускания несколько сужается и появляется усиление за счёт регенерации. Возникшие колебания растут сначала медленно, затем все быстрее.
Спад же колебаний получается максимально быстрым. Наибольшее распространение получили сверхрегенераторы с автосуперизацией, или с самогашением, не имеющие отдельного генератора вспомогательных колебаний. Они работают только в нелинейном режиме. Самогашение, иначе говоря, прерывистую генерацию, легко получить в устройстве, выполненном по схеме рис. 1, надо лишь, чтобы постоянная времени цепочки R1C2 была больше времени нарастания колебаний.
Тогда произойдет следующее: возникшие колебания вызовут увеличение тока через транзистор, но колебания будут некоторое время поддерживаться зарядом конденсатора С2. Когда он израсходуется, напряжение на эмиттере упадет, транзистор закроется и колебания прекратятся. Конденсатор С2 начнёт относительно медленно заряжаться от источника питания через резистор R1 до тех пор, пока не откроется транзистор и возникнет новая вспышка.
Эпюры напряжений в сверхрегенераторе
Осциллограммы напряжений на эмиттере транзистора и в контуре показаны на рис. 4 так, как они обычно видны на экране широкополосного осциллографа. Уровни напряжений 0,5 и 0,4 В показаны совершенно условно - они зависят от типа применённого транзистора и его режима.
Рис. 4 Вспышки колебании.
Что же произойдет при поступлении в контур внешнего сигнала, ведь длительность вспышки теперь определяется зарядом конденсатора С2 и, следовательно, постоянна? С ростом сигнала, как и прежде, уменьшается время нарастания колебаний, вспышки следуют чаще. Если их продетектировать отдельным детектором, то средний уровень сигнала будет возрастать пропорционально логарифму входного сигнала. Но роль детектора с успехом выполняет и сам транзистор VT1 (см. рис. 1) -средний уровень напряжения на эмиттере падает с ростом сигнала.
Наконец, что же произойдет в отсутствие сигнала? Все то же самое, только рост амплитуды колебаний каждой вспышки будет начинаться от случайного напряжения шумов в контуре сверхрегенератора. Частота вспышек при этом минимальна, но нестабильна - период повторения меняется хаотическим образом.
Усиление сверхрегенератора при этом максимально, а в телефонах или громкоговорителе слышен сильный шум. Он резко снижается при настройке на частоту сигнала. Таким образом, чувствительность сверхрегенератора по самому принципу его работы очень высока - она определяется уровнем внутренних шумов. Дополнительные сведения по теории сверхрегенеративного приёма даны в .
УКВ ЧМ приёмник с низковольтным питанием 1,2 В
А теперь рассмотрим практические схемы сверхрегенераторов. Их в литературе, особенно давних лет, можно найти довольно много. Любопытный пример: описание сверхрегенератора, выполненного всего на одном транзисторе, было опубликовано в журнале "Popular Electronics" № 3 за 1968 г., его краткий перевод дан в .
Сравнительно высокое напряжение питания (9 В) обеспечивает большую амплитуду вспышек колебаний в контуре сверхрегенератора, а следовательно, и большое усиление. Такое решение имеет и существенный недостаток: сверхрегенератор сильно излучает, поскольку антенна связана непосредственно с контуром катушкой связи. Подобный приёмник рекомендуется включать лишь где-нибудь на природе, вдали от населённых мест.
Схема простого УКВ ЧМ приёмника с низковольтным питанием, разработанного автором на основе базовой схемы (см. рис. 1), приведена на рис. 5. Антенной в приёмнике служит сама контурная катушка L1, выполненная в виде одновитковой рамки из толстого медного провода (ПЭЛ 1,5 и выше). Диаметр рамки 90 мм. На частоту сигнала контур настраивают конденсатором переменной ёмкости (КПЕ) С1. Ввиду того, что от рамки сложно сделать отвод, транзистор VT1 включён по схеме ёмкостной трёхточки - напряжение ОС на эмиттер подается с ёмкостного делителя С2С3. Частота суперизации определяется суммарным сопротивлением резисторов R1-R3 и ёмкостью конденсатора С4.
Если её уменьшить до нескольких сотен пикофарад, прерывистая генерация прекращается и устройство становится регенеративным приёмником. При желании можно установить переключатель, а конденсатор С4 составить из двух, например, ёмкостью 470 пф с подключаемым параллельно 0,047 мкф.
Тогда приёмник, в зависимости от условий приёма, можно будет использовать в обоих режимах. Регенеративный режим обеспечивает более чистый и качественный приём, с меньшим уровнем шума, но требует значительно большей напряжённости поля. Обратную связь регулируют переменным резистором R2, ручку которого (так же, как и ручку настройки) рекомендуется вывести на переднюю панель корпуса приёмника.
Излучение этого приёмника в сверхрегенеративном режиме ослаблено по следующим причинам: амплитуда вспышек колебаний в контуре невелика, порядка десятой доли вольта, к тому же маленькая рамочная антенна излучает крайне неэффективно, имея низкий КПД в режиме передачи. Усилитель ЗЧ приёмника двухкаскадный, собран по схеме с непосредственной связью на транзисторах VT2 и VT3 разной структуры. В коллекторную цепь выходного транзистора включёны низкоомные головные телефоны (или один телефон) типов ТМ-2, ТМ-4, ТМ-6 или ТК-67-НТ сопротивлением 50-200 Ом. Подойдут телефоны от плейера.
Рис. 5 Принципиальная схема сверхрегенератора.
Необходимое смещение на базу первого транзистора УЗЧ подается не от источника питания, а через резистор R4 из эмиттерной цепи транзистора VT1, где, как упоминалось, имеется стабильное напряжение около 0,5 В. Конденсатор С5 пропускает к базе транзистора VT2 колебания ЗЧ.
Пульсации гасящей частоты 30...60 кГц на входе УЗЧ не фильтруются, поэтому усилитель работает как бы в импульсном режиме - выходной транзистор закрывается полностью и открывается до насыщения. Ультразвуковая частота вспышек телефонами не воспроизводится, но импульсная последовательность содержит составляющую со звуковыми частотами, которые и слышны. Диод VD1 служит для замыкания экстратока телефонов в момент окончания импульса и закрывания транзистора VT3, он срезает выбросы напряжения, улучшая качество и несколько повышая громкость воспроизведения звука. Питается приёмник от гальванического элемента напряжением 1,5 В или дискового аккумулятора напряжением 1,2 В.
Потребляемый ток не превышает 3 мА, при необходимости его можно установить подбором резистора R4. Налаживание приёмника начинается с проверки наличия генерации, вращая ручку переменного резистора R2. Она обнаруживается по появлению довольно сильного шума в телефонах, или при наблюдении на экране осциллографа "пилы" в форме напряжения на конденсаторе С4. Частота суперизации подбирается изменением его ёмкости, она зависит и от положения движка переменного резистора R2. Следует избегать близости частоты суперизации к частоте стереоподнесущей 31,25 кГц или к её второй гармонике 62,5 кГц, иначе могут прослушиваться биения, мешающие приёму.
Далее нужно установить диапазон перестройки приёмника, изменяя размеры рамочной антенны - увеличение диаметра понижает частоту настройки. Повысить частоту можно не только уменьшением диаметра самой рамки, но и увеличением диаметра провода, из которого она выполнена. Неплохое решение - использовать оплетку отрезка коаксиального кабеля, свёрнутого в кольцо. Индуктивность понижается и при изготовлении рамки из медной ленты или из двух-трёх параллельных проводов диаметром 1,5-2 мм. Диапазон перестройки достаточно широк, и операцию его установки нетрудно выполнить без приборов, ориентируясь на прослушиваемые станции.
В диапазоне УКВ-2 (верхнем) транзистор КТ361 иногда работает неустойчиво - тогда его заменяют на более высокочастотный, например, КТ363. Недостатком приёмника является заметное влияние рук, подносимых к антенне, на частоту настройки. Впрочем, он характерен и для других приёмников, в которых антенна связана непосредственно с колебательным контуром. Этот недостаток устраняется при использовании усилителя РЧ, как бы "изолирующего" контур сверхрегенератора от антенны.
Другое полезное назначение такого усилителя - устранить излучение вспышек колебаний антенной, что практически полностью избавляет от помех соседним приёмникам. Усиление УРЧ должно быть очень небольшим, ведь и усиление, и чувствительность сверхрегенератора достаточно высоки. Этим требованиям в наибольшей степени отвечает транзисторный УРЧ по схеме с общей базой или с общим затвором. Снова обращаясь к иностранным разработкам, упомянем схему сверхрегенератора с УРЧ на полевых транзисторах .
Экономичный сверхрегенеративный приёмник
В целях достижения предельной экономичности автором был разработан сверхрегенеративный радиоприёмник (рис. 6), потребляющий ток менее 0,5 мА от батареи напряжением 3 В, причём, если отказаться от УРЧ, ток снижается до 0,16 мА. В то же время чувствительность - около 1 мкВ. Сигнал от антенны подается на эмиттер транзистора УРЧ VT1, включённого по схеме с общей базой. Поскольку его входное сопротивление невелико, и учитывая сопротивление резистора R1, получаем входное сопротивление приёмника около 75 Ом, что позволяет использовать наружные антенны со снижением из коаксиального кабеля или ленточного УКВ кабеля с ферритовым трансформатором 300/75 Ом.
Такая необходимость может возникнуть при удалении от радиостанций более 100 км. Конденсатор С1 небольшой ёмкости служит элементарным ФВЧ, ослабляя KB помехи. В лучших условиях приёма годится любая суррогатная проволочная антенна. Транзистор УРЧ работает при коллекторном напряжении, равном базовому, - около 0,5 В. Это стабилизирует режим и исключает необходимость налаживания. В коллекторную цепь включёна катушка связи L1, намотанная на одном каркасе с контурной катушкой L2. Катушки содержат 3 витка провода ПЭЛШО 0,25 и 5,75 витка ПЭЛ 0,6 соответственно. Диаметр каркаса - 5,5 мм, расстояние между катушками - 2 мм. Отвод к общему проводу сделан от 2-го витка катушки L2, считая от вывода, соединённого с базой транзистора VT2.
Для облегчения настройки каркас полезно оснастить подстроечником с резьбой М4 из магнитодиэлектрика или латуни. Другой вариант, облегчающий настройку, - заменить конденсатор С3 подстроечным, с изменением ёмкости от 6 до 25 или от 8 до 30 пф. Конденсатор настройки С4 типа КПВ, он содержит одну роторную и две статорные пластины. Сверхрегенеративный каскад собран по уже описанной схеме (см. рис. 1) на транзисторе VT2.
Режим работы подбирают подстроечным резистором R4,частота вспышек (суперизации) зависит от ёмкости конденсатора С5. На выходе каскада включён двухзвенный ФНЧ R6C6R7C7, ослабляющий колебания с частотой суперизации на входе УЗЧ, чтобы последний не перегружался ими.
Рис. 6 Cверхрегенераторный каскад.
Использованный сверхрегенеративный каскад отдает небольшое продетектированное напряжение и, как показала практика, требует двух каскадов усиления напряжения 34. В этом же приёмнике транзисторы УЗЧ работают в режиме микротоков (обратите внимание на большие сопротивления нагрузочных резисторов), усиление их меньше, поэтому использовано три каскада усиления напряжения (транзисторы VT3-VT5) с непосредственной связью между ними.
Каскады охвачены ООС через резисторы R12, R13, стабилизирующей их режим. По переменному току ООС ослаблена конденсатором С9. Резистор R14 позволяет регулировать в некоторых пределах усиление каскадов. Выходной каскад собран по схеме двухтактного эмиттерного повторителя на комплементарных германиевых транзисторах VT6, VT7.
Они работают без смещения, но искажения типа "ступенька" отсутствуют, во-первых, из-за низкого порогового напряжения германиевых полупроводниковых приборов (0,15 В вместо 0,5 В у кремниевых), а во-вторых, из-за того, что колебания с частотой суперизации все-таки немного проникают через ФНЧ в УЗЧ и как бы "размывают" ступеньку, действуя подобно ВЧ подмагничиванию в магнитофонах.
Достижение высокой экономичности приёмника требует использования высокоомных головных телефонов сопротивлением не менее 1 кОм. Если же задачу получения предельной экономичности не ставить, целесообразно использовать более мощный оконечный УЗЧ. Налаживание приёмника начинают с УЗЧ. Подбором резистора R13 устанавливают напряжение на базах транзисторов VT6, VT7 равным половине напряжения питания (1,5 В).
Убеждаются в отсутствии самовозбуждения при любом положении движка резистора R14 (желательно, с помощью осциллографа). Полезно подать на вход УЗЧ какой либо звуковой сигнал амплитудой не более нескольких милливольт и убедиться в отсутствии искажений и симметричности ограничения при перегрузке. Подключив сверхрегенеративный каскад, регулировкой резистора R4 добиваются появления шума в телефонах (амплитуда шумового напряжения на выходе - около 0,3 В).
Полезно сказать, что, кроме указанных на схеме, в УРЧ и сверхрегенеративном каскаде хорошо работают любые другие кремниевые высокочастотные транзисторы структуры р-n-р. Теперь можно уже попытаться принять радиостанции, связав антенну с контуром через конденсатор связи ёмкостью не более 1 пф или с помощью катушки связи.
Далее подсоединяют УРЧ и подгоняют диапазон принимаемых частот, изменяя индуктивность катушки L2 и ёмкость конденсатора С3. В заключение надо заметить, что подобный приёмник, ввиду его высокой экономичности и чувствительности, может найти применение и в переговорных системах, и в устройствах охранной сигнализации.
К сожалению, приём ЧМ на сверхрегенератор получается не самым оптимальным образом: работа на скате резонансной кривой уже гарантирует ухудшение отношения сигнал/шум на 6 дБ. Нелинейный режим сверхрегенератора тоже не слишком способствует высококачественному приёму, тем не менее качество звука получилось неплохим.
ЛИТЕРАТУРА:
- Белкин М. К. Сверхрегенеративный радиоприём. - Киев: Техника, 1968.
- Хевролин В. Сверхрегенеративный приём.- Радио,1953, № 8,с.37.
- УКВ ЧМ приёмник на одном транзисторе. - Радио,1970,№ 6,с.59.
- "Последний из могикан...". - Радио, 1997, № 4,0.20,21
Среди радиолюбителей и профессионалов цифровые мультиметры имеют большую популярность благодаря их многофункциональности. Для их питания применена, как правило, девяти вольтова батарея «Крона», имеющая заметную саморазрядку, небольшую емкость и более высокую цену в сравнении с другими элементами.
Предлагаемое устройство питания цифрового мультиметра от одного элемента АА напряжением 1,5 вольта, позволит избежать указанных недостатков в работе и упростить эксплуатацию прибора.
В интернете предлагается много различных схем для преобразования напряжения 1,5 в 9 вольт. Каждая имеет свои плюсы и минусы. Данное устройство изготовлено на базе схемы А. Чаплыгина, опубликованной в журнале «Радио» (11.2001г., стр.42)
.
Отличием данного варианта исполнения преобразователя, является расположение элемента питания и преобразователя напряжения, в крышке футляра мультиметра, вместо создания компактного блока питания устанавливаемого вместо батареи «Крона». Это позволяет в любой момент, без разборки прибора, заменить элемент АА, а при необходимости отключить преобразователь (разъем Джек 3,5) с автоматическим включением резервной батареи «Крона» расположенной в своем отсеке. Кроме того, при изготовлении преобразователя напряжения, нет необходимости в миниатюризации изделия. Быстрее и проще намотать трансформатор на кольце большего диаметра, лучше теплоотвод, свободнее монтажная плата. Такое расположение узлов в крышке футляра не мешает работе с мультиметром.
Данный преобразователь может быть выполнен в любом подходящем корпусе и использоваться в самых разнообразных устройствах, где требуется питание от девятивольтовой батареи «Крона». Это мультиметры, часы, электронные весы и игрушки, медицинские приборы.
Схема генератора преобразователя напряжения
Предлагается повышающий инвертор постоянного напряжения, имеющий хорошие выходные данные с минимумом входящих элементов. Схема представлена на рисунке.
На транзисторах VT1 и VT2 собран двухтактный генератор импульсов. Ток положительной обратной связи протекает через вторичные обмотки трансформатора Т1 и нагрузку, подключенную между цепью + 9 В и общим проводом. За счет пропорционального токового управления транзисторами существенно уменьшены потери на их переключение и повышен КПД преобразователя до 80... 85 % .
Вместо выпрямителя высокочастотного напряжения используются база-эмиттерные переходы транзисторов самого генератора. При этом величина тока базы становится пропорциональной величине тока в нагрузке, что делает преобразователь весьма экономичным.
Другой особенностью схемы является срыв колебаний в отсутствие нагрузки, что автоматически может решить проблему управления питанием. Ток от батареи, при отсутствии нагрузки, практически не потребляется. Преобразователь, будет сам включаться тогда, когда от него потребуется что-нибудь запитать и выключаться, когда нагрузка будет отключена.
Но так как в большинстве современных мультиметров введена функция автоматического отключения питания, для исключения доработки схемы мультиметра, проще установить выключатель питания преобразователя.
Изготовление трансформатора преобразователя напряжения
Основой генератора импульсов является трансформатор Т1.Магнитопроводом трансформатора Т1 служит кольцо К20х6х4 или К10х6х4,5 из феррита 2000НМ. Можно взять кольцо из старой материнской платы.
Порядок намотки трансформатора.
1. Вначале нужно подготовить ферритовое кольцо.
Для того чтобы провод не прорезал изоляционную прокладку и не повредил свою изоляцию, желательно притупить острые кромки ферритового кольца мелкозернистой шкуркой или надфилем.
Намотать изоляционную прокладку на кольцевой сердечник для исключения повреждения изоляции провода. Для изоляции кольца можно использовать лакоткань, изоленту, трансформаторную бумагу, кальку, лавсановую или фторопластовую ленту.
2. Намотка обмоток трансформатора с коэффициентом трансформации 1/7: первичная обмотка – 2х4 витка, вторичная обмотка – 2х28 витков изолированного провода ПЭВ -0,25.
Каждую пару обмоток наматывают одновременно в два провода. Складываем пополам провод отмеренной длины и сложенным проводом начинаем плотно наматывать на кольцо нужное количество витков.
Для исключения повреждения изоляции провода при эксплуатации, по возможности, применить провод МГТФ или другой изолированный провод диаметром 0,2-0,35 мм. Это несколько увеличит габариты трансформатора, приведет к образованию второго слоя обмотки, но гарантирует бесперебойную работу преобразователя напряжения.
Вначале мотаются вторичные обмотки lll и lV (2х28 витков) цепи баз транзисторов (см. схему преобразователя).
Затем на свободном месте кольца, так же в два провода, мотаются первичные обмотки l и ll (2х4 витка) цепи коллекторов транзисторов.
В итоге, после разрезки петли начала обмотки, у каждой из обмоток будет 4 провода - по два с каждой стороны обмотки. Берём провод конца одной половины обмотки(l) и провод начала второй половины обмотки (ll) и соединяем их вместе. Аналогично поступаем со второй обмоткой (lll и lV). Должно получиться примерно следующее: (красный вывод – середина нижней обмотки (+), черный вывод – середина верхней обмотки (общий провод)).
При намотке обмоток, витки можно закрепить клеем «БФ», «88» или цветной изолентой обозначающей разным цветом начало и конец обмотки, что в дальнейшем поможет правильно собрать обмотки трансформатора.
При намотке всех катушек нужно строго соблюдать одно направление обмотки, а также отмечать начало и конец обмоток. Начало каждой обмотки помечено на схеме точкой у вывода. При несоблюдении фазировки обмоток генератор не запустится, так как в этом случае нарушатся условия необходимые для генерации. Для этой же цели, как вариант, возможно использовать два разноцветных провода от сетевого кабеля.
Сборка преобразователя напряжения
Для работы в преобразователях небольшой мощности, как в нашем случае, подойдут транзисторы А562, КТ208, КТ209, КТ501, МП20, МП21. Возможно придётся подобрать количество витков вторичной обмотки трансформатора. Это связано с разной величиной падения напряжения на p-n переходах у различных типов транзисторов.Транзисторы следует выбирать, ориентируясь на допустимые значения тока базы (он не должен быть меньше тока нагрузки) и обратного напряжения эмиттер-база. То есть, максимально-допустимое напряжение база-эмиттер должно превышать необходимое выходное напряжение преобразователя.
С целью уменьшения помех и стабилизации выходного напряжения преобразователь дополнен узлом из двух электролитических конденсаторов (для сглаживания пульсаций напряжения) и интегрального стабилизатора 7809 (с напряжением стабилизации 9 вольт) по схеме:
Преобразователь собираем согласно схеме и паяем все входящие элементы на текстолитовой плате вырезанной из универсальной монтажной платы, продающейся в радиотоварах, методом навесного монтажа. Размеры платы выбираются в зависимости от размеров выбранных транзисторов, получившегося трансформатора и места установки преобразователя. Вход, выход и общая шина преобразователя выведены гибким многожильным проводом. Выходные провода, с напряжением +9в, заканчиваются разъемом Джек 3,5 для подключения к мультиметру. Входные провода подключены к кассете с установленной батареей 1,5 вольта.
Проверяем правильность сборки преобразователя, подключаем батарею и проверяем прибором наличие и величину напряжения на выходе преобразователя (+9в).
Если генерация не возникает и напряжения на выходе отсутствует, проверьте правильность подключения всех катушек. Точками на схеме преобразователя отмечено начало каждой обмотки. Попробуйте поменять местами концы одной из обмоток (входной или выходной).
Преобразователь способен работать и при уменьшении входного напряжения до 0,8 – 1,0 вольта и получить напряжение 9 вольт от одного гальванического элемента напряжением 1, 5 В.
Доработка мультиметра
Для подключения преобразователя к мультиметру, необходимо найти внутри прибора свободное место и установить там гнездо для штекера Джек 3,5 или аналогичного имеющегося разъема. В моем мультиметре M890D свободное место нашлось в углу, слева от отсека для батареи «Крона».В качестве футляра для мультиметра используется футляр от электробритвы.
Подготовил: Смирнов И.К.