В. Днищенко - 500 схем для радиолюбителей. Дистанционное управление моделями

Трудности качественной настройки связаны с тем, что сверхрегенеративный каскад является многофункциональным. На одном транзисторе собран и усилитель высокой частоты, и генератор вспомогательных колебаний (генератор суперизации), и детектор, выделяющий полезный низкочастотный сигнал.

Если бы выполнение перечисленных функций было «поручено» разным каскадам, то каждый из них в отдельности легко можно было бы настроить на оптимальный режим работы. Поскольку качественное выполнение каждой из функций предъявляет к режиму работы свои, часто противоречивые требования, то в сверхрегенераторе приходится идти на компромисс, учитывая «пожелания» каждой из функций. В этом и заключается сложность настройки.

Режим работы любого каскада, как известно, с течением времени меняется под действием различных дестабилизирующих факторов. Поэтому еще одним недостатком сверхрегенератора можно считать невысокую устойчивость его работы. Компромисс нарушается, и параметры приемника со временем, что называется, «плывут».

Выскажу предположение, что качественно настроить приемник можно, только разобравшись детально со всеми процессами, происходящими в схеме, а также с влиянием на эти процессы всех элементов схемы. Решению данной задачи и посвящен материал этого раздела, тем более что «прозрачное» и полное описание принципа работы сверхрегенератора отыскать в имеющейся литературе не так то просто.

Явление умножения добротности колебательного контура

В начале небольшой экскурс в теоретические основы радиотехники, без которого было бы проблематичным понимание дальнейшего изложения материала.

Радиоволны, излучаемые радиопередатчиками, распространяются во все стороны от передающих антенн со скоростью света. С увеличением расстояния от антенны мощность электромагнитных волн уменьшается, в простейшем случае, обратно пропорционально квадрату расстояния:

ρ= P/4π R 2(5.1)

где Р — излучаемая мощность;

R — расстояние до точки приема;

ρ — плотность потока мощности (мощность, проходящая через квадратную площадку в 1 м 2, находящуюся на расстоянии R от передатчика).

Очевидно, каким бы ни было большим расстояние R , плотность потока мощности никогда не обратится в нуль. Это означает, что в любой точке пространства присутствует излучение абсолютно всех радиостанций, работающих на земном шаре, что само по себе достаточно интересно. Электромагнитная волна представляет собой чередующиеся во времени и пространстве переменные электрические и магнитные поля. В любом проводнике, ориентированном параллельно силовым линиям напряженности электрического поля ( Е ) наводится ЭДС ( ε ) в соответствии с правилом

ε= E∙ h д, (5.2)

где h д— действующая высота проводника. При размерах проводника, существенно меньших длины волны, действующая высота равна половине геометрической длины проводника.

Что же мешает усилить этот сигнал в требуемое число раз, чтобы прием был обеспечен на любом расстоянии от передатчика? Все дело в том, что помимо полезного сигнала, в точке приема обязательно присутствуют помеховые сигналы. Кроме того, в любом приемнике существуют собственные хаотические токи и напряжения, вызванные тепловым движением электронов и называемые внутренними шумами приемника.

Полезная информация из принимаемого сигнала может быть извлечена только в том случае, если уровень полезного сигнала, наведенного в антенне, в заданное число раз превышает суммарный уровень помех и внутренних шумов приемника, приведенных к входу. Если даже каким-либо образом избавиться от помехи на входе приемника, то внутренние шумы останутся в любом случае. Именно они и определяют потенциальную чувствительность любого приемника.

Очевидно, им и должно уделяться особое внимание при конструировании приемников. Если к проводнику, в котором наводятся электрические сигналы, являющемуся фактически приемной антенной, подключить настроенный на частоту какой-либо радиостанции колебательный контур так, как это показано на рис. 5.1, то на его выходе выделится некоторое напряжение U к. Выясним от чего зависит величина этого напряжения, обратив внимание на то, что фактически это напряжение на конденсаторе С1.

Рис. 5.1. Входная цепь приемника

Для простоты будем полагать, что соотношение числа витков в катушках L1, L2 и связь между ними таковы, что ЭДС взаимной индукции, наводимая в катушке L2, будет равна ЭДС, наведенной в антенне (формула 5.2). Под действием этой ЭДС ток в контуре будет протекать последовательно через катушку L2 и конденсатор С1.

Эквивалентную схему колебательного контура при этом можно представить в виде, изображенном на рис. 5.2. ЭДС, наводимая в контуре, учтена источником ε , а резистор r пучитывает активные потери в контуре. Потери обусловлены расходами энергии на нагревание проводника катушки и переизлучением части энергии элементами контура.

Рис. 5.2. Эквивалентная схема входного контура

Подробнее об этих процессах можно прочитать, например в [6]. Из рисунка видно, что по отношению к эквивалентному источнику с колебательный контур теперь является последовательным. В таком контуре, как известно, существует резонанс напряжений, при котором напряжения на реактивных элементах контура в Q раз больше ЭДС, введенной в контур. На основании этого можно записать

U к= Q∙ ε, (5.3)

где Q= ρ/ r п— добротность контура; (5.4)

ρ = √( L1/ C1) = 1/ ω 0 C1— характеристическое сопротивление контура,

ω 0=1/√( L1∙ C1) — резонансная частота контура.

Формула (5.3) показывает, что увеличением Q можно теоретически получить сколь угодно большое значение напряжения U к, доведя тем самым принятый сигнал до величины, необходимой для нормальной работы последующих каскадов. К сожалению, на практике сложно достичь значения добротности контура выше 200–350. Кроме того, в реальных схемах к контуру, параллельно конденсатору С1, подключается остальная часть приемника, которую можно учесть ее входным сопротивлением R вх. Очевидно, на этом сопротивлении будет рассеиваться часть принятой мощности. Возникающие дополнительные потери принято учитывать эквивалентным увеличением сопротивления потерь в контуре на величину r доп. Формула для пересчета имеет вид

r доп= ρ 2 /R вх

Результирующая добротность контура, называемая эквивалентной ( Q э) или нагруженной, уменьшается: