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

Q э = ρ/( r п + r доп), (5.5)

и в практических конструкциях составляет величину 50—120. Чтобы картина была полной, необходимо было бы в знаменатель формулы (5.5) добавить третье слагаемое, учитывающее потери энергии в контуре за счет шунтирующего действия антенны. Для простоты дальнейшего изложения будем полагать эти потери равными нулю.

Существует давно известный способ повышения (умножения) добротности, подробно описанный, например в [6]. Суть его заключается в том, что потери в контуре компенсируются за счет энергии источника питания. Механизм компенсации понятен из рис. 5.3.

Рис. 5.3. Механизм компенсации потерь в контуре

К конденсатору контура подключен транзистор VT1. Напряжение U кс конденсатора приложено к участку «база-эмиттер» транзистора, что вызывает изменение тока, протекающего в коллекторной цепи за счет источника питания V1. Амплитуда изменений определяется выражением I к= U к∙ S, где S — крутизна транзистора в рабочей точке. Протекая по катушке L 2, этот ток наводит в катушке L 1. ЭДС взаимной индукции U oc= ω 0∙M∙ I к, где М — взаимоиндуктивность катушек L 1и L 2.

Фазировка катушек выбирается таким образом, чтобы напряжение U осбыло синфазно с колебаниями, происходящими в контуре, что характерно для положительной обратной связи. Ток I в контуре теперь течет под действием суммы двух напряжений ε + U ос, и амплитуда колебаний нарастает. Обратим внимание на то, что амплитуда возрастает, в конечном счете, за счет энергии источника питания.

Поскольку при резонансе суммарное сопротивление реактивных элементов контура равно нулю, для входного контура справедливо выражение ε+ U ос= ε+ ω 0∙M∙ I к= I∙( r п + r доп). Напряжение на конденсаторе теперь можно записать в виде U к = I/ ω 0 C 1= I∙ρ. Откуда I= U к/ ρ. Подставив правые части выражений для I и I кпредыдущую формулу, получим:

Выражение (5.3) справедливо и для рассматриваемого случая, с той лишь разницей, что добротность теперь имеется ввиду эквивалентная ( Q э), учитывающая компенсацию потерь в контуре за счет положительной обратной связи. Воспользовавшись (5.3), предыдущее выражение перепишем в виде

Сократив обе части равенства на, выразим в явном виде эквивалентную добротность:

Пользуясь тем, что при резонансе ρ= 1/ ω 0 C 1окончательно запишем:

Сравнивая выражения (5.5) и (5.6), можно сделать следующие полезные для практики выводы:

♦ в знаменателе выражения для добротности, за счет положительной обратной связи, появилось дополнительное слагаемое M ∙ S / C 1, имеющее размерность сопротивления;

♦ знак этого сопротивления отрицательный, что уменьшает общее сопротивление потерь контура;

♦ манипулируя величиной М или S , можно сделать сопротивление потерь контура сколь угодно малым, в том числе и равным нулю;

♦ увеличивая эквивалентную добротность контура описанным способом в соответствии с формулой (5.3), можно получать на контуре колебания любой желаемой амплитуды.

Физический смысл отрицательного сопротивления, уменьшающего общее сопротивление потерь, заключается в том, что в контур за счет положительной обратной связи, вносится из коллекторной цепи энергия источника питания, компенсирующая потери энергии сигнала в контуре. Энергия вносится в виде колебаний той же частоты, что и у поступивших в контур из антенны.

Происходящая компенсация потерь или, другими словами, восстановление энергии сигнала называется регенерацией, а приемники, использующие рассмотренный принцип для повышения коэффициента усиления, — регенеративными.

Принципы сверхрегенерации

При всей привлекательности рассмотренного метода, он обладает существенным недостатком . Параметры, определяющие величину отрицательного вносимого сопротивления r вн= M∙ S/ C 1не стабильны во времени, из-за чего нестабильным получается и сам режим регенерации. Увеличение положительной обратной связи (увеличение r вн) до обращения в нуль знаменателя формулы (5.6) приводит к превращению усилителя в генератор, уменьшение — к существенному снижению расчетного коэффициента усиления, а значит и к потере чувствительности.

Кроме того, увеличение коэффициента усиления приемника за счет увеличения эквивалентной добротности ограничивается требованиями к полосе пропускания приемника (Δ f пр). Последняя, как известно, определяется выражением Δ f пр= f 0/ Q Эи не должна быть меньше активной ширины спектра принимаемого сигнала. Классическим примером обращения недостатка в достоинство является идея сверхрегенеративного усиления. Нетрудно согласиться с утверждением, что наибольший коэффициент усиления в регенераторе можно получить, находясь на границе самовозбуждения, когда знаменатель формулы (5.6) близок к нулю.

Однако это положение и наименее устойчиво именно из-за близости к режиму самовозбуждения. Идея сверхрегенеративного приема заключается в периодическом изменении вносимого отрицательного сопротивления таким образом, чтобы усилитель на определенную часть этого периода превращался в генератор, проходя через область максимального усиления. Рассмотрим эту идею подробнее.

Как было отмечено выше, величиной вносимого сопротивления можно варьировать, изменяя либо взаимоиндуктивность М , либо крутизну транзистора S . При рассмотрении принципов сверхрегенерации удобнее использовать S . Для начала выясним смысл этого параметра.

На рис. 5.4, а изображена входная характеристика транзистора, представляющая собой зависимость тока базы ( i б) от напряжения между базой и эмиттером ( u б). К базе обычно подключено напряжение смещения ( u 0), задающее положение рабочей точки (РТ1) на входной характеристике. При подаче на базу еще и переменного напряжения амплитудой U б, ток базы будет меняться по тому же закону с амплитудой I б(рис. 5.4, б ).

Рис. 5.4. Зависимость крутизны от положения рабочей точки

При постоянной амплитуде напряжения, приложенного к базе, амплитуда тока, как это хорошо видно из рис. 5.4, будет зависеть от угла наклона входной характеристики в окрестностях рабочей точки. Количественно этот угол характеризуется крутизной входной характеристики S б. Изменяя положение рабочей точки с помощью u 0, можно менять S б. Амплитуда коллекторного тока (/ к) может быть определена по формуле I к= I б∙ h 21э, где h 21э— коэффициент усиления транзистора по току в схеме с общим эмиттером. Величину S= I к/ U би будем называть крутизной транзистора.