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

Обратите внимание на то, что крутизна транзистора, как и величина S б, зависит от положения рабочей точки транзистора на входной характеристике. Конкретная форма зависимости крутизны от напряжения смещения для разных транзисторов различна. Существенным же является тот факт, что крутизна тем больше, чем больше постоянное напряжение смещения U 0, что хорошо видно из рисунка. При дальнейших рассуждениях для простоты будем полагать, что зависимость крутизны от напряжения смещения прямо пропорциональная (рис. 5.5, а ).

Рис. 5.5. Прерывистая генерация в сверхрегенераторе

Теперь можно приступать к рассмотрению собственно режима сверхрегенерации. Обозначим значение крутизны транзистора, при которой знаменатель выражения (5.6) обращается в нуль (возникает генерация) через S кр. Для получения этого значения на базу транзистора необходимо подать напряжение U кр(рис. 5.5, а ). В исходном состоянии на базу подают постоянное напряжение смещения U 0, обеспечивающее такое положение рабочей точки транзистора (РТ), при котором крутизна S 0меньше критической. Генерация в этом случае отсутствует.

Если теперь к постоянному напряжению добавить некоторое вспомогательное, периодически изменяющееся, называемое напряжением суперизации ( u суп), то при достаточной его амплитуде рабочая точка будет переходить в область, где крутизна транзистора становится больше критической. Этой ситуации на рис. 5.5, б соответствует интервал времени t 1— t 2. На это время знаменатель формулы (5.6) становится отрицательным, и в контуре обеспечиваются условия возникновения автогенерации.

Если в контур из антенны поступает напряжение сигнала амплитудой U c, то колебания в контуре начнут нарастать, начиная с этого значения, по экспоненциальному закону, описываемому формулой [6]:

U к( t ) = U c∙ e -δt, (5.7)

где δ= r э/2 L 1— коэффициент затухания колебаний в контуре;

L 1— индуктивность контура;

r э= r п+ r доп— MS/ C 1— эквивалентное сопротивление потерь контура,

При S > S кр, что имеет место на интервале t 1— t 2, величина r эимеет отрицательное значение, показатель экспоненты в (5.7) — соответственно положительное, что и обеспечивает нарастание амплитуды колебаний до некоторого значения U m(рис. 5.5, в ). После момента времени t 2крутизна становится меньше критической, показатель экспоненты в (5.7) — отрицательным, и колебания в контуре затухают. Образуется так называемая «вспышка» высокочастотных колебаний в контуре.

Если принимается АМ-сигнал, то к началу новой вспышки (момент t 4на рисунке) значение начальной амплитуды U cбудет отличаться от предыдущего (станет, например больше), соответственно изменится и амплитуда вспышки, что явствует из формулы (5.7) и рис. 5.5, в . В результате на контуре будет получена последовательность вспышек, амплитуда которых будет повторять закон изменения амплитуды принимаемых колебаний.

Надлежащим выбором параметров контура и величины S можно обеспечить такую скорость нарастания напряжения в контуре на интервале t 1— t 2, при которой амплитуда вспышек U mбудет достигать единиц вольт, при всего нескольких микровольтах, наведенных в антенне. Подавая вспышки на амплитудный детектор можно выделить их огибающую, которая и является полезным сигналом. Расчеты показывают, что коэффициент усиления сверхрегенератора может достигать сотен тысяч [7].

Необходимо отметить, что частота вспомогательных колебаний ( F суп) должна быть такой, чтобы восстановление огибающей принимаемого сигнала происходило без потерь. Как известно, для этого должно быть выполнено условие Котельникова F суп >= 2 F в. Здесь F в— верхняя частота в спектре модулирующего сигнала.

В практических схемах F суплежит в пределах 30—100 кГц. Форма напряжения суперизации, как это ясно из рис. 5.5, принципиального значения не имеет. Важно лишь обеспечить на интервале t 1— t 2условие S > S кр.

Предельно достижимая амплитуда вспышек на контуре U програничена параметрами схемы и напряжением питания. Если в процессе усиления сигналов амплитуда вспышек напряжения на контуре все время остается меньше U пр, то зависимость амплитуды U mот U cлинейна и режим работы соответственно называется линейным. Достоинством режима является низкий уровень шумов и малый коэффициент нелинейных искажений.

Если начальная амплитуда в контуре или усиление в схеме настолько велики, что U mдостигает значения U прна интервале t 1— t 2, то амплитуда вспышек уже не зависит от амплитуды входного сигнала, и режим называется нелинейным. В этом режиме при изменении амплитуды входного сигнала будет изменяться площадь вспышек (рис. 5.6, а ). Величина продетектированного напряжения изменяется в зависимости от входного сигнала по логарифмическому закону (рис. 5.6, б ).

Рис. 5.6. Нелинейный режим сверхрегенератора

Такая зависимость выходного сигнала от входного аналогична действию АРУ в приемнике и расширяет его динамический диапазон. К недостаткам нелинейного режима относятся сильные нелинейные искажения, высокий уровень выходных шумов при отсутствии полезного сигнала и низкая избирательность по соседнему каналу. Сильные шумы на выходе приемника, представляющие усиленные во много раз собственные шумы каскада, являясь недостатком, одновременно, тем не менее, как раз и свидетельствуют о высоком коэффициенте усиления приемника.

По способу получения вспомогательных колебаний напряжения суперизации сверхрегенераторы подразделяются на две группы. Сверхрегенераторы с внешней суперизацией используют вспомогательные колебания, вырабатываемые специальными генераторами. В сверхрегенераторах с автосуперизаиией создаются условия для возникновения вспомогательных колебаний в самом регенеративном каскаде. Последний вариант используется чаще, так как требует меньших схемотехнических затрат (однако это не значит, что он является лучшим).

Читатели, знающие, что такое спектр сигнала, могут пропустить следующие три абзаца, остальным рекомендуется разобраться с этим понятием. Дело в том, что сигналы, используемые в радиотехнике, могут иметь самую различную форму.

Анализировать прохождение непосредственно самих сигналов через радиотехнические цепи, назначение и структура которых также весьма разнообразны, весьма сложная задача. Поэтому в радиотехнике принято при анализе заменять сигналы их спектрами. Из математики известно, что практически любую функцию можно представить в виде суммы других, более простых функций. Такое представление называется разложением функции в ряд . Любой реальный сигнал сколь угодно сложной формы представляет собой какую-либо функцию времени, а значит, может быть разложен в ряд.