ОДНОЛАМПОВЫЙ РЕГЕНЕРАТОР 21 ВЕКА В наши дни снова в среде

ОДНОЛАМПОВЫЙ РЕГЕНЕРАТОР 21 ВЕКА
В наши дни снова в среде радиолюбителей возрос интерес к регенеративным
радиоприемникам, как на полупроводниках, так и на лампах. В самом деле,
принцип регенератора Э. Армстронга, которому вскоре (в 2014 г.) исполняется
столетие - уникален и удивителен. Регенеративный приемник, даже простейший,
демонстрирует чуть ли не все функции, реализуемые в настоящее время в
профессиональной радиоприемной аппаратуре. Это и высокое усиление сигнала ВЧ
с антенны, и селекция узкой частотной полосы, и АРУ, и АПЧ и детектирование и
усиление НЧ, и положительная обратная связь и отрицательная обратная связь, и
согласование с антенной... И синхронное детектирование. И перенос спектра. И
смеситель. Можно упомянуть ещё и самогашение, превращающее регенератор в
сверхрегенератор, способный усиливать сигнал в миллионы раз и детектировать
ЧМ. Современный (аналоговый) приемник, можно сказать, есть "развёрнутый"
регенератор. Имеется ввиду, что каждая функция, выполнявшаяся в регенераторах
как бы "сама собой", в современном приемнике выполняется специализированным
отдельным блоком или подсистемой. Ламповая тематика регенераторов, кроме
всего прочего, окрашена ещё и в ностальгические, "винтажные" тона. Просто
удивительно, насколько совершенными и красивыми бывают сегодняшние
ламповые конструкции любителей. В данной статье мы сознательно ограничимся
именно ламповыми конструкциями.
Рис. 1. Простейший регенеративный приёмник Э. Армстронга.
Принцип регенератора, казалось бы, предельно прост: сигнал входного
антенного контура усиливается по мощности ламповым каскадом и часть этого
сигнала возвращается в контур, чтобы компенсировать потери энергии в нём (Рис.
1). При этом добротность контура возрастает во много раз, усиление каскада также
соответственно возрастает и в итоге на одной лампе можно получить вполне
различимый сигнал даже весьма слабых и удаленных радиостанций, не усиливая
при этом сигнал ненужных станций. Но, кроме этого главного эффекта, для
которого регенератор и был разработан, в нём обнаруживается великое множество
других эффектов, большая часть из которых весьма полезны! Оказывается,
регенератор способен в узких пределах сам подстраиваться под частоту мощной
станции, осуществляя АПЧ. Оказывается, он имеет "встроенную" АРУ,
уменьшающую колебания громкости приёма, возникающие вследствие неизбежных
на КВ замираний сигнала. У него есть как бы "индикатор точной настройки" знаменитый свист, который при точной настройке на станцию исчезает. Он умеет
синхронизировать колебания в контуре с колебаниями сигнала станции в эфире и
осуществлять синхронное детектирование с просто великолепным качеством.
На многих форумах радиолюбители интенсивно обсуждают современное
регенераторостроительство. Одни из них считают (и это близко к традиционному
мнению) что принцип регенератора себя давно исчерпал и что занятие
регенераторами, тем более ламповыми - это просто милое хобби, вроде реставрации
антикварных табуреток. Другие (их, кажется, меньшинство) - считают что
потенциал регенератора не исчерпан до конца и с современными знаниями и
элементной базой их можно существенно улучшить, по сравнению с последними
промышленно выпускаемыми приборами (где-то в 40-х, 50-х годах). Каждая
сторона приводит свои аргументы, которые нет необходимости здесь специально
повторять. Сторонники второго мнения много работают, создавая новые
конструкции и доказывая своё мнение делом. Большая часть этих конструкторовлюбителей идёт по пути усложнения регенеративного приёмника с целью
устранить его главные недостатки: невысокую селективность, плохую
устойчивость к сильным близким помехам, малую глубину естественной АРУ и т.д.
и т.п. Есть и такие, которые совершенствуют сам принцип, например, делая
регенератор многозвенным. Такие регенераторы способны не только усиливать
полезный сигнал, но и подавлять мешающие! Правда, управление такими
регенераторами остаётся пока весьма сложным делом. Есть и те, кто пытается
совершенствовать регенератор не усложняя его! Автор сам посвятил несколько лет
изучению этого вопроса и собрал более двух десятков регенераторов, вначале
повторяя, потом совершенствуя известные конструкции, а затем и разрабатывая
полностью новые.
Многочисленными экспериментальными и теоретическими исследованиями
на сегодняшний день, можно сказать, установлено, что наиболее качественным
простым регенеративным приёмником является следующий:
- один каскад усиления ВЧ (скорее буферный, чем именно усиливающий),
максимально ослабляющий связь антенны с регенеративным контуром,
снабженный средствами регулировки усиления (ослабления) сигнала антенны и,
возможно, выполняющий функцию преселектора
- один резонансный контур с высокой собственной начальной
добротностью и высокой стабильностью характеристик
- высококачественная малошумящая лампа с подогревным катодом (триод
или пентод), включенная в микротоковом режиме (зачастую от низковольтного 12В
и менее источника анодного напряжения), при котором лампа находится в
электрометрическом режиме с огромным входным сопротивлением и
минимальными собственными шумами
- обратная связь, организованная либо с помощью отвода от резонансного
контура (схема Хартли, индуктивная трехточка), либо с помощью емкостного
делителя напряжения (схема Колпитца, емкостная трехточка)
- схемотехника катодного детектора в регенераторе, обеспечивающая
крайне плавный подход к порогу генерации
- сверхмалошумящий высоколинейный каскад усиления НЧ, способный
усилить до нужного уровня слабый, хотя и весьма качественный, сигнал НЧ,
снимаемый с выхода катодного детектора
- качественный верньер, обеспечивающий точную и плавную настройку
качественный
переменный
катодный
резистор
(например,
многооборотный) для бесшумной и крайне плавной регулировки ПОС
- желательно, чтобы при регулировке ПОС регенератор последовательно
проходил все известные для него режимы: прямое усиление и детектирование,
затем регенерацию контура вплоть до порога генерации, затем автодинный
(синхродинный) режим прямого преобразования (дающий наибольшее качество
приема вещательных станций и телеграфа), затем сверхрегенеративный режим
дающий огромную чувствительность, и затем режим генератора, позволяющий
использовать регенератор для передачи CW, например
- конструктив регенератора должен предусматривать отличную экранировку
лампы, УВЧ и контура как от внешних источников помех, так и друг от друга. При
этом должно быть предусмотрено достаточное пространство внутри экрана
контура, чтобы не влиять на его собственную начальную добротность
- монтаж должен быть выполнен рационально, максимально короткими
проводниками, что предусматривает тщательную разработку компоновки
элементов.
Построенный в соответствии с этими принципами преемник поистине
поражает очевидцев и любителей великолепным качеством приёма хорошо
слышимых станций (сравнимым с качеством УКВ ЧМ), высокой
чувствительностью (доли микровольт) при приёме слабых станций и телеграфа,
идеальной полосой приёма высококачественного вещания (8-9 кГц), глубокой
естественной АРУ, вполне сравнимой с АРУ вещательных приемников.
Основным недостатком такого простого однокаскадного регенеративного
приёмника может считаться сравнительно невысокая селективность по соседнему
каналу. Этот недостаток существенно снижается, если собственная начальная
добротность контура очень высока (500-1000), а приём ведётся в синхродинном
режиме. При этом АЧХ регенератора становится уплощённой с крутыми склонами,
более характерными для многозвенных фильтров, чем для одиночного контура. В
точности, как описывал В. Т. Поляков. Ещё одним важным недостатком является
нестабильность компонентов. Тут помогают конструктивные меры, применение
высококачественных воженных и посеребренных катушек и вакуумных
многооборотных КПЕ. Другими недостатками являются влияние антенны и
оператора на настройку регенератора, излишнее паразитное излучение в антенну
(при надпороговых режимах). Простые каскады УВЧ, применяемые в
регенераторах редко хорошо отвязывают антенну от регенерируемого контура.
Некоторые решения нагружаю контур, снижая его естественную добротность.
Некоторые через паразитные внутриламповые емкости допускают сильное влияние
антенны на настройку контура и просачивание паразитного излучения.
Во исполнение всех вышеизложенных принципов мною был разработан
одноламповый регенеративно - сверхрегенеративный низковольтный приёмник, в
котором большинство недостатков устранены или значительно ослаблены.
Конструкция настолько проста, что допускает повторение любым радиолюбителем.
Ввиду отсутствия высоковольтного питания, работа с приемником и его
эксплуатация совершенно безопасны. Принципиальная схема приемника приведена
на Рис. 2.
Рис. 2. Принципиальная
однолампового приемника
схема
регенеративно
-
сверхрегенеративного
На левой (по схеме) половинке лампы 6Н23П (двойной триод) выполнен
классический катодный регенеративный детектор с индуктивной обратной связью
по схеме Хартли. Резистор Р1 катодного повторителя служит как для задания
режима каскада по постоянному току, так и для управления добротностью контура.
В нижнем (по схеме) положении движка генерация не возникает никогда. Отвод
катушки делают от такого малого количества витков катушки L1, чтобы при
верхнем положении движка переменного резистора Р1 генерация также
прекращалась. Конденсатор С3 пропускает ВЧ ток в отвод катушки, обеспечивая
возврат энергии в резонансный контур, и в то же время, вместе с резистором Р1
образуют фильтр НЧ, на котором выделяется продетектированный сигнал.
Конденсатор С3 желательно брать высококачественный, с малыми потерями и ТКЕ.
Блокировочный конденсатор С2 облегчает генерацию и совершенно необходим,
если аноды ламп питаются от маломощной батареи, но в случае применения
мощного свинцового аккумулятора, например, он может оказаться и ненужным.
Интерес вызывает подключение антенны через второй катодный повторитель,
который вместе с повторителем регенератора образуют классический ламповый
дифференциальный каскад. При этом входное сопротивление приемника огромно, а
влияние антенны на контур регенератора ничтожно. Кроме того, такое включение
антенны почти не требует деталей. Фактически, деталь, кроме половинки лампы,
одна - широкополосная трансформаторная линия ТР1. Она может быть выполнена с
коэффициентом трансформации 1:2, 1:3, 1:4 и вообще с таким, на какой только
хватит терпения радиолюбителю, поскольку нагрузка этого трансформатора
практически отсутствует в силу огромного входного сопротивления катодного
повторителя. В качестве усилителя низкой частоты я рекомендую использовать или
высококачественный усилитель (у кого есть) или микрофонный вход ПК, конечно,
если установлена достаточно приличная звуковая карта. Аудио кабель, возможно,
при этом придётся несколько раз пропустить через ферритовое колечко, во
избежание наводок. Антенна рекомендуется внешняя, хотя бы несколько метров
провода из окна на дерево. Запускаете на ПК программу для SDR приёма
(например, WinRad) и наслаждаетесь великолепным качеством приёма даже самых
удалённых любительских станций. Медленно вращая ручку регулировки ПОС вы
сможете изучить работу приёмника во всех известных режимах. Ниже приведены
характерные осциллограммы и спектрограммы, снятые с выхода при различных
режимах. Удачной охоты и 73!
Рис. 3. Сигнал ВЧ в режиме до порога генерации
Рис. 4. Спектр сигнала ВЧ в режиме до порога генерации
Рис. 5. Сигнал ВЧ в режиме порога генерации
Рис. 6. Спектр сигнала ВЧ в режиме порога генерации
Рис. 7. Сигнал ВЧ в режиме синхродина
Рис. 8. Спектр сигнала ВЧ в режиме синхродина
Рис. 9. Сигнал ВЧ в режиме сверхрегенерации
Рис. 10. Спектр сигнала самогашения в режиме сверхрегенерации
Рис. 11. Спектр сигнала ВЧ в режиме сверхрегенерации
Рис. 12. Сигнал ВЧ в режиме генератора
Рис. 12. Спектр сигнала ВЧ в режиме генератора
Рис. 13. Дифференциальный ламповый усилитель (ламповый ОУ)
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Википедия. Статья "Регенеративный приемник"
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B5
%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%
80%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%B8%D1%91%D0
%BC%D0%BD%D0%B8%D0%BA
2. Поляков В. Т. Секрет простых регенераторов 20 годов
3. Википедия. Статья "Генератор Хартли"
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B0
%D1%82%D0%BE%D1%80_%D0%A5%D0%B0%D1%80%D1%82%D0%BB%D0%
B8
4. Гольдреер И.Г. Лаповый каскад с обратной связью
5. Каминир Л.Б. Катодный повторитель.
6. Илюкович А.М. Техника электрометрии
7. Поляков В. Т. Простые приемники АМ сигналов.