Главная / Полезные вещи / Сверхрегенеративный приемник: описание, характеристики, принцип работы, применение

Сверхрегенеративный приемник: описание, характеристики, принцип работы, применение

Сверхрегенеративный приемник используется в течение многих десятков лет, особенно на УКВ и УВЧ, где он мог предложить простоту схемы и относительно высокий уровень производительности. Этот детектор был популярен в своей версии вакуумной трубки впервые дни приема ОВЧ в конце 1950-х — начале 60-х годов. После этого он применялся в простых схемах транзисторной версии. Такая конструкция была причиной шипящего звука, издаваемого радиостанциями CB 27 МГц. В наши дни суперрегенеративное радио уже не так популярно, хотя есть несколько приложений, по-прежнему интересных современникам.

История радио

Историю развития сверхрегенеративного приемника можно проследить от самых первых дней его изобретения. В 1901 году Реджинальд Фессенден в своем приемнике для выпрямляющего кристаллического детектора применил немодулированный синусоидальный радиосигнал на частоте, смещенной от несущего радиоволнового носителя и от антенны.

Позже, в годы Первой мировой войны, радиолюбители стали пользоваться преимуществами радиотехнологий, которые обеспечивали достаточное качество и чувствительность передачи. Инженер Люсьен Леви во Франции, Уолтер Шоттки в Германии и, наконец, человек, которому приписывается техника супергетеродина, Эдвин Армстронг, решили проблему избирательности и построили первое рабочее сверхрегенеративное радио.

Оно было изобретено в эпоху, когда радиотехника была очень простой, а сверхрегенеративному приемнику не хватало тех возможностей, которые сегодня считаться само собой разумеющимися. Супергетеродинный радиоприемник (супергетеродин) в полном наименовании — сверхзвуковой гетеродинный беспроводной приемник, стал важным шагом по пути вперед в развитии науки и техники, хотя изначально он не был широкого использования, потому что вмещал в себя много клапанов, труб и прочих громоздких деталей. И к тому же в то время радио было очень дорогим удовольствием.

Основы супер ресивера

Сверхрегенеративный приемник основан на простом регенеративном радио. Он использует вторую частоту колебаний в цикле регенерации, которая прерывает или гасит основные колебания частоты. Гашение колебаний обычно работает на частотах выше звукового диапазона, например, от 25 кГц до 100 кГц. При работе цепь имеет положительную обратную связь, поэтому даже небольшое количество шума приведет к колебанию системы.

Выход радиочастотного усилителя в приемнике имеет положительную обратную связь, т.е. часть выходного сигнала подается обратно на вход в фазе. Любой присутствующий сигнал будет неоднократно усиливаться, и это может привести к усилению уровня сигнала в тысячу раз и даже более. Несмотря на то что усиление фиксировано, можно достичь уровня, приближающегося к бесконечности, используя такие методы обратной связи, как схема с точкой колебания у сверхрегенеративного приемника на батарейных радиолампах.

Регенерация вводит отрицательное сопротивление в цепь, и это означает, что общее положительное сопротивление уменьшается. И, кроме того, с ростом усиления увеличивается избирательность схемы. Когда схема работает с обратной связью, так что генератор работает достаточно в области колебаний, возникает вторичное низкочастотное колебание. Оно разрушает частоту высокочастотного колебания.

Концепция была первоначально обнаружена Эдвином Армстронгом, который придумал термин «супервосстановление». И этот тип радио называется сверхрегенеративным приемником на лампах. Такая схема использовалась во всех формах радио от отечественных радиовещательных радиостанций до телевизоров, высокоточных тюнеров, профессиональных радиостанций связи, спутниковых базовых станций и многих других. Практически все широковещательные радиоприемники, а также телевизоры, коротковолновые приемники и коммерческие радиоприемники использовали в качестве основы для работы принцип супергетеродина.

Преимущества передатчика

Супергетеродинное радио имеет ряд преимуществ перед другими формами радио. В результате своих преимуществ сверхрегенеративный приемник на транзисторах остался одним из передовых методов, используемых в радиотехнологии. И несмотря на то что сегодня на передний план выходят другие методы, супрет-приемник по-прежнему очень широко используется с учетом функций, которые он может предложить:

  • Замыкание селективности. Одним из основных преимуществ приемника является близость к избирательности, которую он может предложить.
  • Используя фильтры с фиксированной частотой, он может обеспечить качественное отключение соседнего канала.
  • Возможность приема нескольких режимов.
  • Благодаря топологии эта технология приемника может включать в себя множество различных типов демодуляторов, которые легко подбираются с учетом требований.
  • Получают очень высокочастотные сигналы.
  • Тот факт, что сверхрегенеративный приемник на полевом транзисторе использует технологию смешивания, означает, что большая часть обработки приемника выполняется на более низких частотах, предоставляя себе возможность получения высокочастотных сигналов. Эти и многие другие преимущества означают, что приемник был востребован не только с началом радиофикации, но и останется таким же еще на многие годы.

    Сверхрегенеративный приемник на полевом транзисторе

    Давайте разберемся. Принцип работы сверхрегенеративного приемника заключается в следующем.

    Сигнал, который поднимается антенной, проходит в приемник и поступает в микшер. Другой локально сгенерированный сигнал, часто называемый локальным генератором, подается в другой порт микшера и два сигнала смешиваются. В результате новый сигнал генерируется на суммарной и разностной частотах.

    Выход передается в так называемую промежуточную частоту, где сигнал усиливается и фильтруется. Любой из преобразованных сигналов, которые попадают в полосу пропускания фильтра, может проходить через фильтр, и они также будут усиливаться ступенями усилителя. Сигналы, которые выходят за пределы полосы пропускания фильтра, будут отклонены.

    Настройка приемника выполняется просто путем изменения частоты локального генератора. Это изменяет частоту входящего сигнала, сигналы преобразуются и могут проходить через фильтр.

    Настройка сверхрегенеративного приемника

    Хотя она и более сложная, чем у некоторых других видов радиоприемников, но обладает преимуществом с точки зрения производительности и избирательности. Таким образом, настройка способна удалять нежелательные сигналы более эффективно, чем другие настройки TRF (Tuned Radio Frequency) или радиостанции, которые использовались в первые дни радио.

    Основная концепция и теория, лежащие в основе супергетеродинного радио, включают процесс смешивания. Это позволяет передавать сигналы с одной частоты на другую. Входную частоту часто называют ВЧ-входом, тогда как локально генерируемый сигнал генератора называется локальным генератором, а выходная частота называется промежуточной частотой, так как она находится между ВЧ и аудиочастотами.

    Блок-схема базового сверхрегенеративного приемника на одном транзисторе такова. В смесителе мгновенная амплитуда двух входных сигналов (f1 и f2) умножается, что приводит к сигналам на выходе частот (f1 + f2) и (f1 — f2). Это позволяет передавать входящую частоту до фиксированной частоты, где ее можно эффективно фильтровать. Изменение частоты локального генератора позволяет настроить приемник на разные частоты. Сигналы на двух разных частотах могут поступать на промежуточные этапы.

    Тюнинг RF удаляет один и принимает другой. Когда присутствуют сигналы, они могут вызывать нежелательные помехи, маскируя требуемые сигналы, если они появляются одновременно в промежуточной частотной секции. Часто в недорогих радиостанциях гармоники локального осциллятора могут отслеживать на разных частотах, что приводит к изменению гетеродинов при настройке приемника.

    Общая блок-схема сверхрегенеративного приемника на одном транзисторе показывает основные блоки, которые могут использоваться в приемнике. В более сложных радиостанциях на базовую блок-диаграмму добавятся дополнительные для демодуляторов.

    К тому же некоторые сверхгетеродинные радиостанции могут иметь два или более преобразования, чтобы обеспечить повышенную производительность, для улучшения функционирования элементов схемы, можно использовать два или даже три преобразования.

    Где:

    • тюнинг-колпачок — это переменная 15pF;
    • индуктор «L» представляет собой не что иное, как 2-дюймовую металлическую проволоку No 20, изогнутую в форме «U».

    FM-радиостанции (88-108 МГц) нуждаются в большей индуктивности, а нижняя половина полосы (приблизительно 109-130 МГц) потребует меньше, так как она выше FM-диапазона.

    Автоматическое управление усилением 27МГц

    Считается, что сверхрегенеративный приемник на 27 МГц вырос из потребности военного времени в очень простом одноразовом устройстве с высоким коэффициентом усиления положительной обратной связи. Решением этого было позволить колебаниям настроенной частоты альтернативно расти и подавляться под управлением второго (гасящего) генератора, работающего на более низкой радиочастоте. Положительная обратная связь вводилась переменным потенциометром, который использовался следующим образом.

    Сигнал будет увеличиваться в объеме до тех пор, пока радиочастотный усилитель не начнет колебаться. Идея заключалась в том, чтобы отменить контроль, пока колебание не прекратится. Однако обычно существовал значительный гистерезис между положением и эффектом. Повышение производительности могло быть достигнуто только в том случае, если продвижение было остановлено незадолго до начала колебаний, что требовало навыков и терпения.

    В этом устройстве настраиваемый усилитель начинает колебаться в течение полупериода формы сигнала осциллятора. Во время «включения» части цикла гашения, колебания настроенного усилителя растут экспоненциально от шумов схемы. Время достижения этих колебаний до полной амплитуды пропорционально значению Q настроенной схемы. Поэтому, в зависимости от частоты генератора гашения, колебания частоты сигнала могут доходить до полной амплитуды (логарифмический режим) или быть свернуты (линейный режим).

    Для радиоуправления моделями использовались три основных типа сверхрегенеративного приемника на 27 МГц: приемник жесткого клапана, приемник мягкого клапана и приемник на основе транзисторов.

    Типичная схема приемника жесткого клапана показана на рисунке.

    Радиосхема для диапазона 25-150 МГц

    В этой схеме сверхрегенеративный приемник на диапазоне 25 150 мгц аналогичен принципиальной схеме MFJ-8100.

    Первая ступень основана на транзисторе FET, подключенном к общей конфигурации затвора. Стадия радиочастотного усилителя предотвращает радиочастотное излучение от антенны в обеих цепях. Суперрегенеративный детектор основан на транзисторе, подключенном к общей конфигурации затвора. С помощью триммера регулируется коэффициент усиления обратной связи до точки, где потенциометр обеспечивает плавное управление регенерацией.

    Частотный диапазон этого приемника составляет от 100 МГц до 150 МГц. Его чувствительность составляет менее 1 мкВ. Катушки намотаны на съемную оправу диаметром 12 мм. Конечно, регенераторы и супер регенераторы не являются будущим радиолюбителей, но у них все еще есть место под солнцем.

    Устройство передачи 315МГц

    Тут представлен современный 315 RF супер восстановительный модуль передатчик + приемник.

    Он обеспечивает очень экономичное беспроводное решение с максимальной скоростью передачи данных до 4 Кбит/с. И может использоваться, как пульт дистанционного управления, электрические двери, двери затвора, окна, разъем дистанционного управления, дистанционное управление светодиодом, стереосистемой пульта дистанционного управления и системами сигнализации.

    Особенности:

    • дальность передачи> 500 м;
    • чувствительность -103 дБ, в открытых областях, поскольку он работает с методом амплитудной модуляции, чувствительность к шуму выше;
    • рабочая частота: 315,92 МГц;
    • рабочая температура: от -10 градусов до +70 градусов;
    • мощность передачи: 25 мВт;
    • размер приемника: 30 * 14 * 7 мм Размер передатчика: 19 * 19 мм.

    Ламповый ISM 433 МГц

    Сверхрегенеративный приемник на лампах потребляет менее 1 мВт и работает в бесконтактной 433 МГц промышленной, научной и медицинской сети. В своей простейшей форме суперрегенеративный приемник содержит радиочастотный генератор, который периодически включает и выключает «сигнал гашения» или низкочастотный сигнал. Когда сигнал гашения переключается на генератор, колебания начинают нарастать с экспоненциально растущей оболочкой. Применение внешнего сигнала на номинальной частоте генератора ускоряет рост огибающей этих колебаний. Таким образом, рабочий цикл амплитуды погашенного осциллятора изменяется пропорционально амплитуде приложенного радиосигнала.

    В сверхрегенеративном детекторе приход сигнала начинает радиочастотные колебания раньше, чем при отсутствии сигнала. Суперрегенеративный детектор может принимать сигналы АМ и хорошо подходит для обнаружения сигналов данных OOK (on/off-keyed). Суперрегенеративный детектор представляет собой систему дискредитированных данных, т. е. каждый период отсчитывает и усиливает радиочастотный сигнал. Чтобы точно восстановить исходную модуляцию, генератор подавления должен работать на частоте, несколько превышающей самую высокую частоту в исходном модулирующем сигнале. Добавление детектора огибающей, за которым следует фильтр нижних частот, улучшает демодуляцию AM.

    Сердце приемника содержит обычный LC-генератор, сконфигурированный Colpitts, работающий на частоте, определяемой серийным резонансом L1, L2, C1, C2 и С3. При выключении устройства ток смещения Q1 гасит генератор. Каскадный транзистор Q2 и Q3 образует усилитель антенны, который улучшает показатель шума приемника и обеспечивает некоторую радиочастотную развязку между генератором и антенной. Для экономии энергии усилитель работает только при росте колебаний.

    Схема сверхрегенеративного УКВ

    Приемник состоит из транзистора 2N2369, окруженного пятнадцатью компонентами, которые совместно являются высокочастотной частью. Эта сборка является сердцем приемника. Она обеспечивает как усиление HF, так и демодуляцию. Конфигурированная схема, установленная в коллекторе транзистора, позволяет выбирать частоту.

    Реакционный набор использовался очень рано в короткой волне радиолокаторами трубки. Затем он был найден в знаменитых «трех транзисторах» в режиме разговора 60-х годов. Многие приемники с дистанционным управлением 433 МГц все еще используют его. Оба этапа на BC337 являются низкочастотными усилителями, последний из которых обеспечивает питание для наушников или небольшой громкоговоритель. Регулируемое сопротивление 22 кОм регулирует поляризацию транзистора 2N2369, чтобы получить наилучшую точку реакции, сочетающую чувствительность и низкое искажение, избегая при этом колебания, которое блокирует его работу.

    Звуковая частота восстанавливается через резистор 4,7 кОм, затем проходит через фильтр нижних частот, что исключает высокочастотное переключение реакции. Первый транзистор BC337 обеспечивает предварительное усиление BF. Конденсатор 4,7 нФ, расположенный между его коллектором и его базой, действует, как фильтр нижних частот, исключая высокочастотный остаток и ограничивая максимумы. Сопротивление 10 кОм регулирует усиление последней ступени и, следовательно, громкость.

    Сборка радио своими руками

    Для сверхрегенеративного приемника 315 МГц своими руками все компоненты должны быть установлены на печатной плате и дорожки выполнены с помощью резака. Широкий план заземления незаменим для (электрической) устойчивости сборки. Чтобы облегчить копирование на меди, печатают фотографию схемы, помещают ее на пластину и, с указанием точки, отмечают концы дорожек на листе. После проверки изоляции дорожек на омметре проводка выполняется в соответствии с диаграммой.

    Компоненты схемы легко приобрести в радиомагазинах или онлайн. Нужен динамик 50 или 100 Ом. Также можно использовать 8-омный громкоговоритель, помещая трансформатор с понижающим сопротивлением, установленный на большую часть старых транзисторных станций, или подключить 8-омный динамик, но уровень звука при этом будет ниже. Сборка должна оставаться компактной с хорошим планом заземления. Не следует забывать, что провода и соединения имеют эффект самодействия на высоких частотах. Катушка хорды имеет 5 оборотов провода 0,8 мм (проводка проводной телефонной связи). Соединение конденсатора производят последовательно с антенной на втором повороте сверху.

    Антенна состоит из одного куска жесткой проволоки (1,5 мм2) длиной около двадцати сантиметров. Не нужно делать больше, «четверть волны» нарушит реакцию. Требуется разместить конденсатор 1 nF развязки. Дроссельная катушка (высокочастотная блокировка) имеет тип VK200. Если радиолюбитель не может найти ее, можете сделать три или четыре витка проволоки в небольшой ферритовой трубке. А конкретную схему сборки можно выбрать по своему вкусу и в соответствии с монтажной схемой.

    Правильное включение схемы

    Порядок установки сверхрегенеративных приемников УКВ:

  • Включить цепь. Ток питания составляет около тридцати миллиампер.
  • Повернуть правый регулируемый резистор (громкость) полностью против часовой стрелки.
  • Затем нужно услышать шум в наушниках или динамике. Если это не так, повернуть регулируемое сопротивление, пока не появится звучание.
  • Улучшить настройку на эмиссию среднего уровня, чтобы получить хорошую чувствительность с минимальным искажением.
  • Чтобы убрать высокие шумы, нужно уменьшить антенну.
  • Схема сверхрегенеративного приемника на 144 мГц.

    Меры предосторожности: поскольку установка излучает помехи, не нужно использовать ее вблизи другого приемника.

    Источник: http://fb.ru