Схемы приемников-сверхрегенераторов на полевом транзисторе
Чувствительность сверхрегенеративных приемников в значительной степени определяется собственными шумами используемого транзистора. В этом смысле целесообразно применение полевых транзисторов, как менее шумящих.
Наиболее интересные параметры схемы сведены в таблицу.
Результаты получены при напряжении питания 5 В, глубине модуляции испытательного сигнала т — 0,9 и частоте модуляции 1 кГц. Приемник предназначен для работы с импульсными сигналами, поэтому выбран нелинейный режим, обеспечивающий эффективную АРУ. При увеличении амплитуды входного сигнала с 3,5 мкВ до 4,5 мВ (в 1300 раз), уровень сигнала в контрольной точке Кт2 меняется всего в пределах 160—350 мВ. Приемник предназначен для работы с амплитудно-манипулированными сигналами.
Сверхрегенеративный каскад собран на транзисторе VT1. Колебательный контур включен в затворную цепь. Это, во-первых, практически исключило шунтирующее действие транзистора на контур, что существенно повысило его нагруженную добротность. Во-вторых, снизило мощность колебаний в контуре и, как следствие, паразитное излучение через антенну. Емкость контура образована двумя конденсаторами С2 и СЗ, точка соединения которых подключена к истоку транзистора, что и обеспечивает положительную обратную связь, необходимую для самовозбуждения каскада.
Величина резистора R1, постоянное падение напряжения на котором определяет исходное положение рабочей точки, выбрано такой, чтобы крутизна в этой точке превышала критическое значение. Совместно с конденсатором С5 этот резистор образует цепь формирования вспомогательных колебаний супе-ризации.
Форму и параметры колебаний можно проконтролировать осциллографом в контрольной точке Кт1. Они должны соответствовать рис. 5.21, б. Двузвенный фильтр нижних частот R2, С6, R4, С7 выделяет постоянную составляющую этих колебаний, изменяющуюся, как известно, по закону огибающей принимаемого сигнала, и подавляет колебания на частоте суперизации.
Для того чтобы коэффициент передачи фильтра был близок к единице, он должен быть нагружен на сопротивление, существенно превышающее сумму R2 и R4. С этой целью далее установлен истоковый повторитель на полевом транзисторе VT2. Усилитель низкой частоты реализован на транзисторе V3 и никаких особенностей не имеет.
Конденсатор С9 дополнительно подавляет просочившееся напряжение суперизации. На выходе усилителя выделяется смесь полезного сигнала и шума, отношение амплитуд которых зависит от уровня входного сигнала (см. табл. 5.1). Каскад на транзисторе VT4 представляет собой, по сути, усилитель-ограни-читель «снизу». Его рабочая точка выбрана таким образом, что, в отсутствие сигнала, амплитуды шумов недостаточно для отпирания транзистора и выходное напряжение равно нулю. Полезный сигнал, имеющий в точке Кт2 отрицательную полярность и превышающий уровень шумов минимум в четыре раза, открывает последний транзистор, и на его выходе формируются положительные импульсы амплитудой 5 В. Конденсатор С13 очищает фронты импульсов от остатков напряжения суперизации.
Детали и конструкция
Печатная плата приемника выполнена из одностороннего стеклотекстолита. Ее чертеж со стороны проводников приведен на рис. 5.22. Поскольку заявленные характеристики обеспечиваются в достаточно узком диапазоне питающих напряжений 5 ±0,5 В, источник питания должен быть стабилизирован. Стабилизатор, при желании, может быть размещен на плате приемника, для этого на ней предусмотрено место (элемент DA1). Подойдет, например интегральный стабилизатор 1170ЕН5 или его импортный аналог.
Транзистор VT1 может быть заменен на КП303А(Б, В, Ж), при этом может потребоваться подбор величины резистора R1 по указанной ниже методике. Можно использовать и КП303Г (Д, Е), КП302 с любой буквой, но напряжение питания обязательно придется повысить до 9 В из-за того, что у них значительно больше напряжение отсечки. Транзистор VT2 должен быть из серии КПЗОЗГ—Е при любом напряжении питания.
Транзисторы VT2, VT3 заменяются на КТ315 и КТ361 соответственно, с любыми буквенными индексами.
Контурная катушка содержит 8 витков и наматывается проводом 0,35—0,5 мм на каркасе диаметром 5—9 мм с карбонильным подстроенным сердечником. Можно использовать и фер-ритовый, но обязательно убедиться, что он марки 15—50 ВЧ. Высокочастотный дроссель Др1 стандартный, типа ДПМ-0,1, ДМ-0,1 индуктивностью 10—68 мкГн.
Можно использовать и самодельный, намотав 20—25 витков провода 0,15—0,25 мм на ферритовое кольцо диаметром 8—10 мм. Конденсаторы С2, СЗ — керамические с хорошим ТКЕ (группы МЗЗ, ПЗЗ, МП0). Остальные могут быть любыми керамическими. Электролитические конденсаторы С8, С12 — любого типа на напряжение не менее 6,3 В. Никаких особых требований не предъявляется и к постоянным резисторам. В качестве антенны приемника используется отрезок провода длиной 25—50 см. Понятно, что чем больше длина антенны, тем больше будет дальность действия аппаратуры. Выход приемника рассчитан на подключение цифровой части, собранной на микросхемах серии КМОП.
Настройка
Настройку приемника желательно проводить с помощью осциллографа. Убедившись в правильности монтажа, временно заменить резистор R1 на подстроенный, сопротивлением 10—47 кОм, подсоединив его к плате как можно более короткими проводниками.
Осциллограф подключить к контрольной точке Кт1. Подать на плату питающее напряжение. Вращением ротора потенциометра добиться появления на экране пилообразных импульсов (рис. 5.21, б). Ручками синхронизации осциллографа обеспечить неподвижность первого импульса на экране. Подстройкой потенциометра установить частоту их следования равной 30—33 кГц.
Дрожание импульсов, начиная со второго, происходит из-за наличия собственных шумов каскада и свидетельствует о его нормальной работе. Амплитуда их должна быть равной 0,7— 0,8 В. Подключив осциллограф к затвору первого транзистора через конденсатор емкостью 3—5 пФ, можно наблюдать вспышки высокочастотных колебаний на контуре (рис. 5.21, а). Измерить тестером сопротивление потенциометра, предварительно отключив его от схемы, и впаять постоянный резистор ближайшего номинала. Если требуемая частота и амплитуда импульсов одновременно не устанавливается, то подбором сопротивления потенциометра устанавливается нужная амплитуда импульсов, а затем подбором емкости конденсатора С5 — требуемая частота.
При отсутствии осциллографа можно поступить следующим-образом. Временно соединить затвор первого транзистора с корпусом небольшим отрезком провода, обеспечив срыв колебаний. Контролируя вольтметром постоянного тока напряжение в Кт1, вращением оси потенциометра установить его равным 0,6— 0,65 В. Убрав перемычку, убедиться, что напряжение возрастает до 0,7—0,9 В, что свидетельствует о возникновении генерации. Установить оптимальные параметры «пилы» при этом методе, к сожалению, не удастся.
Для дальнейшей настройки потребуется либо генератор стандартных сигналов, либо передатчик, совместно с которым планируется использование приемника. Генератор подключается непосредственно к антенному входу и настраивается на требуемую частоту, его выходное напряжение устанавливается равным 100 мкВ, а глубина внутренней модуляции — 90 %. Если используется передатчик, его предварительно настраивают и располагают на расстоянии 2—3 м от приемника.
Осциллограф подключается к точке Кт2. Затвор транзистора VT2 временно соединяется с корпусом, а резистор R7 заменяется подстроенным, сопротивлением 47 кОм. Вращением ротора потенциометра необходимо установить постоянное напряжение в контрольной точке равным 3,15 В. При отсутствии осциллографа сделать это можно и с помощью вольтметра. Одновременно на базе транзистора VT4 (КтЗ) необходимо установить 4,65 В подбором величины резистора R10. В последнем случае на этом настройка и заканчивается.
Отпаять перемычку от затвора VT2. На экране осциллографа должны наблюдаться синусоидальные колебания частотой 1 кГц при использовании генератора или примерно прямоугольные импульсы, когда источником контрольного сигнала служит передатчик. Наличие только шумовой дорожки говорит о том, что входной контур приемника сильно расстроен. Вращением сердечника катушки контура необходимо добиться максимальной амплитуды наблюдаемого сигнала, что будет свидетельствовать о настройке в резонанс. Для обеспечения высокой точности настройки сигнал генератора необходимо постепенно уменьшать .до границы чувствительности (передатчик относить на большее расстояние), о чем будет свидетельствовать появление на экране шумов заметной амплитуды. Окончательно установить движок потенциометра в положение, при котором отсутствует ограничение как положительных, так и отрицательных полуволн наблюдаемого сигнала. Заменить потенциометр постоянным резистором соответствующего сопротивления.
Переключить осциллограф на выход приемника. На экране должны наблюдаться положительные импульсы, размахом 5 В. Подбором R10 добиться, чтобы амплитуда шумовых всплесков в их основании не превышала 0,5 В; уменьшать их до нуля не еледует, так как снижается чувствительность. На этом настройка приемника закончена.
В заключение следует отметить, что сверхрегенеративный каскад устойчиво работает в интервале питающих напряжений от 3 до 9 В, потребляя ток соответственно 120—650 мкА. Для каждого питающего напряжения необходимо тщательно подбирать величину резистора R1 и конденсатора С4 по приведенной выше методике. Если изменяется напряжение питания всего приемника, то необходимо уточнять и режимы по постоянному току транзисторов VT3 и VT4.
Схема сверхгенеративного приемника с использованием микросхемы К140УД1208
Если несколько снизить требования к экономичности, то усилитель низкой частоты и формирователь импульсов можно реализовать на операционном усилителе К140УД1208.
Суммарный ток потребления приемника возрастет при этом до 1—1,2 мА. Конденсатор С9 добавлен для улучшения подавления напряжения суперизации, ухудшающего форму фронтов полезного сигнала. Операционный усилитель работает в режиме компаратора.
Настройка выходного каскада сводится к следующему. Ротор потенциометра R10 устанавливается в нижнее (по схеме) положение. Потенциал на выводе 2 микросхемы DA1 оказывается ниже, чем на выводе 3, и контролируемое осциллографом напряжение на выходе каскада должно быть равно нулю. Подав на вход приемника сигнал одним из описанных выше способов, плавным вращением движка нотенциометра добиться появления на выходе импульсов положительной полярности.
Поскольку амплитуда сигнала с выхода истокового повторителя лежит в пределах 2—15 мВ, разность потенциалов на выводах 3 и 2 должна быть 1—15 мВ, что требует тщательной установки порога. От величины последнего (разности потенциалов между выводах 3 и 2) зависит чувствительность приемника в целом. Наибольшей чувствительности соответствует такой порог, при котором снятие входного сигнала приводит к появлению на экране осциллографа хаотически изменяющихся импульсов амплитудой около 5 В, симметричных относительно уровня в 2,5 В.
Необходимо иметь в виду, что такая настройка будет вызывать беспорядочное срабатывание исполнительных устройств аппаратуры при отсутствии входного сигнала. Если это недопустимо, то необходимо в отсутствие входного сигнала плавно повышать порог уменьшением сопротивления R10 до того момента, когда шумовые выбросы на экране осциллографа пропадут. Чувствительность приемника при этом снизится до 4—5 мкВ.
Детали и конструкция второго варианта приемника
Печатная плата второго варианта приемника приведена на рис. 5.24. Для того чтобы настройки сохранялись в процессе эксплуатации, напряжение питания приемника должно быть стабилизировано. Стабилизатор может быть общий на все оборудование модели или предусмотренный только для приемника. В последнем случае его можно установить на печатной плате приемника, место для него предусмотрено (элемент DA2). Подойдет интегральный стабилизатор 1170ЕН5 или аналогичный импортный.
Днищенко В. А. 500 схем для радиолюбителей. Дистанционное управление моделями. СПб.: Наука и техника, 2007. — 464 е.: ил.