Схема СВ приемника Q-умножителя
Прочтя первый раздел этой главы, читатель мог заметить некоторое противоречие: везде утверждалось, что лампа или транзистор должны как можно меньше шунтировать (нагружать) контур, чтобы не снизить его начальную добротность (Q0 и в то же время предлагались цепи стабилизации амплитуды, а по сути, детектирования сигнала, явно шунтирующие контур. Противоречие, действительно, существует, и чтобы его устранить, надо разделить функции увеличения (умножения) добротности и детектирования (стабилизации амплитуды).
Если мы хотим получить максимальную добротность, первым каскадом после контура должен быть катодный (эмиттерный, истоковый) повторитель, практически не нагружающий контур, а детектор может быть уже следующим каскадом.
Так были построены Q-умножители на двойных триодах, вызвавшие бум среди радиолюбителей в начале 60-х гг. и породившие многочисленные легенды о их необыкновенных приемных качествах. Первый триод включался катодным повторителем, а второй - сеточным детектором. ПОС подавалась из катодной цепи второго триода на отвод катушки контура. Такое устройство на самом деле могло обеспечить чувствительность в несколько микровольт в КВ диапазоне при приеме AM сигналов и даже до долей микровольта при приеме телеграфа по методу биений, когда регенератор доводится до порога возбуждения и становится слышным тон разностной (звуковой) частоты между частотами сигнала и собственной частотой регенератора. Другая область применения Q-умножителей - установка их на входе устаревших приемников с низкой чувствительностью и селективностью. Приемник-ветеран разительно преображался с Q-умножителем на входе и давал неплохие результаты.
Поскольку в Q-умножителях добиваются высоких значений коэффициента регенерации М (он же коэффициент умножения добротности), очень важна его стабильность. И здесь имеется замечательное техническое решение. Насколько автору известно, впервые его предложил наш радиолюбитель Б. Н. Хитров в конце 40-х гг. Он знаменит своими популярными приемниками РЛ-1, РЛ-4, РЛ-6 и другими конструкциями. Суть решения состоит в том, чтобы в регенераторе использовать две цепи ОС - положительную резонансную и отрицательную широкополосную. ПОС увеличивает добротность, действуя на резонансной частоте контура, а ООС, действуя на всех частотах, стабилизирует коэффициент усиления, правда, несколько снижая его, но с этим можно мириться. Практическое выполнение идеи было также чрезвычайно простым: контур подключался к сетке лампы, в цепь катода - катушка ОС, а последовательно с ней -резистор, создающий ООС, стабилизирующий усиление и коэффициент регенерации. Все это можно использовать и на входе приемника, и в промежуточных каскадах УРЧ или УПЧ.
Применять Q-умножители в диапазонах ДСВ особого смысла нет: их полоса слишком узка; разве что для выделения из AM сигнала несущей для последующего использования в синхронном детекторе. Но в 80-х гг. у автора возникла проблема калибровки самодельного цифрового частотомера - надо было точно установить частоту встроенного кварцевого генератора, определяющего временную базу прибора. Но где взять эталонный сигнал? Фабричные частотомеры дома недоступны, да зачастую и веры им мало. Такой сигнал есть в эфире! Радиостанция Государственного стандарта времени и частоты (ГСВЧ) излучает его на частоте 66,(6) кГц с относительной нестабильностью порядка 10^-12. Точнее некуда. После приема точность, конечно, снизится на несколько порядков из-за фазовой нестабильности сигнала на пути распространения и в приемном тракте (отклонение частоты есть скорость изменения фазы), но все равно будет намного выше, чем у любых фабричных приборов.
Был изготовлен очень простой приемник на основе Q-умножите-ля, уверенно принимавший сигнал радиостанции ГСВЧ в Москве на магнитную ферритовую антенну. Его недостаток состоит лишь в необходимости подстройки или, по меньшей мере, контроля с помощью осциллографа при каждом включении. Принципиальная схема приемника эталонной частоты (ПЭЧ) показана на рис. 1. Он выполнен по схеме прямого усиления и содержит два каскада УРЧ и амплитудный детектор. Контур магнитной антенны L1C1 - СЗ настроен на указанную частоту. Первый каскад - Q-умножитель - выполнен по схеме истокового повторителя на полевом транзисторе VT1. Часть сигнала из его истоковой цепи подается через переменный резистор R1, регулирующий ПОС, на отвод емкостной ветви контура С2 - СЗ. Уменьшение сопротивления этого резистора увеличивает ПОС, подводя каскад к порогу генерации. ООС получается при протекании тока транзистора через резистор R3, поскольку падение напряжения на нем приложено между истоком и затвором.
Рис.1. Принципиальная схема ПЭЧ.
Второй каскад УРЧ собран на микросхеме DA1, представляющей собой каскодный усилитель на биполярных транзисторах. Она удобна простотой включения и почти полным отсутствием навесных элементов. На ее вход сигнал подается от резистора нагрузки R4, включенного в цепь стока транзистора VT1, чем достигается дополнительная развязка Q-умножителя от второго каскада УРЧ. Последний нагружен резонансным контуром L2C7, настроенным на ту же эталонную частоту 66,(6) кГц. Выходной сигнал можно снять с гнезда XS1 (высокоомный выход) или XS3 (низкоомный выход), сигнал, на который поступает с катушки связи L3. К контуру подключен также амплитудный детектор, собранный по схеме с удвоением напряжения на диодах VD1, VD2.
Для слухового контроля передачи к гнездам XS2 и XS4 можно подключить высокоомные телефоны, а для контроля уровня сигнала - милливольтметр постоянного тока. Питается приемник от любого стабилизированного источника питания с напряжением 9-12 В или от батареи. Потребляемый ток не превышает 4-5 мА.
Приемник смонтирован на плате из одностороннего фольгирован-ного стеклотекстолита или гетинакса размером 75x80 мм (рис. 2). Большая площадь фольги, образующей общий провод, повышает устойчивость работы приемника, ослабляя паразитные связи и наводки. Каркас катушки магнитной антенны со стержнем из феррита М1000НН длиной 160 и диаметром 8 мм закреплен в верхней части платы на стойках из органического стекла или другого хорошего изоляционного материала. Обмотка катушки L1 содержит 300 витков любого тонкого литцендрата, но, вероятно, на этих частотах можно использовать и провод ПЭЛШО 0,15-0,2. Автор намотал обмотку в два слоя, но лучше, может быть, применить секционированный каркас или намотать 5-6 секций способом «универсаль». Эти меры направлены на повышение начальной добротности контура. Желательно, чтобы она была не меньше 300. Контур L2C7 может иметь меньшую добротность. Катушки L2 и L3 размещены в броневом магнитопроводе с арматурой, подстроечником и экраном от контуров ПЧ любых карманных или портативных транзисторных приемников. Катушка L2 содержит 500 витков провода ПЭЛ 0,07, a L3 -50. Обмотка катушки связи намотана прямо поверх витков контурной.
Контурные конденсаторы C1, С2, СЗ и С7 желательно выбрать хорошего качества и с малым температурным коэффициентом емкости (ТКЕ). Подойдут керамические конденсаторы М47, М75 или слюдяные старых типов КСО, СГМ и т.п. Малогабаритные современные конденсаторы с ненормированным ТКЕ здесь не годятся. На месте С1 можно установить керамический подстроечный конденсатор с такой же или большей максимальной емкостью, тогда не придется двигать ферритовый стержень при подстройке антенны. Остальные конденсаторы и резисторы могут быть любых типов. Транзистор КПЗОЗ можно взять с буквенными индексами А, Б или В, при других индексах придется подбирать сопротивление резистора R3 до получения тока через транзистор 1-2 МА.
Приемник помещается в металлический корпус любой конструкции, важно только, чтобы его стенки не образовывали вокруг магнитной антенны короткозамкнутого витка.
Рис. 2. Печатная плата ПЭЧ
Рис. 3. Конструкция ПЭЧ.
Возможная конструкция корпуса с подставкой показана на рис. 3. Он состоит из двух одинаковых крышек, между которыми закреплена плата приемника. Сверху, над магнитной антенной, края крышек не соединяются, зазор между ними порядка 5 мм. Торцы стержня магнитной антенны оставлены открытыми. В одной из крышек предусмотрены отверстия для подстройки резистора обратной связи R1 и контурной катушки L2. С нижней стороны корпуса расположены коаксиальные ВЧ разъемы XS1 и XS3, гнезда для подключения телефонов XS2, XS4, а также выходит двухпроводной шнур питания.
Для настройки приемника и контроля его работы к разъему XS1 следует подключить осциллограф, а к гнездам XS2 и XS4 - высокоомные телефоны. Если экранированный входной кабель осциллографа слишком длинный (более 0,7-1 м), его емкость будет расстраивать выходной контур L2C7. Во избежание этого можно подключаться к низкоомному выходу, но напряжение ВЧ сигнала на нем примерно в 10 раз меньше, чем на высокоомном, и в лучшем случае составляет около 0,1 В (чего, впрочем, для частотомеров и осциллографов более чем достаточно). Подключать к высокочастотным выходам приемника неэкранированные провода нельзя из-за возможных наводок на магнитную антенну, приводящих к самовозбуждению приемника.
После этого, установив движок переменного резистора R1 в положение максимального сопротивления (что соответствует наименьшей регенерации) и перемещая стержень магнитной антенны относительно каркаса катушки L1, настраивают приемник на частоту радиостанции ГСВЧ. При этом в телефонах должен прослушиваться характерный звук импульсного сигнала с частотой 10 Гц, напоминающий шум работающего двигателя мотоцикла. Одновременно прослушиваются и секундные тональные сигналы, похожие на сигналы точного времени, каждый час передаваемые радиовещательными станциями. Контур L2C7 настраивают подстроечником катушки по максимуму амплитуды выходного сигнала, наблюдаемого на экране осциллографа, или по максимуму громкости звука в телефонах.
После такой предварительной настройки телефоны можно отключить, что заметно повысит выходное напряжение и остроту настройки контура L2C7. Осциллограмма сигнала, наблюдаемого на экране осциллографа, показана на рис. 4а. Следует заметить, что сигнал может быть и другим, все зависит от графика работы радиостанции. В конце каждого часа (или в другое оговоренное время) можно услышать позывные станции, передаваемые телеграфным кодом.
Рис. 4. Осциллограммы эталонного сигнала а - до регенерации, б - при регенерации.
Градуировать частотомер по полученному сигналу еще нельзя -необходимо выделить из него немодулированную несущую. В профессиональных ПЭЧ для этого используют кварцевые фильтры. В нашем же случае надо подвести приемник к порогу генерации, уменьшая сопротивление резистора R1. При этом, как уже говорилось, увеличится эффективная добротность антенного контура, сузится его полоса пропускания и вырастет уровень сигнала. «Провалы» в сигнале, следующие с частотой 10 Гц, как бы «загладятся» (рис. 4б). Это произойдет потому, что колебания в высокодобротном контуре затухают очень медленно, в нашем случае время затухания измеряется долями секунды - оно обратно пропорционально полосе пропускания контура. Глубина модуляции выходного сигнала тональными посылками также значительно уменьшится.
При настройке надо стараться как можно ближе подойти к порогу генерации, одновременно подстраивая и магнитную антенну по максимуму сигнала на выходе. Когда же генерация возникнет, что легко обнаруживается по резкому возрастанию амплитуды сигнала на выходе и полному пропаданию «провалов» и модуляции, нужно слегка увеличить сопротивление резистора R1, до срыва генерации. Любопытно отметить - в этом приемнике, по наблюдениям автора, довольно легко получается эффективная добротность контура магнитной антенны до десяти тысяч и более, что соответствует коэффициенту регенерации порядка 30.
Теперь можно подключить к выходу приемника частотомер и, подстроив контур L2C7 (для компенсации расстройки, внесенной емкостью входного кабеля частотомера), откорректировать частоту кварцевого генератора частотомера так, чтобы во всех разрядах на дисплее индицировались цифры шесть. При калибровке кварцевых генераторов, не входящих в состав частотомеров, поступают иначе. Эталонный сигнал, как и прежде, подают на вход вертикального отклонения «Y» осциллографа, а сигнал калибруемого генератора - на вход горизонтального отклонения «X».
На экране будет наблюдаться сложная фигура Лиссажу, форма которой зависит от соотношения частот сигналов. При точной настройке и выполнении равенства f = mfэт/ n, где f- частота калибруемого генератора, fэт - эталонная частота, m и n - целые числа, фигура на экране будет неподвижна, а при расстройке она «побежит» с тем большей скоростью, чем больше расстройка. Так можно откалибровать генераторы с частотами до нескольких мегагерц. В методе фигур Лиссажу не требуется такой чистой фильтрации эталонного сигнала и степень регенерации в приемнике может быть значительно меньше.
Следует заметить, что приемник можно настроить и на другие частоты, изменив данные его контуров, например, на частоту мощной длинноволновой радиостанции, чтобы выделить ее несущую. Точность установки несущих частот радиостанций (особенно тех, которые работают в синхронных сетях) также очень высока, и их несущие вполне можно использовать как эталонные сигналы.
Примерно до 1988 г. ДВ радиостанция «Маяк» работала на частоте 200 кГц, что было очень удобно («круглое» значение). Автору понадобилось узнать, синхронизирована ли ее несущая сигналом ГСВЧ? Вместо того чтобы куда-то звонить или обивать пороги Минсвязи, был поставлен простой эксперимент: эталонный сигнал, принятый описанным приемником, был подан на один вход осциллографа, а сигнал несущей радиостанции - на другой вход. Для приема сигнала на частоте 200 кГц использовался один из самых простых приемников прямого усиления, описанных в этой книге. Фигура Лиссажу получилась очень простой, поскольку частоты соотносятся как 1:3. Она часами оставалась неподвижной на экране, давая вполне утвердительный ответ на заданный вопрос. Кстати, чувствительность метода такова, что если «дыхнуть» на один из контуров магнитных антенн, по движению фигуры Лиссажу заметно изменение фазы, происходящее из-за расстройки контура. Рассмотрим теперь другое обширное поле применения Q-умножителей - для приема на КВ.
Источник: Поляков В. Т. - Техника радиоприема, простые приемники АМ сигналов.