РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ РАДИОПРИЁМНИК DESERT RATT 2
Краткое описание схемы
Сигнал, поступающий из антенны, усиливается примерно в 100 раз транзистором Q1 и подаётся на вход регенеративного каскада через трансформатор T1. Каскад на транзисторе Q2 является одновременно и генератором, и усилителем. По мере того как ток транзистора Q2 увеличивается при уменьшении сопротивления потенциометра RV1 ("РЕГЕНЕРАЦИЯ"), управляющего регенерацией, у каскада увеличивается коэффициент усиления и возрастает амплитуда колебаний. Как только будет достигнута точка вблизи порога возникновения генерации, когда колебания ещё не возникли, коэффициент усиления регенеративного каскада сильно возрастёт и станет равен 10000 и более. Именно поэтому DESERT RATT является очень высокочувствительным коротковолновым радиоприёмником, не смотря на его простоту.
Настройка на радиостанции происходит с помощью переменных резисторов RV3 ("ГРУБАЯ НАСТРОЙКА") и RV2 ("ТОНКАЯ НАСТРОЙКА"), с которых подаётся напряжение на варикапы D2 and D3. Это в свою очередь определяет частоту настройки радиоприёмника.
Примечания:
1. Трансформатор T1 намотан прямо на печатной плате. Обмотка 1-2 содержит 10 витков, 3-4 - 15 витков, 5-6 - 5 витков медного эмалированного провода диаметром 0,4 мм. Индуктивность обмотки 3-6 лежит в пределах 4,5..6 мкГн. Трансформатор намотан на каркасе 38x38 мм из стеклотекстолита. Трансформатор (и катушку L1) можно так же намотать на пластиковом футляре от фотоплёнки диаметром 35 мм, на пузырьке от лекарств и т.д.
2. В схеме можно использовать практически любые NPN транзисторы общего назначения (2N2222, MPS918 и т.д.).
3. Напряжения, отмеченные на схеме зависят от величины напряжения питания. Формы осциллограмм зависят от мощности входного сигнала.
4. Используйте антенну с высоким сопротивлением, например, длинный провод произвольной длины и т.д. Схема не предназначена для работы с 50 Омными антеннами.
5. В схеме применены диоды общего назначения, обычные выпрямительные/переключательные, например, 1N914, 1N4148 и т.д. Применение в качестве D4-D5 германиевых диодов (1N34, 1N70 и т.д.) увеличит выпрямленное напряжение на выходе детектора почти в два раза.
6. Возможно величину сопротивления резистора R5 следует увеличить в 10..100 раз, до 100 кОм..1 мОм.
7. Напряжения для транзистора Q4 на схеме указаны неправильно. На его коллекторе должно быть примерно 7В, на эмиттере - 1,5В.
Сигнал с регенеративного каскада через конденсатор C10 подаётся на транзистор Q3. Радиочастоты, на которые настроен приёмник, с помощью детектора на диодах D4-D5 преобразуются в звуковые частоты. Если бы диодный детектор был бы напрямую подключён к выходу регенеративного каскада, то этот каскад был бы перегружен, что привело бы к снижению чувствительности. Поэтому буферный каскад на транзисторе Q3 изолирует диодный детектор, предотвращая перегрузку транзистора Q2.
Сигнал звуковой частоты появляется на конденсаторе C14 и переменном резисторе RV4. Резистор RV4 служит регулятором громкости ("УСИЛЕНИЕ НЧ"). Он определяет, какая часть сигнала с конденсатора C14 должна поступить на усилитель звуковой частоты. Транзистор Q4 удваивает величину аудио сигнала, который подаётся на усилитель мощности звуковой частоты U1, имеющий коэффициент усиления 200 раз. На выходе получается напряжение, достаточное для работы громкоговорителя с уровнем громкости, обеспечивающем комфортное прослушивание радиопередач.
Подробное описание схемы
Входной усилитель на транзисторе Q1. Сигнал на выходе антенны очень слабый, порядка 1..20 мкВ (1..20 миллионной части вольта). Сигнал вначале проходит через фильтр высокой частоты C1C2L1, что бы ослабить сигналы, лежащие ниже 2 мГц, предотвращая появление помех от местных АМ вещательных станций. Транзистор Q1 включён как обычный эмиттерный повторитель с коэффициентом усиления 100 раз (10 дБ).
Постоянное напряжение величиной 3 В подаётся на коллектор транзистора через первичную обмотку трансформатора T1. Это сделано для снижения потребляемой мощности от батареи питания 9 В. Выходной сигнал с первого каскада подаётся на выводы 1-2 трансформатора T1, и через индуктивную связь оказывается на выводах 3-6 вторичной обмотки. Каскад на транзисторе Q1 кроме всего прочего, изолирует регенеративный каскад от антенны. Это предотвращает транзистор Q2 от случайного превращения в передатчик.
Регенеративный каскад на транзисторе Q2 работает и как усилитель, и как генератор, являясь регенеративным каскадом с большим коэффициентом усиления. Транзистор этого каскада включён по схеме с общей базой. По высокой частоте база транзистора Q2 соединена с общим проводом с помощью конденсатора C6. Входной сигнал с обмотки трансформатора T1 5-6 подаётся на эмиттер транзистора через конденсатор C5. Выходной сигнал подаётся с коллектора на всю вторичную обмотку 3-6 трансформатора T1. Обратите внимание, что и этот каскад питается от 3-х вольт (напряжение подаётся на вывод 6 трансформатора T1). Такое низкое напряжение питания и высокое сопротивление переменного резистора RV1 "РЕГЕНЕРАЦИЯ" это то, что делает эту схему хорошим регенератором с плавным управлением регенерацией и с хорошим качеством звука. Регенеративный каскад с общей базой сконструирован Чарьзом Китченом, N1TEV.
Усиление этого каскада определяется током, текущим из коллектора в эмиттер, и оно устанавливается переменным резистором RV1. Чем меньше его сопротивление, тем сильнее ток и тем больше усиление каскада на транзисторе Q2. Часть сигнала с коллектора транзистора Q2 подаётся на его эмиттер через трансформатор T1 и конденсатор C5, формируя тем самым цепь обратной связи. При увеличении усиления с помощью потенциометра RV1, будет достигнута точка, когда сигнал обратной связи, пройдя через конденсатор C5, возбудит регенеративный каскад и в динамике раздастся свист, заглушающий сигнал станции. Чуть уменьшив усиление, дойдя немного ниже точки возникновения генерации, каскад на транзисторе Q2 станет усилителем с очень большим коэффициентом усиления. Сигнал может быть усилен от 10 000 до 100 000 раз. Такое большое усиление вызовет напряжение на коллекторе транзистора Q2 около 10 мВ (0,01 вольт) при величине сигнала, поступающего с антенны, порядка одной миллионной доли вольта.
Резонансная цепь. Каскад на транзисторе Q2 так же является и резонансным ВЧ усилителем. Его рабочая частота определяется индуктивностью L и ёмкостью C параллельного резонансного контура LC, включённого в цепь коллектора Q2. Из схемы это не очевидно. Индуктивностью является вторичная обмотка трансформатора T1, обмотка 3-6, которая соединена по переменному току с общим проводом через конденсатор C4. Параллельную ёмкость контура образуют ёмкости конденсаторов C8 (или C9), C99 и настроечных диодов, D2-D3.
В оригинальной схеме приёмника DESERT RATT для настройки на радиостанции использовался конденсатор переменной ёмкости, включённый параллельно трансформатору T1, но эти конденсаторы вышли из употребления и их сложно найти. Поэтому схема была адаптирована для электронной настройки, с использованием варикапов. Варикап - это диод, чья ёмкость зависит от величины обратно приложенного напряжения. Обратное напряжение смещения, подаваемое на диоды обеспечивают потенциометры "ГРУБАЯ НАСТРОЙКА" и "ТОНКАЯ НАСТРОЙКА" RV2-RV3. Это напряжение изменяется в пределах 0..9 вольт, при этом ёмкость диодов D2-D3, включённых в параллель, изменяется в диапазоне 8..90 пФ. Диоды 1N4004 - это выпрямительные диоды, но имеющие довольно хорошие характеристики напряжение/ёмкость, так что их можно применить в этом радиоприёмнике. Резистор R5 определяет ток, протекающий через варикапы.
В точке максимального усиления коллектор Q2 имеет очень высокое сопротивление. Необходимо подать многократно усиленный ВЧ сигнал на диодный детектор, но при этом не допустить перегрузки транзистора Q2. Детекторные диоды D4-D5 имеют низкое сопротивление. Если бы выход каскада на транзисторе Q2 напрямую бы соединялся с детектором, то усиление транзисторного каскада существенно снизилось.
Эмиттерный повторитель на транзисторе Q3 не усиливает сигнал по напряжению. У этого каскада высокое входное и низкое выходное сопротивление. Он работает как активный трансформатор импеданса, преобразовывая высокое входное сопротивление от предыдущего каскада в низкое выходное для подачи на детекторный каскад. На базу транзистора подаётся напряжение смещения 2 вольта. ВЧ сигнал подаётся на базу через разделительный конденсатор C10. Выходное сопротивление определяется величиной резистора R7.
Детектор на диодах D4-D5 преобразует модулированный ВЧ сигнал в сигнал звуковой частоты. Двухдиодный детектор увеличивает амплитуду продетектированного напряжения почти в два раза по сравнению с обычным однодиодным детектором. Аудио сигнал снимается с конденсатора C14. Временная постоянная конденсатора C14 и переменного резистора RV4 выбрана такой, что происходит удаление почти всего ВЧ сигнала, остаётся только низкочастотный аудиосигнал и подавляется шипение, присущее регенеративным приёмникам. Положение подвижного контакта потенциометра RV4 определяет величину аудио сигнала, подаваемого через конденсатор C15 на фазорасщепительный каскад на транзисторе Q4.
Расщепитель фазы на транзисторе Q4. Этот каскад преобразовывает входной сигнал в два противофазных. Здесь транзистор Q4 также не усиливает сигнал по напряжению. Например, если на базу транзистора подать переменный сигнал напряжением 20 мВ, то на эмиттере сигнал тоже будет 20 мВ и той же фазой, на коллекторе сигнал будет так же 20 мВ, но фаза сигнала будет противоположной, а разница в напряжении между коллектором и эмиттером будет 40 мВ. Таким образом на микросхему U1 будет подаваться сигнал удвоенного напряжения. Оба противофазных сигнала имеют одинаковую амплитуду из-за того, что сопротивления резисторов R9 и R10 одинаковые.
Фазорасщепительный каскад применён в схеме для того, что бы использовать преимущества дифференциального входа микросхемы U1.
Выходной УЗЧ U1 является полуваттным усилителем звуковой частоты с дифференциальным входом и позволяет подключить к выходу громкоговоритель сопротивлением 8 Ом или головные телефоны.
Сигналы, подаваемые на оба входа, не будут усилены, если их фазы совпадают. Это называется подавление синфазной составляющей. Эти сигналы с синфазной составляющей поступают на вход U1 из шумов, например гула переменного тока питающей сети, ВЧ наводок и ВЧ сигнала от регенеративного каскада на транзисторе Q2. Эти помехи подавляются дифференциальным входом микросхемы U1. Усиливаются только те сигналы, у которых фазы не совпадают. Это улучшает качество звука и селективность приёмника, так как меньше шумов попадает на вход аудиоусилителя.
Постоянные времени цепей R9-C16 и R10-C17 выбраны такими, что бы пропускать сигналы, лежащие в звуковом диапазоне на вход U1.
Микросхема U1 имеет программируемый коэффициент усиления. Конденсатор C18, подключённый к выводам 1 и 8 шунтирует внутренний резистор, что даёт максимальное усиление (200 раз). Фильтр R12-C20 предназначен для подавления перекрёстных искажений, возникающих в выходном двухтактном каскаде микросхемы. Резистор R11 и большая ёмкость (100 мкФ) конденсатора C19 образуют фильтр по питанию 9 вольт для U1. Это предотвращает передачу сигналов по цепи питания, ведущую к самовозбуждению усилителя. Конденсатор C21 предотвращает замыкание вывода 5 микросхемы через нагрузку на землю, является разделительным по постоянному току. Большая ёмкость C21 позволяет воспроизводить низшие звуковые частоты.
Стабилизатор напряжения собран на диодах LED1 и D1. Падение напряжения на светодиоде LED1 составляет 1.3–1.8 вольт, на диоде D1 - 0,7 вольт. Стабилизация напряжения даёт хорошую стабильность регенеративному каскаду при колебаниях напряжения 9 В батареи. В противном случае усиление и настройка дрейфовали по мере разряда батареи и падении её напряжения. Напряжение 1.3–1.8 вольт со светодиода используется для стабилизации напряжения смещения базы транзисторов Q3 и Q4. Светодиод так же служит индикатором включения питания приёмника. Длительная работа батареи и более стабильная работа приёмника является результатом применения низковольтного стабилизатора напряжения.
Пол Харден, NA5N
и Джан Харден, N0QT