Юный техник, 2014 № 07

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Очень простой, но уже не детекторный

Если вы читали мою предыдущую статью про детекторный прием на КВ и попробовали принять какие-то станции, у вас должно возникнуть естественное желание пойти дальше и повысить чувствительность и селективность вашего приемника. Вы поняли, наверное, что в детекторном приемнике эти требования противоречивы.

Желая увеличить громкость приема, мы стараемся сильнее связать колебательный контур с антенной и детектором, а это увеличивает нагрузки на контур; его добротность падает, полоса пропускаемых частот расширяется, и становятся слышны сразу несколько радиостанций.

А чтобы повысить селективность, надо делать контур с изначально высокой добротностью, слабо связывать его с антенной и по возможности слабее нагружать последующим каскадом. Вероятно, это будет уже не детектор, а усилитель радиочастоты (УРЧ). А может быть, и детектор, но с высоким входным сопротивлением. Он отдаст малую мощность звуковых частот, которую затем придется усиливать.

Собственно, каждый радиолюбитель, переходя от примитивных к более совершенным конструкциям, в какой-то мере повторяет историю радиотехники, ведь те же самые задачи стояли и перед первыми исследователями и радиолюбителями уже более века тому назад. Первый усилительный элемент — трехэлектродную радиолампу (триод) изобрел Ли Де-Форест еще в 1906 году. Приемник того времени, где лампа и детектировала, и усиливала сигнал ЗЧ, он назвал «аудион».

На фотографии вы видите музейный экспонат — одноламповую конструкцию того времени, заботливо отреставрированную канадскими радиолюбителями. Это мог быть и радиоприемник аудион, и одноламповый радиопередатчик, все зависит от схемы включения радиолампы. Приводим это фото не только для красоты, на нем хорошо видно, как надо делать контур КВ-диапазона высокой добротности. Ведь первые радиолампы почти не усиливали, и с контуром малой добротности конструкция просто бы не работала.

Катушка выполнена из полированной медной трубки, имеющей минимальное сопротивление для токов ВЧ. Такими же сделаны и соединительные провода к конденсатору переменной емкости (КПЕ), служащему для настройки контура на нужную частоту. Сзади видна другая, меньшая катушка для связи с антенной. Ее можно приближать и удалять от контурной, регулируя связь с антенной.

Де-Форест так до конца и не понял, как работает изобретенная и запатентованная им радиолампа. Долгое время с его легкой руки радиолампы в англоязычной литературе называли Thermoionic Valve («термоионный клапан»), что не соответствует реальности: ионы, образующиеся из молекул недостаточно откачанного из баллона воздуха, только ухудшают работу лампы. Впоследствии название заменили на Vacuum Tube («вакуумная трубка»), что немного лучше и отражено в военных названиях ламп времен Второй мировой войны (VT и номер).

Помог изобретателю разобраться в принципах работы его детища чуть ли не мальчишка, студент Колумбийского университета Эдвин Армстронг, за что Де-Форест его люто возненавидел, а патентные суды между ними продолжались еще десяток лет.

Армстронг не только объяснил работу лампы, но и усовершенствовал ауди - он, добавив в него катушку обратной связи и создав, таким образом, регенеративный радиоприемник, или просто регенератор. Заявка на изобретение была подана в 1913 году (Армстронг Э. Х. Беспроводная приемная система. US Patent 1,113,149).

Благодаря положительной обратной связи чувствительность и селективность приемника возросли настолько, что на восточном побережье Америки удалось принять радиостанцию с Гавайских островов в то время, когда фирма Маркони, располагая огромными ресурсами, не могла обеспечить уверенную связь внутри континента.

Первыми слушателями регенеративного приемника были, естественно, друзья Эдвина, студенты. Среди них был и Давид Сарнов, впоследствии основатель и бессменный директор знаменитой Радиокорпорации Америки, RCA. Можно смело сказать, что регенератор сделал эпоху в радиотехнике и был самым распространенным приемником 20 — 30-х годов прошлого века.

Рис. 1. Упрощенная схема регенератора Армстронга (не показаны цепи питания накала и анода лампы).

До сих пор радиолюбители делают попытки повторить знаменитые схемы, но уже на современных элементах. Один из таких энтузиастов — Раман Варгас-Патрон из г. Лима, Перу, Южная Америка. Вот как он объясняет работу регенератора: сигнал радиостанции, принятый антенной, через катушку связи L2 поступает на контур L1, C1. Через конденсатор Cg = 100 пФ и резистор Rg = 1 МОм (гридлик) сигнал подается на вход триода. Усиленный ВЧ-ток, протекающий в цепи анода, создает магнитное поле вокруг катушки L3, в результате ВЧ-энергия поступает обратно в контур в фазе, совпадающей с фазой принимаемого сигнала, усиливая его (при правильной фазировке обмоток!). Более сильный ВЧ-ток на катушке L3, больше энергии подается обратно в контур, и эта энергия снова усиливается, и так далее.

Если достаточно энергии подается обратно в контур, а триод обеспечивает при этом достаточное усиление, то в схеме возникнут незатухающие колебания. Для приема сигналов амплитудной модуляции (АМ) устройство не должно находиться в режиме генерации. Поэтому с помощью дроссельного конденсатора переменной емкости C2 нужно ограничить ВЧ-ток, протекающий через катушку L3, чтобы генерация не возникала. Конденсатор С2 настраивается так, чтобы получить максимальное усиление входного сигнала. Как правило, это происходит на пороге возникновения колебаний.

Регенеративным приемникам необходимы сравнительно небольшие рабочие токи, и для них не является необычной возможность удовлетворительно работать при низком анодном напряжении. Кроме того, слабый ток также делает управление регенерацией плавным.

AM-демодуляция получается сеточным детектированием. Рисунок 2 объясняет принцип работы этого вида детектирования. Вход триода смоделирован как диод.

Рис. 2. Принцип работы сеточного детектора.

Когда сетка оказывается под положительным напряжением относительно катода лампы, из-за наличия положительного полупериода несущей некоторые электроны, испускаемые катодом, притягиваются сеткой и дальше двигаются по внешней цепи к сеточному конденсатору. В результате сеточный конденсатор заряжается. Во время отрицательного полупериода несущей проводимость между катодом и сеткой прекращается, и заряд стекает из конденсатора через внешнюю цепь (L1 и сеточный резистор) на землю. Далее цикл повторяется. Сочетание Cg = 100 пФ, Rg = 1 M и эквивалент диода действуют как выпрямитель или детектор.

Конечным результатом является то, что отрицательное среднее напряжение, равное амплитуде огибающей, подается на вход триода. Если несущая промодулирована звуковым сигналом, то среднее напряжение будет повторять модулирующий сигнал. Интересно отметить, что в отсутствие несущей напряжение сетка-катод падает почти до нуля. После детектирования несущей среднее напряжение становится отрицательным, так что будет наблюдаться падение среднего анодного тока. А усиленный модулирующий сигнал присутствует на выходе лампы в виде низкочастотных вариаций анодного тока. ВЧ-дроссель предотвращает проникновение высокочастотных составляющих этого тока на высокоомные наушники, которые являются нагрузкой по звуковой частоте.

Лампу в схеме на рисунке 1 можно заменить полевым транзистором с небольшим начальным током стока — это ток при нулевом напряжении на затворе. Он должен быть не более 1.1,5 мА. Из отечественных подойдут транзисторы КП303А, КП305Д, КП307Е и некоторые другие. Если же ток чрезмерен, в цепь истока можно включить параллельно соединенные конденсатор в несколько микрофарад и резистор сопротивлением несколько килоом, создав этой цепочкой дополнительное запирающее смещение на затворе. Именно так и сделал Раман, используя транзистор J310 с начальным током стока около 20 мА, аналог нашего КП303Е. Параметры цепочки лучше всего подобрать по максимальной громкости приема.

Рис. 3. Регенератор Армстронга на полевом транзисторе.

Напряжение питания может быть от 3 до 9 вольт, наушники нужны высокоомные. Приемник можно использовать как на СВ, так и на КВ. Для приема на СВ используют стандартную магнитную антенну на ферритовом стержне, катушка L1 — контурная, L2 — катушка связи со значительно меньшим числом витков. Для приема на КВ катушки наматывают на бумажном, а лучше — на белом пластмассовом каркасе диаметром 25.30 мм. L1 содержит 10.12 витков провода ПЭЛ 0,8.1,0 с шагом, равным диаметру провода, а L2 — 4 витка любого более тонкого провода. Ее можно намотать виток к витку на картонном колечке, надетом на каркас рядом с контурной катушкой. Это даст возможность подобрать оптимальную связь при настройке приемника.

В. ПОЛЯКОВ профессор