РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ПРИЁМНИК С МОСТОМ ВИТСТОНА (WBR)
QST 2001 №8
Конструкция этого приёмника является чем-то средним между регенеративными приёмниками и приёмниками прямого преобразования.
Невзирая на хорошо известные недостатки регенеративных приёмников, элегантность и простота конструкции делают их всё ещё притягательными для постройки. Всё время пытаясь найти лучший способ реализации гениальной идеи Армстронга, с появлением регенеративного приёмника с оптической связью основные проблемы, присущие регенеративным детекторам, были решены. Регенеративный приёмник с оптической связью продемонстрировал потенциал этой почти 90-летней конструкции, являясь простым многорежимным (AM, SSB, CW) приёмником. Однако его конструкция достаточна сложна и содержит дорогие, малораспространённые электрооптические компоненты с ограниченной полосой пропускания.
Ключевым в конструкции приёмника является непосредственное подключение антенны к генерирующему детектору. Каждый, кто пробовал подключить антенну напрямую к регенеративному детектору получал весь спектр сигналов, слышимых по всему диапазону одновременно. Преодоление этой проблемы путём изоляции антенны от детектора сделает конструкцию более сложной в той или иной степени чем конструкция приёмника прямого преобразования. Из-за этой сложности регенеративные детекторы уступили своё место другим более простым схемам.
Будущее регенераторов Армстронга может быть более открытым, так как найдено простое и эффективное решение проблемы подключения антенны к генерирующему детектору. Способ подключения антенны к резонансному контуру, описанный далее, напоминает мост Уитстона, что и дало имя приёмнику (Wheatstone Bridge Regenerative (WBR) Receiver - регенеративный приёмник с мостом Витстона). Сложно утверждать, что это "новое" конструкторское решение, хотя обширные исследования в поиске подобных схем не принесли пока никаких результатов. Но наверняка за последние почти 90 лет были испробованы все возможные способы связи антенны с детектором.
Эта конструкция может быть очень простым регенеративным приёмником с высокими параметрами. Дополнительными преимуществами является то, что эта конструкция практически исключает негативные аспекты регенеративных приёмников, таких как излучение сигнала регенеративного детектора через антенну, затягивание частот, микрофонный эффект и эффект влияния ёмкости рук на настройку.
Обзор схемы
Схема приёмника изображена на рисунке 1. Основная схема такая же, что и в приёмнике с оптической связью. Два наиболее важных отличия - это это то, что из генератора удалена оптопара, и различие в конфигурации резонансного контура.
В схеме оставлены высокостабильный генератор Колпитца и детектор с бесконечно большим входным сопротивлением. Основным отличием является управление регенерацией - теперь она управляется прямым изменением базового тока транзистора Q1 (с помощью потенциометра R5 и сопутствующих деталей) вместо использования оптрона.
Рис. 1. Схема приёмника. Если не указано иное, все резисторы - МЛТ-0,25 с допуском +-5%.
|
C2, C3 - 330 пФ, 5% ТКЕ0. C5, C6 - 47 пФ, 5% ТКЕ0. C7 - 82 пФ, 5% ТКЕ0. C8 - 2..12 пФ ТКЕ0. C1, C4, C9, C12, C13 - 0.01 мкФ. C11, C16, C20 - 0.1 мкФ. C10, C17, C21 - 47 мкФ, 16 В, электролитические. C14, C15, C18 - 2,2 мкФ, 16 В, электролитические. C19 - 0.01 мкФ. D1 - MV104. D2 - 1N4001. J2 - трёхвыводной разъём для наушников, длиной 3 мм. L1 - индуктивность примерно 3.7 мкГн: 28 витков 0,65 мм, отвод от середины, на сердечнике T-68-6 (жёлтый). Q1 - 2N3904 Q2 - MPF102 |
R1, R14 - 330 Ом R2, R9, R15 - 3.3 кОм R3 - 1 кОм переменный резистор. Монтируется на передней панели. R4, R10 - 27 кОм R5 - 10 кОм переменный резистор. Монтируется на передней панели. R6 - 10 кОм переменный резистор. Монтируется на передней панели или на печатной плате. R7 - 47 кОм R8 - 1 мОм R11 - 10 кОм, 10-оборотный переменный резистор. R12 - 2.2 кОм R13 - 10 кОм R16 - 10 Ом S1 - SPST U1 - 78L05 U2 - LM386 |
Резонансный контур состоит из индуктивности L1, конденсаторов C7 и C8, а так же включает в себя сдвоенный варикап D1. Этот фрагмент схемы показан отдельно на рисунке 2, что бы подчеркнуть необычное размещение элементов. Для улучшения понимания конденсаторы C7, C8 и варикап D1 были опущены. Как видно из рисунка 2, здесь изображён классический мост Уитстона. Катушка L1 имеет отвод от середины, индуктивность обоих плеч одинакова. Конденсатор C1 представляет собой суммарные ёмкости генератора и детектора. Балансировочный конденсатор C2 выбран с ёмкостью, равной ёмкости конденсатора C1. В этом идеальном случае мост сбалансирован, и на среднем выводе катушки индуктивности напряжение отсутствует. Полное напряжение генератора будет присутствовать на выводах V1 и V2. Так как на среднем выводе катушки нет напряжения, то этот вывод можно заземлить или к нему можно напрямую подключить антенну, что никак не повлияет на на сигнал генератора.
Рис. 2. Мост Винстона.
В схеме приёмника антенна присоединена к среднему отводу катушки L1 через линию с импедансом Z1. Это просто отрезок провода длиной 25 мм, соединённый с землёй. Антенна подключается к середине линии. Такое устройство даёт низкое входное сопротивление в точке подключения антенны, а так же обеспечивает соединение с общим проводом детектора на транзисторе Q2 и варикапа D1.
На практике мост нельзя идеально сбалансировать, так как ёмкость генератора меняется при изменении уровня регенерации. (из-за изменения тока транзистора изменяется межэлектродная ёмкость ). Несмотря на это, схема даёт существенное понижение сигнала генератора на среднем выводе катушки L1. Измерения, проведённые на частоте 7 мГц показали, что амплитуда высокочастотного напряжения, присутствующего на среднем выводе катушки на 46 дБ меньше, чем на выводах V1 или V2. Практическим способом борьбы с этим является хорошая изоляция антенны. Если принимать сигнал генератора этого WBR приёмника на связной приёмник, то при подключении/отключении антенны WBR приёмника на связном приёмнике не наблюдается заметных изменений в частоте биений принимаемого сигнала! Оказывается, что если ёмкости генератора и балансировочного конденсатора (С5 и С6 на рисунке 1) совпадают, то схема может быть хорошо сбалансирована. Если схема генератора была изменена, то возможно балансировочный конденсатор придётся заменить переменным, что бы можно было подстраивать подавление остаточного сигнала до полного его исчезновения.
Варикап D1, ёмкость которого зависит от величины приложенного напряжения, используется для настройки генератора. Недорогой пластиковый 10-оборотный потенциометр R11 является основным органом настройки. Резистор R12 применён для ограничения нижней границы напряжения на варикапе D1 в районе 0,9 вольт, ниже которой ёмкость варикапа изменяется незначительно. Стабилизатор U1 используется для стабилизации напряжения, поступающего на варикап D1 и транзисторы Q1 и Q2. Управление регенерацией осуществляется переменным однооборотным резистором R5, смонтированным на передней панели. Резистор R6 используется для предустановки напряжения, идущего на потенциометр R5, что позволяет сделать управление регенерацией плавным.
Что бы не усложнять конструкцию в схеме использован однокаскадный усилитель ЗЧ U2. Он обеспечивает приемлемый уровень звука в наушниках при использовании простой 40-метровой дипольной антенны. Снизив уровень сигнала, подаваемого на детектор с помощью потенциометра R3, можно уменьшить громкость сигнала в наушниках. Для питания приёмника использована батарея напряжением 9 вольт. Можно так же использовать блок питания с хорошей фильтрацией напряжением от 8 до 13,8 вольт. Диод D2 используется для защиты от неправильной полярности источника питания. Приёмник хорошо работает с дипольной антенной или проволочной антенной произвольной длины и с заземлением.
Конструкция приёмника
Под рисунком 1 приведён список компонентов для 40-метровой версии приёмника. Эти компоненты широко доступны. С параметрами, указанными на схеме, приёмник будет перекрывать весь 40-метровый диапазон.
Схема достаточно проста и её можно смонтировать методом "на пяточках" или методом "мёртвый жук" на куске фольгированного стеклотекстолита. Единственной критической частью является узел генератора. Обратите внимание, что конденсаторы с ТКЕ0 используются для улучшения частотной стабильности. В этой части приёмника должны использоваться для соединений короткие, прямые выводы. Для улучшения конструкция должна быть сделана как можно более жёсткой механически. В качестве опорных точек можно применять высокоомные резисторы. Для цепей питания используются керамические конденсаторы ёмкостью от 0.01 до 0.1 мкФ. Это так же улучшает блокирование ВЧ по цепям питания.
Индуктивность L1 намотана эмалированным проводом сечением 0,65 мм. Отвод от середины легко сделать если использовать две отдельные обмотки. Возьмите два отрезка провода по 38 сантиметров. Намотайте первые 14 витков катушки, помня что полным витком считается один проход через центр сердечника. Оставьте около 2,5 см провода для монтажа. Обмотка должна заполнить примерно около 40% сердечника. Намотайте оставшиеся 14 витков, мотая в том же направлении, что и первую обмотку. Начать наматывать вторую обмотку следует рядом с концом первой. Здесь тоже оставьте около 2,5 см провода для монтажа. Соедините конец первой обмотки с началом второй, что бы у катушки получился центральный отвод.
Как было ранее упомянуто, линия Z1 это 25 миллиметровый отрезок медного провода диаметром 0,8 мм, соединяющий средний вывод катушки L1 с общим проводом. Антенна подключается к середине линии. Хотя кажется соблазнительным увеличить величину импеданса Z1, но это не очень хорошая идея из-за потенциальной перегрузки детектора, особенно в районе частот от 5 до 15 мГц, где доминируют мощные АМ радиостанции.
Переменный резистор предустановки регенерации R6 может быть бескорпусным и монтироваться на печатной плате или обычным и монтироваться на панели. Так как его подстраивают один раз, то он может быть расположен в любом подходящем месте.
Гнездо под антенну J1 и выключатель S1 могут быть любого типа. Приёмник совершенно необязательно помещать в полностью закрытый корпус, он и так будет хорошо работать. Прототип WBR приёмника вообще не имел никакого корпуса и прекрасно работал.
Автор пытался сделать конструкцию этого WBR приёмника как можно проще, что бы подтолкнуть начинающих к его постройке. Для тех кто хочет добавить громкоговоритель или увеличить чувствительность приёмника, рекомендуется добавить предусилитель ЗЧ и регулятор громкости от приёмника OCR II (см. QST 2000 №9, стр. 35-38). Если из схемы удалить варикап D1 и конденсатор C7, то генератор будет работать на частоте около 18 мГц. Верхняя частота ограничена комбинацией ёмкостей конденсаторов C5 и C6. Если нужно изменить рабочую частоту приёмника, то коденсаторы C7 и C8 должны быть пересчитаны для других частот, лежащих в нижней части ВЧ диапазона. Напряжение настройки, подаваемое на варикап D1 необходимо будет отрегулировать, что бы обеспечить желаемое перекрытие по частоте для других диапазонов.
Проверка и работа
Внимательно проверьте монтаж перед первой подачей напряжения. Если всё в порядке, подключите наушники к гнезду J2 и включите питание. Установите регулятор регенерации R5 в положение около 75% от максимального. Установите подстроечный резистор R6 в положение, при котором резко возрастёт уровень фоновых шумов. Это укажет на то, что что транзистор Q1 генерирует, и что работает усилитель ЗЧ. Вращение ручки управления регенерацией должно вызвать плавный переход к возникновению и прекращению колебаний. Теперь можно настроить диапазон рабочих частот генератора. Установите потенциометр настройки R11 в минимум. Установите регенерацию в точку возникновения колебаний, отрегулируйте конденсатор C8 до тех пор, пока на вашем связном приёмнике, настроенном на частоту 7 мГц и в режиме CW не услышите сигнал. Возможно потребуется подключить к антенному входу вашего связного приёмника кусок провода и расположить его поблизости от WBR приёмника. После завершения регулировки частоты подключите антенну к гнезду J1 и всё готово! Если под рукой нет связного приёмника, то подключите антенну и регулируйте конденсатор C8 пока не найдёте телеграфный участок 40-метрового диапазона. Продолжая регулировать конденсатор C8, найдите нижний край телеграфного участка. Лучше всего это делать вечером, в разгар телеграфной активности.
Использование WBR приёмника потребует некоторой приактики, если вы никогда не пользовались регенеративными приёмниками ранее. Максимальная чувствительность достигается в точке, лежащей чуть ниже порога возникновения колебаний (для АМ) и при возникновении слабых колебаний (для CW). Для приёма однополосной модуляции (SSB) лучшая точка находится чуть ниже, чем нужно для приёма CW. Вы быстро научитесь "чувствовать" приёмник. Взаимодействие регенерации, усиления и селективности станет очевидным.
Итог
Регенеративный приёмник с мостом Витстона работает так же, как и его предшественник, приёмник с оптической связью. Он имеет дополнительные преимущества, такие как больший частотный диапазон, большая простота и низкая цена. В нём отсутствуют все негативные аспекты регенеративных приёмников прежних типов. Этот приёмник хорощо подходит для начинающих, собирающихся построить простой вседиапазонный приёмник. Операторы QRP и самодельщики так же будут заинтересованы в WBR приёмнике. Учитывая, что антенна совершенно изолирована от генератора, WBR может быть использован как простой приёмник для приёмо-передающей радиостанции. Он может легко работать в паре с простым передатчиком с кварцевой стабилизацией, и можно будет построить маленький, портативный трансивер.
Дэн Виссел, N1BYT