Карманный УКВ сверхрегенератор на стержневых лампах

[Nuzlopp]

Экспериментируя с простыми одноламповыми сверхрегенераторами на УКВ я обратил внимание, что для достижения наименьших искажений звука нужно брать сопротивление гридлика как можно большим: >2,5-3 мом для ламп с косвенным накалом и около 10 мом для прямонакальных ламп. Думаю, это связано с тем что по низкой частоте такой каскад работает как обычный УНЧ со смещением сеточным током. При этом для сохранения оптимальной частоты гашения (далее ЧГ) приходится уменьшать ёмкость конденсатора связи между лампой и контуром, что приводит к неустойчивой генерации на УКВ.
Кроме того, при перестройке по диапазону (особенно если он достаточно широк, как 87-108 Мгц) происходит сильное изменение ЧГ, вплоть до того что она выходит из ультразвукового диапазона и приближается к границе слышимости, в НЧ сигнале появляются искажения и различные артефакты. Либо, чрезмерно повышаясь, вызывает "слипание" вспышек ВЧ колебаний, при этом резко снижается избирательность и чувствительность.



На осциллограмме видно, что основания соседних вспышек начинают соприкасаться, т.е. происходит неполное гашение ВЧ колебаний. Чтобы этого избежать, приходится вводить орган подстройки режима детектора, что неудобно.

Я стал изучать схемы промышленной аппаратуры, где применены сверхрегенераторы (далее СР): интересной показалась схема германской р/ст. FeldFu.b2, где применён "двухэтажный" гридлик:



Принцип работы такого решения описан в книге С. И. Евтянова "Ламповые генераторы" 1967год, стр. 371.
Действительно, такая схема позволяет несколько увеличить связь контура с лампой без выхода ЧГ в слышимый диапазон и решить проблему неустойчивой генерации ВЧ. Но проблема нестабильности ЧГ при перестройке остаётся.
А например в р/ст. ЖР-4П и Р-116 LC-генератор гашения выполнен на той же лампе детектора, что громоздко и не устраняет полностью нестабильность ЧГ при перестройке по диапазону.

Экспериментируя со стержневыми лампами и пытаясь заставить 1Ж24Б генерировать на УКВ с контуром на паршивом китайском КПЕ с твёрдым диэлектриком я попробовал пентодное включение лампы чтобы повысить её усиление и снизить шунтирование контура. В цепь экранной сетки установил резистор 100 Ком и забыл его заблокировать на землю конденсатором. При этом эффект прерывистой генерации в СР полностью исчез! С любыми номиналами резистора и конденсатора в гридлике!!! Даже резистор 20 Мом и конденсатор 100 пф не приводят к появлению прерывистой генерации.

Полагаю, это связано с тем, что на относительно высокоомном и незаблокированном резисторе в цепи экранной сетки возникает сильная отрицательная обратная связь, которая препятствует возникновению ультразвуковых колебаний в цепи гридлика. В то же время, небольшая паразитная ёмкость в достаточной мере шунтирует экранную сетку для устойчивой ВЧ генерации.
Последующие эксперименты подтвердили это предположение.

На глаза попался кварцевый резонатор на 50 Кгц, и я попробовал применить его в "анодной" схеме Пирса по экранной сетке в качестве генератора ЧГ. Схема:



И вот что получилось!




Вспышки симметричные, ровные, никаких признаков "слипания" - ВЧ колебания гасятся полностью. И, самое главное, при перестройке ВЧ по диапазону 80-120 Мгц ЧГ не меняется ни на герц!

Однако, кварц РК-74 громоздкий, и я попробовал применить "часовой" резонатор на 32,968 Кгц. Он оказался довольно нежным, при случайном срыве ВЧ колебаний тут же выходит из строя, и долго запускается - до нескольких десятков секунд.
Проблему запуска кварцевого генератора я решил дополнительным "обвесом" из конденсаторов. Кроме того, поэкспериментировал с рабочей частотой: ЧГ 32,968 Кгц даёт хорошую чувствительность, но в НЧ сигнале присутствуют артефакты, ощущается какая-то "дискретность" звука.
При ЧГ 50 Кгц СР имеет худшую чувствительность и плохую избирательность, слышна соседняя станция, но качество звука лучше.
Оптимальной оказалась ЧГ около 40 Кгц. Я применил малогабаритный резонатор на 38 Кгц (с ним чуть выше чувствительность, чем с 40 Кгц). Кроме того, он активнее чем "часовой" 32,968 Кгц - легче стартует. Схема:



Конденсатор С1 следует выбрать такой величины, чтобы ВЧ колебания были устойчивыми во всём рабочем диапазоне.
R2 подбирается в пределах 80-110 Ком так, чтобы кварц легко запускался, при этом ВЧ генерация не срывалась во всём рабочем диапазоне. Слишком большая величина R2 приводит к повреждению кварца.

Особенно интересно влияние ёмкости С5: при её отсутствии затруднена генерация ВЧ - на низкочастотном краю диапазона происходит срыв, при этом кварцевый генератор работает нормально.
При ёмкости порядка 60-90 пф ВЧ генерация устойчива, однако кварц запускается несколько дольше, особенно на высокочастотном краю диапазона. На экранной сетке практически ровная синусоида ЧГ ( размыта из-за присутствующей НЧ составляющей):



При увеличении ёмкости С5 до 150-200 пф синусоида на экранной сетке начинает искажаться, появляются очертания "пилы":



При дальнейшем увеличении ёмкости колебания кварцевого генератора срываются и возникают релаксационные колебания на звуковой частоте в цепи гридлика (время развёртки увеличено):



Это, на мой взгляд, подтверждает предположение о том, что прерывистая генерация в цепи гридлика подавляется сильной ООС в цепи экранной сетки.
Интересно было бы исследовать этот эффект для стабилизации работы гетеродинов.

В итоге получился стабильно работающий СР-детектор УКВ диапазона 87-108 Мгц с неплохим качеством звука и стабильными по диапазону параметрами приёма (на самом деле параметры несколько изменяются из-за изменения соотношения ВЧ и ЧГ), настало время оформить это в законченную конструкцию.

Снова внимание привлекла радиостанция Feldfu., а именно её двухламповая версия .b2 с рефлексным УВЧ, работавшая в диапазоне 90,57-109,45 Мгц:




Основываясь на концепции Feldfu. я и решил построить двухламповый карманный громкоговорящий сверхрегенеративный УКВ приёмник.

Кроме того, кварцевая стабилизация ЧГ позволяет выполнить её эффективную фильтрацию на НЧ выходе детектора.
Обычно фильтрация осуществляется RC ФНЧ. Стабильную ЧГ можно фильтровать RC-мостом, например так называемым 2ТФ.
Сравним их эффективность: на снимках сигнал с выхода детектора, настроенного на частоту 100 Мгц, модуляция 400 гц.
Без фильтрации:



Фильтрация выполнена RCR-ячейкой 20 Ком + 240 пф + 20 Ком:



Фильтрация 2ТФ-мостом, настроенным на частоту 38 Кгц:



Теперь то же самое, но без модуляции:





Мост, выполненный на макете просторным монтажом выводными деталями позволяет достичь ослабления ЧГ на выходе детектора до -40 dB. На SMD компонентах ослабление получилось в итоге около -35 dB.

Несколько осциллограмм сигналов из реального эфира:
"Суперный" шум.



Речь.



Музыка.



Отчётливо видна дискретность.

Фото макета:



Итоговая схема приёмника:



Из-за недостатка места в корпусе и общего усиления пришлось пойти на некоторые компромиссы. Например отказаться от пьезокерамического фильтра на антенном входе. Он здорово помогает от помех с КВ, телефонов и энергосберегаек (ведь СР-детектор чувствителен к АМ), но снижает чувствительность, что в моём случае критично.
Долго боролся с самовозбуждением всего приёмника, пока не понял что это возбуждается сам детектор по НЧ. Помогло шунтирование межкаскадного автотрансформатора резистором (причём на открытом макете самовозбуждения не было).

Корпус был взят от китайского радиоконструктора Hx108-2, очень он мне понравился. Сделан качественно, пластик крепкий и легко обрабатывается. Единственный минус - нет нормального батарейного отсека. Изнутри проклеил медной фольгой, соединённой на общий провод платы через пружинные контакты. Лампы закреплены в пружинных держателях, соединённых с общим проводом.
Монтаж выполнен на двухсторонней печатной плате, преимущественно SMD компонентами, имеется алюминиевый межкаскадный экран. Сердечники и каркасы трансформаторов от р/п "Алмаз". КПЕ поганенький китайский с твёрдым диэлектриком, секции включены последовательно (токосъём никуда не подключен), из-за этого есть сильная неравномерность шкалы в верхней части диапазона.

Приёмник можно питать напряжением от 1,9 до 5 вольт. При снижении питающего напряжения до 1,82 в срабатывает UVLO.
Преобразователь построен на двух LT1073, одной TL431 и одной CN302, размещён на отдельной плате размером 15х32 мм. Выдаёт +1,2 в; -2,5 в и +60 в. Все напряжения стабилизированы. Потребляемая мощность 0,5 вт. Выходная мощность на частоте 1000 гц - 43 мвт.







P.S. схему преобразователя выложу чуть позже.

[Александр Д.А.]

Вы воплотили в железе проект, откладываемый мною в долгий ящик не один год Только поставил опыт с простым одноламповым сверхрегенератором на 1Ж24Б, работающим в диапазоне 100-108 МГц, чтобы определить, насколько хорошо он принимает ЧМ.

1) автотрансформатор между детектором и УНЧ, как пришли к этому ?
2) дроссели по 10 мкГн, на макете ДМ ? ДПМ ?
3) регулирование громкости напряжением смещения выполнено похоже, как в приемнике типа Р-326;
4) насколько отличается работа от "обычных" малогабаритных УКВ приемников с синтезатором или аналоговой настройкой ?

[Nuzlopp]

Александр Д.А., я тоже тянул с этим проектом несколько лет. Время быстро летит, и заниматься приходится чаще всего не тем, чем хочется.

По порядку:
1) больше усиление по НЧ чем с дросселем, и компактнее чем повышающий трансформатор. В итоге достиг предела устойчивого усиления детектора по НЧ, его даже пришлось ограничивать шунтированием всей обмотки (что, кстати, благоприятно сказалось на тембре звука).

2) и 10 и 0,9 мкгн - полосатики, выпаяные из плат ЭЛТ мониторов.

3) громкость регулируется по НЧ! Напряжение смещения остаётся неизменным -2,5 в. Нижний конец потенциометра заблокирован по переменному току, через него просто подаётся смещение на лампу. Резистор 4,7 Мом установлен для того, чтобы лампа не оставалась без смещения при нарушении контакта в токосъёме потенциометра, качество его весьма посредственное.

4) в городе принимает те же станции что Retekess V115, за городом уступает ему, но не сильно. Если использовать проволочную антенну длиной 2 метра, закинутую на дерево, то принимает в лесу в 15 км от города почти все станции.

[Nuzlopp]

Схема преобразователя:


Преобразователь размещён на отдельной плате размером 15х32 мм. LC-фильтры расположены на основной плате приёмника. Выдаёт +1,2 в; -2,5 в и +60 в. Все напряжения стабилизированы. Потребляемая мощность 0,5 вт.



Эта схема способна обеспечивать анодное напряжение до +90 вольт (с внешним силовым ключом - больше), нужно только изменить параметры делителя в цепи SET.

Ошибкой было мотать дроссель и трансформатор на ферритовых гантельках (rod type). Я выбрал их не только из-за компактности и удобства намотки. Причина в том что малогабаритные ферритовые кольца легко входят в насыщение, а сердечники с разомкнутой магнитной цепью (броневые и Ш-образные с немагнитным зазором) слишком громоздки и громко пищат даже после пропитки обмоток. Не помогло даже раскалывание ферритового кольца и последующая его склейка (для образования немагнитного зазора), всё равно феррит с большой "мю" насыщается.



Из-за разомкнутой магнитной цепи гантелек пришлось отказаться от сплошного экранирования платы преобразователя, т.к. поле рассеяния замыкаясь на экран приводит к его нагреву и повышению потребляемого тока на 30%.
Без экрана помехи в общем-то терпимые, но заметные.



Хорошо в этой схеме работают тороидальные сердечники из смеси #26 (желто-белые), но у меня не оказалось колец маленького размера. Надо будет заказать кольца Т30-26 и перемотать дроссель с трансформатором.

[cuneum]

Да уж, нагромоздили вы коллега с преобразователем!!
Можно ведь было проще, на двух транзисторах, по двухтактной схеме, тогда и проблем с насыщением магнитопровода бы избежали, да и деталей куда как меньше. Обратную связь для стабилизации можно было бы взять от обмотки 60В. Все напряжения с одного трансформатора.

[UA0OAG]

А можно ли сделать преобразователь на частоте гашения?

[Nuzlopp]

cuneum, да я и так и эдак прикидывал. Двухтакт на общем трансформаторе тоже. По соотношению занимаемого пространства / эффективности это показалось мне самым оптимальным вариантом. У меня была цель получить высокую экономичность при широком диапазоне питающих напряжений, UVLO с гистерезисом, и чтоб это всё уместилось на плату 15х32мм. LT1073 единственный DC-DC, по моему, который работает уже от 1 вольта, на борту присутствует и стабилизатор, и плавный старт, и ОУ с опорой, который можно использовать по-всякому. К тому же они были у меня в тумбочке.
Кстати, если уж стабилизировать, то +1,2, а не +60. Стабильный накал важнее, анодное +/- 5 вольт не влияет на приём.

UA0OAG, я хотел сделать наоборот, частоту гашения на частоте преобразователя.

[ex RL7/ A-Ata]

Очень лестно вернуться в 1930- 1970 гг (я сам из 1949 гогого). Помнится с товарищем собрали на транзисторах п416 тх/rx(RX сверх.рег на 28мгц, TX кварцованый)...нас закидали спелыми помидорами телезрители микрорайона, оч было заметно что дружок бегает по мкр-ну с устройством с телескопической ант,помехи по ПЧ ТВ. Схемы были из ж.Радио. Кстати, заставить сверхач работать сверхачём та ещё танцулька с бубном. Из этого поняли ,что применять надобно что то более современное.

[cuneum]

Кстати, если уж стабилизировать, то +1,2, а не +60.

1,2В стабилизируются автоматически (все обмотки зависимы), а повышающая обмотка берется именно с целью поднять коэфф. стабилизации. При тех токах, что вам требуются, преобразователь можно делать на весьма небольшом кольце.

[Nuzlopp]

cuneum, предложите схему, очень интересно посмотреть.
Но так, чтобы работала от 1,9 до 5 вольт. А ещё лучше от 1,5 до 6,5.
И чтоб уместилась на платке не более 15х32 мм. И чтоб UVLO было.

Соберу макет, испытаю-обмеряю.
Если дело стОящее - сделаю по-вашему.