Инж. Г. Гартман.
Радиолюбителям, работавшим с регенеративными схемами, хорошо известно, что чувствительность и сила приема достигают наибольшего значения, когда обратная связь доведена до предела возникновения колебаний1). Но достичь этой предельной точки обратной связи, очевидно, не легко, т. к. число «радио-свистунов», отравляющих эфир своими регенераторами, чрезвычайно велико. При умелом пользовании регенерация является одним из наиболее чувствительных способов дальнего приема, особенно для волн, короче 1 000 м.
В начале 1922 года американский радио-инженер Армстронг разрешил задачу устойчивого регенеративного приема при обратной связи далеко за точкой появления колебаний, достигая при этом почти в 1 000 раз большей силы приема, нежели при обычной регенерации. При демонстрации в Радио-Клубе в Нью-Йорке своей новой схемы сверх- или супер-регенеративного приема Армстронг принимал на громкоговоритель на рамку со стороной в 50 см на две лампы, с помощью одной ступени усиления низкой частоты, передачу из Сан-Франциско, расположенного от Нью-Йорка на расстоястоянии около 4000 км.
Несмотря, однако, на такую исключительную чувствительность, схема эта до сего времени не вытеснила из широкой эксплоатационной и любительской практики многоламповые усилители и приемники, т. к. суперрегенератор требует очень сложной настройки и чрезвычайной тщательности изготовления и сборки. Но в радиолюбительской среде, особенно богатой опытом — американской и английской, супер-регенеративные схемы нашли довольно широкое распространение.
В обыкновенной регенеративной схеме, как известно, путем увеличения обратной связи, увеличивается ток в приемном контуре. Увеличение тока в контуре, при сохранении без изменения самоиндукции и емкости контура, а также величины напряжения от приходящих сигналов, равносильно уменьшению потерь на преодоление сопротивления контура или, иными словами, уменьшению сопротивления контура. Последнее мы можем рассматривать, как введение в контур некоторого отрицательного сопротивления, которое в зависимости от своей величины может нейтрализовать или скомпенсировать либо только часть сопротивления контура, либо все сопротивление, либо может оказаться больше сопротивления контура. В первом случае приемный контур будет обладать некоторым сопротивлением и собственные колебания в нем не возникнут; в последнем случае сопротивление контура станет отрицательным и под воздействием приходящих сигналов в контуре возникнут собственные колебания, которые будут продолжаться и после того, как приходящие сигналы прекратились, т.-е. лампа будет генерировать. В том случае, когда сопротивление контура полностью скомпенсируется отрицательным сопротивлением от обратной связи, т.-е. сделается равным нулю, ток, а вместе с тем и чувствительность приема, могли бы возрасти до бесконечности, если бы анодный ток лампы при достаточных положительных значениях на сетке не возрастал до насыщения.
Идея суперрегенерации заключается в том, чтобы приемному контуру давать периодически возможность достигать отрицательного сопротивления, не давая, однако, ему возможности генерировать. Для этого сопротивление контура меняется автоматически несколько десятков тысяч раз в секунду между положительным и отрицательным значениями, причем среднее значение сопротивления должно остаться положительным. В течении тех полупериодов, когда сопротивление контура будет отрицательным, мы получим наибольшее усиление приходящих сигналов.
Это автоматическое изменение сопротивления приемного контура или дробление работы регенератора с сильной обратной связью достигается различными путями.
Армстронг для этой цели применил дополнительные колебательные контура, дающие колебания с частотой около 12—15 тысяч периодов в секунду. Эти колебания воздействуют либо на сетку, либо на анод регенератора и, таким образом, периодически меняют режим его работы.
Другим путем добился суперрегенерации Флюэлинг. Соответствующим подбором сопротивления и емкости конденсаторов в цепи сетки регенератора, Флюэлинг добился дробления работы последнего. Сопротивления и емкости, вследствие накопления на них под влиянием колебаний в приемном контуре электронов от сетки лампы, периодически заряжаются и разряжаются, тем самым прерывая периодически генерацию регенератора.
Оригинальная схема суперрегенерации Армстронга приведена на черт. 1. В этой схеме имеются два колебательных контура. Вторая лампа представляет собой генератор незатухающих колебаний с частотою около 12—15 тысяч пер./сек. (L1 — Сотовая катушка в 1 500 витков. C1 — конденсатор емкостью около 1 200 см и L2 — сотовая катушка в 1 250 витк.). Если в анодную цепь этой лампы включить телефон, то генерация слышна в виде очень высокого тона.
Первая лампа представляет собою обычный регенератор, к сетке которого от регенератора в 12—15 000 периодов подводится переменное напряжение, играющее роль добавочного напряжения сетки. Таким образом, на сетку первой лампы около 15 000 раз в секунду дается то положительное, то отрицательное напряжение и благодаря этому, даже при более сильной обратной связи, генерация в приемном контуре L3C2 возникнуть не может. Однако, действие обратной связи на сопротивление приемного контура, и обусловленная этим высокая чувствительность приема при этом сохраняются. Приходящие колебания принимаются, очевидно, наиболее сильно во время отрицательных полупериодов вспомогательной частоты (в 12—15 тыс. пер./сек.), а сила приема будет тем больше, чем больше приходящих колебаний попадает на сетку за этот полупериод; следовательно, чувствительность и усиление такого устройства будут тем более, чем больше будет отношение частоты приходящих колебаний к частоте вспомогательной. А так как длина волны зависит от частоты и обратно пропорциональна ей (чем больше частота — тем короче волна), то можно сказать, что усиление будет тем больше, чем короче принимается волна и чем длиннее волна вспомогательного контура2). Отсюда следует, что суперрегенеративный прием будет тем чувствительней, чем короче принимаемая волна, а поэтому является пригодным лишь для сравнительно коротких волн.
Длину волны вспомогательных колебаний можно увеличивать лишь до известного предела, обусловленного границей слышимости этих колебаний. Их выбирают такой частоты, чтобы они давали не утомляющий слух и не мешающий приему высокий тон — своего рода фон, на котором слышна передача. Обычно частоту вспомогательного контура n0 берут от 20 до 10 тыс. пер./сек., соответствующие длине волны от 15 до 30 тыс. м.
Данные элементов контура первой лампы ничем не отличаются от данных обычной регенеративной схемы. В качестве L3 и L4 применяются сотовые катушки в 50 и 75 витков, конденсатор C2 переменной емкости до 300—400 см. Вместо антенны применяется рамка в 12 витков со стороной квадрата в 50 см. В случае необходимости можно вместо телефона присоединить еще одну ступень усиления низкой частоты.
Порядок приведения в действие суперрегенеративной схемы (черт. 1) следующий :
Удостоверившись в правильном включении катушек L2 и L4 (витки катушек обратной связи должны быть направлены обратно виткам контура), увеличивают накал ламп до нормального.
При правильно собранной схеме в телефоне должен быть слышен тон вспомогательных колебаний (контура L1С1). При увеличении затем обратной связи первой лампы, кроме вспомогательного тона, в телефоне будет слышен сильный шум, указывающий на наличие. генерации в первой лампе. В этом состоянии схема является чрезвычайно чувствительной к приходящим сигналам. Настроившись затем на желаемую станцию, уменьшением обратной связи между L3 и L4, добиваются чистоты приема.
Если первую лампу использовать также в качестве генератора вспомогательных колебаний, можно осуществить суперрегенеративной прием с одной лампой. Подобная схема приведена на черт. 2. Приемный контур состоит из рамки и конденсатора C1. Обратная связь осуществляется через внутриламповую емкость анод-сетка и регулируется изменением настройки колебательного контура.
L2C2 в цепи анода (вместо L2C2 может быть взят вариометр с параллельно приключенной постоянной емкостью). Вспомогательная частота получается в контуре L3L4C3 (L3 и L4 сотовые катушки в 1200 и 1500 витков; C3 — конденсатор постоянной емкости в 2000 см).
На черт. 3 представлена одна из форм Флюэлинговского суперрегенератора. Конденсатор переменной емкости C2 (с максимальной емкостью в 300 см) служит для регулировки частоты перерывов генерации. Обратная связь L1L2 должна быть сильная. В качестве самоиндукций лучше применять катушки корзиночного типа (для диапазона волн от 200 до 1800 м — набор от 35 до 150 витков для контура сетки и 75—100 витков для обратной связи). Конденсаторы C3, C4 и C5 постоянной емкости соответственно в 10 000, 5 000 и 5 000 см. Сопротивление утечки сетки равно около 2,5—3 мегом; C1 — переменный конденсатор до 500 см.
Настройка производится следующим образом: при нормальном накале лампы устанавливают C2 приблизительно на 70 см, затем регулируют обратную связь до получения генерации (шум в телефоне). При наличии приходящих колебаний, последние обнаруживаются в телефоне в виде свиста. Настройку производят конденсатором C1. Изменением емкости C2 добиваются прекращения резкого свиста и требуемой чистоты приема.
Остальные существующие типы суперрегенераторов являются лишь некоторым изменением основных схем Армстронга или Флюэлинга. поэтому мы на описании их не останавливаемся.
В заключение необходимо еще раз напомнить, что суперрегенераторы требуют особенной тщательности при сборке и настройке и поэтому являются доступными лишь тем радиолюбителям, которые хорошо знакомы с работой ламповых регенераторов. В случае применения вместо рамки открытых антенн, рекомендуется использовать комнатные антенны.
1) См. "Радио Всем" № 4 и 5 за 1926 г. статья "Явления обратного действия в ламповом приемнике".
2) Усиление
K = (n / n0) , где n — частота приходящих и n0 — вспомогательных колебаний. Так как длина волныλ = (3·108 / n) м, т.-е. обратно пропорциоиальна частоте, то можно принять:K = (λ0 / λ) , где λ — длина волны вспом. контура и λ — приходящих колебаний.