Сверхрегенеративный приёмник занимает особое место среди простых УКВ-ресиверов. По схеме он заметно проще супергетеродинных конструкций, но при этом способен обеспечить вполне уверенный приём FM-станций при минимальном числе деталей. Принцип работы основан не на классическом частотном преобразовании, а на использовании сверхрегенеративного детектора, который периодически вводится в режим генерации и затем быстро из него выводится. За счёт этого слабый радиосигнал преобразуется в более удобный для детектирования низкочастотный сигнал.
📻 Такой приёмник можно рассматривать как УКВ АМ-приёмник с детектированием по склону, применяемым для приёма ЧМ. Если настроить резонансный контур не точно на несущую частоту, а на один из её склонов, то частотная модуляция преобразуется в амплитудную. Именно поэтому ширина полосы и форма амплитудно-частотной характеристики играют в таких схемах не менее важную роль, чем сам высокочастотный тракт. Полоса пропускания порядка 200 кГц позволяет принимать широкополосные FM-станции, если настройка выбрана в наиболее линейной части кривой, а не на её вершине.
Схема и принцип сверхрегенерации
В обычном усилителе или детекторе радиосигнал проходит через каскады с более или менее постоянным коэффициентом усиления. В сверхрегенеративной схеме всё иначе: высокочастотный каскад доводится до состояния, близкого к самовозбуждению, а затем периодически «гасится» вспомогательным генератором. За время активной фазы схема успевает усилить и выделить полезный сигнал, а затем колебания принудительно прерываются. После этого процесс повторяется снова.
Именно поэтому сверхрегенеративный приёмник очень чувствителен, но при этом не отличается высокой избирательностью в привычном смысле. Он хорошо воспринимает сигнал при минимальном количестве элементов, однако уступает более сложным схемам по устойчивости к помехам и по качеству разделения соседних станций. Для узкой практики это не всегда недостаток: при приёме одной-двух известных станций и использовании качественной антенны такой приёмник способен работать удивительно достойно.
Главное достоинство схемы заключается в том, что чувствительность достигается без сложной ПЧ-части, а вся высокочастотная часть реализуется буквально на нескольких транзисторах и катушке. Это делает конструкцию удобной для повторения и обучения, а также позволяет наглядно наблюдать влияние параметров контура, обратной связи и режима гашения на результат приёма.
ВЧ-часть: генератор и входной каскад
Основой приёмника выступает транзистор BF196, работающий по схеме генератора Хартли. Настроенный контур включён в базовую цепь, а обратная связь обеспечивается через отвод катушки. Такая топология хорошо подходит для сверхрегенеративного режима, поскольку позволяет получить устойчивую высокочастотную генерацию с удобной регулировкой частоты за счёт параметров контура.
Частота колебаний задаёт и частоту приёма. Иначе говоря, именно резонансный контур определяет, на каком участке УКВ диапазона будет работать приёмник. Резистор 68 Ом в цепи обеспечивает более стабильный режим и помогает избежать чрезмерного разброса параметров при изменении питания и температуры. Для подобных схем стабильность режима особенно важна: малейшее изменение рабочей точки способно заметно изменить чувствительность и даже вызвать паразитные колебания.
Перед генератором установлен ВЧ-усилитель на транзисторе BF184. Это ненастроенный усилитель с общим эмиттером, который работает в режиме самосмещения. Его задача — развязать антенну и генератор, чтобы нагрузка антенны не влияла на частоту и амплитуду колебаний детектора. Дополнительный плюс такого каскада состоит в снижении переизлучения высокочастотной энергии в антенну, что улучшает устойчивость приёмника и делает его поведение более предсказуемым.
Сигнал с антенны подаётся на катушку генератора через конденсатор 3,9 пФ. Такая малая ёмкость обеспечивает достаточно слабую, но эффективную связь. В качестве антенны может использоваться отрезок провода длиной около 75 см. Телескопическая антенна длиной 75 см работает лучше, но в стационарной установке оптимальным вариантом остаётся полноценная наружная FM-антенна. В портативной версии нередко используют наушниковый провод как антенну, что при малых габаритах корпуса оказывается вполне практичным решением.
Гашение колебаний и его роль
Большинство сверхрегенеративных приёмников используют собственное самогашение, но форма и частота этого гашения оказывают большое влияние на качество звука и чувствительность. Для широкополосной FM-связи особенно важно, чтобы режим прерывания колебаний был правильно подобран. Если частота гашения слишком низкая, появляются слышимые биения с поднесущими и пилот-тоном стереосигнала. Если она слишком высокая, чувствительность может заметно снизиться.
В рассматриваемой схеме гашение реализовано на основе релаксационного генератора с однопереходным транзистором 2N2646. На его эмиттере формируется приблизительно пилообразное напряжение. Этот сигнал одновременно задаёт режим гашения и смещение для УКВ-генератора, благодаря чему детектор периодически входит в и выходит из режима генерации с ультразвуковой частотой. В рабочем прототипе частота регулировалась в диапазоне примерно от 16 кГц до 76 кГц.
Наибольшая чувствительность достигается при минимально возможной глубине регенерации, но при этом схема становится более требовательной к точной настройке. В реальной эксплуатации находится компромиссная точка, при которой приём остаётся устойчивым, а чувствительность достаточно высока. При слишком низкой частоте гашения может возникать слышимый свист, особенно при приёме стереофонических FM-станций, где пилот-тон 19 кГц и другие поднесущие способны взаимодействовать с частотой прерывания.
На коллекторе BF196 присутствует уже демодулированный сигнал — как AM, так и FM, преобразованный в амплитудную форму, а также остаточный сигнал сверхзвукового гашения. Этот участок содержит заметную ВЧ-помеху, которая не должна попадать непосредственно в аудиотракт, иначе она перегрузит последующие каскады. Поэтому после детектора устанавливается цепь фильтрации.
Фильтрация и выделение звукового сигнала
Для подавления высокочастотных составляющих используется П-образный фильтр, собранный на конденсаторах 0,02 мкФ и резисторе 4,7 кОм. Он выполняет простую, но очень важную функцию: отделяет полезный звуковой сигнал от сверхзвуковой составляющей гашения. Без такой фильтрации аудиокаскады могли бы входить в перегрузку, а на выходе появлялся бы неприятный шум и нестабильность.
Дополнительное сглаживание обеспечивает конденсатор 330 пФ, включённый между базой и коллектором аудиопредусилителя на транзисторе BC109. Такая обратная связь по высокой частоте помогает уменьшить остаточные помехи и стабилизировать усиление в области, где полезный аудиосигнал уже отделён от ВЧ-части. В результате формируется более чистый вход для последующего усилителя низкой частоты.
Подобная многоступенчатая фильтрация особенно полезна в простых схемах без развитого экранирования и без печатной платы с полноценной землёй. Чем проще конструкция, тем выше вероятность того, что ВЧ-энергия начнёт проникать в аудиоузлы. Поэтому даже небольшие RC-цепи здесь работают как полноценный инструмент повышения качества звука.
Аудиоусилитель и выходной каскад
Аудиочасть приёмника выполнена на двух транзисторах и работает в классе A. Это не самый экономичный, но достаточно предсказуемый режим для простого радиоприёмника на наушники. При правильной настройке такой усилитель способен развивать выходную мощность порядка 80 мВт, чего вполне достаточно для комфортного прослушивания в наушниках или высокоомной нагрузке.
Выходной транзистор BD139 работает вместе с управляющим транзистором AC127. Смещение стабилизируется по принципу токовой отрицательной обратной связи: если ток выходного каскада возрастает, AC127 проводит сильнее и уменьшает базовое смещение BD139. Это автоматически выравнивает рабочую точку и уменьшает зависимость режима от разброса параметров транзисторов и температуры.
Ток покоя выходного каскада составляет около 18 мА. Отрицательная обратная связь подаётся от вторичной обмотки динамического трансформатора на эмиттер AC127 через резистор 1,5 кОм. Обмотки трансформатора должны быть подключены с правильной фазировкой, иначе вместо нормального усиления начнётся самовозбуждение. Используется стандартный транзисторный выходной трансформатор с согласованием примерно от 500 Ом к 8 Ом.
Для наушников такая схема работает особенно хорошо, поскольку нагрузка сравнительно небольшая и не требует значительной мощности. Кроме того, класс A даёт плавную, предсказуемую передачу сигнала без характерных для жёстких ключевых режимов искажений. Недостаток — постоянное потребление тока, но для маломощного радиоприёмника это приемлемая цена за качество звучания и простоту.
Настройка диапазона и катушка контура
В прототипе использовалась секция гетеродинного конденсатора от AM-радио, максимальная ёмкость которого составляла около 60 пФ. Чтобы сузить диапазон перестройки и сделать настройку более удобной, последовательно был включён конденсатор 33 пФ. Такой приём позволяет лучше согласовать контур с рабочим диапазоном УКВ вещания и уменьшить риск выхода за пределы полезной полосы.
Катушка L1 выполнена на воздушном сердечнике. Она содержит 4 витка лужёной медной проволоки сечением 1,5 мм, внутренний диаметр составляет 10 мм, а отвод сделан на одном из витков. С такой катушкой диапазон перестройки лежит примерно в пределах 60–150 МГц, в зависимости от положения конденсатора настройки и состояния окружающей обвязки. Для приёма более низких частот — используйте другую схему.
Для сверхрегенеративного приёмника катушка и вся ВЧ-обвязка критичны не только по номиналам, но и по механической геометрии. Изменение расстояний между витками, длины выводов, расположения антенны и близости металлических предметов может заметно сдвигать частоту и менять режим детектирования. Поэтому при сборке следует соблюдать аккуратность и минимизировать паразитные связи.
Конструкция, сборка и практические замечания
Первый вариант приёмника был собран на самодельной плате без сплошного медного полигона: медь была нарезана на отдельные площадки. Такой способ макетирования удобен для радиочастотных схем, поскольку позволяет экспериментировать с компоновкой и минимизировать лишние паразитные ёмкости. Но такой подход требует внимательной разводки и аккуратного размещения деталей.
Позже была собрана портативная версия в пластиковом корпусе. Устройство предназначалось для работы в наушниках, а провод наушников выполнял роль антенны. В электрическом плане схема оставалась близкой к прототипу, но получила варикапную настройку и более скромный выходной уровень, достаточный для наушников.
👉 При работе с ВЧ-схемами подобного типа полезно учитывать, что даже небольшое изменение компоновки может повлиять на устойчивость. Поэтому в портативной версии особенно важны короткие соединения, качественная земля и разумное расположение антенны. Провод наушников, находясь рядом с другими предметами, может менять условия связи, и приём становится зависимым от его положения. Это не недостаток как таковой, а характерная особенность сверхрегенеративных систем.
Портативная версия на варикапе
Позднее схема была доработана: настройка стала осуществляться с помощью варикапа BB809. Напряжение настройки стабилизировалось стабилитроном на 7,5 В, а 1N914 использовался в качестве термокомпенсирующего элемента. Остальная УКВ-часть осталась прежней. Диапазон перестройки расширился примерно от 60 МГц до немного выше 108 МГц, что делало приёмник пригодным для прослушивания стандартного FM-диапазона и, в историческом контексте, даже для приёма звука второго телевизионного канала.
После прекращения аналогового вещания верхняя часть такого расширенного диапазона стала менее востребованной. Поэтому диапазон можно сузить, включив резистор последовательно с землёй потенциометра 50 кОм. В качестве отправной точки удобно использовать значение около 39 кОм. Это позволяет подстроить ход ручки настройки так, чтобы полезный диапазон занимал большую часть её вращения и не растягивался без необходимости.
👉 В более поздней версии трёхпозиционный выключатель, который одновременно управлял питанием и частотой гашения, был заменён кнопочным переключателем. Причина была практической: трёхпозиционный тумблер слишком легко случайно задеть, после чего приёмник оставался включённым и разряжал батарею. Кнопочный вариант оказался удобнее и безопаснее в повседневном использовании.
После отказа от двухрежимного выбора частоты гашения были пересмотрены параметры самого генератора. Поскольку к тому моменту большинство станций уже стали стереофоническими, частоту подавления повысили до более подходящего значения. Два последовательных конденсатора, использовавшиеся раньше для переключения режимов, можно заменить одним подобранным конденсатором. Для практической настройки хорошей отправной точкой оказался номинал 680 пФ, обеспечивающий частоту гашения порядка 30–36 кГц.
Сильные стороны схемы
Сверхрегенеративный приёмник интересен тем, что сочетает минимализм и реальную работоспособность. Он не пытается соревноваться с полноценным супергетеродином по избирательности, зато выигрывает в простоте, чувствительности и наглядности. В нём хорошо видны фундаментальные радиотехнические явления: настройка контура, детектирование по склону, влияние регенерации, гашение и борьба с паразитными колебаниями.
📻 Такой приёмник особенно полезен как учебная конструкция. Он позволяет на практике увидеть, как меняется звук при перестройке контура, как влияет частота гашения и почему один и тот же тракт может работать по-разному в зависимости от антенны и монтажа. Для радиолюбителя это не просто устройство для прослушивания FM-станций, а наглядный эксперимент по ВЧ электронике.
Дополнительное достоинство схемы состоит в том, что её можно неоднократно пересобирать и улучшать, не выходя за пределы небольшого числа деталей. При желании можно менять тип антенны, параметры варикапа, частоту гашения, схему аудиоусилителя, уровень обратной связи и номиналы фильтров. Каждое такое изменение даёт заметный эффект, что делает конструкцию удобной для настройки и обучения.
