Записки программиста

Ранее в этом блоге уже рассматривался детекторный приемник, приемник прямого преобразования, а также супергетеродин. Не хватает разве что регенеративного приемника. Сегодня мы заполним этот пробел, сделав очень простой регенератор на одной лампе, пентоде 12Ж1Л.

Краткий ликбез по радиолампам

Поскольку это мой первый проект с использованием радиоламп, уместно сделать соответствующее введение. Знатоки лампового дела могут спокойно пропустить данный раздел.

Прыгнем с места в карьер и рассмотрим выводы 12Ж1Л:

Предполагается, что мы смотрим на лампу снизу. Она имеет следующие выводы:

• 1 и 8 — подогреватель / накал (heater);
• 3 — анод (anode, plate)
• 6 — катод (cathode);
• 7 — первая / управляющая сетка (control grid);
• 5 — вторая / экранирующая сетка (screen grid);
• 2 — третья / защитная сетка (suppressor grid);
• 4 — внутренний экран, здесь соединен с защитной сеткой;

Лампы классифицируют по количеству электродов. В данном случае их пять — анод, катод и три сетки. Поэтому лампа называется пентодом.

Принцип работы радиоламп следующий. На подогреватель подается постоянное напряжение. Он нагревается, подобно обычной лампе накаливания. За счет термоэлектронной эмиссии электроны покидают поверхность катода (6). Из-за разности потенциалов между андом и катодом электроны устремляются к аноду (3). Управление электронным потоком осуществляется изменением напряжения на сетке (или сетках) между анодом и катодом.

Это вкратце как работает триод — лампа, имеющая анод, катод и одну сетку. Примером простого триода является лампа 6С19П. Триод похож на биполярный транзистор, только управляется напряжением, а не током. Сеток может не быть, тогда лампу называют диодом. Такая лампа работает аналогично современному кремниевому диоду. Осталось только понять, для чего нужны еще две сетки.

Защитная сетка (2) служит для подавления вторичной электронной эмиссии (динатронного эффекта). Обычно эту сетку просто заземляют. С этого момента про лампу можно думать, как про тетрод. То есть, лампу, имеющую две сетки — управляющую и экранирующую.

Экранирующая сетка (5) добавляется для подавления эффекта Миллера. Сюда подается напряжение чуть меньше напряжения на аноде. Также экранирующая сетка замыкается по ВЧ на землю через конденсатор подходящего номинала. Данные манипуляции позволяет добиться большего усиления от одной лампы.

Fun fact! В статье Моя версия передатчика Tuna Tin 2 приводилась ссылка на ламповую версию TT2, разработанную Steve, WD8DAS. Обладая только что полученными знаниями, вы можете без труда разобраться в схеме TT2 на радиолампах.

Иногда несколько ламп помещают в один баллон (корпус). В качестве примеров можно привести лампы 6Н2П и 6Ф12П. Тогда говорят, что эти лампы — соответственно «двойной триод» и «триод-пентод». Существуют и другие виды электронных ламп, но в рамках этой статьи мы их рассматривать не будем. Дополнительную информацию можно найти по приведенным выше ссылкам.

Принцип действия регенеративного приемника

Приемник будем делать по следующей схеме:

Схема впервые встретилась мне в статье «All Continents — a one tube shortwave receiver, operating on 12 volts and matched for 32 Ω headphones», написанной Klaus, DH3FAA для журнала SPRAT, выпуск 135 за лето 2008-го года. Статья приводится в книге «The Low Power SPRAT Book» на странице 74, где я ее и прочитал. Автор сообщает, что схема известна давно, и что он внес в нее лишь минимальные изменения.

Катушка представляет собой 20 витков на кольце T68-2 с отводом от второго витка. Еще два витка поверх основной обмотки (на схеме не показаны) служат для сопряжения с антенной. Такая конструкция обеспечивает гальваническую развязку и работает, как повышающий трансформатор.

Приемник по сути является усилителем с положительной обратной связью (регенерацией). Обратная связь осуществляется через отвод катушки, соединенный с катодом, а также регулируется напряжением на экранирующей сетке. Как результат, часть усиленного сигнала возвращается на вход усилителя, снова усиливается, и так много-много раз. Это позволяет добиться большого усиления (мы говорим про 60+ dB) при использовании всего лишь одной лампы. В этом и состоит идея регенеративного приемника.

За счет LC-контура обратная связь возможна только на резонансной частоте. Этот контур определяет принимаемую частоту и избирательность приемника.

Для согласования импеданса обычных наушников с высоким импедансом анода служит понижающий трансформатор. В его роли используется маломощный трансформатор для преобразования сетевого напряжения 220 В в 6 В.

Конденсатор 330 пФ в левой части схемы пропускает ВЧ сигнал на управляющую сетку. Его импеданс должен быть низким на частоте несущей и высоким на частоте модулирующего сигнала. Резистор 100 кОм предотвращает накопление заряда на конденсаторе. Зависимость тока на управляющей сетке от напряжения является параболической. В сущности, управляющая сетка и катод здесь работают в роли диода. С импедансом наушников и вторым конденсатором 330 пФ получаем схему, аналогичную той, что ранее была описана в статье о детекторном приемнике.

Сказанное выше иллюстрирует следующая структурная схема:

УНЧ в нашем приемнике отсутствует, поэтому динамик он раскачать не сможет.

Конкретная реализация

В моем исполнении приемник получился таким:

Вид снизу:

Лампа, панелька для нее, редуктор для КПЕ и трансформатор были найдены на Avito и eBay. КПЕ на 12-365 пФ тот же, что использовался в детекторном приемнике, а затем в аналоговом телеграфном QRP трансивере. Редуктор к нему чуть-чуть не подходил. Это было исправлено при помощи пары витков изоленты на оси КПЕ.

Схема заработала с первого раза и не требовала никакой настройки. Приемник покрывает примерно от 5 до 10 МГц и потребляет ~70 мА. Он может быть использован с обычной КВ антенной. Звук в наушниках достаточно громкий. На динамик тоже что-то слышно, но для комфортного прослушивания все же не хватает УНЧ. Помимо вещательных АМ-радиостанций нередко удается принять и телеграф на радиолюбительских диапазонах.

Впрочем, невероятных чудес от такой простой схемы ожидать не следует. Она принимает далеко не все радиостанции (низкая чувствительность), а иногда принимает две одновременно (низкая избирательность).

Заключение

Основное преимущество регенеративного приемника заключается в минимальном количестве необходимых компонентов. Когда приемники делали на лампах, и лампы стоили дорого, это было актуальной проблемой. Недостатки у регенераторов следующие. Во-первых, в общем случае схема может работать нестабильно. Во-вторых, регенеративные приемники излучают в эфир. В наши дни регенераторы имеют разве что историческую и образовательную ценность.

Метки: Беспроводная связь, Винтаж, Любительское радио, Электроника.