СЮРПРИЗЫ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
Моделист-конструктор 1996 №7
К микрофону подходит оратор и начинает говорить. Но вместо слов в зале раздается громкий звеняще-свистящий звук.
Отчего же случаются такие «сюрпризы»?
Причина ясна. Воспроизводимые громкоговорителями звуковые колебания, распространяясь по залу, возвращаются к микрофону. Вновь преобразованные в электрические сигналы и многократно усиленные, они все больше «раскачивают» усилитель, который довольно быстро входит в режим самовозбуждения. Свист нарастает.
Для восстановления нормальной работы аппаратуры необходимо снизить уровень усиления сигналов от микрофона или изменить ориентацию последнего относительно звукоизлучателей. Тем самым будет ослаблено действие так называемой обратной (с «выхода» на «вход») связи. Проявляя себя подчас в самый неблагоприятный для окружающих момент, она настойчиво пытается диктовать свои жёсткие условия. И ладно бы в акустике, низкочастотных цепях... Влиянию обратной связи (ОС) фатально, можно сказать, подвержены радиочастотные устройства. Например, радиоприёмники - при близком и параллельном расположении индуктивной нагрузки по отношению к магнитной антенне.
Однако не следует думать, что обратная связь способна нести только зло, с которым непременно нужно бороться. Бывает и наоборот. Грамотное использование «секретов» ОС в ряде случаев позволяет улучшить качественные показатели аппаратуры.
Рис. 1. Схема усилителя низкой (звуковой) частоты, улучшенного цепью отрицательной обратной связи.
Так, в усилителе низкой (звуковой) частоты, принципиальная электрическая схема которого представлена на рис. 1, с трансформатора Т2 «проброшена» цепочка R6C4 обратной связи (по сложившейся терминологии это - отрицательная ОС) к эмиттеру транзистора VT1. Ограничивая чрезмерное усиление, подобное техническое решение позволяет существенно улучшить качество звучания. Соберите себе такую практичную (и не сложную) конструкцию - не пожалеете!
В самодельных, и промышленных радиоприёмниках 30-40-х годов широко применялась регулируемая положительная ОС. Причём - в радиокаскадах. За такими приёмниками закрепилось название регенераторы. При минимуме радиоламп и простоте конструкции они позволяли получить «дальнобойность» приёма ничуть не меньшую (а в ряде случаев даже большую), чем многоламповые аппараты без обратной связи.
Рис. 2. Принципиальная электрическая схема самодельного коротковолнового приёмника-регенератора.
Максимально же раскрывали свои возможности регенераторы лишь у того, кому не чужд спортивный интерес - получить высокие результаты доступными средствами и кропотливым «выуживанием» дальних радиостанций в волнах эфира. Надеемся, что пытливые, трудолюбивые, настойчивые не перевелись и в наше время. Приводим все необходимое, включая принципиальную электрическую схему (рис. 2) и прочие данные для изготовления достаточно простого (но уже не лампового, а транзисторного) регенератора, работающего на коротких волнах.
Приём ведётся на внешнюю антенну WA1, откуда сигналы поступают в настраиваемый резонансный контур L1C1C2. После каскада широкополосного усиления на транзисторе VT1 сигнал подвергается дополнительной селекции во втором контуре L4C8...C10. Последний индуктивно связан с чувствительным триодным детектором, собранным на транзисторе VT2, в коллекторную цепь которого включена катушка обратной связи L5.
Магнитный поток у L5 совпадает по направлению с потоком контурной катушки L4. В результате обратная связь здесь - регулируемая. Она тем сильнее, чем больше протекающий через катушку L5 ток, который можно легко изменять, подавая то или иное «смещение» на базу VT2 резистором R7.
Звуковая составляющая детектированного сигнала поступает на усилитель НЧ, выполненный на транзисторах VT3...VT5. Нагрузкой усилителя служит капсюль головного телефона BF1.
Здесь можно видеть другой пример полезного влияния отрицательной обратной связи - по постоянному току (между
гальванически связанными каскадами). ОС стабилизирует режимы их работы, в чём легко убедиться, скажем, при попытке «несанкционированного» увеличения тока через транзистор VT5. Такой «сюрприз», конечно же, вызовет рост падения напряжения на резисторе R11. Тогда появится и соответствующее изменение на базе первого каскада УНЧ благодаря сопротивлению «смещения» R9. Дополнительно приоткрывшись, составной транзистор VT3-VT4 несколько снизит напряжение на базе VT5 и, следовательно, величину проходящего через него тока. Результатом этого будет восстановление первоначального режима работы регенератора.
Предлагаемая для самостоятельного изготовления конструкция регенератора рассчитана на приём радиопередач в диапазоне от 20 до 50 м. Но при желании она легко может быть приспособлена к работе как на более длинных, так и на более коротких волнах. В этом проявляется одно из достоинств приёмника прямого (на частоте принятого сигнала) усиления - ведь катушки у обоих контуров (как и они сами в целом) совершенно одинаковы. Достаточно отмотать или добавить им равное число витков провода, чтобы сразу очутиться в новых частотных пределах.
Одним из преимуществ нашего регенератора является то, что в его схеме предусмотрена и положительная обратная связь между выходом детектора и вторым контуром, механизм действия которой сказывается на работе всей конструкции самым что ни на есть благоприятным образом.
Как известно, при использовании любого реального колебательного контура неизбежны потери. Зависят они от многих факторов. В частности, от электрического сопротивления катушки, рассеяния магнитного потока в материале каркаса и т.д. Ухудшая резонансные свойства контура, эти потери приводят к ослаблению сигнала. Введение же положительной обратной связи (не переходящей некоторого порога» называемого критическим) позволяет компенсировать львиную долю потерь и тем самым многократно увеличивать эффективность контура. В результате становится возможным выделить среди множества принимаемых передач нужный вам сигнал (зачастую - сверхслабый из-за большой удалённости места приёма от радиостанции). Искусство же управления регенератором как раз и состоит в том, чтобы все время поддерживать обратную связь у «критического порога», после которого наступает самовозбуждение усилителя, приводящее к свисту-звону, о котором упоминалось в начале материала.
Из анализа принципиальной схемы приёмника видно, что настройка его ведётся с помощью двухсекционного блока конденсаторов переменной ёмкости С1С8. И это вполне понятно: действуют два взаимосвязанных контура. Но вот предназначение ещё одного «переменника» С9 улавливается не сразу. А ведь по существу - это подстроенный конденсатор, аналогичный двум другим - С2 и С10. Только управление у С9 выведено на переднюю панель приёмника. В ламповых конструкциях такой конденсатор назывался «корректором». В нашем случае он выполняет ту же функцию - позволяет получать точное сопряжение обоих контуров в любом месте диапазона, что, в свою очередь, может значительно повысить уровень выбранного сигнала.
Теперь о деталях. Подойдут многие их типы, лишь бы транзисторы VT1 и VT2 были достаточно высокочастотными. Но для того чтобы вся эта элементная база удобно разместилась на монтажной плате (речь о ней пойдет дальше), целесообразно остановить выбор на следующих деталях.
Постоянные резисторы лучше брать типа МЛТ-0,25 (кроме R33, для которого подойдет ВС-0,25). А в качестве потенциометра - СП-0,4.
Теперь конденсаторы. Для блока КПЕ желательно взять КП4-5, корректором С9 послужит КПВМ. Остальные «подстроечники» - КПКМ. Конденсаторы С3, С5 - типа КТ-1, прочие постоянные - КЛС и К50-6.
Контурные катушки индуктивности - самодельные, размещаются на каркасах диаметром 6 мм с подстроечными сердечниками из феррита 100НН. Причём обмотки L1 и L4 имеют по двадцать одному, а L2 и L6 - по трем виткам провода. Отвод для подключения антенны у L1 делается от 16-го витка, считая от заземлённого конца.
Катушка L5 содержит (уточняется экспериментально) от трёх до шести витков. Располагается она (по отношению к 14) со стороны, обратной размещению L6. Для намотки используется провод ПЭВ-2 0,23.
Дроссель L3 наматывается поверх резистора R3, имеет 70 витков провода ПВ-2 0,1.
Капсюль головного телефона - высокоомный (типа ТОН-2М). Источником электропитания регенератора могут служить две батареи 336, соединённые последовательно. Подключаются они с помощью тумблера. А для верньера - замедлителя настройки - лучше взять готовый диск (от КПЕ переносных приёмников) с натяжной спиральной пружинкой и тросиком к нему. В качестве приводной оси, несущей ручку настройки, использовать некондиционный переменный резистор типов СП-0,4, СПО-0,5 и тому подобное. Причём корпус у такого резистора нужно распилить поперёк, оставив нетронутой переднюю стенку вместе с узлом крепления, в котором без ограничения будет вращаться «родная» ось.
Рис. 3. Печатная плата с расположенными на ней деталями монтажа.
Детали приёмника в основном собираются на монтажной плате из фольгированного гетинакса (текстолита). Конфигурация печатных проводников, а также расположение (с обратной стороны) деталей показаны на рис. 3. Чтобы уменьшить вероятность возникновения паразитной обратной связи между контурными катушками, одна из них располагается на плате «лёжа». При этом геометрические оси у индуктивностей взаимно перпендикулярны. Каркас катушки L1 может поворачиваться на некоторый угол относительно L3, L4.
Рис. 4. Этот приёмник изготовлен «по рецептам» 30-х годов, но на современной элементной базе.
Приёмник оформляется в виде настольной конструкции приборного типа (рис. 4). Для стенок футляра подойдет 8-мм многослойная фанера. Лицевую панель и съёмную заднюю стенку целесообразно выполнить из листовой пластмассы толщиной около 3 мм. Причём заранее предусматриваются отверстия: на лицевой панели-для осей верньера настройки, регулятора обратной связи и шкалы; на боковых стенках - под гнёзда антенны, телефона и выключатель электропитания. Несколько «утопленный» подшкальник крепится изнутри к лицевой панели. Сквозь него пропущена ось, связанная с ротором КПЕ и несущая стрелку - указатель настройки. Градуировку шкалы выполняют самостоятельно, после чего закрывают окна пластинкой из оргстекла.
Монтажная плата располагается вертикально. Прикреплённая к брусочкам (соответственно с положением КПЕ), она связывает стенки футляра и лицевую панель в единую конструкцию. За ней (ближе к съёмной задней стенке) размещаются батареи питания.
Чтобы приёмник работал безотказно, его нужно наладить. В первую очередь проверяются и при необходимости подгоняются под оптимум режимы работы транзисторов по постоянному току. Делается это при отключённой антенне. Подбором номинала резистора R1 устанавливается напряжение на коллекторе VT1 (относительно общего провода), близкое к 3 В.
При этом добиваются, чтобы коллекторный ток покоя у транзистора VT5 составлял 2...3 мА.
Обратная связь здесь должна быть минимальной!
Контуры сопрягают при подключённой внешней антенне. Необходимо убедиться, что обратная связь возникает (при повороте ручки резистора R7) в пределах всего диапазона. Если же при каких-то положениях R7 не удаётся заставить приёмник регенерировать, следует увеличить количество витков у катушки L5. Если генерация, наоборот, возникает на участке шкалы независимо от положения регулятора, число витков следует несколько сократить. Наконец, бывает, что генерация вообще не появляется. В таком случае рекомендуется поменять местами выводы катушки L5.
Сопряжение начинают с высокочастотного конца диапазона, настроившись на какую-нибудь широковещательную радиостанцию с длинной волной порядка 25 м. При конденсаторе С9, находящемся примерное среднем положении, подстройкой С10 получают наилучшее сопряжение (по максимуму сигнала при неизменной обратной связи). То же проделывают на другом конце диапазона с сердечником катушки L4. Найденные положения настроенных элементов в дальнейшем лучше не трогать, а во время подстройки в пределах шкалы подправлять сопряжение корректором С9.
Заниматься сопряжением контуров лучше в первые вечерние часы, когда ещё достаточно много радиостанций на «дневном» 25-метровом поддиапазоне, но уже появляются передачи на типично «вечерних» участках - 41 и 49 м. В это время хорошо слышен и 31 - метровый вещательный поддиапазон - здесь порою можно голоса «выловить» с острова Цейлон и даже из Австралии.
Конечно же, во многих местах шкалы встречаются россыпи ведомственных передатчиков. Причём далеко не все ведут радиообмен в телефонном режиме. Работу телеграфом можно услышать, слегка перейдя за порог генерации. В этом случае вместо невразумительных щелчков зазвучит мелодичная «морзянка».
В городских условиях радиоприём обычно ведут на комнатную антенну. В зданиях из бетона и стали эффективность подобного рода антенн, как правило, невелика, в чём легко убедиться, перейдя на «штырь» или «метелку», укрепленные на оконной раме снаружи. Ещё лучше радиоприём на «наклонный луч» - брошенный на верхушку ближайшего дерева отрезок изолированного провода. Во всех случаях использования наружных антенн обязательно надо предусмотреть возможность их отсоединения от ввода в помещение с одновременным подключением к металлическим предметам, углубленным в землю. Такая мера убережет от неприятностей во время грозы.
Не лишним будет завести журнал радионаблюдений, куда записывать наименование (принадлежность) станций, примерную частоту, дату и время приёма, а также его качество. Вполне вероятно, что удастся «поймать» и станции, за которыми ведут охоту «DX-исты» - любители приёма дальних и редких передатчиков.
Ю.ПРОКОПЦЕВ