little_star 发表于 2019-2-23 14:44:15

终于做成功超再生电路了



研究超再生已经两个月了,虽然还有不甚了解的地方,但是关于电路的原理和调试已经有了一定的了解,根据这些知识,以《少年晶体管收音机》中的插入式电视伴音接收机为基础,稍作改进,终于成功制成了超再生收音机,经过试验,音量比书本上的标准电路更响,可以用低阻耳机得到满意的音量,而且电路工作的稳定性比原版好得多。

由于自熄式超再生的原理和他熄式超再生在检波方面存在较大区别,而书本上关于超再生的描述常常是他熄式超再生的原理+自熄式超再生的实用电路,因此让楼主在学习时遇到了很大困难,因此接下来我想写一些自己对自熄式超再生电路的理解,不适用于他熄式。因为楼主是初学者,水平极其有限,如果有错误的地方还请各位老师批评指正,谢谢。

自熄式超再生的原理,简而言之就是:外来信号刺激振荡建立→Ue随振幅增大而上升→Ue过高导致停振→发射极电容和电阻配合缓慢放电→Ue恢复到初始状态,此时电路受到外来信号刺激会再次起振,重复上述流程。

在上述流程中,外来信号的幅度越大,振荡建立也就越快,整个流程消耗的时间越短,但是Ue变化的幅度不变,仅仅是时间缩短,这是自熄式超再生检波的基本原理。

经过以上流程,可以看出超再生检波与利用PN结非线性进行的包络检波原理非常的不同,超再生检波得到的信号与外来信号和振荡信号没有直接关系,而是通过工作点的变化体现的。



在发射极电阻两端的电压,在示波器上呈现为一连串大小不一的近似三角波的图形,这些三角波彼此之间高度(振幅)一致,但是长度(周期)不同,很明显不是输入信号的包络线。但是这个波形在耳机上确实可以听见声音,这是通过开关电源的原理实现的。

虽然Ue的三角波都是等幅的波形,但是因为各自的面积不同,所以各自做的功也不同。因此这个波形在耳机上实际做的功和信号的包络线是一致的,就像开关电源的波形即便是在0V和100V之间的等幅方波,但是实际在负载上的做功却可以和5V的线性电源一致。简单来说可以这么理解,超再生检波相当于受信号幅度控制电压的开关电源,而寻常的二极管检波、三极管检波则相当于受同样信号控制的线性电源,二者虽然输出的波形不同,但是实际的做功效果却相同,耳机可以理解为这个开关电源的变压器,初级线圈是耳机线圈,次级线圈是人的耳朵。

根据以上原理,可以得出超再生电路的基本构成:1.一个可以起振的电容三点式振荡器;2.振荡器的发射极要有一个电流串联负反馈的电阻,该电阻负责在振幅增大时提高Ue;3.发射极电阻旁应该并联一个电容,让Ue的提高速度滞后于振幅的增长速度,否则Ue在使电路停振之前就会先和振幅达到平衡,电路不会停振。

超再生电路的信号传递,可以总结为三步:外来信号的幅度→振荡建立的速度→Ue的三角波长度/面积。因此,要取出信号,最直接的方法就是将Ue置于耳机之上。Ue本身的电压波动就很大,作用于耳机时不需要电压放大就能获得很响的音量,但是这样做,后级的负载会影响发射极电阻和电台的充电与放电过程,如果负载的输入阻抗不够大,电路将很不稳定。

有些电路为了克服这一点,选择不直接从发射极电阻取出Ue,而是“在集电极串联一个电阻”,从“集电极电阻”取出信号,书本上称其原理为“发射极产生的低频信号再次输入晶体管,经过共发射极放大在集电极电阻取出信号”(业余工业大学版《晶体管收音机》的说法,并非原文,但是意思差不多),我认为这种说法不正确。根据超再生的工作原理,超再生检波得到的信号是体现在电路不断变化的工作点之中的,而工作点的变化虽然是由发射极电压的变化引起,但也体现为整个电路的静态电流不断变化,此时如果在电源引入少量的内阻,那么这个内阻的压降会像串联在电源上的一个电流计一样反映整个电路的工作点变化,其实仔细分析一下电路就会发现,所谓从集电极串联电阻取出信号,本质是从电源正极就串联电阻了,所谓的“集电极电阻”的称呼并不正确。当然,这种做法是正确的,只是书本上对于其原理的解释不对。这种做法的好处就是负载不干涉电路本身的工作,后级的放大器并不需要很高的阻抗就能胜任,但是缺点也很明显,那就是压降相比Ue而言大大降低了(经仿真,采用《晶体管收音机》上的超再生标准电路,串联电阻的电压幅度只有其Ue的十分之一左右),需要强大的电压放大器才能得到满意的音量,所以我没有参考这种设计。

之前说过,从发射极取出信号,后级的输入阻抗必须远大于发射极的电阻,传统电路中的“阻抗匹配”原则在此是不适用的,在这里,后级最要考虑的就是为前级节省功率,要是阻抗匹配了,前级用于自给自足的能源被后级吸了个干净,那么就不能稳定的工作了。最开始我用《少年晶体管收音机》上的标准电路,也就是负载采用共发射极低放,在共发射极低放之后追加一级射极跟随器匹配阻抗,结果电路工作非常不稳定,稍微调整频率就会哒哒乱响,声音很轻,而且随频率变化,有时又会很响,总之效果极不满意。
随后我将共发射极电路改为单个晶体管的射极跟随器,结果无声,在电脑仿真中发现,10欧姆负载的射极跟随器会让间歇振荡直接消失。将10欧负载改为100欧后,间歇振荡才能产生。

这时我发现了可能是负载的输入阻抗影响了间歇振荡的稳定性,此时发射极的电阻是1千欧,而接10欧负载的射极跟随器等效电阻为3.5千欧,即使如此也会干扰间歇振荡,因此我得出了结论:负载的输入阻抗必须远远大于发射极电阻,电路才能稳定工作。
之后考虑过场效应管的源极跟随器,但是源极跟随器的输出阻抗受到跨导的限制,它不能带动比跨导倒数还要低的负载,而场管的跨导一般都是毫西伏级别,换算成倒数,其负载起码也得是千欧级起步,不能用于十几欧姆的耳机。

因此,我试着用复合管的射极跟随器,看看能不能解决问题,结果在电脑仿真上,复合管很好的解决了问题,不仅调整频率稳定了,还允许我使用更小的反馈电容、更小电感量的谐振线圈,电路照样能稳定工作,这在之前是想都不敢想的。最后实际安装完成后,工作稳定,声音响亮,比起最开始使用
共发射极电路的方案更响,而且采用复合管,偏置电路只要一套,电路也非常简洁。

关于电路的调试,我也有些话要说。首先,超再生电路最常见的问题就是接收频率较难控制,因为在实际制作当中存在寄生电容,导致实际接收的频率比起预定的频率要低,这种情况一般需要减少集电极线圈的圈数来补偿。但是这样做会改变电路的振幅,导致间歇振荡不稳定,如果不得不减少线圈的圈数的话,可以通过下列措施来补偿间歇振荡的稳定性:

1.增大偏置电阻R1的阻值:仔细观察Ue的变化,可以发现在其他参数不变的情况下,它的低点/起点是固定的,它的高点/终点也是固定的,而这个起点,正是电路最初的静态工作点,它由偏置电阻R1、负反馈电阻R2、晶体管的放大倍数β共同决定,可以总结为
Ue= 。
这个起点越低间歇振荡的起点和终点拉得越开,根据仿真的实验,这样会让间歇振荡更容易发生,同时间歇振荡的频率也会降低(因为起点和终点的距离拉长了,假设速度不变,那么时间就会随距离拉长而拉长,反过来说就是频率减低)。

2.增大反馈电容C2:这个具体机制我还没有弄清楚,但是根据实验的结果,增大电容C2会让间歇振荡更容易产生,但是一般不能超过100pf,否则又会产生反效果。有可能是因为考毕兹电路的振幅受到反馈电容C2和晶体管寄生电容Cbe的影响,增大C2会改变振荡的最大振幅,从而让振荡的建立变得更快(纯属猜测)。

3.集电极负载的交流阻抗越大,越容易产生间歇振荡:也就是线圈的圈数越大,可变电容C1的容量越小,电路就越稳定,因此在线圈圈数调整到合适值之后,要测试稳定性,就要让可变电容调到最大,如果此时电路还能稳定、响亮的工作,那么在更高的频率下(C1更小)也一定可以稳定的工作。

经过这次制作,我大致了解了自熄式超再生电路的基本原理和一部分调试原则,但是还是有一些不清楚的地方,很多参数,比如发射极电阻的取值依然要依靠标准电路的数值做参考,而不能完全凭借计算自己得出,还是很遗憾的,不过总共加起来研究了近两个月总算是出了一点点成果,我也知足了。非常感谢之前几个帖子中各位老师们对我这个初学者不厌其烦的指导,各位老师们制作和调试超再生电路的帖子,还有对于超再生电路的分析都令我获益匪浅,真的非常感谢大家。

补充内容 (2019-2-23 21:01):
感谢各位老师们的加分与鼓励!

补充内容 (2019-2-24 13:16):
C7是FM双连的寄生电容,微调电容调到最小似乎依然存在

little_star 发表于 2019-2-23 14:54:12



外壳采用了快递盒,虽然寒酸了一些,但是加工起来挺省事的,电池架子坏了,等到新的电池架子寄到了,就能装进盒子,带着走了,用稳压电源总觉得被束缚住了,尤其是这种简单的机器,接稳压电源有种小题大做的感觉。

补充内容 (2019-2-23 21:15):
差点忘记了,线圈的电感,我是以经验性的0.125uH为基础,先在仿真中用可调电感调整,调整时将发射极电容断开使间歇振荡消失,这时就能用频率计测出准确的谐振频率,最终调整到0.08uH,再用网页电感计算器求实际绕法

vkjmmy 发表于 2019-2-24 19:31:37

本帖最后由 vkjmmy 于 2019-2-24 19:44 编辑

我习惯这样绘制电路图:

壹法拉 发表于 2019-2-23 15:06:36

必须表示支持这种学习研究的精神!虽然外壳大了点!:lol

chenang39 发表于 2019-2-23 15:47:25

不容易,接收效果如何?

monky1977 发表于 2019-2-23 17:40:26

还没玩过超在生!给楼主的精神加分!

bobjams 发表于 2019-2-23 17:52:46

中学时家里不许看电视,就做了个超再生听电视。声音清晰,就是爱跑频。

little_star 发表于 2019-2-23 21:00:12

chenang39 发表于 2019-2-23 15:47
不容易,接收效果如何?

接收效果方面,灵敏度尚可,平时收音机能收到的电台基本都能收到,和我床头的凯德相比差一点点。
方向性很明显,改变方向则接收效果有很大变化。
线圈有人体感应,可变电台的动片直接接电源正极,因此可变电容的人体感应很小。
音质一般,噪声水平就像是在听调幅广播一样,和信号强度有关,信号强的电台噪声小。
选择性比想象中好一些,坐标上海,一财和戏曲频道有串台,其余没有。
调谐有些困难,必须很小心的拨动转盘,调准了音质和噪声都会改善。

little_star 发表于 2019-2-23 21:06:03

bobjams 发表于 2019-2-23 17:52
中学时家里不许看电视,就做了个超再生听电视。声音清晰,就是爱跑频。

我读高中的时候住宿舍,当时也想装一个听电视,可惜水平不够,当时网络也不发达,零件也买不齐。
买了几个凯德地摊机,号称可以收电视伴音,结果都收不到,低频的部分都是调频节目,我这次用超再生机接收低频,结果低频段没有发现任何节目,我怀疑这些都是超外差机的镜像干扰。现在上海的东方明珠不知道还有没有广播模拟电视了,至少在88MHZ以下已经确认是空无一物,改天我再试试177MHZ以上有没有节目吧。

bobjams 发表于 2019-2-25 10:26:13

其实低放不用复合管,现在的管子放大倍数都足够大。

乙猪 发表于 2019-2-25 10:56:42

很好的实验,记录很详细。
我就是少了这份耐心,只用电子管试验成功过,晶体管还不行。

乙猪 发表于 2019-2-25 10:58:06

monky1977 发表于 2019-2-23 17:40
还没玩过超在生!给楼主的精神加分!

晶体管的电路,我还没有试验成功过。
电子管的我试过了,拿一根近一米长的杆子去捅可变电容调台,哈哈。:lol

little_star 发表于 2019-2-25 11:18:55

vkjmmy 发表于 2019-2-24 19:31
我习惯这样绘制电路图:

软件绘图很容易上瘾啊,摆弄好电路确认可以工作以后,可以随便改变布局,最后实际的布局就按电路图来也没有问题,比起铅笔还是方便不少的

little_star 发表于 2019-2-25 11:23:49

bobjams 发表于 2019-2-25 10:26
其实低放不用复合管,现在的管子放大倍数都足够大。

经过试验,至少单个9014(β=350)是不够的,低放的输入阻抗多多益善,和间歇振荡的稳定性成正比,在实际调试当中要减少线圈的圈数,有时为了改善选择性也要减少反馈电容的容量,这些对电路稳定性都是很大的考验,更大的输入阻抗更容易装成功,保险起见后级输入阻抗起码得是发射极电阻的10倍以上,如果直接用800Ω高阻耳机的话可以只用1个管子。

little_star 发表于 2019-2-25 11:27:11

乙猪 发表于 2019-2-25 10:56
很好的实验,记录很详细。
我就是少了这份耐心,只用电子管试验成功过,晶体管还不行。

电子管超再生电路的噪声如何?我也想用电子管或场管做一个,可惜最近没有时间研究了。
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