Кіріспе
Оң кері байланыс қолданатын электрондық схема. Регенеративті схема – оң кері байланыс қолданатын күшейткіш схемасы (регенерация немесе реакция деп те аталады). Күшейткіш құрылғының шығысының бір бөлігі кіріс сигналына қосылу үшін оның кірісіне қайта жіберіледі, бұл күшейтуді арттырады. Бір мысал – Шмидт триггері (оны регенеративті салыстырғыш деп те атайды), бірақ терминнің ең көп таралған қолданылуы радиожиілікті (RF) күшейткіштерде, әсіресе регенеративті қабылдағыштарда, бір күшейткіш сатысының күшейтуін айтарлықтай арттыру үшін. Регенеративті қабылдағышты 1912 жылы америкалық инженер Эдвин Армстронг Колумбия университетінде студент кезінде ойлап тапты және 1914 жылы патент алды. Ол 1915 жылдан Екінші дүниежүзілік соғысқа дейін кеңінен қолданылды. Регенеративті қабылдағыштардың артықшылықтары – қарапайым аппараттық талаптармен сезімталдықты арттыру және таңдамалылықты арттыру. Селективтіліктің артуы, күшейткіш вакуумдық түтікше немесе транзистордың кері байланыс тізбегі (тікелей орам немесе катушкадағы түйреу арқылы) күйделген тізбектің Q факторын арттыруға байланысты, себебі ол кейбір теріс кедергі енгізеді. Тербеліс кезінде кедергілерді таратуға бейімділігіне байланысты, ол көне деп есептеледі. Регенерация (қазір оң кері байланыс деп аталады) электрониканың басқа салаларында, мысалы, осцилляторларда, белсенді сүзгілерде және қосалқы күшейткіштерде әлі де кеңінен қолданылады. Армстронг 1922 жылы суперрегенеративті қабылдағышты да ойлап тапты. Сымсыз желілік құрылғыларда регенеративті қабылдағышта түтік немесе транзистордың шығысы оның кірісіне үйлесімді тізбек (LC тізбегі) арқылы қосылады. Үйлесімді тізбек оң кері байланысқа тек резонанстық жиілігінде ғана мүмкіндік береді. Бір ғана белсенді құрылғы қолданылатын регенеративті қабылдағыштарда, дәл сол үйлесімді тізбек антеннаға қосылады және әдетте өзгермелі сыйымдылық арқылы қабылданатын радиожиілікті таңдауға қызмет етеді. Мұнда қарастырылып отырған регенеративті тізбекте белсенді құрылғы детектор ретінде де жұмыс істейді; бұл тізбек регенеративті детектор деп те аталады. Радио қабылдағыштың екі маңызды қасиеті – сезімталдық және селективтілік. Регенеративті детектор кернеуді күшейту және индуктивтілік пен сыйымдылықтан тұратын резонанстық тізбектің қасиеттеріне байланысты сезімталдық пен селективтілікті қамтамасыз етеді. Регенеративті кернеу күшейтуі – бұл регенерациясыз күшейту және L2 C2 тізбегіне кері берілетін шығыс сигналының бөлігі. кішірек болған сайын күшейту артады. Регенерациясыз үйлесімді тізбектің (L2 C2) реактивтілігі – орамның реактивтілігі және үйлесімді тізбектің жалпы шығын жоғалуы. Оң кері байланыс себебінен болатын энергия жоғалуын өтемелейді, сондықтан оны үйлесімді тізбекке теріс кедергі енгізу ретінде қарастыруға болады. Регенерациямен үйлесімді тізбектің реактивтілігі. Детектордан бөлек тербелісті қамтамасыз ету регенеративті детекторды максималды күшейту және селективтілікке орнатуға мүмкіндік береді, бұл әрқашан тербеліссіз жағдайда болады.
A regenerative circuit is an amplifier circuit that employs positive feedback (also known as regeneration or reaction). Some of the output of the amplifying device is applied back to its input to add to the input signal, increasing the amplification. One example is the Schmitt trigger (which is also known as a regenerative comparator), but the most common use of the term is in RF amplifiers, and especially regenerative receivers, to greatly increase the gain of a single amplifier stage. The regenerative receiver was invented in 1912 and patented in 1914 by American electrical engineer Edwin Armstrong when he was an undergraduate at Columbia University. It was widely used between 1915 and World War II. Advantages of regenerative receivers include increased sensitivity with modest hardware requirements, and increased selectivity because the Q of the tuned circuit will be increased when the amplifying vacuum tube or transistor has its feedback loop around the tuned circuit (via a "tickler" winding or a tapping on the coil) because it introduces some negative resistance. Due partly to its tendency to radiate interference when oscillating, and is largely considered obsolete. Regeneration (now called positive feedback) is still widely used in other areas of electronics, such as in oscillators, active filters, and bootstrapped amplifiers. A receiver circuit that used larger amounts of regeneration in a more complicated way to achieve even higher amplification, the superregenerative receiver, was also invented by Armstrong in 1922. wireless networking devices, In a regenerative receiver the output of the tube or transistor is connected back to its own input through a tuned circuit (LC circuit). The tuned circuit allows positive feedback only at its resonant frequency. In regenerative receivers using only one active device, the same tuned circuit is coupled to the antenna and also serves to select the radio frequency to be received, usually by means of variable capacitance. In the regenerative circuit discussed here, the active device also functions as a detector; this circuit is also known as a regenerative detector. Two important attributes of a radio receiver are sensitivity and selectivity. The regenerative detector provides sensitivity and selectivity due to voltage amplification and the characteristics of a resonant circuit consisting of inductance and capacitance. The regenerative voltage amplification is where is the non regenerative amplification and is the portion of the output signal fed back to the L2 C2 circuit. As becomes smaller the amplification increases. The of the tuned circuit (L2 C2) without regeneration is where is the reactance of the coil and represents the total dissipative loss of the tuned circuit. The positive feedback compensates the energy loss caused by , so it may be viewed as introducing a negative resistance to the tuned circuit. The of the tuned circuit with regeneration is Providing the oscillation separately from the detector allows the regenerative detector to be set for maximum gain and selectivity which is always in the non oscillating condition.
CW қабылдау (автодинамикалық режим)
CW радиотелеграфын (Морс коды) қабылдау үшін кері байланыс тек тербеліс басталатын деңгейге дейін күшейтіледі. Түндетілген тізбек қабылдағыш осцилляция жиілігі мен қажетті хабар беретін станцияның сигнал жиілігі арасындағы 400-1000 Герц айырмашылықты қамтамасыз ету үшін реттеледі. Екі жиілік сызықтық емес күшейткіште араласып, гетеродиндік немесе аралық жиіліктерді жасайды. Әдетте 400-1000 Герц айырмашылық дыбыс диапазонында болады; сондықтан станцияның сигналы болғанда қабылдағыштың динамигінен тон естіледі. Сигналды осылай, бір күшейткіш құрылғын бір мезгілде осциллятор және араластырғыш ретінде пайдалану арқылы демодуляциялау автодине қабылдау деп аталады. "Автодине" термині көп электродтық лампаларға дейін пайдаланылған және жиілікті түрлендіруге арналған арнайы лампаларды пайдалануға қатысты емес.
SSB қабылдау
Бір жақты жолақты (SSB) сигналдарды қабылдау үшін схема CW қабылдау сияқты тербеліске де келтіріледі. Демодуляцияланған сөйлеу анық естілгенге дейін реттеу жасалады.
Артықшылықтары мен кемшіліктері
Регенеративті қабылдағыштар TRF және супергетеродин сияқты қабылдағыштар схемасының басқа түрлеріне қарағанда аз компоненттерді қажет етеді. Схеманың артықшылығы – қымбат вакуумдық түтіктерден әлдеқайда көп күшейту (пайда) алу, осылайша қажетті түтіктердің санын азайту және қабылдағыштың құнын төмендету болды. Алғашқы вакуумдық түтіктердің күші аз болды және радиожиіліктерде (RF) тербеліске бейімділік танытты. TRF қабылдағыштары көбінесе 5 немесе 6 түтік талап ететін; әр кезеңді реттеу және бейтараптандыру қажет, бұл қабылдағышты ауыр, көп қуат тұтынатын және реттеу қиынға соғатын етеді. Регенеративті қабылдағыш, керісінше, көбінесе тек бір түтікпен жеткілікті қабылдауды қамтамасыз ете алады. 1930 жылдары регенеративті қабылдағыш коммерциялық қабылдағыштарда супергетеродин схемасымен алмастырылды, себебі супергетеродин жоғары өнімділікке ие болды және түтіктердің құны төмендеді. 1946 жылы транзистордың пайда болуынан бері белсенді құрылғылардың төмен құны схеманың көптеген артықшылықтарын жойды. Дегенмен, соңғы жылдары регенеративті схема арзан цифрлық радио қолданбалары үшін қабылдағыштарда, мысалы, гараж есігін ашатын құрылғыларда, кілтсіз құлыптарда, RFID оқығыштарында және кейбір ұялы телефон қабылдағыштарында шағын қайта оралды. Бұл қабылдағыштың кемшілігі, әсіресе детектордың реттелген контурын антеннаға қосып тұратын конструкцияларда, қабылдағышты басқа жиілікке келтірген кезде регенерация (кері байланыс) деңгейін реттеу қажеттігі болып табылады. Антеннаның кедергісі жиілікке байланысты өзгереді, бұл антеннаның кіріс реттелген контурына тигізетін жүктемені өзгертеді, соның салдарынан регенерацияны реттеу қажет. Сонымен қатар, детектордың реттелген контуры компоненттерінің сапа факторы (Q) жиілікке байланысты өзгереді, бұл регенерация басқаруын реттеуді талап етеді. Тағы бір кемшілік – схема тербеліске келтірілгенде, ол антеннадан сигнал шығарады, бұл жақын жердегі басқа қабылдағыштарға кедергі тудыруы мүмкін. Антенна мен регенеративті детектор арасына радиожиілікті күшейткіш сатысын қосу қажетсіз сәулеленуді азайтуға көмектеседі, бірақ бұл шығынды және күрделілікті арттырады. Регенеративті қабылдағыштардың басқа кемшіліктері – сезімтал және тұрақсыз реттелуі. Бұл проблемалардың себебі бірдей: регенеративті қабылдағыштың күші тербеліс шегінде жұмыс істегенде ең жоғары болады, ал осы жағдайда схема хаотикалық түрде әрекет етеді. Жақсырақ регенеративті қабылдағыштар антеннаны детектордың реттелген контурымен электрлік түрде байланыстырады, нәтижесінде антеннаның электрлік сипаттамалары детектордың реттелген контурының резонанстық жиілігіне әсер етеді. Антеннаның кез келген қозғалысы немесе антеннаның жанындағы ірі объектілер детектордың реттелуін өзгерте алады.
Тарих
FM радиосын ойлап тапқан Эдвин Армстронг 1913 жылы колледжде оқып жүрген кезінде регенеративті тізбек туралы 1113149 АҚШ патентін тіркеді. 1922 жылы суперрегенеративті тізбекті, ал 1918 жылы супергетеродинді қабылдағышты патенттеді. Ли Де Форест 1914 жылы АҚШ-тың 1170881 патентін алды, бұл Армстронгпен ұзаққа созылған сот дауына себеп болды, оның регенеративті тізбекке алған патенті 1914 жылы жарияланған еді. Сот ісі 1934 жылға дейін жалғасты, апелляциялық сатылардан өтіп, Жоғарғы Сотта аяқталды. Армстронг алғашқы істі жеңіп, екіншісінен айырылды, үшіншісінде нәтиже болмады, ал соңғы раундта Жоғарғы Сотта жеңіліске ұшырады. Регенеративті қабылдағыш пайда болған кезде вакуумдық түтіктердің бағасы жоғары болды және олар көп қуат тұтынатын, сонымен қатар ауыр батареялардың қосымша шығыны мен салмағы да болды. Осы конструкция бір түтікшеден максималды пайда алып, өсіп келе жатқан радио қауымдастығының қажеттіліктерін қанағаттандырып, бірден дамыды. Супергетеродинді қабылдағыш бүгінде ең көп қолданылатын қабылдағыш болғанымен, регенеративті радио азаматтардың аз ғана бөлігінен ең көп пайда тапты. Екінші дүниежүзілік соғыста регенеративті тізбек кейбір әскери жабдықтарда қолданылды. Мысалы, неміс далалық радиосы "Torn. E. b". Регенеративті қабылдағыштарға аздап түтіктер және шамамен бірдей өнімділік үшін аз қуат қажет болды. Осыған байланысты суперрегенеративті детектор Екінші дүниежүзілік соғыста "дос немесе жау" анықтау жабдықтарында және өте құпия жақындық қозғалтқыштарында бірнеше маңызды әскери қолданыстарға ие болды. Мысалы, 1938 жылы нарықта пайда болған шағын RK61 тиратроны, вакуумдық триод сияқты, тұтану кернеуінен төмен жұмыс істеуге арналған, бұл оған радиобақылау қабылдағыштарында өзін-өзі сөндіретін суперрегенеративті детектор ретінде аналогты сигналдарды күшейтуге мүмкіндік берді және радиобақыланатын қарулардың соғыс кезеңіндегі дамуына және радиобақыланатын модельдеудің хобби ретінде параллель дамуына әкелген маңызды техникалық жетістік болды. 1930 жылдары супергетеродиндік конструкция регенеративті қабылдағышты бірте-бірте ығыстыра бастады, себебі түтіктердің бағасы айтарлықтай төмендеді. Германияда бұл конструкция әлі де миллиондаған данада шығарылған неміс "халық қабылдағыштарында" (Volksempfänger) және "неміс шағын қабылдағыштарында" (DKE, Deutscher Kleinempfänger) қолданылды. Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін де регенеративті конструкция неміс "халық қабылдағыштарының" және "шағын қабылдағыштардың" үлгісіндегі алғашқы соғыстан кейінгі неміс минималды конструкцияларында кездесті, бұл материалдардың жетіспеуімен байланысты болды. Мұндай конструкцияларда жиі "RV12P2000" сияқты неміс әскери түтікшелері қолданылды. Регенеративті қабылдағышты IF және тұрақты регенерациялы демодулятор ретінде біріктіретін супергетеродиндік конструкциялар да болды. Суперрегенеративті конструкция 1950 жылдардың басында FM радио хабарларын қабылдайтын алғашқы қабылдағыштарда да қолданылды. Кейін ол жаппай өндірістен толығымен шығарылды, тек хобби жиынтықтарында және қақпаларды ашу сияқты кейбір арнайы қолданыстарда қалды.
Супергенеративті қабылдағыш
Супергенеративті қабылдағыш екінші, төмен жиілікті тербелісті (бір сатыда немесе екінші тербеліш сатысын пайдалану арқылы) қолданады, бұл бір құрылғының күшейту коэффициентін шамамен бір миллионға дейін жеткізеді. Бұл екінші тербеліс негізгі радиожиіліктік тербелісті үзіліссіз немесе "сөндіріп" отырады. Әдетте, ультрадыбыстық сөндіру жиілігі 30-тан 100 кГц-ға дейін болады. Әр сөндіруден кейін радиожиіліктік тербеліс антеннамен және тізбектегі шудан жиналған аз ғана энергиядан бастап экспоненциалды түрде өседі. Сөндіру циклының соңында қол жеткен амплитуда (сызықтық режимде) немесе шекті амплитудаға жетуға кеткен уақыт (логарифмдік режимде) экспоненциалды өсу басталған қабылданған сигналдың күшіне байланысты. Аудио күшейткіштегі төмен өткізгіш сүзгі (фильтр) шығыстағы сөндіру және радиожиіліктік жиіліктерді сүзіп, AM модуляциясын қалдырады. Бұл қарапайым, бірақ өте тиімді автоматты күшейтуді реттеу (AGC) жүзеге асырады.
Артықшылықтары мен қолданулары
Супергенеративті детекторлар AM үшін жақсы жұмыс істейді және FM сияқты кең жолақты сигналдар үшін де қолданылуы мүмкін, онда олар "беткейлік анықтау" (slope detection) жасайды. Регенеративті детекторлар тар жолақты сигналдар үшін жақсы жұмыс істейді, әсіресе гетеродиндік осциллятор немесе BFO қажет ететін CW және SSB үшін. Супергенеративті детекторда пайдалануға жарамды гетеродиндік осцилляторы жоқ – өзінен-өзі тербеліске түсуіне қарамастан, сондықтан CW (Морс коды) және SSB (бір жақты жолақты) сигналдар дұрыс қабылдана алмайды. Супергенерация 27 МГц-тен жоғары жиілікте және кең талқылау қажет болғанда ең тиімді. Супергенеративті детектор күрделі конструкцияларға қарағанда шамамен бірдей сезімталдыққа ие болу үшін әлдеқайда аз компоненттерді қолданады. Микроваттық қуат деңгейінде, 30-6000 МГц диапазонында жұмыс істейтін супергенеративті қабылдағыштарды құру оңай. Бұл оператордың тербеліс нүктесінен сәл төмен регенерация деңгейін қолмен реттеу қажеттілігін жояды – тізбек автоматты түрде мерзімік түрде тербелістен шығарылады, бірақ бұл басқаларға шағын кедергі тудыруы мүмкін. Бұл қашықтан зондтау қолданбаларында немесе ұзақ қызмет ету мерзімі бар батареялар қажет болғанда идеалды. Супергенеративті тізбектер көптеген жылдар бойы гараж есігін ашатын құрылғылар, радар детекторлары, микроваттық радиожиілікті деректер желілері және өте төмен бағалы уоки-токилер сияқты коммерциялық өнімдерде қолданылып келеді. Супергенеративті детекторлар ең күшті сигналды қабылдауға бейім және жақын спектрдегі басқа сигналдарды елемейді, сондықтан супергенеративті детектор кедергісіз сигналдар бар жолақта жақсы жұмыс істейді. Никвист теоремасына сәйкес, оның өшіру жиілігі сигналдың жолақтығынан кем дегенде екі есе болуы керек. Бірақ гармоникалармен өшіру қосымша гетеродиндік қабылдағыш ретінде әрекет етеді, бұл қажет емес сигналдарды осы жолақтардан жұмыс жиілігіне араластырады. Осылайша, супергенератордың жалпы жолақтығы өшіру жиілігінен 4 есе кем болмауы керек, егер өшіру осцилляторы идеалды синусоидалық толқынды тудырады деп есептесек.
Патенттер
1940 жыл.