Discutie despre receptoarele cu superreactie

[VAX]

Pentru inceput am sa va explic cum lucreaza detectorul cu superreactie, cu tranzistor bipolar in conexiunea cu baza la masa (schema utilizata frecvent), cu autoblocare.

Det_SR_bc.jpg (46.62 KiB) Vizualizat de 3245 ori

Circuitul este cu reactie pozitiva (RF de zeci sau sute de MHz) prin cuplarea iesirii (din circuitul LC din colector) cu intrarea (in emitor) prin C2 (reglabil - trimer sau condensator variabil). Bobina L4 din emitor (drosel - bobina de soc - asa se numeste) asigura trecerea curentului continuu, dar blocheaza trecerea curentului de RF catre masa, acesta mergand in emitorul tranzistorului. Fara L4 montajul nu functioneaza. L4 trebuie sa aiba capacitate proprie cat mai mica. De regula are aproximativ 20-30 de spire CuEm 0,2mm pe un tub de plastic cu diametrul de 3-4 mm.
Daca reactia pozitiva este suficient de puternica, se amorseaza oscilatiile si amplitudinea lor creste exponential, pana cand se intra in regim de limitare (tranzistorul ajunge in zona neliniara - saturatie sau blocare). Asta in cazul in care reactia este foarte puternica. In general functionarea circuitului este cu reactie doar cu putin peste pragul de intrare in oscilatie. Tensiunea de RF ajunsa pe jonctiunea baza-emitor este redresata (conductie pe alternantele negative) si treptat tensiunea continua in emitor creste pana la pragul la care curentul de emitor se micsoreaza atat de mult (scazand transconductanta) incat oscilatiile inceteaza. Dupa descarcarea condensatorului C4 procesul este reluat si se obtine un sir de oscilatii de RF intrerupte periodic. Frecventa de intrerupere a pachetelor de RF este bine sa fie in jurul valorii de 100 KHz.
La fiecare pachet de oscilatie RF se trece prin regimul de sub pragul de intrare in oscilatie, cand amplificarea este de ordimul miilor sau zecilor de mii. In absenta semnalului din antena pachetele de RF sunt modulate de zgomotul de fond din circuit. Cu semnal in antena pachetele sunt mai dese in timp, cu cat nivelul semnalului este mai mare. Daca semnalul este modulat in amplitudine (AM), atunci si tensiunea de pe C4 urmareste infasuratoarea (semnalul modulator) tensiunii de RF din antena. Detectorul cu superreactie este de tip AM, dar poate sa demoduleze si semnale FM cu deviatie mare de frecventa, daca circuitul LC este usor decalat ca frecventa (dezacordat - demodulare pe flancurile curbei de rezonanta).

Det_SR_bc_colector.jpg (73.02 KiB) Vizualizat de 3245 ori

Det_SR_bc_emitor.jpg (77.6 KiB) Vizualizat de 3245 ori

Det_SR_bc_UC4.jpg (79.56 KiB) Vizualizat de 3245 ori

Det_SR_bc_Ie.jpg (80.46 KiB) Vizualizat de 3245 ori

Antena se conecteaza la circuitul LC din colector, capacitiv la inductiv.

Det_SR_bc_ant.jpg (23.7 KiB) Vizualizat de 3245 ori

Curentul prin tranzistor trebuie sa fie mic (Ie de maxim 200 uA), astfel incat sa fie posibila redresarea (detectia) pe jonctiunea baza-emitor. La curent mare de emitor nu se mai produce autoblocarea oscilatiilor.
Tranzistorul trebuie sa aiba capacitati interne reduse (cel mult 5 pF pe jonctiunea emitorului), pentru ca redresarea pe emitor sa se faca eficient. Foarte bune sunt BFR-urile (BFR90, urmat de BFR91), care au Ce de 1pF. Merg bine si BF-urile de VHF (UHF), dar sa puneti BFR daca aveti.
Sensibilitatea acestui detector este de uV in antena (la nivelul zgomotului de fond), ceea ce este un mare avantaj (cel mai mare). Are si caracteristica de RAA (AGC), functionand in regim logaritmic (cu distorsiuni mai mari, dar acceptabile).
Consuma putin curent. Mai mult consuma etajul separator de joasa frecventa, cu Q2.
Recomand construirea unui detector de tipul asta ca sa ascultati in banda de aviatie (modulatie AM - putin peste 100 MHz). Cu o antena (sarma) de un metru, puteti sa receptionati semnale de la sute de km. Nu ca ar discuta pilotii ceva interesant, doar ca sa vedeti cum merge detectorul.

[VAX]

Detectorul descris anterior (varianta clasica) are si avantaje (simplu, consuma putin curent, zgomot mic). dar si dezavantaje (radiaza semnal RF in antena si perturba in vecinatate, impedanta in emitorul tranzistorului este variabila intre doua pachete de oscilatii RF si afecteaza frecventa de acord a circuitului LC din colector).
Am proiectat un detector perfectionat, care elimina dezavantajele circuitului cu un singur tranzistor. Reactia pozitiva intre colectorulul si emitorului tranzistorului detector se realizeaza trecand semnalul RF (oscilatia) printr-un tranzistor suplimentar, polarizat la curent relativ mare (pana la 10 mA).

Det_SR+_practic.jpg (60.25 KiB) Vizualizat de 3195 ori

Tranzistorul suplimentar este un pnp de RF (BF479, BF324, BF450_1, BF316, AF106 etc) Sunt mai potrivite tranzistoarele care au Ft peste 1GHz si pot sa amplifice la Ic>10 mA, cum ar fi BF479 (oarecum complementar cu BFX89 si BFY90), dar merg bine si tranzistoarele proiectate sa functioneze la curenti mai mici, de maxim 3 mA.
Oscilatia RF din colectorul lui Q2 se transmite prin C3 la emitorul lui Q1, care functioneaza ca amplificator cu baza la masa si transmite semnalul RF in colector si mai departe in emitorul lui Q2.
Tranzistorul Q1 lucreaza la curent mare (Ic=2mA-maxim 10mA) in raport cu Q2 si din acest motiv are impedanta in emitor mica (ohmi, zeci de ohmi - favorabila mentinerii factorului de calitate Q al circuitului LC din colectorul lui Q2 la valoare mare - cu amortizare redusa) si constanta. Circuitul functioneaza fara sa radieze puternic in antena (legata la emitorul lui Q1), deoarece oscilatia RF in emitorul lui Q1 are amplitudinea de maxim 20mV. In colectorul lui Q2 amplitudinea oscilatiilor sare de 10V (n functie si de tensiunea de alimentare si de gradul de reactie pozitiva).
Dezavantajele acestui circuit sunt : piese in plus, consum de curent mai mare, factorul de zgomot mai mare - contribuie si Q1, nu numai Q2. Cu zgomotul marit se rezolva problema adaugand un etaj de amplificare. Foare bune sunt tetrodele MOSFET (BF964, BF998 etc), in schema clasica (la intrare si in privinta polarizarii G2, cu drena legata direct la L2,in punctul de conectae cu R1 si C4.
Circuit Maker nu are in libraria de componente tetrode MOSFET si nu pot sa desenez schema. Desene cu mana, pe hartie, nu fac.
Important este ca amplificatorul sa aiba un cuplaj intre iesire si intrare extrem de mic, pentru ca altfel oscilatiile RF din colectorul lui Q2 se transmit la circuitul LC de la intrarea amplificatorului, unde amortizarea este mica, si determina blocarea receptiei. Trebuie si ecranare buna intre detector si intrarea amplificatorului.

Aici aveti simularile:

Det_SR+_sim.jpg (67.85 KiB) Vizualizat de 3195 ori

Det_SR+_C.jpg (60.22 KiB) Vizualizat de 3195 ori

Det_SR+_E.jpg (59.1 KiB) Vizualizat de 3195 ori

Det_SR+_E_detaliu.jpg (55.83 KiB) Vizualizat de 3195 ori

Det_SR+_IE.jpg (69.04 KiB) Vizualizat de 3195 ori

Det_SR+_E_detaliu_RF_b.jpg (143.08 KiB) Vizualizat de 3195 ori

Cu valorile de pe schema, frecventa oscilatiilor RF este de aproximativ 110 MHz, iar frecventa de autoblocare este de aproximativ 100KHz. Simularea s-a facut cu pas de 100 ps.

[VAX]

Precizari:
In schema pentru simulare cu Circuit Maker apare un rezistor Rp in paralel cu bobina L1. In realitate,in montajul fizic, acest rezistor nu se pune. Rolul lui in schema simulata este sa introduca amortizare in circuitul LC. Bobinele din libraria lui Circuit Maker sunt ideale, fara pierderi (Q infinit). Fara Rp oscilatiile nu se amortizeaza (sau sunt amortizate prea putin) si circuitul nu functioneaza corect. Bobina reala utilizata la un detector cu superreactie are factorul de calitate relativ mic (de ordinul zecilor la F=100 MHz), chiar daca este realizata din sarma argintata.
Pe schema simulata apare si un rezistor in paralel cu C1. Are valoare foarte mare (sute de megaohmi) si nu introduce pierderi sesizabile in circuitul oscilant LC. Fara acest rezistor programul de simulare da eroare de convergenta, pentru ca nu stie sa calculeze tensiunea in punctul comun la condensatoarele inseriate. Si daca se pun in paralel doua inductante (ideale), programul da erori de convergenta. Trebuie ca in serie cu fiecare inductanta sa se puna un rezistor de valoare foarte mica (care nu modifica Q-ul, de exemplu 0,00001 ohmi).
In prima schema prezentata condensatorul variabil este conectat direct la bobina L1, adica este cu rotorul la V+. Este convenabil ca rotorul sa fie legat la masa montajului, dar in acest caz poate fi scurcircuitata sursa de alimentare, daca placile rotorului se ating accidental cu cele ale statorului. Pentru a evita situatia asta s-a introdus C2.

-------------------------------------------------------------------------------------------------

In postarile initiale, pe elforum.info, am dat mai multe variante de detector cu superreactie,cu autoblocare.
https://www.elforum.info/topic/129672-d ... /#comments
Nu stiu cat timp vor fi pastrate acolo, asa ca am considerat ca este bine sa le repostez (pe cele mai importante) si pe acest forum.

Se pot construi detectoare cu supereactie si cu tranzistoare JFET, atat in varianta clasica, cat si in cea modificata de mine.

Det_SR_JFET_schema.jpg (30.24 KiB) Vizualizat de 3170 ori

Rs,in serie cu bobina L1, este doar pentru simulare (introduce pierderi in circuitul oscilant LC). In montajul practic nu se pune.

D-SR_BF244_TB.jpg (43.15 KiB) Vizualizat de 3170 ori

D_SR_BF244_2N5460.jpg (42.35 KiB) Vizualizat de 3170 ori

Desi JFET-urile au zgomot mic, detectoarele cu tranzistoare bipolare, cu Ft de GHz si capacitati interne de maxim 2 pF (BFR-uri) sunt superioare. Detectoarele cu JFET sunt "mofturoase", intra mai greu in regimul de oscilatii RF autoblocate. JFET-urile au transconductanta mai mica (de zeci de ori) decat tranzistoarele bipolare, si capacitatatea interna Cgs este de minim 5 pF.

Trebuie sa se tina seama de faptul ca la tranzistoarele bipolare Ft scade mult cand se micsoreaza curentul de colector la valori de sub 200 uA. Din acest motiv sunt de preferat tranzistoarele cu Ft de GHz, chiar atunci cand se lucreaza la frecventa sub 200 MHz. Merg si tranzistoarele mai putin performante, dar cu reactie mai puternica.

Ft-Ic_AF106.jpg (40.83 KiB) Vizualizat de 3170 ori

Ft-Ic_BF272A.jpg (49.09 KiB) Vizualizat de 3170 ori

Ft-Ic_BFR90.jpg (30.94 KiB) Vizualizat de 3170 ori

Ft-Ic_SS9018.jpg (76.8 KiB) Vizualizat de 3170 ori

[RIASI]

Grozava explicatia, multumesc!

[VAX]

M-am uitat pe elforum.info la topicul unde postasem despre detectoarele cu superreactie, sa vad ce se mai discuta pe acolo, si cineva zicea ca ce am spus era gresit ("Descrierea functionarii unui astfel de detector este gresita...).

https://www.elforum.info/topic/129672-d ... nt-2096942

O fi luat de undeva o informatie fara sa o digere complet si a tras concluzia ca tot ce s-a scris inainte, cu calcule matematice serioase, nu mai este valabil. Bietul Armstrong, daca ar fi stiut ca s-a bazat pe un rationament gresit, precis nu ar mai depus cererea pentru brevetul de inventie.

https://en.wikipedia.org/wiki/Edwin_Howard_Armstrong
https://en.wikipedia.org/wiki/Regenerative_circuit
https://earlyradiohistory.us/1922sup.htm
https://www.aireradio.org/Superet_arms/book_arms.pdf
https://archive.org/download/in.ernet.d ... ceiver.pdf
https://docplayer.net/56658212-Super-re ... ivers.html
https://ietresearch.onlinelibrary.wiley ... ell2.12402
http://om6bb.bab.sk/files/HAM%20kniznic ... %20QEX.pdf
https://people.engr.tamu.edu/s-sanchez/ ... Fall08.pdf
http://www.arrl.org/files/file/Technolo ... qex026.pdf

Desigur, oscilatiile generate la fiecare pachet sunt in faza (sincronizate) cu semnalul aplicat la intrarea detectorului, asta era cunoscut de multa vreme. Dar afirmatia ca demodularea ar fi rezultatul detectiei sincrone este cam trasa de par. Ar putea fi valabila la anumite tipuri de detectoare, nu in general. Pur si simplu s-a trecut de la reactie la superreactie pentru ca este greu sa se aduca un detector cu reactie foarte aproape de punctul de intrarea in oscilatie, regim in care aplificarea este de ordinul miilor. Prin superreactie detectorul este trecut cu frecventa supraaudibila prin regimul de sub pragul de oscilatie, amplificarea fiind de ordinul zecilor de mii. Intreruperea oscilatiilor se poate face prin autoblocare, situatie in care pachetele de oscilatii au aceeasi durata, dar frecventa lor creste cand creste nivelul semnalului de la intrare. Sau se poate forta intreruperea oscilatiilor cu ajutorul unui circuit suplimentar, frecventa pachetelor fiind constanta, iar durata lor fiind proportionala cu nivelul semnalului din antena. Prin detectia (redresarea) pachetelor de oscilatii se obtine semnalul de joasa frecventa.

Eu am incercat sa deduc cum se produce autoblocarea la circuitul clasic cu tranzistor bipolar in conexiunea cu baza la masa, pentru ca in cartilele cu scheme si in reviste nu se detaliaza.

In ce priveste oscilatoarele sincronizate, va recomand sa cititi ce a publicat Vasil Uzunoglu.

https://wiki.jlab.org/ciswiki/images/8/ ... aper_2.pdf

http://www.amalgamate2000.com/radio-hob ... llator.htm

[VAX]

Dupa cum se vede de pe internet, inca se acorda atentie detectoarelor cu super-reactie.

https://ietresearch.onlinelibrary.wiley ... .2017.4536
https://upcommons.upc.edu/bitstream/han ... sequence=1
https://upcommons.upc.edu/bitstream/han ... torial.pdf

[VAX]

Va prezint o schema interesanta de detector cu superreactie, care functioneaza ca circuitele cu blocare externa a oscilatiilor de RF, desi folosesre un singur tranzistor.

SR_JFET.jpg (60.77 KiB) Vizualizat de 2836 ori

Tranzistorul Q1 oscileaza sinusoidal in primul rand pe frecventa joasa (zeci-sute de khz), in schema (clasica) Hartley cu drena la masa. Circuitele din drena (L1, C1 si C2) nu influenteaza functionarea la frecventa joasa (au impedanta neglijabil de mica). Nici L3 si C3 nu afecteaza functionarea la frecventa joasa. pentru ca au reactanta mica (L3), respectiv mare (C3). Frecventa de oscilatie este data de rezonanta paralel a circuitului LC cu L34 din T1 si C4. Reactia pozitiva este asigurata de cuplajul inductiv intre L34 si L12. Rezistorul Rp este introdus pentru amortizarea circuitului LC, astfel incat oscilatia sa fie cat mai sinusoidala. In simulare are valoarea de 50k, in practica se determina experimental punand un rezistor variabil (din trimer sau potentiometru) si regland rezistenta pana cand oscilatia este sinusoidala. Dupa stabilirea valorii necesare se pune rezistor fix de valoare putin mai mare (cu maxim 5%).

SR_JFET_osc_blocare_70khz.jpg (123.34 KiB) Vizualizat de 2836 ori

Bobinele cuplate inductiv (L12 si L34 - din T1) se pot realiza pe o carcasa de plastic, ca cele de la oscilatoarele de baleiaj linii din vechile televizoare alb-negru. Carcasa trebuie sa fie cu miez de ferita (tip surub) pentru reglarea inductantei si implicit a frecventei de oscilatie. Ca ordin de marime, L12 are 100 uH, L34 are 500 uH si cuplajul magnetic este k=0,2. Aceste valori s-au folosit la simularea SPICE.

Oscilatia RF este asigurata in montaj Colpitts in coneziune cu poarta la masa (asigurata de C4, care la frecventa RF are reactanta neglijabil de mica). Frecventa de oscilatie (zeci-sute de MHz) este data de L1, C1 si C2, plus capacitatile parazite. Droselul L3 nu permite trecerea la masa a curentului RF venit prin C2, care astfel ajunge in sursa tranzistorului si asigura reactia pozitiva.

SR_JFET_osc_RF.jpg (95.56 KiB) Vizualizat de 2836 ori

Rezultatul este aparitia oscilatiilor RF, care sunt intrerupte periodic de oscilatia pe frecventa joasa.
Spre deosebire de detectorul cu autoblocare, la acest circuit reactia in RF (prin cuplajul cu C2) nu afecteaza oscilatiile de joasa frecventa. Circuitul poate sa functioneze si cu reactie pozitiva mica, in regim liniar.

SR_JFET_osc_RF_detaliu.jpg (59.15 KiB) Vizualizat de 2836 ori

In schema simulata cu Circuit Maker s-a folosit modelul pentru bobinele cuplate magnetic, care arata ca un transformator. In practica L1 si L2 sunt in aer, cu cateva spire de CuEm 0,4-0,6 mm, cu diametrul interior de 7-8 mm. L1 are 4-8 spire, iar L2 are 2-3 spire. L2 este peste L1 (are diametrul mai mare). Valorile se determina experimental, in functie de frecventa pe care se doreste sa functioneze detectorul.
Pachetele de oscilatii RF sunt redresate cu o dioda de RF. Se poate folosi o dioda Schottky cu capacitatea interna mica (de preferat sub 1 pF), o dioda de comutatie ultrarapida sau o dioda punctiforma cu germaniu, de preferat una care merge bine la minim 200 MHz (cum ar fi diodele D18 si D20, care se utilizau in detectorul de raport din radiourile rusesti). Diodele punctiforme romanesti (EFD-urile) merg garantat pana la 50 MHz.

Antena se cupleaza in sursa lui Q1, iar semnalul detectat se ia din emitorul lui Q2.

SR_JFET_Ant.jpg (58.25 KiB) Vizualizat de 2836 ori

Daca sunt neclaritati pot sa detaliez.

[VAX]

Intr-o revista din anii '60, descarcata de pe siteul introni.it, am vazut o schema clasica de detector cu superreactie, varianta tranzistorizata a circuitului cu lampi.

rx_sr_2.jpg (79.11 KiB) Vizualizat de 2383 ori

Ziceau ca ar merge (AM) in banda de 20 m (14 MHz). Trebuie sa dispuneti de transformatoare de AF (macar de miezuri magnetice + carcase, se pot bobina). Ar merge transformatoarele (defazor + final) de la un radio Zefir sau de la ceva similar. Merita sa fie incercat.
Schema este cu tranzistoare pnp (Ge), dar poate fi trecuta la npn cu Si (cu inversare de polaritate, alimentare si electroliticii). Tranzistorul de RF sa fie cu Ft cat mai mare.
Tranzistorul de RF este polarizat fara limitare de curent maxim (prin reactie negativa) si se poate arde (supracurent de colector) daca rezistorul din baza are valoare prea mica. Se pune un rezistor de valoare mare (chiar mai mare ca pe schema) si se masoara curentul de colector, sa nu sara de 0,5 mA.

[VAX]

Alta schema de detector cu superreactie, din revista din anii '70.

SR_BF310.jpg (79.39 KiB) Vizualizat de 2362 ori

Cu siguranta functioneaza, dar trebuie ajustate valorile la unele componente. Merita sa o incercati.
In locul tranzistorului BF310 puteti sa puneti orice tranzistor de RF cu FT>300 MHz si capacitati interne mici (BF-uri etc). Incercati cu KTC9018, care se gaseste si este ieftin.

http://www.superelectronic2000.ro/prod.php?id=2857

[Petru]

Asta l-am facut eu, a mers din prima. Primul tranzistor am pus un BF200 cu capsula legata la masa si bobina din CuAg, din blocul FM de la radio Gloria. Interesant a fost ca daca ii dadeam mai mult de 1.5V, nu mai intra in supereactie. Restul tranzistorilor au fost BC107 si in final un BC108C.