Superregenerativ radiomodtager med AM radio power amplifier

Dette projekt er lige påbegyndt og derfor ikke færdigt

Hvad betyder ordet "Regenerativ"? Det lyder lidt efter genbrug eller i hvert fald noget, der omdannes (gendannes) og genbruges. Det er netop tilfældet ved el. biler, toge og sporvogne. Køretøjets el. motor fremdriver køretøjet ved hjælp af strøm fra batterier eller/og nettet. Når køretøjet skal bremse, skiftes motoren over til at være en generator - du kender ordet dynamo fra din cykel - og køretøjet bremser op og strømmen ledes tilbage til strømkilden, hvorefter strømmen kan "genbruges". Det hedder "Regenerative Brake", og er den mekanisme, som omdanner bevægelses energi til en anden form for energi, der kan bruges her og nu eller lagres til senere brug. Elektrisk generator er en maskine der omdanner mekanisk energi til elektrisk energi. Elektro motor er en maskine der omdanner elektrisk energi til mekanisk energi. Inden for den biologiske verden kender man til dyr, som kan gendanne en "tabt" arm. Hvis en søstjerne mister en arm i kamp, gendannes en ny. Et firben gendanner sin hale. Dyret gør dette for selv at redde livet. Selv i den menneskelige verden kendes der til, at personer har mistet det yderste af en lillefinger, som har gendannet ben, hud og negle. Inden for elektronikkens verden betyder det, at et Radio Frequency (RF) signal forstærkes op flere gange i det samme forstærkertrin - her en transistor. Det sker ved at føre udgangssignalet tilbage til indgangen, vel og mærke i positiv form. Forstærkningen bliver meget hurtigt så stor, at forstærkeren gå i selvsving - den "hyler". Derfor indføres en kobling der kaldes "Quenching". Frit oversat betyder ordet: Slukke, kvæle, dæmpe, undertrykke og chockkøle. Jeg vil bruge betegnelsen: dæmpe herefter. Gå selv på nettet og læs om: [Superregenerativ modtager] [Regenerative circuit] [Regeneration] [Regenerative Brake] [Regenerative Receiver by Steve Yates] Det var Elektronik Ingeniør Edwin Howard Armstrong, der opfandt den regenerative radiomodtager sammen med mange andre opfindelser. Hans opfindelser var banebrydende på mange områder, men gav ham ikke altid den lykke, som kunne forventes. Han tog sit eget liv i 1954 ved at springe ud af vinduet i sin lejlighed fra 13th. sal i New York.

Diagrammer over Superregenerativ radiomodtager med AM radio power amplifier

Ud fra mange "modeller" har jeg valgt "Armstrong" modellen til at bygge videre på. Diagrammerne ses ovenfor. Lad mig begynde med at beskrive diagrammet over modtageren med capacitiv tilbagekobling fra signalindgang til audioudgang. Antennen tilsluttes potentiometer P1, så signalet fra en kraftig sender i nærheden kan reduceres og ikke blokere andre stationer med mindre feltstyrke. Q1 BC548B/2N2222A/BF199 er et ikke afstemt jordet-base RF trin, som har to formål, forstærke antennesignalet og isolere detektorens oscillator fra antennen. Trinnet har en høj udgangsimpedans og belaster derfor ikke den afstemte L2C4 kreds nævneværdigt. Kondensator C6 AC kobler antennen til Q1 emitter, så der ikke sker en kortslutning, hvis antennen berører ground. Spole L1 kobler signalet induktiv til detektoren over L2. Spolerne L1 og L2 skal vikles med en vis omhu og placeres på spoleformen med en afstand, så overstyring undgås. PCB er udlagt således, at du kan tilpasse dine spoler og trimmer på det lille oscillator kort 70x40mm, og montere dette på det store PCB med 4 stk. 3mm nylonskruer. Den elektriske forbindelse sker med 4 Jumber i de anviste huller. Den centrale komponent i detektoren er en transistor, vist her BF199 (fT 1100MHz, hFE 38) men kan også være en BC548B (fT 300MHz, hFE 300) eller 2N2222A (fT 250MHz, hFE 300). Transistoren vælges ud fra den frekvens, man ønsker at modtage. Transistoren er koblet som en jordet-base. Lad os se på kredsene omkring transistoren og begynde med signalet overført fra L1. På antennen ligger alle frekvenser som en latent energi, der blot venter på at blive selekteret fra og lyttet til. Signalet, overført fra RF trinnet, kobles induktivt til Q2 collectors afstemningskreds. Det betyder, at kredsen begynder at svinge, når der sættes strøm til enheden. Da kredsen L2C4 har en resonansfrekvens fres bestemt af formlen: fres = 1/(2phi*KVROD(L2*C4)), vil det være denne frekvens, der er fremherskende. Trimmer kondensator C3 1-6pF tilbagekobler noget signal (positiv tilbagekobling) til Q2 emitter, som derved giver yderligere forstærkning i trinnet. Til sidst bliver forstærkningen så stor, at der opstår kraftig selvsving og enheden "hyler". Hvis 1pF er for meget, snoes to lakeret kobbertråd og loddes i hullerne og længden afpasses. Start med 3 cm og klip tråden, men klip ikke begge ledninger over med strøm på. 1pF til 2pF er passende for frekvensområdet 100MHz, for mindre frekvenser er værdien større. Se nedenfor under simulation. Denne tilstand ("hyler") tilstræber vi at undgå ved at indføre en "Quench Frekvens", som dæmper (stopper) svingningen 60.000 gange i sekundet. Frekvensen (eller også tidskonstanten 1/f) bestemmes af basemodstandene og kondensator C2 på 180pF. Indstillingen foretages med potentiometer P2. Q2 emitter er forspændt med en modstand R1 330 Ohm og afkoblet med en kondensator C1 4,7pF. Udregner vi "cutoff" frekvensen, hvor XC og R1 er lige store, kommer vi til: f = 1/(2phi*C1*R1) = 1/(2phi*4,7*10-12*330) = 102,6MHz ~ 103MHz. Kan beregnes i mit Excel regneark som følgende: Indsæt 330 Ohm i det gule felt D3. Indsæt værdien 0,0000047 uF i det gule felt F3 og aflæs værdien nedenfor i felterne D4 [Hz], D5 [kHz] eller D6 [MHz]. Det er nu tid til at bestemme frekvensområdet, som radioen skal dække. Afstemningskredsen kan udlægges til at dække kort-, mellem- eller langbølge. Det er kun at udvælge de passende trimmer C3 og C4 og fremstille de egnede spoler L1 og L2. Ved lavere frekvenser forøges værdien af C3 tilbagekoblingskondensatoren, C4 afstemningskondensatoren og selvinduktionen i L1 og L2. Jeg vil her angive et frekvensområde i VHF båndet, som kunne være interessant at lytte på. Antag at C4 kan varieres fra 3pf til 30pF, sæt derfor C4mid til 17pF, fres ønskes at være 103MHz, beregn L2 i mit Excel regneark som følgende: Indsæt 0,000017uF i det gule felt F3, i felt F5 aflæses så 17pF. Lav en "Hvad hvis analyse" - tast "Data" - tast "Hvad hvis analyse" - tast "Målsøgning". Der kommer et målsøgnings felt op. I "Angiv celle" skrives D12, i "Til værdi" skrives 103, i "Ved ændring af celle" skrives B3, tast OK. Målsøgningsstatus kommer op tast igen OK. Resultater aflæses i det gule felt B3, her 0,1404uH. Nu ligger selvinduktionen for L2 fast på 0,14uH, og så kan spolen bestemmes i regnearket neden for. I de fire gule felter indsættes værdierne for N, Ø, ø og spacing. Det vil være naturligt at vælge N til et helt tal og ø til en trådtykkelse, som er let at håndtere. Husk at anvende standard værdier for trådtykkelsen, som ses i tabellen til højre. Man bruger en dorn eller bor som form til at vikle en luftspolen om, den tages naturligvis ud igen. Det er kun med tyk tråd og korte spoler, man kan benytte denne måde. Ved tynd tråd og lange spoler skal man have en spoleform uden kerne. Spacing er mm luft mellem vindingerne. Værdien for lakisoleret koppertråd kan sættes til 0. For soft silvered copper wire min. 0,1mm. Beregningerne gælder kun for luftspoler. Prøv dig nu frem og fremstil din spole på 0,14uH. Indsæt N=6, Ø=5, spacing=0,1 og AWG 18 [1,024 mm wire]. (Bemærk: her bruges soft silvered copper wire og denne følger ikke tabellen). Du aflæser i det grønne felt C24 0,1376uH, hvilket er med to decimaler 0,14uH. Hvis du kun har tråd på AWG 22 [0,644 mm wire], vil du se, at L2 bliver 0,1637uH. Laver du en "Hvad hvis analyse", som beskrevet overfor, m.h.t. Ø, skal du bruge en dorn på 4,499mm. Laves "Hvad hvis analyse" m.h.t. N, skal der kun være 5,35 vindinger, hvilket er upraktisk. Laves "Hvad hvis analyse" m.h.t. spacing, skal afstanden være 0,324mm. Til luftspoler ved høje frekvenser anvender jeg kun soft silvered copper wire i tykkelse 0,6mm (code SP0600S-050), 0,8mm (code SP0800S-050) og 1,0mm (code SP1000S-050). Nu kan vi bestemme frekvensområdet for afstemnings kredsen L2C4 i mit Excel regneark. Med C4 i min. 3pF og max. 30pF indstilling fås følgende frekvenser 245MHz og 78MHz. Det er ikke sikkert, at kapacitetsvariationen i afstemningskondensatoren kan udnyttes fuldt ud uden, at modtageren går ud af sving. Husk, at det her er de teoretiske beregninger, og der kan være forskel i den virkelige verden alt efter, hvordan du udlægger kredsløbet. En anden sag er også om transistoren BC548B kan følge med op til den høje frekvens. I min simulator kreds har jeg anvendt begge typer. Prøv selv at udskifte BC548B med BF199. L1 antenne koblingsspolen til L2 vikles med 2 turns, samme tråd type og samme retning som L2. De to spoler skal placeres på PCB på en særlig måde, men mere herom senere under PCB udlægningen. Beregner du spolens selvinduktion L i mit Excel regneark skal du bruge mm og decimal , (komma). En anden beregning af luftspolers selvinduktion findes her. Spolen L2 med 6 vindinger er lavet af 1 mm soft silvered copper wire på en 5 mm dorn (bor). Beregningen af selvinduktionen giver 0,139 uH. Vær opmærksom på, at værdierne skal indsættes i cm. Diameteren er Ø dorn 5 mm + diameteren af tråden 1 mm = 6 mm = 0,6 cm. Længden bliver 6 x 1 mm + 5 x 0,1 mm (luft mellem vindingerne) = 6 mm + 0,5 mm = 0,65 cm. Turns 6, Diameter 0.6, Length 0.65 indsættes. Husk det er decimal . (punktum) der anvendes i HTML. En simulation er lavet på kredsen med BC548B og BF199 med forskellige resonansfrekvenser. Se nedenfor.            Resultatet ses herunder på TP1 collectoren af Q1 med BC548B og BF199 for kredse med fres min. 80MHz max. 158MHz og fres min. 5MHz max. 11MHz

Lavfrekvensen LF tages ud via en kondensator C7 mellem L2 og R4, HF filtreres fra med C5. Quenchfrekvensen dæmpes kraftig med et "Low-Pass Filter" C8R5C11-led. LF overføres til P4 potentiometer og dermed til forstærkeren LM386N, der er en "Low Voltage Audio Power Amplifier". RC-led R6C13 begrænser indgangs signalet. Forstærkningen er default 20, men kan sættes vilkårligt mellem 20 og 200, ved at anbringe en modstand i serie med en kondensator mellem Pin1 og Pin8. Diagrammet viser en kondensator C16 på 10uF i serie med P5 2K Ohm. Det giver max. forstærkning 200 gange eller 46dB ved P5 0K Ohm. Forstærkningen falder med stigende værdi af P5. Med P5 på 1.2K Ohm er forstærkningen 50 eller 34dB. Når max. forstærkning anvendes, tilrådes det at forbinde en kondensator til Pin7. Her C14 på 10uF. I udgangen Pin5 er der indsat et "Low-Pass Filter" med en ferrit kerne (Ferrite Bead Farnell 2961666671) viklet med 2½ Turns tråd parallel med modstanden R7, og afkoblet med C15. Kondensatoren i udgangen C17 er med en 8 Ohms højttaler 220uF og 470uF med 4 Ohm. Strømforsyningen 12 volt er angivet som regulated selv om det "måske" ikke er nødvendigt, da spændingen til BF199/BC548B detektoren er stabiliseret med en 8 volt 78L08 IC. Dioden D1 er til beskyttelse af enheden, hvis strømforsyningen bliver vendt forkert. C20 er en buffer kapacitet og ellers er der flere "små" kapaciteter rundt om IC'erne til HF afkobling. Bruges andre typer transistoren, så tjek Pin forbindelserne for Emitter, Base og Collector. 2Nzzzz, BCxxx og BFyyy typerne er forskellige. Det nye PCB tager hensyn til dette, det er muligt at anvende både BC548B og BF199 for Q1 og Q2. Se Overlay teksten på PCB og isæt din transistor i de rigtige huller. BC548B sættes øverst.

PCB over Superregenerativ radiomodtager med AM radio power amplifier     Superregenerativ receiver with capacitive feedback

PCB over Superregenerativ radiomodtager med AM radio power amplifier     Superregenerativ receiver with inductive feedback. Skrivefejl: spoleformen er 36 mm og ikke 32 mm.

Komponentplacering over Superregenerativ radiomodtager med AM radio power amplifier     Komponentplacering: Øverste billede capacitive feedback. Underste billede inductive feedback. Spolen L1, L2 og L3 til inductive feedback.

LÆS DENNE ANSVARSFRASKRIVELSE: Du er velkommen til at bygge denne Superregenerativ Radiomodtager efter diagrammet og mit PCB udlæg, men du skal ikke forvente hjælp, hvis det går "galt". Dette kredsløb anvender ikke potentielt dødelige niveauer af spænding og strøm, men kun 12 volt. VÆR FORSIGTIG! Hvis du ikke er sikker på, hvad du gør, især når det kommer til kredsløb med strøm fra 230VAC. DET ER DIT ANSVAR: At hente hjælp, at forlade projektet, ikke komme til skade, ikke bygge sjusket kredsløb, ikke såre andre, ikke starte brande. Denne information stilles til rådighed som en service til enhver person. Et hvert ansvar for sikker og korrekt anvendelse af dette kredsløb fraskrives.

one.com