超再生式接收

在早期的电子管收音机中，再生式电路曾因为具有比较高的灵敏度而成为主要的一种接收无线电信号的方法。后来，又有比它灵敏度更高的超再生式电路出现，使当时体积笨重、讲究天线装置的收音机可以改进为便携式收音机，给无线电爱好者带来不少方便。虽然在超外差式电路盛行的时候这两种电路用得较少，但当广播频率进入超短波之后，超再生式电路由于能够以简单的装置收听超短波调频广播，又再度引起无线电爱好者的兴趣；此外，超再生式接收电路在无线电遥控航模等一般简单的无线电遥控装置中应用也很广泛。这里我们打算谈一下超再生式接收方法的工作原理。

起再生式接收法是由再生式接收法发展而来的，为了便于大家了解，我们从再生式接收谈起。

图1是一种最简单的再生式接收电路。外来信号的高频电流流过天线线圈L\(_{1}\)时，在LC谐振回路内就感应出信号电动势。如果把谐振回路调谐到与外来信号的频率相同时，那末LC回路中就得到最大的感应电动势。这一电动势所形成的电流在回路1、2两端产生了电压降，它的一端通过对高频阻力很小的Cg输入到电子管的栅极G，另一端加到电子管阴极K。G、K之间形成一个二极管，把高频信号检波，检波后得到的音频信号被电子管放大后流过负载（耳机P），便得到了输出信号。

加到G、K之间的高频信号不但被检波，同时也被电子管放大，放大后的高频电流流过线圈L\(_{2}\)，便通过L2和L之间的电磁感应把放大了的高频信号又回送到了输入端。这种反馈到输入端的电动势和输入信号电动势相位一致时就形成了所谓正反馈，一般叫这种作用为“再生”。正反馈的结果，由于把放大了很多倍的高频信号迭加到输入端，加强了输入信号。不但如此，这个加强了的输入信号继续送给电子管放大，放大后又大了很多，又再回送到输入端，如此反复进行的结果，使高频信号大大加强，当然检波后的音频信号也加强了，从而大大提高了接收机的灵敏度。所以有再生的电路具有很高的放大能力。

上述这种再生过程进行是极为迅速的，如果对反馈量不加以控制，高频信号很快就增长到很大，以致使电路内产生自激振荡，一般使用中调节再生的收音机发生啸叫声就是这个原因。显然，发生振荡以后，将破坏信号的正常接收。但如果控制反馈量，只让一定限度内的高频信号反馈到输入端，将不致引起振荡，而信号却能得到加强，再生式收音机就是在这种方式下工作的。一般是用电位器或可变电容器控制反馈高频电流的大小，使它工作在即将产生振荡的临界点上。然而由于电源电压、电路调谐或信号频率稍有变动，这种工作状态就会被破坏，或者引起自激振荡，或者灵敏度会急剧减低，所以在这种临界振荡的状态下工作是不够稳定的。如果把反馈量调得小一些，使它离开振荡点远些，则又嫌灵敏度不够了。

怎样解决这一矛盾呢？

采用起再生式接收法是比较简单有效的。在超再生式电路中，是将反馈量调节在有自激振荡的工作状态，但另外又采取措施破坏这种振荡，使它只能断续存在。这种断续出现的振荡不致破坏信号的正常接收，但由于是在反馈量最大的工作状态下接收信号，因而使接收机有极高的灵敏度。这就是超再生接收方法的基本原理。换句话说，超再生式接收也就是工作于间歇振荡状态下的再生式接收。

图2所示是超再生式接收电路。与图1对照可看出，所不同的就是在电子管的栅极回路里增加了附加振荡器。附加振荡器产生的振荡电压u\(_{z}\)可以周期性地改变电子管的栅偏压当uz的正半周加到栅极上时，在电子管特性曲线上的工作点位于跨导很大的部分，这时电路同再生式接收电路在反馈量达到振荡点一样会发生自激振荡。随后在u\(_{z}\)的负半周内，工作点移到了特性曲线跨导比较小的部分，振荡因电子管的跨导的降低而“熄灭”了（参看图3的甲、乙）。当uz又变到正半周时，又使电子管工作在跨导大的状态，振荡又被激发，到负半周时，振薄又停止。如此反复下去，附加振荡器就使电路工作于间歇振荡的状态下。因振荡电压u\(_{z}\)起着“熄灭”振荡的作用，故被称为“熄灭电压”。

超再生接收机在没有信号输入时，且在熄灭电压正半周期间，高频自激振荡（以下叫超再生振荡）的产生是由电路的元件，特别是谐振回路元件和电子管等内部电子的无秩序热运动所造成的微弱电脉冲，经过反馈的作用而引起的。我们把引起振荡的这种微弱电脉冲称为电起伏脉冲。超再生振荡的振幅，则与这种脉冲的起始电压有关：起始电压越大，所引起的高频超再生振荡的振幅也愈大，从建立而增长到最大振幅的时间也愈短，如图4所示，起始电压U\(_{2}\)比U1，振荡曲线A的峰值比曲线B大，到达峰值也快一些。我们知道，元件里面电子的热运动是杂乱无章的，所以由电起伏脉冲所引起的超再生振荡的振幅、持续时间和周期也都是不规则的。经过检波之后，便得到一些高频脉冲（见图3丙），这些脉冲的平均值就是一种幅度作无规则变化的音频电压，它使我们从超再生接收机上听到一种咝咝声，一般叫它“超再生噪声”或简称“超噪声”。

当超再生接收机有信号输入时，只要信号电压大于微弱的电起伏脉冲，超再生振荡的振幅就由信号的振幅来决定。如果信号是一个调幅波（图5甲），那么超再生振荡电压的幅度也将按照输入信号上面调制的音频调制波作相应的变化（见图5丙）。经过检波后将得到最大振幅变化和原来音频调制波相似的高频脉冲电压，它的平均值就反映出原来的调制音频信号的变化（如图5丁所示），因而使我们收到了音频信号。由于这时候超再生振荡不再由电起伏脉冲决定它的振幅，所以接收信号时，超再生的噪声就会被信号压制住，耳机里只听到所传送的信号声音，而不再是咝咝声了。

在熄灭电压频率不同的情况下，超再生振荡还有直线性的和非直线性的两种工作状态。

在熄灭频率相当高的时候，超再生振荡状态是直线性的：它的振幅和引起振荡的起始电压的振幅（信号电压）成正比。这是因为在熄灭电压频率相当高时，在熄灭电压的正半周期间，超再生振荡的幅度虽然一直增长，但是在还未达到尽可能大的振幅值时，负半周便已来临，使振荡衰减下去。它的变化过程见图6（a）。如前所述，在每一个熄灭电压的正半周期间，振荡幅度的最大值是取决于起始电压的高低，因此，这时的超再生振荡的幅度是和信号电压的振幅成正比的。如果接收机接收调幅波，在检波器后面检出的音频电压便和信号上面所调制的音频电压非常相近，失真比较小。但也由于这种原因，超再生噪声是较为剧烈的；而且电源电压的变动对超再生级的放大率影响较大，必须采取稳定电源电压的措施。最后，在直线性状态下工作的超再生级调整也较困难。因此在无线电爱好者的收音机内很少采用直线性超再生状态。

若将熄灭频率降低到某一程度，可以使超再生振荡处在另一种所谓非直线性的状态。这时，由于熄灭电压的正、负半周变化的时间较长，在它正半周期间，超再生振荡的幅度不仅可以达到最大值，而且有一段时间都保持着最大振幅，直到熄灭电压进入负半周振荡才开始衰减，如图6（b）所示。因此，超再生振荡幅度的最大值不随信号起始电压的高低而变化，起始电压仅仅影响振荡增长起来所需要的时间。起始电压愈高，超再生振荡振幅到达最大值所需的时间就愈短，振荡保持最大振幅的时间也就愈长，如图6（b）所示。由此看出；在非直线性状态下，当输入信号的振荡幅度变化时，发生变化的不是超再生振荡的最大振幅，而是这个最大振幅的持续时间。这样，超再生振荡经过检波后得到的平均电压值就与超再生振荡的持续时间成正比，而不是与输入信号的振幅成正比。这就不能像直线性状态那样很真实地反映出调制信号的形状，而产生相当大的非直线性失真。

在非直线性状态下工作的超再生电路里，当电源电压变动时对超再生振荡的振幅最大值没有什么影响，所以放大率是比较稳定的。同时，由于放大的非直线性，削弱了超噪声的影响。但是，非直线性的超再生接收会产生相当大的非直线性的失真，这对收信是不利的。但在无线电爱好者的接收机中仍广泛采用非直线性状态，因为在这种状态下工作调整比较容易，同时性能亦较稳定。

熄灭频率的产生可有两类方式，一类是采用单独的熄灭频率振荡器供给，这种叫做“自灭式”超再生另一类是由超再生级本身产生熄灭振荡，叫做“自灭式”超再生。后一种电路比较简单，使用零件较省，装置和调整都比较容易，虽然它的工作状态是属于非直线性的，但是它具有这些优点，所以大多数超再生式收音机都采用这类电路。

实用的超再生式电路形式很多，由于篇幅所限不能详细分析，这里仅举一种自灭式超再生接收电路为例，来着重谈一下产生熄灭频率的这部分电路。

在图7所示电路中，熄灭频率的振荡是从栅极电容器C\(_{g}\)上得到的。当电路中有微弱电起伏脉冲引起超再生振荡时，加于栅极上的电压便进入了正值范围，同时便产生了对电容器Cg的充电栅流。这栅流使C\(_{g}\)两端形成了电压降，它的极性如图中所示。这个电压降随着超再生振荡振幅同时增加。由于Cg上的电压降负端加到电子管栅极，所以当C\(_{g}\)上的电压降增加到使电子管的工作点移到特性曲线跨导小的部分时，振荡条件便被破坏，振荡开始衰减。在振荡衰减的同时电容Cg便通过电阻R\(_{g}\)进行放电，这时Cg两端的电压逐渐减小，电子管栅极端的负电压也逐渐减小，电子管工作点的跨导随之增加，到某一时刻将重新达到自激振荡条件，又重复前述过程。这样反复进行的结果便形成了间歇的超再生自激振荡，而电容C\(_{g}\)上的充、放电形成了熄灭电压的振荡，它的频率即由RgC\(_{g}\)的时间常数所决定。

熄灭频率的选择主要根据三个条件，首先，为了不影响音频信号的收听，熄灭频率应选择在人的耳朵听不见的超声频范围内；其次，熄灭频率应当比信号频率（载波频率）低得多，否则在熄灭电压的正半周期间，超再生振荡的振幅来不及增长到足够大的值；再次，根据超再生接收的工作状态，直线性工作状态的熄灭频率要比非直线性的高。从前二个条件可以看出，在中波内实现上述条件是很困难的，而在超短波时，却可选择最有利的熄灭频率。一般无线电爱好者在超短波的超再生接收机中，采用的熄灭频率为200千赫左右。

从上面的简单介绍中我们知道了超再生接收的基本原理，从这些基本原理中可以看出它有许多优点，最突出的是它有极高的灵敏度而电路很简单，这是因为它只要很小的信号输入，就能够引起强烈的超再生振荡而得到很大的放大率，装置良好的超再生接收机，只要有几微伏的信号电压输入就能工作。而且这个放大率的数值实际上与电子管的放大特性没有多大的关系。由于超再生接收机可以做得比较简单，所以可以减小体积，减起重量，这对航模制作是十分重要的；其次由于使用元件少，所以节省用电和制作费用。

超再生接收的另一个优点是便于用同一个电路达到发射与接收两个用途。例如在图7的电路里，只要把R\(_{g}\)Cg的时间常数减小一些，就可以使这个电路变成一个普通的振荡器，因此这种电路在便携式的电台中用的较多。

超再生接收方法也有一些缺点；（1）选择性差，通频带宽；这是因为调谐回路对于邻近主频率的信号总是不能分隔得十分清楚，因此相邻的微弱的干扰信号也将同样引起超再生振荡，在检波后听到它的杂音。（2）噪声较大，这点对工作在直线性状态的超再生接收机显得更严重。（3）因为在接收信号的过程中要产生时断时续的振荡，若这些振荡能量直接与天线耦合，则将有振荡波从天线上发射出去，干扰邻近接收机的工作。为了防止这种现象，有时在超再生电路前面加一级调谐放大，使超再生级与天线不直接耦合。(徐疾)