Опыт с транзитронным генератором (гетеродином)

[W.Postoronnim]

В качестве эпиграфа: «Я давно присматривался к схемам транзитронных генераторов. В учебниках конца 50-х годов этим схемам по полраздела о гетеродинах отводится. Но вот что-то в промышленных аппаратах реальное применение этих схем – редкость. А в 60-е годы они вообще как-то сошли на нет. Пример 65-го года с 6А2П в «Регенеративный преселектор-преобразователь» - вообще, наверное, один из последних. ПОЧЕМУ от этих схем отказались, обычно в пользу простого внешнего гетеродина на триоде (в составе 6И1П)!? Вот это бы и хотелось понять. С одной стороны, транзитроны вроде-бы хорошо работают на ВЧ и стабильны, требуют всего одну группу коммутации для подключения только резонатора (контура), а ОС у них «встроенная автоматическая». А с другой стороны – исчезли. Смею предположить, что, как и у некоторых других генераторов, на отрицательном сопротивлении, у транзитронов оказался «грязноватый» спектр выходного сигнала – большие фазовые шумы. Которые (по Дроздову) стали ограничивать ДД трактов, и как только в эфире стало «тесно» - такие схемы перестали нормально работать… Но это только моя гипотеза. А «дыма без огня» не бывает, но раз от этих схем отказались – это неспроста, и не стоит ходить в тупики. Поэтому я про транзитронное решение с самого начала и не думал. А пробовать «просто так» интересно только те вещи, которые потом можно продолжать». (С форума по радиоэлектронике CQHAM)

Справедливое заключение. Но всё же… Почему транзитронный ламповый генератор или просто «транзитрон», некогда довольно популярный и часто применявшийся радиолюбителями в конструкциях типа «генератор сигналов для настройки радиоприёмников» и даже задействованный в серийном радиоприёмнике высокого уровня «Ленинград», оказался как бы в забытьи, сошёл на нет? Вопрос любопытный.
Первое, что приходит на ум, это какие-нибудь неодолимые недостатки разного рода, о чём отмечено в эпиграфе. Можно бы и сразу поставить точку, но… Есть категория лиц, которым не свойственно принимать что-либо на веру. Автор этого небольшого исследования относится к их числу.
Вопрос о транзитроне возник, в данном случае, в связи с поиском альтернативы гетеродина в радиоприёмнике ТПС-54, изначально построенном по комбинированной схеме: на диапазонах ДВ, СВ – это индуктивная трёхточка, на КВ1 – комбинированная индуктивно-емкостная, на остальных 3-х КВ-диапазонах – емкостная трёхточка. Колебательные контура во всех случаях включены в цепь «анод-управляющая сетка», в отличие от чаще используемой цепи «сетка-катод». Лампа 6А7 включена триодом, режим мягкий. Трудно сказать, из каких соображений конструкторы, там, где это представилось возможным, отдали предпочтение схеме с емкостной ОС. По смыслу емкостной делитель, составленный из постоянной ёмкости и КПЕ не должен обеспечивать постоянства глубины ПОС с изменением частоты контура. Так на практике, по опыту пользования ТПС-58 и выходит, а именно: на диапазонах КВ усиление ВЧ-тракта (УВЧ+смеситель) заметно выше на высокочастотных участках. Кроме того, на КВ-2 оно максимально, на КВ-4 самое низкое. Определённые преимущества у схемы имеются. Это, прежде всего, достаточно высокая «краткопериодическая » стабильность частоты (short-termstability), низкая зависимость частоты от напряжения. Но на этом преимущества, видимо, и заканчиваются. «Долгопериодическая» (long-term) стабильность, в основном, правда, зависящая от применённых конденсаторов растяжки, не на всех диапазонах удовлетворительна. Так на частоте 7,5 мГц (КВ-2) частота «плывёт» приблизительно на 10 кГц в течение первых 2-х часов работы приёмника. На диапазонах ДВ и СВ стабильность очень высокая, на остальных в разных частях диапазонов различная, но в целом не плохая. Стабилитрон не используется за ненадобностью. Если уж говорить о выборе альтернативы для гетеродина (как всегда предвидятся возражения, так что несогласных и незаинтересованных прошу не отвечать ), то без добавления третьей группы контактов в переключателе диапазонов, имеется 2 варианта: 1) транзитрон и 2) гетеродин Франклина. Без экспериментирования здесь, конечно, не обойтись (наверное, потому, что о ламповой технике всё больше забывают?), и разумного выбора, да и вообще успеха никто не гарантирует. Было решено начать с первого.
Прежде всего, была собрана литература. В теоретическом аспекте полезна брошюра Я.С. Кублановского, МРБ №421, 1961 г. Есть много статей и заметок практического плана. Перечислять их здесь не имеет смысла. Большинство схем используют лампы-гептоды, значительно реже – пентоды с двойным управлением. Пока решено было остановиться на схеме, задействованной в малоламповом рефлексном радиоприёмнике (использован источник: https://qsl.net/rw6hrm/html/2_tuberx.htm) на «относительно современных» гептод-триодах 6И1П. Как раз эти лампы оказались в распоряжении автора. Привлекательно, что триод можно использовать как буфер-усилитель. Ниже приводится соответствующая схема.

Вначале, в качестве опытного аналога генератора, была собрана схема, показанная на следующем рисунке:

Однако в данном исходном варианте генератор не заработал. Замеры токов и напряжений дали следующие величины: Iэ = 4.5 мА, Uэ = 210 В, Iа = 5 мА, Uа = 180 В. На катоде (Uк), вместо ожидавшихся по тексту около +2 В оказалось +7.6 В. Это много, однако, несмотря на большое отрицательное смещение на управляющих сетках, лампа пребывала в довольно жёстком режиме. Правда, автор конструкции об этом предупреждал. Снизить Uк до 2 В не представилось возможным – токи лампы становились запредельными. С целью поиска приемлемого режима лампы по постоянному току и области генерации постоянные сопротивления Rэ и Rк были заменены на переменные. Их варьированием удалось найти следующее: генерация наблюдается при Rк = 0 и токах экранной сетки, лежащих в диапазоне 0.25 < Iэ < 5.1 мА, т.е. не в области «тяжёлых» режимов гептода, а как раз наоборот, в области приемлемых и очень мягких режимов. В итоге многочисленных опытов со схемой отдано было предпочтение «мягкому» варианту, отражённому на следующей схеме генератора (дополнительное сопротивление и конденсатор в цепи питания установлены для снижения наводок):

При собственной частоте контура равной 2.26 мГц генератор вырабатывал сигнал с частотой около 2.16 мГц и работал, по предварительным оценкам – по генерации сигнала, устойчиво в диапазоне напряжений источника питания от 120 до 250 В (более широкий диапазон не исследовался). Оставалось оценить работу генератора в режиме варьирования рабочей частоты. Вместо постоянной ёмкости контура 124 пФ был подключён КПЕ с максимальной ёмкостью ок. 450 пФ. С катушкой 40 мкГн генератор работал в диапазоне 1.1 – 4.6 мГц. С катушкой индуктивностью порядка 1 мкГн (10 вит ПЭЛ-0,8) генерация наблюдалась в диапазоне 8.9 – 24.4 мГц со срывом на границах. Чистота сигнала (оценивалась на слух по р/пр “Degen 1103”) хорошая. И тут-то выяснилось, что же всё-таки не так с транзитроном…
Оказалось, что близ ВЧ-границы, на 24 мГц, частота во временном диапазоне порядка минуты довольно хаотично «плавает» в интервале ± 3 кГц. Это, по-видимому, неприемлемый результат даже для радиоприёмника невысокого класса. На частоте 15 мГц девиация составила примерно вдвое меньшую величину, но всё равно была навязчиво-заметной. В общем, это непонятное «качание» частоты, оказалось, проявляется более-менее на всех частотах, но чем больше частота, тем оно заметнее. Питание от стабилизированного источника картины не улучшает. Так, может быть, неудовлетворительная «short-term»- стабильность и является одной из причин отказа конструкторов от транзитронных генераторов? Пока, на данном этапе приходится заключить, что транзитронный генератор, возможно, неплох для ограниченного круга конструкций, где требования к стабильности не очень жёсткие, но для хорошего КВ-приёмника с цифровой шкалой, в таком виде, как он представлен в данной работе, малопригоден. В дальнейшем планируется испытать ещё вариант на лампе 6Ж2П. Если картина повторится, то, к сожалению, от старого доброго транзитрона придётся отказаться.

[sgk]

Будет любопытно посмотреть фазовые шумы.

[RN3ACW]

Если уж говорить о выборе альтернативы для гетеродина имеется 2 варианта: 1) транзитрон и 2) гетеродин Франклина.

Однако в данном исходном варианте генератор не заработал. к сожалению, от старого доброго транзитрона придётся отказаться.

В этой цитате ключевые слова гетеродин Франклина. Такая схема должна работать стабильно.

[W.Postoronnim]

RN3ACW
Спасибо! Схем гет-на Франклина довольно много, и на лампах, и на транзисторах. Работают. Но есть и проблемы. Например, иногда на высоких частотах дают модулированную синусоиду (на слух "рокочат"), почему - сов. не ясно. Ещё один недостаток - низкое выходное напряжение, меньше вольта.

[RA3PKJ]

Оказалось, что близ ВЧ-границы, на 24 мГц, частота во временном диапазоне порядка минуты довольно хаотично «плавает» в интервале ± 3 кГц.

Если хаотично плавает (как вы сказали), то это ещё не повод хоронить схему. Вот если бы плавало циклично с определённым периодом, то да - налицо паразитная релаксация.
Вы уверены, что конвекция тёплого воздуха, изменяющаяся от малейшего движения вашего организма (пардон) в пространстве не заставляет гулять частоту? Вообще-то эта нестационарная конвекция наблюдается у многих генераторов при случайных катушках и конденсаторах с монтажом в открытом виде.

[W.Postoronnim]

Если хаотично плавает (как вы сказали), то это ещё не повод хоронить схему. Вообще-то эта нестационарная конвекция наблюдается у многих генераторов при случайных катушках и конденсаторах с монтажом в открытом виде.

Вообще говоря, Вы правы, так бывает. Но в совершенно аналогичных условиях индуктивная трёхточка на 6Н3П работала, можно сказать, безукоризненно. Опыт ещё не закончен. Ваш совет будет учтён, спасибо!

[Ястребов]

генераторов при случайных катушках и конденсаторах с монтажом в открытом виде

когда ламповый приемник собирал и он еще не был в корпусе, на 40м SSB слушать можно было только не отходя от приемника - частота немного плавала вверх-вниз, постоянно приходилось подкручивать ручку.
в корпусе однако частота плавать перестала, не совсем конечно, но минут 10 можно слушать не подстраиваясь.
гетеродин -смеситель - по обычной схеме на 6и1п

[UT1LW]

RN3ACW
Спасибо! Схем гет-на Франклина довольно много, и на лампах, и на транзисторах. Работают. Но есть и проблемы. Например, иногда на высоких частотах дают модулированную синусоиду (на слух "рокочат"), почему - сов. не ясно. Ещё один недостаток - низкое выходное напряжение, меньше вольта.

Возможно это паразитная модуляция 50/100Гц. По НЧ высокое вх. сопротивление сеток и при плохой экранировке возможны наводки. Я делал подобный в CW передатчике, нормально.

[slavny]

Будет любопытно посмотреть фазовые шумы.

Я очень давно на КП903 гетеродин делал, схема к сожалению отсутствует. Трехточка классическая, сама конструкция сохранилась. В истоке стоял дубовый потенциометр, дабы не спалить себя и полевик (с ограничителем в несколько ом), на затвор подавали смещение и по SDR приёмнику выравнивали шумовую дорожку, сам приёмник работал на SIS в гетеродине, но она не работала для длинных и средних волн. Всё сохранилось, гм. кроме моего здоровья. Питание было !18 вольт и это правильно.

[RN3ACW]

Вопрос о транзитроне возник, в данном случае, в связи с поиском альтернативы гетеродина в радиоприёмнике ТПС-54, изначально построенном по комбинированной схеме: на диапазонах ДВ, СВ – это индуктивная трёхточка, на КВ1 – комбинированная индуктивно-емкостная, на остальных 3-х КВ-диапазонах – емкостная трёхточка. Колебательные контура во всех случаях включены в цепь «анод-управляющая сетка», в отличие от чаще используемой цепи «сетка-катод». Лампа 6А7 включена триодом, режим мягкий.

.

Зачем из гептода (пентагрида) делать триод? Не понятно. Смотрите альтернативные схемы ГПД.