[科普中国]-再生电路

1912年，德·福雷斯特、阿姆斯特朗、兰茂尔发明了再生式电路，该电路利用正反馈技术使音频信号放大到可以接收的程度。普通的再生式电路，是利用正反馈来加强输入信号，而超再生电路确实用输入信号来影响本地振荡信号，因此得名。再生电路有“无线电话的产婆”之称。

再生电路的发展历程有线电话的出现在长距离有线电话通信的发展过程中，电子管起了举足轻重的作用。经过多次重大改进的电子管，还直接导致了无线电话的发展。在无线电通信技术问世后，西方军事家曾预言，未来的战争将在海、陆、空和信号的“四军”协同下作战。无线电话，特别是机载无线电话在第一次世界大战中所起的作用，证实了这些军事家的预言。在第一次世界大战中，美国信号军团在法国战区敷设了1 340千米的电报和电话线路；所用的通信电缆和导线总长达4.8万千米。这些导线从5个重要海港向四周辐射，星罗棋布地覆盖整个法国战区。

无线电话的出现无线电话的研究，可以追溯到19世纪末。1899年，美国的柯林斯用他本人发明的弧光无线电话。建造了第一个电波无线电话系统。1903年，丹麦的波尔森发明出一种电弧式无线电话机。最早实现无线电话通信的科学家，是费森登。1906年，他在美国马萨诸塞州的布兰特·罗克建起了世界上第一座无线电话发射台。在当年圣诞节前夕，费森登首次用发射的无线电话信号来传送音乐与讲演，一个海上接收站和几个陆上接收站，都收到了这个信号，传送距离达350千米。无线电话的另一位开拓者，就是三极管的发明者德·福雷斯特。1912年，德·福雷斯特、阿姆斯特朗、兰茂尔发明了再生式电路，该电路利用正反馈技术使音频信号放大到可以接收的程度。从此，三极管开始用于无线电话机。1914年8月，美国通用电气公司的研究人员监听到美国政府通过设在长岛塞维叶的德国电台向德国船只发布的撤离美国的命令。当时，他们的发射机配备了载波发生器，并以2千瓦功率的亚里山德逊射频发电机为电源，所用的接收机使用了电子管再生放大电路。正是由于这些先进的设备，才使他们最先得到世界大战已经爆发的消息。

无线电报的发明在马可尼实现无线电报飞越北大西洋传送之后的第13年即1915年，无线电电话信号也越过了北大西洋。同年9月30日，美国弗吉尼亚州的阿林顿，与旧金山和夏威夷通话，10月21日又与法国巴黎之间成功地进行了军用无线电话通信，所用的发射机和接收机都采用了电子管再生电路。在第一次世界大战中，协约国拥有稠密的通信线路，但仅供陆军使用，处于移动状态的空军、海军只能另辟蹊径。于是，机载无线电话应运而生了。美国空军对机载无线电话的研究，在大战爆发几年前就开始了。1910年8月，美国空军在长岛基地首次向地面发射无线电报信号。但是，在瞬息万变的激烈空战中，很少有飞行员能熟练地使用莫尔斯电码进行通信联络，使用空军专用电码就更加困难了。因此，迫切需要研制出装在飞机上使用的无线电话。第一次世界大战爆发后，斯奎厄将军率美国信号军团抵达法国，他以能纯熟运用有线电信技术而声名卓著。这位卓越的工程师决心把无线电话机安装到协约国的飞机上。1917年5月22日，斯奎厄召集军方技术人员开会，要求尽快设计出机载无线电话。在不到1个半月的时间里，美国工程师就试制出了样机，并在美国弗吉尼亚州朗格雷空军基地进行飞机协同作战的演习。随后，美军成功地在门罗进行了使用机载无线电话指挥炮兵轰击目标的演习。1918年2月，美国生产出两种型号的机载无线电话机：SCR-7、SCR-8。从此以后，协约国的空战方式，便从空中单机作战发展为群机作战和空一地协同作战。相互联络的法宝，就是机载无线电话。第一次世界大战中，开创了“四军”协同作战的新局面，其中作为“第四军”的“信号军”崭露头角，开始为世人所瞩目。1927年，英国伦敦与美国纽约间的无线电话正式开通。1

再生电路的种类超再生电路我们知道普通的再生式电路，是利用正反馈来加强输入信号，而超再生电路确实用输入信号来影响本地振荡信号，因此得名。超再生电路本质上是一个电容三点振荡器，我们先来分析它。电路是典型的共基电路，晶体管的B和C之间通过交流连接L3和C12，电容C9和BE之间的结电容构成分压反馈，形成三点式。。。振荡器。 L4用来隔绝振荡频率与地之间的连通。振荡器工作时，随着振荡幅度增加，晶体管电流Ice增加，这个Ice流过R12，会使R12两端电压成增长趋势，而C11两端电压已经建立（静态工作点建立时建立的），无法突变，因此该电流对C11充电，使其两端电压升高，晶体管BE电压下降，工作点开始降低，当降低到一定程度，电路开始停振，Ice随振荡逐渐停止而减小，这使得R12两端电压呈减小趋势，C11开始通过R12放电，C11两端电压降低，晶体管工作电提升，振荡幅度开始回升，重复前面的过程，因此振荡器工作在一个间歇振荡状态，振荡的波形类似有三角波或类似方波包络线的调幅信号，间歇频率由C11和R12决定，约为它们乘积的倒数。C11和R12两端的电压为类似类似方波或三角波（这个与原始静态工作点有关，原始静态工作点高，振荡建立快，C11很快冲点饱和，此时电路为平衡状态，振幅不便，一段时间后振幅开始跌落，如果振荡建立慢，则未到最大振幅就开始跌落，此时为三角波形），经过后面的电感电容网络滤波后，理论上为直流电压（为什么是理论上，后面讲），以下简称R12、C11为RC，L3、C12为LC。此电路为自熄式，间歇频率由自身提供，与振荡频率牵连比较大，较难调整，如果间歇频率由外部输入，则称他熄式，这种电路的间歇频率波形可以用标准方波，效果更好。

LC选频回路LC构成的回路有选频作用，当天线输入的信号频率与电路振荡频率相同时，对电路的振荡幅度有加强作用，类似于正反馈，此时电路正式进入超再生状态。通过前面的分析知道，电路振荡建立的速度与工作点有关，而振荡幅度受到改变时工作点也会相应变化，因此外部调幅信号使晶体管工作点随输入信号幅度变化而变化，而工作点的变化，又影响振荡的建立时间。因此就形成了这样的现象，输入信号幅度大，间歇振荡建立快，间歇振荡能达到的最大振幅就大（或越早达到最大振幅），反之同理。因此高频间歇振荡在每个间隙之间能达到的最大振荡幅度（或持续最大幅度的时间）是随外部输入信号的幅度而变化的，而间歇振荡的包络线就是RC两端的电压，这个电压中包含一个直流分量，这个直流分量就是随外部信号幅度而变化的（类似PWM原理），也就是输入信号的包络线，因此达到解调制的目的。这是一个LC谐振曲线，fo为谐振频率，fs为输入信号频率，fs偏离fo，在LC谐振曲线一边的中间点部位，当输入中心频率为fs的调频信号时，由于频率－幅度曲线的斜率，在LC上感应到的电压幅度会随频率变化而变化，此时调频信号变成了调幅信号，这就是斜率鉴频。

解调调频信号电路再生电路解调调频信号时，用的正是斜率鉴频原理。我们只需要把LC回路的谐振频率调到偏离fs的位置，就能把调频信号转换成调幅信号，按照上面的原理进行接收。超再生电路由于其特殊的工作方式，灵敏度很高，但是其选频手段单一，选择性极差，只相当于单回路的直放机水平，甚至不如。尤其在接受调频信号时，由于采用了斜率鉴频原理，在很宽的范围内都可以收到同一频率的调频信号，选择性更差。而采用斜率鉴频也使调频接收的抗干扰能力变得很低（无法抑制幅度噪声），一般在单频点接收机中用的比较多，比如遥控电路，频点单一就可以用多极LC选频放大来提高选择性（频带接收下这种做法是超级麻烦的）。在没有信号时，理论上RC两端电压的直流分量是不变化的，但是电路本身的分布参数变化和电噪声使得每次间歇振荡所达到的幅度都不是完全相同，从而产生内部噪声，这种噪声被电路超高的灵敏度放大后，形成难听的超噪声，当有信号时，振荡是受信号控制的，超噪声自然消失。2

再生电路的设计方法再生电路结构很简单，调试也不难，但要取得好的效果需要很大的耐心，如果不考虑元件限制的因素，比超外差电路的制作还要费劲。简单的调整方法如下：先断开C11，调整电路工作点和元件参数，使三点振荡电路正常工作，R12的值由初始工作点决定。然后选取一个间歇频率（一般100k到500k之间），计算C11，然后接上C11，此时如果正常，用示波器观察应该有间歇振荡产生，RC两端有间歇波形，没有示波器也可以接音频放大器在后面，如果有超噪声则正常。如果不正常，重新断开C11，调整工作电，再重复一次。间歇频率高，则间歇周期短，间歇振荡很难达到高幅值，灵敏度低，间歇频率低，则相反，灵敏度高，但是抗干扰能力也差。

再生电路的应用L2，C3组成并联谐振选频，C2正反馈，R1，C4与Q1的发射结电容产生间歇振荡。C5滤高频并提供交流通路后输出，听说是当天线接收到所谐振频率的信号后，本振就会受到接收信号的控制，由C5滤掉高频后就有低频输出，只是不知道原理是什么，还有间歇振荡的产生原理。原理大概是这样:由于加了正反馈，射频信号会越来越强，同时由于发射结的肩膊作用，产生了低频信号，这个低频信号使三机关的静态工作点发生变化，三极管因此逐渐进入截止而导致不再放大射频，然后R1放电时工作点再次恢复正常，三机关又能放大了，如此循环，便出现了间歇方式工作。4.7uF电容用来使基极短路到地，这是一个共基极电路。射极的电杆用来阻高频通低频。输出端电容和基极4.7u电容作用一样，但它是将射频短路到地，低频则不短路。超再生无线电遥控电路由无线电发射器和超再生检波式接收器两部分组成。无线电发射器：它是由一个能产生等幅振荡的高频载频振荡器（一般用30—450MHz）和一个产生低频调制信号的低频振荡器组成的。用来产生载频振动和调制振荡的电路一般有：多谐振荡器、互补振荡器和石英晶体振荡器等。

由低频振荡器产生的低频调制波，一般为宽度一定的方波。如果是多路控制，则可以采用每一路宽度不同的方波，或是频率不同的方波去调制高频载波，组成一组组的己调制波，作为控制信号向空中发射，组成一组组的己调制波，作为控制信号向空中发射。超再生检波接收器：超再生检波电路实际上是一个受间歇振荡控制的高频振荡器，这个高频振荡器采用电容三点式振荡器，振荡频率和发射器的发射频率相一致。而间歇振荡（又称淬装饰振荡）又是在高频振荡的振荡过程中产生的，反过来又控制着高频振荡器的振荡和间歇。而间歇（淬熄）振荡的频率是由电路的参数决定的（一般为1百~几百千赫）。这个频率选低了，电路的抗干扰性能较好，但接收灵敏度较低：反之，频率选高了，接收灵敏度较好，但抗干扰性能变差。应根据实际情况二者兼顾。超再生检波电路有很高的增益，在未收到控制信号时，由于受外界杂散信号的干扰和电路自身的热搔动，产生一种特有的噪声，叫超噪声，这个噪声的频率范围为0.3~5kHz之间，听起来像流水似的“沙沙”声。在无信号时，超噪声电平很高，经滤波放大后输出噪声电压，该电压作为电路一种状态的控制信号，使继电器吸合或断开（由设计的状态而定）。当有控制信号到来时，电路谐振，超噪声被抑制，高频振荡器开始产生振荡。而振荡过程建立的快慢和间歇时间的长短，受接收信号的振幅控制。接收信号振幅大时，起始电平高，振荡过程建立快，每次振荡间歇时间也短，得到的控制电压也高；反之，当接收到的信号的振幅小时，得到的控制电压也低。这样，在电路的负载上便得到了与控制信号一致的低频电压，这个电压便是电路状态的另一种控制电压。3

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学