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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Rilevatore AM insolito. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Radioamatore principiante In [1] è stata pubblicata la descrizione di due ricevitori radio in miniatura. I ricevitori avevano la stessa parte in radiofrequenza (RF) e differivano solo negli amplificatori 3H. I radioamatori esperti probabilmente hanno notato l'assenza di un normale rilevatore a diodi nella progettazione, e alcuni di coloro che hanno deciso di ripeterlo "hanno corretto l'errore" e hanno ricevuto un ricevitore normalmente funzionante. Quelli meno esperti semplicemente ripeterono il progetto e ottennero anche ricevitori ben funzionanti. I rilevatori senza diodi sono ben noti fin dai tempi della tecnologia delle lampade: si tratta di rilevatori a griglia e anodici. In un rilevatore a griglia è ancora implicitamente presente un diodo: funge da spazio tra la griglia e il catodo del tubo radio. La tensione in audiofrequenza da esso raddrizzata viene applicata alla stessa griglia della lampada e viene da essa amplificata, pertanto il coefficiente di trasmissione del rilevatore di griglia è superiore a quello del diodo. Nel rilevatore anodico, il punto di funzionamento della lampada è stato fissato in prossimità della curvatura inferiore della caratteristica della griglia anodica, in un'area con elevata nonlinearità. Il guadagno della lampada a questo punto è quindi inferiore e, anche a causa di altri svantaggi, i rilevatori anodici venivano usati raramente. Queste soluzioni tecniche furono successivamente parzialmente trasferite alla tecnologia dei transistor: apparvero rilevatori realizzati su transistor. Per comprendere il loro lavoro, passiamo alle basi della teoria del rilevamento. Come tutte le basi, sono abbastanza semplici. Un'introduzione alla modulazione di ampiezza (AM) può essere trovata in [2]. Uno schema semplificato di un rivelatore a diodi è mostrato in Fig. 1, a. Il segnale AM dalla sorgente G1 è collegato al diodo VD1. A grandi ampiezze del segnale, il rilevatore agisce come un raddrizzatore. Il segnale AF rilevato viene assegnato al carico R1. Il condensatore C1 serve ad appianare le increspature della tensione raddrizzata. La caratteristica corrente-tensione (CVC) di un diodo a segnali di grandi dimensioni è solitamente approssimata da una linea tratteggiata mostrata in Fig. 1, b. Nella parte inferiore del grafico è presente una forma d'onda di tensione del segnale AM applicato al diodo e a destra è presente una forma d'onda della corrente attraverso il diodo. Si può vedere che il diodo trasmette solo semionde positive del segnale e il loro valore medio corrisponde alle vibrazioni della frequenza audio (3H). A valori sufficientemente grandi di R1C1, la tensione attraverso il carico corrisponde all'inviluppo degli impulsi di corrente.
I rilevatori di picco sono molto efficienti e forniscono una tensione di uscita quasi uguale all'ampiezza della tensione di ingresso RF. La stessa cosa accade nei raddrizzatori: i radioamatori lo sanno. Pertanto, erano i rilevatori di picco AM ad essere utilizzati principalmente nelle radio a valvole, e successivamente "passarono" alla tecnologia a transistor. A causa della diretta proporzionalità della tensione di uscita con l'ampiezza della tensione di ingresso, venivano spesso chiamati rilevatori "lineari". Di conseguenza, i rilevatori quadratici furono a lungo e felicemente dimenticati, lasciandoli ai ricevitori rilevatori più semplici. Tuttavia, i rilevatori di picco presentano anche un grave inconveniente: funzionano bene solo con ampiezze di segnale RF elevate. I diodi a semiconduttore sono caratterizzati dalla presenza di una certa tensione “di soglia”, al di sotto della quale nel diodo circola pochissima corrente, pertanto il diodo stesso rimane praticamente chiuso. Il suo valore è determinato dalle proprietà del materiale semiconduttore ed è di circa 0,15 V per il germanio, circa 0,5 V per il silicio e leggermente inferiore per i diodi Schottky (giunzione metallo-semiconduttore). È abbastanza chiaro che se la tensione di ingresso del rilevatore è inferiore alla tensione di soglia, il diodo rimarrà chiuso e il ricevitore con tale rilevatore non sarà in grado di ricevere segnali radio deboli. Per questo motivo, cercano di utilizzare solo diodi al germanio nei rilevatori. Alcuni progetti risolvono il problema applicando una tensione di polarizzazione iniziale al diodo, ma in questo caso il circuito diventa più complesso e presenta problemi propri, quindi questa soluzione viene utilizzata raramente. La situazione cambia se la caratteristica corrente-tensione non può più essere rappresentata con una linea tratteggiata (Fig. 1, c). Questa è una curva regolare della corrente attraverso il diodo i rispetto alla tensione attraverso il diodo u. Come ogni funzione matematica, può essere estesa in serie e limitata a soli due termini, poiché il contributo dei termini più alti della serie a basse tensioni sul diodo è trascurabile. Per il rilevamento è essenziale la curvatura della caratteristica (il secondo termine dello sviluppo in serie). È grazie a ciò che avviene il rilevamento. Ciò è chiaramente visibile negli oscillogrammi di Fig. 1, c. L'analisi matematica mostra che il segnale rilevato è proporzionale alla curvatura della caratteristica e al quadrato dell'ampiezza del segnale di ingresso. Da qui il nome “rivelatore quadratico”. Ad ampiezze del segnale sufficientemente piccole, qualsiasi rilevatore diventa quadratico e il suo prodotto utile - una costante senza modulazione o una corrente nel carico che varia con le frequenze audio, diminuisce rapidamente in proporzione al quadrato dell'ampiezza del segnale. Il rilevatore quadratico introduce una certa distorsione. Si può calcolare che il coefficiente di distorsione non lineare è pari a m/4. È significativo solo ai picchi di modulazione, raggiungendo il 25% con m = 1, e con un coefficiente di modulazione medio m = 0,3 è circa il 2,3%. La distorsione consiste nell'arricchimento delle vibrazioni sonore con la seconda armonica ed è difficilmente percepibile a orecchio. Storicamente, il rilevatore quadratico è stato la base dei primissimi ricevitori radio rilevatori. I radioamatori moderni hanno probabilmente letto di appassionati che trascorrevano ore alla ricerca di un “punto sensibile” su un cristallo fatto in casa con un ago. Successivamente è iniziata la produzione industriale di diodi a semiconduttore, che ha permesso di creare rilevatori funzionanti in modo stabile. Si noti che i diodi a semiconduttore iniziarono a essere prodotti molto prima dell'avvento dei transistor: il transistor bipolare fu scoperto nel 1948 durante ricerche di laboratorio su un diodo a semiconduttore. Analizzando un rilevatore quadratico, è facile notare il suo principale svantaggio: bassa efficienza di conversione, poiché l'ampiezza del segnale di uscita in esso contenuto è molto inferiore all'ampiezza dell'ingresso. Un rivelatore quadratico, il cui diagramma è mostrato in Fig. 2a, è in grado di funzionare in modo affidabile con un segnale in una gamma di livelli abbastanza significativa. Abbiamo scoperto sopra che il rilevatore richiede un elemento con una grande curvatura della caratteristica corrente-tensione. E la giunzione base-emettitore di un transistor ha questa caratteristica, perché in sostanza è un normale diodo. Ma il transistor non solo rileva il segnale, ma lo amplifica anche. Pertanto, secondo la terminologia adottata in radioingegneria, il dispositivo può essere definito un rilevatore quadratico attivo. Con un numero minimo di parti, combina i vantaggi dei rilevatori quadratici e lineari. Qualche parola sulla scelta di una modalità. Come è noto, la sezione iniziale della caratteristica di ingresso del transistor, vicina al punto di “soglia”, presenta la maggiore nonlinearità, come mostrato in Fig. 2, b, pertanto, la corrente di polarizzazione iniziale della giunzione base-emettitore del transistor dovrebbe essere significativamente inferiore rispetto agli stadi amplificatori convenzionali. Allo stesso tempo, non dovresti lasciarti trasportare impostando la corrente quasi alla "soglia", poiché nella modalità microcorrente la stabilità di funzionamento e il guadagno dei transistor sono ridotti.
Poiché sono trascorsi diversi anni dalla pubblicazione [1], per non annoiare i lettori con la ricerca di descrizioni, riportiamo uno schema del gruppo ricevitore RF (Fig. 3). Come si può vedere dalla figura, questa è la parte di ingresso più comune di un ricevitore ad amplificazione diretta con un'antenna magnetica WA1, la cui bobina, insieme al KPI C1, forma un unico circuito sintonizzato sulla frequenza del segnale ricevuto. Il primo stadio sul transistor ad effetto di campo VT1 funge da amplificatore RF. Il secondo stadio, montato su un transistor bipolare VT2, è uno stadio rivelatore. Un segnale di frequenza audio è già rimosso dalla sua uscita e le correnti di radiofrequenza sono cortocircuitate su un filo comune dal condensatore C3.
In conclusione, non resta che rispondere alla domanda implicita nel titolo dell'articolo: cosa c'è di insolito in questo rilevatore? Secondo l'autore, la cosa più insolita è che per molto tempo il rilevatore è rimasto inosservato. Ciò è abbastanza sorprendente, poiché anche tutti gli stadi amplificatori a transistor sono tali rilevatori, possedendo una certa non linearità. L'effetto di rilevamento può essere scoperto per puro caso, ad esempio ascoltando una trasmissione radiofonica da una stazione potente attraverso l'amplificatore di riproduzione di un registratore. Tuttavia, il solito stereotipo psicologico ha funzionato: non notare ciò che non può essere. Letteratura
Autore: D.Turchinsky, Mosca
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