Un receptor de radio de cristal , también llamado conjunto de cristal , es un receptor de radio simple , popular en los primeros días de la radio. Utiliza solo la potencia de la señal de radio recibida para producir sonido, sin necesidad de alimentación externa. Lleva el nombre de su componente más importante, un detector de cristales , originalmente hecho de una pieza de mineral cristalino como la galena . [1] Este componente ahora se llama diodo .
Las radios de cristal son el tipo más simple de receptor de radio [2] y se pueden fabricar con algunas piezas económicas, como un cable para una antena, una bobina de cable, un condensador, un detector de cristal y auriculares (porque un juego de cristal tiene potencia insuficiente para un altavoz ). [3] Sin embargo, son receptores pasivos , mientras que otras radios usan un amplificador alimentado por corriente de una batería o tomacorriente de pared para hacer que la señal de radio sea más fuerte. Por lo tanto, los equipos de cristal producen un sonido bastante débil y deben escucharse con auriculares sensibles, y solo pueden recibir estaciones dentro de un rango limitado. [4]
La propiedad rectificadora del contacto entre un mineral y un metal fue descubierta en 1874 por Karl Ferdinand Braun . [5] [6] [7] Los cristales fueron utilizados por primera vez como detector de ondas de radio en 1894 por Jagadish Chandra Bose , [8] [9] en sus experimentos de óptica de microondas. Fueron utilizados por primera vez como demoduladores para la recepción de comunicaciones por radio en 1902 por GW Pickard . [10] Las radios de cristal fueron el primer tipo de receptor de radio ampliamente utilizado, [11] y el tipo principal utilizado durante la era de la telegrafía inalámbrica . [12] Vendidas y fabricadas por millones, la radio de cristal barata y confiable fue una fuerza impulsora importante en la introducción de la radio al público, contribuyendo al desarrollo de la radio como medio de entretenimiento con el comienzo de la radiodifusión alrededor de 1920. [ 13]
Alrededor de 1920, los conjuntos de cristales fueron reemplazados por los primeros receptores amplificadores, que usaban tubos de vacío . Con este avance tecnológico, los juegos de cristal se volvieron obsoletos para uso comercial [11] pero continuaron siendo construidos por aficionados, grupos de jóvenes y los Boy Scouts [14] principalmente como una forma de aprender sobre la tecnología de la radio. Todavía se venden como dispositivos educativos, y hay grupos de entusiastas dedicados a su construcción. [15] [16] [17] [18] [19]
Las radios de cristal reciben señales de amplitud modulada (AM), aunque se han construido diseños de FM . [20] [21] Pueden diseñarse para recibir casi cualquier banda de radiofrecuencia , pero la mayoría recibe la banda de transmisión de AM . [22] Algunos reciben bandas de onda corta , pero se requieren señales fuertes. Los primeros equipos de cristal recibieron señales de telegrafía inalámbrica transmitidas por transmisores de chispa a frecuencias tan bajas como 20 kHz. [23] [24]
Historia
La radio de cristal fue inventada por una larga y en parte oscura cadena de descubrimientos a fines del siglo XIX que gradualmente evolucionaron hacia receptores de radio cada vez más prácticos a principios del siglo XX. El primer uso práctico de la radio de cristal fue recibir señales de radio en código Morse transmitidas desde transmisores de chispa por los primeros experimentadores de radioaficionados . A medida que evolucionó la electrónica, la capacidad de enviar señales de voz por radio provocó una explosión tecnológica alrededor de 1920 que se convirtió en la industria de radiodifusión actual .
Primeros años
La radiotelegrafía temprana utilizaba transmisores de arco y chispas , así como alternadores de alta frecuencia que funcionaban con frecuencias de radio . El cohesor fue el primer medio para detectar una señal de radio. Estos, sin embargo, carecían de la sensibilidad para detectar señales débiles.
A principios del siglo XX, varios investigadores descubrieron que ciertos minerales metálicos , como la galena , podrían usarse para detectar señales de radio. [26] [27]
El físico indio Jagadish Chandra Bose fue el primero en utilizar un cristal como detector de ondas de radio, utilizando detectores de galena para recibir microondas a partir de 1894. [28] En 1901, Bose solicitó una patente estadounidense para "Un dispositivo para detectar perturbaciones eléctricas" que mencionaba el uso de un cristal de galena; esto fue concedido en 1904, # 755840. [29] El 30 de agosto de 1906, Greenleaf Whittier Pickard presentó una patente para un detector de cristal de silicio, que fue concedida el 20 de noviembre de 1906. [30]
Un detector de cristal incluye un cristal, generalmente un cable delgado o una sonda de metal que hace contacto con el cristal, y el soporte o caja que sostiene esos componentes en su lugar. El cristal más utilizado es un pequeño trozo de galena ; La pirita también se usaba a menudo, ya que era un mineral más estable y de ajuste más fácil, y bastante suficiente para las intensidades de las señales urbanas. Varios otros minerales también funcionaron bien como detectores. Otro beneficio de los cristales era que podían demodular señales moduladas en amplitud . [ cita requerida ] Este dispositivo trajo radioteléfonos y transmisión de voz a una audiencia pública. Los equipos de cristal representaban un método económico y tecnológicamente simple de recibir estas señales en un momento en que la industria de la radiodifusión en estado embrionario comenzaba a crecer.
Década de 1920 y 1930
En 1922, la (entonces denominada) Oficina de Normas de EE . UU. Publicó una publicación titulada Construcción y funcionamiento de un equipo receptor de radio hecho en casa simple . [31] Este artículo mostró cómo casi cualquier familia que tuviera un miembro que fuera hábil con herramientas simples podía hacer una radio y sintonizar el clima, los precios de las cosechas, la hora, las noticias y la ópera. Este diseño fue importante para llevar la radio al público en general. NBS siguió eso con una versión de dos circuitos más selectiva, Construcción y operación de un equipo receptor de radio de dos circuitos con detector de cristal , que se publicó el mismo año [32] y todavía hoy es construido con frecuencia por entusiastas.
A principios del siglo XX, la radio tenía poco uso comercial y la experimentación con la radio era un pasatiempo para muchas personas. [33] Algunos historiadores consideran que el otoño de 1920 fue el comienzo de la radiodifusión comercial con fines de entretenimiento. La estación de Pittsburgh KDKA , propiedad de Westinghouse , recibió su licencia del Departamento de Comercio de los Estados Unidos justo a tiempo para transmitir los resultados de las elecciones presidenciales de Harding-Cox . Además de informar sobre eventos especiales, las transmisiones a los agricultores de informes de precios de cultivos fueron un servicio público importante en los primeros días de la radio.
En 1921, las radios fabricadas en fábrica eran muy caras. Dado que las familias menos acomodadas no podían permitirse el lujo de tener una, los periódicos y revistas publicaban artículos sobre cómo construir una radio de cristal con artículos domésticos comunes. Para minimizar el costo, muchos de los planes sugirieron enrollar la bobina de sintonización en contenedores de cartón vacíos, como cajas de avena, que se convirtieron en una base común para las radios caseras.
Crystodyne
A principios de la década de 1920 en Rusia , Oleg Losev estaba experimentando con la aplicación de polarizaciones de voltaje a varios tipos de cristales para la fabricación de detectores de radio. El resultado fue asombroso: con un cristal de zincita ( óxido de zinc ) ganó amplificación. [34] [35] [36] Este fue un fenómeno de resistencia negativa , décadas antes del desarrollo del diodo túnel . Después de los primeros experimentos, Losev construyó receptores regenerativos y superheterodinos , e incluso transmisores.
Un cristodino podría producirse en condiciones primitivas; se puede fabricar en una fragua rural, a diferencia de los tubos de vacío y los dispositivos semiconductores modernos. Sin embargo, este descubrimiento no fue apoyado por las autoridades y pronto fue olvidado; ningún dispositivo se produjo en cantidades masivas más allá de unos pocos ejemplos para la investigación.
"Radios de trinchera"
Además de los cristales minerales, los recubrimientos de óxido de muchas superficies metálicas actúan como semiconductores (detectores) capaces de rectificación. Las radios de cristal se han improvisado utilizando detectores hechos de clavos oxidados, monedas de un centavo corroídas y muchos otros objetos comunes.
Cuando las tropas aliadas se detuvieron cerca de Anzio, Italia, durante la primavera de 1944, los receptores de radio personales alimentados estaban estrictamente prohibidos, ya que los alemanes tenían equipos que podían detectar la señal del oscilador local de los receptores superheterodinos . Los conjuntos de cristales carecen de osciladores locales impulsados por energía, por lo que no se pudieron detectar. Algunos soldados ingeniosos construyeron conjuntos de "cristal" con materiales desechados para escuchar noticias y música. Un tipo usaba una hoja de afeitar de acero azul y una mina de lápiz como detector. El punto de plomo que tocaba el recubrimiento de óxido semiconductor (magnetita) en la hoja formaba un diodo de contacto de punto crudo. Ajustando cuidadosamente la mina del lápiz en la superficie de la hoja, podrían encontrar puntos capaces de rectificarse. Los decorados fueron apodados " radios de trinchera " por la prensa popular, y se convirtieron en parte del folclore de la Segunda Guerra Mundial .
En algunos países ocupados por los alemanes durante la Segunda Guerra Mundial hubo confiscaciones generalizadas de aparatos de radio de la población civil. Esto llevó a los oyentes decididos a construir sus propios receptores clandestinos que a menudo equivalían a poco más que un conjunto básico de cristales. Cualquiera que lo hiciera corría el riesgo de ser encarcelado o incluso de muerte si lo atrapaban, y en la mayor parte de Europa las señales de la BBC (u otras estaciones aliadas) no eran lo suficientemente fuertes como para ser recibidas en un televisor de este tipo.
Años despues
Si bien nunca recuperó la popularidad y el uso general que disfrutó en sus inicios, el circuito de radio de cristal todavía se usa. Los Boy Scouts han mantenido la construcción de un aparato de radio en su programa desde la década de 1920. Durante las décadas de 1950 y 1960 se pudo encontrar una gran cantidad de artículos novedosos prefabricados y kits simples, y muchos niños interesados en la electrónica construyeron uno.
La construcción de radios de cristal fue una locura en la década de 1920 y nuevamente en la década de 1950. Recientemente, los aficionados han comenzado a diseñar y construir ejemplos de los primeros instrumentos. Se dedica mucho esfuerzo a la apariencia visual de estos conjuntos, así como a su desempeño. Los concursos anuales de radio de cristal 'DX' (recepción de larga distancia) y los concursos de construcción permiten a estos propietarios de escenarios competir entre sí y formar una comunidad de interés en el tema.
Principios básicos
Se puede pensar en una radio de cristal como un receptor de radio reducido a lo esencial. [3] [37] Consta al menos de estos componentes: [22] [38] [39]
- Una antena en la que las corrientes eléctricas son inducidas por las ondas de radio .
- Un circuito resonante ( circuito sintonizado) que selecciona la frecuencia de la estación de radio deseada entre todas las señales de radio recibidas por la antena. El circuito sintonizado consta de una bobina de alambre (llamada inductor ) y un condensador conectados entre sí. El circuito tiene una frecuencia resonante y permite que las ondas de radio a esa frecuencia pasen al detector mientras bloquea en gran medida las ondas en otras frecuencias. Una o ambas bobinas o condensadores son ajustables, lo que permite sintonizar el circuito a diferentes frecuencias. En algunos circuitos no se usa un capacitor y la antena cumple esta función, ya que una antena que es más corta que un cuarto de longitud de onda de las ondas de radio que debe recibir es capacitiva.
- Un detector de cristal semiconductor que demodula la señal de radio para extraer la señal de audio ( modulación ). El detector de cristal funciona como un detector de ley cuadrática , [40] demodulando la corriente alterna de radiofrecuencia a su modulación de frecuencia de audio. La salida de frecuencia de audio del detector se convierte en sonido mediante el auricular. Los primeros conjuntos usaban un " detector de bigotes de gato " [41] [42] [43] que consistía en una pequeña pieza de mineral cristalino como la galena con un alambre fino que tocaba su superficie. El detector de cristal fue el componente que dio su nombre a las radios de cristal. Los equipos modernos utilizan diodos semiconductores modernos , aunque algunos aficionados todavía experimentan con detectores de cristal u otros.
- Un auricular para convertir la señal de audio en ondas de sonido para que se puedan escuchar. La baja potencia producida por un receptor de cristal es insuficiente para alimentar un altavoz , por lo que se utilizan auriculares.
Como una radio de cristal no tiene fuente de alimentación, la potencia sonora producida por el auricular proviene únicamente del transmisor de la estación de radio que se recibe, a través de las ondas de radio capturadas por la antena. [3] La potencia disponible para una antena receptora disminuye con el cuadrado de su distancia al transmisor de radio . [44] Incluso para una potente estación de radiodifusión comercial , si está a más de unas pocas millas del receptor, la potencia recibida por la antena es muy pequeña, normalmente medida en microvatios o nanovatios . [3] En los equipos de cristal modernos, se pueden escuchar señales tan débiles como 50 picovatios en la antena. [45] Las radios de cristal pueden recibir señales tan débiles sin usar amplificación solo debido a la gran sensibilidad del oído humano , [3] [46] que puede detectar sonidos con una intensidad de solo 10-16 W / cm 2 . [47] Por lo tanto, los receptores de cristal deben diseñarse para convertir la energía de las ondas de radio en ondas de sonido de la manera más eficiente posible. Aun así, generalmente solo pueden recibir estaciones dentro de distancias de aproximadamente 25 millas para estaciones de transmisión AM , [48] [49] aunque las señales de radiotelegrafía utilizadas durante la era de la telegrafía inalámbrica podrían recibirse a cientos de millas, [49] y Los receptores de cristal incluso se utilizaron para la comunicación transoceánica durante ese período. [50]
Diseño
El desarrollo de receptores pasivos comerciales se abandonó con el advenimiento de los tubos de vacío confiables alrededor de 1920, y la investigación posterior de radio de cristal fue realizada principalmente por radioaficionados y aficionados. [51] Se han utilizado muchos circuitos diferentes. [2] [52] [53] Las siguientes secciones discuten las partes de una radio de cristal con mayor detalle.
Antena
La antena convierte la energía de las ondas de radio electromagnéticas en una corriente eléctrica alterna en la antena, que está conectada a la bobina de sintonización. Dado que en una radio de cristal toda la energía proviene de la antena, es importante que la antena recolecte tanta energía de la onda de radio como sea posible. Cuanto más grande sea una antena, más potencia puede interceptar. Las antenas del tipo que se usa comúnmente con equipos de cristal son más efectivas cuando su longitud es cercana a un múltiplo de un cuarto de longitud de onda de las ondas de radio que están recibiendo. Dado que la longitud de las ondas que se utilizan con las radios de cristal es muy larga (las ondas de la banda de transmisión de AM tienen una longitud de 182 a 566 mo 597 a 1857 pies) [54], la antena se fabrica lo más larga posible, [55] a partir de un cable largo , en contraste con las antenas de látigo o las antenas de bucle de ferrita utilizadas en las radios modernas.
Los aficionados a la radio de cristal seria utilizan antenas de tipo "L" y "T " invertidas , que consisten en cientos de pies de cable suspendido lo más alto posible entre edificios o árboles, con un cable de alimentación conectado en el centro o en un extremo que llega hasta el receptor. . [56] [57] Sin embargo, con mayor frecuencia se utilizan longitudes aleatorias de alambre que cuelgan de las ventanas. Una práctica popular en los primeros días (particularmente entre los habitantes de apartamentos) era utilizar grandes objetos metálicos existentes, como resortes de cama , [14] escaleras de incendios y cercas de alambre de púas como antenas. [49] [58] [59]
Suelo
Las antenas de alambre utilizadas con los receptores de cristal son antenas monopolo que desarrollan su voltaje de salida con respecto a tierra. Por tanto, el receptor requiere una conexión a tierra (tierra) como circuito de retorno de la corriente. El cable de tierra estaba conectado a un radiador, tubería de agua o una estaca de metal clavada en el suelo. [60] [61] En los primeros días, si no se podía hacer una conexión a tierra adecuada, a veces se usaba un contrapeso . [62] [63] Una buena conexión a tierra es más importante para los equipos de cristal que para los receptores autoamplificados, ya que los equipos de cristal están diseñados para tener una impedancia de entrada baja necesaria para transferir energía de manera eficiente desde la antena. Es necesaria una conexión a tierra de baja resistencia (preferiblemente por debajo de 25 Ω) porque cualquier resistencia en el suelo reduce la potencia disponible de la antena. [55] Por el contrario, los receptores modernos son dispositivos impulsados por voltaje, con alta impedancia de entrada, por lo que poco flujo de corriente en el circuito de antena / tierra. Además, los receptores alimentados por la red eléctrica están conectados a tierra adecuadamente a través de sus cables de alimentación, que a su vez están conectados a tierra mediante una conexión a tierra bien establecida.
Circuito sintonizado
El circuito sintonizado , que consta de una bobina y un condensador conectados entre sí, actúa como un resonador , similar a un diapasón. [64] La carga eléctrica, inducida en la antena por las ondas de radio, fluye rápidamente de un lado a otro entre las placas del condensador a través de la bobina. El circuito tiene una alta impedancia en la frecuencia de la señal de radio deseada, pero una baja impedancia en todas las demás frecuencias. [65] Por lo tanto, las señales a frecuencias no deseadas pasan a tierra a través del circuito sintonizado, mientras que la frecuencia deseada se transmite al detector (diodo) y estimula el auricular y se escucha. La frecuencia de la estación recibida es la frecuencia resonante f del circuito sintonizado, determinada por la capacitancia C del capacitor y la inductancia L de la bobina: [66]
El circuito se puede ajustar a diferentes frecuencias variando la inductancia (L), la capacitancia (C), o ambas, "sintonizando" el circuito a las frecuencias de diferentes estaciones de radio. [1] En los conjuntos de menor costo, el inductor se hizo variable mediante un contacto de resorte que presionaba los devanados que podían deslizarse a lo largo de la bobina, introduciendo así un número mayor o menor de vueltas de la bobina en el circuito, variando la inductancia . Alternativamente, se utiliza un condensador variable para sintonizar el circuito. [67] Algunos conjuntos de cristales modernos utilizan una bobina de sintonización de núcleo de ferrita , en la que un núcleo magnético de ferrita se mueve dentro y fuera de la bobina, variando así la inductancia al cambiar la permeabilidad magnética (esto eliminó el contacto mecánico menos confiable). [68]
La antena es una parte integral del circuito sintonizado y su reactancia contribuye a determinar la frecuencia de resonancia del circuito. Las antenas generalmente actúan como una capacitancia , ya que las antenas más cortas que un cuarto de longitud de onda tienen reactancia capacitiva . [55] Muchos de los primeros conjuntos de cristales no tenían un condensador de sintonización, [69] y se basaban en cambio en la capacitancia inherente a la antena de alambre (además de la capacitancia parásita significativa en la bobina [70] ) para formar el circuito sintonizado con la bobina .
Los primeros receptores de cristal no tenían un circuito sintonizado en absoluto, y solo consistían en un detector de cristal conectado entre la antena y la tierra, con un auricular cruzado. [1] [69] Dado que este circuito carecía de elementos selectivos de frecuencia además de la amplia resonancia de la antena, tenía poca capacidad para rechazar emisoras no deseadas, por lo que todas las emisoras dentro de una amplia banda de frecuencias se escuchaban en el auricular [51] ( en la práctica, el más poderoso suele ahogar a los demás). Se usó en los primeros días de la radio, cuando solo una o dos estaciones estaban dentro del rango limitado de un equipo de cristal.
Emparejamiento de impedancia
Un principio importante utilizado en el diseño de radios de cristal para transferir la máxima potencia al auricular es la adaptación de impedancia . [51] [71] La potencia máxima se transfiere de una parte de un circuito a otra cuando la impedancia de un circuito es el complejo conjugado de la del otro; esto implica que los dos circuitos deben tener la misma resistencia. [1] [72] [73] Sin embargo, en conjuntos de cristal, la impedancia del sistema de antena-tierra (alrededor de 10-200 ohmios [55] ) suele ser menor que la impedancia del circuito sintonizado del receptor (miles de ohmios en resonancia ), [74] y también varía según la calidad de la conexión a tierra, la longitud de la antena y la frecuencia a la que está sintonizado el receptor. [45]
Por lo tanto, en los circuitos receptores mejorados, para hacer coincidir la impedancia de la antena con la impedancia del receptor, la antena se conectó solo a través de una parte de las espiras de la bobina de sintonización. [66] [69] Esto hizo que la bobina de sintonización actuara como un transformador de adaptación de impedancia (en una conexión de autotransformador ) además de proporcionar la función de sintonización. La baja resistencia de la antena se incrementó (transformó) en un factor igual al cuadrado de la relación de vueltas (la relación entre el número de vueltas a las que estaba conectada la antena y el número total de vueltas de la bobina), para igualar la resistencia a través el circuito sintonizado. [73] En el circuito de "dos deslizadores", popular durante la era inalámbrica, tanto la antena como el circuito detector estaban conectados a la bobina con contactos deslizantes, lo que permitía un ajuste (interactivo) [75] tanto de la frecuencia resonante como de los giros. proporción. [76] [77] [78] Alternativamente, se usó un interruptor de múltiples posiciones para seleccionar tomas en la bobina. Estos controles se ajustaron hasta que la estación sonó más fuerte en los auriculares.
Problema de selectividad
Uno de los inconvenientes de los conjuntos de cristales es que son vulnerables a la interferencia de estaciones cercanas en frecuencia a la estación deseada. [2] [4] [45] A menudo, dos o más estaciones se escuchan simultáneamente. Esto se debe a que el circuito sintonizado simple no rechaza bien las señales cercanas; permite el paso de una amplia banda de frecuencias, es decir, tiene un gran ancho de banda ( factor Q bajo ) en comparación con los receptores modernos, lo que le da al receptor una baja selectividad . [4]
El detector de cristal empeoró el problema, porque tiene una resistencia relativamente baja , por lo que "cargó" el circuito sintonizado, absorbiendo una corriente significativa y amortiguando así las oscilaciones, reduciendo su factor Q para permitir el paso de una banda de frecuencias más amplia. [45] [79] En muchos circuitos, la selectividad se mejoró conectando el circuito del detector y del auricular a una toma en solo una fracción de las vueltas de la bobina. [51] Esto redujo la carga de impedancia del circuito sintonizado, además de mejorar la coincidencia de impedancia con el detector. [51]
Acoplamiento inductivo
En receptores de cristal más sofisticados, la bobina de sintonización se reemplaza con un transformador de acoplamiento de antena de núcleo de aire ajustable [1] [51] que mejora la selectividad mediante una técnica llamada acoplamiento suelto . [69] [78] [80] Consiste en dos bobinas de cable acopladas magnéticamente , una (la primaria ) conectada a la antena y a tierra y la otra (la secundaria ) conectada al resto del circuito. La corriente de la antena crea un campo magnético alterno en la bobina primaria, que induce una corriente en la bobina secundaria que luego se rectifica y alimenta el auricular. Cada una de las bobinas funciona como un circuito sintonizado ; la bobina primaria resonó con la capacitancia de la antena (o algunas veces con otro capacitor), y la bobina secundaria resonó con el capacitor de sintonización. Tanto el primario como el secundario se sintonizaron en la frecuencia de la estación. Los dos circuitos interactuaron para formar un transformador resonante .
Reducir el acoplamiento entre las bobinas, separándolas físicamente de modo que menos del campo magnético de una se cruce con la otra, reduce la inductancia mutua , estrecha el ancho de banda y da como resultado una sintonización mucho más aguda y selectiva que la producida por un solo circuito sintonizado. . [69] [81] Sin embargo, el acoplamiento más flojo también redujo la potencia de la señal pasada al segundo circuito. El transformador se fabricó con acoplamiento ajustable, para permitir al oyente experimentar con varios ajustes para obtener la mejor recepción.
Un diseño común en los primeros días, llamado "acoplador suelto", consistía en una bobina secundaria más pequeña dentro de una bobina primaria más grande. [51] [82] La bobina más pequeña se montó en un bastidor para que pudiera deslizarse linealmente dentro o fuera de la bobina más grande. Si se encontraran interferencias de radio, la bobina más pequeña se deslizaría más hacia fuera de la más grande, aflojando el acoplamiento, reduciendo el ancho de banda y, por lo tanto, rechazando la señal de interferencia.
El transformador de acoplamiento de antena también funcionó como un transformador de adaptación de impedancia , que permitió una mejor adaptación de la impedancia de la antena al resto del circuito. Una o ambas bobinas generalmente tenían varias derivaciones que podían seleccionarse con un interruptor, lo que permitía ajustar el número de vueltas de ese transformador y, por tanto, la "relación de vueltas".
Los transformadores de acoplamiento eran difíciles de ajustar, porque los tres ajustes, la sintonización del circuito primario, la sintonización del circuito secundario y el acoplamiento de las bobinas, eran interactivos y el cambio de uno afectaba a los demás. [83]
Detector de cristal
El detector de cristal demodula la señal de radiofrecuencia, extrayendo la modulación (la señal de audio que representa las ondas sonoras) de la onda portadora de radiofrecuencia . En los primeros receptores, un tipo de detector de cristal que se usaba a menudo era un " detector de bigotes de gato ". [42] [86] El punto de contacto entre el cable y el cristal actuó como un diodo semiconductor . El detector de bigotes de gato constituía un diodo Schottky tosco que permitía que la corriente fluyera mejor en una dirección que en la dirección opuesta. [87] [88] Los conjuntos de cristal modernos utilizan diodos semiconductores modernos . [79] El cristal funciona como un detector de envolvente , rectificando la señal de radio de corriente alterna a una corriente continua pulsante , cuyos picos trazan la señal de audio, por lo que se puede convertir en sonido por el auricular, que está conectado al detector. . [22] [ verificación fallida ] [85] [ verificación fallida ] La corriente rectificada del detector tiene pulsos de radiofrecuencia de la frecuencia portadora, que están bloqueados por la alta reactancia inductiva y no pasan bien a través de las bobinas de fecha temprana auriculares. Por lo tanto, a menudo se coloca un pequeño condensador llamado condensador de derivación a través de los terminales de los auriculares; su baja reactancia en radiofrecuencia evita estos pulsos alrededor del auricular a tierra. [89] En algunos conjuntos, el cable de los auriculares tenía suficiente capacitancia como para omitir este componente. [69]
Solo ciertos sitios en la superficie del cristal funcionaban como uniones rectificadoras, y el dispositivo era muy sensible a la presión del contacto cristal-alambre, que podía ser interrumpido por la más mínima vibración. [6] [90] Por lo tanto, antes de cada uso se tuvo que encontrar un punto de contacto utilizable mediante prueba y error. El operador arrastró el cable por la superficie del cristal hasta que se escuchó una estación de radio o sonidos "estáticos" en los auriculares. [91] Alternativamente, algunas radios (circuito, derecha) usaban un zumbador a batería conectado al circuito de entrada para ajustar el detector. [91] La chispa en los contactos eléctricos del zumbador sirvió como una fuente débil de estática, por lo que cuando el detector comenzó a funcionar, el zumbido se pudo escuchar en los auriculares. Luego se apagó el timbre y la radio sintonizó la estación deseada.
Galena (sulfuro de plomo) fue el cristal más utilizado, [78] [90] [92] pero también se utilizaron otros tipos de cristales, siendo los más comunes la pirita de hierro (oro de los tontos, FeS 2 ), silicio , molibdenita (MoS 2 ), carburo de silicio (carborundo, SiC) y una unión cristal a cristal de zincita - bornita (ZnO-Cu 5 FeS 4 ) denominada comercialmente Perikon . [46] [93] También se han improvisado radios de cristal a partir de una variedad de objetos comunes, como hojas de afeitar de acero azul y lápices de mina , [46] [94] agujas oxidadas, [95] y monedas de un centavo [46] . La capa semiconductora de óxido o sulfuro sobre la superficie del metal suele ser la responsable de la acción rectificadora. [46]
En los equipos modernos, se usa un diodo semiconductor para el detector, que es mucho más confiable que un detector de cristal y no requiere ajustes. [46] [79] [96] se utilizan diodos de germanio (o, a veces, diodos Schottky ) en lugar de diodos de silicio, porque su caída de tensión directa más baja (aproximadamente 0,3 V en comparación con 0,6 V [97] ) los hace más sensibles. [79] [98]
Todos los detectores de semiconductores funcionan de manera bastante ineficaz en los receptores de cristal, porque la entrada de bajo voltaje al detector es demasiado baja para dar lugar a una gran diferencia entre la mejor dirección de conducción directa y la conducción inversa más débil. Para mejorar la sensibilidad de algunos de los primeros detectores de cristal, como el carburo de silicio, se aplicó un pequeño voltaje de polarización directa a través del detector mediante una batería y un potenciómetro . [99] [100] [101] La polarización mueve el punto de funcionamiento del diodo más alto en la curva de detección produciendo más voltaje de señal a expensas de menos corriente de señal (impedancia más alta). Hay un límite al beneficio que esto produce, dependiendo de las otras impedancias de la radio. Esta sensibilidad mejorada fue causada por mover el punto de operación de CC a un punto de operación de voltaje-corriente más deseable (impedancia) en la curva IV de la unión . La batería no alimentaba la radio, sino que solo proporcionaba el voltaje de polarización que requería poca energía.
Auriculares
Los requisitos para los auriculares que se utilizan en los equipos de cristal son diferentes de los que se utilizan con los equipos de audio modernos. Deben ser eficientes para convertir la energía de la señal eléctrica en ondas sonoras, mientras que la mayoría de los auriculares modernos sacrifican la eficiencia para obtener una reproducción de sonido de alta fidelidad . [102] En los primeros juegos de construcción casera, los auriculares eran el componente más costoso. [103]
Los primeros auriculares utilizados con los equipos de cristal de la era inalámbrica tenían controladores de hierro móviles que funcionaban de manera similar a los altavoces de bocina de la época. Cada auricular contenía un imán permanente alrededor del cual había una bobina de alambre que formaba un segundo electroimán . Ambos polos magnéticos estaban cerca de un diafragma de acero del altavoz. Cuando la señal de audio de la radio pasó a través de los devanados del electroimán, se hizo que fluyera corriente en la bobina, lo que creó un campo magnético variable que aumentó o disminuyó debido al imán permanente. Esto varió la fuerza de atracción sobre el diafragma, haciéndolo vibrar. Las vibraciones del diafragma empujan y tiran del aire frente a él, creando ondas sonoras. Los auriculares estándar utilizados en el trabajo telefónico tenían una impedancia baja , a menudo 75 Ω, y requerían más corriente de la que podía suministrar una radio de cristal. Por lo tanto, el tipo utilizado con radios de cristal (y otros equipos sensibles) se devanó con más vueltas de cable más fino, lo que le dio una alta impedancia de 2000-8000 Ω. [104] [105] [106]
Los juegos de cristal modernos utilizan auriculares de cristal piezoeléctrico , que son mucho más sensibles y también más pequeños. [102] Consisten en un cristal piezoeléctrico con electrodos adheridos a cada lado, pegados a un diafragma de luz. Cuando la señal de audio del equipo de radio se aplica a los electrodos, hace que el cristal vibre, haciendo vibrar el diafragma. Los audífonos Crystal están diseñados como auriculares que se conectan directamente al canal auditivo del usuario, acoplando el sonido de manera más eficiente al tímpano. Su resistencia es mucho mayor (típicamente megaohmios) por lo que no "cargan" mucho el circuito sintonizado, lo que permite una mayor selectividad del receptor. La mayor resistencia del auricular piezoeléctrico, en paralelo con su capacitancia de alrededor de 9 pF, crea un filtro que permite el paso de bajas frecuencias, pero bloquea las altas frecuencias. [107] En ese caso, no se necesita un condensador de derivación (aunque en la práctica a menudo se usa uno pequeño de alrededor de 0,68 a 1 nF para ayudar a mejorar la calidad), sino que se debe agregar una resistencia de 10-100 kΩ en paralelo con la del auricular. aporte. [108]
Aunque la baja potencia producida por las radios de cristal es típicamente insuficiente para hacer funcionar un altavoz , algunos equipos caseros de la década de 1960 han usado uno, con un transformador de audio para igualar la baja impedancia del altavoz al circuito. [109] De manera similar, los audífonos modernos de baja impedancia (8 Ω) no se pueden usar sin modificar en equipos de cristal porque el receptor no produce suficiente corriente para manejarlos. A veces se usan agregando un transformador de audio para hacer coincidir su impedancia con la impedancia más alta del circuito de antena de conducción.
Úselo como fuente de energía
Una radio de cristal sintonizada con un potente transmisor local se puede utilizar como fuente de alimentación para un segundo receptor amplificado de una estación distante que no se puede escuchar sin amplificación. [110] : 122–123
Existe una larga historia de intentos fallidos y reclamos no verificados para recuperar la potencia en la portadora de la señal recibida. Los juegos de cristal tradicionales utilizan rectificadores de media onda . Como las señales de AM tienen un factor de modulación de solo el 30% por voltaje en los picos [ cita requerida ] , no más del 9% de la potencia de la señal recibida () es información de audio real, y el 91% es solo voltaje de CC rectificado.
Galería
Ver también
- Radio sin pilas
- Camille Papin Tissot
- Lógico
- Demodulador
- Detector (radio)
- Detector electrolítico
- Historia de la radio
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"Im Mai 1901 habe ich einige Versuche im Laboratorium gemacht und dabei gefunden, daß in der Tat ein Fernhörer, der in einen aus Psilomelan und Elementen bestehenden Kreis eingeschaltet war, deutliche und scharfe Laute ganel, wenwangen Kreise zugeführt wurden. Das Ergebnis wurde nachgeprüft, und zwar mit überraschend gutem Erfolg, an den Stationen für drahtlose Telegraphie, an welchen zu dieser Zeit auf den Straßburger Forts von der Königlichen Preußischen Luftschiffer-
(En mayo de 1901, hice algunos experimentos en el laboratorio y descubrí que, de hecho, un auricular, que estaba conectado a un circuito que constaba de psilomelano y baterías, producía sonidos claros y fuertes cuando se introducían oscilaciones rápidas y débiles en el circuito. El resultado se verificó, y de hecho con un éxito sorprendente, en las estaciones de telegrafía inalámbrica, que, en ese momento, eran operadas en los fuertes de Estrasburgo por el Departamento de Aeronaves de Prusia Real bajo la dirección del Capitán von Sigsfeld.)
Braun también afirma que ha estado investigando las propiedades conductoras de los semiconductores desde 1874. Ver: Braun, F. (1874) "Ueber die Stromleitung durch Schwefelmetalle" (Sobre la conducción de corriente a través de sulfuros metálicos), Annalen der Physik und Chemie , 153 (4): 556-563. En estos experimentos, Braun aplicó un bigote de gato a varios cristales semiconductores y observó que la corriente fluía en una sola dirección.
Braun patentó un detector de RF en 1906. Ver: (Ferdinand Braun), "Wellenempfindliche Kontaktstelle" (contacto sensible a RF), Deutsches Reichspatent DE 178.871, (presentado: 18 de febrero de 1906; publicado: 22 de octubre de 1906). Disponible en línea en: Fundación para la comunicación alemana y tecnologías relacionadas - ^ Otros inventores que patentaron detectores de RF de cristal:
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