Un detector de fugas de red es un circuito electrónico que demodula una corriente alterna de amplitud modulada y amplifica el voltaje de modulación recuperado. El circuito utiliza el cátodo no lineal para controlar la característica de conducción de la rejilla y el factor de amplificación de un tubo de vacío. [1] [2] Inventado por Lee De Forest alrededor de 1912, se utilizó como detector (demodulador) en los primeros receptores de radio de tubo de vacío hasta la década de 1930.
Historia
Las primeras aplicaciones de los tubos de triodo ( Audions ) como detectores generalmente no incluían una resistencia en el circuito de la red. [3] [4] El primer uso de una resistencia para descargar el condensador de rejilla en un circuito detector de tubo de vacío pudo haber sido realizado por Sewall Cabot en 1906. Cabot escribió que hizo una marca con lápiz para descargar el condensador de rejilla, después de encontrar que tocar el El terminal de rejilla del tubo haría que el detector reanudara su funcionamiento después de haberse detenido. [5] Edwin H. Armstrong, en 1915, describe el uso de "una resistencia de varios cientos de miles de ohmios colocada a través del condensador de rejilla" con el propósito de descargar el condensador de rejilla. [6] El apogeo de los detectores de fugas en la red fue la década de 1920, cuando los receptores de radiofrecuencia sintonizados con dial múltiple que funcionaban con baterías y que utilizaban triodos de bajo factor de amplificación con cátodos calentados directamente eran la tecnología contemporánea. Los modelos Zenith 11, 12 y 14 son ejemplos de este tipo de radios. [7] Cuando los tubos de rejilla de pantalla estuvieron disponibles para nuevos diseños en 1927, la mayoría de los fabricantes cambiaron a detectores de placa , [8] [2] y más tarde a detectores de diodo . El detector de fugas de red ha sido popular durante muchos años entre los radioaficionados y los oyentes de onda corta que construyen sus propios receptores.
Resumen funcional
El escenario realiza dos funciones:
- Detección: la rejilla de control y el cátodo funcionan como un diodo. A pequeñas amplitudes de señal de radiofrecuencia (portadora), la detección de ley cuadrática tiene lugar debido a la curvatura no lineal de la característica de corriente de red frente a voltaje de red. [9] La detección cambia a mayores amplitudes de portadora a un comportamiento de detección de gran señal debido a la conducción unilateral desde el cátodo a la rejilla. [10] [11]
- Amplificación: El voltaje de corriente continua variable (CC) de la rejilla actúa para controlar la corriente de la placa. El voltaje de la señal moduladora recuperada aumenta en el circuito de la placa, lo que da como resultado que el detector de fugas de red produzca una mayor salida de frecuencia de audio que un detector de diodo, a niveles de señal de entrada pequeños. [12] La corriente de placa incluye el componente de radiofrecuencia de la señal recibida, que se utiliza en los diseños de receptores regenerativos .
Operación
La rejilla de control y el cátodo funcionan como un diodo mientras que al mismo tiempo la tensión de la rejilla de control ejerce su influencia habitual en la corriente de electrones desde el cátodo a la placa.
En el circuito, un condensador (el condensador de rejilla ) acopla una señal de radiofrecuencia (la portadora) a la rejilla de control de un tubo de electrones. [13] El condensador también facilita el desarrollo de voltaje de CC en la red. La impedancia del condensador es pequeña en la frecuencia portadora y alta en las frecuencias de modulación. [14]
Una resistencia (la fuga de la red ) se conecta en paralelo con el condensador o desde la red al cátodo. La resistencia permite que la carga de CC se "escape" del condensador [15] y se utiliza para configurar la polarización de la red. [dieciséis]
A niveles de señal de portadora pequeños, típicamente no más de 0.1 voltios, [17] la rejilla al espacio del cátodo exhibe una resistencia no lineal. La corriente de la red se produce durante 360 grados del ciclo de la frecuencia portadora. [18] La corriente de la red aumenta más durante las excursiones positivas de la tensión portadora de lo que disminuye durante las excursiones negativas, debido a la curva parabólica de la corriente de la red frente a la tensión de la red en esta región. [19] Esta corriente de red asimétrica desarrolla una tensión de red de CC que incluye las frecuencias de modulación. [20] [21] [22] En esta región de operación, la señal demodulada se desarrolla en serie con la resistencia dinámica de la red., que normalmente está en el rango de 50.000 a 250.000 ohmios. [23] [24] y el condensador de rejilla junto con la capacitancia de rejilla forman un filtro de paso bajo que determina el ancho de banda de la frecuencia de audio en la rejilla. [23] [24]
A niveles de señal portadora lo suficientemente grandes como para hacer que la conducción desde el cátodo a la rejilla cese durante las excursiones negativas de la portadora, la acción de detección es la de un detector de diodo lineal. [25] [26] La detección de fugas de red optimizada para el funcionamiento en esta región se conoce como detección de red eléctrica o detección de fuga de red eléctrica . [27] [28] La corriente de la red se produce solo en los picos positivos del ciclo de frecuencia de la portadora. El condensador de acoplamiento adquirirá una carga de CC debido a la acción rectificadora del cátodo a la ruta de la red. [29] El condensador se descarga a través de la resistencia (por lo tanto, la fuga de la red ) durante el tiempo en que la tensión de la portadora disminuye. [30] [31] El voltaje de la red de CC variará con la envolvente de modulación de una señal modulada en amplitud. [32]
La corriente de la placa pasa a través de una impedancia de carga elegida para producir la amplificación deseada junto con las características del tubo. En los receptores no regenerativos, se conecta un condensador de baja impedancia a la frecuencia portadora desde la placa al cátodo para evitar la amplificación de la frecuencia portadora. [33]
Diseño
La capacitancia del condensador de rejilla se elige para que sea alrededor de diez veces la capacitancia de entrada de la rejilla [34] y es típicamente de 100 a 300 picofaradios (pF), con el valor más pequeño para la rejilla de pantalla y los tubos pentodo. [2] [23]
La resistencia y la conexión eléctrica de la fuga de la red junto con la corriente de la red determinan la polarización de la red . [35] Para el funcionamiento del detector a máxima sensibilidad, la polarización se coloca cerca del punto en la curva de corriente de red versus voltaje de red donde ocurre el efecto de rectificación máximo, que es el punto de la tasa máxima de cambio de pendiente de la curva. [36] [21] [37] Si se proporciona una ruta de CC desde la fuga de la rejilla a un cátodo calentado indirectamente o al extremo negativo de un cátodo calentado directamente, se produce una desviación de la rejilla de velocidad inicial negativa en relación con el cátodo determinado por el producto de la resistencia a las fugas de la red y la corriente de la red. [38] [39] Para ciertos tubos de cátodo calentados directamente, la polarización de rejilla óptima es a un voltaje positivo en relación con el extremo negativo del cátodo. Para estos tubos, se proporciona una ruta de CC desde la fuga de la rejilla hasta el lado positivo del cátodo o el lado positivo de la batería "A"; proporcionando una tensión de polarización fija positiva en la red determinada por la corriente continua de la red y la resistencia de la fuga de la red. [40] [21] [41]
A medida que aumenta la resistencia de la fuga de la red, la resistencia de la red aumenta y el ancho de banda de la frecuencia de audio en la red disminuye, para una capacitancia de condensador de red dada. [23] [24]
Para los tubos de triodo, el voltaje de CC en la placa se elige para el funcionamiento del tubo a la misma corriente de placa que se usa habitualmente en el funcionamiento del amplificador y es típicamente inferior a 100 voltios. [42] [43] Para tubos de pentodo y tetrodo, el voltaje de la rejilla de la pantalla se elige o se hace ajustable para permitir la corriente de placa deseada y la amplificación con la impedancia de carga de placa elegida. [44]
Para la detección de potencia de fuga de la red, la constante de tiempo de la fuga de la red y el condensador debe ser más corta que el período de la frecuencia de audio más alta que se va a reproducir. [45] [46] Una fuga de red de alrededor de 250.000 a 500.000 ohmios es adecuada con un condensador de 100 pF. [28] [45] La resistencia a las fugas de la red para la detección de la potencia de fuga de la red se puede determinar mediante dónde es la frecuencia de audio más alta que se reproducirá y es la capacitancia del condensador de la red. [47] Es ventajoso un tubo que requiera un voltaje de rejilla comparativamente grande para el corte de corriente de la placa (generalmente un triodo de factor de amplificación bajo). [27] El voltaje máximo de la señal de entrada modulada al 100 por ciento que el detector de fugas de la red puede demodular sin un exceso de distorsión es aproximadamente la mitad del voltaje de polarización de corte proyectado, [48] correspondiente a un voltaje de portador no modulado pico de aproximadamente un cuarto de la polarización de corte proyectada. [49] [27] Para la detección de la red eléctrica utilizando un tubo catódico calentado directamente, la resistencia de fuga de la red se conecta entre la red y el extremo negativo del filamento, ya sea directamente oa través del transformador de RF.
Efecto del tipo de tubo
Los tubos de tetrodo y pentodo proporcionan una impedancia de entrada de rejilla significativamente mayor que los triodos, lo que resulta en una menor carga del circuito que proporciona la señal al detector. [50] Los tubos de tetrodo y pentodo también producen una amplitud de salida de frecuencia de audio significativamente mayor a niveles de señal de entrada de portadora pequeña (alrededor de un voltio o menos) en aplicaciones de detección de fugas de red que los triodos. [51] [52]
Ventajas
- El detector de fugas de red ofrece potencialmente una mayor economía que el uso de tubos amplificadores y de diodo separados.
- A niveles de señal de entrada pequeños, el circuito produce una amplitud de salida más alta que un detector de diodo simple.
Desventajas
Una posible desventaja del detector de fugas de red, principalmente en circuitos no regenerativos, es la carga que puede presentar al circuito anterior. [33] La impedancia de entrada de radiofrecuencia del detector de fugas de rejilla está dominada por la impedancia de entrada de rejilla del tubo, que puede ser del orden de 6000 ohmios o menos para triodos, según las características del tubo y la frecuencia de la señal. Otras desventajas son que puede producir más distorsión y es menos adecuado para voltajes de señal de entrada de más de uno o dos voltios que el detector de placa o el detector de diodo. [53] [54]
Ver también
- Receptor de radiofrecuencia sintonizado
- Receptor de radio regenerativo
- Radio
Referencias
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Otras lecturas
- Rutland, David (septiembre de 1994), Behind the Front Panel: The Design & Development of 1920's Radios , Wren, ISBN 978-1885391001
- Esquema de Philco modelo 84 Una radio catedral superheterodina de 1933 que utiliza un detector regenerativo. ( Nota: El condensador de la rejilla de control del detector es el devanado de la "bobina tickler" del transformador de FI).
- "Hoja de trabajo de diseño de radio: No 39 - Detectores" (PDF) . Radio . 29 (8): 51–52. Agosto de 1945.