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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Detector de AM inusual. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Radioaficionado principiante En [1], se publicó una descripción de dos receptores de radio en miniatura. Los receptores tenían la misma parte de radiofrecuencia (RF) y solo diferían en los amplificadores 3H. Los radioaficionados experimentados deben haber notado la ausencia de un detector de diodo convencional en el diseño, y algunos de los que decidieron repetirlo "corregieron el error" y obtuvieron un receptor que funcionaba normalmente. Los menos experimentados simplemente repitieron el diseño y también recibieron receptores que funcionaban bien. Los detectores sin diodos son bien conocidos desde los días de la tecnología de lámparas: estos son detectores de rejilla y ánodo. En el detector de rejilla, el diodo todavía está implícitamente presente: es el espacio entre rejilla y cátodo del tubo de radio. La tensión de audiofrecuencia rectificada por él se aplica a la misma rejilla de la lámpara y es amplificada por ella, por lo que el coeficiente de transmisión del detector de rejilla es superior al del diodo. En el detector de ánodo, el punto de funcionamiento de la lámpara se fijó cerca de la curva inferior de la característica de rejilla de ánodo, en la región con una gran no linealidad. La amplificación de la lámpara en este punto es menor, por lo tanto, y también debido a otras desventajas, los detectores de ánodos rara vez se usaban. Estas soluciones técnicas se transfirieron posteriormente parcialmente a la tecnología de transistores: aparecieron detectores hechos con transistores. Para comprender su trabajo, volvamos a los conceptos básicos de la teoría de la detección. Como todos los básicos, son bastante sencillos. Una introducción a la modulación de amplitud (AM) se puede encontrar en [2]. Un diagrama simplificado de un detector de diodo se muestra en la fig. 1a. La señal AM de la fuente G1 está conectada al diodo VD1. A grandes amplitudes de señal, el detector actúa como un rectificador. La señal AF detectada se asigna a la carga R1. El condensador C1 sirve para suavizar la ondulación del voltaje rectificado. La característica corriente-voltaje (CV) de un diodo con señales grandes generalmente se aproxima mediante la línea discontinua que se muestra en la figura. 1b. La parte inferior del gráfico muestra la forma de onda de voltaje de la señal AM aplicada al diodo, y la forma de onda de la corriente a través del diodo se muestra a la derecha. Se puede ver que el diodo deja pasar solo las semiondas positivas de la señal, y su valor promedio corresponde a las oscilaciones de la frecuencia de audio (3H). Con valores suficientemente grandes de R1C1, el voltaje en la carga corresponde a la envolvente de los pulsos de corriente.
Los detectores de picos son muy efectivos y proporcionan un voltaje de salida casi igual a la amplitud del voltaje de RF de entrada. Lo mismo sucede en los rectificadores: los radioaficionados lo saben. Por lo tanto, fueron los detectores de AM de pico los que se utilizaron principalmente en radios de tubo y, posteriormente, se "transfirieron" a la tecnología de transistores. Debido a la proporcionalidad directa del voltaje de salida a la amplitud de la entrada, a menudo se los llamó detectores "lineales". Como resultado, los detectores cuadráticos se han olvidado durante mucho tiempo, dejándolos para los receptores de detectores más simples. Al mismo tiempo, los detectores de picos también tienen un serio inconveniente: funcionan bien solo con amplitudes de señal de RF altas. Los diodos semiconductores se caracterizan por la presencia de un cierto voltaje de "umbral", por debajo del cual fluye una corriente muy pequeña a través del diodo, por lo tanto, el diodo en sí permanece prácticamente cerrado. Su valor está determinado por las propiedades del material semiconductor y es de aproximadamente 0,15 V para el germanio, aproximadamente 0,5 V para el silicio y algo menos para los diodos Schottky (unión metal-semiconductor). Está bastante claro que si el voltaje de entrada del detector es menor que el umbral, el diodo permanecerá cerrado y el receptor con dicho detector no podrá recibir señales de radio débiles. Por esta razón, intentan usar solo diodos de germanio en los detectores. En algunos diseños, el problema se resuelve aplicando un voltaje de polarización inicial al diodo, pero en este caso el circuito se vuelve más complicado y tiene sus propios problemas, por lo que esta solución rara vez se usa. La situación cambia si el CVC ya no se puede representar con una línea discontinua (Fig. 1c). Esta es una curva suave de la corriente del diodo i versus el voltaje del diodo u. Como cualquier función matemática, puede expandirse en una serie y limitarse a solo dos términos, ya que la contribución de los términos más altos de la serie a voltajes bajos a través del diodo es insignificante. La curvatura de la característica (el segundo término de la expansión de la serie) es esencial para la detección. Es gracias a ella que se produce la detección. Esto se ve claramente en los oscilogramas de la Fig. 1 en. El análisis matemático muestra que la señal detectada es proporcional a la curvatura de la característica y al cuadrado de la amplitud de la señal de entrada. De ahí viene el nombre de "detector cuadrado". A amplitudes de señal suficientemente pequeñas, cualquier detector se vuelve cuadrático y su producto útil, constante sin modulación ni cambio con las frecuencias de audio, la corriente en la carga disminuye rápidamente en proporción al cuadrado de la amplitud de la señal. El detector cuadrático introduce alguna distorsión. Se puede calcular que el coeficiente de distorsión no lineal es m/4. Es significativo sólo en los picos de modulación, alcanzando el 25% en m = 1, y con un coeficiente de modulación medio m = 0,3 es del orden del 2,3%. Las distorsiones consisten en el enriquecimiento de las vibraciones sonoras por el segundo armónico y son apenas perceptibles por el oído. Históricamente, el detector cuadrático fue la base de los primeros receptores de radio detectores. Los radioaficionados modernos probablemente tuvieron que leer sobre entusiastas que pasaban horas buscando un "punto sensible" con una aguja en un cristal casero. Posteriormente, comenzó la producción industrial de diodos semiconductores, lo que permitió crear detectores de funcionamiento estable. Tenga en cuenta que los diodos semiconductores comenzaron a producirse mucho antes de la llegada de los transistores: se descubrió un transistor bipolar en 1948 durante los estudios de laboratorio de un diodo semiconductor. Al analizar un detector cuadrático, es fácil notar su principal inconveniente: baja eficiencia de conversión, ya que la amplitud de la señal de salida es mucho menor que la amplitud de la entrada. Un detector cuadrático, cuyo esquema se muestra en la fig. 2a puede funcionar de manera confiable con una señal en un rango de niveles bastante significativo. Arriba, descubrimos que el detector necesita un elemento con una gran curvatura del CVC. Y la unión base-emisor del transistor tiene esa característica, porque en su núcleo es un diodo ordinario. Pero el transistor no solo detecta la señal, sino que también la amplifica. Por lo tanto, de acuerdo con la terminología adoptada en ingeniería de radio, el dispositivo puede denominarse detector cuadrático activo. Con un número mínimo de piezas, combina las ventajas de los detectores cuadráticos y lineales. Algunas palabras sobre la elección del modo. Como se sabe, la sección inicial de la característica de entrada del transistor, cerca del punto "umbral", tiene la mayor no linealidad, como se muestra en la Fig. 2b, por lo tanto, la corriente de polarización inicial de la transición base-emisor del transistor debe ser mucho menor que en las etapas amplificadoras convencionales. Al mismo tiempo, no debe dejarse llevar, ajustando la corriente casi en el "umbral", ya que en el modo de microcorriente, la estabilidad de funcionamiento y la ganancia de los transistores se reducen.
Dado que han pasado varios años desde la publicación de [1], para no aburrir a los lectores con la búsqueda de descripciones, presentamos un diagrama del conjunto del receptor de RF (Fig. 3). Como se puede ver en la figura, esta es la parte de entrada más común de un receptor de amplificación directa con una antena magnética WA1, cuya bobina, junto con KPI C1, forma el único circuito sintonizado a la frecuencia de la señal recibida. . La primera etapa del transistor de efecto de campo VT1 sirve como amplificador de RF. La segunda etapa, montada sobre un transistor bipolar VT2, es de tipo detector. Una señal de frecuencia de audio ya se eliminó de su salida, y las corrientes de radiofrecuencia están cerradas a un cable común por el condensador C3.
En conclusión, solo queda responder la pregunta implícita en el título del artículo: ¿qué tiene de inusual este detector? Según el autor, lo más inusual es que durante mucho tiempo el detector pasó desapercibido. Esto es bastante sorprendente, ya que todas las etapas del amplificador de transistores "en combinación" son detectores de este tipo, que tienen cierta no linealidad. También es posible descubrir el efecto de detección puramente por casualidad, por ejemplo, escuchando una transmisión de radio desde una estación potente al amplificador de reproducción de una grabadora. Sin embargo, el estereotipo psicológico habitual funcionó: no darse cuenta de lo que no puede ser. Literatura
Autor: D.Turchinsky, Moscú
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