Детектор утечек из сетки
Пример однолампового триодного приемника с сеткой утечки 1920 года, первый тип усилительного радиоприемника. На левом рисунке обозначены резистор и конденсатор сеткой утечки.
Блок резистора утечки сетки и конденсатора 1926 года. Картриджный резистор 2 МОм является сменным, поэтому пользователь может попробовать разные значения. Параллельный конденсатор встроен в держатель.

Детектор утечки сетки — это электронная схема, которая демодулирует амплитудно-модулированный переменный ток и усиливает восстановленное модулирующее напряжение. Схема использует нелинейный катод для управления характеристикой проводимости сетки и коэффициентом усиления электронной лампы. [1] [2] Изобретенный Ли Де Форестом около 1912 года, он использовался в качестве детектора (демодулятора) в первых радиоприемниках на электронных лампах до 1930-х годов.

История

На принципиальной схеме изображены шесть вакуумных трубок.
Приемник TRF с использованием детектора утечек сетки (V1)

Ранние применения триодных ламп ( аудионов ) в качестве детекторов обычно не включали резистор в сеточном контуре. [3] [4] [5] Первое использование сопротивления в сеточном контуре детекторной схемы вакуумной лампы, возможно, было сделано Сьюэллом Каботом в 1906 году. Кабот писал, что он сделал карандашную отметку для разряда конденсатора сетки, после того как обнаружил, что прикосновение к клемме сетки трубки заставит детектор возобновить работу после остановки. [6] Эдвин Х. Армстронг в 1915 году описывает использование «сопротивления в несколько сотен тысяч Ом, размещенного на конденсаторе сетки» с целью разряда конденсатора сетки. [7] Расцвет детекторов утечки сетки пришелся на 1920-е годы, когда работающие от батареи радиоприемники с несколькими циферблатами, настроенные на радиочастоты, использующие триоды с низким коэффициентом усиления и катодами прямого накала, были современной технологией. Модели Zenith 11, 12 и 14 являются примерами таких радиоприемников. [8] После того, как в 1927 году для новых конструкций стали доступны трубки с экранной сеткой, большинство производителей перешли на пластинчатые детекторы , [9] [2] а позднее на диодные детекторы . Детектор утечки на сетке был популярен в течение многих лет среди радиолюбителей и слушателей коротких волн, которые конструировали свои собственные приемники.

Функциональный обзор

Сцена выполняет две функции:

  • Детектирование: Управляющая сетка и катод работают как диод. При малых амплитудах радиочастотного сигнала (несущей) квадратичное детектирование происходит из-за нелинейной кривизны характеристики тока сетки по сравнению с напряжением сетки. [10] [11] Переходы детектирования при больших амплитудах несущей к линейному поведению детектирования из-за односторонней проводимости от катода к сетке. [12] [13] [14]
  • Усиление: переменное напряжение постоянного тока (dc) сетки управляет током пластины. Напряжение восстановленного модулирующего сигнала увеличивается в цепи пластины, в результате чего детектор утечки сетки выдает более высокий выходной звуковой частоты, чем диодный детектор, при малых уровнях входного сигнала. [15] Ток пластины включает в себя радиочастотную составляющую принятого сигнала, которая используется в конструкциях регенеративных приемников.

Операция

Управляющая сетка и катод работают как диод, в то время как напряжение управляющей сетки оказывает свое обычное влияние на поток электронов от катода к пластине.

В схеме конденсатор ( сетчатый конденсатор ) связывает радиочастотный сигнал (носитель) с управляющей сеткой электронной лампы. [16] Конденсатор также способствует образованию постоянного напряжения на сетке. Сопротивление конденсатора мало на несущей частоте и велико на модулирующих частотах. [17]

Резистор ( сетка утечки ) подключается либо параллельно конденсатору, либо от сетки к катоду. Резистор позволяет постоянному заряду «вытекать» из конденсатора [18] и используется для настройки смещения сетки. [19]

При малых уровнях сигнала несущей, обычно не более 0,1 вольта, [20] пространство сетки к катоду проявляет нелинейное сопротивление. Ток сетки возникает в течение 360 градусов цикла несущей частоты. [21] Ток сетки увеличивается больше во время положительных отклонений напряжения несущей, чем уменьшается во время отрицательных отклонений, из-за параболической кривой тока сетки по сравнению с напряжением сетки в этой области. [22] Этот асимметричный ток сетки создает постоянное напряжение сетки, которое включает частоты модуляции. [23] [24] [25] В этой области работы демодулированный сигнал создается последовательно с динамическим сопротивлением сетки , которое обычно находится в диапазоне от 50 000 до 250 000 Ом. [26] [27] и конденсатор сетки вместе с емкостью сетки образуют фильтр нижних частот, который определяет полосу пропускания звуковых частот в сетке. [26] [27] Р г {\displaystyle Рг} Р г {\displaystyle Рг}

При уровнях сигнала несущей, достаточно больших, чтобы прекратить проводимость от катода к сетке во время отрицательных отклонений несущей, действие обнаружения является действием линейного диодного детектора. [28] Обнаружение утечки сетки, оптимизированное для работы в этой области, известно как обнаружение мощности сетки или обнаружение мощности утечки сетки . [29] [30] Ток сетки возникает только на положительных пиках цикла несущей частоты. Конденсатор связи будет приобретать постоянный заряд из-за выпрямляющего действия пути катод-сетка. [31] [32] Конденсатор разряжается через резистор (таким образом, происходит утечка сетки ) в то время, когда напряжение несущей уменьшается. [33] [34] Постоянное напряжение сетки будет меняться в зависимости от огибающей модуляции амплитудно-модулированного сигнала. [35]

Ток пластины проходит через сопротивление нагрузки, выбранное для получения желаемого усиления в сочетании с характеристиками трубки. В нерегенеративных приемниках конденсатор с низким сопротивлением на несущей частоте подключается от пластины к катоду, чтобы предотвратить усиление несущей частоты. [36]

Дизайн

Емкость конденсатора сетки выбирается примерно в десять раз больше входной емкости сетки [37] и обычно составляет от 100 до 300 пикофарад (пФ), с меньшим значением для экранной сетки и пентодных ламп. [2] [26]

Сопротивление и электрическое соединение утечки сетки вместе с током сетки определяют смещение сетки . [19] Для работы детектора с максимальной чувствительностью смещение помещается вблизи точки на кривой зависимости тока сетки от напряжения сетки, где возникает максимальный эффект выпрямления, что является точкой максимальной скорости изменения наклона кривой. [38] [24] [39] Если от утечки сетки до косвенно нагретого катода или до отрицательного конца катода с прямым нагревом предусмотрен путь постоянного тока, то относительно катода создается смещение сетки с отрицательной начальной скоростью , определяемое произведением сопротивления утечки сетки и тока сетки. [40] [41] Для некоторых трубок с прямым нагревом катода оптимальное смещение сетки находится при положительном напряжении относительно отрицательного конца катода. Для этих трубок предусмотрен путь постоянного тока от утечки сетки до положительной стороны катода или положительной стороны батареи «A»; обеспечивая положительное фиксированное напряжение смещения на сетке, определяемое постоянным током сетки и сопротивлением утечки сетки. [42] [24] [43]

По мере увеличения сопротивления утечки сетки сопротивление сетки увеличивается, а полоса пропускания звуковых частот в сетке уменьшается при заданной емкости конденсатора сетки. [26] [27] Р г {\displaystyle Рг}

Для триодных ламп постоянное напряжение на аноде выбирается для работы лампы при том же токе анода, который обычно используется в работе усилителя, и обычно составляет менее 100 вольт. [44] [45] Для пентодных и тетродных ламп напряжение экранной сетки выбирается или регулируется для обеспечения желаемого тока анода и усиления с выбранным сопротивлением нагрузки анода. [46]

Для обнаружения мощности утечки сетки постоянная времени утечки сетки и конденсатора должна быть короче периода самой высокой звуковой частоты, которая должна быть воспроизведена. [47] [48] Утечка сетки около 250 000 - 500 000 Ом подходит с конденсатором 100 пФ. [30] [47] Сопротивление утечки сетки для обнаружения мощности утечки сетки может быть определено из соотношения, где - самая высокая звуковая частота, которая должна быть воспроизведена, а - емкость конденсатора сетки. [49] Преимущество имеет лампа, требующая сравнительно большого напряжения сетки для отсечки анодного тока (обычно триод с низким коэффициентом усиления). [29] Пиковое 100-процентное модулированное напряжение входного сигнала, которое детектор утечки сетки может демодулировать без избыточных искажений, составляет около половины прогнозируемого напряжения смещения отсечки , [50] что соответствует пиковому немодулированному напряжению несущей, составляющему около одной четверти прогнозируемого смещения отсечки. [51] [29] Для обнаружения электросети с помощью катодной трубки с прямым нагревом резистор утечки сетки подключается между сеткой и отрицательным концом нити накала, либо напрямую, либо через ВЧ-трансформатор. Р = 1 / 6.28 С Ф {\displaystyle R=1/6.28CF} Ф {\displaystyle F} С {\displaystyle С} ( Э а / μ ) {\displaystyle (E_{\mathrm {a} }/\mu)}

Влияние типа трубки

Тетродные и пентодные лампы обеспечивают значительно более высокое входное сопротивление сетки, чем триоды, что приводит к меньшей нагрузке на схему, подающую сигнал на детектор. [52] Тетродные и пентодные лампы также обеспечивают значительно более высокую выходную амплитуду звуковой частоты при малых уровнях входного сигнала несущей (около одного вольта или меньше) в приложениях детектора утечек сетки, чем триоды. [53] [54]

Преимущества

  • Детектор утечки на сетке потенциально обеспечивает большую экономию, чем использование отдельных диодов и усилительных ламп.
  • При малых уровнях входного сигнала схема выдает более высокую выходную амплитуду, чем простой диодный детектор.

Недостатки

Одним из потенциальных недостатков детектора утечки сетки, в первую очередь в нерегенеративных схемах, является нагрузка, которую он может представлять для предыдущей схемы. [36] Входное сопротивление радиочастоты детектора утечки сетки определяется входным сопротивлением сетки трубки, которое может быть порядка 6000 Ом или меньше для триодов, в зависимости от характеристик трубки и частоты сигнала. Другие недостатки заключаются в том, что он может производить больше искажений и менее пригоден для входных напряжений сигнала более одного или двух вольт, чем пластинчатый или диодный детектор. [55] [56]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Cruft Electronics Staff, Электронные схемы и трубки, Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1947, стр. 705
  2. ^ abc HA Robinson, «Рабочие характеристики детекторов на вакуумных трубках», часть I, QST , т. XIV, № 8, стр. 23, август 1930 г.
  3. ^ CDR SS Robison, Руководство по беспроводной телеграфии для использования военно-морскими электриками, Аннаполис, Мэриленд: Военно-морской институт США, 1911, стр. 125, 132
  4. ^ Дж. Скотт-Таггарт, Термоэлектронные трубки в радиотелеграфии и телефонии, Лондон, Великобритания: The Wireless Press LTD, 1921, стр. 118
  5. ^ Стоун, Дж. С., Кэбот, С., Космическая телеграфия, патент США 884,110, апрель 1908 г.
  6. ^ S. Cabot, «Обнаружение — сетка или пластина», QST , т. XI, № 3, стр. 30, март 1927 г.
  7. ↑ EH Armstrong, «Некоторые последние разработки в области аудионного приемника», Труды Института радиоинженеров , т. 3, № 3, стр. 215-247, сентябрь 1915 г.
  8. ^ Схемы моделей Zenith 11, 12 и 14. Три модели Zenith с утечкой сетки на батарейном питании 1920-х годов.
  9. ^ EP Wenaas, Radiola: the Golden Age of RCA, 1919 - 1929, Чандлер, Аризона: Sonoran Publishing LLC, 2007, стр. 336 - 339
  10. ↑ FE Terman, «Обнаружение утечки в сетке конденсатора», Радиопередача, март 1929 г., стр. 303
  11. ^ Cruft Electronics Staff, стр. 705
  12. ^ Ланди, Дэвис, Альбрехт, Справочник разработчика электронных устройств, Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1957, стр. 7-107, 7-108
  13. ↑ KR Sturley, Проектирование радиоприемника (часть I), Нью-Йорк: John Wiley and Sons, 1947, стр. 377.
  14. ^ Cruft Electronics Staff, стр. 706
  15. ↑ Справочник радиолюбителя (55-е изд.). Американская лига радиорелейной связи. 1978. С. 241.
  16. ^ JH Reyner, «Выпрямление сетки. Критический анализ метода», Experimental Wireless , т. 1, № 9, стр. 512-520, июнь 1924 г.
  17. ^ WL Everitt, Коммуникационная инженерия, 2-е изд. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1937, стр. 418
  18. ^ Дж. Скотт-Таггарт, стр. 119
  19. ^ ab J. Scott-Taggart, стр. 125
  20. ^ А.А. Гирарди, Курс радиофизики, 2-е изд. Нью-Йорк: Книги Райнхарта, 1932, стр. 497
  21. ^ FE Terman, Радиотехника, 1-е изд., Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1932, стр. 292-293
  22. ↑ Корпус связи армии США, Принципы, лежащие в основе радиосвязи, 2-е изд. Вашингтон, округ Колумбия: USGPO, 1922, стр. 478
  23. ^ Ланди и др., стр. 7–103–7–108.
  24. ^ abc LP Smith, «Действие детектора в высоковакуумных трубках», QST , т. X, № 12, стр. 14-17, декабрь 1926 г.
  25. ^ Cruft Electronics Staff, стр. 693 - 703
  26. ^ abcd FE Terman, "Некоторые принципы обнаружения утечки в сетке-конденсаторе", Труды Института радиоинженеров, т. 16, № 10, октябрь 1928 г., стр. 1384-1397
  27. ^ abc WL Everitt, стр. 419-420
  28. ^ Cruft Electronics Staff, стр. 675
  29. ^ abc EE Zepler, Методика проектирования радио, Нью-Йорк: John Wiley and Sons, 1943, стр. 104
  30. ^ ab AA Ghirardi, стр. 499
  31. ^ FE Terman, NR Morgan, «Некоторые свойства обнаружения утечки энергии в сети», Труды IRE, декабрь 1930 г., стр. 2160–2175
  32. ^ WL Everitt, стр. 421
  33. ↑ Корпус связи армии США, стр. 476
  34. ^ Cruft Electronics Staff, стр. 679
  35. ^ Cruft Electronics Staff, стр. 681
  36. ^ ab KR Sturley, стр. 379-380
  37. ^ Ф. Э. Терман, 1932, стр. 299
  38. ^ А. Хунд, Явления в высокочастотных системах, Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1936, стр. 169
  39. ^ Дж. Х. Моркрофт, Принципы радиосвязи, Нью-Йорк: John Wiley & Sons, Inc., 1921, стр. 455
  40. ^ Джаколетто, Лоуренс Джозеф (1977). Справочник проектировщика электроники . Нью-Йорк: McGraw-Hill . С. 9–27.
  41. ^ Томер, Роберт Б. (1960). Как извлечь максимум из электронных ламп. Индианаполис: Howard W. Sams & Co., Inc. / The Bobbs-Merrill Company, Inc. стр. 28.
  42. ^ RCA, Руководство по радиотронам RCA, Техническая серия R-10, Радиокорпорация Америки, стр. 22
  43. ↑ Корпус связи армии США, стр. 477
  44. ^ RCA, Руководство RCA Radiotron, Техническая серия R-10, Radio Corporation of America, стр. 22-23, 25, 33
  45. ^ RCA Radiotron Division, Новые цельнометаллические радиолампы, RCA Manufacturing Co., Inc., 1935, стр. 6-7
  46. ↑ HA Robinson, «Рабочие характеристики детекторов на вакуумных трубках», часть II, QST , т. XIV, № 9, стр. 44, сентябрь 1930 г.
  47. ^ ab EE Zepler, стр. 260-261
  48. ^ Дж. Х. Моркрофт, стр. 454
  49. ^ KR Sturley, стр. 371-372
  50. ^ KR Sturley, стр. 23
  51. ^ SW Amos, «Механизм обнаружения утечки в сетке», Часть II, Электронная инженерия, сентябрь 1944 г., стр. 158
  52. ^ KR Sturley, стр. 381
  53. ^ HA Robinson, Часть II, стр. 45
  54. ^ AE Rydberg, JW Doty, «Превосходство детекторов с экранной сеткой», QST , т. XIV, № 4, стр. 43, апрель 1930 г.
  55. ^ EE Zepler, стр. 103
  56. ^ HA Robinson, Часть I, стр. 25

Дальнейшее чтение

  • Ратленд, Дэвид (сентябрь 1994 г.), За передней панелью: проектирование и разработка радиоприемников 1920-х годов , Wren, ISBN 978-1885391001
  • Схема супергетеродинного кафедрального радиоприемника Philco модели 84, выпущенного в 1933 году и использующего регенеративный детектор. ( Примечание: конденсатор для управляющей сетки детектора представляет собой обмотку «катушки щекотания» на трансформаторе ПЧ.)
  • "Radio Design Worksheet: No 39 — Detectors" (PDF) . Радио . 29 (8): 51–52. Август 1945.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Grid-leak_detector&oldid=1155398034"