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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Detector AM incomum. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Radioamador iniciante Em [1], foi publicada uma descrição de dois receptores de rádio em miniatura. Os receptores possuíam a mesma parte de radiofrequência (RF) e diferiam apenas nos amplificadores 3H. Radioamadores experientes provavelmente notaram a ausência de um detector de diodo convencional no projeto, e alguns dos que decidiram repeti-lo “corrigiram o erro” e receberam um receptor funcionando normalmente. Os menos experientes simplesmente repetiram o projeto e também obtiveram receptores que funcionavam bem. Os detectores sem diodos são bem conhecidos desde os tempos da tecnologia das lâmpadas - são detectores de grade e anódicos. Em um detector de grade, um diodo ainda está implicitamente presente - ele serve como espaço entre a grade e o cátodo do tubo de rádio. A tensão de audiofrequência retificada por ele é aplicada à mesma grade da lâmpada e por ela amplificada, portanto o coeficiente de transmissão do detector de grade é maior que o do diodo. No detector anódico, o ponto de operação da lâmpada foi ajustado próximo à curva inferior da característica da grade anódica, em uma área com alta não linearidade. O ganho da lâmpada neste ponto é menor, portanto, e também devido a outras desvantagens, os detectores de ânodo raramente eram usados. Essas soluções técnicas foram posteriormente parcialmente transferidas para a tecnologia de transistores - surgiram detectores feitos em transistores. Para entender seu trabalho, vamos nos voltar aos fundamentos da teoria da detecção. Como todos os princípios básicos, eles são bastante simples. Uma introdução à modulação de amplitude (AM) pode ser encontrada em [2]. Um diagrama simplificado de um detector de diodo é mostrado na Fig. 1, a. O sinal AM da fonte G1 está conectado ao diodo VD1. Em grandes amplitudes de sinal, o detector atua como um retificador. O sinal AF detectado é alocado para a carga R1. O capacitor C1 serve para suavizar as ondulações da tensão retificada. A característica corrente-tensão (CVC) de um diodo para sinais grandes é geralmente aproximada por uma linha tracejada mostrada na Fig. 1, b. Na parte inferior do gráfico está uma forma de onda de tensão do sinal AM aplicado ao diodo, e à direita está uma forma de onda da corrente através do diodo. Pode-se observar que o diodo transmite apenas meias ondas positivas do sinal, e seu valor médio corresponde às vibrações da frequência de áudio (3H). Em valores suficientemente grandes de R1C1, a tensão na carga corresponde ao envelope dos pulsos de corrente.
Os detectores de pico são muito eficientes, fornecendo uma tensão de saída quase igual à amplitude da tensão de entrada de RF. A mesma coisa acontece com os retificadores - os rádios amadores sabem disso. Portanto, foram os detectores de pico AM que foram usados principalmente em rádios valvulados, e mais tarde eles “fizeram a transição” para a tecnologia de transistor. Devido à proporcionalidade direta da tensão de saída com a amplitude da tensão de entrada, eles eram frequentemente chamados de detectores “lineares”. Como resultado, os detectores quadráticos foram esquecidos por muito tempo e felizmente, deixando-os para os receptores detectores mais simples. No entanto, os detectores de pico também apresentam uma séria desvantagem: eles funcionam bem apenas em grandes amplitudes de sinal de RF. Os diodos semicondutores são caracterizados pela presença de um certo “limiar” de tensão, abaixo do qual muito pouca corrente flui através do diodo, portanto, o próprio diodo permanece praticamente fechado. Seu valor é determinado pelas propriedades do material semicondutor e é de cerca de 0,15 V para germânio, cerca de 0,5 V para silício e um pouco menos para diodos Schottky (junção metal-semicondutor). É bastante claro que se a tensão de entrada do detector for menor que a tensão limite, o diodo permanecerá fechado e o receptor com tal detector não será capaz de receber sinais de rádio fracos. Por esse motivo, procuram usar apenas diodos de germânio nos detectores. Alguns projetos resolvem o problema aplicando uma tensão de polarização inicial ao diodo, mas neste caso o circuito se torna mais complexo e tem seus próprios problemas, portanto esta solução raramente é usada. A situação muda se a característica corrente-tensão não puder mais ser representada por uma linha tracejada (Fig. 1, c). Esta é uma curva suave da corrente através do diodo i versus a tensão através do diodo u. Como qualquer função matemática, ela pode ser expandida em uma série e limitada a apenas dois termos, uma vez que a contribuição dos termos mais elevados da série em baixas tensões no diodo é insignificante. Para detecção, a curvatura da característica (o segundo termo da expansão em série) é essencial. É graças a isso que ocorre a detecção. Isto é claramente visível nos oscilogramas da Fig. 1, c. A análise matemática mostra que o sinal detectado é proporcional à curvatura da característica e ao quadrado da amplitude do sinal de entrada. É daí que vem o nome “detector quadrático”. Em amplitudes de sinal suficientemente pequenas, qualquer detector torna-se quadrático e seu produto útil - uma constante sem modulação ou uma corrente na carga que varia com as frequências de áudio, diminui rapidamente em proporção ao quadrado da amplitude do sinal. O detector quadrático introduz alguma distorção. Pode-se calcular que o coeficiente de distorção não linear é igual a m/4. É significativo apenas nos picos de modulação, atingindo 25% em m = 1, e com um coeficiente de modulação médio m = 0,3 é de cerca de 2,3%. A distorção consiste no enriquecimento das vibrações sonoras com o segundo harmônico e é quase imperceptível ao ouvido. Historicamente, o detector quadrático foi a base dos primeiros receptores de rádio detectores. Os rádios amadores modernos provavelmente já leram sobre entusiastas que passaram horas procurando um “ponto sensível” em um cristal caseiro com uma agulha. Posteriormente, iniciou-se a produção industrial de diodos semicondutores, o que possibilitou a criação de detectores com funcionamento estável. Observe que os diodos semicondutores começaram a ser produzidos muito antes do advento dos transistores - o transistor bipolar foi descoberto em 1948 durante pesquisas de laboratório sobre um diodo semicondutor. Analisando um detector quadrático, é fácil perceber sua principal desvantagem - a baixa eficiência de conversão, uma vez que a amplitude do sinal de saída nele é muito menor que a amplitude da entrada. Um detector quadrático, cujo diagrama é mostrado na Fig. 2a, é capaz de trabalhar de forma confiável com um sinal em uma faixa bastante significativa de níveis. Descobrimos acima que o detector requer um elemento com uma grande curvatura da característica corrente-tensão. E a junção base-emissor de um transistor tem essa característica, pois em essência é um diodo comum. Mas o transistor não apenas detecta o sinal, mas também o amplifica. Assim, de acordo com a terminologia adotada na engenharia de rádio, o dispositivo pode ser denominado detector quadrático ativo. Com um número mínimo de peças, combina as vantagens dos detectores quadráticos e lineares. Algumas palavras sobre como escolher um modo. Como se sabe, a seção inicial da característica de entrada do transistor, próxima ao ponto “limiar”, possui a maior não linearidade, conforme mostrado na Fig. 2, b, portanto, a corrente de polarização inicial da junção base-emissor do transistor deve ser significativamente menor do que nos estágios amplificadores convencionais. Ao mesmo tempo, você não deve se deixar levar por definir a corrente quase no “limiar”, pois no modo microcorrente a estabilidade de operação e o ganho dos transistores são reduzidos.
Como já se passaram vários anos desde a publicação [1], para não aborrecer os leitores com a busca por descrições, apresentamos um diagrama da montagem do receptor RF (Fig. 3). Como pode ser visto na figura, esta é a parte de entrada mais comum de um receptor de amplificação direta com antena magnética WA1, cuja bobina, juntamente com o KPI C1, formam um único circuito sintonizado na frequência do sinal recebido. O primeiro estágio do transistor de efeito de campo VT1 serve como amplificador de RF. O segundo estágio, montado em um transistor bipolar VT2, é um estágio detector. Um sinal de frequência de áudio já foi removido de sua saída e as correntes de radiofrequência estão em curto com um fio comum pelo capacitor C3.
Concluindo, resta responder à pergunta implícita no título do artigo - o que há de incomum neste detector? Segundo o autor, o mais inusitado é que por muito tempo o detector passou despercebido. Isto é bastante surpreendente, uma vez que todos os estágios do amplificador de transistor também são detectores, possuindo alguma não-linearidade. O efeito de detecção pode ser descoberto puramente por acidente, por exemplo, ouvindo uma transmissão de rádio de uma estação poderosa através de um amplificador de reprodução de gravador. No entanto, o estereótipo psicológico usual funcionou - não perceber o que não pode ser. Literatura
Autor: D.Turchinsky, Moscou
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