Детектор утечек в сети

Пример однолампового триодного приемника утечки на сетке 1920 года, первого типа усиливающего радиоприемника. На левом рисунке отмечены резистор утечки сетки и конденсатор.

Детектор утечек в сети — это электронная схема, которая демодулирует переменный ток с амплитудной модуляцией и усиливает восстановленное модулирующее напряжение. В схеме используется нелинейный катод для управления характеристикой проводимости сетки и коэффициентом усиления вакуумной лампы. ^[1]^[2] Изобретенный Ли Де Форестом примерно в 1912 году, он использовался в качестве детектора (демодулятора) в первых ламповых радиоприемниках до 1930-х годов.

История

Ранние применения триодных ламп ( аудионов ) в качестве детекторов обычно не включали резистор в цепь сетки. ^[3]^[4]^[5] Впервые сопротивление в цепи сетки детектора на вакуумной лампе , возможно, было использовано Сьюэллом Кэботом в 1906 году. Кэбот писал, что он сделал пометку карандашом, чтобы разрядить конденсатор сетки, после того, как обнаружил, что прикосновение к сеточному выводу трубки может вызвать детектор возобновит работу после остановки. ^[6] Эдвин Х. Армстронг в 1915 году описывает использование «сопротивления в несколько сотен тысяч Ом, помещенного поперек сетевого конденсатора» с целью разрядки сетевого конденсатора. ^[7] Расцветом детекторов работающие от батарей радиочастотные приемники с несколькими шкалами, использующие триоды с прямым нагревом с низким коэффициентом усиления и катодами утечек сетки стали 1920-е годы, когда современной технологией были . Модели Zenith 11, 12 и 14 являются примерами радиоприемников такого типа. ^[8] После того, как в 1927 году для новых конструкций стали доступны трубки с экранной сеткой, большинство производителей перешли на пластинчатые детекторы . ^[9]^[2] и позже к диодным детекторам . Детектор утечки сетки уже много лет популярен среди радиолюбителей и слушателей коротковолнового диапазона, которые конструируют свои собственные приемники.

Функциональный обзор

Сцена выполняет две функции:

Обнаружение: Управляющая сетка и катод работают как диод. При малых амплитудах радиочастотного сигнала (несущей) происходит обнаружение квадратичного закона из-за нелинейной кривизны характеристики тока сети в зависимости от напряжения сети. ^[10]^[11] При больших амплитудах несущих детектирование переходит в линейное детектирование из-за односторонней проводимости от катода к сетке. ^[12]^[13]^[14]
Усиление: переменное напряжение постоянного тока (DC) сети регулирует ток пластины. Напряжение восстановленного модулирующего сигнала увеличивается в схеме пластины, в результате чего детектор утечки сетки производит большую выходную звуковую частоту, чем диодный детектор, при небольших уровнях входного сигнала. ^[15] Ток пластины включает в себя радиочастотную составляющую принимаемого сигнала, которая используется в конструкциях регенеративных приемников.

Операция

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

В схеме конденсатор ( сеточный конденсатор ) передает радиочастотный сигнал (несущую) на управляющую сетку электронной лампы. ^[16] Конденсатор также способствует развитию постоянного напряжения в сети. Импеданс конденсатора мал на несущей частоте и высок на модулирующих частотах. ^[17]

Резистор ( утечка сетки ) подключается либо параллельно конденсатору, либо от сетки к катоду. Резистор позволяет заряду постоянного тока «утекать» из конденсатора. ^[18] и используется для настройки смещения сетки. ^[19]

При небольших уровнях несущей сигнала, обычно не более 0,1 В, ^[20] сетка-катодное пространство проявляет нелинейное сопротивление. Ток сети возникает в течение 360 градусов цикла несущей частоты. ^[21] Ток сетки увеличивается больше во время положительных отклонений несущего напряжения, чем уменьшается во время отрицательных отклонений из-за параболической кривой тока сетки в зависимости от напряжения сети в этой области. ^[22] Этот асимметричный ток сети создает постоянное напряжение сети, которое включает в себя частоты модуляции. ^[23]^[24]^[25] В этой области работы демодулированный сигнал развивается последовательно с динамическим сопротивлением сетки. $Rg$ , которое обычно находится в диапазоне от 50 000 до 250 000 Ом. ^[26]^[27] $Rg$ и сеточный конденсатор вместе с емкостью сетки образуют фильтр нижних частот, который определяет полосу звуковых частот в сетке. ^[26]^[27]

При уровнях сигнала несущей, достаточно больших, чтобы прекратить проводимость от катода к сетке во время отрицательных отклонений несущей, действует детектор с линейным диодом. ^[28] Обнаружение утечек в сети, оптимизированное для работы в этом регионе, известно как обнаружение утечки в электросети или обнаружение утечки мощности в сети . ^[29]^[30] Ток сети возникает только на положительных пиках цикла несущей частоты. Конденсатор связи приобретет постоянный заряд из-за выпрямляющего действия катода на путь сетки. ^[31]^[32] Конденсатор разряжается через резистор (таким образом, возникает утечка в сетке ) в то время, когда несущее напряжение уменьшается. ^[33]^[34] Напряжение сети постоянного тока будет меняться в зависимости от огибающей модуляции амплитудно-модулированного сигнала. ^[35]

Ток пластины проходит через сопротивление нагрузки, выбранное для получения желаемого усиления в зависимости от характеристик лампы. В нерегенеративных приемниках между пластиной и катодом подключается конденсатор с низким сопротивлением на несущей частоте, чтобы предотвратить усиление несущей частоты. ^[36]

Дизайн

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

Сопротивление и электрическое соединение утечки сетки вместе с током сетки определяют смещение сетки . ^[19] Для работы детектора с максимальной чувствительностью смещение размещается 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 предусмотрен путь постоянного тока от утечки сетки к катоду с косвенным нагревом или к отрицательному концу катода с прямым нагревом, создается отрицательное смещение сетки с начальной скоростью относительно катода, определяемое произведением сопротивления утечки сетки и тока сетки. . ^[40]^[41] Для некоторых катодных трубок с прямым нагревом оптимальным смещением сетки является положительное напряжение относительно отрицательного конца катода. Для этих трубок предусмотрен путь постоянного тока от утечки сетки к положительной стороне катода или положительной стороне батареи «А»; обеспечение положительного фиксированного напряжения смещения в сети, определяемого постоянным током сетки и сопротивлением утечки сетки. ^[42]^[24]^[43]

По мере увеличения сопротивления утечки сетки сопротивление сетки $Rg$ увеличивается, а полоса звуковых частот в сети уменьшается для заданной емкости конденсатора сетки. ^[26]^[27]

Для триодных ламп постоянное напряжение на пластине выбирается для работы лампы при том же токе пластины, который обычно используется при работе усилителя, и обычно составляет менее 100 В. ^[44]^[45] Для пентодных и тетродных ламп напряжение экранной сетки выбирается или регулируется так, чтобы обеспечить желаемый ток пластины и усиление с выбранным сопротивлением нагрузки пластины. ^[46]

Для обнаружения мощности утечки в сети постоянная времени утечки в сети и конденсатора должна быть короче периода самой высокой воспроизводимой звуковой частоты. ^[47]^[48] Утечка в сети от 250 000 до 500 000 Ом подходит для конденсатора емкостью 100 пФ. ^[30]^[47] Сопротивление утечки в сети для обнаружения мощности утечки в сети можно определить по формуле: $R=1/6.28CF$ где $F$ это самая высокая звуковая частота, которую можно воспроизвести и $C$ — емкость конденсатора сетки. ^[49] Преимуществом является лампа, требующая сравнительно большого напряжения сетки для отсечки тока пластины (обычно триод с низким коэффициентом усиления). ^[29] Пиковое напряжение 100-процентно модулированного входного сигнала, которое детектор утечки сетки может демодулировать без чрезмерных искажений, составляет примерно половину прогнозируемого напряжения смещения отсечки. $(E_{\mathrm {a} }/\mu )$ , ^[50] соответствующее пиковому немодулированному напряжению несущей, составляющему около четверти прогнозируемого смещения отсечки. ^[51]^[29] Для обнаружения электросети с использованием катодной трубки с прямым нагревом резистор утечки сетки подключается между сеткой и отрицательным концом нити накала либо напрямую, либо через ВЧ-трансформатор.

Влияние типа трубки

Тетродные и пентодные лампы обеспечивают значительно более высокий входной импеданс сетки, чем триоды, что приводит к меньшей нагрузке на цепь, передающую сигнал на детектор. ^[52] Тетродные и пентодные лампы также производят значительно более высокую выходную амплитуду звуковой частоты при небольших уровнях входного сигнала несущей (около одного вольта или меньше) в детекторах утечек сетки, чем триоды. ^[53]^[54]

Преимущества

Детектор утечки через сетку потенциально обеспечивает большую экономию, чем использование отдельных диодов и усилителей.
При небольших уровнях входного сигнала схема выдает более высокую выходную амплитуду, чем простой диодный детектор.

Недостатки

Одним из потенциальных недостатков детектора утечек в сети, в первую очередь в нерекуперативных схемах, является нагрузка, которую он может создавать для предыдущей цепи. ^[36] Во входном радиочастотном сопротивлении детектора утечки сетки преобладает входное сопротивление сетки лампы, которое может составлять порядка 6000 Ом или меньше для триодов, в зависимости от характеристик трубки и частоты сигнала. Другими недостатками являются то, что он может производить больше искажений и менее подходит для входного сигнала с напряжением более одного или двух вольт, чем пластинчатый детектор или диодный детектор. ^[55]^[56]

См. также

Ссылки

^ Персонал Cruft Electronics, Электронные схемы и лампы , Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1947, стр. 705
^ Jump up to: ^а ^б ^с Х.А. Робинсон, «Рабочие характеристики ламповых детекторов», Часть I, QST , том. XIV, нет. 8, с. 23 августа 1930 г.
^ CDR SS Робисон, Руководство по беспроводной телеграфии для военно-морских электриков , Аннаполис, Мэриленд: Военно-морской институт США, 1911, стр. 125, 132.
^ Дж. Скотт-Таггарт, Термоэлектронные трубки в радиотелеграфии и телефонии , Лондон, Великобритания: The Wireless Press LTD, 1921, стр. 118
^ Стоун, Дж. С., Кэбот, С., Космическая телеграфия , патент США 884 110, апрель 1908 г.
^ С. Кэбот, «Обнаружение - сетка или пластина» , QST , том. XI, нет. 3, с. 30 марта 1927 г.
^ Э. Х. Армстронг, «Некоторые последние разработки в области аудиовых приемников», Труды Института радиоинженеров , том. 3, нет. 3, стр. 215–247, сентябрь 1915 г.
^ Схемы моделей Zenith 11, 12 и 14. с батарейным питанием Три модели утечки сетки Zenith , 1920-е годы.
^ EP Venas, Radiola: Золотой век RCA, 1919–1929 , Чендлер, Аризона: Sonoran Publishing LLC, 2007, стр. 107-1. 336 - 339
^ Ф. Е. Терман, «Обнаружение утечки в сети-конденсаторе», радиовещание , март 1929 г., стр. 303
^ Персонал Cruft Electronics, стр. 705.
^ Ланди, Дэвис, Альбрехт, Справочник дизайнера электроники , Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1957, стр. 7–107, 7–108.
^ К.Р. Стерли, Проектирование радиоприемника (Часть I), Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья, 1947, стр. 377
^ Персонал Cruft Electronics, стр. 706.
^ Справочник радиолюбителя (55-е изд.). Американская лига радиорелейной связи. 1978. с. 241.
^ Дж. Х. Рейнер, «Выпрямление сетки. Критическое исследование метода», Experimental Wireless , vol. 1, нет. 9, стр. 512–520, июнь 1924 г.
^ WL Everitt, Коммуникационная инженерия , 2-е изд. Нью-Йорк: МакГроу-Хилл, 1937, с. 418
^ Дж. Скотт-Таггарт, с. 119
^ Jump up to: ^а ^б Дж. Скотт-Таггарт, с. 125
^ А. А. Гирарди, Курс радиофизики , 2-е изд. Нью-Йорк: Книги Райнхарта, 1932, стр. 497
^ Ф. Е. Терман, Радиотехника , 1-е изд., Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1932, стр. 292-293.
^ Корпус связи армии США, Принципы, лежащие в основе радиосвязи , 2-е изд. Вашингтон, округ Колумбия: USGPO, 1922, с. 478
^ Ланди и др., стр. 7–103–7–108.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Л.П. Смит, «Действие детектора в высоковакуумных трубках», QST , vol. Х, нет. 12, стр. 14–17, декабрь 1926 г.
^ Персонал Cruft Electronics, стр. 693–703.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Ф. Е. Терман, «Некоторые принципы обнаружения утечки в сети-конденсаторе», Труды Института радиоинженеров , Vol. 16, № 10, октябрь 1928 г., стр. 1384–1397.
^ Jump up to: ^а ^б ^с У.Л. Эверитт, стр. 419-420.
^ Персонал Cruft Electronics, с. 675
^ Jump up to: ^а ^б ^с Э. Э. Цеплер, Техника проектирования радио , Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья, 1943, стр. 104
^ Jump up to: ^а ^б А.А. Гирарди, с. 499
^ Ф. Е. Терман, Н. Р. Морган, «Некоторые свойства обнаружения утечки мощности в сети», Труды IRE , декабрь 1930 г., стр. 2160–2175.
^ В.Л. Эверитт, с. 421
^ Корпус связи армии США, с. 476
^ Персонал Cruft Electronics, с. 679
^ Персонал Cruft Electronics, с. 681
^ Jump up to: ^а ^б К. Р. Стерли, стр. 379–380.
^ Ф.Э. Терман, 1932, с. 299
^ А. Хунд, Явления в высокочастотных системах , Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1936, с. 169
^ Дж. Х. Моркрофт, Принципы радиосвязи , Нью-Йорк: John Wiley & Sons, Inc., 1921, стр. 455
^ Джаколетто, Лоуренс Джозеф (1977). Справочник проектировщика электроники . Нью-Йорк: МакГроу-Хилл . стр. 9–27.
^ Томер, Роберт Б. (1960). Получение максимальной отдачи от электронных ламп . Индианаполис: Howard W. Sams & Co., Inc. / The Bobbs-Merrill Company, Inc., с. 28 .
^ RCA, Руководство RCA Radiotron , Техническая серия R-10, Radio Corporation of America, стр. 22
^ Корпус связи армии США, с. 477
^ RCA, Руководство RCA Radiotron , Техническая серия R-10, Radio Corporation of America, стр. 22-23, 25, 33
^ RCA Radiotron Division, Новые цельнометаллические радиолампы , RCA Manufacturing Co., Inc., 1935, стр. 6-7
^ Х.А. Робинсон, «Рабочие характеристики ламповых детекторов», Часть II, QST , том. XIV, нет. 9, с. 44 сентября 1930 г.
^ Jump up to: ^а ^б Э. Э. Цеплер, стр. 260-261.
^ Дж. Х. Моркрофт, с. 454
^ КР Стерли, стр. 371-372.
^ КР Стерли, стр. 23.
^ С.В. Амос, «Механизм обнаружения дырявой сетки», Часть II, Электронная инженерия , сентябрь 1944 г., стр. 158
^ КР Стерли, стр. 381.
^ Х.А. Робинсон, Часть II, с. 45
^ AE Rydberg, JW Doty, «Превосходство детекторов с экранной сеткой», QST , vol. XIV, нет. 4, с. 43 апреля 1930 г.
^ Э. Э. Цеплер, с. 103
^ Х.А. Робинсон, Часть I, с. 25

Дальнейшее чтение

Ратленд, Дэвид (сентябрь 1994 г.), За передней панелью: дизайн и разработка радиоприемников 1920-х годов , Рен, ISBN 978-1885391001
Схема модели Philco 84. Супергетеродинный соборный радиоприемник 1933 года, в котором используется регенеративный детектор. ( Примечание: Конденсатором управляющей сетки детектора является обмотка «катушки тиклера» трансформатора ПЧ.)
«Рабочая таблица радиопроектирования: № 39 — Детекторы» (PDF) . Радио . 29 (8): 51–52. Август 1945 года.

[Cruft-1] Персонал Cruft Electronics, Электронные схемы и лампы , Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1947, стр. 705

[Robinson-2] Jump up to: ^а ^б ^с Х.А. Робинсон, «Рабочие характеристики ламповых детекторов», Часть I, QST , том. XIV, нет. 8, с. 23 августа 1930 г.

[navywireless1911-3] CDR SS Робисон, Руководство по беспроводной телеграфии для военно-морских электриков , 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.

[Cabot-6] С. Кэбот, «Обнаружение - сетка или пластина» , QST , том. XI, нет. 3, с. 30 марта 1927 г.

[7] Э. Х. Армстронг, «Некоторые последние разработки в области аудиовых приемников», Труды Института радиоинженеров , том. 3, нет. 3, стр. 215–247, сентябрь 1915 г.

[8] Схемы моделей Zenith 11, 12 и 14. с батарейным питанием Три модели утечки сетки Zenith , 1920-е годы.

[9] EP Venas, Radiola: Золотой век RCA, 1919–1929 , Чендлер, Аризона: Sonoran Publishing LLC, 2007, стр. 107-1. 336 - 339

[10] Ф. Е. Терман, «Обнаружение утечки в сети-конденсаторе», радиовещание , март 1929 г., стр. 303

[11] Персонал Cruft Electronics, стр. 705.

[12] Ланди, Дэвис, Альбрехт, Справочник дизайнера электроники , Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1957, стр. 7–107, 7–108.

[13] К.Р. Стерли, Проектирование радиоприемника (Часть I), Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья, 1947, стр. 377

[14] Персонал Cruft Electronics, стр. 706.

[15] Справочник радиолюбителя (55-е изд.). Американская лига радиорелейной связи. 1978. с. 241.

[Reyner-16] Дж. Х. Рейнер, «Выпрямление сетки. Критическое исследование метода», Experimental Wireless , vol. 1, нет. 9, стр. 512–520, июнь 1924 г.

[17] WL Everitt, Коммуникационная инженерия , 2-е изд. Нью-Йорк: МакГроу-Хилл, 1937, с. 418

[18] Дж. Скотт-Таггарт, с. 119

[J._Scott-Taggart,_p._125-19] Jump up to: ^а ^б Дж. Скотт-Таггарт, с. 125

[20] А. А. Гирарди, Курс радиофизики , 2-е изд. Нью-Йорк: Книги Райнхарта, 1932, стр. 497

[21] Ф. Е. Терман, 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, с. 478

[23] Ланди и др., стр. 7–103–7–108.

[LP-24] Jump up to: ^а ^б ^с Л.П. Смит, «Действие детектора в высоковакуумных трубках», QST , vol. Х, нет. 12, стр. 14–17, декабрь 1926 г.

[cruft_01-25] Персонал Cruft Electronics, стр. 693–703.

[Terman-26] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Ф. Е. Терман, «Некоторые принципы обнаружения утечки в сети-конденсаторе», Труды Института радиоинженеров , Vol. 16, № 10, октябрь 1928 г., стр. 1384–1397.

[Everitt419-27] Jump up to: ^а ^б ^с У.Л. Эверитт, стр. 419-420.

[28] Персонал Cruft Electronics, с. 675

[ZEP_01-29] Jump up to: ^а ^б ^с Э. Э. Цеплер, Техника проектирования радио , Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья, 1943, стр. 104

[ghir_01-30] Jump up to: ^а ^б А.А. Гирарди, с. 499

[31] Ф. Е. Терман, Н. Р. Морган, «Некоторые свойства обнаружения утечки мощности в сети», Труды IRE , декабрь 1930 г., стр. 2160–2175.

[32] В.Л. Эверитт, с. 421

[33] Корпус связи армии США, с. 476

[34] Персонал Cruft Electronics, с. 679

[35] Персонал Cruft Electronics, с. 681

[KR2-36] Jump up to: ^а ^б К. Р. Стерли, стр. 379–380.

[37] Ф.Э. Терман, 1932, с. 299

[38] А. Хунд, Явления в высокочастотных системах , Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1936, с. 169

[39] Дж. Х. Моркрофт, Принципы радиосвязи , Нью-Йорк: John Wiley & Sons, Inc., 1921, стр. 455

[Giacoletto_1977-40] Джаколетто, Лоуренс Джозеф (1977). Справочник проектировщика электроники . Нью-Йорк: МакГроу-Хилл . стр. 9–27.

[Tomer_1960-41] Томер, Роберт Б. (1960). Получение максимальной отдачи от электронных ламп . Индианаполис: Howard W. Sams & Co., Inc. / The Bobbs-Merrill Company, Inc., с. 28 .

[42] RCA, Руководство RCA Radiotron , Техническая серия R-10, Radio Corporation of America, стр. 22

[43] Корпус связи армии США, с. 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

[Robinson02-46] Х.А. Робинсон, «Рабочие характеристики ламповых детекторов», Часть II, QST , том. XIV, нет. 9, с. 44 сентября 1930 г.

[ZEP_02-47] Jump up to: ^а ^б Э. Э. Цеплер, стр. 260-261.

[48] Дж. Х. Моркрофт, с. 454

[49] КР Стерли, стр. 371-372.

[50] КР Стерли, стр. 23.

[51] С.В. Амос, «Механизм обнаружения дырявой сетки», Часть II, Электронная инженерия , сентябрь 1944 г., стр. 158

[52] КР Стерли, стр. 381.

[53] Х.А. Робинсон, Часть II, с. 45

[54] AE Rydberg, JW Doty, «Превосходство детекторов с экранной сеткой», QST , vol. XIV, нет. 4, с. 43 апреля 1930 г.

[55] Э. Э. Цеплер, с. 103

[56] Х.А. Робинсон, Часть I, с. 25

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]

[28]

[29]

[30]

[31]

[32]

[33]

[34]

[35]

[36]

[37]

[38]

[39]

[40]

[41]

[42]

[43]

[44]

[45]

[46]

[47]

[48]

[49]

[50]

[51]

[52]

[53]

[54]

[55]

[56]