Un detector de fugas de red es un circuito electrónico que demodula una corriente alterna modulada en amplitud y amplifica el voltaje de modulación recuperado. El circuito utiliza el cátodo no lineal para controlar la característica de conducción de la red 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.
Las primeras aplicaciones de los tubos de triodo ( audiones ) como detectores normalmente no incluían una resistencia en el circuito de rejilla. [3] [4] [5] El primer uso de una resistencia en el circuito de rejilla de un circuito detector de tubo de vacío puede haber sido por Sewall Cabot en 1906. Cabot escribió que hizo una marca con lápiz para descargar el condensador de rejilla, después de descubrir que tocar el terminal de rejilla del tubo haría que el detector reanudara su funcionamiento después de haberse detenido. [6] Edwin H. Armstrong, en 1915, describe el uso de "una resistencia de varios cientos de miles de ohmios colocada a lo largo del condensador de rejilla" con el fin de descargar el condensador de rejilla. [7] El apogeo de los detectores de fugas de rejilla fue la década de 1920, cuando los receptores de radiofrecuencia sintonizados por dial múltiple que funcionaban con batería y 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. [8] Después de que los tubos de rejilla de pantalla estuvieron disponibles para nuevos diseños en 1927, la mayoría de los fabricantes cambiaron a detectores de placas , [9] [2] y más tarde a detectores de diodos . El detector de fugas de rejilla ha sido popular durante muchos años entre los operadores de radioaficionados y los oyentes de onda corta que construyen sus propios receptores.
El escenario cumple dos funciones:
La rejilla de control y el cátodo funcionan como un diodo mientras que al mismo tiempo el voltaje de la rejilla de control ejerce su influencia habitual sobre el flujo 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 electrónico. [16] El condensador también facilita el desarrollo de voltaje de CC en la rejilla. La impedancia del condensador es pequeña en la frecuencia portadora y alta en las frecuencias de modulación. [17]
Se conecta una resistencia (la fuga de la red ) en paralelo con el condensador o desde la red hasta el cátodo. La resistencia permite que la carga de CC se "fugue" del condensador [18] y se utiliza para configurar la polarización de la red. [19]
En niveles de señal portadora pequeños, típicamente no más de 0,1 voltios, [20] el espacio de rejilla a cátodo exhibe resistencia no lineal. La corriente de rejilla ocurre durante 360 grados del ciclo de frecuencia portadora. [21] La corriente de rejilla aumenta más durante las excursiones positivas del voltaje portador que lo que disminuye durante las excursiones negativas, debido a la curva parabólica de corriente de rejilla versus voltaje de rejilla en esta región. [22] Esta corriente de rejilla asimétrica desarrolla un voltaje de rejilla de CC que incluye las frecuencias de modulación. [23] [24] [25] En esta región de operación, la señal demodulada se desarrolla en serie con la resistencia dinámica de rejilla , que típicamente está en el rango de 50.000 a 250.000 ohmios. [26] [27] y el condensador de rejilla junto con la capacitancia de rejilla forman un filtro de paso bajo que determina el ancho de banda de frecuencia de audio en la rejilla. [26] [27]
En 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. [28] La detección de fugas de la rejilla optimizada para operar en esta región se conoce como detección de red eléctrica o detección de potencia de fuga de la rejilla . [29] [30] La corriente de la rejilla 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 de la ruta del cátodo a la rejilla. [31] [32] El condensador se descarga a través de la resistencia (por lo tanto, fuga de la rejilla ) durante el tiempo en que el voltaje de la portadora está disminuyendo. [33] [34] El voltaje de la rejilla de CC variará con la envolvente de modulación de una señal modulada en amplitud. [35]
La corriente de placa pasa a través de una impedancia de carga elegida para producir la amplificación deseada en conjunto 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. [36]
La capacitancia del condensador de rejilla se elige para que sea alrededor de diez veces la capacitancia de entrada de la rejilla [37] y normalmente es de 100 a 300 picofaradios (pF), con el valor más pequeño para la rejilla de pantalla y los tubos pentodo. [2] [26]
La resistencia y la conexión eléctrica de la fuga de la rejilla junto con la corriente de la rejilla determinan la polarización de la rejilla . [19] Para el funcionamiento del detector a máxima sensibilidad, la polarización se coloca cerca del punto en la curva de corriente de la rejilla frente a voltaje de la rejilla donde ocurre el efecto de rectificación máximo, que es el punto de máxima tasa de cambio de pendiente de la curva. [38] [24] [39] Si se proporciona una ruta de CC desde la fuga de la rejilla hasta un cátodo calentado indirectamente o hasta el extremo negativo de un cátodo calentado directamente, se produce una polarización de rejilla de velocidad inicial negativa en relación con el cátodo determinada por el producto de la resistencia de la fuga de la rejilla y la corriente de la rejilla. [40] [41] Para ciertos tubos de cátodo calentados directamente, la polarización de rejilla óptima está en 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 un voltaje de polarización fijo positivo en la rejilla determinado por la corriente de CC de la rejilla y la resistencia de la fuga de la rejilla. [42] [24] [43]
A medida que aumenta la resistencia de la fuga de la red, la resistencia de la red aumenta y el ancho de banda de frecuencia de audio en la red disminuye, para una capacitancia de condensador de red dada. [26] [27]
En el caso de los tubos de triodo, el voltaje de CC en la placa se elige para el funcionamiento del tubo con la misma corriente de placa que se utiliza habitualmente en el funcionamiento del amplificador y, por lo general, es inferior a 100 voltios. [44] [45] En el caso de los tubos de pentodo y tetrodo, el voltaje de la rejilla de pantalla se elige o se hace ajustable para permitir la corriente de placa y la amplificación deseadas con la impedancia de carga de placa elegida. [46]
Para la detección de potencia de fuga de red, la constante de tiempo de la fuga de red y del condensador debe ser más corta que el período de la frecuencia de audio más alta que se va a reproducir. [47] [48] Una fuga de red de alrededor de 250.000 a 500.000 ohmios es adecuada con un condensador de 100 pF. [30] [47] La resistencia de fuga de red para la detección de potencia de fuga de red se puede determinar mediante donde es la frecuencia de audio más alta que se va a reproducir y es la capacitancia del condensador de red. [49] Un tubo que requiere un voltaje de red comparativamente grande para el corte de corriente de placa es ventajoso (normalmente un triodo de bajo factor de amplificación). [29] El voltaje de señal de entrada modulado al 100 por ciento pico que el detector de fuga de red puede demodular sin distorsión excesiva es aproximadamente la mitad del voltaje de polarización de corte proyectado , [50] correspondiente a un voltaje portador no modulado pico de aproximadamente una cuarta parte del sesgo de corte proyectado. [51] [29] 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 o a través del transformador de RF.
Los tubos tetrodo y pentodo proporcionan una impedancia de entrada de red significativamente mayor que los triodos, lo que resulta en una menor carga del circuito que proporciona la señal al detector. [52] Los tubos tetrodo y pentodo también producen una amplitud de salida de frecuencia de audio significativamente mayor a niveles de señal de entrada de portadora pequeños (alrededor de un voltio o menos) en aplicaciones de detector de fugas de red que los triodos. [53] [54]
Una posible desventaja del detector de fugas de rejilla, principalmente en circuitos no regenerativos, es la carga que puede presentar al circuito precedente. [36] 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 los triodos, dependiendo de 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 superiores a un voltio o dos que el detector de placas o el detector de diodos. [55] [56]
