Un detector de fugas de red es un circuito electrónico que demodula una corriente alterna de amplitud modulada y amplifica el voltaje de modulación recuperado. El circuito utiliza el cátodo no lineal para controlar la característica de conducción de la rejilla 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 tubos triodos ( Audions ) como detectores generalmente 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 provocaría 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 través del condensador de rejilla" con el fin de descargar el condensador de rejilla. [7] El apogeo de los detectores de fugas de red fue la década de 1920, cuando la tecnología contemporánea eran receptores de radiofrecuencia sintonizados con múltiples diales que funcionaban con baterías y utilizaban triodos de factor de amplificación bajo con cátodos calentados directamente . 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 en la red ha sido popular durante muchos años entre los 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 la tensión de la rejilla de control ejerce su influencia habitual sobre el flujo de electrones desde el cátodo hasta 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 de electrones. [16] El condensador también facilita el desarrollo de tensión continua en la red. La impedancia del condensador es pequeña en la frecuencia portadora y alta en las frecuencias moduladoras. [17]
Se conecta una resistencia (la fuga de la red ) en paralelo con el condensador o desde la red al cátodo. La resistencia permite que la carga de CC se "filtre" desde el capacitor [18] y se utiliza para configurar la polarización de la red. [19]
En niveles de señal portadora pequeños, normalmente no más de 0,1 voltios, [20] el espacio de la rejilla al cátodo exhibe una resistencia no lineal. La corriente de red ocurre durante 360 grados del ciclo de frecuencia portadora. [21] La corriente de la red aumenta más durante las excursiones positivas de la tensión portadora de lo que disminuye durante las excursiones negativas, debido a la curva parabólica de la corriente de la red versus la tensión de la red en esta región. [22] Esta corriente de red asimétrica desarrolla un voltaje de red 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 la red , que normalmente está en el rango de 50.000 a 250.000 ohmios. [26] [27] y el condensador de red junto con la capacitancia de la red forman un filtro de paso bajo que determina el ancho de banda de la frecuencia de audio en la red. [26] [27]
A niveles de señal portadora lo suficientemente grandes como para hacer que cese la conducción desde el cátodo a la rejilla durante las excursiones negativas de la portadora, la acción de detección es la de un detector de diodo lineal. [28] La detección de fugas en la red optimizada para su funcionamiento en esta región se conoce como detección de la red eléctrica o detección de fugas de energía en la red . [29] [30] La corriente de red ocurre solo en los picos positivos del ciclo de frecuencia portadora. El capacitor de acoplamiento adquirirá una carga de CC debido a la acción rectificadora del camino del cátodo a la red. [31] [32] El condensador se descarga a través de la resistencia (por lo tanto, hay una fuga en la red ) durante el tiempo que el voltaje de la portadora disminuye. [33] [34] El voltaje de la red de CC variará con la envolvente de modulación de una señal modulada en amplitud. [35]
La corriente de la placa pasa a través de una impedancia de carga elegida para producir la amplificación deseada junto 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 aproximadamente diez veces la capacitancia de entrada de la rejilla [37] y normalmente es de 100 a 300 picofaradios (pF), siendo 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 red junto con la corriente de red determinan la polarización de la red . [19] Para el funcionamiento del detector a máxima sensibilidad, la polarización se coloca cerca del punto de la curva de corriente de red versus voltaje de red donde se produce el máximo efecto de rectificación, 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 la rejilla de velocidad inicial negativa en relación con el cátodo determinado por el producto. de la resistencia a fugas de la red y de la corriente de la red. [40] [41] Para ciertos tubos catódicos calentados directamente, la polarización óptima de la rejilla es 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 red determinado por la corriente de la red de CC y la resistencia de la fuga de la red. [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 del condensador de red determinada. [26] [27]
Para las válvulas 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 normalmente es inferior a 100 voltios. [44] [45] Para tubos pentodo y tetrodo, el voltaje de la rejilla de la pantalla se elige o se hace ajustable para permitir la corriente de placa deseada y la amplificación con la impedancia de carga de placa elegida. [46]
Para la detección de fugas de energía en la red, la constante de tiempo de la fuga de la red y el 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 a fugas de la red para la detección de energía de fuga en la red se puede determinar según dónde está la frecuencia de audio más alta que se reproducirá y cuál es la capacitancia del condensador de la red. [49] Un tubo que requiere un voltaje de rejilla comparativamente grande para el corte de corriente de la placa es una ventaja (generalmente un triodo de factor de amplificación bajo). [29] El voltaje máximo de la señal de entrada 100 por ciento modulada que el detector de fugas 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 máximo de aproximadamente una cuarta parte de la polarización de corte proyectada. . [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 en niveles de señal de entrada de portadora pequeños (alrededor de un voltio o menos) en aplicaciones de detectores de fugas de red que los triodos. [53] [54]
Una posible desventaja del detector de fugas de red, principalmente en circuitos no regenerativos, es la carga que puede presentar al circuito anterior. [36] La impedancia de entrada de radiofrecuencia del detector de fugas de la red está dominada por la impedancia de entrada de la red 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 uno o dos voltios que el detector de placa o el detector de diodo. [55] [56]
