珍しい AM 検出器。スキーム、説明

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珍しいAM検波器。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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[1] では、3 つの小型ラジオ受信機の説明が公開されました。受信機は同じ無線周波数 (RF) 部分を持ち、XNUMXH アンプのみが異なりました。経験豊富なアマチュア無線家は、設計に従来のダイオード検波器が含まれていないことに気づいたはずで、同じことを繰り返すことに決めた人の中には、「間違いを修正」して、正常に動作する受信機を入手した人もいます。経験の浅い人は、単純に設計を繰り返すだけで、良好に機能する受信機を受け取りました。

ダイオードを使用しない検出器はランプ技術の時代からよく知られており、グリッド検出器とアノード検出器です。グリッド検出器では、ダイオードは依然として暗黙的に存在します。これは、ラジオ管のグリッドとカソードのギャップです。彼によって整流されたオーディオ周波数電圧はランプの同じグリッドに印加され、それによって増幅されるため、グリッド検出器の透過係数はダイオードの透過係数よりも高くなります。アノード検出器では、ランプの動作点は、非線形性が大きい領域のアノードグリッド特性の下側の曲がり付近に設定されました。したがって、この時点でのランプの増幅は小さくなり、また他の欠点のため、陽極検出器はほとんど使用されませんでした。

これらの技術的解決策はその後、部分的にトランジスタ技術に移行され、トランジスタ上に作られた検出器が登場しました。彼らの仕事を理解するために、検出理論の基本に立ち返ってみましょう。すべての基本と同様に、それらは非常にシンプルです。振幅変調 (AM) の概要は [2] にあります。

ダイオード検出器の簡略図を図に示します。 1a. ソース G1 からの AM 信号はダイオード VD1 に接続されます。信号振幅が大きい場合、検出器は整流器として機能します。検出されたＡＦ信号は負荷Ｒ１に割り当てられる。コンデンサ C1 は、整流された電圧のリップルを平滑化する役割を果たします。大信号時のダイオードの電流電圧特性 (CV) は、通常、図に示す破線で近似されます。 1b. グラフの下部はダイオードに印加される AM 信号の電圧波形を示し、右側はダイオードを流れる電流の波形を示します。ダイオードが信号の正の半波のみを通過させ、その平均値が可聴周波数 (1H) の振動に対応していることがわかります。 R3C1 の値が十分に大きい場合、負荷の電圧は電流パルスの包絡線に対応します。

異常なAM検出器

ピーク検出器は非常に効果的で、入力 RF 電圧の振幅にほぼ等しい出力電圧を提供します。同じことが整流器でも起こります - アマチュア無線家はこれを知っています。したがって、真空管ラジオで主に使用されていたのはピーク AM 検波器であり、その後トランジスタ技術に「移行」しました。出力電圧は入力の振幅に正比例するため、これらはしばしば「線形」検出器と呼ばれます。その結果、二次検波器は長い間忘れ去られ、最も単純な検波器の受信機として残されてきました。

同時に、ピーク検出器には重大な欠点もあります。ピーク検出器は、RF 信号振幅が大きい場合にのみ適切に機能します。半導体ダイオードは、特定の「しきい値」電圧が存在することを特徴とし、その電圧を下回ると非常に小さな電流がダイオードを流れるため、ダイオード自体は実質的に閉じたままになります。その値は半導体材料の特性によって決まり、ゲルマニウムの場合は約 0,15 V、シリコンの場合は約 0,5 V、ショットキーダイオード (金属と半導体の接合) の場合はそれより若干低くなります。検出器の入力電圧がしきい値より低い場合、ダイオードは閉じたままとなり、そのような検出器を備えた受信機は弱い無線信号を受信できなくなることは明らかです。このため、彼らは検出器にはゲルマニウムダイオードのみを使用しようとしています。一部の設計では、ダイオードに初期バイアス電圧を印加することで問題を解決しますが、この場合、回路がより複雑になり、独自の問題が発生するため、この解決策はほとんど使用されません。

CVC が破線で表現できなくなると、状況は変わります (図 1c)。これは、ダイオード電流 i 対ダイオード電圧 u の滑らかな曲線です。他の数学関数と同様に、ダイオード両端の低電圧では級数の上位項の寄与が無視できるため、級数に拡張して 1 項のみに制限できます。検出には特性の曲率（級数展開の第 XNUMX 項）が不可欠です。検出が行われるのは彼女のおかげです。これは図のオシログラムではっきりとわかります。 XNUMX、インチ。

数学的解析により、検出された信号は特性の曲率と入力信号の振幅の二乗に比例することがわかります。これが「スクエアディテクタ」という名前の由来です。信号振幅が十分に小さい場合、検出器は二次関数となり、その有用な積は変調や可聴周波数による変化がなく一定となり、負荷の電流は信号振幅の二乗に比例して急速に減少します。二次検波器により、多少の歪みが生じます。非線形歪みの係数は m / 4 であると計算できます。これは変調ピークでのみ顕著であり、m = 25 で 1% に達し、平均変調係数 m = 0,3 では約 2,3% になります。歪みは、第 XNUMX 高調波によって音の振動が強化されることで構成されており、耳にはほとんど気づきません。

歴史的には、二次検波器は最初の検波器無線受信機の基礎でした。現代のアマチュア無線家は、自家製クリスタルの針で「感知点」を何時間もかけて探した愛好家たちの話を読まなければならなかったでしょう。その後、半導体ダイオードの工業生産が始まり、安定して動作する検出器を作ることが可能になりました。半導体ダイオードは、トランジスタが出現するずっと前に製造され始めたことに注意してください。バイポーラトランジスタは、1948 年に半導体ダイオードの実験室研究中に発見されました。

二次検波器を分析すると、出力信号の振幅が入力振幅よりもはるかに小さいため、その主な欠点である変換効率が低いことに簡単に気づきます。

二次検出器のスキームを図に示します。 2a は、かなり広範囲のレベルの信号を確実に処理できます。上記で、検出器にはCVCの曲率が大きい要素が必要であることがわかりました。そして、トランジスタのベース-エミッタ接合は、そのコアが通常のダイオードであるため、そのような特性を持っています。しかし、トランジスタは信号を検出するだけでなく、信号を増幅します。したがって、無線工学で採用されている用語によれば、このデバイスはアクティブ二次検波器と呼ぶことができます。最小限の部品数で、二次検出器と線形検出器の利点を組み合わせています。

モードの選択について一言。知られているように、図に示すように、「しきい値」点に近い、トランジスタの入力特性の最初のセクションは最大の非線形性を持っています。したがって、図２ｂに示すように、トランジスタのベース－エミッタ遷移の初期バイアスの電流は、従来の増幅段よりもはるかに低くなければならない。同時に、微電流モードでは動作の安定性とトランジスタのゲインが低下するため、電流をほぼ「しきい値」に設定して夢中にならないでください。

異常なAM検出器

[1] の出版から数年が経過したため、読者が説明を探して退屈しないように、RF 受信機アセンブリの図を示します (図 3)。図からわかるように、これは WA1 磁気アンテナを備えた直接増幅受信機の最も一般的な入力部分であり、そのコイルは KPI C1 とともに、受信信号の周波数に同調する唯一の回路を形成します。。電界効果トランジスタ VT1 の初段は RF アンプとして機能します。第 2 ステージはバイポーラトランジスタ VT3 上に組み立てられ、検出器ステージです。可聴周波信号は出力からすでに除去されており、高周波電流はコンデンサ CXNUMX によって共通ワイヤに接続されています。

異常なAM検出器

結論として、記事のタイトルに暗黙的に含まれている質問、つまりこの検出器の何が異常なのか? に答えるだけです。著者によれば、最も異常なことは、非常に長い間、探知機が気づかれなかったことだという。すべてのトランジスタ増幅段が「組み合わせて」そのような検出器であり、ある程度の非線形性を持っているため、これはかなり驚くべきことです。また、強力な放送局からテープレコーダーの再生アンプへの無線送信を聞くなど、純粋に偶然に検出効果を発見することも可能です。それにもかかわらず、あり得ないことに気づかないという、通常の心理的固定観念が機能しました。

文学

Turchinsky D.ミニチュアラジオ受信機。 - ラジオ、Sh99、No. 1、p. 30、31。
ポリアコフ V. 理論: すべてについて少し。 4. 無線送受信の原理。 - ラジオ、1999 年、第 8 号、p. 61、62。

著者：D.Turchinsky、モスクワ

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