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.
Ранние применения триодных ламп ( аудионов ) в качестве детекторов обычно не включали резистор в цепь сетки. [3] [4] [5] Первое использование сопротивления в цепи сетки схемы детектора на электронных лампах , возможно, было осуществлено Сьюэллом Кэботом в 1906 году. Кэбот писал, что он сделал пометку карандашом, чтобы разрядить конденсатор сетки, обнаружив, что прикосновение к сетчатому выводу трубки приведет к возобновлению работы детектора 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 сеточных детекторов утечек стали 1920-е годы, когда современной технологией были работающие от батарей радиочастотные приемники с несколькими шкалами, использующие триоды с низким коэффициентом усиления и катодами с прямым нагревом . Модели Zenith 11, 12 и 14 являются примерами радиоприемников такого типа. [8] После того, как в 1927 году стали доступны трубки с экранной сеткой для новых конструкций, большинство производителей перешли на пластинчатые детекторы , [9] [2] , а затем и на диодные детекторы . Детектор утечки сетки уже много лет популярен среди радиолюбителей и слушателей коротковолнового диапазона, которые конструируют свои собственные приемники.
Сцена выполняет две функции:
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 постоянному заряду «утекать» из конденсатора [18] и используется для создания смещения сетки. [19]
При небольших уровнях сигнала несущей, обычно не более 0,1 В, [20] между сеткой и катодным пространством наблюдается 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 вырабатывается последовательно с динамическим сопротивлением сетки , которое обычно находится в диапазоне от 50 000 до 250 000 Ом. [26] [27] 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 сетки возникает только на положительных пиках цикла несущей частоты. Конденсатор связи приобретет постоянный заряд из-за выпрямляющего действия катода на сетку. [31] [32] Конденсатор разряжается через резистор (таким образом, возникает утечка в сети ) 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]
Емкость сеточного конденсатора выбирается примерно в десять раз большей входной емкости сетки [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 сети, 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 начальной скорости сетки относительно катода, определяемое произведением сопротивления утечки сети и тока сети. [40] [41] Для некоторых катодных трубок с прямым нагревом оптимальное смещение сетки находится при положительном напряжении 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 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 может определяться по формуле: где — самая высокая воспроизводимая звуковая частота, а где — 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 , [50] что соответствует пиковому немодулированному напряжению несущей, составляющему около четверти прогнозируемого напряжения смещения отсечки. . [51] [29] Для обнаружения электросети с использованием катодной трубки прямого нагрева резистор утечки сетки подключается между сеткой и отрицательным концом нити накала либо напрямую, либо через ВЧ-трансформатор.
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 сеточных детекторах утечек, чем триоды. [53] [54]
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 трубки, 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]
