Rivelazione

di onde radio modulate in ampiezza

fig.1
fig.1

L'antenna delle stazioni trasmittenti trasmette nello spazio le onde radio modulate che vengono captate dalle antenne delle radio riceventi.
Tali onde contengono l'informazione ( segnale - onda sonora) sotto forma di modulazione.

La stazione ricevente ha lo scopo di ricavare tale informazione dall'onda ricevuta e di riprodurla attraverso l'altoparlante.
Tale operazione è in pratica l'inverso della modulazione e si chiama rivelazione del segnale ed è eseguita dal rivelatore.
Il rivelatore è un particolare circuito che separa la parte a radio frequenza dalla parte ad audiofrequenza; in altri termini si può affermare che il rivelatore viene eccitato da un circuito oscillatorio accordato alla frequenza dell'onda portante (nelle radio ad amplificazione diretta) od alla frequenza della media frequenza (nelle radio a conversione di frequenza) e fornisce tensione ad audio frequenza ad un circuito non risonante ad impedenza costante.

fig.2
fig.2

La rivelazione ha dunque lo scopo di porre in evidenza componenti di frequenza diversa e di solito più bassa di quella della tensione applicata, componenti che non compaiono direttamente in essa .
In fig.1 è proprio rappresentata la scomposizione effettuata da un rivelatore lineare (fig.2) , del segnale radio modulato.
Il diagramma A rappresenta l'onda radio modulata costituita dalla portante e dalle due onde laterali , ciò chiaramente se l'onda modulante è un 'onda sinusoidale se invece l'onda modulante è una generica onda sonora con frequenza variabile fra un massimo ed un minimo le due onde laterali diventano due bande laterali (vedi modulazione ) .

fig.3
fig.3

La componente C di solito è utilizzata nei circuiti CAG , la componente D è quella che permette di ottenere la frequenza di modulazione e la E viene usata nella moltiplizcazione di frequenza.
La rivelazione può essere lineare o quadratica ; è lineare quando la caratteristica del rivelatore è lineare e cioè quando i= k.v (fig.2) ; tale tipo di rivelazione riproduce l'inviluppo della modulazione senza apportare alcuna deformazione; è invece quadratica quando la caratteristica del rivelatore è parabolica e se il punto di funzionamento ricade nel vertice della parabola (fig.3) ; in tale ipotesi i= kv2; l'inviluppo risulta molto deformato.

 

 

Diodo rivelatore

Prendiamo in esame il circuito 4a di fig.4; Fra i punti A e B è applicata la tensione a radio frequenza da rivelare.

fig.4
fig.4

Se fra il punto A e la placcaP poniamo un condensatore questo si carica e polarizza negativamente la placca del diodo non facendo circolare corrente fra la placca ed il catodo.
Il condensatore si carica ogni volta che porto il punto A ad un potenziale superiore a quello di placca ; insomma il condensatore segue gli aumenti della tensione applicata e non le diminuzioni.
Un circuito di questo tipo non funziona; non mi permette di rilevare alcunché; Se però metto in parallelo al condensatore una resistenza in modo che il condensatore si scarichi in un tempo τ=R.C (costante di tempo) molto maggiore del periodo della radio frequenza e del più piccolo periodo della audio frequenza modulante allora riesco a seguire sia gli aumenti che le diminuzioni della tensione radio applicata e cioè riesco ad ottenere l'andamento dell'onda modulante cioè la rivelazione del segnale come si nota nel diagramma 4b di fig.4.
Se osserviamo il circuito 4a della fig.4 notiamo che nella placca è applicata sia la tensione audio rivelata che la tensione a radio frequenza; la somma di tali tensioni verrebbe trasmessa alla griglia della valvola successiva; tale inconveniente si può evitare se si collega il gruppo rivelatore RC al catodo, come di solito avviene in pratica, come indicato nel circuito 4c della fig.4. 

Cosa significa che  τ=R.C (costante di tempo) deve essere  molto maggiore del periodo della radio frequenza e del più piccolo periodo della audio frequenza modulante?

La fig.4d cerca di spiegarlo.

fig.4d
fig.4d

Triodo rivelatore a falla di griglia

Prendiamo in esame il triodo di 5a di fig.5, possiamo farlo funzionare in modo che la griglia G sia contemporaneamente placca di un diodo Pg e griglia di un triodo Gt ; possiamo cioè equiparare il triodo col circuito equivalente 5b .

fig.5
fig.5

La corrente fra la placca Pg equivalente alla griglia G e il catodo passerà solo quando la Pgè positiva, in tali condizioni la semi-onda positiva passerà e si scaricherà a terra tramite il catodo; durante le semi-onde negative non passerà corrente e Pg e quindi G e quindi Gt , assumerà potenziale negativo variabile ad audio frequenza con l'onda modulante.
L'onda negativa cioè provvederà a polarizzare la griglia, che questa volta chiamo Gt, con una legge che segue l'andamento della audio frequenza modulante.
Gli elettroni emessi dal catodo verranno attirati dall'anodo Pt ed il loro fluire determina una corrente che varia con la polarizzazione della griglia ( aumenta con la diminuzione in valore assoluto della polarizzazione di griglia e quindi con la diminuzione del segnale diversamente da quanto avviene con la rilevazione di placca dove la corrente anodica aumenta con l'aumento del segnale) , con una frequenza cioè uguale a quella audio della modulante.
La tensione rivelata si formerà ai capi della resistenza di carico e verrà portata, tramite un condensatore, alla griglia della valvola successiva; un ulteriore condensatore di piccola capacità che abbia cioè una alta reattanza per la audio frequenza ed una bassa reattanza per la radio frequenza, collegato alla placa, scaricherà a terra la residua radio frequenza.
La rivelazione di griglia è utilizzata con piccoli segnali ; infatti grandi segnali produrrebbero alti valori negativi di polarizzazione di griglia e quindi la valvola (il triodo della schematizzazione 5b di fig.5 per intenderci) lavorerebbe su un punto della caratteristica troppo vicina all'interdizione con forti distorsioni del suono rivelato.
Si osserva che se il punto di lavoro è troppo vicino all'interdizione si determina una nuova rivelazione, per caratteristica di placca questa volta, che avrebbe però effetti contrari rispetto a quella di griglia , infatti in quest'ultima si determinerebbe un aumento della corrente elettronica con l'aumento dell'intensità del segnale mentre con la rilevazione di griglia come già detto avviene esattamente il contrario.
Se i segnali sono di valore limitato la valvola lavora in un punto centrale della caratteristica senza che si verifichi alcuno dei problemi suddetti.

 

 

Triodo rivelatore per caratteristica di placca

Questo sistema di rivelazione è valido solo per valori elevati del segnale come si evince chiaramente dall'osservazione della diagramma di fig.6; prima della rilvelazione pertanto è opportuno amplificare il segnale radio ricevuto.
Come nel caso della rivelazione a falla di griglia le componenti a radio frequenza presenti nella placca devono essere convogliate a terra da un condensatore collegato che abbia, a confronto del circuito utilizzatore, una impedenza piccola per le radio frequenze e grande per le audio frequenze; ancora meglio sarebbe utilizzare un filtro, opportunamente schermato, formato da una induttanza e due condensatori come mostrato in fig.6.

 

 

fig6
fig6

Se iniettiamo un segnale a radio frequenza modulato in ampiezza nella griglia di un triodo con una polarizzazione molto prossima alla tensione di interdizione (fig.6) si avrà corrente elettronica solo quando la tensione di griglia sarà inferiore in valore assoluto alla tensione di interdizione; la corrente inoltre, diversamente da quanto avviene nella rivelazione per caratteristica di griglia, aumenterà e diminuirà con l'aumento e la diminuzione del segnale radio.

Rivelatori a cristallo

Alcuni materiali (carborundum, perikon ,galena, psilomelano ) presentano una resistenza assai diversa nei due versi; essi sono i rivelatori a cristallo e si comportano come diodi, in passato venivano largamente utilizzati per la rivelazione dei segnali radio.
I rivelatori a cristallo si dividono in due categorie: ad alta ed a bassa resistenza. Il Carborundum ed il Perikon sono ad alta resistenza mentre la galena e la maggior parte dei cristalli in "ite" sono invece a bassa resistenza.
La resitenza dei cristalli della prima categoria è mediamente da 6 a 9 volte maggiore di quella dei cristalli appartenenti alla seconda.
La resistenza che un contatto a cristallo presenta per la corrente alternata , dipende dalla intensità dei segnali ed è minore per i segnali forti.
nella fig.7 sono indicate le curve caratteristiche della galena e del carborundum; per la galena sono state prese in considerazione due diverse regolazioni.

fig7
fig7

Relativamente al carborundum c'è da osservare che possiede un gomito ad un potenziale non nullo e che pertanto perchè possa avere un buon funzionamento occorre che venga polarizzato ad una tensione costante di circa1,5 V .
Dal grafico si può anche notare che la rivelazione può considerarsi quadratica per segnali bassi e lineare per segnali più alti.

Rivelazione

di onde radio modulate in frequenza

rivelatore a pendenza (slope detector)

fig.8
fig.8

E' un sistema di rivelazione delle onde radio modulate in frequenza; non è un rivelatore di solito utilizzato nei ricevitori FM per le sue scadenti prestazioni in termini di disturbi e di linearità ma è comunque in grado di funzionare; la fig.8  illustra come.

Supponiamo di avere un circuito accordato, la cui curva di risonanza è quella verde di fig.8., sintonizzato sulla frequenza fB' e di inviargli una radio onda modulata in frequenza centrata su  fB' .

Il circuito accordato risponderà alla variazione della frequenza con una variazione della ampiezza del segnale che sarà massima alla frequenza di risonanza fB' e che diminuirà man mano che la frequenza di entrata si allontanerà da quella centrale.

Ma osservando la curva azzurra di fig.8 ci si accorge che variazioni in più o in meno portano ad una risposta simmetrica per cui fra le due variazioni non avrò alcuna differenza di ampiezza e dunque nessuna rivelazione.

Se però spostiamo la frequenza centrale dell'onda sintonizzata lungo il fianco della curva di risonanza (curva rossa) notiamo che a variazioni in diminuzione della frequenza corrisponderà  una diminuzione dell'ampiezza del segnale e che a variazioni in senso opposto un suo aumento.

Si ottiene in questo modo una trasformazione della modulazione in frequenza in una modulazione in ampiezza rivelabile coi metodi già noti.

rivelatore "fuori sintonia"

rivelatore fuori sintonia
fig.9

Il rivelatore è rappresentato in fig.9.

Il primario  A del terzo trasformatore Mf  (frequenza intermedia) è accordato alla frequenza intermedia di 10,7 MHz) il secondario B  è accordato alla frequenza 10,7 MHz - 0,075 MHz, il secondario C  è invece accordato alla frequenza 10,7 MHz + 0,075 MHz.

fig.10
fig.10

in fig.10 sono rappresentate le curve di risonanza del primario A (curva A) del secondario B (curva B)e del secondario C(curva C).

La curva A è più larga delle curve B e C per far passare l'intera gamma delle frequenze di modulazione.

I due circuiti di rivelazione costituiti dai due secondari, dai due diodi, posizionati come in figura, da due resistenze  e da due condensatori,  lavorano separatamente; le due resistenze ed i due condensatori  sono uguali.

 

fig.11
fig.11

Le due curve B e C si incontrano in un punto in cui hanno la medesima tensione che corrisponde alla frequenza intermedia (10,7 MHz).

se ribaltiamo la curva C verso il basso , facendola ruotare intorno alla retta parallela all'asse delle frequenze  e passante nel punto di incontro delle curve B e C, otteniamo il risultato rappresentato in fig.11 che meglio fa capire come avviene la rivelazione.

Da quanto finora detto si capisce che quando la frequenza in entrata è pari a quella della portante (assenza di modulazione) le tensioni nell'anodo dei due diodi è uguale , le correnti che circolano nei due circuiti di rilevazione sono uguali, le cadute di tensione ai capi delle due resistenze di carico sono uguali e pertanto la loro differenza , che rappresenta il segnale rivelato,  è pari a zero.

 Cosa succede quando l'onda ricevuta ha una frequenza compresa fra 10,7 MHz e 10,7 MHz + 0,075 MHz?

Entra in funzione il diodo c che rivela il segnale; la corrente circola nel senso indicato dalle frecce rosse  e carica il condesatore relativo con polarità positiva verso il catodo del diodo c ; chiamiamo questa tensione Vc1 (questa tensione varia col variare della frequenza entro l'intervallo  "10,7 MHz e 10,7 MHz + 0,075 MHz".

Cosa succede quando l'onda ricevuta ha una frequenza compresa fra 10,7 MHz e 10,7 MHz - 0,075 MHz?

Entra in funzione il diodo b che rivela il segnale; la corrente circola nel senso indicato dalle frecce rosse  e carica il condensatore relativo con polarità positiva verso il catodo del diodo b; chiamiamo questa tensione Vb1 (questa tensione varia col variare della frequenza entro l'intervallo  "10,7 MHz e 10,7 MHz - 0,075 MHz".

La differenza fra la tensione Vc1 e Vb1 è il segnale rivelato.

Questo rivelatore noto come "off tuned discriminator" presenta i seguenti svantaggi:

  • richiede una accurata taratura tenuto conto del fatto che la rivelazione dipende dalla forma delle curve di selettività e dalla posizione delle due curve dei secondari una rispetto all'altra (vedi fig.10).
  • rivela anche i segnali modulati in ampiezza e quindi i disturbi; per questo motivo richiede la presenza di una valvola apposita che elimini ogni variazione di ampiezza nell'onda sintonizzata..

rivelatore "fuori fase" -FOSTER SEELEY-

rivelatori "FOSTER SEELEY"
fig.12

Il terzo trasformatore di media frequenza è formato da un primario e da un secondario con presa centrale accordati entrambi alla frequenza intermedia di 10,7 Mhz.

In queste condizioni, se sintonizzo un'onda avente frequenza pari a 10,7 MHz  le tensioni ai capi  del primario e del secondario risultano  sfasate di 90 ;

le due tensioni fra gli estremi e la presa centrale del secondario sono in opposizione di fase.

Se l'onda sintonizzata è diversa da 10,7 MHz lo sfasamento cambia e precisamente diventa maggiore di 90 gradi se la frequenza sintonizzata è maggiore di 10,7 MHz e minore di 90 gradi se essa è minore di 10,7 MHz.

Per comprendere il funzionamento del rivelatore "fuori fase" bisogna ricordare che se si sommano  due onde in continua variazione di fase se ne ottiene una in continua variazione di ampiezza.

Ora, se la frequenza in entrata varia nell'intervallo (10,7±0,075)  MHz

in uscita nel secondario avrò delle tensioni il cui sfasamento rispetto alla tensione entrante  diventerà maggiore o minore di 90 gradi a seconda che la frequenza vari fra 10,7 e 10,7 +0,075 e fra 10,7 e 10,7 - 0,075 MHz.

Se ora sommo la tensione in entrata con le due tensioni in uscita nei secondari, che sono, come detto, in continua variazione di fase,  otterrò due tensioni in continua variazione di ampiezza e quindi rilevabili.

In figura 12 sono rappresentati alcuni esempi di rivelatori "fuori fase" progettati da Foster Seeley.

Il primo circuito in alto della fig.12  differisce da quello centrale per il solo modo di sommare la tensione del primario con quelle del secondario.

Nel primo caso si utilizza un condensatore di piccolo valore, intorno ai 20 pF, collegato alla presa centrale . 

L'induttanza serve per impedire che il segnale dalla presa centrale si scarichi a terra.

La somma delle tensioni v1 + v2 = v4   e v1 + v3 =v5  che risultano modulate sia in frequenza che in ampiezza vengono rivelate dai diodi; e i due condensatori vengono caricati con la polarità di fig.12 ; la differenza delle tensioni ai capi di tali condensatori rappresenta il segnale rivelato.

Nel secondo caso la tensione v1 è portata alla presa centrale tramite un terziario strettamente accoppiato col primario; si formano le stesse tensioni di prima e la rivelazione risulta uguale.

fig.13
fig.13

I due schemi di cui si è detto risultano bilanciati, vengono cioè rivelate entrambe le parti dell'onda, sia quella positiva che quella negativa.

Non è necessario che vengano rivelate entrambe le semi-onde; la ricezione è assicurata anche rivelando una sola semi-onda; si usa allora il circuito sbilanciato di fig.12 (ultimo in basso) molto più semplice da realizzare.

Gli apparecchi con rivelatore Foste Seeley utilizzano di solito quello sbilanciato; un esempio è dato dalla radio Prandoni mod. PD223 (vedi fig. 13)

 Questo rivelatore noto come "Foster Seeley" presenta il seguente svantaggio:

  • rivela anche i segnali modulati in ampiezza e quindi i disturbi; per questo motivo di solito veniva fatto precedere da una valvola limitatrice, una valvola apposita cioè, che eliminasse ogni variazione di ampiezza nell'onda sintonizzata..

rivelatore "fuori fase" -RATIO DETECTOR-

rivelatori a rapporto
fig.14

Anche il rivelatore a rapporto noto come " ratio detector" è un rivelatore fuori fase, ma al contrario del rivelatore "Foster Seeley" ha il vantaggio di non rivelare i disturbi .

Ciò dipende dal fatto che i due diodi sono montati in serie così che  la tensione rivelata non è data dalla differenza delle due tensioni ai capi delle resistenze di carico ma dal loro rapporto; in tal modo se per es.  il disturbo fa raddoppiare le tensione del segnale ai capi di tali  resistenze  il loro rapporto rimane uguale.

FIG.15
FIG.15

Anche il "ratio detector" può essere bilanciato o sbilanciato come mostrato in fig.14.

Solitamente viene utilizzato il "ratio detector" sbilanciato per la sua semplicità di costruzione.

nelle figure 15 e 16 vengono mostrati due esempi di "ratio detector"  sbilanciato; sono la CGE Audioletta e la Telefunken Domino.

FIG.16
FIG.16