superreazione

Ciò che segue è quanto  ho capito del più che complesso ed incasinato argomento.

Se qualcuno per sventura legge queste righe è ha qualche idea in merito...si faccia sentire.

fig.1
fig.1

La superreazione è molto usata per la ricezione delle onde ultracorte , quando si opera con le altissime frequenze, con λ da 10 a 1 m, cioè con frequenze da 30 a 300 megacicli/sec.

La costruzione di un apparecchio ricevente a superreazione non è particolarmente difficile quanto invece la sua messa a punto.

Il principio di funzionamento consiste nel mantenere costante l'altissima sensibilità che la rivelatrice assume nel momento in cui, con la semplice reazione, la valvola entra in oscillazione.

Ciò si ottiene bloccando  la valvola appena prima che inizi l'oscillazione e riattivandola subito dopo, con una frequenza ultrasonica.

Che significa? detto così  si capisce pochino.

Vediamo allora di spiegare meglio l'arcano.

Intanto diciamo, in altri termini,   che appena si ha  l'innesco, con la semplice reazione, la valvola inizia ad oscillare ed emette il caratteristico fischio, ma se appena prima che inizi l'oscillazione, quando la valvola cioè ha raggiunto il massimo della sensibilità,  portiamo la stessa all'interdizione,tante volte quanto vogliamo e con una frequenza ultrasonica, questo stato di grazia di massima sensibilità permane.

Questa frequenza ultrasonica, detta frequenza di spegnimento può essere autogenerata , cioè prodotta dalla stessa valvola che produce l'oscillazione alla frequenza sintonizzata , oppure eterogenerata prodotta cioè da una valvola apposita.

Supponiamo di sintonizzare un' ultrafrequenza ( per es. di 100 MHz) utilizzando il circuito oscillante L1-C1, come indicato in Fig.1,  dove la frequenza di spegnimento è prodotta da  L- C- R -  Ce quindi  autognerata,

In Fig.1 sono indicati due modi equivalenti di accoppiare il circuito oscillatorio dell'onda sintonizzata ( L1-C1) e  quello dell'onda ultrasonica di spegnimento  (L2-C3).

Se appena prima dell'inizio dell'oscillazione della valvola, dovuta alla semplice reazione,  interrompessimo il funzionamento della stessa e poi la riattivassimo con una frequenza ( frequenza di spegnimento ottenuta in questo caso, come già detto,  grazie al circuito oscillatorio costituito dalla stessa valvola dalla induttanza  L2 e dal condensatore C3 di 5nF di fig.1,  come mi pare d'aver capito leggendo il cap 24 del testo "Radio elementi" del Ravalico; ma  intervengno anche R e  C2 ) per esempio di 100 Hz sentiremo un cupo ronzio in quanto la frequenza di 100 Hz è udibile; se l'interruzione e riattivazione venisse resa più frequente, per esempio  di 4.000 Hz, poichè anche questa frequenza è udibile sentiremo solo un fischio acuto;  man mano che si aumenta  la frequenza di interruzione il fischio diventa sempre più acuto finché, raggiunta una frequenza ultraacustica, esso  scompare.

Finché è presente il fischio è impedita  la ricezione di qualsiasi trasmissione.

Quindi, se  utilizzassimo una frequenza di spegnimento ultrasonica uguale o superiore a 20KHz, per esempio di 100.000 Hz, il fischio non sarebbe più percepibile e se fra uno spegnimento e l'altro avessimo un sufficiente numero di cicli ad  ultrafrequenza sentiremo la trasmissione in quanto in quei momenti di funzionamento  la sensibilità della valvola è altissima ed ancora non è iniziata l'oscillazione, dovuta alla semplice reazione, in quando interrotta dalla frequenza di spegnimento ultrasonica di cui si è detto.

Supponiamo di voler sintonizzare un'onda lunga , utilizzando la superreazione non sentiamo assolutamente nulla in quando fra uno spegnimento ed un altro, con una frequenza di 100.000 Hz, ho  pochissimi  cicli dell'onda lunga ricevuta che ha appunto una frequenza simile a quella di spegnimento, le medesime difficoltà di ricezione si incontrano con le onde medie ed anche con le corte perchè il numero dei cicli dell'onda ricevuta fra uno spegnimento e l'altro è insufficiente.

Con le onde ultracorte invece la ricezione è possibile perché fra uno spegnimento e l'altro ho un numero di cicli  sufficiente; infatti con una frequenza sintonizzata  di 100 MHz fra uno spegnimento e l'altro che si susseguono con una frequenza di 100KHz si hanno 1000 cicli  sufficienti (?) per una buona audizione.

Finora tutto OK  (tranne il  punto interrogativo.......................devo approfondire) , ma sorgono due domande:

  • Come avviene la rivelazione?
  • Come si ottiene la frequenza di spegnimento ?

Relativamente alla prima domanda nel seguito ho raccontato come penso che avvenga la rivelazione del segnale sia nel caso della auto-generazione che della etero-generazione .

Relativamente alla seconda domanda possiamo ribadire  che non è strettamente necessario avere una valvola apposita che crei la frequenza di spegnimento (etero-generazione, metodo  usato in alcuni casi e teorizzato da Armstrong) ma è sufficiente utilizzare il medesimo triodo rivelatore (auto-generazione, metodo teorizzato da Flewelling) come mostrato in fig.1.

Dunque la frequenza di spegnimento può ottenersi nei seguenti modi:

  1. frequenza di spegnimento auto-generata;
  2. frequenza di spegnimento etero-generata in modo logaritmico;
  3. frequenza di spegnimento etero-generata in modo lineare

 Prima  di parlare di questi modi  volevo soffermarmi sul  funzionamento del circuito di fig.2 che rappresenta il circuito equivalente di un circuito accordato. (vedi fig.1).

fig.2
fig.2

Nel circuito di fg.2 RLè  la resistenza serie, non materialmente presente, e la Rn è una resistenza negativa.

Se il circuito oscillatorio non fosse alimentato dal triodo, Rn sarebbe nulla e l'oscillazione eventualmente presente si smorzerebbe seguendo la legge :

V=Vmax e -RLt/2  .

Quando interviene il triodo che riporta al circuito oscillante, attraverso l'induttanza di reazione, l'energia da lui persa, è come se comparisse una resistenza negativa Rche si somma algebricamente alla resistenza RL; questa resistenza negativa fa in modo che lo smorzamento dell'oscillazione  si riduca sempre più fino ad annullarsi. 

la resistenza (RL) che chiamo ora R (resistenza netta) che compare nella formula dello smorzamento su indicata diventa la somma algebrica di RL ed Rn ; ora poichè Rn è, come detto, negativa  risulta:

R = (RL+Rn)<RL

fig.2a
fig.2a

il circuito di fig.2 è presente negli schemi A, B, C, di fig.2a.

Nello schema A abbiamo una radio ricevente con rivelazioine di griglia senza reazione .

il Q del circuito accordato è:

Q1= 2πfL/RL = 1/2πfCRL di solito il suo valore è pari a 100 è inversamente proporzionale alla resistenza RL..

 La valvola interviene unicamente per rivelare ed amplificare.

Non si ha alcuna retroazione che riporti in griglia il segnale amplificato.

Nello schema B abbiamo in più la reazione.

Cosa succede?

Il triodo restituisce al circuito parte dell'energia da lui persa, è come se intervenisse una resistenza negativa RN che si somma algebricamente alla resistenza RL ; la resistenza totale del circuito pertanto diminuisce e contemporaneamente aumenta il coefficiente Q (Q2 è maggiore di Q1), il sistema diventa più sensibile e l'amplificazione aumenta,.

Ma fino a quanto può aumentare?

Aumenta fintanto che RL - RN rimane maggiore di zero.

Quando infatti tale differenza diventa pari a zero la valvola inizia ad oscillare e non è possibile ricevere alcunché..

Occorre pertanto fermarsi prima di raggiungere tale limite in modo che la ricezione sia possibile.;  Q è alto ma non altissimo.

Se passiamo allo schema C notiamo che la tensione pp dell'onda radio modulata sintonizzata è piccolissima, dell'ordine del μVolt.

Come posso fare per riceverla ?

E' possibile solo se il Q diventa altissimo cioè se riesco a lavorare quando RL- RN è pari a zero o quasi.

In tal caso osservando la formula di Q ci rendiamo conto che in teoria Q diventa infinito.

Se capita ciò però inizia l'oscillazione e non è possibile la ricezione.; interviene allora la frequenza di spegnimento che blocca  la valvola a ritmo supersonico ogni volta che raggiunge la massima sensibilità.

superreazione con frequenza di spegnimento autogenerata

Nell'autogenerazione avviene che le oscillazioni  dovute al rumore  e all'onda sintonizzata,  col sovrapporsi  all'oscillazione di spegnimento dovuta al condensatore C3  ed alla induttanza L2  oltre che ai valori di C2 e di R di fig.1 , portano a far scorrere corrente di griglia (la griglia diventa sempre più positiva finché  attraverso R  (fig.1) non scorre una corrente di griglia che polarizza la stessa  negativamente) dopo di chè decadono  piuttosto gradualmente ( infatti la tensione di griglia diventa sempre più negativa) fintantoché la tensione di polarizzazione si mantiene  superiore a quella di interdizione; quando si arriva al valore di interdizione le oscillazioni si interrompono e la valvola non conduce più; ciò si verifica all'incirca in corrispondenza dell'alternanza negativa dell'onda a frequenza ultrasonica .

La frequenza con cui si verifica l'interdizione della valvola (frequenza di spegnimento) dipende evidentemente  dalla frequenza dell'onda ultrasonica che dipende a sua volta, tra l'altro,  anche dal valore della resistenza R e del condensatore C2 di fig.1 ed è circa uguale  a 1/RC2 .

Per quanto riguarda   la costante di tempo RC2   possiamo dire che essa deve avere un valore tale da permettere una fedele riproduzione sonora., deve cioè essere oltre che di molto maggiore del periodo della  frequenza sintonizzata anche minore o uguale al periodo della frequenza minima ad audio frequenza.

 

fig.3
fig.3

Nella fig.3 è indicato l'andamento delle oscillazioni a regime e della media (linea rossa) della tensione di griglia (nella realtà, all'inizio, la tensione di griglia è pari a zero) e solo a regime, come già detto,  la tensione media di griglia assume la forma della linea rossa di fig.3..

All'inizio la tensione di griglia è zero, quando viene sintonizzata una radio onda (ma non è necessario, perchè abbia inizio un' oscillazione è sufficiente la tensione di rumore che è dello stesso ordine di grandezza delle frequenze sintonizzate)  inizia l'oscillazione, 

In fig.3 , fra i punti 1 e 2,  la griglia, durante le alternaze positive, diventa positiva e fa scorrere corrente nel senso massa griglia nella resistenza R , ciò porta a caricare il condensatore di griglia  col segno negativo.

La griglia a questo punto diventa negativa e la sua negatività si avvicina sempre più alla tensione di interdizione.

Finché la tensione di griglia rimane meno negativa dell'interdizione l'oscillazione persiste ma quando la tensione di griglia raggiunge e supera l'interdizione essa decade esponenzialmente.

Non passa più corrente nella valvola ed il condensatore si scarica attraverso la resistenza di griglia,  fra i punti F e G di fig.3.

La tensione di griglia dunque durante la scarica diventa sempre meno negativa e quando diventa maggiore della tensione di interdizione (punto C di fig.3)  riprende l'oscillazione ed il ciclo si ripete.

In realtà, come già detto, per far iniziare l'oscillazione non è necessaria la radio onda ma è sufficiente la tensione di rumore che è dello stesso ordine di grandezza della radio onda sintonizzata (qualche micro Volt).

In assenza della radio onda modulata sintonizzata , in presenza della sola tensione di rumore, la forma della tensione media di griglia avrà la medesima forma della spezzata rossa  di fig.3..

Infatti è sufficiente la sola tensione di rumore per produrre le oscillazioni.

In questo caso poiché la tensione di rumore non è modulata, la rivelazione , che è rappresentata dall'andamento della tensione media di griglia, produce un fastidioso rumore ; è il rumore che si sente durante la ricerca delle stazioni e che scompare appena ne viene sintonizzata una.

rivelazione

In fig.3 è disegnata la linea spezzata rossa che rappresenta la tensione media di griglia,.

Questa tensione che varia ad audio frequenza è la rivelazione del segnale; essa viene interrotta a  frequenza ultrasonica (frequenza di spegnimento) non appena inizia l'oscillazione, cioè quando la amplificazione  è massima.. E come se mantenessi per un tempo indefinito lo stato di grazia di massima sensibilità dell'inizio delle oscillazioni.

Ora poiché la frequenza di spegnimento è ultrasonica non interferisce in alcun modo con la ricezione.

In altre parole  i tratti fra il punto B ed il punto C di fig.3 ,in cui non circola corrente, si susseguono tanto velocemente da non essere uditi, le altre parti costituite da un numero sufficiente di alternanze vengono correttamente rivelate,.

Tutto questo è comprensibile se abbiamo a che fare con un onda radio sintonizzata modulata in ampiezza.

Ma cosa accade se l'onda radio è modulata in frequenza? 

Se l'onda radio è modulata in frequenza si interviene modificando il tipo di modulazione.

si deve cioè passare dalla modulazione in frequenza a quella in ampiezza..

Come?   col rivelatore a pendenza.

Superreazione con frequenza di spegnimento eterogenerata

fig.4
fig.4

Nello schema di fig.4 è mostrato il circuito; La batteria polarizza negativamente la griglia della valvola oltre l'interdizione.

Il circuito anodico e quello di griglia sono accoppiati induttivamente in modo sufficiente da far oscillare il circuito risonante (LC); mettiamo in evidenza che nel condensatore è sempre presente una tensione dovuta ai disturbi termici ed a quelli  atmosferici e quant'altro (tensione di rumore).

Quando viene iniettato il segnale di spegnimento la polarizzazione si sposta verso valori superiori a quello di interdizione durante l'alternanza positiva e l'oscillazione cresce in modo esponenziale ,  quando invece l'alternanza è negativa e la griglia assume una polarizzazione uguale o minore dell'interdizione, l'oscillazione decade in modo esponenziale .

modo logaritmico

Nel modo logaritmico la durata dell'impulso , durante il quale la valvola conduce, è sufficientemente lunga da consentire alle oscillazioni di raggiungere la saturazione.

fig.5
fig.5

Sappiamo dunque che il circuito anodico e quello di griglia sono accoppiati induttivamente in modo sufficiente da far oscillare il circuito risonante (LC) e che  nel condensatore è sempre presente una tensione dovuta ai disturbi termici ed a quelli  atmosferici e quant'altro (tensione di rumore).

Quando viene iniettato il segnale di spegnimento la polarizzazione si sposta verso valori superiori a quello di interdizione, durante l'alternanza positiva, e l'oscillazione cresce in modo esponenziale fino a raggiungere la saturazione (curva verde di fig. 5),  quando invece l'alternanza è negativa e la griglia assume una polarizzazione uguale o minore dell'interdizione, l'oscillazione decade in modo esponenziale (curva azzurra di fig.5).

Quando è presente il segnale sintonizzato dal circuito LC la curva diventa la arancione.

le tre curve rappresentano l'inviluppo dell' equazione del valore istantaneo della tensione del condensatore di fig.4

fig.6
fig.6

In fig.6 è indicato l'andamento dei  valori istantanei (tensioni) delle oscillazioni  e dei valori istantanei (tensioni)  dei loro  inviluppi nei tre casi trattati.

Il caso della curva azzurra è stato già trattato in precedenza quando si è parlato delle oscillazioni libere in un circuito oscillatorio ; si parte da una tensione pari alla tensione massima di saturazione, che, quando la valvola entra in interdizione  diminuisce esponenzialmente fino a raggiungere valori prossimi allo zero.

L'equazione del valore istantaneo della tensione dell'oscillazione smorzata ed il valore istantaneo del suo inviluppo sono indicate in fig.6. la frequenza dell'oscillazione è quella di risonanza del circuito LC.

In questo caso l'esponente di "e" è  negastivo.

Nel caso della curva verde  di fig.5 si parte da un valore inizialeV0 (tensione di rumore) per giungere alla saturazione ; in questo caso l'esponente di "e" è positivo.

Nel caso poi della curva arancione, quando cioè è presente il segnale sintonizzato dal circuito LC  l'andamento dell'inviluppo è simile al caso precedente ma la saturazione si ottiene con un anticipo di tr secondi.

Nella fig.6 è indicata l'equazione della tensione istantanea delle oscillazioni e quella del suo inviluppo.

L'espressione del tempo tr è:

tr= -2L/R ln((Vs+V0)/V0),  e si ricava dall'espressione : V0 e -Rtr/2L=  V+ V0

l'areain arancione di fig.3 è :

ΔA=tr Vmax;

l'incremento medio della tensione ai capi di C, dovuta alla presenza del segnale, è:

ΔE= Vmaxtr / T =   -(2L/R)fqVmaxln((Vs+V0)/V0) ,  dove T = 1/fq

fè la frequenza di spegnimento.

Il termine (2L/R)fqVmax può assumere il valore di qualche volt; ora poichè la tensione dì ingresso può essere di pochi micro Volt, se la tensione di rumore è dello stesso ordine di grandezza, si può avere un guadagno dell'ordine del milione.

Ho realizzato una radio a superreazione con frequenza di spegnimento eterogenerata (vedi superrigenerativa2).

 

Superreazione con frequenza di spegnimento eterogenerata

modo lineare

Nel modo lineare  le oscillazioni non raggiungono la saturazione; la durata dell'impulso non è sufficiente lunga perchè ciò avenga.

fig.7
fig.7

Il diagramma dell'andamento della tensione del condensatore è sostanzialmente diverso da quello di fig.5.

Si fa sempre riferimento alla fig..4 e si fanno i medesimi ragionamenti.

 

rivelazione

Per quanto riguarda la rivelazione  nella super-reazione etero-generata si possono fare gli stessi ragionamenti fatti per quella auto-generata.