Transcript Leggi la tesi Radio Ricevitore a Valvole

AN1ENNA
AMPLIFICATORE
AD
ALTA FREQUENZA
Il
..
RIVE
LA
TORE
..
~
AMPLIFICATORE
A BASSA
FREQUENA
~.~
...~
1-
FIG. l
L'apparecchio radio è un dispositivo elettronico in grado di captare le onde radio e di convertirP,e la
modulazione in voci e suoni.La captazione delle onde radio avviene mediante l'antenna ricevente,
collegata all' entrata dell'apparecchio.La riproduzione delle voci e dei suoni avviene mediante
l'altoparlante, collegato alla sua uscita (Vedi Fig. l ).Per effetto della captazione delle onde radio, è
presente all'entrata dell'apparecchio un segnale ad alta frequenza (RF) detto segnale radio con
frequenza compresa tra 100Khz e 105Mhz, per quanto riguarda la radiodiffusione.
L'apparecchio radio deve provvedere ad amplificare il segnale RF giunto alla sua entrata, e quindi a
convertirlo in segnale a bassa frequenza (BF) detto anche segnale ad audio frequenza.La sua
frequenza corrisponde a quella delle voci e dei suoni, ed è generalmente compresa tra 20hz e
20Mhz.L' apparecchio è perciò distinto in due sezioni:
l. La sezione a radio-frequenza
2. La sezione ad audio-frequenza o amplificatore BF
Tra la fme della sezione radio e l'entrata della sezione audio vi è lo stadio di rivelazione, detto
rivelatore.Converte il segnale radio modulato in segnale audio.Per rivelazione s'intende la
separazione dei due segnali, radio e audio, mentre per modulazione s'intende la sovrapposizione dei
due segnali.La stazione radio-trasmittente provvede a sovrapporre i due segnali, radio e audio;
l'apparecchio ricevente provvede a separarli, eliminando il segnale radio.
L' APPARECCHIO RADIO
CONSISTE DI TRE
PARTI
l
....
....
Captare onde radio provenienti dalle
emittenti radio.
..
~
Sezione a radio-frequenza (RF) PROWEDE A
Sintonizzarsi su una sola di loro,
escludendo le altre.
Amplificare il segnale radio presente
alla sua entrata
Lo stadio rivelatore
Sezwne a audio-frequenza (BF)
Amplificare il segnale radio in tensione e in potenza
PROWEDE A
Regolarne l ' intensità e la tonalità
Convertirlo nelle onde sonore corrispondenti alle voci
ed ai suoni
Un' onda elettromagnetica che, nella sua propagazione nello spazio, investe un' antenna ricevente
induce in essa una f. e. m. alternata ad alta frequenza la quale porta con sé il segnale.Un ricevitore
'.
(]2.0
grad~
(1.o"")
deve poter essere in
di funzionare con tensioni a radiofrequenza, fornitegli dall' antenna,
anche dell' ordine di l+lOpV; d'altra parte al rivelatore, per il suo corretto funzionamento, deve
essere applicata una tensione a radio-frequenza dell'ordine di qualche volt; risulta da ciò che
l'amplificazione in alta frequenza necessaria può essere dell'ordine di 1QI'5+IOA6.Per ottenere tale
notevole amplificazione si usa il metodo della conversione di frequenza.! ricevitori a conversione di
frequenza sono detti ricevitori supereterodina.In questi, sulle oscillazioni che giungono all'antenna
(le cui frequenze occupano una gamma vastissima), si opera una conversione della loro frequenza in
una frequenza più bassa e di valore fisso, su cui sia più agevole compiere l' amplificazione.La
conversione di frequenza è la prima operazione che un ricevitore attua. Successivamente (come gia
detto), il segnale verrà amplificato, rivelato e di nuovo amplificato. Tutte queste operazioni sono
schematizzate in figura n° l.
ONDE SONORE ONDE RADIO E MODULAZIONE
L'onda radio è il segnale che viene emanato dall'antenna trasmittente della stazione radio.Affmchè
ciò possa avvenire, le onde ad audio-frequenza cioè voci e suoni da trasmettere, vengono convertite
in onde elettriche.A questo provvede il microfono che mi genera una tensione detta tensione audio
ossia una tensione che corrisponde esattamente alle voci e ai suoni.La tensione audio, viene
amplificata adeguatamente, e quindi sovrapposta ad altre onde elettriche a frequenza molto più
elevate.La tensione audio può essere anche chiamata tensione ad audio-frequenza. Come accennato
anche prima la frequenza più comune delle onde sonore cioè quelle ad audio-frequenza è quella di
l 000 hertz mentre la frequenza più comune delle onde radio è quella di l 000 Khertz.In questo caso
ad ogni onda sonora corrispondono l 000 onde radio.E' quindi possibile sovrapporre le onde ad
audio-frequenza su quelle a radio-frequenza.Questa è la modulazione.Le onde a audio-frequenza
unite alle onde radio vengono trasmesse e giungono ai vari ricevitori.Non appena queste onde
incontrano un metallo qualsiasi, si convertono subito nella stessa tensione elettrica che le ha
prodotte.Si capisce quindi l'utilità dell'antenna.Quindi il segnale ad alta-frequenza cioè il segnale
che arriva sull'antenna della radio ricevente è composto dalla sommatoria di un segnale ad audiofrequenza e un segnale opportunamente modellato dall'onda ad audio-frequenza detto poi segnale a
radio-frequenza.Quest'operazione viene detta modulazione.Poiché le "dimensioni dell'onda radio
sono due ampiezza e frequenza, anche la modulazione può essere di due tipi: quella di ampiezza e
quella di frequenza.
MODULAZIONE DI AMPIEZZA
La modulazione di ampiezza consiste nel far variare l'ampiezza dell'onda _!@Jo detta onda portan_!e
in perfetta corrispondenza con le onde di tensione elettrica, ossia con quelle sonore dette segnale
modulante.L'ampiezza dell 'onda portante varia in modo esattamente uguale all'andamento
dell'onda modulante.
In figura è illustrato un esempio di modulazione di ampiezza. E' indicata un'onda ad audiofrequenza (onda modulante), e un onda radio (onda portante).L'onda ad audio-frequenza modula
viene
tanto le semionde positive che quelle negative a radio-frequenza.Se un diodo , · ·
utilizzato come rivelatore, esso lascia passare soltanto le semionde positive.Ne risulta
immediatamente l'onda ad audio-frequenza.
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Portante
+
VMX
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\
Segnale modulante
Onda modulata
Figura l
Indicando con Vm = Vm cos (romt) il segnale modulante, e con Vp = Vp cos (ropt) il segnale
portante, l'onda modulata in ampiezza ha espressione:
V= [Vp+Ka Vm cos (rom t)]cos (rop t)
dove il fattore dì proporzionalità Ka determina la massima variazione d'ampiezza Ka Vm causata
dal segnale modulante d'ampiezza Vm.
'
MODULAZIONE DI FREQUENZA (FM)
Tale modulazione consiste nel far variare la frequenza dell 'onda radio detta onda portante in esatta
corrispondenza con l'andamento dell'onda ad audio-frequenza detta onda modulante.In alto di
figura è indicata l'onda ad audio-frequenza, da far giungere all'altoparlante degli apparecchi
riceventi.In basso è riportato il gruppo delle onde radio portanti.L'ampiezza dì tali onde radio non
varia; è costante. Varia invece la loro frequenza.Le semionde positive dell'onda audio determinano
aumenti di frequenza, quelle negative determinano invece diminuzioni di frequenza.Si suol dire che
vi sono due deviazioni di frequenza, rispetto alla frequenza centrale, una in senso positivo e l'altra
in senso negativo.La frequenza centrale è quella in assenza di segnale modulante.Le deviazioni di
frequenza dell'onda radio corrispondono esattamente all'andamento dell'onda audio, sono
direttamente proporzionali all'ampiezza dell'onda audio di modulazione.
,,
/\
1\
L\
~v
Onda
nnnnnnnnnn ~ n ~n
v vvv v v~ vv v v · v
Onda portante
Modulazione di frequenza (F M)
La rivelazione delle onde radio a modulazione di frequenza non è altrettanto facile come per quelle
a modulazione d'ampiezza. Per la modulazione di frequenza si adoperano due diodi in varie
configurazioni chiamate discriminatori.! più noti sono:
TI discriminatore di Foster- Se11ey
Il discriminatore a rapporto
IHi~watore=m=ttuadr~el{)=GOB=GiF~~
LA VALVOLA
D primo apparecchio radio_ricevente a valvola elettronica venne realizzato nel 1904 dal prof. Fleming insegnante all'
Università di Londra e collaboratore di Marconi. In esso il rivelatore a cristallo era sostituito da un rivelatore a valvola
elettronica , basato su un
particolare fenomeno scoperto da Edison nel
1884 (l'emissione di elettroni da parte del
filamento della lampadina.)
Edison pose all'interno di una lampadina una
piastra metallica collegata al polo positivo di
una batteria e collegò il polo negativo al
filamento mettendo in serie un milliamperometro ,
si accorse che quando il filamento era acceso nel
circuito scorreva una corrente. Questa corrente ha
una sola direzione dal filamento alla piastra
chiamata placca. - .)
Gli apparecchi a valvola di Fleming ebbero poco
successo poiché erano più complicati di quelli a
cristallo senza essere più sensibili, ciò anche perché
Diodo di Fleming 1904
allora le valvole erano alquanto rudimentali.
Nel 1906 De Forest inserisce tra filamento e placca una reticella (griglia) e si accorse che varandone di poco il
potenziale si otteneva una maggiore variazione della corrente nel circuito anodico ovvero una amplificazione. De Forest
aveva inventato il triodo. In seguito sostituì il
filamento di tantalio troppo fragile con uno di tungsteno .
Con l'invenzione del" Audion" (cosi' chiamò
De Forest il triodo) l'apparecchio a valvole acquistò
improvvisamente grande importanza poiché si
potevano amplificare i segnali deboli delle stazioni lontane .
Triodo di De Forest denominato "Audion "
J•
l
....
Esemplari di triodi" Marconi" daJ 1918
TETRODO, PENT000 1 TUBO A FASCIO
1. -
Azione dello schermo - Tetrodo - Emissione secondaria.
La placca e la griglia di un triodo, essendo due conduttori isolati,
affacciati fra loro, costituiscono una sorta di condensatore che. neglj
ordinari tubi, ha capacità dell'ordine di qualche micromicrofarad. Avviénc allora che, se la tensione di placca è variabile, risulta riportata
~~a griglia })et via capacitiva una f. e. m. variabile che si sovrappone a
quella: -~~_il~ applicata dall'esterno.
Questa rctroazione della placca
sulla griglia costituisce, in molte
-t
applicazioni, un elemento pertur~
batorc.
r
Riduce fortemente questo inconveniente l'introduzione fra
placca e griglia di un nuovo elettrodo, detto scher'flg, di struttuFig. l - Tetroclo: disposizione scbemalica degli elettrodi e simbolo.
ra analoga a quella dclJa griglia
l
(fig. 1) • ..M~ntcnuto a potenziale
rigorosamente costante, lo schermo agisce come una gabbia di Faraday (' ),
J~dendo che le variazioni della tensione di J:!lacca siano risentite dallj
grigli!· Nel nuovo tubo così ottenuto, che è detto tetrodo, la capacità frfl
griglia e placca risulta ridotta a quillcbe centesimo di quella esisten,te
nel triodo.
La griglia schermo G, è tenuta a tensione pgsitiva rispetto ill.&i!t.QdQ..
-:,; ~
.....l
rente anodica nd circuito esterno al tubo è allora data dal numero degli
eJettron_i__p.rj~~Ij._ ricevuti dalla placca ogni secondo, meno il numero di
elettroni secondari perduti da essa nello stesso tempo e raccolti dallo
schermo (1 ).
Questo stato di cose genera una serie di inconvenienti assai gravi
(la cui spiegazione sarebbe difficilmente accessibile in questo stadio del
nostro studio) i quali fanno sì che l'uso del tetrodo sia praticamente abbandonato nella tecnica moderna; si usa invece un tubo strutturalmente
più complesso, il pentodo, che presentando· i vantaggi del tetrodo, dovuti
alla presenza dello schermo.t non ne ha gli inconvenienti.
2.
-.P ventpdo...
Per evitare lo scambio di elettroni secondari fra placca e schermo, è
stato ideato il pentodo. In questq. tubo (fig. 3) una nuova griglia. chiamata soppressoret è situata fra sèhermo cd anodo ed è mantenuta allo
stesso potenziale del catodo, mediante collegamento diretto con esso. Il sopprcss~
re, col suo campo inverso, respinge verso
la placca gli elettroni secondari, che esco~
no da essa con velocità molto bassa, e
non ostacola praticamente il transito dc... ·-'r , A 1gli elettroni primari provenienti dal catodo, che sono invece animati da velocità
- 1,G:assai superiore.
~l
Come nel tetrodo, il numero di elettroni della carica spazialc, che partono
dalla regione catodica e si avviano verso
la placca, è praticamente indipendente
K
dalla tensione anodica (a causa dell'azione dello schermo) e dipende quasi esclusivamente dalla tensione dello schermo e
della griglia comando; una parte di queFig. 3 -- Penlodo: elementi
sti elettroni è raccolta dallo schermo ed
t:ostitutivi c simbolo.
una parte dalla placca. Si devono perciò
considerare nel pentodo tre distinte correnti: la corrente anodica l" ,
la corrente di schermo/, e la corrente catodica Irq somma di /,,~ e di I.,
che si ha nel conduttore catodico
c che è formata da tutti gli
.G,
IG·
nlt
L'andamento della corrente anodica in funxione della tensione anodica, a parità di
tensione di schermo e della griglia di controllo, è indicato dalla figura 16 del n. 5.
( 1) -
elettroni che si allontanano dalla regione catodica.La curva che rappresenta la
legge di dipendenza di la , da Va (per Va e V ,costanti) si chiama, come per il triodo ,
caratteristica anodica ed ha, per le applicazioni ,interesse prevalente rispetto all'analoga
caratteristica di schermo; tenendo costante il valore della tensione di sche~ìno e dando valori
diversi alla tensiofré Vg della griglia di comando , si ottiene la famiglia delle caratteristiche
anodiche del pentodo , relativa alla prefissata tensione di schermo.
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• PRINCIPIO DELL'APPARECCHIO A CONVERSIONE 01 FREQUENZA (SUPERETERODINA) . ! atalo Ideato
allo ocopco àl rendere Innocua la retrocetelone nel cl'rculto d 'antenna del ngnall già empllftcatl. La frequenu di qu111/ tegnall
è dive •• da quolla del aegnall In Drrlvo. t coma ae provontoaero da una emittente fuori Gamma. non rlcevlblle.
n primo
stadio che troviamo è lo stadio convertitore fonnato dal circuito accordato d'entrata, il
circuito accordato d'oscillatore detto anche oscillatore locale e una valvola o transistor convertitrice
o transistor detta mescolatore. Questo stadio esegue la conversione di frequenza.
La conversione di frequenza consiste nella conversione della frequenza fi di un oscillazione (nel
nostro caso si tratta del!' ondaradio) in una frequenza fi di valore più basso, scelto a piacere,per
ottenere tale cambiamento di frequenza si applica ad un rivelatore (diodo) l'oscillazione e1 , a
frequenza fi ,insieme con una oscillazione e2 ,prodotta con un oscillatore locale, avente una
frequenzafitale che risulti fi-fi = fi.
Un circuito che si presta a questo scopo è il circuito convertitore (Vedi figura n°2).
l
l
f,-·/Fz·f,/
8
Fig. 2 - Schema di principio di un con·
verti tore di frequenza attuato con un
rivelatore per caratteristica di placca.
In figura n°2 è rappresentato un pentodo. Esso è lo schema di principio del convertitore.Alla valvola
o transistor convertitrice è applicata la somma delle due tensioni e1 ed e2 che è un oscillazione di
ampiezza ritmicamente variabile fi - fi al secondo, con l'andamento, ad esempio, indicato nella
figura n°3.
l
l
n~~~~~~~~~
er + e.z
l
èii.J
~
~
Fig_
A.ndament:o della. t:e:nsio:ne d'ent:.rat:a (a)_
della corre:nt:e anodica (b) e del suo valore medio (c). .r:tel con.vert:it:ore eli figura. 2
3
-
La corrente anodica della valvola ha,allora, l'andamento indicato nella figura 3b , essa è costituita
da impulsi il cui valore medio (curva a tratto grosso) varia nel tempo con la stessa legge con cui
varia l'ampiezza dell'oscillazione ez+ e2 .In pratica il circuito di fig.n°2 non è altro che un diodo
formato da Anodo,Katodo e griglia solo che utilizzando un pentodo riduco molti errori. Tale val or
medio, riportato nella figura 3c, è la somma di una corrente continua Io e di una corrente alternata di
frequenzaji
ft- fl
ne deriva che nella corrente anodica della valvola vi è una componente
alternata a frequenza.fi.
Una proprietà interessantissima del processo descritto è che il cambiamento di frequenza non altera
la modulazione: se l'oscillazione ez a frequenza. [l è modulata, l'oscillazione risultante a frequenza.fi
è modulata nello stesso modo .La conversione di frequenza si traduce quindi, sostanzialmente, in
una traslazione complessiva di tutto lo spettro dell'oscillazione modulata verso frequenze più basse
inquanto fi è più piccola ; per cui , mentre risulta variata la frequenza portante, lo spettro di
modulazione non subisce alcuna alterazione.La conversione di frequenza è schematizzata nella
=p
fir
0
D
p;
4,insieme con le successive fasi fo:d:~:ui del proc,esso.
....
'"
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~
Frequenza
l
l
e,
~
.
+e2
/?,ve/arore
Fr~quenze
•
Fig. 4
Schematizzazione del processo di
conversione di frequenza.
In sintesi le fasi sono l 0 )L'oscillazione ez di cui si vuol convertire la frequenza, rappresentata da
fig.4 nel diagramma dal suo spettro di modulazione centrato sulla frequenza fl , è applicata ad un
rivelatore insieme con un oscillazione e2 di frequenzaft (rappresentata da una riga di frequenzaft);
2°)Questa è una fase successiva dove si viene ad utilizzare una valvola rivelatrice. Questa compie la
rivelazione delle due oscillazioni sovrapposte; 3°)un filtro di banda, operante a frequenza
fi = ~ ft - fl ~ ,isola le componenti utili costituenti lo spettro di modulazione dell'oscillazione
convertita (indicata nel diagramma inferiore).La curva di risposta del filtro di banda deve
manifestamente essere tale da assicurare risposta uniforme per tutto il canale di frequenza occupato
dali' oscillazione modulata di frequenza fi.
La conversione di frequenza può attuarsi, oltre che col circuito indicato in fig.2, con moltep1ici altri
circuiti.Per avere una tensione d'uscita (a frequenza.fi) amplificata, anche decine di volte, rispetto
alla tensione di ingresso a frequenzafi, si preferisce usare particolari valvole dette mescolatori o
convertitori .
Vediamo di capire il funzionamento di un mescolatore in modo tale da facilitarci lo studio di un
convertitore.
G/opp~ssore
G 2'1Grig/i11·
3 comqndo
G
1
!il(inglia
Schermo G.
--·
coman@
K1CilfQdo
Fig. s - Disposizione degli elettrodi
Applicando alla griglia G1 la tensione modulata e1(t), a frequenzafi, da convertire ed alla griglia Cb
una tensione a frequenza.fì prodotta da un oscillatore locale (vedi figS),
llir.l
'
..
~
_
!:~'•-t
"'
... '.. '
Oscillatore
/ot:.sle
(~)
Fi~r. 6
- Schema di principio del convertitore di frequenza attuato col pentagriglia mescolatore.
8
Nella corrente anodica della valvola nasce, come nel
circuito di fig.2, una componente a frequenza
fi=~ fi - fi ~ .Essa viene isolata dal fùtro di banda, acordato
sulla frequenza fi, alla cui uscita si ottiene la voluta
oscillazione a frequenza fi , modulata come l'oscillazione
d'entrata ed amplificata(50 + 80 volte)rispetto ad essa.Nei
ricevitori la conversione di frequenza è ottenuta, più spesso
mediante il convertitore.La disposizione degli elettrodi è
quella medesima di figura 5 ,ma diversa è l'utilizzazione,
che avviene secondo lo schema della figura ~
f,
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(
' "'!. ~·::.-( '
C',
' (
•J:::
.
t'
Al
·l
l
(l
....
'?h
n complesso del catodo K,
della prima griglia di controllo G1 e dello schermo G2 costitUisce un
triodo di cui Gt è la griglia e G2 l'anodo:esso viene usato per attuare un oscillatore di HARTLEY il
quale produce l'oscillazione locale a frequenza ft.La griglia G3 è la seconda griglia di comando a
cui è applicata la tensione a frequenza ft da convertire; la griglie G4 e Gs hanno le normali funzioni
di schermo e sopressore.In definitiva il flusso elettronico che dal catodo giunge all'anodo è
controllato successivamente da Gt che facendo parte dell'oscillatore locale ha una tensione variabile
con frequenza ft e da G3 a cui è applicata la tensione a frequenza ft da convertire.Anche qui la
corrente anodica contiene una componente a frequenza .fi=~ .fi- ft ~ ,oltre a varie altre componenti
a frequenza diversa.Anche qui il circuito anodico, del tipo a filtro di banda, prowede a selezionare
le componenti utili ed a fornire all'uscita una tensione a frequenza fi modulata come quella a
frequenzaft: la tensione d'uscita, come nel mescolatore, ha ampiezza maggiore di quella d'ingresso.
Nei ricevitori supereterodina AM, la conversione di frequenza si effettua con questa caratteristica
fondamentale che qualunque sia la frequenza portante, ft , dell'onda che si vuole ricevere, essa
viene sempre convertita in una frequenza fissa fi, di solito dell'ordine di 450+500 KHz, detta
media frequenza.Per ottenere ciò occorre generare con l'oscillatore locale una tensione di frequenza
ft la quale differisca da ft di un valore uguale alla frequenza intermedia prefissata.L'oscillatore
locale deve essere regolato volta per volta in relazione alla frequenza , fz della trasmissione che si
vuole ricevere, in modo che la sua frequenza differisca sempre da ft della quantità ji .Ad esempio
se si vuole ricevere una trasmissione di frequenza ft =lMHz e la frequenza intermedia è fi
=470KHz, l'oscillatore locale deve essere regolato in modo da produrre la frequenzaft =1470KHz;
se si vuole invece ricevere una frequenza di 800 KHz la frequenza dell'oscillatore locale deve
essere 1270KHz.Tutto questo per quanto concerne un ricevitore supereterodina AM, nel caso di FM
le cose variano un pò.In questo caso la differenza sta nel fatto che il valore della frequenza
intermediafi deve essere più elevato di quello dell' AM, dell'ordine di 10,7MHz.
La tensione a frequenza intermedia_fi , fornita dal convertitore, è applicata ad un amplificatore, detto
amplifìcatore dì media frequenza, costituito da uno o più stadi, accordati sulla frequenza fi .La
tensione a media frequenza così amplificata è applicata ad un rivelatore , il segnale ottenuto è
amplificato in un amplificatore di bassa frequenza e infine è trasformato in segnale acustico.Lo
schema di principio secondo cui si compiono le sopraddete operazioni è mostrato nella figura n°8.
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Rl~~e/a.S!f.J•rc
(seg;;a/e)
Amplificatore
bass.a {reauenza
(~qr~le)
oliatore
/ixal<'
(/;)
Fig. 8
Nella supcrctcrodina la frequenza dell'oscillazione in
urrivo è convertita in una frequenza fissa fi; l'oscillazione
è poi amplirlcata e rivelata; H segnale d velato subisce una
nmplificazione in b. f. cd infine è applka1o aU'altoparlantc.
E' interessante esaminare il modo con cui ,in tale schema, awiene la selezione delle varie
oscillazioni a frequenza portante diversa, provenienti dall'antenna.Consideriamo l'esempio
precedente in cui l'oscillatore locale è regolato su ft = 1470 KHz onde poter ricevere una
trasmissione a frequenza ft = 1000KHz e supponiamo che al convertitore giunga dall'antenna
insieme con l'oscillazione voluta anche un'oscillazione di frequenza/l' =1010KHz, che differisce
di l O KHz da ft ; la conversione conduce allora a due oscillazioni, una di frequenza ( ft - ft ) = fi
=470KHz e l'altra di frequenza ( ft - fi }=460KHz.Questa seconda oscillazione viene
automaticamente scartata dal filtro di banda del convertitore e dell'amplificatore di media frequenza
che sono accordati sulla frequenza ji = 470KHz, sono dunque tali circuiti che prowedono a dare la
necessaria selettività al ricevitore.Poiché le oscillazioni modulate sono costituite dall'oscillazione
portante e dalle due bande laterali(vedi fig.n°9 e l 0), occupanti complessivamente un canale di
frequenza
or,
....
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l
-
-
.
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l
frr fm fo fotfM
:
~---·------------·- - - - ---- - --J
l
fre9qenzg
fo
Fig. 9
Spettro di un'osd!lazionc
sinoida1c modulata in ampiezza
sinusoidi:dmentc.
-F...
bJ
d)
Fa
<:.)
r
Fig.lO
lf
l l FoL l . l·j t~m.
l
Confronto fra gli spettri di
un'oscillazione non modulata (a),
modulata
sinoidahnente
in
am-
piezza (b) cd in frequenza (c) .
]a risposta dei circuiti di media frequenza al variare della frequenza dovrebbe avere l'andamento
indicato in figura 11°, cioè avere un valore costante in tutto l'intervallo @!intorno alla frequenzafi
e valore nullo fuori di tale intervallo; in pratica ci si avvicina a tale andamento ideale (fig. l l b)
usando il metodo del filtro di banda, sia nel collegamento fra il convertitore di frequenza e
l'amplificatore di media frequenza ,sia per le valvole,transistor di tale amplificazione.
Nel processo della conversione di frequenza c'è
un inconveniente che, senza particolari
accorgimenti, renderebbe inutilizzabile lo schema
di Fig.n°8.Notiamo infatti che quando
·4f
l'oscillatore locale produce una determinata
<1)
b)
frequenza fi (1470KHz nell'esempio prima
t;
citato) esistono due frequenze che differiscono da
f
. Il
. .
.
fi
della frequenza intermedia fi ;nell'esempio
F lg.
Curva d1 nsposta Ideale (a) e
d
reale (h) dei circuiti di media frequenza.
prece ente esse sono
fi = fi - fi =1000KHz ed fi* = fi + fi
1940KHz.
'
Entrambe queste frequenze dopo la conversione divengono uguali alla frequenza intermedia fi
perché: fi = fi- fi = 1470- 470 = 1000 ; fi* = fi + ji = 1470 + 470 =1940 ottengo fi =~ fi- fi
~=1470- 1000 =470KHz ;fi =~ fi -ft* UJ=l470- 1940 =470KHz; perciò,se si desidera ricevere
una trasmissione a frequenza 1000KHz si rischia di riceveme contemporaneamente un'altra alla
frequenza di 1940KHz, se essa è presente all'ingresso del ricevitore .La frequenza fi* , che può
essere ricevuta contemporaneamente alla frequenza ji desiderata, si dice frequenza immagine e
differisce da quella che si vuole ricevere del doppio della frequenza intermedia: si ha cioè fi* = fi +
2 fi perché fi*- fi = (ji + ji) - ( fi - ji) = 2 fi .Per eliminare questo grave inconveniente occorre
impedire che l' oscillazione avente la frequenza immagine giunta al convertitore; l'unico rimedio è
quello di interporre fra l'antenna ed il convertitore un circuito seiettivo, detto stadio prese/ettore
,che sia in grado di eliminare la fi* .Esso può essere costituito da un amplificatore a radiofrequenza
oppure da un semplice circuito risonante, accordabile sulla frequenza fi .L'agiunta del circuito
preselettore è essenziale per il funzionamento del ricevitore supereterodina, il cui schema di
principio risulta perciò quello indicato nella figura n°12.
Pr~seM!ore
Me scalo!ore
(f,)
(~-"::~)
Ampl/frcCJtore
m. f.
(F,")
Rivelatore
{segna(e)
Amplificatore
h.l
(Segnale)
. "'!'
l
Fig. 12
Osr:.~llatore
loClll~
(/;)
---·- Schema dì principio completo di un ricevitore supereterodina.
Non occorre che il circuito preselettore sia molto selettivo; è sufficiente che Io sia in modo da
scartare fi* ,che differisce da fi di 2 .fi .Si tratta perciò sempre di una selettività modesta di fronte a
quella che deve essere posseduta dai circuiti di media frequenza, per cui la selettività del ricevitore
nel suo complesso dipende poco dal preselettore; essa dipende essenzialmente dai circuiti di media
frequenza.Prima di andari avanti è conveniente fissare le idee su uno schema elettrico
concreto.Nella fig.n°13 è schematizzato lo schema di principio e il circuito elettrico di un ricevitore
supereterodina AM per la radiodiffusione.Le cose sono legermente diverse nel caso di ricevitori FM
comunque i funzionamenti sono molto simili.
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Analizziamo ora tutte le componenti del ricevitore, schematizzate nello schema a blocchi.
Stadio prese/ettore:
T
l
•
è semplicemente costituito da un circuito risonante L1C1 accordabile di volta in volta sulla
frequenza che si vuole ricevere. ll circuito preselettore è accoppiato all'antenna per mutua
induzione, il complesso delle due bobine accoppiate, TE , è detto trasformatore d'entrata, A,T
sono i morsetti antenna-terra dell' apparecchio.
Convertitore:
VALV0LJI
CONVt: ATITRI~E
·J
(
l C~~CUITO
fACOOROATO
l 0' f;III"!'R AfA
l
l
l
--::;;:"'
'
l
l
l
l
~4B,,OpF
: CONOENSATi)RI
V,O.RIASflf
[z
~M~It~~A~TI
~
-::;:'"
CIRCUITO AC!:ORo,Al'O
O1 OSCilLATO R!
La tensione a frequenza fl , presente ai capì del circuito L1C1 , è applicata all' apposita ~glia dì
controllo dì una valvola convertitore.La regolazione della frequenza dell'oscillatore, fi = fl + fi, è
eseguita mediante variazione del condensatore C2 che viene mosso, con un comando unico, insieme
al condensatore Cl del preselettore.I condensatori Cl e C2 si scelgono di solito uguali ed il
necessario scarto della frequenza dì accordo fra i circuiti L1C1 ed L2C2 viene ottenuto con
un'opportuna scelta dell'induttanza e con l'aggiunta di condensatori semifissi (compensatori), che
si regolano in sede dì collaudo.Affinchè lo scarto dì frequenza si mantenga sufficientemente
costante durante tutta la rotazione dei condensatori variabili si è trovato necessario disporre in serie
al circuito L2C2 un condensatore C2' detto padder (formato da un condensatore fisso dì capacità
circa doppia di C2), e dì porre in parallelo a C 1 ed a C2 d~ compensatori (dì capacità assai piccola
dì fronte a CI e C2) detti trimmers. Ordinariamente i ricevitori hanno la possibilità dì ricevere un
campo vastissimo di frequenze , per ottenere questo si variano gli elementi del circuito accordato
d'entrata e il circuito accordato d' oscìllatore.
1~1 RA!tFORM.
MF
Trasformatore di media frequenza:
n complesso delle due bobine accopiate è detto tra:,formatore di media frequenza. Vediamo come
funziona.Consideriamo il caso dell'accopiamento per mutua induzione di due circuiti risonanti
(Fig.n°14)
entrambi accordati sulla medesima :frequenza.In conseguenza
dell, accopiamento, per ciò che riguarda il primario tutto avviene
come se il secondario non esistesse, analogamente per quanto
riguarda il secondario.L'andamento della orrente primaria e
secondaria al variare della frequenza dipende ampiamente dal
grado di accopiamento dei due circuiti, che è caratterizzato dal
coefficiente di accoppiamento K .Come è mostrato dalla figura
n°15 che si riferisce ad un caso particolare in cui i due circuiti
accopiati sono uguali.
L~
Fig. 14
Accoppiamento induttivu fra due circuiti
rJsonanti,
- ~~- --,----,.,...
1
j·· ·- l
..,
Jp~
· -- ~'- -·
l ~ Qan2
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r
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~::....--,;,IJJPii
~s---d,~
~~
'P'fl
r,.._.,J. (Ili.._l
l
"*-
Fig. "
Andamento iQ funt!ODC della frequeoz:a della com:nte in due dn:uiti
ri3onanll Ulllali accoppiati per mulwt iaduzioru:.
Man mano che l'accoppiamento diviene più stretto(aumenta), la curva della corrente prmaria
diviene più ampia ed il pico è più smussato.Nello stesso tempo la corrente secondaria aumenta di
grandezza ma la curva in funzione della frequenza è meno acuta. Tale comportamento si va
esaltando fino a che si raggiunge il cosidetto accopiamento critico, che si ha quando il coefficiente
di accopiamento ha il valore.
1
kt!= J"'QJQ2
(l)
dove QJ e Q2 sono i coefficienti di risonanza del circuito primario e secondario (nel caso particolare
della figura, essendo Q l= Q2 = 100, risulta K = O,Ol).In corrispondenza dell'accopiamento critico
la corrente secondaria raggiunge il suo massimo valore: la curva di risonanza in corrispondenza alla
frequenza di risonanza ( fo ) è ora assai appiattita superiormente mentre quella della corrente
primaria ha due massimi su due frequenze fi ed fi .Con accopiamenti più stretti l'insenatura del1a
curva della corrente primaria diviene ancora più marcata e i due picchi sono maggiormente discosti
fra loro.Nelle stesse condizioni anche la curva della corrente secondaria va deprimendosi in
corrispondenza ad fo ~ l'insellamento progredisce ed i due massimi si allontanano fra di loro di
mano in mano che cresce K. Se i due circuiti non sono esattamente accordati sulla medesima
frequenza le curve risultano dissimetriche ed uno dei massimi è maggiore dell'altro.Comportamento
analogo hanno le tensioru primaria e secondaria nel caso in cui il circuito primario sia alimentato in
parallelo invece che in serie(Fig.n° l6)
le
v,
L~
C1
c2
VI.
Q2
Fig. 13 ·- Ch·cuitì riwnanti accoppiali~
primar-io alimentato in parallelo (1).
In corrispondenza dell'accopiamento critico la tensione secondaria ha ampiezza massima, espressa
dalla formula seguente:
/,ro
- - -- .
V,= ~I'LtL, ~QsQ,
!
·j
(2)
Ottengo il massimo trasferimento di tensione.
Le considerazioni precedenti hanno notevole importanza per l'attuazione dei cosidetti filtri di
banda.
I circuiti risonanti, a causa delJ' acutezza deiJa curva di risonanza, favoriscono una frequenza
rispetto a tutte le altre, nel senso che la corrente (circuito serie) o la tensione (circuito parallelo) è
massima in corrispondenza ad una sola frequenza, fo .In molte applicazioni (ad esempio nei
ricevitori) è invece necessario che risulti favorita non una sola frequenza ma tutte la frequenze
contenute entro un piccolo intorno bi della frequenza di risonanza~ soddisfarebbe perfettamente a
questa esigenza un organo che desse risposta uniforme per tutte le frequenze contenute entro
e
risposta nulla fuori di tale bandaL' esame della figura n° 14 mostra che in corrispondenza
W
all'accopiamento critico (K = Kc ) o,meglio ad un accopiamento leggermente più stretto, la curva di
risonanza secondaria si avvicina a questo comportamento ideale più che la curva di un circuito
oscillatorio isolato.Per questo motivo il complesso dei due circuiti accopiati, con accopiamento
uguale o leggermente superiore al circuito , viene spesso usato per soddisfare la sopradetta esigenza
e viene normalmente chiamato filtro di banda.
~
·-:·
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t
-
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l
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(~uu l ruro111. :t parità. Lì li. fra la ~rdi ri~Ot w un filtro di l:><tnda e !a
cuva di risonanza itrnttl'!tei,.rn) di nr. dr
C\: lw rhon:llltc pa:-ai!':Jo (i n ,,..,_:;.,,1., ctll:lrmr~ i'. TllflP<IlLO fr:t la li:l.lhi<.olte a.d. UJl3
rn· .. ~x·Ju·.~ j è qu~ll" ilfia ueamn:za f,).
Fi;:. 14
\."".1
Si denomina banda passante B del filtro lo
scarto fra le frequenze in corrispondenza alle quali la risposta (corrente o tensione secondaria) è
uguale a quella massima divisa per r'2 .La banda passante B è legata alla frequenza di risonanza ed
al coefficiente di accopiamento K (sempre assai prossimo a quello critico Kc) dalla relazione
approssimata:
f
B=kcf!,l/ J +
k2
k:
,)
--1../
/, ~
-j-
-
/
i)
-/.
.
(3)
quando è K = Kc , quest'espressione diviene:
B -- k~ forlf.-2-~
- r.i~
~
~
:lQlOz
(4)
Nella figura n°14 è eseguito il confronto, a parità di banda passante, fra la curva di risonanza di un
normale circuito risonante parallelo e la curva della tensione secondaria (curva di risposta) di un
filtro di banda, usato nei radioricevitori secondo lo schema di figura n°16 ; il confronto rivela il
vantaggio del filtro di banda di fronte ad un normale circuito risonante nei riguardi dell' uniformità
di risposta entro la banda B.
L'accordo dei due circuiti risonanti sulla medesima frequenza fi viene eseguito in sede di collaudo
variando i rispettivi condensatori, che sono del tipo semifisso, oppure variando le induttanze,
opportunamente dotate di un nucleo di materiale magnetico per alta frequenza regolabile.
Amplificatore di media frequenza:
VALVOLA
lc;E
AMPLJFif;AT~
Mf=
&
1"fla~FQ~M.
_ _ MF _ _
o
Il>
L'amplificatore di media frequenza è costituito da un solo stadio di amplificazione a fùtro di banda
attuato con un pentodo.Questo amplificatore rende possibile l'amplificazione di segnali le cui
frequenze siano contenute in un limitato intorno della frequenza di accordo fo del circuito risonante,
permettendo così di eliminare segnali di frequenza diversa eventualmente applicati alla griglia della
valvolaE' su questa proprietà che è basata la possibilità di selezionare nei ricevitori una particolare
trasmissione da tutte le altre: inquanto ad ogni trasmissione è interessata una determinata banda di
frequenza ~/(dell'ordine di 10KHz nelle trasmissioni radiofoniche a modulazione d'ampiezza e
di 200KHz in quelle a modulazione di frequenza) nell'intorno di una particolare frequenza fissa fo.
Occorrerebbe, peraltro, che l'amplificazione avesse valore costante per tutte le frequenze della
banda (Figura n°l7).
A
~f
o
fo
Fig.
f
11
Curva di risposta ideale di un
ampJificatore per ricevitori.
mentre gli amplificatori finora considerati ,per la natura del circuito risonante impiegato,tendono a
favorire una frequenza , fo ,più di ogni altra. Il complesso dei due circuiti risonanti LC, accordati
sulla medesima frequenza e con accopiamento vicino al critico, costituisce un filtro di banda
.L'amplificatore a media frequenza detto anche amplificatore a filtro di banda, lo posso
schematizzare come si vede in figura n° 18.
c:
GmEù
c;
É,2
b) '------o~
Fig. 18
Circuito differenziale dell'amplificatore a filtro di banda.
Denominando QJ e Q2, i coefficienti di risonanza in tali condizioni, àllora in corrispondenza dell'
accopiamento critico:
1
ke= VQlQI
(5)
la tensione secondaria ha, alla frequenza di risonanza, l'ampiezza con G = 1/R (vedi formula n°2)
- GmEilw., lìL-L-}IQ Q
E ,.2
, l l
l
'
(6)
l'espressione del rapporto di amplificazione in corrispondenza alla frequenza jò di risonanza ,
A"=E~/Eil
(7)
risulta perciò:
A.. ~ G'"iw. f L, L, YQ, Q;
(8)
Per le altre frequenze l' amplificazione è sempre nulla all' infuori che nell' intorno di
fig.n°19).
(vedi
:-.---·-. --·m·.
----- ------~-- ------- -- 1
A
8
:
l
f
~- - -
_
~-
.. ·-
J
-to'
l
: ...
~:,~
l
l
fo _ +Jo4
t
...
.,.2.104
,.
Ao
B
.'
;
... .. -.- ----- ------ --------·· ----1
roJ
/(}2
r.: -
fo
· ~-
!(t~
.
·-~
ro'
{(Hl)
r~
106
L'andamento dell' amplificatore
al variare della frequenza è quello
medesimo della curva di risposta
del filtro di banda; identica è
anche l'espressione della banda
passante :
B= fÌ2 fa
t' Ql Q,
(9)
L'amplificatore ora esaminato è usato principalmente nei ricevitori ed è il costituente dell'
amplificatore di media frequenza.! relativi filtri di banda , attuati in forma pratica e compatta,
vengono anche chiamati trasformatori di media frequenza.
Rivelatore:
I circuiti di rivelazione nel caso dell' AM sono differenti da quelli per FM.Iniziamo a vedere come
funziona la ricezione in un ricevitore AM.
L'operazione mediante la quale da un'oscillazione modulata in ampiezza si ottiene il segnale di
bassa frequenza si dice rivelazione.Essa consiste in una sorta di raddrizzamento dell' oscillazione
modulata, compiuto col metodo basato sulla carica di un condensatore attraverso un diodo.Lo
schema di principio del tipo più comune di rivelatore, cioè del circuito che compie l'operazione di
rivelazione, è indicato nella figura n°20.
]»
&
Fig.20
Schema di principio
di un rivelatore.
Con un' opportuna scelta della costante di tempo RC , la
tensione d'uscita v è, a regime, approssimativamente uguale al
valore massimo della tensione alternata e applicata.Nel caso
attuale dove la tensione e è un' oscillazione modulata in
ampiezza e perciò il suo valor massimo varia continuamente,
con la lgge del segnale, se la costante di tempo RC è
sufficientemente piccola (e quindi la scarica di C su R è
sufficientemente rapida onde la tensione ai suoi capi possa
seguire le variazioni delJ' ampiezza di e )la tensione v segue
l'andamento dell' inviluppo della tensione modulata nel modo
n°2l.
indicato
nella
figura
La seghettatura della tensione risultante
v è, in pratica (contrariamente a quanto appare
~
in figura), assai piccola e ciò perché anche nel
più breve periodo del segnale modulante si
'I IIIIIIIIIIIIIIIIJHIIH\1\IIHI\IIIIIIIliiiiii iiiiiiiiiiiii!IIIIHIIIIIII'; compiono molte centinaia ed anche migliaia di
cicli a radiofrequenza e non solamente poche
decine come è indicato, per necessità di
disegno, nella figura n°2l.a parte dunque la
Fig. 21 Andamento della tensione " ai capi
seghettatura , la tensione v è la somma di una
del iJ"UJ>po RC del rilll!lafore.
tensione continua Vo (il cui valore è
indipendente dalle vicende della modulazione ed è proporzionale all' ampiezza dell' oscillazione
portante ) e di una tensione alternata em ,che riproduce l' inviluppo della oscillazione modulata, cioè
il segnale modulante stesso, come è mostrato in figura n°22.
11'
t
t
Fig,22 La tensione rivelata v (a} è la somma di una tensione continua v. e di una
tensione alternativa el>t che riproduce il
segnale modulante (b).
D dimensionamento della costante di tempo RC è una questione assai importante : se RC è troppo
grande il condensatore non si scarica con sufficiente rapidità e la sua tensione non riesce a seguire l'
inviluppo dell'oscillazione modulata nella fase discendente, come è mostrato in figura n°23.
l
ij
Flg.n
Distorsione derivante da un
eccessivo valore di RC.
Né, d'altra parte la costante di tempo può essere troppo piccola onde il condensatore non si scarichi
eccessivamente; essa deve essere opportunamente commensurata al rapporto fra la frequenza del
segnale e la frequenza portante.
Dallo schema di principio di figura n°20 sono derivati vari circuiti effettivamente usati in
pratica.Spesso le operazioni della rivelazione e della successiva amplificazione della tensione
rivelata sono compiute mediante un'unica valvola, il doppio diodo-triodo, che costruttivamente è la
riunione entro uno stesso bulbo di un triodo e di due diodi aventi il catodo comune, come è
schematizzato nella figura n°24.
r~
]
Jç~rN•
l
---
.;,.
' ''IT:'\.
~k~l~~j
i
5-'1,-
u~
c~
I
r.
Rivelazione ed amplificazione di
frequenza mtuatc con un unlcu
tuho. il dopJli<~ diodn--triodo.
Fig. 24
hass;.~
Nel circuito il catodo del diodo non è a massa , ma ha un potenziale fisso positivo prodotto dal
gruppo di polarizzazione RK CK dell' amplificatore a triodo.Ai capi del gruppo RC sono presenti ,
oltre che la tensione di bassa frequenza e la tensione continua , anche deboli componenti a
radiofrequenza derivanti dalla seghettatura della tensione r.velata; esse risultano applicate , tramite
il condensatore Ca ed il partitore Rv , al triodo amplificatore e posso dare luogo a dannose
reazioni.Ad evitare ciò si suole interporre fra il condensatore Ca ed il partitore Rv un circuito
filtrante costituito da una resistenza Rs ed un condensatore Cs , disposti rispettivamente in serie ed
in parallelo al partitore Rv, nel modo di figura n°24.Il parallelo di Cs e di Rv presenta un'impedenza
assai più alta di Rs per le basse frequenze , per cui solo una piccola aliquota della tensione di alta
frequenza presente in N si ritrova ai capi di Rv; in pratica essa risulta di un' entità così modesta da
non produrre alcun disturbo.
Vediamo ora come avviene la rivelazione FM.Ho gia accennato all'utilizzo di particolari
discriminatori. Questi sono in grado di fornire una tensione vu proporzionale alle variazioni, attorno
ad un valore fisso fo , della frequenza .f della tensione loro applicata.(vedi figura n°25).
Uu
2t
t
c)
aJ
o
f
- r=fo·, 9 m
1 + - - - - fa,-
t
-...
b)
Fig. 25
Principio di operazione del
discriminatore.
Quindi se la tensione in entrata è modulata in frequenza , all' uscita del discriminatore si ottiene la
tensione vu proporzionale al segnale modulante.Nella figura n°25 è mostrato schematicamente il
principio di operazione del discriminatore .In a) è indicata la curva di risposta del discriminatore; in
b) il modo di variare nel tempo della frequenza l dell' oscillazione modulata in frequenza .In c )c'è
la rappresentazione della tensione d'uscita del discriminatore riproducente la legge del segnale
modulante.
Vediamo di studiare il discriminatore. Consideriamo il sistema di circuiti risonanti accopiati indicato
in figura n°26 a), col primario alimentato in parallelo da un generatore ideale di corrente alternata l
; i due circuiti siano uguali
~
i
-..,•...
.....
Èp
Il
~
a)
Andamento dell'ampiezza E
della tensione somma di EP cd E•.
mg.26
, abbiano frequenza di risonanza jò ed abbiano un coefficiente di accoppiamento circa il doppio di
quello critico.In queste condizioni le curve di risonanza dei circuiti primario e secondario
presentano una caratteristica insenatura in corrispondenza alla frequenza fo (vedi fig.n°15); si trova
invece anche se si somma la tensione secondaria Es alla primaria Ep , effetuando il collegamento
MN2 indicato in figura n°26 a)r ampiezza E della tensione somma E= Ep + Es ha un andamento in
funzione di l del tipo di una curva di risonanza , senza alcuna insellatura.Essa presenta, però , un
massimo, non in corrispondenza di fo , ma di una frequenza f' , spostata da fo di un intervallo dell'
ordine di fo l Q dove Q è il coefficiente di risonanza dei due circuiti uguali.L'andamento dell'
ampiezza della tensione d'uscita E è indicato nella
figura n°26 b) ;invertendo il senso dell' avvolgimento
secondario o invertendo i collegamenti con N1 ed N2la
curva risulterebbe spostata a sinistra ivece che a destra
;
rispetto a1J' asse delle ordinate. Se si stabilisce il
• collegamento fra il punto M ed il punto centrale dell'
, -.q- f ·~
l
t
avvolgimento secondario (figura n°27 a)
-Es~
E.--E~
~
'P
-*)
si ottengono due tensioni d' uscita El ed E2
rispettivamente somme e differenza della tensione
primaria Ep e di metà della tensione secondaria Es l 2 ;
le ampiezze delle due tensioni hanno, in funzione della
frequenza , andamnti del tutto simili a quello dianzi
E.
b)
2
.
delineato e simmetrici fra loro come si vede dalla figura n°27 b).
Per giungere ali' attenuazione di un descriminatore , consideriamo 1' amplificatore di tensione a
radiofrequenza indicato in figura 28,
l,
Ez
Fig. 28 Amplificatore a doppia uscita attuato
col circuito della fig. 3.
attuato coi due circuito risonanti accopiati della figura 27 : esso ha due tensioni d'uscita El ed E2,
entrambe amplificate rispetto alla tensione d' ingresso Ei , le cui ampiezze El , E2 varieranno in
funzione della frequenza delJa tensione d'ingresso con lo stesso andamento della tensionei El ed E2
della figura .Ma El ed E2 sono proporziionali ad Ei, per cui si ha:
Et = AtEi , E2 = A2Ei
a;
b)
F";
"
..
( lO )
Dova Al ed A2 sono i rapporti di amplificazione
corrispondenti
alle due
uscite N 1 , N2
dell'amplificatore.Se a parità d'ampiezza della
tensione d'ingresso, El ed E2 variano in funzione di f
secondo curve del tipo di quelle della figura n°29),
deriva che Al
ed A2 variano in funzione de1Ja frequenza con leggi:
At = At(f) , A2 = A2(f)
( 11)
Analoghe a quelle con cui variano El ed E2;esse sono
rappresentate graficamente nella figura n°29 a) e
costituiscono le curve di risposta deli' amplificatore
relative alle due uscite N1 , N2 .Supponiamo ora di
applicare le due tensioni d'uscita dell' amplificatore
El , E2 , a due separati rivelatori a diodo (vedi figura n°20) : all' uscita di questi si otterranno due
tensioni continue Ert ed Er2 sensibilmente uguali ad El ed E2 e quindi dipendenti dalla frequenza e
dall'ampiezza di Ei con le leggi:
Eri= AI{f)Ei , Er2 = A2(f) Ei
( 12)
Ciò posto, supponiamo di sottrarre le due tensioni rivelate Eri ed Er2 fra loro; la differenza risulte:
Eri -Er2 =(Al-Az )Ei = D(f)Ei ( 13)
dove,
D(f) = At(f)- A2(f)
( 14)
D(f) dipende dalla frequenza con la legge indicata dalla curva b) della figura n°29.Pertanto la
tensione Erl - Er2 , per ogni valore di Ei , varia in funzione di f con la stessa legge indicata nell
figura n°29 b); essa è nulla per f = jò , mentre per ogni altra frequenza compresa fra f e f ' è
sensibilmente proporzionale allo scarto fra la frequenza di lavoro edjò .Tale legge di dipendenza da
f è del tutto idonea per effettuare la discriminazione e difatti i più comuni discriminatori sono basati
sui principi ora visti ; esamineremo ora il prototipo dei discriminatori che è detto discriminatore di
F oster-Seeley.
Lo schema del discriminatore di Foster-Seelley è indicato nella figura n°30.In esso è
immediatamente riconoscibile l'amplificatore a doppia uscita della figura n°28:
\
'1-t1
1 fl, L;
'1,1 f"~1. ~- ,
cr
eu
C"
Fig.Jo
Discriminatore di Foster-Seeley.
gli estremi NI ed N2 del circuito risonante secondario sono applicati ai due rivelatori costituiti dai
diodi l e 2 , dai gruppi R'C' , R" C" e dalla bobina L che chiude i circuiti per le componenti
continue della corrente anodica dei due diodi, mentre si comporta come un cicuito aperto per la
radiofrequenza.Per comprendere come avvenga il raddrizzamento delle tensioni Et ed E2 e la
differenza delle due tensioni raddrizzate Er1 ed Er2 , occorre precisare che C' e C' ' hanno reattanze
così piccole da potersi considerare dei cortocircuiti per le correnti a radiofrequenza; conseguenza di
ciò è che il punto O è, per le correnti a radiofrequenza, al potenziale di massa e perciò fra Nl , N2
ed O sono applicate le tensioni d'uscita El ed E2 dell'amplificatore.Ciò è indicato nello schema
ridotto della figura n°3l mediante due generatori El ed E2 collegati fra i punti N1N2 ed O.In questo
circuito le due valvole non sono altro che due diodi.Se ho una tensione alternata ad esempio
sinosoidela la semi onda positiva mi passerà sul diodo n° l mentre quella negativa andrà a passare
sul diodo n°2.Alla fine otterrò una serie di impulsi positivi.
'
t,.
Ai capi dei due circuiti catodici R ' C' ed R"C" , cioè fra
B1 ed O e fra B2 ed O , compaiono le due tensioni
raddrizzate Eri ed Er2 ;la tensione d'uscita del
discriminatore, eu, è prelevata fra il punto B1 ed il punto
B2 ed ha pertanto il desiderato valore (formula n°13):
eu= O- Er2+ Ert- O= Ert- Er2 = (At- A2 )Ei = D(f)Ei
(15)
La tensione d'uscita eu , a parità di ampiezza della
tensione d' ingresso Ei ,dipende quindi dalla frequenza
secondo la legge indicata nella figura n°29 b) , che
costituisce la curva di risposta del discriminatore.
"'
'2
Fig.31
Schema ridotto del
discriminatore.
l;
"
~
c::.
ta7HHz,
•
~ o
-~
~
r.::~
•
~
12-~
~
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/
./
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........ ---
.
-- .
l
.•
l
y
"'
W'
b)
"'"' ~ (k Hz)
r""Y
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/6.0 200
r
,S-lOkHz
o)
t
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~.....
V<Jrt<JZI~ ·~ I1Wfu1!'11Za
•
eu"D(fJEt
A• .. ·-- ---
..
1
v -
"..fo+l()kllz
,,
Fìg. 32
Curva di risposta e me<:eanismo ùi funziona·
mento di un discriminat()rc per ricevitori radiofonici.
Nella figura n°32 è indicata la curva di un discriminatore adatto per ricevitori (jò = 10,7 MHz) ed il
suo meccanismo di funzionamento.Il diagramma b) rappresenta l' andamento nel tempo della
tensione d'uscita del discriminatore.
La tensione d'uscita del dicriminatore di Foster-Seeley dipende, olte che dalla legge con cui è
modulata la frequenza del segnale Ei , anche dall' ampiezza di questo.Deriva da ciò che se l'
ampiezzza Ei della tensione d'ingresso varia nel tempo a causa di un'eventuale modulazione
d'ampiezza, varia corrispondentemente anche eu :questo fatto rappresenta un grave inconveniente
perché la modulazione d'ampiezza della tensione d'ingresso proviene da disturbi( rumori,
interferenze ).A causa di questo nei ricevitori per modulazione di frequenza , il discriminatore deve
essere preceduto da un organo detto /imitatore d'ampiezza, il quale ha il compito di portare ad un
valore costante l'ampiezza della tensione d'ingresso.E' generalmente lo stesso pentodo di fig.n°30
che funziona da limitatore.
Oggi però , si preferisce usare un altro tipo di discriminatore capace di eliminare i disturbi, si
chiama discriminatore a rapporto.
E' basato da un amplificatore che produce due tensioni d' uscita Et , E2 le cui ampiezze dipendono
dalla frequenza della tensione d'ingresso con leggi indicate in figura n°27 b).Qua si adopera
l'amplificatore di figura n°33.
t
L...l •
'
'
Fig. 33
Amplificatore a doppia uscita usato nel
discriminatore a rapporto.
l '
•l
Il particolare di simmetria delle due curve di risposta (fig. n°)b) è qui ottenuto sommando alle due
mezze tensioni scondarie (+Es l 2 , -Es l 2 ), non direttamente la tensione primaria Ep (come nello
schema di fig.n°28 )ma una tensione Et in fase con Ep , ricavata da un avvolgimento L3 ,detto
terziario, accopiato strettamente al primario.Le due uscite El , E2 dell'amplificatore di figura n°33
sono applicate a due separati rivelatori i quali hanno i due diodi invertiti l' uno rispettoall' altro: lo
schema è indicato nella figura n°34 a) ed è equivalente allo schema b) della stessa figura.
Dai due rivelatori si ottengono due tensioni VAO e VOB
praticamente uguali ad El , E2 e, dato il verso di
collegamento , da A verso B :
~ ~ ...
VAO = Et , VoB=E2
(16)
Ne deriva che la tensione esistente fra i punti A e B ,
VAB , è uguale alla somma di El ed E2 :
VAB = V AO + VoB = El + E2
( 17 )
~ ----~~------~
V.u
Fig.34
Circuito per il raddrl:uamento
di E, ed E, e suo schema equivalente.
Tenendo conto del modo di variare di El ed E2 con la
frequenza (fig.n°35a), la legge di dipendenza di f della
tensiona VAB risulta quella indicata dalla curva b) della
figura n°35, ottenuta sommando, ascissa per ascissa , le
ordinate delle curve El ed E2.Nei discriminatori a
rapportoa sui punti AB è posto un partitore di tensione
costituito da due resistenze uguali (figura 36 a)che divide esattamente per metà la tensione VAB
;allora, fra il suo punto centrale Q e l'estremo inferiore B si
ha una differenza di potenziale:
VQB = VAB /2 =(Et+ E2) /2
(18)
Poiché fra il punto O e lo stesso estremo inferiore B si ha
una differenza di potenziale VoB = E2 , fra i punì Q ed O
esisterà in definitiva la differenza di potenziale :
o)
F'
r
fo
VQO = VQB + (- VOB) = (Et + E2) /2 - E2 = (Et - E2) /2
l"
VQo è , quindi , pari alla semidifferenza fra El ed E2 ed ha
perciò l'andamento indicato dalla curva c) della figura n°35,
ottenuta sottraendo , ascissa per ascissa , e dividendo per
due , le ordinate dell curve a) della stessa figura n°35.La
differenza di poenziale fra Q e O , VQO = (El - E2 ) /2 ,
costituisce la tensione d'uscita del discriminatore a rapporto
che dipende dalla frequenza come il Foster-Seeley.
V..a
b)
....
1
r•·
fo
....._
l''
(19)
r
~. r
Fig. 35
Andamento in funzione di f delle tensioni V~ 0 =E1 , Vos=Et (a); della
loro somma V AII~E1 +EJ (ò) e della
loro semidifferenza VQD=(E1 -E1 )/2.
E,-E:t
,......._o
~·J
Fig.
>
R,
36
2
0
R2
Aggiunta di un partitore resistivo
R1 RJ al circuito della fig. 34
Con i vari accorgimenti e le successive aggiunte il circuito è in definitiva diventato quello indicato
nella figura n°37.
l1 ~"E2
~l
•
•
Fig. 14
~
~
Schema parziale del discriminatore a rapporto.
TI circuito di figura n°37 non è ancora completo ~ infatti esso non è che una speciale forma di
discriminatore la cui tensione d'uscita risponde alle variazioni di frequenza nello stesso modo di
quella del discriminatore Foster-Seeley, .In vista di ciò, osserviamo che entro il campo di frequenza
compreso fra f' ed f '' (fig.n°35)in cui l caratteristica di funzionamento del discriminatore è
utilizzata, la tensione VAB = EI + E2 è praticamente indipendente dalla frequenza , per cui al variare
di questa essa non cambia; nessun effetto sull' azione discriminatrice può quindi avvenire
collegando fra A e B un grosso condensatore C che impedisca che la tensione fra A e B possa
variare per altre cause.Con l'aggiunta del condensatore C (figura n°38a)il circuito del
discriminatore a rapporto è finalmente completo.
c
c
Fig. 31/:J<J Circuito completo
del discriminatore a rapporto e sua semplificazione.
Dopo ulteriori semplificazioni lo schema risultante è queJlo di figura n°39.Si riferisce ad un
discriminatore usato in ricevitori radiofonici (fo = 10,7 MHz).
In figura 40 sono indicati gli schemi di rincipio di due ricevitori utilizzanti, il primo il disriminatore
di Foster-Seeley ed il secondo il discriminatore a rapporto .
..1
b)
.,
d)
A"'{Jli/lc.;fort>
1-
prP.st'/~ttore
t-
'·
d)
-,
Convertitore
F.- f.·fi
(87.; 101 H Hz)
C)
l-
•
1-
'·
medt.i fl?tjutnrJ
B. f.
F.,
F;
l
ltnutat~
~
1-
(87<-101 /'fHz)
ConJ~er!ilore
'i - fo·f;-
<}
r-
mt>dJ~ frp~ril
r.
1-
.7ro1pportD
f.,
{IO. l Hll:)
•
t
Ampltlict~fore
OsdlkJiore
'
fm
Discriminatore
AmpltlìufDt"P
f+
_l
0/scri'mlnar~
f"oskr--Se..l~r
.,
d)
-,
b)
.,
~
{SO <-ISOOOHz)
t
:O
f,
a)
-,
Amp/ihéd!ore
(1071'1/fr)
0-Jci/lvfo~
loCdfe
.4mplifi<<'1forp
Prest!letlon<
f)
'/
A'17p/ilìt:<>IOJ'e
/OCQ(P
r.
l
BF
'~
(50+!5000Hz}
F"IJII...
Schemi di principio di ricevitori per radiOdiffusione a m. ci f. utt1iz:zanti il discriminatore di Foster-Seeley ed il discrim:lnatore a rapporto.
Amplificatore di potenza per basse frequenze ( AM ):
VALliO LI!.
.-.M PL. l F. f l rtA l.-t
l----
Come si vede da figura la valvola amplificatrice è costituita da una
valvola particolare.Essa è detta valvola a fascio.ll funzionamento
è come quello di un pentodo l 'unica cosa che cambia è la griglia
chiamata soppressore che viene divisa in due placche dette
elettrodi deflettori collegati al Katodo.In questo modo fra anodo e
soppressore si viene a creare una carica spaziale negativa che
riduce il ritorno degli elettroni.
L'amplificatore di potenza per basse frequenze ha lo scopo di
fornire la potenza ad audiofrequenza agli altoparlanti.Per
l'amplificatore di potenza il dato più importante è la potenza che
esso è chiamato a fornire all'utilizzatore.
Vediamo ,ora, praticamente il modo di variare della potenza
d'uscita al variare delle condizioni di funzionamento.
~
l:
ti)
N
Q
"'="
Lo schema dell'amplificatore sia quello indicato nella figura n°4l, in cui è impiegato una valvola a
fascio alimentata con una tensione E ao = 250v e pari tensione di schermo.Diamo alla griglia la
tensione dipolarizzazione consigliata dal costruttore della valvola Ego = -14v in tali condizioni la
massima ampiezza della tensione d'entrata deve essere Ei = 14v , onde la griglia non divenga mai
positiva.
~
5
f.0 ~2SDV
'
(;
~
(go• ·14
'
6
~
v
/P..
j
5
l
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_L
t. = 14 v
~
~
l..(
25pV
v ....... -......
l
uJ
![
3
J'2
l
ll
cf
2
Fig. 41
Amplificatore di potenza
per basse frequenze, attuato
con tubo a fascio.
J'O
l
!
,1
--
1
1/
Con tale tensione d'entrata , variando Ru , diamo vari
valori alla resistenza di carico Re , cioè ruotiamo attorno
al punto di funzionamento M
240
,
(figura n°42) la retta di carico.
·- t--•
"
o
o
l
J
2
•
;
R~sistenz•
di rNico ()c n.)
Andamento in funzione di R
della potenza di uscita
c
dell'amplificatore studiato.
Fig. 43
'
la
TUBO A FASCIO
IS
t
(~t•A)
,.2SOV
3110
!60
120
80
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...
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l
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300
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n.zr: · · · · ~
••
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l
SOO
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l
l
'
·20
· ~
l
1
10
·IO
O
Fig. 42
Costruzione della caratteristica
dell'amplificatore studiato, per tre diversi valoti diR,:
il valore ottimo risulta Rc=2500 O .
Per ogni valore di Re si detenninano si determinano i valori della potenza di uscita .I risultati che si
ottengono
in
tal
modo
sono
raccolti
nel
diagramma
di
figura
n°43.
Dal diagramma n°3l appare che la potenza di uscita è massima per Re= 3,7 Kohm.Si preferisce
ottenere , a causa di distorsioni, una potenza minore .Il costruttore indica come valore ottimo di
resistenza di carico Re =2500 ohm, a cui corrisponde la caratteristica della figura n°42.Si ottiene in
tal modo una potenza di 6,5 W.Questo è un caso limite inquanto corrisponde al massimo valore
della tensione d' entrata consentito( Ei =14v).Con tensione d'entrata più piccola si ha potenza
d'uscita rninore.Il diagramma indica anche quale valore si deve assegnare all'ampiezza Ei della
tensione d'ingresso per ottenere una determinata potenza di uscita;da esso appare che la potenza
indistorta, ossia che ha un andamento lineae, è di circa 1,7 W con una tensione d'entrata di
ampiezza Ei =7v.Nella figura 44 è mostrato il tratto della caratteristica interessato al funzionamento
in condizioni di potenza indistorta .
l~
(mA)
.
IO
~ ---1-----7V·-i.
lV_;~ --- - ~----- ·:
E
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go
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v
:20
; IO .: ')l
.
. .
v.,
~
.
'
l
Fig. «
Regione della caratteristica
mteressata al funzionamento in
condizioni di potenza di uscita indistorta.
Notiamo che per produrre tale potenza indistorta l'alimentatore eroga una potenza Pao = Eao Iao =
250 * 72 * 10 /\_3 = 18 W (figura n°42), per cui il rendimento di conversione(rapporto espresso in
percento fra la potenza Pu conferita dall'amplificatore all'utilizzatore e quella erogata
dali' alimentatore anodico Pao) risulta:
D = Pu l Pao = l,7 l 18 = 0,094
( 19 )
rendimento quindi bassissimo.Della potenza erogata dall'alimentatore anodico meno del 10% viene
utilizzato, mentre il resto viene dissipato in calore sull'anodo della valvola.E' il tasso che si deve
pagare per avere una riproduzione del segnale di ingresso sensibilmente fedele.
Amplificatore di potenza per basse frequenze ( FM ):
II segnale all'uscita del discriminatore è applicato ad un amplificatore di bassa frequenza. Si ha poi,
proprio all'ingresso dell'amplificatore un organo tipico dei ricevitori a modilazione di frequenza
che si chiama circuito di deenfasi. Si tratta di un semplice filtro a resistenza e capacità, del tipo
indicato nella figura n° 45
fEu/E,
0.8 ~---1--------t-~---j
RC= 50p sec
~
CI Eu
Q4
È;
!
o'
_l+----~
'2
IO
r
10
/Oj
f(Hz)
- 14
10
Circuito di deenfasi e curva di
risposta relativa.
Fig.45
Avente una costante di tempo RC = 50 x l QA-6 sec, che ha iJ compito di deprornere i toni alti
contenuti nel segnale rivelato: la progressiva attenuazione dell'ampiezza al crescere della frequenza
ha, per convenzione, l'andamento indicato nella figura n° 45. n circuito ha lo scopo di ridurre i
disturbi che si manifestano prevalentemente nei toni alti; esso naturalmente produce anche una
depressione dei toni alti del segnale, cioè una modificazione del segnale stesso che risulterebbe
intollerabile. Ma in trasmissione il segnale di bassa frequenza viene modificato, esaltando i toni alti
mediante un circuito di preenfasi attuato con un filtro RL, con curva di risposta esattamente
contraria rispetto a quella di figura n° 45; in definitiva, la successiva amplificazione della preenfasi
(in trasmissione) e del1a deenfasi (in ricezione) lascia inalterata la composizione spettrale del
segnale di bassa frequenza, mentre la deenfasi in ricezione deprime fortemente i disturbi.
Nella figura n° 46 è mostrato l'amplificatore di bassa frequenza. si noti all 'ingresso il circuito di
deenfasi costituito da una resistenza e da un condensatore. Subito dopo si ha il controllo di volume e
l 'inserimento nel circuito di griglia della tensione di controreazione che proviene dal secondario del
trasformatore in d' uscita: le resistenze R1 e R2 stabiliscono il dosaggio della tensione di
controreazione.
conlrof'f!tlzione
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2Sir.n.
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Fig. "
Amplificatore di bassa frequenza.
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Fig. 10.20. - PRfNCIPJ O 01 APPARECCHI O AM/FM. Sono utilizzate. le stesse valvole e vengono
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