Las válvulas de vacío VI

Bienvenidos al sexto artículo de esta serie dedicada a las válvulas de vacío. Vamos a ver a continuación un receptor que hizo furor hace años, cuando las válvulas termoiónicas estaban en su apogeo y los radioaficionados eran verdaderos "manitas", ávidos de experimentación y deseosos de construir con sus propias manos un receptor de radio.

Describiremos el circuito de un receptor que mejora sustancialmente las características del que estudiamos en el artículo anterior. Utilizaba una técnica llamada "detección por rejilla" y, a pesar de que usa prácticamente los mismos componentes que el "detector por placa" visto en el artículo precedente, el aumento de sensibilidad es considerable por lo que fué bastante usado en su época.

En el siguiente artículo estudiaremos el llamado "detector a reacción" con el que, solo a costa de cierta inestabilidad asumible y perfectamente controlable por el usuario, se obtenía una sensibilidad aún superior a la del detector por rejilla. Pero eso será después de conocer el funcionamiento del primero.

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En el artículo anterior dijimos que si logramos hacer trabajar al triodo que usamos en el detector por placa en la zona de conducción, en vez de polarizar la rejilla con una tensión próxima al corte de la válvula, obtendríamos un mejor resultado ya que en aquellas condiciones y con señales débiles el triodo amplifica muy poco, o ni siquiera amplifica.

Esto lo podremos entender mejor si nos fijamos en la curva caracteristica de rejilla de un triodo común. No te preocupes que no será complicado.

Para entender más fácilmente el gráfico, ten en cuenta que el eje horizontal representa la tensión aplicada a la rejilla y el eje vertical la intensidad de corriente de placa. Puedes hacer clic en la imagen si deseas verla a un tamaño superior (se abrirá una nueva ventana).

La curva de color azul, que nos sirve como referencia para conocer la intensidad de corriente de placa del triodo a partir de una determinada tensión de rejilla, está trazada para una tensión de alimentación de placa determinada.

En el gráfico de coordenadas que acompañamos se supone que el triodo está montado como detector por placa, con su rejilla polarizada negativamente mediante una batería justo en el punto en que la válvula deja de conducir, es decir, con la llamada tensión de corte.

A esta tensión de corte se le suma la tensión de la señal de RF captada por la antena, por lo que dicha señal estará presente en la rejilla sumándose o restándose (dependiendo de la polaridad que tenga en ese instante) de la mencionada tensión de corte del triodo.

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Observa que para señales fuertes captadas por la antena, la amplificación del triodo es máxima. La amplitud de la señal presente en el circuito de placa supera con creces a la que tenemos en el circuito de rejilla.

Como explicamos en el artículo anterior, la parte negativa de la señal de antena no tiene efecto alguno en el circuito de placa, ya que hace a la rejilla todavía más negativa, por lo que la válvula no conduce en absoluto durante ese periodo.

Pero representemos el mismo gráfico cuando la señal recibida es muy débil. En este caso, el triodo se comporta de manera diferente como podemos ver.

Bajo estas condiciones la válvula prácticamente no amplifica, con lo que la señal que obtenemos en el circuito de placa tiene la misma amplitud, o incluso menos, que la recibida por la antena.

Es decir, precisamente cuando más falta hace una gran amplificación es cuando este tipo de receptor adolece de ella y, como suele decirse, "nos deja tirados".

Para solucionar esta papeleta tenemos que transformar el circuito de manera que amplifique las señales débiles igual que hace con las fuertes.

Nuestros esfuerzos irán encaminados a lograr hacer trabajar al triodo en una zona en la que su amplificación sea máxima para las señales débiles, y para ello se requiere que no usemos la parte del codo de la curva cercano a la tensión de corte.

Por esta razón vamos a modificar aquel circuito, aunque a decir verdad esta modificación será muy leve. A partir de este punto vamos a ver como con unos cambios mínimos aplicados en su configuración, nuestro receptor pasará a funcionar de modo muy distinto y su sensibilidad aumentará de manera extraordinaria ya que, aún con señales muy débiles, el triodo ofrecerá su máxima amplificación.

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EL DETECTOR POR REJILLA
El esquema del circuito detector por rejilla es el que presentamos seguidamente en la ilustración de abajo. Como puedes comprobar, existen muy pocos cambios con respecto al detector por placa que estudiamos en el artículo anterior.

Vamos a ver cuales son y que suponen estos cambios en el funcionamiento del triodo como detector por rejilla. Para empezar, echamos de menos la batería de polarización de dicha rejilla, ahora inexistente. Además, se ha introducido una resistencia (R1) y un condensador (C1) en paralelo justo entre la rejilla del triodo y el circuito resonante de antena. ¿Cual es su función?. ¿Como trabaja este artilugio?.

Para contestar a estas y a otras preguntas que posiblemente te hagas, deberemos "desgranar" y estudiar por separado ciertas partes del circuito... "Divide y vencerás" dijo un famoso estratega romano, y eso es justo lo que vamos a hacer.

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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
El principio de funcionamiento de este detector es similar al detector por diodo. Si te fijas, la rejilla y el cátodo del triodo se comportan en realidad como un diodo, haciendo la rejilla las veces de ánodo (o placa) de dicho diodo.

Para comprobarlo, compara las partes resaltadas de los esquemas del detector por rejilla de la ilustración superior con el detector por diodo y amplificación por triodo que vimos en el artículo anterior, y que representamos de nuevo abajo.

De la comparación se desprende que R1, C1 y el conjunto reja-cátodo del detector por rejilla a triodo forman en realidad un detector a diodo. Y ahora te preguntarás... "¡entonces!... ¿que rayos hemos conseguido?... ¿de donde sale la alta sensibilidad de que presume este receptor?". Para entender esto tenemos que continuar con el "divide y vencerás" que mencionamos antes.

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Para empezar, ahondemos un poco en el funcionamiento del detector a diodo. Consideremos primero como se comporta el circuito formado por un diodo detector y una resistencia en serie con él cuando son recorridos por una corriente alterna producida por un generador, aparcando de momento la función que realiza el condensador. Observa la figura siguiente.

Como puedes apreciar, la onda senoidal se reparte entre los dos componentes. La semionda positiva solo está presente en la resistencia, ya que el diodo se comporta como un cortocircuito con tensiones positivas, y consecuentemente la corriente al circular no produce ninguna caída de tensión en él. No es así en la resistencia, en la cual sí se desarrolla cierta caída de tensión al circular la corriente a través de ella.

Sin embargo, la semionda negativa solo está presente en el diodo, ya que para tensiones de esta polaridad dicho diodo se comporta como un aislante, no circulando corriente por el circuito y por lo tanto tampoco por la resistencia, de donde se deduce que no existe caida de tensión en ella, quedandose toda la tensión negativa en el propio diodo.

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Razonando de forma lógica, podemos pensar que la tensión alterna que se aplica al conjunto de la resistencia y el diodo ha de repartirse entre uno y otro componente, por lo que está claro que si solo una parte de la señal (la positiva) está en un componente, la otra parte (la negativa) indefectiblemente ha de estar en el otro. Entenderás mejor esto último si meditas un poco sobre el dibujo superior.

Si en vez de aplicarle a este circuito una tensión alterna cualquiera le aplicamos una tensión alterna de R.F. modulada en amplitud, comprenderemos perfectamente que dicha tensión se repartirá también entre los dos componentes, tal como ha ocurrido en el ejemplo anterior.

Si te fijas en la imagen de arriba entenderás que, tanto la tensión que tenemos en la resistencia como la que tenemos en el diodo serían perfectamente utilizables como señal de audio, ya que en ambos componentes está presente la señal detectada de BF. En la resistencia tenemos los picos positivos y en el diodo los negativos, y de cualquiera de ellos podríamos extraer sin problemas la señal de audio para procesarla y usarla posteriormente en un auricular, por ejemplo.

Ahora mira la ilustración de la izquierda. En ella hemos representado cierta porción del receptor con detector por rejilla a triodo.

¿Te resulta familiar la parte del circuito que hemos destacado?. Efectivamente, es lo que ya te habíamos adelantado:

La resistencia y el conjunto rejilla-cátodo del triodo ejercen exactamente la misma función que la resistencia y el diodo que hemos analizado antes.

Para completar el circuito solo falta el condensador en paralelo con la resistencia, del cual hablaremos a continuación. Pero antes, veamos cual es el funcionamiento básico del sistema tal cual lo conocemos hasta ahora, a falta de dicho condensador.

Cuando el receptor no recibe señal no existe tensión alguna en la rejilla, es decir, el voltaje rejilla-cátodo es de cero voltios, y por lo tanto el triodo conduce a plenitud. Esto es lógico, ya que la rejilla no tiene ningún potencial negativo para impedírselo.

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Cuando se recibe una señal por la antena la parte de dicha señal que aparece entre rejilla y cátodo son los picos negativos, ya que los positivos se quedan en la resistencia según lo explicado anteriormente.

Debido a esta situación la corriente de placa responde con variaciones, o mejor dicho "reducciones", de corriente acordes a las variaciones de esos picos negativos en la rejilla, pero con una amplitud mucho mayor, de manera que la señal resulta amplificada.

Como ocurre en el ya estudiado detector por placa, además de detectar la señal hemos ganado en amplitud. Pero observa que en esta ocasión, a diferencia de entonces, las señales débiles también resultan amplificadas, ya que la rejilla no está polarizada con ninguna tensión negativa que haga trabajar al triodo cerca de la tensión de corte, a excepción de la propia señal de RF detectada.

Dichas señales, cuando son débiles, están ahora bastante lejos del codo de la curva característica de rejilla del triodo, y utilizan una zona recta en la cual se obtiene una gran amplificación para señales de cualquier amplitud.

Para que lo veas más claro fíjate en la ilustración de la derecha (puedes hacer clic para ampliarla), en la que representamos la curva característica de rejilla de nuestro triodo montado con esta configuración particular.

Como se puede apreciar en el dibujo, la amplificación se mantiene alta incluso para señales de poca amplitud. Este es precisamente el resultado que pretendiamos obtener.

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Observa como en este circuito la detección se realiza en la propia rejilla. Si dispusiéramos de un osciloscopio podríamos visualizar sin problemas la señal ya detectada entre la rejilla y el cátodo, cosa esta que no ocurría en el detector por placa, en el que entre rejilla y cátodo estaba presente la señal completa de RF aunque sus pulsos negativos no tuvieran efecto alguno en el funcionamiento del triodo. Por este motivo se bautizó a este receptor con el nombre de "detector por rejilla".

En este estado, podemos decir que ya hemos ganado algo con respecto al detector por placa; la sensibilidad se mantiene alta para señales débiles. Pero podemos conseguir más incluyendo un condensador en paralelo con la resistencia.

LA FUNCIÓN DEL CONDENSADOR
Como vamos a ver a continuación, la inclusión del condensador en paralelo con la resistencia mejora notablemente la sensibilidad del receptor. Para comprobarlo, volvamos al circuito del principio en el que teníamos un generador de corriente alterna alimentando un diodo y una resistencia, ahora con un condensador en paralelo con esta última. Observa bién el siguiente gráfico.

Fíjate como el condensador se carga durante los semiciclos positivos los cuales, como recordarás, están presentes en la resistencia. Debido a la carga que adquiere el condensador en cada semionda positiva, la tensión en bornes de la resistencia se mantiene casi constante durante todo el tiempo.

Supongamos que la tensión de pico de cada una de las semiondas es de 1 voltio. Resulta que el condensador se carga a esta tensión de 1 voltio en una de las semiondas positivas, tensión que baja solo unas décimas hasta que llega la siguiente semionda positiva que lo vuelve a cargar a 1 voltio.

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Esto hace que la tensión continua de 1 voltio del condensador se sume a la alterna del generador ya que ambos están en serie, y tiene un efecto muy particular. Hace que el diodo deje de conducir en casi todo el recorrido de la senoide debido a que la tensión del condensador lo polariza de forma inversa, por lo que la mayoría del tiempo la senoide completa estará presente en el diodo, a excepción de los instantes en que este conduce y vuelve a cargar el condensador (Ver dibujo superior).

Recuerda que cuando el diodo no conduce se comporta como un aislante. Esto hace que durante la mayor parte del tiempo no circule corriente provocada por la senoide a través de la resistencia, por lo que no existirá ninguna caida de tensión en ella debida a esta causa, y toda la tensión senoidal presente en el circuito estará en bornes del diodo. Es como si hubiésemos "empujado hacia abajo" a la onda senoidal.

Además, y según hemos estudiado, la suma de ambas tensiones (la que existe en el grupo resistencia-condensador mas la que hay en el diodo) debe ser exactamente igual a la onda senoidal original del generador. Si te molestas en hacer la suma, teniendo en cuenta las respectivas polaridades (la del grupo RC es positiva y la del diodo es negativa), verás como se obtiene la senoide perfecta creada por el generador.

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EFECTO AL USAR UNA SEÑAL DE RF DE A.M.
Si en vez de una onda senoidal pura usamos una señal de RF modulada en amplitud (A.M.) procedente de un circuito resonante conectado a un sistema antena-tierra, nos vamos a llevar una sorpresa muy agradable.

Por una parte, en el grupo RC y por efecto de la carga del condensador, obtendremos la señal de BF que modula de origen a la portadora de RF. Esto es lógico y lo sabemos, ya que lo estudiamos en su dia. Pero la sorpresa es la señal que aparece en el diodo.

Como por efecto de la carga del condensador, todos los picos positivos de la señal de RF se posicionan a un mismo nivel y solo durante un corto instante sobrepasan la linea de cero como vimos en el caso del generador de onda senoidal, los picos negativos presentes en el diodo dibujan la señal de BF con una amplitud igual al doble que la que tiene dicha señal en el grupo RC. Mira la siguiente ilustración para entenderlo mejor.

Para ilustrar lo que ha pasado en el diodo, podemos hacerlo mediante un sencillo gráfico animado que puedes ver haciendo clic aquí. Observa que, como ya adelantamos antes, es como si empujáramos la señal hacia abajo toda ella, de manera que conseguimos tener el doble de tensión modulada que antes. Es decir, habremos multiplicado la señal de BF que modula a la portadora por 2. Efectivamente, podemos comprobar si nos fijamos en la escala graduada del gráfico animado, como después de "empujar" la señal de RF su modulación llega a ser el doble de la que tenía la señal original.

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Recordemos que esta señal es la que existe entre rejilla y cátodo del triodo. Hemos conseguido por lo tanto, con la simple inclusión de un condensador estratégicamente conectado en el circuito, que la señal detectada en la rejilla del triodo tenga el doble de amplitud que sin dicho condensador. Y esto quiere decir también que nuestro receptor tiene el doble de sensibilidad que antes de incluir dicho condensador.

La única desventaja de este receptor con respecto al detector por placa, es que en ausencia de señal, a través la válvula se establece una intensidad de corriente relativamente elevada, lo que provoca que tenga un consumo mayor que aquel, aunque esto es un mal menor para los beneficios que hemos obtenido.

En el próximo artículo abordaremos otro receptor aún mas sensible que este: "El receptor a reacción". ¿Te interesa?.

 
C O M E N T A R I O S   
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radio frequencia

#1 jose estevao » 16-01-2015 23:00

pagina muito boa, estraordinaria muito bem espricado
nota 1000

parabens pelo titulo

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