Detektor diodowy

Niezależnie od stopnia skomplikowania odbiornika (ilość lamp, obwodów itp.) detektor diodowy można włączyć w układ zawsze tak samo. W zależności od sposobu użycia diody detekcyjnej mówimy o detektorze równoległym lub szeregowym. Jak można zobaczyć na schematach umieszczonych w dalszej części tekstu nazwa detektora bierze się od sposobu podłączenia do układu diody detekcyjnej. Jeżeli jest ona połączona szeregowo z wejściem i wyjściem detektora to mówimy o detektorze szeregowym, jeżeli równolegle to o detektorze równoległym. Detektor szeregowy był spotykany przede wszystkim w odbiornikach kryształkowych, gdzie stanowił niemalże 100% wszystkich konstrukcji oraz w nowszych układach wykorzystujących diody półprzewodnikowe. W odbiornikach lampowych wykorzystujących do detekcji diody próżniowe używany był praktycznie wyłącznie układ równoległy. Takie wybór układów był podytkowany wmogami konstrukyjnymi, głównie chodziło o uzyskanie napięcia ARW.

Detektor szeregowy

Jak wiadomo każda dioda, niezależnie od jej rodzaju (lampowa, krzemowa, czy kryształek) przepuszcza prąd tylko w jedną stronę. W układzie detektora szeregowego, którego schemat pokazany jest na rysunku obok, dioda D może przepuścić tylko dodatnie połówki prądu. Prąd ten przepływa przez odbiornik (oznaczony symbolem opornika) R. Prąd ten jest nadal prądem o wysokiej częstotliwości, ale ze względu na obcięcie jego ujemnej części ma on niezerową wartość średnią Wartość średnia jest proporcjonalna do wysokości dodatnich połówek sygnału wejściowego i odpowiada sygnałowi małej częstotliwości modulującemu wejściowy sygnał radiowy. Jeżeli odbiornikiem R będzie słuchawka, to chociaż będzie przez nią przepływał prąd wysokiej częstotliwości to da się w niej usłyszeć audycję - ucho co prawda nie słyszy dźwięków wysokiej częstotliwości, ale słyszy ich wartość średnią.

Przebiegi napięć i prądów w detektorze diodowym

Kolor niebieski - wyprostowany prąd w.cz.
Kolor purpurowy - napięcie wyjściowe przy za małej stałej czasowej
Kolor czerowny - napięcie wyjściowe przy za dużej stałej czasowej
Kolor czarny - napięcie wyjściowe przy optymalnej stałej czasowej
Kolor zielony - wartość średnia napięcia wyjściowego

Przebiegi prądów i napięć w detektorze diodowym pokazane są na rysunku obok. Pierwotnie prąd diody ma kształt opisany niebieską linią - wskutek prostującego działania diody są to po prostu dodatnie połówki wejściowego sygnału w.cz. Ponieważ sygnał ten nie jest symetryczny względem zera (jest zawsze dodatni albo równy zeru) posiada on niezerową wartość średnią. Jak widać z rysunku amplituda tej wartości średniej (linia zielona na rysunku) nie jest duża w stosunku do wejściowego sygnału, co jest jedną z wad tego maksymalnie uproszczonego detektora, drugą jest występowanie na jego wyjściu dużej składowej wysokiej częstotliwości. Mimo swoich wad, dzięki maksymalnej prostocie układ ten był chętnie stosowany na samym początku radiotechniki. Drobna modyfikacja tego detektora pozwala znacznie poprawić jego właściwości.

Detektor szeregowy z obowdem RC

Polega ona na dodaniu do układu kondensatora C2 o odpowiedniej pojemności Prąd diody ładuje wtedy dodatnio kondensator C2 do napięcia równego maksymalnej amplitudzie sygnału wejściowego. Gdyby nie było w układzie obciążenia R1 (lub opór tego obciążenie byłby bardzo duży) to kondensator naładowałby się do tego napięcia i tak by zostało już na zawsze, na wyjściu dostalibyśmy więc napięcia stałe równe maksymalnemu chwilowemu napięciu wejściowemu, a nie o to przecież nam chodzi. Po to właśnie dodany do układu jest rezystor R1. Przez ten rezystor kondensator C2 się rozładowuje. Przebiegi w układzie z kondensatorem C2 są narysowane linią czarną, czerwoną i purpurową. Wartość oporności tego rezystora, a dokładniej iloczynu wartości pojemności kondensatora i oporności rezystora jest bardzo istotna - nie może być zbyt duża ani zbyt mała, bo kondensator się bardzo szybko rozładuje albo będzie rozładowywał się zbyt wolno. Ten układ RC tworzy pewneg orodzaju filtr dolnoprzepustowy, który musi wytłumić resztki wysokiej częstotliwości, a pozostawić przebieg o małej częstotliwości. Sprawę dodatkowo utrudnia fakt, że jest to układ nieliniowy, gdzie innym prądem kondnsator jest ładowany, a innym rozładowywany. Wygląd przebiegu dla różnych stałych czasowych układu R1C2 pokazany jest na rysunku obok. Widać wyraźnie, że jeżeli jest za mała to sygnał (oznaczony linią purpurową) zanika zbyt szybko i przebieg na wyjściu zamiast być ładną i w miarę gładką sinusoidą małej częstotliwości składa się tak samo jak w układzie bez kondensatora z wysokich pojedynczych impulsów, nieco tylko szerszych. Dla zbyt dużej stałej czasowej spadek napięcia jest bardzo niewielki i jeżeli następny szczyt wejściowego przebiegu wysokiej częstotliwości jest zbyt nisko nie będzie go widać - przebieg wyjściowy jest zniekształcony - obrazuje to linia czerwona. Przebieg optymalny pokazany jest linią czarną. Na rysunku przykładowym nie wygląda on zbyt dobrze - pozostałości sygnału w.cz. są jeszcze bardzo duże, ale jest on i tak znacznie lepszy niż sygnał niebieski. Ponieważ różnica częstotliwości dużej i małej w rzeczywistości jest znacznie większa (na rysunku została zmniejszona dla poprawienia czytelności) i wynosi od kilkunastu do kilku tysięcy, przeciętnie około 100 to w praktyce spełnienie tego warunku jest łatwe. Typowa stała czasowa wynosi około 100μs, a różnica wysokości kolejnych dodanich połówek przebiegu w.cz. (niebieska linia na rysunku) na tyle nieznaczna, że "schodki" przebiegu wyjściowego są prawie niezauważalne i bez problemu odfiltrowywane przez nasze ucho i dalsze stopnie odbiornika.

Detektor równoległy

Drugim rodzajem detektora diodowego jest detektor równoległy. Detektor ten ma zasadę działania identyczną jak opisany przed chwilą detektor szeregowy, różni się tylko miejscem włączenia diody detekcyjnej. Jak widać na rysunku obok dioda ta jest włączona równolegle do wyjścia. Chociaż jego zasada działania jest identyczna jak detektora szeregowego to nie jest tak intuicyjnie wyczuwana. Poprzednio dioda była włączona w szereg z wejściem - i przepuszczała dodatnie połówki prądu a ujemnych nie. Tutaj natomiast dioda podłączona równolegle do obciążenia zwiera dodanie połówki sygnału natomiast ujemne przechodzą bez zmian - w takim wypadku napięcie na wyjściu jest zawsze ujemne!

Przebiegi napięć w detektorze są identyczne jak dla detektora szeregowego poza zmianą polaryzacji tych przebiegów - wszystkie są ujemne i na rysunku leżałyby pod osią X a nie nad nią. Również identyczna jest rola wszystkich pozostałych elementów, czyli rezystora i kondensatorów. Dołożony jest dodatkowo kondensator C1, który oddziela składową stałą układu sterującego detektor od wyjścia detektora, jest on bardzo istotny zwłaszcza przy sterowaniu detektora bezpośrednio z transformatora w.cz., gdyby go nie było bardzo mała dla częstotliwości akustycznych impedancja cewki transformatora zwarłaby sygnał wyjściowy i na wyjściu nie otrzymalibyśmy nic.