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Un resistor negativo dependiente de la frecuencia (FDNR) es un elemento de circuito que muestra un puramente real de resistencia negativa -1 / ( ω 2 kC) que disminuye en magnitud a una velocidad de -40 dB por década. El elemento se utiliza en la implementación de filtros activos de paso bajo modelados a partir de filtros de escalera . El elemento generalmente se implementa desde un convertidor de impedancia generalizado (GIC) o girador . La impedancia de un FDNR es
o
cuando s = j ω .
La definición y la aplicación de resistencias negativas dependientes de la frecuencia se discuten en Temes & LaPatra, [1] : 275, 282–286 Chen [2] y Wait, Huelsman & Korn. [3] La técnica se atribuye a LT Bruton. [3] : 289
Aplicación [ editar ]
Si todas las impedancias (incluyendo las impedancias de la fuente y la carga) de un pasivo filtro de escalera se dividen por s k, la función de transferencia no se cambia. El efecto de esta división es transformar las resistencias en condensadores, los inductores en resistencias y los condensadores en FDNR. El propósito de esta transformación es eliminar los inductores que a menudo son componentes problemáticos. Esta técnica es especialmente útil cuando todos los condensadores están conectados a tierra. Si la técnica se aplica a los condensadores que no están conectados a tierra, los FDNR resultantes están flotando (ninguno de los extremos está conectado a tierra), lo que en la práctica puede ser difícil de estabilizar.
El circuito resultante tiene dos problemas. Los FDNR prácticos requieren una ruta de CC a tierra. La función de transferencia de CC tiene un valor de (R 6 ) / (R 1 + R 6 ). El filtro de escalera transformado realiza la ganancia de transferencia de CC como la relación de dos condensadores. En el caso ideal, esto es válido, pero en el caso práctico siempre hay alguna resistencia finita, generalmente impredecible, a través de los condensadores, de modo que el rendimiento de CC de la escalera transformada es impredecible. R a y R b se agregan al circuito para mitigar estos problemas. Si R b / (R a + R b + L 3 / k + L 5 / k) = (R 6 ) / (R1 + R 6 ) entonces la ganancia de CC del circuito transformado es la misma que la del circuito predecesor. Finalmente, si R a y R b son grandes con respecto a las otras resistencias, hay poco efecto en la banda de transición del filtro y en el comportamiento de alta frecuencia. [3] : 292
Implementación [ editar ]
La espera muestra el circuito que se muestra a la derecha como adecuado para un FDNR conectado a tierra.
la celda de Gilbert es un tipo de mezclador . Produce señales de salida que son proporcionales al producto de dos señales de entrada. Tales circuitos son ampliamente utilizados para la conversión de frecuencia en sistemas de radio. [1] La ventaja de este circuito es que la corriente de salida es una multiplicación precisa de las corrientes de base (diferenciales) de ambas entradas. Como mezclador, su funcionamiento equilibrado cancela muchos productos de mezcla no deseados, lo que da como resultado una salida "más limpia".
Es un caso generalizado de un circuito temprano utilizado por primera vez por Howard Jones en 1963, [2]inventado de forma independiente y aumentado en gran medida por Barrie Gilbert en 1967. [3] En realidad es un ejemplo específico de diseño “translinear”, un modo actual Aproximación al diseño de circuitos analógicos. La propiedad específica de esta celda es que la corriente de salida diferencial es un producto algebraico preciso de sus dos entradas de corriente analógica diferencial.
Función [ editar ]
 |  |  |
|---|---|---|
| Howard Jones, 1963 | Gilbert, 1968 (beta independiente) | Gilbert, después (beta dependiente) |
En esta topología, hay poca diferencia entre la célula de Jones y el multiplicador translinear. En ambas formas, dos etapas amplificadoras diferenciales están formadas por pares de transistores acoplados al emisor (Q1 / Q4, Q3 / Q5) cuyas salidas están conectadas (sumas de corrientes) con fases opuestas. Las uniones de emisor de estas etapas amplificadoras son alimentadas por los colectores de un tercer par diferencial (Q2 / Q6). Las corrientes de salida de Q2 / Q6 se convierten en corrientes de emisor para los amplificadores diferenciales. Simplificada, la corriente de salida de un transistor individual viene dada por i c = g m v be . Su transconductanciag m es (en T = 300 k) aproximadamente g m = 40 I C. La combinación de estas ecuaciones da i c = 40 I C v be, lo . Sin embargo, I C aquí viene dado por v be, rf g m, rf . Por lo tanto, i c = 40 v be, lo v be, rf g m, rf , que es una multiplicación de v be, lo y v be, rf . La combinación de las dos corrientes de salida de las etapas diferenciales produce una operación de cuatro cuadrantes.
Sin embargo, en las células inventadas por Gilbert, que se muestran en estas figuras, hay dos diodos adicionales. Esta es una diferencia crucial, porque generan el logaritmo de la corriente de entrada diferencial (X) asociada de tal manera que las características exponenciales de los siguientes transistores dan como resultado una multiplicación ideal perfecta de estas corrientes de entrada con el par restante de (Y) corrientes Esta topología de celda de diodo adicional se usa normalmente cuando se requiere un amplificador controlado por voltaje (VCA) de baja distorsión . Esta topología se usa raramente en aplicaciones de mezclador / modulador de RF, por una variedad de razones. Una de ellas es que la ventaja de la linealidad del código de casquillolinealizado superiores mínimo debido a las señales de transmisión de onda casi cuadrada a estas bases. En frecuencias muy altas, es menos probable que la unidad sea una onda cuadrada de borde rápido, cuando puede haber alguna ventaja en la linealización.
Hoy en día, se pueden construir circuitos funcionalmente similares utilizando células CMOS o BiCMOS.
Un detector de fugas de red es un circuito electrónico que demodula una corriente alterna modulada en amplitud y amplifica el voltaje de modulación recuperado. El circuito utiliza el cátodo no lineal para controlar la característica de conducción de la red y el factor de amplificación de un tubo de vacío [1] [2] . Inventado por Lee De Forestalrededor de 1912, fue utilizado como detector (demodulador) en los primeros receptores de radio de tubo de vacío hasta la década de 1930.
Historia [ editar ]
Las aplicaciones tempranas de tubos de triodo ( Audions ) como detectores generalmente no incluían una resistencia en el circuito de la red [3] [4] . El primer uso de una resistencia para descargar el condensador de rejilla en un circuito detector de tubo de vacío puede haber sido realizado por Sewall Cabot en 1906. Cabot escribió que hizo una marca de lápiz para descargar el condensador de rejilla, después de descubrir que tocar la terminal de rejilla del tubo hace que el detector reanude el funcionamiento después de haberse detenido [5] . Edwin H. Armstrong, en 1915, describe el uso de "una resistencia de varios cientos de miles de ohmios colocados a través del condensador de rejilla" con el propósito de descargar el condensador de rejilla [6] . El apogeo de los detectores de fugas de red .fue la década de 1920, cuando funcionaban con batería, los receptores de frecuencia de radio de sintonía múltiple con triodos de bajo factor de amplificación con cátodos calentados directamente eran la tecnología contemporánea. Los modelos Zenith 11, 12 y 14 son ejemplos de este tipo de radios. [7] Cuando los tubos de rejilla de malla estuvieron disponibles para nuevos diseños en 1927, la mayoría de los fabricantes cambiaron a detectores de placas [8] [2] , y luego a detectores de diodos . El detector de fugas de la red ha sido popular durante muchos años entre los operadores de radio aficionados y los oyentes de onda corta que construyen sus propios receptores.
Descripción funcional [ editar ]
El escenario realiza dos funciones:
- Detección: la rejilla de control y el cátodo funcionan como un diodo. En pequeñas amplitudes de señal de radiofrecuencia (portadora), la detección de ley cuadrada tiene lugar debido a la curvatura no lineal de la corriente de red frente a la característica de voltaje de red [9] . Transiciones de detección en amplitudes de portadoras más grandes para el comportamiento de detección de señales grandes debido a la conducción unilateral del cátodo a la cuadrícula [10] [11] .
- Amplificación: el voltaje de corriente continua (dc) variable de la red actúa para controlar la corriente de la placa. El voltaje de la señal de modulación recuperada aumenta en el circuito de la placa, lo que hace que el detector de fugas de la red produzca una mayor salida de frecuencia de audio que un detector de diodo, a niveles de señal de entrada pequeños [12] . La corriente de la placa incluye el componente de radiofrecuencia de la señal recibida, que se utiliza en los diseños de receptores regenerativos .
Operación [ editar ]
La rejilla de control y el cátodo funcionan como un diodo mientras que, al mismo tiempo, el voltaje de la rejilla de control ejerce su influencia habitual sobre la corriente de electrones desde el cátodo a la placa.
En el circuito, un condensador (el condensador de la red ) acopla una señal de radiofrecuencia (la portadora) a la red de control de un tubo de electrones [13] . El condensador también facilita el desarrollo de voltaje de CC en la red. La impedancia del condensador es pequeña en la frecuencia portadora y alta en las frecuencias de modulación [14] .
Una resistencia (la fuga de la red ) se conecta en paralelo con el condensador o de la red al cátodo. La resistencia permite que la carga de corriente continua se "escape" del condensador [15] y se utiliza para configurar la polarización de la red [16] .
A niveles de señal de portadora pequeña, generalmente no más de 0.1 voltios [17] , la rejilla al espacio del cátodo exhibe resistencia no lineal. La corriente de red se produce durante 360 grados del ciclo de frecuencia portadora. La corriente de red aumenta más durante las excursiones positivas de la tensión de la portadora que durante las excursiones negativas, debido a la corriente parabólica de la red frente a la curva de tensión de la red en esta región [18] . Esta corriente de red asimétrica desarrolla un voltaje de red de CC que incluye las frecuencias de modulación [19] [20] [21] . En esta región de operación, la señal demodulada se desarrolla en serie con la resistencia de red dinámica., que normalmente está en el rango de 50,000 a 250,000 ohms [22] [23] .y el condensador de la red junto con la capacitancia de la red forman un filtro de paso bajo que determina el ancho de banda de la frecuencia de audio en la red [22] [23] .
En niveles de señal de portadora lo suficientemente grandes para que la conducción del cátodo a la rejilla cese durante las excursiones negativas de la portadora, la acción de detección es la de un detector de diodo lineal [24] [25] . Detección de cuadrícula fuga optimizado para el funcionamiento en esta región es conocida como detección de la red eléctrica o de detección de fugas red de energía [26] [27] . La corriente de red se produce solo en los picos positivos del ciclo de frecuencia de la portadora. El condensador de acoplamiento adquirirá una carga de CC debido a la acción de rectificación del cátodo a la trayectoria de la red [28] . El condensador se descarga a través de la resistencia (por lo tanto, la fuga de la red ) durante el tiempo en que la tensión de la portadora disminuye [29] [30]. La tensión de red de CC variará con la envolvente de modulación de una señal modulada en amplitud [31] .
La corriente de la placa pasa a través de una impedancia de carga elegida para producir la amplificación deseada junto con las características del tubo. En los receptores no regenerativos, un condensador de baja impedancia a la frecuencia portadora se conecta desde la placa al cátodo para evitar la amplificación de la frecuencia portadora [32] .
Diseño [ editar ]
La capacitancia del condensador de la rejilla se elige para que sea aproximadamente diez veces la capacitancia de entrada de la rejilla y es típicamente de 100 a 300 picofaradios (pF), con el menor valor para la rejilla de la pantalla y los tubos del pentodo [2] [22] .
La resistencia y la conexión eléctrica de la fuga de la red junto con la corriente de la red determinan el sesgo dela red [33] . Para el funcionamiento del detector a máxima sensibilidad, la polarización se coloca cerca del punto en la corriente de la red frente a la curva de voltaje de la red donde se produce el efecto de rectificación máxima, que es el punto de la tasa máxima de cambio de la pendiente de la curva [34] [20] [35] . Si se proporciona una ruta de corriente continua desde la fuga de la rejilla a un cátodo calentado indirectamente o al extremo negativo de un cátodo calentado directamente, se produce una polarización de la rejilla de velocidad inicial negativa en relación con el cátodo determinado por el producto de la resistencia a la fuga de la rejilla y la corriente de la rejilla. [36] [37]. Para ciertos tubos de cátodo calentados directamente, la polarización óptima de la rejilla es a un voltaje positivo en relación con el extremo negativo del cátodo. Para estos tubos, se proporciona una ruta de CC desde la fuga de la rejilla hasta el lado positivo del cátodo o el lado positivo de la batería "A"; proporcionando una tensión de polarización fija positiva en la red determinada por la corriente de red de CC y la resistencia de la fuga de red [38] [20] [39] .
A medida que aumenta la resistencia de la fuga de la red, la resistencia de la red aumenta y el ancho de banda de la frecuencia de audio en la red disminuye, para una capacitancia del condensador de la red dada [22] [23] .
Para tubos de triodo, el voltaje de CC en la placa se elige para la operación del tubo a la misma corriente de placa que se usa generalmente en la operación del amplificador y es típicamente menor a 100 voltios [40] [41] . Para los tubos de pentodo y tetrodo, el voltaje de la rejilla de la pantalla se elige o se hace ajustable para permitir la corriente y amplificación de la placa deseada con la impedancia de carga de la placa elegida [42] .
Para la detección de potencia de fuga de la red, la constante de tiempo de la fuga de la red y el condensador debe ser más corta que el período de la frecuencia de audio más alta que se reproducirá [43] [44] . Una fuga de red de alrededor de 250,000 a 500,000 ohms es adecuada con un condensador de 100 pF [27] [43] . La resistencia de fuga a la red para la detección de potencia de fuga a la red puede ser determinada pordónde Es la frecuencia de audio más alta para ser reproducida y Es la capacitancia del condensador de red [45] . Un tubo que requiere un voltaje de red comparativamente grande para el corte de corriente de la placa es una ventaja (generalmente un tríodo de bajo factor de amplificación) [26] . El voltaje máximo de la señal de entrada modulada al 100 por ciento que el detector de fugas de la red puede demodular sin una distorsión excesiva es aproximadamente la mitad del voltaje de polarización de corte proyectado[46] , correspondiente a un voltaje máximo de la portadora no modulada de aproximadamente un cuarto de la desviación de corte proyectada [47] [26] . Para la detección de la red eléctrica utilizando un tubo de cátodo calentado directamente, la resistencia de fuga de la red se conecta entre la red y el extremo negativo del filamento, ya sea directamente oa través del transformador de RF.
Efecto del tipo de tubo [ editar ]
Los tubos de tetrodo y pentodo proporcionan una impedancia de entrada a la rejilla significativamente mayor que los triodos, lo que resulta en una menor carga del circuito que proporciona la señal al detector [48] . Los tubos de tetrodo y pentodo también producen una amplitud de salida de frecuencia de audio significativamente más alta en niveles de señal de entrada de portadora pequeña (alrededor de un voltio o menos) en aplicaciones de detectores de fugas de red que los triodos [49] [50] .
Ventajas [ editar ]
- El detector de fugas de la red ofrece potencialmente una mayor economía que el uso de diodos separados y tubos amplificadores.
- A niveles de señal de entrada pequeños, el circuito produce una amplitud de salida más alta que un simple detector de diodos.
Desventajas [ editar ]
Una desventaja potencial del detector de fugas de la red, principalmente en circuitos no regenerativos, es el de la carga que puede presentar al circuito anterior [32] . La impedancia de entrada de radiofrecuencia del detector de fugas de red está dominada por la impedancia de entrada de red del tubo, que puede ser del orden de 6000 ohmios o menos para triodos, según las características del tubo y la frecuencia de la señal. Otras desventajas son que puede producir más distorsión y es menos adecuado para voltajes de señal de entrada en un voltio o dos que el detector de placa o el detector de diodo .
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