• No results found

door

L. H . M . H U Y D T S

U il collegeooordrachl October 1942.

AVe veronderstellen, d a t op een diode een sinusvormige w is­ selspanning m et am plitude Ü en een gelijkspanning V w erkt, fig. 1. D e gelijkgerichte stroom I die in de anodeketen o n ts ta a t is een functie van beiden: I — f ( U , V ) .

D eze functie k an voorgesteld w o rd en door een ruim tevlak of door k arak te ristie k e s c h a re n :

A

hetzij I = f ( U ) v m et V als p aram eter,

of ï = f ( V ) g m et de w isselspanningsam plitude als p a r a ­ meter.

I = f ( V ) g is de z.g. richt lij Menschaar, geïntroduceerd door

B arkhausen, fig. 2; deze k an volgens de definitie voor een b e ­ paalde diode op eenvoudige wijze door meting w o rd en v astg e­ legd.

E en gelijktijdige verandering in de w isselam plitude U m et

ü en in de gelijkspanning V m et v lev ert een gelijkstroomver-

andering i op, die uitg ed ru k t kan w o rd en door een dubbele T a y lo r ontwikkeling

202

u + v V d l d v V + V

dl

d V 2

H---

I 2

+

. •

In deze uitdrukking voor i denke men zich de m achten op bekende symbolische wijze u itg e w e rk t.

D e functie I — f ( U , V ) is voor een groot gebied van U en

V vrijwel lineair. Als eerste b enadering b ep erk en w e ons to t

de tw ee eerste term en van de reeks en s te lle n :

i u

F ig u u r 2.

R ichtlijnenschaar ƒ = ƒ ( ƒ / ) £ voor versch illen d e w a a r d e n van U. O m het instelpunt E, met C = 5 volt enkele d y n a m isc h e karakteristieken voor m o - d ulatiediep te 7n = o,y. Lijn a practisch een ellips in het lineair richtlijnen-

veld. Lijn b uitsturing tot in het niet-lineair gebied door te hooge m od u latiefrequ en tie.

D e coëfficiënten van ü en v geven w e a a n door

i en

i*

2

A

u

het zijn de hellingen (steilheden) voor een b ep aald e b esc h o u w d e w a a rd e van U en V van de tw ee bovengenoemde ty p e n van k a rak teristiek en .

203

In een detectieschakeling o n ts ta a t de gelijkspanning V tenge­ volge van de w isselam plitude U en deze is dus de o n a fh an k e ­ lijk veranderlijke.

E en veranderlijke w isselam plitude komen w e tegen bij een am plitude gem oduleerde draagtrilling. Bij m odulatie m et een enkelvoudige trilling schrijven w e

u = ( U0) + ü 7*COS JU t ) COS O0 t

- &U *lu

21 — CJ0) COS 00 t H— - cos (co — ju) t H— cos (co + ju) t

2 2

H e t frequentiespectrum b e s ta a t blijkbaar uit drie hoogfrequente trillingen, co heeft n.1. betrekking op de hooge frequentie van de draagtrilling en /u op de lage frequentie van de modulatie. D e am plitude van de gem oduleerde trilling is

u m + Üfl cos fi t of Uw + Up

F iguur 3.

In fig. 3 is h et eenvoudigste ty p e van een diode detectie- oi dem odulatieschakeling aangegeven. H e t parallelle i?-C-lid kan zoo gedimensioneerd en co en fi zoo gekozen w orden, d a t de spanning van het frequentiegebied tusschen co — ju en co ju practisch gelijkmatig op de diode w o rd t overgebracht. D e w e r ­ king van de schakeling b ren g t mede dat, afhankelijk van de

am plitude van de draagtrilling U, op de capaciteit een gelijk­ spanning o n tstaat, w a a rd o o r de anode een negatieve potentiaal

V krijgt en een gelijkgerichte stroom I vloeit; de laagfrequente

verandering in de am plitude van de draagtrilling, de modulatie, wijzigt deze gelijkgerichte spanning en stroom in overeenkom stig

rythm e. W^e hebben dus een veranderlijk deel

gesuperpo-neerd op U en een veranderlijk deel v^ op V en kunnen de daarm ee sam enhangende verandering tfl in de gelijkgerichte stroom, aangeven door

204

W e zullen deze de „deleclLCvergelijking” \ a n d e schakeling noemen,

v^ is blijkens voorgaande een afhankelijk veranderlijke.

W o r d t de im pedantie in de diodeketen gevorm d door lineaire elementen (R en 6 onafhankelijk van de stro o m w aard e) en v er­ a n d e rt u sinusvormig, u — ü cos f i t } dan zijn ook i en v ^ si­ nusvormig. W e kunnen dus overgaan to t het invoeren van ge­ richte grootheden; de detectievergelijking w o rd t dan

1 — s U .. + s Pfl I fl 2 fl

D e im pedantie voor de frequentie fx in de diode-keten is

m et spanningsval I Z u ; de spanning a an de diode is h ieraan

tegengesteld : = • D it gesubstitueerd geeft

ƒ„ = [X / f t U „ — s I n Z„2 f t f l

w a a ru it volgt voor de gedetecteerde laagfrequente stroom

7 + z?

of _ fl 7 U *

r d + z ti (

2

) In deze eenvoudige detectieform ule zullen w e de verhouding - de detectiefactor van de schakeling noemen. D eze facto r

ge-sf d Cf \

definieerd door — = — 1 > volgt uit de horizontale afstan d

^ v v h

van tw ee richtlijnen.

rd = T kan als een inwendige w e e rs ta n d o p gevat w o rd en en is 2

gedefinieerd door r = a V'

a/

V o o r een am plitude van de draagtrilling van enkele volt en een w e e rs ta n d R van enkele tienden M Q is de d etectiefacto r

o j

— ongeveer 0,9, voorts is r van de grootte orde van i o 4 Q .s - ongeveer 0,9, voorts is i ,

s 2 d

O p grond van de detectieform ule (2) kunnen w e het vervanging v-

échemafïg. 4 invoeren. D e beteekenis ervan blijft b e p e rk t to t de een­ voudige duiding van de grootte van de stroom I en de sp a n ­ ning aan Z ; h et schema geeft geen aanwijzing voor h et inscha- kelverschijnsel, hiervoor m oet teruggegaan w o rd e n to t het mechanisme van de niet lineaire functie van de diode.

205

In fig. 4 is Z /{ de im pedantie (voor de frequentie ju) tusschen anode en k ath o d e van de d iode.

D e gedetecteerde spanning die aan Z o n s ta a t is

s _

- U —

s 2 " Vd ^ ^ f-i4- X

D e vertolking van de diode detectieschakeling kom t op fra- pante wijze overeen m et de vertolking van de triode als lineaire v e rste rk e r voor w a t b e tre ft de /.^.-stroom en spanning in de uitwendige keten en het vervangingsschem a.

Fiïguur 4.

Bij de triode is de v ersterk in g sfacto r practisch / ; de

detec-s '

tiefactor — is echter kleiner doch ten naastenbij gelijk a an I.

sj

W o r d t de im pedantie in de diodeketen gevorm d door R // C fig. 2, d an is R i + j ju C R en de gedetecteerde spanning w o rd t

u„ = - u,

ft I 4---Y j j J i C r R d

D e polaire figuur van Uz beschrijft bij varieerende ju een halve[i cirkel; voor kleine ju is de modulus een maximum, voor groote

[u neem t de modulus a f en z a k t to t —— van de max. w a a rd e

206

In fig. 5 is een veel toegepaste diode-detectieschakeling a a n ­ gegeven. D e gedetecteerde spanning w o rd t afgenomen van

H e t vervangings-detectieschem a kan herleid w o rd en to t een tw eem azen R C netje m et Cj als koppelingstak en w e vinden voor de spanning u , over R 2 een eenvoudige uitdrukking:

R I ~ R R 2 + R s + J P C ,R lR 2 + T---— J P - C 2 In deze uitdrukking is R , =

rdR,

r <t + R ,

D e noem er kom t overeen m et de im pedantie van een serie R -L-C - k e te n ; w e kunnen dus een resonnantiefrequentie co0 en een kwa- liteitsfacto r Q invoeren. N em en w e nog a an d a t practisch

c , « c ,

dan w o rd t

rd« R,

R ', « R U . = 7 U »R -R 2 + J P C, rd -R 2 +

7

V ' ‘

j

2 1 + J P c , rd + - / j ix C R J r 2 2

207

s _

een spanning — U„ R 2 w erk en d e op een serieketen m et w

eer-iS2

stan d R o, een zelfmductie Cj rd R 2 en een capaciteit C2.

Stellen w e r — C r , en x — C R als m arkeerende tijdcon-I I ö - 2 2 2 ' constanten, dan w o r d t

D e polaire figuur van de gedetecteerde spanning gemeten aan

R 2 beschrijft bij varieerende [x een heele cirkel m et max. mo­

dulus voor /x = co0. D e freq u en tiek arak teristiek W ,\ — f (/'O heeft een vlak verloop w a n n e er Q klein is en heeft den vorm van de resonnantiekrom m e.

Practische getallen in de schakeling fig. 5 zijn:

rd = io 4 Q R = o,2 M Q R 2 — i M Q CT — 7 5 p.F . C2 — 3 n.F.

H ie ru it volgt . V o o r het p ro d u ct fx rd en /x C^R^

vrijwel gelijk één z ak t de modulus to t de helft van de max. w a a r d e ; dit is m et de aangegeven getallen bij frequenties van ten naastenbij 2.1 o5 re s p e c t.30 H z. D e verhouding van deze tw ee

frequenties is - L .

V olgens de boven toegepaste quasi-lineaire vertolking van de diode-detectieschakeling, w orden voor kleine m odulatiediepten, dus kleine ü^, om het instelpunt E in het richtlijnenvlak ellip­ sen beschreven, lijn a fig. 2; h et punt E w o r d t b e p a ald door de grootte van de am plitude van de draagtrilling. V o o r kleine

fx gaan voor schakeling fig. 3 deze ellipsen over in de rechte OP. D e vorm van de ellips voor verschillende /x volgt uit Z^.

V o o r groote w a a rd e n van /x w o rd t de opening van de ellips en de helling van h a a r hoofdas g ro o t: hierdoor k a n de d y n a ­ mische k a ra k te ristie k van het w e rk p u n t in het richtlijnenvlak ook voor relatief kleine w a a rd e n van de m odulatiediepte to t in het sterk niet lineair gebied rijken, fig. 2 lijn b. D e helling van de ellips-as w o rd t bep aald door [X en de tijdconstante C R f , die voldoende klein moeten zijn. Bij groote R f m oet derhalve Cr klein gehouden w orden.

208

In schakeling fig. 5 w o r d t de helling van de ellips-as mede b ep aald door C2 en R 2 ; men kan door berekening zich overtuigen, d a t R 2 liefst ongeveer j X g ro o ter dan R f moet gekozen w orden.

W e zijn bij de afleiding van de detectieform ules uitgegaan van een lineaire benadering van h e t richtlijnenvlak. D e afwijking van de lineariteit is immer oorzaak van eenige vervorm ing in de gedem oduleerde spanning. M e n kan deze vervorm ing op gelijke wijze als bij de triode berekenen, door een a a n ta l van de hoogere afgeleiden in de b esproken dubbele T aylor-ontw ikkeling mede in aanm erking te nemen. V o o r m oduleerende frequenties w aarbij

Z fl practisch ohm-sch is, g a a t dit vrij eenvoudig; voor w a a rd e n

van fi w aarbij de im pedantie in de diode-keten complex w o rd t, is de berekening u itv o e rig e r.1)

R ad io lab o rato riu m T. H. D elft.

l)

blad

D e principieëele gan g van de berekening hiervoor nader uitgew erk t.