AN1ENNA

AMPLIFICATORE Il RIVE AMPLIFICATORE

~.~ AD LA A BASSA ALTA FREQUENZA TORE ~ 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 ~ ..

.. Lo ..

Sezione a radio-frequenza (RF) PROWEDE A

stadio rivelatore

Captare onde radio provenienti dalle emittenti radio.

Sintonizzarsi su una sola di loro, escludendo le altre. Amplificare il segnale radio presente alla sua entrata

Amplificare il segnale radio in tensione e in potenza

.. .. Sezwne a audio-frequenza (BF) 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 (1.o"")

deve poter essere in grad~ 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 tanto le semionde positive che quelle negative a radio-frequenza.Se un diodo , · · viene utilizzato come rivelatore, esso lascia passare soltanto le semionde positive.Ne risulta immediatamente l 'onda ad audio-frequenza.

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Portante Segnale modulante

Figura l

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VMX

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~ /-.._

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... .,._,;; / \

\

Onda modulata

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 allora le valvole erano alquanto rudimentali. Diodo di Fleming 1904

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 .

J•

l

....

Esemplari di triodi" Marconi" daJ 1918

Triodo di De Forest denominato "Audion "

TETRODO, PENT0001 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 applicazioni, un elemento pertur~ batorc.

Riduce fortemente questo in­conveniente l'introduzione fra placca e griglia di un nuovo elet­trodo, detto scher'flg, di struttu­ra analoga a quella dclJa griglia (fig. 1) • ..M~ntcnuto a potenziale

r

l Fig. l - Tetroclo: disposizione scbe­

malica degli elettrodi e simbolo.

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 -t -:,; ~ .....

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 esco­no da essa con velocità molto bassa, e non ostacola praticamente il transito dc­gli elettroni primari provenienti dal ca­todo, che sono invece animati da velocità assai superiore.

Come nel tetrodo, il numero di elet­troni della carica spazialc, che partono dalla regione catodica e si avviano verso la placca, è praticamente indipendente dalla tensione anodica (a causa dell'azio­ne dello schermo) e dipende quasi esclu­sivamente dalla tensione dello schermo e della griglia comando; una parte di que­sti elettroni è raccolta dallo schermo ed una parte dalla placca. Si devono perciò

.G, IG· nlt

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K

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- 1-

,G:-

Fig. 3 -- Penlodo: elementi t:ostitutivi c simbolo.

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

( 1) - 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.

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. r.

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Fig. 6 - Caratteristiche tipico

anodiche

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....... ----- --- ~ -·- .... . ..... -- ... .. Fio.t • 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 l fi-fi l = fi. Un circuito che si presta a questo scopo è il circuito convertitore (Vedi figura n°2).

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 l fi -fi l al secondo, con l'andamento, ad esempio, indicato nella figura n°3.

èii.J

n~~~~~~~~~ er + e.z

l

Fig_ 3 - 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

~

~

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 =p ft- fl p; 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

.... '"

fir D0

4,insieme con le successive fasi fo:d:~:ui del proc,esso.

~ ..• 1... . O Frequenza ~ * ~

==j ~ ~

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l h/~ro c/1. b8nc/a

f, af/~-F;/ l

uL F,

l e, +e2

l /?,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 !il(inglia 1 coman@

Schermo G.

--·

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),

8

f,

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!:~'•-t ... ' .. '

Oscillatore /ot:.sle (~)

Fi~r. 6 - Schema di principio del conver-titore di frequenza attuato col penta­griglia mescolatore.

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~

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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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~oliatore /ix al<' (/;)

A.~.,J;fi(at-~·-e "TI(ldia frequet?Z<7

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Rl~~e/a.S!f.J•rc (seg;;a/e)

Amplificatore bass.a {reauenza

(~qr~le)

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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Fig. 9 Spettro di un'osd!lazionc sinoida1c modulata in ampiezza sinusoidi:dmentc.

-F... d) bJ

Fa

<:.) r l f l l l L l . l·j t~m. Fo

Fig.lO Confronto fra gli spettri di un'oscillazione non modulata (a), modulata sinoidahnente in am­piezza (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.

·4f <1) b)

t; ' f

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 l'oscillatore locale produce una determinata frequenza fi (1470KHz nell'esempio prima citato) esistono due frequenze che differiscono da

F. Il . . . fi della frequenza intermedia fi ;nell'esempio 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'agi unta 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 (f,)

Me scalo! ore (~-"::~)

Osr:.~llatore

l loClll~ (/;)

---·- -

Ampl/frcCJtore m. f. (F,")

Rivelatore {segna(e)

Amplificatore h .l

(Segnale)

Fig. 12 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

( l C~~CUITO fACOOROATO l 0' f;III"!'R AfA

l l l

'

·J

--::;;:"'

l l l

l ~4B,,OpF : CONOENSATi)RI [z

V,O.RIASflf

~M~It~~A~TI ~ -::;:'"

CIRCUITO AC!:ORo,Al'O O 1 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. Trasformatore di media frequenza:

MF

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)

L~

Fig. 14 Accoppiamento in-

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.

duttivu fra due circuiti rJsonanti,

-~~---,-----

1 !

j·· ·- l · - - ~'--· ..,

Jp~ -·-

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l ~s----d- l o,l;,;;-.--~ .. :'l;;o.::;:;;;;;,~..,~:;;::::~ .... ~::....--,;,IJJPii ,~ ~~ 'P'fl "*-r,.._.,J. (Ili . ._ 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.

(l)

1 kt!= J"'QJQ2

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, C1 L~ c2

Q2

Fig. 13 ·- Ch·cuitì riwnanti accoppiali~ primar-io alimentato in parallelo (1).

VI.

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 W e risposta nulla fuori di tale bandaL' esame della figura n° 14 mostra che in corrispondenza

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.

~ ·-:· t !J',I-- l ~ :t(ll l '\1 -:!:1 l , .

' ti . ~Q! J . ~ Ar• i ; i16

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Ff'C'::I'MZS {;f.~.}

Fi;:. 14 (~uul ruro111. :t parità. Lì li. fra la ~r-\."".1 di ri~Ot w un filtro di l:><tnda e !a cuva di risonanza itrnttl'!tei,.rn) di nr. dr C\: l w rhon:llltc pa:-ai!':Jo (i n ,,..,_:;.,,1., ctll:l­

rmr~ i'. TllflP<IlLO fr:t la li:l.lhi<.olte a.d. UJl3 rn· .. ~x·Ju·.~ j è qu~ll" ilfia ueamn:za f,).

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 + (3)

k2

k: ---1../

quando è K = Kc , quest'espressione diviene:

B - k f lf.-2-~ .i~ ~ - ~ or - r ~ :-lQlOz

(4)

,) i) /, ~ / . -j- - -/.

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:

1"fla~FQ~M. _ _ MF _ _

VALVOLA

AMPLJFif;AT~ lc;E 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 f

Fig. 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.

GmEù c: c; É,2

b) '------o~ Fig. 18 Circuito differenziale dell'ampli-

ficatore 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)

E - GmEilw., lì-L L-}IQ Q ,.- 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'"i w. f L, L, YQ, Q; (8)

Per le altre frequenze l' amplificazione è sempre nulla all' infuori che nell' intorno di fo (vedi fig.n°19).

A :-.---·-. --·m·.----- - -----~-- ------- -- 1 8 :

l : ~:,~ ... ,.

f _ J l l l t ... .' -to' fo _ +Jo4 .,.2.104 ;

~-- - ... .. - .- --- -- ------ --------·· ----1

/(}2 roJ !(t~ ro'

r.: - ~- .. ·- · ~- . · -~

A o B

r~

{(Hl)

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=

(9)

fÌ2 fa

t' Ql Q,

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' in viluppo della tensione modulata nel modo indicato nella figura n°2l.

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\IIIIIIIlii ii ii i iiiiiiiiiiii!IIIIHIIIIIII'; compiono molte centinaia ed anche migliaia di

Fig. 21 Andamento della tensione " ai capi del iJ"UJ>po RC del rilll!lafore.

cicli a radiofrequenza e non solamente poche decine come è indicato, per necessità di disegno, nella figura n°2l.a parte dunque la seghettatura , la tensione v è la somma di una 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'

Fig,22 La tensione rivelata v (a} è la som-ma di una tensione continua v. e di una tensione alternativa el>t che riproduce il segnale modulante (b).

t

t

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.

Flg.n Distorsione derivante da un eccessivo valore di RC.

ij l

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~ u~

] Jç~rN• l c~ --- .;,.

I r. ' ''IT:'\.

~k~l~~j i 5-'1,-

Fig. 24 Rivelazione ed amplificazione di hass;.~ frequenza mtuatc con un unlcu tuho. il dopJli<~ diodn--triodo.

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).

o

Uu 2t

aJ c)

f

- r=fo·,9m 1+---- fa,- -...

t b)

Fig. 25 Principio di operazione del discriminatore.

t

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

~

a)

~ • -.., ... Il .....

mg.26 Andamento dell'ampiezza E della tensione somma di EP cd E •.

, 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'

; ·~ • , -.q ~

l t - f -Es~ E.--E~ 'P 2

-*)

E.

b) .

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' avvolgimento secondario (figura n°27 a)

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

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,

Ez

Fig. 28 Amplificatore a doppia uscita attuato col circuito della fig. 3.

l,

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:

a;

b)

" F"; . . .

Et = AtEi , E2 = A2Ei ( 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 de li' 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. c::. •

~ -~ o ~ r.::-~ •

~

12-

l; ta7HHz,

v /

v-- ........ ---

~ / . .

. .

-./

v A .. ·-- ---

• . . . . . . w•:--- -- - -. -- .

l . l . •

-~ .Jbt ol!lft _...,., ...lA "' .i" "'"' ·~ 1 • y W' ~..... ""Y f44V /6.0 200 V<Jrt<JZI~ ·~ I1Wfu1!'11Z a r-~ ( k Hz)

,S-lOkHz

o) ,,

r "..fo+l()kllz

eu"D(fJEt

b)

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.

t

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.

~ ~ ... ~ ----~~------~

V.u

Fig.34 Circuito per il raddrl:uamento di E, ed E, e suo schema equivalente.

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 , V AB , è uguale alla somma di El ed E2 : V AB = V AO + VoB = El + E2 ( 17 )

Tenendo conto del modo di variare di El ed E2 con la frequenza (fig.n°35a), la legge di dipendenza di f della tensiona V AB 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 : VQO = VQB + (- VOB) = (Et + E2) /2 - E2 = (Et - E2) /2

o) F' fo r l" (19)

b)

V..a VQo è , quindi , pari alla semidifferenza fra El ed E2 ed ha .... 1 ....._ perciò l'andamento indicato dalla curva c) della figura n°35,

r•· fo l'' r

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.

~. r R,

Fig. 35 Andamento in funzione di f del-E,-E:t

,......._o 2 0 le tensioni V~0=E1 , Vos=Et (a); della loro somma V AII~E1+EJ (ò) e della loro semidifferenza VQD=(E

1-E

1)/2.

~·J R2

Fig. 36 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.

..1

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 V AB = 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.

Fig. 31/:J<J Circuito completo del discriminatore a rap­porto e sua semplificazione.

c

c

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 .

d) b) ., d) -, f) '/

A"'{Jli/lc.;fort> Convertitore

A'17p/ilìt:<>IOJ'e Amp/ihéd!ore

1- prP.st'/~ttore t- medt.i fl?tjutnrJ B. f. ~ '· F.- f.·fi l- F; F.,

(87.; 101 H Hz) (1071'1/fr) {SO <-ISOOOHz)

C) • :O t <} _l

0-Jci/lvfo~

l 0/scri'mlnar~

ltnutat~ f"oskr--Se..l~r loCdfe ~ r- fm f,

a) -, b) ., d) -, ., .4mplifi<<'1forp AmpltlìufDt"P Discriminatore

1- Prest!letlon< 1-ConJ~er!ilore

f+ mt>dJ~ frp~ril 1- .7ro1pportD

'· 'i - fo·f;- r. f., (87<-101 /'fHz) {IO. l Hll:)

• t OsdlkJiore Ampltlict~fore

' /OCQ(P l BF

r. '~ (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 ):

~ l: ti)

N Q

VALliO LI!.

.-.M P L. 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.

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

'

' 6

5

~ i:;

~· ii ~ <:: 3

f.0~2SDV

(; ~ 25pV

(go• ·14 v t. = 14 v

j l

_j_

l ![

l

v ....... -...... ~

l..( _L

/P.. o~

J u

'2 J Fig. 41 Amplificatore di potenza ~

cf 2 2 ll

J 'O per basse frequenze, attuato con tubo a fascio.

,1 1 1/

o o

Fig. 43

!60

120

80

40

l

!

-- ·- t--•

" ' l 2 J • ;

R~sistenz• di rNico ()c n.)

Andamento in funzione di R della potenza di uscita c

dell'amplificatore studiato.

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.

TUBO A FASCIO la t (~t•A)

IS ,.2SOV 3110

·!O

Q

1 ~ ... n.zr: · · · · ~ 1 • ,--.._. •• ; l ·~ o l i l l~~ l • . ; l l ' l 10

O /0() 200 300 4()0 SOO ·JO ·20 ·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 .

IO

.

l~ (mA)

---- ~ ----~ --- - ~----- ·-1-- 7V·-i. lV_; : E : : go ; v :20 ; IO : . . .

~. .

' l

')l v.,

Fig. « Regione della caratte-ristica mte-

ressata 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= 50 p sec

Q4 ~ È; CI Eu ! _l+----~

f(Hz) o' ' r -1

IO 102 /Oj 104

Fig.45 Circuito di deenfasi e curva di risposta relativa.

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.

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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 sostatu t ti i ci rcuitt.

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