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Alla riscoperta del circuito REFLEX . Ricevitore per onde medie con triodo - 1/4

Ricevitore per onde medie con triodo

Il circuito REFLEX ha appassionato molti radioamatori in passato. Andiamo alla riscoperta del circuito reflex con questo ricevitore per onde medie con triodo.

Un viaggio nel passato
Certamente oggigiorno molti appassionati della radio, radioamatori e non, coltivano l’interesse e svolgono attività senza conoscere e neppure percepire l’atmosfera che accompagnava i primi dilettanti agli albori della radiotecnica. Con questo lavoro si è inteso percorrere a ritroso un piccolo tratto di storia proprio di quei tempi anche se con mezzi più moderni e quindi più accessibili per coloro che volessero ripercorrerlo. Spostiamoci dunque indietro nel tempo di un secolo. Siamo nel primo decennio del Novecento ed il diodo di Sir John Ambrose Fleming è utilizzato nei radioricevitori come rivelatore già dal 1904 sebbene le prestazioni siano di poco superiori a quelle dei rivelatori a cristallo ed il funzionamento sia scarsamente compreso. Al diodo a vuoto è attribuito il nome di valvola per indicare che questo dispositivo conduce in modo unidirezionale la corrente.

A due anni dalla nascita del diodo di Fleming è sviluppato il primo triodo, cioè una valvola con 3 elettrodi (catodo, griglia ed anodo) ad opera dell’americano Lee De Forest. Nel 1906 il triodo primordiale è impiegato ancora come rivelatore e solo nel 1912, è promosso dallo stesso De Forest, per l’amplificazione di segnali. Il triodo è l’elemento chiave della nascente tecnologia delle valvole termoioniche che entro pochi anni saranno il motore propulsore dello sviluppo della radio e dell’elettronica applicata in generale. Il perfezionamento del triodo è stato forse l’evento più importante per l’avvio dell’era dell’elettronica perché consente l’amplificazione dei segnali deboli nello spettro delle onde radio. Al tempo i primi triodi hanno caratteristiche e vita limitata.

Con il filamento in tungsteno, elettrodi costruiti manualmente e una tecnica del vuoto primitiva nonché una ancor poca conoscenza teorica ed applicativa, i primi tubi sono componenti artigianali e ben lontani dalla maturità che sarebbe stata acquisita nei due decenni seguenti. Inoltre i primi triodi sono oggetti poco diffusi e relativamente costosi sicché si ricercano soluzioni applicative che consentano il massimo delle prestazioni con un singolo tubo. Non solo i dilettanti sono “in sofferenza” ma anche le prime attività industriali volte alla produzione di apparecchi finiti per il pubblico (anche se elitario) sono volte a circuiti che possano consentire il massimo risultato con il minor numero di valvole. Tra le varie soluzioni il circuito a reazione inventato nel 1912 da Edwin Howard Armstrong, studente di ingegneria alla Columbia University, ha un successo strepitoso che durerà decenni anche dopo l’avvento della supereterodina.

L’invenzione della reazione è applicata in apparecchi civili e militari e da questa scaturisce anche il circuito dell’oscillatore con triodo col medesimo nome d’autore. In Fig.1 è riprodotto parte del brevetto depositato da Armstrong nell’ottobre del 1913 ed in Fig.2 una versione moderna del circuito. Difficile trovare una altro esempio di pari successo relativo nell’intero arco evolutivo della radio. Tra gli sviluppi per impiego militare un esempio d’eccellenza del circuito a reazione lo troveremo ancora, alcuni decenni dopo l’invenzione, nel piccolo “Thorn b” della Telefunken, prodotto in decine di migliaia di pezzi negli anni ’40.

Il ricevitore a reazione di E.H. Armstrong

Fig 1- Il ricevitore a reazione di E.H. Armstrong

Una versione moderna di ricevitore a reazione

Fig. 2 Una versione moderna di ricevitore a reazione.

Al tempo che stiamo ripercorrendo, i vantaggi qualitativi dei ricevitori sono riconducibili a due soli parametri: sensibilità e selettività.

Concettualmente il circuito a reazione è basato sul trasferimento all’ingresso di parte dell’energia a radiofrequenza d’uscita (cioè presente all’anodo della valvola) in modo da compensare parte delle perdite associate al circuito risonante posto all’ingresso del ricevitore. Questa “trasferimento a ritroso del segnale amplificato avviene in fase con il segnale d’ingresso fornito dall’antenna (perciò si parla di reazione positiva).

Il risultato è un aumento del coefficiente di risonanza “QL” del circuito risonante parallelo connesso alla griglia del triodo (per effetto dell’assorbimento di parte delle perdite) che si traduce in maggiore sovratensione del segnale ai suoi capi, ovvero un guadagno più alto ed una selettività maggiore essendo la larghezza di banda inversamente proporzionale a “QL” Infatti la banda passante misurata tra i punti @-3dB vale BW= fo/QL, ove “fo” è la frequenza di risonanza del circuito L-C. Si intuisce quindi che in prossimità delle condizioni limite di energia trasferita = energia dissipata dal circuito risonante, la sensibilità e la selettività siano molto superiori di quelle ottenibili senza reazione. Tuttavia in queste condizioni il funzionamento risulta relativamente instabile sicché anche piccole variazioni dell’impedenza d’antenna, del carico o del guadagno della valvola portano forti fluttuazioni di sensibilità o all’oscillazione del circuito.

Per tale motivo, ma non solo, nei ricevitori più evoluti lo stadio con reazione positiva è preceduto da uno stadio amplificatore che isola il circuito d’antenna. Allorquando la frazione di energia trasferita a ritroso dall’anodo all’ingresso del ricevitore supera quella propria dissipata dal circuito risonante per effetto delle perdite proprie (nel conduttore e nel dielettrico) il circuito entra in oscillazione. Nel circuito di Fig. 2 alla funzione di amplificazione con reazione è associata anche la rivelazione del segnale che è ottenuta per rettificazione del segnale nel circuito della griglia controllo. Tra gli RX con singola valvola il circuito a reazione è quello che sicuramente riscuote il maggiore successo a livello dilettantistico perché consente, unitamente all’abilità dell’operatore, risultati eccezionali in termini di sensibilità per effettuare collegamenti a lunga e lunghissima distanza, con molti “new-one”.

Nel 1921 un radioamatore, John L. Reinartz, presenta un ricevitore innovativo per CW funzionante a lunghezze d’onda dai 150 metri ai 400 metri, con un singolo triodo e che rappresenta, nell’anno, il meglio dello stato dell’arte (Fig.3).

Il ricevitore di Reinartz del 1921

Fig. 3 - - Il ricevitore di Reinartz del 1921

Un esempio di ricevitore a reazione degli anni ‘20 con tutti i componenti autocostruiti.

Fig. 4 - Un esempio di ricevitore a reazione degli anni ‘20 con tutti i componenti autocostruiti

L’articolo “A receiver tuner for CW” viene pubblicato in QST nel numero di giugno del 1921. Questo ricevitore riscuote un grande successo per il funzionamento impeccabile e viene riprodotto in piccole serie, segnando il definitivo tramonto delle radiocomunicazioni con trasmettitori a scintilla. Ciò perché il circuito può essere portato in condizioni critiche di oscillazione per l’intera gamma di sintonia, producendo un battimento a frequenza audio col segnale ad onda continua ricevuto, ovvero in CW.

Come illustrato in Fig.3 il circuito di Reinartz impiega una reazione combinata, in parte capacitiva ed in parte induttiva. Allo scopo è impiegata una bobina a nido d’ape con prese multiple agli avvolgimenti del primario, del secondario e di reazione. L’avvolgimento primario sintonizza l’antenna ed è scarsamente accoppiato col secondario. Scelta la presa di connessione per una determinata antenna, questa è mantenuta fissa e la sintonia della frequenza di ricezione dipende solo dall’induttanza del secondario e della capacità di accordo mentre la reazione è regolata dal condensatore variabile connesso all’avvolgimento della reazione.

Come per la grande maggioranza dei casi anche il ricevitore di Reinartz è costruito da diversi dilettanti mantenendo la filosofia proposta per il circuito d’ingresso ma con diversa struttura e varianti con triodi e/o componenti diversi. Il vertiginoso sviluppo della radio negli anni Venti è accompagnato da grande fervore e per la grande maggioranza del pubblico da un alone di mistero, causa la scarsa ed incompleta conoscenza del mezzo. Questa atmosfera avvolge anche gli sperimentatori e gli autodidatti che nel perseguire risultati si scontrano con difficoltà pratiche apparentemente insormontabili come ad esempio la mancanza o rarità dei componenti passivi più elementari quali resistenze, condensatori, trasformatori, induttori e quant’altro necessario, sicché nella quasi totalità dei casi debbono autocostruirseli.

Fascino, motivazioni e curiosità sono tali che tutte le vie praticabili sono battute con grande spazio all’immaginazione ed alla fantasia. La fantasia certamente non manca ai radiodilettanti come possiamo vedere ad esempio in Fig.4, ove l’autore ci propone una bella realizzazione utilizzando componenti “fai da te” con materiali di recupero od oggetti “a costo zero” ed un triodo tipo 30. Se rinunciamo al circuito reazionato di Armstrong abbiamo a disposizione ad un’altra soluzione nell’ambito dei ricevitori con un singolo triodo che ci consente prestazioni di tutto rispetto: il circuito REFLEX. Tale termine è applicato ad una tipologia di ricevitori in cui la medesima valvola è impiegata nella doppia funzione di amplificatore a radiofrequenza ed amplificatore di bassa frequenza, cioè dopo la rivelazione del segnale.

Con tale soluzione ed un singolo triodo si raggiungono livelli di sensibilità ragguardevoli, anche se inferiori a quelli con circuiti a reazione positiva ma con l’innegabile pregio di un funzionamento stabile e facilità d’inserire efficienti circuiti di preselezione in ingresso per una buona selettività. In Fig.5 è riportato un circuito classico in voga già negli anni ’20 il cui principio di funzionamento è semplice.

Ricevitore REFLEX con singolo triodo e rivelatore a cristallo

Fig. 5 Ricevitore REFLEX con singolo triodo e rivelatore a cristallo

Il segnale d’antenna è accoppiato al trasformatore a radiofrequenza (T1) il cui secondario eleva la tensione (risuonando alla frequenza di ricezione) e pilota la griglia del triodo. Il lato “freddo” di questo risonatore è riferito (cioè connesso, per il segnale RF) al filamento dal condensatore (C1) che a radiofrequenza presenta una reattanza trascurabile, mentre a frequenze audio si comporta come un circuito aperto. Il segnale RF amplificato presente sull’anodo del triodo è prelevato da un secondo trasformatore a radiofrequenza (T2) il cui secondario pilota un rivelatore a cristallo. Il segnale audio rivelato presente ai capi di (C3) è applicato ad un trasformatore di bassa frequenza (T3) il cui secondario attraverso l’avvolgimento di (T1) con reattanza trascurabile alle frequenza audio, pilota la griglia del triodo.

La modulazione della corrente anodica dovuta al segnale audio in griglia produce un segnale amplificato ai capi del carico (normalmente una cuffia) inserito nella presa “Jack” e che provvede anche alla chiusura della corrente continua di placca erogata dalla batteria. Analogamente a (C1) anche (C2) presenta una radiofrequenza, mentre a frequenze audio si comporta come un circuito aperto.

Il carico di bassa frequenza è normalmente costituito da una cuffia ad alta impedenza (2000 - 4000 Ω). Nel caso di altri trasduttori o cuffie ad impedenze più basse, questi sono interconnessi con un trasformatore al fine di mantenere sia la chiusura della corrente continua di placca che un adeguato guadagno in bassa frequenza. Il circuito REFLEX è stato applicato anche in apparecchi più complessi con più valvole: nel caso di 2 sole valvole una configurazione molto diffusa era costituta da una valvola in ingresso per l’amplificazione RF e BF ed un secondo tubo con reazione positiva e rivelazione di griglia controllo. In tal modo il primo tubo oltre al funzionamento REFLEX garantiva anche un isolamento del circuito d’antenna dal secondo stadio a reazione positiva, col risultato di un funzionamento sensibilmente più stabile e con regolazioni meno critiche.

radiokit elettronica

 

 

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ritratto di Anonimo

Alla scoperta del circuityo reflex

Bella ed esauriente iniziativa.

 

 

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