Diodos de Vacío
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7/25/2019 Diodos de Vaco
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Diodos de vaco. Caldeo directo, caldeo indirecto
Vlvulas de vaco
Las vlvulas o tubos de vaco parten del principio de la emisin termoinica:
emisin de electrones por elevacin de temperatura.
Vlvulas de caldeo directo:
El filamento eleva su temperatura al ser recorrido por una corriente elctrica, al
elevarse su temperatura emite electrones (emisin termoinica).
Vlvulas de caldeo indirecto:
El filamento, al ser recorrido por una corriente elctrica, eleva su temperatura y
eleva la temperatura del ctodo. El ctodo emite electrones por emisin
termoinica.
Diodo de caldeo directo
Electrodos:
ilamento
!laca
Estructura bsica y smbolo:
uncionamiento:
El filamento eleva su temperatura al ser atravesado por una "fil, cuando se le
aplica una Vfil. #i a la placa le aplicamos una tensin positiva respecto al
filamento, los electrones liberados por el filamento (emisin termoinica) son
atrados por la placa, establecindose una corriente "p. #i a la placa le aplicamos
una tensin ne$ativa respecto al filamento, los electrones liberados por elfilamento no son atrados por la placa, en estas condiciones no %ay corriente de
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placa ("p&').
plicacin:
eniendo en cuenta su comportamiento (e*iste circulacin de corriente entre
filamento y placa cuando la placa es positiva respecto al filamento, no e*iste
circulacin de corriente entre filamento y placa cuando la placa es ne$ativa
respecto al filamento), el diodo puede ser utili+ado como elemento rectificador.
Rectificadores con diodos de caldeo directo
ectificador de media onda sin filtro - ectificador de onda completa (con doble
diodo) sin filtro
ectificador de media onda (filtro ) - ectificador de onda completa (filtro )
ectificador de media onda (filtro en pi) - ectificador de onda completa (filtro
en pi)
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Diodo de caldeo indirecto
Electrodos:
ilamento
todo
!laca
Estructura bsica y smbolo:
uncionamiento:
El filamento eleva su temperatura al ser atravesado por una "fil, cuando se le
aplica una Vfil.
El ctodo, cilindro /ue rodea al filamento, eleva su temperatura al ser caldeado
por el filamento.
#i a la placa le aplicamos una tensin positiva respecto al ctodo, los electrones
liberados por el ctodo (emisin termoinica) son atrados por la placa,
establecindose una corriente "p. #i a la placa le aplicamos una tensin ne$ativa
respecto al ctodo, los electrones liberados por el ctodo no son atrados por la
placa, en estas condiciones no %ay corriente de placa ("p&').
Rectificadores con diodos de caldeo indirecto
ectificador de media onda sin filtro - ectificador de onda completa (con doblediodo) sin filtro
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ectificador de media onda (filtro ) - ectificador de onda completa (filtro )
ectificador de media onda (filtro en pi) - ectificador de onda completa (filtro
en pi)
Medidas en rectificadores
ectificacin de media onda
ectificacin sin filtro
ectificacin con filtro mediante , en vaco
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ectificacin con filtro mediante , con ri+ado apreciable
Triodo
Triodo de caldeo directo
Electrodos:
ilamento
e0illa
!laca
Estructura bsica y smbolo:
uncionamiento:
El filamento eleva su temperatura al ser recorrido por una "fil, cuando se le aplica
una Vfil.
La re0illa, con una V ne$ativa respecto al filamento, controla el flu0o de
electrones /ue puede lle$ar desde el filamento (emisin termoinica) %asta la
placa.
La placa, con una V positiva respecto al filamento, reco$e a/uellos electrones
emitidos por el filamento /ue lo$ran atravesar la re0illa.
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La corriente de placa depende (para una determinada temperatura del filamento)
de la tensin re0illa1filamento y de la tensin placa1filamento.
Triodo de caldeo indirecto
Electrodos:ilamento
todo
e0illa
!laca
Estructura bsica y smbolo:
uncionamiento:
El filamento eleva su temperatura al ser recorrido por una "fil, cuando se le aplica
una Vfil.
El ctodo, cilindro /ue rodea al filamento, eleva su temperatura al ser caldeado
por el filamento.
La re0illa, con una V ne$ativa respecto al ctodo, controla el flu0o de electrones
/ue puede lle$ar desde el ctodo (emisin termoinica) %asta la placa.
La placa, con una V positiva respecto al ctodo, reco$e a/uellos electronesemitidos por el ctodo /ue lo$ran atravesar la re0illa.
La corriente de placa depende (para una determinada temperatura del ctodo) de
la tensin re0illa1ctodo y de la tensin placa1ctodo.
Curvas caractersticas
enemos dos con0untos de $rficas /ue representan los valores tomados por la
corriente de placa:
a) "p & f (Vp) con V$ como parmetrob) "p & f (V$) con Vp como parmetro
a) orma tpica de la familia de curvas "p&f(Vp) con V$ como parmetro:
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b) orma tpica de las curvas "p&f(V$) con Vp como parmetro:
Parmetros
esistencia interna (ri):
"ncremento de Vp - "ncremento "p, con V$ constante
E0emplo:
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actor de amplificacin (2):
"ncremento de Vp - "ncremento de V$, con "p constante
E0emplo:
ransconductancia ($m):
"ncremento de "p - "ncremento de V$, con Vp constante
E0emplo:
Etapa amplificadora bsica
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Recta de carga esttica
En ausencia de se3al de entrada podemos reducir el circuito a la
disposicin si$uiente:
Ecuacin de la recta de car$a esttica:
V4&p5"!6V!7685"!&V!76(p68)"!
epresentacin $rfica de la recta de car$a esttica sobre la familia de
curvas de placa del triodo:
!ara "!&', V4&V!7
!ara V!7&', "!&V4-(p68)
E0emplo para V4&9''V, p68&;,7&
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aracterstica de transferencia i!&f(v?7), obtenida por proyecciones
desde la recta de car$a:
@eterminacin $rfica del punto de traba0o A (V!7(A), "!(A)):
La interseccin de la recta de polari+acin de re0a con la curva de
transferencia nos da el valor de "!(A).
ecta de polari+acin de re0a:
V?7&V?1V7V?7&'1V7&1V7
V?7&&185"!
E0emplo para V4&9''V B p&;,7
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Recta de carga dinmica
La recta de car$a dinmica pasa por el punto A (punto de traba0o en
reposo, sin se3al de entrada).
!ara determinar la pendiente de la recta de car$a dinmica, comen+amos
por obtener el circuito e/uivalente para corriente alterna de la malla de
salida.
Es/uema de partida:
Calla de salida en corriente alterna:
#obre este circuito e/uivalente:
"ncremento v!7 & 1DL5"ncremento i!
siendo DL & p -- L
En nuestro e0emplo vamos a suponer /ue L & pB por tanto:
DL & p -- L & ;,
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"ncremento i! - "ncremento v!7 & 1= - DL
"ncremento i! - "ncremento v!7 & 1= - =,97
aracterstica de transferencia en corriente alterna (ct), obtenida a partir de
la recta de car$a dinmica (rd)
Cediante ct y rd podemos determinar $rficamente las variaciones /ue
sufren i! y vE cuando se aplica una determinada se3al de entrada ve
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!ara determinar la $anancia de tensin (?V):
?V & vspp - vepp &
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DL & p -- L & ;,< 8 -- ;,< 7 & =,9 7
rc & ri -- DL & 7 -- =,9 7 & >,= 7
vs & 1$m5v$85rc & 19 (m - V)5ve5>,= 7
?V & vs - ve & 19 (m - V)5>,= 7 & 1=9,9>
GEl si$no H1H indica la oposicin de fase e*istente entre vs y veI
ircuito e/uivalente para pe/ue3a se3al (con fuente de tensin)
ransformamos la fuente de corriente del caso anterior en una fuente de
tensin. Esto es lo mismo /ue partir de los parmetros 2 y ri:
2 & actor de amplificacin ("ncremento de Vp - "ncremento de V$, con "p
constante)
ri & esistencia interna ("ncremento de Vp - "ncremento "p, con V$
constante)
En el e0emplo:
2 & =;
ri & 7
p & ;,< 7
L & ;,< 7
DL & p -- L & ;,< 8 -- ;,< 7 & =,9 7
vs & 125v$85DL - (DL6ri) & 1=;5ve5=,9 7 - (=,9 7 6 7)?V & vs - ve & 1=; 5 =,9 7 - (=,9 7 6 7) & 1=9,9>
GEl si$no H1H indica la oposicin de fase e*istente entre vs y veI
En los e0emplos anteriores %emos considerado la e*istencia de una L de
ba0o valor (i$ual a p), para /ue se apreciara claramente la diferencia entre
la recta de car$a esttica y la dinmicaB a%ora consideraremos el caso de
una L elevada, /ue podra corresponder a la $ de otra etapa
amplificadora:
E0emplo:
$m & 9 m - V
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ri & 7
p & ;,< 7
L & F'' 7
DL & p -- L & ;,< 8 -- F'' 7 & F,>> 7
rc & ri -- DL & 7 -- F,>> 7 & J,= 7
vs & 1$m5v$85rc & 19 (m - V)5ve5J,= 7?V & vs - ve & 19 (m - V)5J,= 7 & 1=
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ircuito e/uivalente en corriente alterna, para se3ales dbiles, teniendo en
cuenta las distintas capacidades presentes:
#i %acemos un anlisis del comportamiento de este circuito en el dominio
de la frecuencia,
podemos obtener la $rfica ?V & f (frec.)
E0emplo,para :
= & 9
& =' n$ & L
& F'' 7
$8 &,; p
p$ &
pp8 &
9,; p
8 & ='
up &
;,< 7
$m & 9m - V
ri & 7
!coplamiento entre etapas amplificadoras
coplamiento
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coplamiento L
coplamiento mediante transformador de 4
El triodo como detector por re"a
Es/uema tpico:
!rincipio de funcionamiento:
a) #upuesto ideal
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onsiderando /ue el circuito re0a1ctodo se comporta del modo ideal /ue
si$ue:#i la re0a tiende a %acerse positiva con respecto al ctodo,el circuito re0a1ctodo se comporta como un circuito
cerrado:
%ay circulacin de corriente con una cada de tensinnula.
#i la re0a es ne$ativa con respecto al ctodo,
el circuito re0a1ctodo se comporta como un circuito
abierto:no %ay circulacin de corriente.
El circuito re0a1ctodo del triodo se comportacomo un diodo rectificador, %aciendo /ue la V en e*tremos del
condensador si$a los valores de la envolvente de vC
(estando convenientemente ele$ida la constante de tiempo $5$).La V re0a1ctodo (v$8 & vC 1 v$) tiene unas crestas positivas
/ue limitan con el nivel 'V, mientras /ue la envolvente de las crestas
ne$ativas tiene una amplitud pico a pico doble de la amplitud de laenvolvente de las crestas de vC.
La V re0a1ctodo (v?7) controla la intensidad deplaca (i!).
Kaciendo uso de la caracterstica de transferencia
dinmica,podemos determinar la forma de onda de i!, a partir
de v?7.
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La componente alterna de de i! circula a travs de p,
/ue supone para ella prcticamente un cortocircuito.
La componente continua y la componente alterna de 4,al encontrar una $ran oposicin en p, circulan a travs de pB
siendo, pues, ip i$ual al valor medio de i!
(suponemos despreciable la corriente de salida, is&').La cada de tensin en e*tremos del con0unto p, p,
ser i$ual al producto de p por ip.
v! ser i$ual a 6V41vp.
El condensador s impide el paso a la salida de lacomponente continua de v!B de este modo aparece en la salida,
como vs, la componente alterna de v!, componente /ue se
corresponde con la 4 moduladora.
etrodo
Tetrodo de caldeo directo
Estructura bsica y smbolo:
!laca
e0illa pantalla
e0illa
-
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ilamento
Tetrodo de caldeo indirecto
Estructura bsica y smbolo:
!laca
e0illa pantalla
e0illa
todo
ilamento
#uncionamiento
Emisin termoinica
etrodo de caldeo directo: El filamento emite electrones al
elevarse su temperatura cuando es recorrido por una
corriente elctrica.
etrodo de caldeo indirecto: El ctodo emite electrones al
elevarse su temperatura por su pro*imidad con el filamento,
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recorrido ste por una corriente elctrica de caldeo.
e0illa (normal o de control): on una V ne$ativa respecto al
electrodo emisor termoinico, controla el flu0o de electrones
/ue puede lle$ar a la re0illa pantalla y a la placa.
e0illa pantalla: on una V positiva respecto al electrodo
emisor termoinico, acelera el flu0o de electrones en su
recorrido %acia la placa. na parte de esos electrones es
captada por la propia re0illa pantalla, dando lu$ar a una
corriente de re0illa pantalla. El apantallamiento /ue
proporciona este electrodo disminuye la capacidad
interelectrdica placa1re0illa normal.
!laca: on una V positiva respecto al electrodo emisor
termoinico, reco$e los electrones /ue %an atravesado la
re0illa de control y la re0illa pantalla, apareciendo as un
corriente de placa.
Curvas caractersticas
"p & f (Vp), con Vpant. constante y V$ como parmetro
Emisin secundaria
!ara ciertos valores de la V de placa (dentro de la +ona
correspondiente a una V de placa menor /ue la V de re0illa
pantalla), tenemos una +ona de resistencia ne$ativa en las$rficas "p&f(Vp). Esta resistencia ne$ativa se debe a /ue los
electrones /ue lle$an a la placa provocan en su c%o/ue con
ella la salida de electrones de este electrodoB %ay, as, una
emisin secundaria de electrones /ue es captada por la re0illa
pantalla, ori$inando una disminucin de la corriente de placa
y un aumento de la corriente de re0illa pantalla ("$p). !ara
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valores de Vp superiores a V$p vuelve a aumentar "p con losaumentos de Vp, al tiempo /ue disminuye "$p.
Tetrodo de $aces dirigidos
En el tetrodo de %aces diri$idos se
consi$ue disminuir los efectos de laemisin secundaria sin necesidad de
recurrir a una tercera re0illa (la re0illa
supresora empleada en el pentodo).Las espiras /ue forman la re0illa pantalla
se encuentran alineadas con las /ue
forman la re0illa de control. La
disposicin de las re0illas y la presenciade dos electrodos deflectores, conectados
al ctodo, %acen /ue los electrones sediri0an desde el ctodo %acia la placa en
forma de %aces, de a% la denominacin
del tubo como Htetrodo de %aces
diri$idosH.La distribucin de potencial entre re0illa
pantalla y placa es tal /ue se forma una
+ona de potencial mnimo en el espaciointermedio, actuando esta +ona como un
ctodo virtual /ue minimi+a la emisinsecundaria.
Curvas caractersticas de un tetrodo de $aces dirigidos
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Etapas de salida de %# con vlvulas de $aces dirigidos
a) #alida simple
b) #alida en pus%1pull
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!entodro
Pentodo de caldeo directo
Estructura bsica y smbolo:
!laca
e0illa supresora
e0illa pantalla
e0illa
ilamento
Pentodo de caldeo indirecto
Estructura bsica y smbolo:
!laca
e0illa supresora
e0illa pantalla
e0illa
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todo
ilamento
#uncionamiento
Emisin termoinica!entodo de caldeo directo: El filamento emite electrones al
elevarse su temperatura cuando es recorrido por una
corriente elctrica.
!entodo de caldeo indirecto: El ctodo emite electrones al
elevarse su temperatura por su pro*imidad con el filamento,
recorrido ste por una corriente elctrica de caldeo.
e0illa (normal o de control): on una V ne$ativa respecto al
electrodo emisor termoinico, controla el flu0o de electrones
/ue puede lle$ar a la re0illa pantalla y a la placa (atravesandola re0illa supresora).
e0illa pantalla: on una V positiva respecto al electrodo
emisor termoinico, acelera el flu0o de electrones en su
recorrido %acia la placa. na parte de esos electrones es
captada por la propia re0illa pantalla, dando lu$ar a una
corriente de re0illa pantalla.El apantallamiento /ue
proporciona este electrodo disminuye la capacidad
interelectrdica placa1re0illa normal.
e0illa supresora: onectada al potencial del ctodo, impide
la emisin secundaria /ue se produce, para ciertos valores de
Vp, en la vlvula tetrodo.
!laca: on una V positiva respecto al electrodo emisor
termoinico, reco$e los electrones /ue %an atravesado la
re0illa de control, la re0illa pantalla y la re0illa supresora,
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apareciendo as un corriente de placa.
Curvas caractersticas
"p & f (Vp), con V$pant. constante y V$ como parmetro
Etapa amplificadora bsica
La polari+acin re0a1ctodo se obtiene
mediante la resistencia dectodo (8).
En reposo: &'( )
*R+-(
El condensador de ctodo(8) %ace /ue el ctodo se
encuentre
directamente conectado a
masa para las se3alesalternas,
evitando /ue 8
introdu+ca una
realimentacin ne$ativa/ue disminuya la $anancia
de la etapa.
La V de re0a pantalla
(V?!) se obtiene, a partir
de 64, mediante $p: &'P ) % * Rgp-'P
El condensador de re0a
pantalla ($p) evita /ueapare+ca,
superpuesta a la V
continua de re0a pantalla,
cuando e*iste ve,una componente alterna
/ue disminuira la
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$anancia,al tener un efecto sobre la
corriente de placa opuesto
al de la se3al de entrada
aplicada a la re0a decontrol.
@urante el intervalo de tiempo t' a t=, no e*iste se3al
aplicada en la entrada.La etapa se encuentra en reposo, con las corrientes y
tensiones de alimentacin en continua.
Entre t= y t aplicamos un ciclo de se3al senoidal en
la entrada.La V de ctodo a masa se mantiene siempre
constante, ya /ue el condensador 8
sirve de cortocircuito para las componentes alternas
de i! /ue aparecen a partir de t=.Entre t= y t9, el semiciclo positivo de ve %ace /ue la
re0a sea menos ne$ativa con respecto al ctodo.
l ser menos ne$ativa v?7, aumenta la corriente deplaca i!, aumenta la cada de tensin en p
y disminuye la V de placa con respecto a masa.
La disminucin de v! da lu$ar a /ue apare+ca en la
salida un semiciclo ne$ativo de vs(s blo/uea el paso de la componente continua de v!
a la salida).
Entre t9 y t, el semiciclo ne$ativo de ve %ace /ue la
re0a sea ms ne$ativa con respecto al ctodo.l ser ms ne$ativa v?7, disminuye la corriente de
placa i!, disminuye la cada de tensin en p
y aumenta la V de placa con respecto a masa.
El aumento de v! da lu$ar a /ue apare+ca en la salidaun semiciclo positivo de vs
(s blo/uea el paso de la componente continua de v!
a la salida).
Etapa amplificadora de R#
La se3al de se aplica ala entrada a travs
de un transformador de
con sintona en elsecundario (=).
La polari+acin re0a1
ctodo se obtiene:
por una parte mediante laresistencia de ctodo (8)B
por otra parte, mediante la
lnea del ontrol
utomtico de ?anancia(?), /ue aplica una
tensin ne$ativa adicional
a la re0a.
La se3al de de salida se
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obtiene en el secundario
sintoni+ado
de un transformador de (9), cuyo primario ocupa
el lu$ar de la car$a deplaca del pentodo.
Los dos condensadoresvariables tienen un e0e
comMn,
para variar al mismo
tiempo la frecuencia deresonancia de los dos
secundarios.
Etapa amplificadora de #-
La se3al de se aplica ala entrada a travs
de un transformador de "
doblemente sintoni+ado.
La polari+acin re0a1ctodo se obtiene:
por una parte mediante la
resistencia de ctodo (8)B
por otra parte, mediante lalnea del ontrol
utomtico de ?anancia
(?), /ue aplica una
tensin ne$ativa adicionala la re0a.
La se3al de de salida se
obtiene en el secundario
de un transformador de (9) doblemente
sintoni+ado.
En los dos devanados de
cada uno de lostransformadores
encontramos
condensadores de a0uste
para alinear la etapaamplificadora.
Pentodo de pendiente variable
La pendiente de una vlvula (pendiente de la curva
caractertica "p & f (V$), para Vp & cte.), est condicionada
por construccin por la distancia entre la re0illa de control y
el ctodo y por la distancia entre espiras de la propia re0illa
de control.
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na re0illa de control muy pr*ima al ctodo ycon las espiras muy 0untas da lu$ar a una
elevada pendiente y a una tensin de corte (valor
de V$ /ue anula "p) ba0a.
na re0illa de control ale0ada del ctodo y conlas espiras muy separadas entre s da lu$ar a una
ba0a pendiente y a una tensin de corte elevada.
na re0illa de control con una combinacin de
las dos estructuras anteriores permite obteneruna vlvula con pendiente variable. s, si
disponemos de una re0illa de control con las
espiras muy 0untas en los e*tremos y ms
ale0adas entre s en el centro, conse$uimos unacaracterstica "p&v(V$), con Vp&cte., en la /ue
la pendiente es ba0a para tensiones ne$ativas dere0illa elevadas y alta para ba0as tensionesne$ativas de re0illa.
Pendiente, punto de traba"o / ganancia
La pendiente de una vlvula influye directamente en la
$anancia /ue se puede conse$uir con ella en una etapa
amplificadora. uanto mayor sea la pendiente, mayor ser la
variacin de "p para una misma variacin de V$ y, por tanto,
mayor ser la $anancia conse$uida.
#i tenemos una etapa amplificadora con una pentodo de
pendiente variable, podemos controlar su $anancia
modificando el punto de traba0o de la vlvula. uanto ms
ne$ativa %a$amos a la re0a de control con respecto al ctodo,
ms nos despla+aremos con el punto de traba0o %acia una
+ona de la caracterstica "p&f(V$) de menor pendiente, y
menor ser la $anancia de la etapa.
Control !utomtico de 'anancia
En un receptor super%eterodino tpico, la polari+acin de la
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re0a de control de las vlvulas amplificadoras de alta y media
frecuencia se obtiene a partir de la lnea del ? (ontrol
utomtico de ?anancia). uando aumenta el nivel medio
de la se3al de " /ue lle$a al detector, aumenta la tensin
ne$ativa del ?, llevando a las vlvulas amplificadoras aun punto de traba0o correspodiente a menor pendiente y, por
tanto, menor $ananciaB por el contrario, cuando disminuye el
nivel medio de la se3al de " /ue lle$a al detector, disminuye
la tensin ne$ativa del ?, llevando a las vlvulas
amplificadoras a un punto de traba0o correspondiente a
mayor pendiente y, por tanto, mayor $anancia. @e este modo,
se tiende a i$ualar el nivel con el /ue lle$an a la deteccin
se3ales /ue %an entrado por la antena con amplitudes muy
distintas.
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Diodo*Pentodo
Detectora*Preamplificadora de %#
!odemos encontrarnos
con frecuencia con unavlvula diodo1pentodo
usada como detectora y
preamplificadora de 4.La parte diodo, atacada
desde el se$undo
transformador de ", seencar$a de la deteccin.
La parte pentodo recibe
en su re0a de control lase3al de 4, desde el
potencimetro de control
de volumen. La se3al de4 amplificada por elpentodo se enva a travs
de un condensador, /ue
impide el paso de lacomponente continua, a
la etapa amplificadora
final de 4. Laresistencia de re0a de
control puede estar
conectada directamente
a masa o a un potencialli$eramente ne$ativo
respecto a masa, para la
adecuada polari+acinde la vlvula.
En al$unos casos, la re0a
pantalla puede estarunida directamente a la
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placa, siendo usado el
pentodo como triodo.
!mplificadora final de %#
@isposicin bsica:
La vlvula pentodo
amplificadora de potenciade 4 se acopla al altavo+
mediante un transformador
adaptador de impedancias.
na resistencia de ctodoproporciona la polari+acin
necesaria de la re0a de
control. n condensador enparalelo con la resistencia de
ctodo evita la aparicin de
una realimentacin ne$ativa
/ue disminuira la $ananciade la etapa. La re0a pantalla
se une directamente alpositivo 64.
!mplificadora final con E012
ircuito de
prueba.omo car$a,
en sustitucin
del altavo+, se%a usado una
resistencia de; o%mios F N.
V@ medidarespecto a
masa, en
reposo:V7 & J,=F V
V?= & '
V?9 & 9F' VV! & 9
-
7/25/2019 Diodos de Vaco
33/34
J,=FV-',=F7
& Jm
!ara una se3al de entrada senoidal de > Vpp, = 7K+:
ve
> Vpp
v7
Valor medio o
de
componentecontinua: J,=F
V
Valor decomponente
alterna: =''
mVpp
v!
Valor medio:9 N
urva de respuesta en frecuencia, ve: > Vpp
-
7/25/2019 Diodos de Vaco
34/34
frecuencias de
corte a 1d4:
frecuencia de
corte inferior:=;' K+
frecuencia de
corte superior:; 7K+