Ich habe über Halbleiter nachgelesen und alle Referenzen, die ich gefunden habe, besagen, dass die erste praktische Anwendung der Halbleiterdiode in Kristallradios stattfand und dass Gleichrichter auf Halbleiterbasis schnell röhrenbasierten Verstärkern Platz machten.
Also versuche ich zu verstehen, warum der Gleichrichter überhaupt notwendig ist. Eine exzellente Erklärung, wie ein Kristallradio funktioniert (und warum es jetzt schwierig ist, die Komponenten zu bekommen, um sie zu bauen), finden Sie hier . Für diejenigen, die nicht klicken möchten, ist hier der Schaltplan:
Spule und Kondensator bilden also einen Schwingkreis. Frequenzen unterhalb eines Schwellenwerts gehen durch die Spule nach Masse, und solche oberhalb eines Schwellenwerts gehen durch den Kondensator nach Masse, aber diejenigen mit der Resonanzfrequenz bleiben hängen und müssen durch die Diode zu den Kopfhörern gehen. Jede Beschreibung dieser Schaltung, die ich gelesen habe, besagt, dass die Diode das Signal irgendwie demoduliert, und ich verstehe einfach nicht, wie es das kann. Es gibt beispielsweise eine 88-kHz-Trägerfrequenz, die mit einem 300-Hz-3-kHz-Signal der menschlichen Stimme AM-moduliert ist. Wie macht die Diode das, indem sie die Teile des Signals unter der Null abhackt?
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Antworten:
Die Diode demoduliert das AM-Funksignal. Um ein AM-Funksignal zu demodulieren (das Audiosignal wiederherzustellen), muss lediglich die Amplitude des Signals abgerufen werden:
Quelle: dieser Artikel
Das macht die Diode.
Es blockiert den negativen Teil der Welle, lässt aber den positiven Teil passieren. Dies stellt zusammen mit dem Kondensator das Audiosignal wieder her.
Ihr Beispiel enthält keinen Widerstand und keinen Kondensator, sie sind jedoch vorhanden. Der Kopfhörer kann nur Audiosignale verarbeiten, so dass er im Grunde die gleiche Funktion (ein Tiefpassfilter) ausführt, ohne dass diese Komponenten benötigt werden.
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Es wird ein Umschlagdetektor genannt. Die Diode verhindert, dass die Grundfrequenz negativ wird. Das ursprüngliche Signal hatte einen Durchschnittswert von 0. Wenn Sie dies über einen Tiefpassfilter (auch als Kondensator bezeichnet) einspeisen, ist das Ausgangssignal 0. Wenn die Diode vorhanden ist, kann das Signal niemals negativ werden, und wenn Sie jetzt einen Durchschnitt bilden Wenn Sie Ihr Signal mit einem Tiefpassfilter ausgeben, erhalten Sie ein sich langsam änderndes Signal (relativ zur Grundfrequenz), das keinen Durchschnitt mehr von 0 aufweist. Dieses Signal ist jetzt für den Lautsprecher nützlich.
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Hier ist eine physikalische Beschreibung, die intuitiv hilfreich sein könnte:
Brummen Sie einen 1-kHz-Ton in ein Mikrofon und senden Sie ihn auf einem 100-kHz-AM-Träger.
Idealerweise möchten Sie, dass sich die Hörermembran bei Ihrem Empfänger abwechselnd nach außen und dann jede Millisekunde nach innen verschiebt. Wenn Sie eine anständige Klangqualität wünschen, können Sie sich damit abfinden, dass sie sich abwechselnd nach außen verschiebt und dann jede Millisekunde ins Gleichgewicht zurückspringt.
Ohne die Diode versucht Ihre Hörmembran eine halbe Millisekunde lang, mit 100 kHz stark zu vibrieren, und dann für die nächste halbe Millisekunde schwächer oder gar nicht. Selbst wenn der Hörer bei dieser Frequenz leicht anspricht, wird Ihr Ohr nicht und Sie werden nichts hören.
Mit der Diode wird Ihre Hörmembran für eine halbe Millisekunde alle 10 Mikrosekunden (jeweils 5 Mikrosekunden) nach außen gedrückt. Selbst ohne zusätzliche Filterkondensatoren und somit mit all diesen 5 Mikrosekunden-Lücken im Strom sollten 500 gerade Mikrosekunden, in denen die Membran in so engen Intervallen kontinuierlich in die gleiche Richtung gedrückt wird, eine gewisse Verschiebung bewirken. Das heißt, die mechanischen Eigenschaften Ihres Ohrhörers bewirken wahrscheinlich einen Teil der tatsächlichen Demodulation, wenn Sie mit einem gleichgerichteten Signal arbeiten. Wenn jedoch ein nicht gleichgerichtetes Signal bearbeitet wird, demodulieren dieselben mechanischen Eigenschaften es zu etwas, das der Stille nahe kommt.
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Ohne die Diode wäre der durchschnittliche Strom im Kopfhörer (1) 0, sodass nichts zu hören wäre.
Die Diode wirkt als nichtlineare Komponente (2), die im Kopfhörer einen Nullstrom erzeugt.
Es kommt vor, dass dieser Strom proportional zur Amplitude der von der Antenne empfangenen Welle ist. Dies entspricht genau (3) dem Audiosignal.
(1) Durchschnitt über etwa 0,1 ms (was ein Hörer wahrnehmen kann)
(2) genauer: nicht linear und nicht ungerade (dh gerade oder mit einem bestimmten "geraden Effekt")
(3) in der Amplitudenmodulation ( AM)
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