튜닝된 무선 주파수 수신기

Tuned radio frequency receiver
이 1920년대 시그널에 의해 제조된 TRF 라디오는 브레드보드에 건설되었다.
1924년부터 두 단계의 RF 증폭으로 설정된 이 5개의 튜브 Neutrodyne처럼 TRF 수신기를 튜닝하는 것은 복잡한 과정이었다. 세 개의 큰 노브에 의해 제어되는 세 개의 튜닝된 회로는 새 스테이션에 맞춰 일제히 튜닝되어야 했다. 그래서 방송국에서의 튜닝은 연속적인 근사치의 과정이었다. 일단 방송국이 발견되면 다이얼에 적힌 번호들이 적혀 있어 다시 찾을 수 있었다.
TRF 세트의 모든 3단계를 일제히 튜닝한다. 이 1925년형 그레베 싱크로포아제 수신기는 손가락으로 돌릴 수 있는 손잡이 대신 섬휠이 있어 제3의 손이 필요하지 않다.

튜닝된 무선 주파수 수신기(또는 TRF 수신기)는 하나 이상의 튜닝된 무선 주파수(RF) 증폭기 단계에 이어 검출기(데모듈레이터) 회로로 구성되어 오디오 신호와 보통 오디오 주파수 증폭기를 추출하는 라디오 수신기의 일종이다. 이런 종류의 수신기는 1920년대에 유행했다. 초기 예제는 각 스테이지를 스테이션의 주파수로 개별적으로 조정해야 하기 때문에 조작하는 데 지루할 수 있지만, 이후 모델들은 모든 스테이지의 튜닝 메커니즘인 집단 조정 튜닝을 가지고 있었고, 제어 노브 하나만 가지고 작동했다. 1930년대 중반까지 에드윈 암스트롱이 특허를 받은 초헤테로디네 리시버로 대체되었다.

배경

TRF 수신기는 1916년 에른스트 알렉산더슨에 의해 특허를 받았다. 각각의 단계가 원하는 신호를 증폭시키면서 간섭하는 신호를 줄인다는 것이 그의 개념이었다. RF 증폭의 여러 단계는 무선을 약한 방송국에 더 민감하게 만들 것이며, 다중 튜닝된 회로는 그 당시 흔히 볼 수 있는 단일 단계 수신기보다 더 좁은 대역폭과 선택성을 제공할 것이다. 라디오의 모든 조정된 단계는 원하는 수신 주파수를 추적하고 조정해야 한다. 이는 수신기의 RF 프런트 엔드 및 로컬 오실레이터를 원하는 주파수로만 튜닝해야 하는 현대의 슈퍼히터오디네 수신기와 대조적이다. 다음의 모든 단계는 고정된 주파수에서 작동하며 원하는 수신 주파수에 의존하지 않는다.

앤티크 TRF 수신기는 종종 캐비닛으로 식별될 수 있다. 일반적으로 진공 튜브 및 튜닝된 회로에 접근할 수 있는 플립업 뚜껑이 있는 길고 낮은 외관을 가지고 있다. 그들의 전면 패널에는 보통 두 세 개의 큰 다이얼이 있는데, 각 다이얼이 하나의 스테이지에 대한 튜닝을 제어한다. 내부에는 진공관 몇 개와 함께 대형 코일이 줄줄이 놓여 있을 것이다. 이들은 보통 서로 직각으로 축을 배치하여 자석 결합을 감소시킨다.

3극 진공 튜브로 제작된 TRF 수신기의 문제는 3극의 정극성 캐패시턴스다. 인터렉트로드 캐패시턴스는 출력 회로의 에너지가 입력으로 피드백되도록 한다. 그러한 피드백은 수신에 방해가 되고 스피커에서 끽끽거리는 소리나 울부짖는 소리를 내는 불안정성과 진동을 야기할 수 있다. 1922년 루이스 알란 하젤틴은 추가 회로를 사용하여 정극 캐패시턴스의 효과를 부분적으로 취소하는 중화 기술을 발명했다.[1] 중성화는 인기 있는 TRF 수신기의 Neutrodyne 시리즈에서 사용되었다. 특정 조건에서는 "광범위 주파수 대역에 대한 주파수와는 실질적으로 독립적이다."[2] "누설 인덕턴스와 유격 용량이 완전히 취소되지 않기 때문에 넓은 주파수 대역에 대한 완벽한 중성화는 실제로 유지될 수 없다."[3] 테트로드와 펜토드 진공 튜브의 후발 개발은 중극 캐패시턴스의 영향을 최소화했고 중성화가 불필요하게 만들 수 있었다; 이러한 튜브의 추가 전극은 플레이트와 그리드를 보호하고 피드백을 최소화한다.[4]

Typical tube layout of a TRF radio Typical Dial Layout of Tuned Radio Frequency Receiver Typical Tuned Radio Frequency receiver component layout

작동 방식

TRF 수신기의 블록 다이어그램

1920년대와 30년대의 고전적인 TRF 수신기는 보통 다음 세 부분으로 구성되었다.

  • 하나 이상의 조정된 RF 앰프 스테이지 이러한 신호는 안테나가 수신한 다른 모든 신호를 거부하면서 원하는 스테이션의 신호를 검출기를 구동하기에 충분한 수준으로 증폭시킨다.
  • 라디오 반송파 신호에서 오디오(음향) 신호를 정류하여 추출하는 검출기
  • 선택적으로, 그러나 거의 항상 포함되며, 오디오 신호의 파워를 증가시키는 하나 이상의 오디오 앰프 스테이지.
1927년의 9-튜브 수신기는 TRF 세트의 구성요소 부분을 명확하게 보여준다. 각 RF 단계는 별도의 구획에 있다. 각 구획 내에서 (위에서) 3극 튜브, 단계 간 커플링 코일 및 전면 패널 튜닝 다이얼에 부착된 콘덴서를 볼 수 있다. 컴파트먼트에는 4개의 RF 스테이지, 검출기 스테이지 및 4개의 튜브 오디오 앰프가 있다. 콘덴서는 공통 축에 연결하여 함께 튜닝하거나 별도로 튜닝할 수 있다.

각 튜닝된 RF 단계는 증폭 장치, 3극(또는 후에 테트로드를 설정) 진공 튜브 및 필터링 기능을 수행하는 튜닝 회로로 구성된다. 튜닝된 회로는 한 튜브의 플레이트 회로에서 다음 튜브의 입력 그리드 회로까지 신호를 커플링하는 기능을 하는 에어 코어 RF 커플링 변압기로 구성되었다. 변압기의 권선 중 하나에 가변 콘덴서가 연결되어 튜닝된 회로를 만들었다. 가변 캐패시터(또는 가변계라고 하는 가변 커플링 코일)를 사용했으며, 전면 패널에는 수신기를 조정하기 위한 손잡이가 달려 있었다. RF 단계는 대개 설계를 단순화하기 위해 동일한 회로를 가지고 있었다.

각 RF 단계는 동일한 주파수에 맞춰 조정해야 했기 때문에 새 스테이션을 가져올 때 캐패시터를 동시에 조정해야 했다. 이후 일부 세트에서는 라디오를 단일 노브로 튜닝할 수 있도록 커패시터를 같은 샤프트에 장착하거나 기계적으로 연결했지만, 대부분의 세트에서는 튜닝된 회로의 공명 주파수를 이를 충분히 "추적"할 수 없었고, 각 스테이지마다 자체 튜닝 노브가 있었다.[5]

검출기는 보통 격자 리크 검출기였다. 일부 세트는 크리스털 검출기(반도체 다이오드)를 대신 사용했다. 때로는 선택성을 높이기 위해 재생 검출기를 사용하기도 했다.

이어폰으로 청취한 일부 TRF 세트는 오디오 앰프가 필요하지 않았지만 대부분의 세트는 확성기를 구동하기에 충분한 전력을 공급하기 위해 1~3개의 변압기 커플링 또는 RC 커플링 오디오 앰프 스테이지가 있었다.

Schematic of Six Tube Design using Triode Tubes – Two Radio Frequency Amplifiers, One Grid-Leak Detector, Three Class ‘A’ Audio Amplifiers

도식도는 전형적인 TRF 수신기를 보여준다. 이 특별한 예는 6개의 트라이오드를 사용한다. 2개의 무선 주파수 증폭기 단계, 1개의 격자 리크 검출기/앰프, 3개의 클래스 'A' 오디오 앰프 단계가 있다. 튜닝 회로 T1-C1, T2-C2, T3-C3 3개가 있다. 두 번째와 세 번째 튜닝 캐패시터인 C2와 C3는 함께 그룹화(라인 연결로 표시)되고 단일 노브로 제어되어 튜닝을 단순화한다. 일반적으로 수신신호를 양호한 수신에 충분히 여과·증폭하기 위해서는 두세 개의 RF 앰프가 필요했다.

장단점

Terman은 TRF의 단점을 "사용되는 튜브 수에 비례하여 선택성이 떨어지고 감도가 낮음"으로 특징짓는다. 따라서 그것들은 사실상 쓸모없다고 말했다.[6] 선택성은 좁은 대역폭을 필요로 하지만 주어진 Q 계수를 가진 필터의 대역폭은 주파수에 따라 증가한다. 그래서 높은 무선 주파수에서 좁은 대역폭을 얻기 위해서는 고품질 필터나 많은 필터 섹션이 필요했다. 전체 방송 대역에서 일정한 감도와 대역폭을 달성하는 것은 거의 이루어지지 않았다. 이와는 대조적으로 슈퍼히터오디네 수신기는 수신되는 높은 무선 주파수를 변화하지 않는 낮은 중간 주파수로 변환한다. 주파수 범위에 걸쳐 일정한 감도와 대역폭을 달성하는 문제는 하나의 회로(첫 번째 단계)에서만 발생하므로 상당히 단순화된다.

TRF 수신기의 가장 큰 문제점은, 특히 소비자 제품으로서, 그것의 복잡한 튜닝이었다. 모든 튜닝된 회로는 좁은 대역폭 튜닝을 유지하기 위해 추적할 필요가 있다. 넓은 주파수 범위에서 튜닝하는 동안 여러 개의 튜닝된 회로를 정렬하여 유지하는 것은 어렵다. 초기 TRF 세트에서 운영자는 위에서 설명한 대로 해당 작업을 수행해야 했다. 슈퍼히터오디네 수신기는 RF 및 LO 단계만 추적하면 된다. 부담스러운 선택성 요건은 고정 튜닝된 IF 앰프로 제한된다.

1920년대에 재생 수신기에 비해 TRF 수신기의 장점은 적절히 조정했을 때 간섭을 방사하지 않는다는 것이었다.[7][8] 특히 인기 있는 재생수신기는 진동점에 매우 가깝게 작동하는 양 피드백이 있는 튜브를 사용했기 때문에, 조정된 스테이션의 주파수에 가까운 주파수에서 신호를 방출하는 송신기 역할을 하는 경우가 많았다.[7][8] 이것은 같은 주파수에 맞춰 조정된 다른 근처의 수신기에서 들리는 이질감, 오글거림, 울부짖음을 만들어내 이웃들로부터 비난을 받았다.[7][8] 도시 환경에서는 같은 블록이나 아파트의 여러 재생 세트를 인기 있는 방송국에 맞추면 사실상 소리가 들리지 않을 수 있다.[7][8] 영국,[9] 그리고 결국 미국은 수신기가 TRF를 선호한 거짓 신호를 방출하는 것을 금지하는 규정을 통과시켰다.

현대적 용법

비록 TRF 디자인은 대부분 초헤테로디네 수신기로 대체되었지만, 1960년대에 반도체 전자제품이 등장하면서 디자인은 "재보정"되었고 취미주의적인 라디오 프로젝트, 키트, 저가 소비자 제품들을 위한 몇몇 간단한 통합 라디오 수신기에 사용되었다. 하나의 예는 1972년 Ferranti에서 온 ZN414 TRF 무선 집적회로(Radio Integrated circuit)이다.

The ZN414; almost a whole TRF radio on a single chip

참고 항목

참조

  1. ^ Lee, Thomas H. (2004). The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits (2nd ed.). UK: Cambridge University Press. p. 16. ISBN 0521835399.
  2. ^ Terman, Frederick E. (1943), Radio Engineers' Handbook, McGraw-Hill, p. 469
  3. ^ Terman, Frederick Emmons (1937), Radio Engineering (second ed.), New York: McGraw-Hill, p. 236
  4. ^ Terman(1937, 페이지 238)은 "그 외의 경우에는 입력 저항이 너무 낮아 진동을 기대할 수 있을 것이다"라고 말한다. 그러나 이러한 튜브의 격자와 플레이트 사이의 직접 용량 커플링이 매우 작기 때문에 펜토드와 스크린 그리드 증폭기에는 채택되지 않는다."
  5. ^ Felix, Edgar H. (July 1927). "Something about single control" (PDF). Radio Broadcast. New York: Doubleday, Page and Co. 11 (3): 151–152. Retrieved January 10, 2015.
  6. ^ 테르만 1943 페이지 658
  7. ^ a b c d Glasgow, R. S. (June 1924). "Radiating Receivers" (PDF). Radio in the Home. Philadelphia, PA: Henry M. Neely Publishing Co. 3 (1): 16, 28. Retrieved March 14, 2014. But the interference due to regenerative receivers when in the oscillating condition cannot be eliminated by anything the receiving operator can do. ... All types of regenerative sets will cause the connected aerial to radiate energy if allowed to oscillate.
  8. ^ a b c d Ringel, Abraham (November 1922). "The Receiver Radiation Problem and Some Solutions". The Radio Age. 10 (2): 67–69. Retrieved August 22, 2014.
  9. ^ "How the Motor Patrol Wars with Bloopers" (PDF). Radio News. New York: Experimenter Publishing Co. 9 (1): 37. July 1927. Retrieved August 23, 2014.

추가 읽기

외부 링크