Convertitore ad arco

Storia

Elihu Thomson scoprì che un arco di carbonio smorzato con un circuito sintonizzato in serie avrebbe “cantato”. Questo “arco di canto” era probabilmente limitato alle frequenze audio. ^[4]Bureau of Standards attribuisce a William Duddell il circuito shunt risonante intorno al 1900. ^[5]

L’ingegnere inglese William Duddell ha scoperto come realizzare un circuito risonante utilizzando una lampada ad arco in carbonio . L’arco musicale di Duddell funzionava a frequenze audio, e lo stesso Duddell concluse che era impossibile far oscillare l’arco alle frequenze radio .

Valdemar Poulsen è riuscito ad aumentare l’efficienza e la frequenza al livello desiderato. L’arco di Poulsen poteva generare frequenze fino a 200 kilohertz ed è stato brevettato nel 1903.

Dopo alcuni anni di sviluppo, la tecnologia arc è stata trasferita in Germania e in Gran Bretagna nel 1906 da Poulsen, dal suo collaboratore Peder Oluf Pedersen e dai loro finanziatori. Nel 1909 i brevetti americani e alcuni convertitori di arco furono acquistati da Cyril Frank Elwell . Il successivo sviluppo in Europa e negli Stati Uniti fu piuttosto diverso, poiché in Europa vi furono serie difficoltà a implementare la tecnologia Poulsen, mentre negli Stati Uniti venne presto creato un esteso sistema radiotelegrafico commerciale con la Federal Telegraph Company. Più tardi ilLa US Navy ha anche adottato il sistema Poulsen. Solo il convertitore ad arco con conversione di frequenza passiva era adatto per uso portatile e marittimo. Ciò ha reso il sistema radio mobile più importante per circa un decennio fino a quando non è stato sostituito dai sistemi di tubi a vuoto .

Nel 1922, il Bureau of Standards dichiarò che “l’arco è l’apparato di trasmissione più utilizzato per il lavoro ad alta potenza, a lunga distanza.” Si stima che l’arco sia ora responsabile dell’80% di tutta l’energia effettivamente irradiata nello spazio per scopi radiofonici in un dato momento, lasciando le stazioni amatoriali fuori considerazione. ” ^[6]

Descrizione

A differenza del radiotrasmettitore esistente del tempo, il trasmettitore spark-gap , il convertitore ad arco produce onde non calibrate o continue (CW). Questa è stata una caratteristica importante in quanto l’uso di onde smorzate ha comportato una minore efficienza del trasmettitore e l’efficacia delle comunicazioni, mentre copre lo spettro RF con interferenze. Questo metodo più raffinato per generare segnali radio a onda continua fu inizialmente sviluppato dall’inventore danese Valdemar Poulsen .

Ci sono tre casi per un oscillatore ad arco. ^[7] Nel primo caso, la corrente CA nel condensatore i ₀ è molto più piccola della corrente di alimentazione CC i ₁ e l’arco non si spegne mai durante un ciclo di uscita. L’arco di Duddell è un esempio del primo caso, ma il primo caso non è pratico per i trasmettitori RF. Nel secondo caso, la corrente di scarica AC del condensatore è abbastanza grande da estinguere l’arco ma non abbastanza grande da far ripartire l’arco nella direzione opposta. Questo secondo caso è l’arco di Poulsen. Nel terzo caso, l’arco si spegne ma potrebbe riaccendersi quando la corrente del condensatore si inverte. Il terzo caso è uno spinterometro spento e produce oscillazioni smorzate.

Il convertitore di arco Poulsen ha un circuito sintonizzato collegato attraverso l’arco. Il convertitore ad arco consisteva di una camera in cui l’arco bruciava in gas idrogeno tra un catodo di carbonio e un anodo di rame raffreddato ad acqua . Sopra e sotto questa camera c’erano due bobine di campo serie che circondavano e energizzavano i due poli del circuito magnetico. Questi poli sono proiettati nella camera, uno su ciascun lato dell’arco per fornire un campo magnetico .

Ha avuto molto successo quando è stato utilizzato nella gamma di frequenze da pochi kilohertz a poche decine di kilohertz. La sintonizzazione dell’antenna doveva essere abbastanza selettiva da sopprimere l’ uscita armonica del convertitore di arco.

Keying

Poiché l’arco impiega un po ‘di tempo per colpire e operare in modo stabile, non è stato possibile utilizzare la normale pressione on-off . Invece, è stata impiegata una forma di key shift di frequenza . ^[8] In questo metodo dell’onda di compensazione , l’arco funzionava continuamente e il tasto alterava la frequenza dell’arco dell’uno al cinque per cento. Il segnale alla frequenza indesiderata era chiamato onda di compensazione . Nei trasmettitori ad arco fino a 70 kW, la chiave in genere ha interrotto alcuni giri nella bobina dell’antenna. ^[9] Per archi più grandi, l’uscita dell’arco sarebbe trasformatore accoppiato all’induttore dell’antenna, e la chiave potrebbe cortocircuitare qualche giro inferiore del secondario messo a terra. ^[10]Pertanto, il “segno” (tasto chiuso) è stato inviato ad una frequenza e lo “spazio” (tasto aperto) ad un’altra frequenza. Se queste frequenze fossero sufficientemente distanti e il ricevitore della stazione ricevente avesse un’adeguata selettività , la stazione ricevente sentirà CW standard quando si sintonizza sulla frequenza del “segno”.

Il metodo dell’onda di compensazione utilizzava molta larghezza di banda dello spettro. Non si trasmette solo sulle due frequenze previste, ma anche sulle armoniche di quelle frequenze. I convertitori ad arco sono ricchi di armoniche. Verso il 1921, la Conferenza preliminare di comunicazione internazionale ^[11] proibiva il metodo dell’onda di compensazione perché causava troppe interferenze. ^[4]

La necessità di emettere segnali a due frequenze diverse è stata eliminata dallo sviluppo di metodi uniwave . ^[12] In un metodo uniwave, chiamato metodo di accensione , la codifica avvierebbe e arresterebbe l’arco. La camera d’arco avrebbe un attaccante canna che cortocircuito i due elettrodi attraverso un resistore e spegne l’arco. Il tasto eccita un elettromagnete che muove il percussore e riaccende l’arco. Perché questo metodo funzioni, la camera d’arco doveva essere calda. Il metodo era fattibile per convertitori ad arco fino a circa 5 kW.

Il secondo metodo uniwave è il metodo di assorbimento , e coinvolge due circuiti sintonizzati e un tasto unipolare, double-throw , make-before-break. Quando il tasto è abbassato, l’arco è collegato alla bobina dell’antenna sintonizzata e all’antenna. Quando la chiave è attiva, l’arco è collegato a un’antenna fittizia sintonizzata chiamata shunt posteriore . Lo shunt posteriore era un secondo circuito sintonizzato costituito da un induttore, un condensatore e una resistenza di carico in serie. ^[13] [14] Questo secondo circuito è sintonizzato su circa la stessa frequenza della frequenza trasmessa; mantiene l’arco funzionante e assorbe la potenza del trasmettitore. Il metodo di assorbimento è apparentemente dovuto a WA Eaton. ^[4]

La progettazione del circuito di commutazione per il metodo di assorbimento è significativa. Sta commutando un arco ad alta tensione, quindi i contatti dell’interruttore devono avere una qualche forma di soppressione dell’arco. Eaton aveva gli elettromagneti di trasmissione a chiave del telegrafo che azionavano un relè. Quel relè utilizzava quattro serie di contatti di commutazione in serie per ciascuno dei due percorsi (uno per l’antenna e uno per lo shunt posteriore). Ogni contatto di relè è stato collegato a un resistore. Di conseguenza, l’interruttore non era mai completamente aperto, ma c’era molta attenuazione. ^[15]

Vedi anche

• Storia della radio
• Trasmettitore
• Valvola ad arco al mercurio
• tikker

Riferimenti