Cosa fa il raddrizzatore in una radio a cristallo?

Ho letto i semiconduttori e tutti i riferimenti che ho trovato affermano che la prima applicazione pratica del diodo a semiconduttore era nelle radio a cristallo e che i raddrizzatori a semiconduttore lasciarono rapidamente il posto agli amplificatori a tubo.

Quindi sto cercando di capire perché il raddrizzatore è assolutamente necessario. Un'ottima spiegazione di come funziona una radio a cristallo (e perché ora è difficile ottenere i componenti per costruirli) può essere trovata qui . Per coloro che non vogliono fare clic, ecco lo schema elettrico:

Quindi la bobina e il condensatore formano un circuito risonante. Le frequenze al di sotto di una soglia passano attraverso la bobina verso terra e quelle al di sopra di una soglia passano attraverso il condensatore a terra, ma quelle alla frequenza di risonanza sono bloccate e devono passare attraverso il diodo verso le cuffie. Ogni descrizione di questo circuito che ho letto dice che il diodo in qualche modo demodula il segnale, e non capisco come possa farlo. C'è, diciamo, una frequenza portante di 88Khz che è modulata AM con un segnale di 300Hz-3KHz della voce umana. Come fa il diodo, tagliando le parti del segnale sotto lo zero, a farlo?

Il diodo demodula il segnale radio AM. Per demodulare (ripristinare il segnale audio) da un segnale radio AM, è sufficiente recuperare l'ampiezza del segnale:

Fonte: questo articolo

Questo è ciò che fa il diodo.

Esso blocca la parte negativa dell'onda ma lascia passare parte positiva. Questo insieme al condensatore recupera il segnale audio.

Il tuo esempio non contiene un resistore e un condensatore, ma sono presenti. Le cuffie possono funzionare solo su segnali audio, quindi sostanzialmente svolgono la stessa funzione (un filtro passa basso) senza bisogno di quei componenti.

Si chiama rivelatore di inviluppo. Il diodo impedisce che la frequenza di base diventi negativa. Il segnale originale aveva un valore medio di 0. Se lo si alimentava attraverso un filtro passa basso (aka un condensatore), il segnale di uscita sarebbe 0. Con il diodo in posizione, il segnale non può mai diventare negativo e ora se si media emettendo il segnale utilizzando un filtro passa-basso, si ottiene un segnale che varia lentamente (rispetto alla frequenza di base) che non ha più una media di 0. Questo segnale è ora utile per l'altoparlante.

https://en.wikipedia.org/wiki/Envelope_detector

Ecco una descrizione fisica che potrebbe aiutare in modo intuitivo -

Ronza un tono da 1kHz in un microfono e trasmettilo su un gestore AM da 100kHz.

Al tuo ricevitore, idealmente, vorresti che il diaframma dell'auricolare si spostasse alternativamente verso l'esterno e poi si spostasse verso l'interno ogni millisecondo, e per una qualità del suono decente forse ti accontenterai di averlo spostato alternativamente verso l'esterno e poi rimbalzare all'equilibrio ogni millisecondo.

Senza il diodo, il diaframma dell'auricolare proverà a vibrare a 100kHz fortemente per mezzo millisecondo, quindi più debolmente o per niente per il prossimo mezzo millisecondo. Anche se l'auricolare risponde leggermente a quella frequenza, l'orecchio non lo farà e non sentirai nulla.

Con il diodo, per mezzo millisecondo il diaframma dell'auricolare verrà spostato verso l'esterno ogni 10 microsecondi (5 microsecondi alla volta). Anche senza condensatori di filtraggio aggiuntivi e quindi con tutti quei 5 vuoti di microsecondi nella corrente, 500 microsecondi dritti di avere il diaframma continuamente spostato nella stessa direzione a intervalli così ravvicinati dovrebbero comportare uno spostamento. Cioè, le caratteristiche meccaniche del tuo auricolare realizzeranno probabilmente parte della demodulazione effettiva quando si opera su un segnale rettificato. Quando si opera su un segnale non rettificato, tuttavia, quelle stesse caratteristiche meccaniche lo demoduleranno in qualcosa vicino al silenzio.

Senza il diodo la corrente media nelle cuffie (1) sarebbe 0, quindi non ci sarebbe nulla da ascoltare.
Il diodo funge da componente non lineare (2) che crea una corrente nulla nelle cuffie.
Succede che questa corrente è proporzionale all'ampiezza dell'onda ricevuta dall'antenna. Ciò corrisponde esattamente (3) al segnale audio.

(1) media over say 0.1ms (che cosa può percepire un udito)
(2) più precisamente: non lineare e non dispari (vale a dire, pari o con un certo "effetto uniforme")
(3) in modulazione di ampiezza ( AM)