Modulatore AM - Approccio ottico: 6 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Mesi fa ho acquistato questo kit ricevitore radio AM fai da te da Banggood. L'ho assemblato. (Come fare questo ho inteso descrivere in Instructable separato) Anche senza alcuna sintonizzazione, era possibile catturare alcune stazioni radio, ma ho cercato di raggiungere la sua migliore prestazione regolando i circuiti di risonanza. La radio suonava meglio e riceveva più stazioni, ma le frequenze delle stazioni riceventi mostrate dalla ruota a condensatore variabile non corrispondevano al loro valore reale. Ho scoperto che anche il ricevitore funziona, non è tagliato con le impostazioni corrette. Possibilmente ha una frequenza intermedia diversa rispetto allo standard 455 KHz. Ho deciso di realizzare un semplice generatore di frequenza AM per tagliare tutti i circuiti risonanti nel modo corretto. Puoi trovare molti circuiti di tali generatori in Internet. La maggior parte di essi contiene alcuni oscillatori interni con un diverso numero incorporato di bobine o condensatori commutabili, mixer RF (radiofrequenza) e altri circuiti radio diversi. Ho deciso di andare in un modo più semplice: utilizzare un semplice modulatore AM e come input applicare i segnali generati da due generatori di segnale esterni, che avevo a disposizione. Il primo è basato sul chip MAX038. Ho scritto questo istruibile su di esso. Volevo usarlo come sorgente di frequenza RF. Anche il secondo generatore utilizzato in questo progetto è un kit fai da te basato sul chip XR2206. È molto facile da saldare e funziona bene. Un'altra bella alternativa potrebbe essere questa. L'ho usato come generatore di bassa frequenza. Stava fornendo il segnale di modulazione AM.

Fase 1: Principio di lavoro

Di nuovo…- In Internet puoi trovare molti circuiti di modulatori AM, ma volevo usare un nuovo approccio: la mia idea era di modulare in qualche modo il guadagno di un amplificatore RF a stadio singolo. Come circuito di base ho preso un amplificatore a emettitore comune a stadio singolo con degenerazione dell'emettitore. Lo schema dell'amplificatore è presentato nell'immagine. Il suo guadagno può essere presentato nella forma:

A=-R1/R0

- il segno “-” viene messo per indicare l'inversione della polarità del segnale, ma nel nostro caso non importa. Per modificare il guadagno dell'amplificatore e quindi invocare la modulazione di ampiezza ho deciso di modulare il valore del resistore nella catena di emettitori R0. Riducendolo il valore aumenterà il guadagno e viceversa. Per poterne modulare il valore, ho deciso di utilizzare LDR (resistenza dipendente dalla luce), abbinato ad un LED bianco.

Fase 2: Iptoaccoppiatore autocostruito

Per unire entrambi i dispositivi in un'unica parte, Ho usato un tubo termoretraibile di colore nero per isolare la resistenza fotosensibile dalla luce ambientale. Inoltre, ho scoperto che anche uno strato di tubo di plastica non è sufficiente per fermare completamente la luce, e ho inserito il giunto in un secondo. Usando il multimetro ho misurato la resistenza al buio dell'LDR. Dopodiché ho preso un potenziometro da 47KOhm in serie con una resistenza da 1KOhm, l'ho collegato in serie con il LED e ho applicato l'alimentazione a 5V a questo circuito. Girando il potenziometro controllavo la resistenza dell'LDR. Stava cambiando da 4.1KOhm a 300Ohm.

Fase 3: Calcolo dei valori del dispositivo dell'amplificatore RF e del circuito finale

Volevo avere il guadagno totale del modulatore AM ~ 1.5. Ho scelto un resistore di collettore (R1) 5.1KOhm. Quindi, avrei bisogno di ~ 3KOhm per R0. Ho girato il potenziometro finché non ho misurato questo valore dell'LDR, ho dissimulato il circuito e ho misurato il valore del potenziometro e del resistore collegati in serie: era di circa 35 KOhm. Ho deciso di utilizzare un dispositivo con valore di resistenza standard da 33 KOhm. A questo valore la resistenza LDR diventa 2,88 KOhm. Ora si dovevano definire i valori degli altri due resistori R2 e R3 che servono per una corretta polarizzazione dell'amplificatore. Per poter impostare la polarizzazione corretta occorre prima conoscere il Beta (guadagno di corrente) del transistor Q1. Ho misurato 118. Ho usato un dispositivo BJT NPN in silicio a bassa potenza per uso comune.

Il passo successivo è quello di scegliere il collettore di corrente. Ho scelto di essere 0,5 mA. Questo definisce la tensione di uscita CC dell'amplificatore vicino al valore medio della tensione di alimentazione, consentendogli la massima oscillazione di uscita. Il potenziale di tensione sul nodo del collettore è calcolato dalla formula:

Vc=Vdd-(Ic*R1)=5V-(0.5mA*5.1K)=2.45V.

Con Beta=118 la corrente di base è Ib=Ic/Beta= 0.5mA/118=4.24uA (dove Ic è la corrente di collettore)

La corrente dell'emettitore è la somma di entrambe le correnti: Ie=0.504mA

Il potenziale al nodo emettitore è calcolato come: Ve=Ie*R0=0.504mA*2.88KOhm=1.45V

Per Vce rimane ~ 1V.

Il potenziale alla base è calcolato come Vb=Vr0+Vbe= 1.45V+0.7V=2.15V (qui ho messo Vbe=0.7V - standard per Si BJT. Per Ge è 0.6)

Per polarizzare correttamente l'amplificatore, la corrente che scorre attraverso il partitore del resistore deve essere volte superiore alla corrente di base. Scelgo 10 volte. ….

In questo modo Ir2 = 9* Ib=9*4.24uA=38.2uA

R2 = Vb/Ir2 ~ 56 KOhm

R3=(Vdd-Vb)/Ir3 ~ 68 KOhm.

Non avevo questi valori nel portafoglio myresistors, e ho preso R3=33Kohm, R2=27KOhm – il loro rapporto è lo stesso di quelli calcolati.

Infine ho aggiunto un follower sorgente caricato con una resistenza da 1KOhm. Viene utilizzato per ridurre la resistenza di uscita del modulatore AM e per isolare il transistor dell'amplificatore dal carico.

L'intero circuito con inseguitore di emettitore aggiunto è presentato nell'immagine sopra.

Passaggio 4: tempo di saldatura

Come PCB ho usato un pezzo di perfoboard.

Inizialmente ho saldato il circuito di alimentazione basato sul regolatore di tensione 7805.

All'ingresso ho messo un condensatore da 47uF - ogni valore più alto potrebbe funzionare, all'uscita ho messo un banco di condensatori (lo stesso condensatore dell'ingresso + 100nF in ceramica). Successivamente ho saldato il fotoaccoppiatore autocostruito e il resistore di prepolarizzazione per il LED. Ho fornito la scheda e ho misurato nuovamente la resistenza dell'LDR.

Può essere visto nella foto: è 2,88 KOhm.

Passaggio 5: la saldatura continua

Dopo di che ho saldato tutte le altre parti del modulatore AM. Qui puoi vedere i valori DC misurati nel nodo del collettore.

La piccola differenza rispetto al valore calcolato è causata da Vbe non esattamente definita del transistor (preso 700 invece misurato 670mV), errore nella misura Beta (misurata dalla corrente di collettore 100uA, ma usata a 0.5mA - il BJT Beta dipende in qualche modo sulla corrente che passa attraverso il dispositivo.; valori di resistenza spread errori…ecc.

Per l'ingresso RF ho messo un connettore BNC. In uscita ho saldato un pezzo di cavo coassiale sottile. Tutti i cavi li ho fissati al PCB con la colla a caldo.

Passaggio 6: test e conclusioni

Ho collegato entrambi i generatori di segnale (vedi l'immagine del mio setup). Per osservare il segnale ho utilizzato un oscilloscopio autocostruito basato sul kit Jyetech DSO068. È un bel giocattolo - contiene anche un generatore di segnale all'interno. (Tale ridondanza - ho 3 generatori di segnale sulla mia scrivania!) Potrei usare anche questo, che ho descritto in questo tutorial, ma non lo avevo a casa in questo momento.

Il generatore MAX038 che ho usato per la frequenza RF (quello modulato) – potrei cambiare fino a 20 MHz. L'XR2206 che ho usato con uscita sinusoidale fissa a bassa frequenza. Ho cambiato solo l'ampiezza, cosa che di conseguenza ha cambiato la profondità della modulazione.

Una cattura dello schermo dell'oscilloscopio mostra un'immagine del segnale AM osservato all'uscita del modulatore.

In conclusione, questo modulatore può essere utilizzato per la sintonizzazione di diversi stadi AM. Non è completamente lineare, ma per la regolazione dei circuiti risonanti non è così importante. Il modulatore AM può essere utilizzato anche per circuiti FM in qualche modo diverso. Viene applicata solo la frequenza RF dal generatore MAX038. L'ingresso a bassa frequenza viene lasciato flottante. In questa modalità il modulatore funziona come amplificatore RF lineare.

Il trucco è applicare il segnale a bassa frequenza all'ingresso FM del generatore MAX038. (ingresso FADC del chip MAX038). In questo modo il generatore produce segnale FM ed è amplificato solo dal modulatore AM. Ovviamente in questa configurazione, se non è necessaria alcuna amplificazione, il modulatore AM può essere omesso.

Grazie per l'attenzione.