Ciao a tutti e buon anno!
Per cominciare bene l'anno nuovo, vi propongo un progettino veloce
veloce, di quelli da mettere insieme con i pezzi del cassetto e finire
tutto d'un fiato: si tratta di un semplicissimo ricevitore superreattivo
(RSR), tutto da sperimentare: l'unica vera differenza rispetto agli
altri schemi che si trovano a vagoni dappertutto è che qui cercherò di
raccontarvi un po' come funziona :)
Prima di partire con lo schema, vale la pena di fare due chiacchiere sul
perché realizzare un ricevitore superreattivo nel 2012... l'idea parte
da un po' di tempo fa quando, vagando qui e là con il pensiero, mi sono
reso conto del fatto che in realtà non avevo mai capito bene come un RSR
funzionasse... sì, va bene, l'idea di base dell'interruzione periodica
dell'oscillazione la sapevo, quella la si legge dappertutto, ma perché
mai questo dovrebbe rivelare il segnale d'ingresso? Ho cominciato a
parlarne con amici e colleghi, e pian piano mi sono reso conto che non
solo non ero l'unico, ma in realtà nessuno di loro se n'era mai
preoccupato! Eppure, nonostante la consideriamo una tecnologica
obsoleta, il RSR è tutt'altro che scomparso; anzi, con l'avvento del
digitale in tutte le salse, un ricevitore semplice, sensibile,
affidabile e non troppo selettivo è una scelta praticamente ideale, che
trova ampio impiego (anche industriale) in telecomandi ed applicazioni
varie.
La banda scelta per questo ricevitore è quella aeronautica, per due
ragioni: prima di tutto, ci sono ancora abbastanza trasmissioni in AM
(almeno finché dura, visto che anche quel settore passerà al digitale) e
quindi qualcosa si dovrebbe riuscire facilmente ad ascoltare, e poi la
frequenza è abbastanza alta da offrire a chi non l'ha mai fatto prima
l'opportunità di realizzare un progetto in VHF con buone speranze che
funzioni senza rogne.
Ed ora, bando alle ciance, via con lo schema!
=====================================================
[FIDOCAD]
MC 75 90 1 0 170
MC 80 85 0 0 130
MC 75 100 0 0 045
MC 125 85 2 0 080
MC 95 90 1 0 170
MC 95 100 0 0 045
MC 110 90 1 0 080
MC 110 100 0 0 045
LI 65 60 65 55
LI 65 60 95 60
LI 90 85 115 85
LI 95 90 95 85
LI 110 90 110 85
LI 125 85 135 85
SA 65 60
SA 75 60
SA 75 85
SA 95 85
SA 110 85
LI 75 65 75 60
MC 75 65 1 0 170
LI 65 80 75 80
LI 75 90 75 75
SA 75 80
LI 80 85 75 85
SA 130 85
MC 95 65 1 0 170
LI 93 72 98 67
PP 98 67 96 68 97 69
MC 95 75 0 0 045
LI 95 65 95 60
TY 78 68 4 2 0 1 2 * 2p2
TY 78 93 4 2 0 1 2 * 2p2
TY 98 68 4 2 0 1 2 * 4p7
TY 82 79 4 2 0 1 2 * 47u
TY 98 93 4 2 0 1 2 * 2n2
TY 113 93 4 2 0 1 2 * 4k7
MC 45 90 1 0 080
MC 30 90 1 0 170
MC 30 100 0 0 045
MC 45 100 0 0 045
SA 45 70
SA 45 80
LI 45 80 30 80
LI 30 80 30 90
TY 33 93 4 2 0 1 2 * 470p
TY 48 93 4 2 0 1 2 * 18k
LI 45 70 50 70
TY 48 62 4 2 0 1 2 * BF199
MC 50 70 0 0 300
TY 117 79 4 2 0 1 2 * 10k
MC 65 35 0 0 Ihram_30.TXDN
LI 80 40 85 40
PV 83 20 87 20 85 25
SA 85 30
LI 85 40 85 20
LI 80 50 85 50
MC 85 50 0 0 045
TY 62 42 4 2 0 1 2 * 0u22
LI 65 30 20 30
LI 65 35 65 30
LI 45 35 45 30
SA 45 30
MC 15 25 3 0 010
LI 15 30 15 25
SA 20 30
LI 15 30 35 30
SA 30 30
LI 20 30 20 34
LI 22 34 18 34
LI 22 36 18 36
LI 18 40 17 41
LI 20 40 19 41
LI 22 40 21 41
LI 18 40 22 40
LI 20 36 20 40
SA 20 30
LI 28 40 27 41
LI 30 40 29 41
LI 32 40 31 41
LI 28 40 32 40
MC 30 30 0 0 180
SA 30 30
TY 12 33 4 2 0 1 2 * 0u1
TY 33 33 4 2 0 1 2 * 100u
TY 33 36 4 2 0 1 2 * 16VL
TY 12 15 4 2 0 1 2 * +9V
TY 47 38 4 2 0 1 2 * 120k
MC 45 35 1 0 080
LI 45 90 45 45
MC 130 90 1 0 170
LI 130 90 130 85
MC 145 85 2 0 080
LI 145 85 155 85
SA 150 85
TY 137 79 4 2 0 1 2 * 10k
MC 150 90 1 0 170
LI 150 90 150 85
TY 153 93 4 2 0 1 2 * 4n7
MC 165 85 2 0 080
LI 165 85 175 85
SA 170 85
TY 157 79 4 2 0 1 2 * 10k
MC 170 90 1 0 170
LI 170 90 170 85
TY 173 93 4 2 0 1 2 * 4n7
MC 130 100 0 0 045
MC 150 100 0 0 045
MC 170 100 0 0 045
MC 175 85 0 0 074
TY 133 93 4 2 0 1 2 * 4n7
TY 73 30 4 2 0 1 2 * L1
TY 90 45 4 2 0 1 2 * L1 = 4,5 sp su Ø 5mm c/nucleo VHF, link 1 sp
TY 13 30 4 2 0 1 2 * C1
TY 35 30 4 2 0 1 2 * C2
TY 33 89 4 2 0 1 2 * C3
TY 78 65 4 2 0 1 2 * C4
TY 78 90 4 2 0 1 2 * C5
TY 99 64 4 2 0 1 2 * C6
TY 98 89 4 2 0 1 2 * C7
TY 133 90 4 2 0 1 2 * C8
TY 153 90 4 2 0 1 2 * C9
TY 173 90 4 2 0 1 2 * C10
TY 48 34 4 2 0 1 2 * R1
TY 48 89 4 2 0 1 2 * R2
TY 113 90 4 2 0 1 2 * R3
TY 117 76 4 2 0 1 2 * R4
TY 137 76 4 2 0 1 2 * R5
TY 157 76 4 2 0 1 2 * R6
TY 82 76 4 2 0 1 2 * JAF1
TY 48 58 4 2 0 1 2 * Q1
=====================================================
Lo schema è praticamente un classico: si tratta di un oscillatore
Colpitts con base a massa, nel quale il tasso di reazione è tenuto
basso, in modo che l'oscillazione parta molto lentamente; in questo
senso aiuta anche la polarizzazione, che impone una corrente di
collettore piuttosto bassa, limitando il guadagno; in assenza di
segnale, l'oscillazione parte sul rumore del transistor e cresce
esponenzialmente, quindi dapprima resta a livelli molto bassi ma poi
arriva molto velocemente al valore di regime: con i valori dati, prima
di partire "sul serio" ci mette circa una ventina di microsecondi.
A riposo la tensione di emettitore vale circa 1/2 volt, quella di base
circa 1,2V; però l'oscillazione prodotta viene parzialmente raddrizzata
dalla giunzione BE del transistor, con il risultato che la tensione di
emettitore sale fino a circa 5V, mentre quella di base diminuisce fino a
quasi zero, con un ritardo rispetto alla crescita dell'oscillazione
che è fissato dalle capacità C3 e C7 (e dalle resistenze di
polarizzazione). A questo punto, il transistor si blocca ("quenching") e
resta bloccato fino a quando le capacità si sono scaricate e la
polarizzazione è quindi ripristinata. Sul circuito risonante però
troviamo una tensione oscillante ancora per un tempo che è tanto più
lungo quanto maggiore è il Q del risonatore stesso, ed è necessario che
il tempo di blocco sia molto lungo rispetto al tempo di smorzamento
dell'oscillazione, così che questa abbia maniera di essere del tutto
azzerata prima di ricominciare il ciclo.
A valle della JAF1, che con C7 forma un (drastico) passa basso che
blocca la frequenza di oscillazione, troviamo quindi una tensione
periodica (una specie di dente di sega), formata da un'esponenziale
crescente quando parte l'oscillazione, alternata ad un'esponenziale
decrescente durante il quenching. La stessa forma d'onda, ma rovesciata
e con minore ampiezza, la troviamo sulla base del transistor
(all'oscilloscopio le si vedono entrambe benissimo).
Quando dall'antenna arriva un segnale, l'oscillazione non parte più dal
livello del rumore ma da quello del segnale, e perciò all'ampiezza di
blocco ci arriva tanto prima quanto più è grande questo segnale; di
conseguenza, sull'emettitore troveremo che il ciclo della tensione
oscillante viene anticipato, tanto più quanto maggiore è l'ampiezza del
segnale d'ingresso. Perciò, a segnale debole la tensione di emettitore
presenterà dei picchi abbastanza distanziati, che si andranno
ravvicinando via via che il segnale d'ingresso si rafforza; poiché i
picchi sono tutti della stessa ampiezza, quanto maggiore è il loro
numero, tanto maggiore è il valore medio della tensione di emettitore:
con un bel filtro passa basso (R4..R6, C8..C10) si estrae quindi questo
valore medio, che è circa (ne riparliamo tra poco) proporzionale
all'ampiezza del segnale d'ingresso (nel linguaggio della domenica, la
variazione dell'ampiezza del segnale d'ingresso è diventata una
modulazione mista di posizione e frequenza dell'impulso di quenching).
Se la frequenza di quenching è abbastanza alta rispetto alla massima
frequenza di modulazione (deve essere almeno il doppio!), possiamo
ricavare un segnale che corrisponde alla modulazione di ampiezza di
quello d'ingresso.
D'altra parte, poiché il rumore è casuale, in mancanza di segnale
abbiamo una variazione altrettanto casuale dell'istante di partenza
dell'oscillazione, per cui quello che otteniamo in uscita è un forte
soffio, praticamente un rumore bianco filtrato, che viene
tradizionalmente chiamato "rumore caratteristico" del ricevitore.
In realtà il legame tra ampiezza del segnale ricevuto e segnale
ricostruito non è lineare ma logaritmico, perché le forme d'onda del
quenching sono esponenziali; da questo deriva una certa distorsione del
segnale audio, ma nel contempo deriva anche un effetto estremamente
comodo del RSR, e cioè il fatto che l'ampiezza del segnale ricostruito
cresce con il logaritmo di quella del segnale d'ingresso, e quindi molto
più lentamente: in pratica, è come se avessimo una sorta di controllo
automatico del guadagno. A causa di questo fenomeno, in presenza di
segnali intensi il soffio si attenua anche fino a sparire, ma il volume
audio del segnale è abbastanza (ragionevolmente) costante.
Inoltre il ricevitore riesce a demodulare anche la FM, perché la
selettività del risonatore la trasforma in una modulazione d'ampiezza -
a condizione naturalmente che la deviazione non sia troppo piccola
rispetto al Q del risonatore stesso, altrimenti lo demodula ma in
pratica non si sente niente...
La sensibilità del ricevitore dipende da parecchi fattori:
- prima di tutto, il rumore proprio dell'oscillatore, cioè del
transistor impiegato, che impone un limite inferiore al minimo segnale
discernibile - per cui conviene usare transistor a basso rumore, e in
una zona di funzionamento abbastanza "silenziosa"; qui ho usato un
transistor molto classico (BF199), ma nulla vieta di provare con
transistor più moderni - dovrebbe andare bene un po' tutto, a condizione
che le capacità siano sufficientemente piccole ed il guadagno abbastanza
alto (quindi si ad esempio ad un BFR9x, ma no ad un pur ottimo 2N2222).
- poi, la frequenza di quenching: se è troppo alta, il risonatore non ha
modo di scaricarsi per bene, e quindi i segnali deboli vanno persi nei
residui delle oscillazioni casuali; se è troppo bassa, il segnale
ricostruito è debole e la banda passante "audio" può essere
insufficiente (ovviamente, se si cade troppo in basso, la frequenza di
quenching può anche diventare fastidiosa e difficile da eliminare, con
problemi all'amplificatore audio che segue).
- ma il fattore più rognoso è il Q del risonatore: se è troppo alto,
bisogna abbassare troppo la frequenza di quenching, con i problemi detti
sopra; d'altra parte, se è troppo basso l'oscillatore diventa "duro" a
partire e, una volta partita l'oscillazione, semplicemente non si
interrompe più perché il circuito ha il tempo di raggiungere uno stato
di equilibrio; a questo inconveniente si può parzialmente ovviare, a
dire il vero, aggiungendo un resistore che riporti in base una parte
della tensione di emettitore, in modo da tenere alta la tensione di base
"fino all'ultimo", facendo durare di più il ciclo di oscillazione.
Questo permette di usare risonatori con Q più bassi, ottenendo
ricevitori che diventano molto meno critici; per contro, però, siccome
dal Q dipende la selettività del ricevitore, le prestazioni complessive
ne risultano peggiorate. Lo schema che vi propongo è abbastanza
selettivo da rendere difficile la sintonia, ma in cambio riesce a
selezionare abbastanza bene le diverse emissioni :)
Nello schema potete provare a cambiare praticamente tutto; ciò che
complica l'ottimizzazione, e richiede un po' di pazienza, è il fatto che
praticamente tutto dipende da tutto... la polarizzazione determina il
guadagno, e quindi la velocità d'innesco dell'oscillazione ma anche la
frequenza di quenching, che a sua volta dipende (oltre che dalle
capacità dette sopra) anche dal Q e, se non bastasse, dalle capacità di
retroazione C4 e C5 che compongono l'oscillatore Colpitts e, almeno
entro certi limiti, dalla JAF1.
Inoltre, contrariamente a quanto potrebbe sembrare, anche la variazione
della tensione di alimentazione modifica il quenching (sia attraverso al
polarizzazione che variando l'ampiezza dell'oscillazione prodotta) per
cui l'alimentazione è filtrata attraverso due capacità, una piazzata
"stile RF" vicinissima al transistor (C1), l'altra (C2), che può stare
anche un po' più in là e serve ad assorbire le eventuali variazioni e/o
porcherie introdotte dall'amplificatore di BF. Per quest'ultimo potete
usare un qualsiasi moduletto, avanzo di progetto precedente o cassa
amplificata da pc... insomma, la prima cosa che vi passa per le mani,
purché curiate con estrema attenzione che non faccia ritornare indietro
segnali di BF, ne' attraverso l'alimentazione ne' per altra via;
altrimenti, con i guadagni che girano, l'autooscillazione è *garantita*.
Per la realizzazione, non ci sono particolari problemi: fili corti,
buona disposizione, stabilità meccanica, un po' di schermatura...
insomma, le solite precauzioni da adottare in RF; io ne ho fatti due
esemplari poco diversi, uno su millefori (fenolica) ed uno in aria, ed
hanno funzionato entrambi al primo colpo... potete divertirvi a
sostituire la R3 o la R1 con dei trimmer e, giocando con i valori,
vedere come cambia il comportamento. Peraltro, come ho già scritto
sopra, potete provare a modificare praticamente tutto, ed anzi sarebbe
proprio questa la regola principale del gioco, per cui vi consiglio
senz'altro la realizzazione in aria, per la quale potete usare ad
esempio due pezzi di vetronite ramata saldati ad "L" per fare un
primordiale ma efficace telaio schermante, al quale fissare il
condensatore variabile (cui sarebbe meglio mettere un bel manopolone
grande, o una demoltiplica per i più esigenti).
L'ho fatta fin troppo lunga, spero di non avervi annoiato. Concludo con
un invito: so che, nonostante la decadenza dei tempi :), ci sono ancora
molti tra voi che realizzano progetti, piccoli e grandi - perché non ce
li raccontate? A farlo solo io, mi sento isolato... :)
Buon divertimento e un buon 2012 di radio a tutti!
--
73 es 51 de i3hev, op. mario
Non è Radioamatore, se non gli fuma il saldatore!
- Campagna 2006 "Il Radioamatore non è uno che ascolta la radio"
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