Modulator AM - podejście optyczne: 6 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Miesiące temu kupiłem ten zestaw odbiornika radiowego DIY AM od Banggood. Zmontowałem to. (Jak to zrobić, zamierzałem opisać w osobnym Instruktażu) Nawet bez strojenia można było złapać niektóre stacje radiowe, ale starałem się osiągnąć najlepszą wydajność, regulując obwody rezonansowe. Radio grało lepiej i odbierało więcej stacji, ale częstotliwości stacji odbiorczych pokazywane przez zmienne koło kondensatorów nie odpowiadały ich rzeczywistej wartości. Odkryłem, że nawet odbiornik działa, nie jest przycięty z poprawnymi ustawieniami. Prawdopodobnie ma inną częstotliwość pośrednią zamiast standardowego 455 KHz. Postanowiłem zrobić prosty generator częstotliwości AM, aby we właściwy sposób dostroić wszystkie obwody rezonansowe. W Internecie można znaleźć wiele obwodów takich generatorów. Większość z nich zawiera wewnętrzne oscylatory z osadzoną różną liczbą przełączanych cewek lub kondensatorów, miksery RF (częstotliwości radiowej) i inne różne obwody radiowe. Zdecydowałem się na prostszy sposób – użyć prostego modulatora AM i jako wejście podać sygnały generowane przez dwa zewnętrzne generatory sygnału, które miałem do dyspozycji. Pierwsza oparta jest na układzie MAX038. Napisałem o tym instrukcję. Chciałem użyć tego jako źródła częstotliwości RF. Drugi generator użyty w tym projekcie to również zestaw DIY oparty na układzie XR2206. Bardzo łatwo się lutuje i działa dobrze. Inną fajną alternatywą może być to. Użyłem go jako generatora niskich częstotliwości. Dostarczał sygnał modulujący AM.

Krok 1: Zasada pracy

Znowu…- W Internecie można znaleźć wiele układów modulatorów AM, ale chciałem zastosować nowe podejście – moim pomysłem było modulowanie jakoś wzmocnienia jednostopniowego wzmacniacza RF. Jako obwód bazowy wziąłem jednostopniowy wzmacniacz ze wspólnym emiterem z degeneracją emitera. Na zdjęciu schemat wzmacniacza. Jego zysk można przedstawić w postaci:

A=-R1/R0

- znak „-” pokazuje odwrócenie polaryzacji sygnału, ale w naszym przypadku nie ma to znaczenia. Aby zmienić wzmocnienie wzmacniacza, a tym samym wywołać modulację amplitudy, postanowiłem modulować wartość rezystora w łańcuchu emiterów R0. Zmniejszenie jej wartości zwiększy wzmocnienie i odwrotnie. Aby móc modulować jego wartość, zdecydowałem się na zastosowanie LDR (rezystora zależnego od światła) w połączeniu z białą diodą LED.

Krok 2: Własna konstrukcja Iptoizolatora

Aby połączyć oba urządzenia w jedną część, Użyłem termokurczliwej rurki w kolorze czarnym, aby odizolować światłoczuły rezystor od światła otoczenia. Co więcej, stwierdziłem, że nawet jedna warstwa plastikowej rurki nie wystarcza do całkowitego zatrzymania światła i włożyłem złącze w drugą. Za pomocą multimetru zmierzyłem ciemną rezystancję LDR. Następnie wziąłem potencjometr 47KOhm szeregowo z rezystorem 1KOhm, połączyłem go szeregowo z diodą LED i podałem zasilanie 5V do tego obwodu. Kręcąc potencjometrem sterowałem rezystancją LDR. Zmieniał się z 4,1 KOhm na 300 Ohm.

Krok 3: Obliczanie wartości urządzenia wzmacniacza RF i obwodu końcowego

Chciałem mieć całkowite wzmocnienie modulatora AM ~ 1,5. Wybrałem rezystor kolektora (R1) 5,1KOhm. Wtedy musiałbym mieć ~3KOhm dla R0. Kręciłem potencjometrem, aż zmierzyłem tę wartość LDR, zdemontowałem układ i zmierzyłem wartość połączonego szeregowo potencjometru i rezystora – było to około 35 kOhm. Zdecydowałem się użyć urządzenia o wartości rezystora standardowego 33KOhm. Przy tej wartości rezystancja LDR wyniosła 2,88 KOhm. Teraz należało określić wartości pozostałych dwóch rezystorów R2 i R3. Służą one do prawidłowego polaryzacji wzmacniacza. Aby móc prawidłowo ustawić polaryzację, najpierw musi być znana Beta (wzmocnienie prądowe) tranzystora Q1. Zmierzyłem 118. Użyłem zwykłego krzemowego urządzenia NPN BJT o małej mocy.

Kolejny krok to wybór prądu kolektora. Wybrałem 0,5mA. Definiuje to napięcie wyjściowe DC wzmacniacza tak, aby było bliskie średniej wartości napięcia zasilania, co pozwala na maksymalne wahanie mocy wyjściowej. Potencjał napięcia w węźle kolektora oblicza się według wzoru:

Vc=Vdd-(Ic*R1)=5V-(0,5mA*5,1K)=2,45V.

Przy Beta=118 prąd bazy wynosi Ib=Ic/Beta=0,5mA/118=4,24uA (gdzie Ic to prąd kolektora)

Prąd emitera jest sumą obu prądów: Ie=0,504mA

Potencjał w węźle emitera jest obliczany jako: Ve=Ie*R0=0.504mA*2.88KOhm=1.45V

Dla Vce pozostaje ~1V.

Potencjał przy podstawie jest obliczany jako Vb=Vr0+Vbe= 1,45V+0,7V=2,15V (tu stawiam Vbe=0,7V - standard dla Si BJT. Dla Ge jest to 0,6)

Aby prawidłowo spolaryzować wzmacniacz, prąd płynący przez dzielnik rezystorowy musi być kilka razy wyższy niż prąd bazy. Wybieram 10 razy. ….

W ten sposób Ir2 = 9* Ib=9*4,24uA=38,2uA

R2 = Vb/Ir2 ~ 56 KOhm

R3=(Vdd-Vb)/Ir3 ~ 68 kΩ.

Nie miałem tych wartości w portfelu rezystorów, a wziąłem R3=33Kohm, R2=27KOhm – ich stosunek jest taki sam jak te wyliczone.

Na koniec dodałem wtórnik źródłowy obciążony rezystorem 1KOhm. Służy do zmniejszenia rezystancji wyjściowej modulatora AM i odizolowania tranzystora wzmacniacza od obciążenia.

Cały układ z dodanym wtórnikiem emiterowym prezentuje powyższy obrazek.

Krok 4: Czas lutowania

Jako PCB użyłem kawałka płyty perforowanej.

Najpierw przylutowałem układ zasilania oparty na regulatorze napięcia 7805.

Na wejściu wstawiłem kondensator 47uF – każda większa wartość mogła zadziałać, na wyjściu założyłem baterię kondensatorów (ten sam kondensator co na wejściu +100nF ceramiczny). Następnie przylutowałem wykonany własnoręcznie transoptor i rezystor polaryzacji wstępnej dla diody LED. Dostarczyłem płytkę i ponownie zmierzyłem rezystancję LDR.

Widać to na zdjęciu - to 2.88KOhm.

Krok 5: lutowanie trwa

Następnie przylutowałem wszystkie inne części modulatora AM. Tutaj możesz zobaczyć zmierzone wartości DC w węźle kolektora.

Mała różnica porównująca obliczoną wartość wynika z niedokładnie zdefiniowanego Vbe tranzystora (wzięte 700 zamiast zmierzone 670mV), błąd pomiaru Beta (mierzony prądem kolektora 100uA, ale używany przy 0,5mA – BJT Beta w jakiś sposób zależy na prąd przepływający przez urządzenie.; wartości rezystorów rozprzestrzeniają błędy…itd.

Do wejścia RF umieściłem złącze BNC. Na wyjściu przylutowałem kawałek cienkiego kabla koncentrycznego. Wszystkie kable przymocowałem do płytki na gorąco.

Krok 6: Testy i wykluczenia

Podłączyłem oba generatory sygnału (patrz zdjęcie mojej konfiguracji). Do obserwacji sygnału użyłem samodzielnie wykonanego oscyloskopu opartego na zestawie Jyetech DSO068. Jest to fajna zabawka – zawiera w sobie również generator sygnału. (Taka redundancja – mam na biurku 3 generatory sygnału !) Przydałby mi się też ten, który opisałem w tej instrukcji, ale w tym momencie nie miałem go w domu.

Generator MAX038, którego użyłem na częstotliwość RF (modulowany) – mogłem zmieniać do 20 MHz. XR2206, którego użyłem ze stałym wyjściem sinusoidalnym o niskiej częstotliwości. Zmieniam tylko amplitudę, co w efekcie zmieniło głębokość modulacji.

Zrzut ekranu oscyloskopu pokazuje obraz sygnału AM obserwowanego na wyjściu modulatora.

Podsumowując – ten modulator może służyć do strojenia różnych stopni AM. Nie jest w pełni liniowa, ale przy regulacji obwodów rezonansowych nie jest to aż tak istotne. Modulator AM może być użyty również w obwodach FM w inny sposób. Stosowana jest tylko częstotliwość RF z generatora MAX038. Wejście niskiej częstotliwości pozostaje pływające. W tym trybie modulator pracuje jako liniowy wzmacniacz RF.

Sztuczka polega na zastosowaniu sygnału o niskiej częstotliwości na wejściu FM generatora MAX038. (wejście FADC układu MAX038). W ten sposób generator wytwarza sygnał FM, który jest wzmacniany tylko przez modulator AM. Oczywiście w tej konfiguracji, jeśli wzmocnienie nie jest potrzebne, modulator AM można pominąć.

Dziękuję za uwagę.