Modulador AM - Abordagem Ótica: 6 Passos (com Imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Meses atrás, comprei este kit receptor de rádio AM DIY da Banggood. Eu montei isso. (Como fazer isso eu pretendia descrever em separado Instructable) Mesmo sem nenhuma sintonia, foi possível pegar algumas rádios, mas tentei atingir seu melhor desempenho ajustando os circuitos ressonantes. O rádio estava tocando melhor e recebendo mais estações, mas as frequências das estações receptoras mostradas pela roda do capacitor variável não correspondiam ao seu valor real. Eu descobri que mesmo o receptor funciona, ele não está ajustado com as configurações corretas. Possivelmente, ele tem uma frequência intermediária diferente, em vez do padrão de 455 KHz. Decidi fazer um gerador de frequência AM simples para ajustar todos os circuitos ressonantes da maneira adequada. Você pode encontrar muitos circuitos desses geradores na Internet. A maioria deles contém alguns osciladores internos com um número diferente de bobinas comutáveis ou capacitores embutidos, mixers de RF (radiofrequência) e outros circuitos de rádio diferentes. Decidi ir de forma mais simples - usar um modulador AM simples e como entrada aplicar os sinais gerados por dois geradores de sinais externos, que eu tinha à disposição. O primeiro é baseado no chip MAX038. Eu escrevi este instrutivo sobre isso. Eu queria usar isso como fonte de frequência RF. O segundo gerador usado neste projeto também é um kit DIY baseado no chip XR2206. É muito fácil de soldar e funciona bem. Outra boa alternativa poderia ser esta. Usei-o como gerador de baixa frequência. Ele estava fornecendo o sinal de modulação AM.

Etapa 1: Princípio do Trabalho

De novo… - Na Internet você pode encontrar muitos circuitos de moduladores AM, mas eu queria usar uma abordagem nova - minha ideia era modular de alguma forma o ganho de um amplificador RF de estágio único. Como circuito de base, usei um amplificador emissor comum de estágio único com degeneração de emissor. O esquema do amplificador é apresentado na imagem. Seu ganho pode ser apresentado na forma:

A = -R1 / R0

- o sinal “-” é colocado para mostrar a inversão da polaridade do sinal, mas no nosso caso isso não importa. Para alterar o ganho do amplificador e, assim, invocar a modulação de amplitude, decidi modular o valor do resistor na cadeia do emissor R0. Reduzindo seu valor aumentará o ganho e vice-versa. Para poder modular seu valor, decidi usar LDR (resistor dependente de luz), combinado com um LED branco.

Etapa 2: Iptocacoplador feito por você mesmo

Para juntar os dois dispositivos em uma única parte, Usei um tubo termorretrátil de cor preta para isolar o resistor fotossensível da luz ambiente. Além disso, descobri que mesmo uma camada de tubo plástico não é suficiente para bloquear a luz, e inseri a junção em uma segunda. Usando um multímetro, medi a resistência ao escuro do LDR. Em seguida peguei um potenciômetro de 47KOhm em série com resistor de 1KOhm, conectei em série com o LED e apliquei alimentação de 5V neste circuito. Girando o potenciômetro eu estava controlando a resistência do LDR. Estava mudando de 4.1 KOhm para 300Ohm.

Etapa 3: cálculo dos valores do dispositivo amplificador de RF e do circuito final

Eu queria ter ganho total do modulador AM ~ 1,5. Eu escolhi um resistor coletor (R1) 5.1KOhm. Então, eu precisaria de ~ 3 KOhm para R0. Girei o potenciômetro até medir esse valor do LDR, desmontei o circuito e medi o valor do potenciômetro e do resistor conectado em série - estava em torno de 35 KOhm. Decidi usar um dispositivo de valor de resistor padrão 33KOhm. Com este valor, a resistência LDR tornou-se 2.88KOhm. Agora os valores dos outros dois resistores R2 e R3 tiveram que ser definidos. Eles são usados para a polarização adequada do amplificador. Para ser capaz de definir a polarização correta, primeiro o Beta (ganho de corrente) do transistor Q1 deve ser conhecido. Eu medi 118. Usei um dispositivo NPN BJT de silício de baixa potência de propósito comum.

O próximo passo é escolher a corrente do coletor. Eu escolhi ser 0,5 mA. Isso define a tensão de saída DC do amplificador como próxima ao valor médio da tensão de alimentação, permitindo a oscilação máxima de saída. O potencial de tensão no nó coletor é calculado pela fórmula:

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

Com Beta = 118 a corrente de base é Ib = Ic / Beta = 0,5mA / 118 = 4,24uA (onde Ic é a corrente do coletor)

A corrente do emissor é a soma de ambas as correntes: Ie = 0,504mA

O potencial no nó emissor é calculado como: Ve = Ie * R0 = 0,504mA * 2,88KOhm = 1,45V

Para Vce permanece ~ 1V.

O potencial na base é calculado como Vb = Vr0 + Vbe = 1,45 V + 0,7 V = 2,15 V (aqui eu coloco Vbe = 0,7 V - padrão para Si BJT. Para Ge é 0,6)

Para polarizar o amplificador corretamente, a corrente que flui através do divisor do resistor deve ser vezes maior do que a corrente de base. Eu escolho 10 vezes. …

Desta forma Ir2 = 9 * Ib = 9 * 4,24uA = 38,2uA

R2 = Vb / Ir2 ~ 56 KOhm

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

Eu não tinha esses valores na carteira myresistors e peguei R3 = 33Kohm, R2 = 27KOhm - sua proporção é a mesma calculada.

Finalmente, adicionei um seguidor de origem carregado com um resistor de 1KOhm. É usado para reduzir a resistência de saída do modulador AM e para isolar o transistor do amplificador da carga.

Todo o circuito com o seguidor de emissor adicionado é apresentado na imagem acima.

Etapa 4: tempo de solda

Como PCB usei um pedaço de perfoboard.

No começo eu soldava o circuito da fonte de alimentação com base no regulador de tensão 7805.

Na entrada coloquei capacitor 47uF - cada valor maior poderia funcionar, na saída coloquei banco de capacitores (o mesmo capacitor da entrada + 100nF cerâmico). Depois disso, soldei o optoacoplador feito por mim e o resistor de pré-polarização para o LED. Forneci a placa e medi novamente a resistência do LDR.

Pode ser visto na foto - é 2,88KOhm.

Etapa 5: a solda continua

Depois disso, soldei todas as outras partes do modulador AM. Aqui você pode ver os valores DC medidos no nó coletor.

A pequena diferença comparando o valor calculado é causada por Vbe não exatamente definido do transistor (medido 700 em vez de medido 670mV), erro na medição Beta (medido pela corrente de coletor 100uA, mas usado em 0,5mA - o Beta BJT depende de alguma forma na corrente que passa pelo dispositivo.; erros de propagação de valores de resistor … etc.

Para a entrada RF coloquei um conector BNC. Na saída, soldei um pedaço de cabo coaxial fino. Todos os cabos fixei no PCB com cola quente.

Etapa 6: Teste e Conclusões

Eu conectei os dois geradores de sinal (veja a imagem da minha configuração). Para observar o sinal, usei um osciloscópio feito por mim mesmo baseado no kit Jyetech DSO068. É um belo brinquedo - contém também gerador de sinal dentro. (Que redundância - tenho 3 geradores de sinal na minha mesa!) Poderia usar também este, que descrevi neste instrutível, mas não tinha em casa neste momento.

O gerador MAX038 eu usei para frequência de RF (modulado) - eu poderia mudar até 20 MHz. O XR2206 eu usei com saída senoidal fixa de baixa frequência. Eu mudei apenas a amplitude, o que em resultado mudou a profundidade da modulação.

Uma captura da tela do osciloscópio mostra uma imagem do sinal AM observado na saída do modulador.

Como conclusão - este modulador pode ser usado para ajuste de diferentes estágios AM. Não é totalmente linear, mas para o ajuste de circuitos ressonantes, isso não é tão importante. O modulador AM também pode ser usado para circuitos FM de uma maneira diferente. Apenas a frequência RF do gerador MAX038 é aplicada. A entrada de baixa frequência é deixada flutuando. Neste modo, o modulador funciona como amplificador de RF linear.

O truque é aplicar o sinal de baixa frequência na entrada FM do gerador MAX038. (entrada FADC do chip MAX038). Desta forma, o gerador produz o sinal FM e ele só é amplificado pelo modulador AM. Claro, nesta configuração, se nenhuma amplificação for necessária, o modulador AM pode ser omitido.

Obrigado pela sua atenção.