SD001 – Rivelatore FM SSB CMOS fatto in casa

Da che esistono le trasmissioni radiofoniche, la modulazione più usata è stata quella in ampiezza (AM) dove alla portante RF si sovrappone una modulante BF che ne varia l’ ampiezza senza modificare la frequenza di emissione, questo tipo di modulazione per molti anni è stato l’ unico usato nella radiodiffusione, basta pensare che i ricevitori costruiti fino alla fine degli anni 50 del secolo scorso, erano solo in AM.

Esaminando attentamente la modulazione in ampiezza con un analizzatore di spettro, di vede che oltre al segnale principale, esistono due “bande laterali”, una superiore, dovuta alla somma della frequenza della portante con la frequenza audio del segnale (USB) e una inferiore dovuta invece alla differenza della frequenza della portante con il segnale audio (LSB).

In queste condizioni, la potenza TX in antenna del trasmettitore è ottenuta dalla potenza RF in AM (circa 50% del totale) più la potenza delle due bande laterali LSB e USB.

In seguito si sono sperimentati sistemi di trasmissione sfruttando un sola di queste bande laterali (SSB) dove la potenza in antenna è uguale al 100% della potenza RF, in quanto la portante viene soppressa e delle due bande laterali se ne usa una sola.

In questo caso la potenza in antenna è come se si irradiasse solo portante (CW), ma la modulazione in AM la faceva ancora da padrone sia in banda CB che in VHF, nonostante il trasmettitore risulti più complesso rispetto a uno in FM

A causa però della complessità e dei costi dovuti alla realizzazione di apparecchi trasmittenti e ricevitori in SSB (oltre al segnale vocale udibile), gli studi sono proseguiti in altre direzioni, arrivando a una soluzione ben diversa, del tipo mantenere costante l’ ampiezza della portante RF e variale la frequenza della stessa in funzione al segnale audio, questo sistema sperimentato da Levy (già inventore della supereterodina) divenne universale nella seconda metà del secolo scorso, in quanto aveva diversi vantaggi quali:

Semplicità nella realizzazione dei trasmettitori.

Alta resa dovuta alla totalità del segnale TX direttamente in antenna, non essendo presenti alcun tipo di bande laterali.

Alta qualità del segnale audio, essendo possibile riprodurre tutto lo spettro audio da 20Hz a 20Khz.

Semplicità e economia nella costruzione dei ricevitori.

Insensibilità ai disturbi di fondo dovuti a scariche atmosferiche.

Maggiore sensibilità dei ricevitori

Per questi motivi la modulazione FM è diventata ben presto la più usata nel mondo, solo recentemente sta venendo meno a favore della modulazione digitale.

 

Per quanto riguarda i ricevitori, le cose stanno come descritto qui sotto:

Alla fine, se per realizzare un rivelatore in AM bastava un semplice diodo, per realizzare un demodulatore in FM serve un circuito particolare, se ai tempi delle radio a valvole si usavano dei “discriminatori” ovvero dei trasformatori selettivi a frequenza intermedia con avvolgimenti secondari con diversa risonanza, questo permetteva attraverso dei diodi di ottenere un segnale audio la cui ampiezza aumentava o diminuiva a seconda della deviazione della frequenza intermedia.

Col tempo i vecchi e complessi discriminatori,, sono stati sostituiti dai più moderni e affidabili rivelatori a quadratura, dove un circuito risonante a alto Q viene sincronizzato col segnale intermedio, ottenendo un segnale audio perfetto e pulito.

 

Un altro sistema di rivelazione di un segnale FM è quello dell’ “anello a aggancio di fase” (PLL) dove il segnale intermedio (MF) entra nel comparatore di fase, sulla cui uscita è presente un filtro passa basso che va a modulare in FM un oscillatore locale operante sulla stessa frequenza del segnale MF, creando il classico circuito a anello.

Sul filtro passa basso, è presente il segnale audio demodulato, il cui rapporto segnale rumore (S/N) è ottimo, addirittura superiore al rivelatore a quadratura.

Il nostro circuito.

Dal momento che da diversi anni esistono sul mercato circuiti C/MOS veloci e a basso costo, che spesso trovano impiego anche nel settore audio e radio senza pregiudicarne la qualità.

Tra i vari tipi di porte logiche (NOT, AND, NAND, OR e NOR) ce ne un tipo particolare usato nei comparatori di fare (XOR e XNOR) che si prestano bene a questo uso.

Oltre alle porte logiche, sul mercato si trovano anche amplificatori operazionali C/MOS che oltre a avere una banda passante abbastanza ampia, sono compatibili con i livello logici C/MOS (in ingresso accettano tensioni da 0 a +Vcc e l’ uscita va sempre da 0 a +Vcc o da –Vcc a +Vcc nel caso di alimentazione duale).

Se un segnale MF di 455Khz lo amplifichiamo e portiamo a livello logico C/MOS, lo possiamo inviare al comparatore di fase e riportare la tensione di uscita all’ ingresso del VCO (sempre ottenuto dallo stesso integrato) per agganciare il segnale in fase o ricostruire la portante soppressa.

In uscita si otterrà un segnale audio in FM o SSB a seconda della funzione desiderata.

Schema elettrico:

Noi ci siamo basati su due tipi di porte logiche, XOR (HCF4030, HCF4070, HEF4070, 74HC86, 74HC4070) e XNOR (HCF4077, HEF4077, 74HC4077), delle quattro porte contenute in ogni integrato, una è usata come comparatore, una come squadratore e una come VCO, il segnale BF in uscita è a alta impedenza e deve essere bufferato, a questo ci pensa l’ operazionale.

1° schema con XOR

Elenco componenti:

R1 = 68KΩ 0,25W

R2 = 680Ω 0,25W

R3 = 220Ω 0,25W

R4 = 4,7KΩ 0,25W

R5 = 10KΩ 0,25W

R6 = 10KΩ 0,25W

R7 = 27KΩ 0,25W

R8 = 470KΩ 0,25W

R9 = 100KΩ 0,25W

R10 = 22KΩ 0,25W

R11 = 68KΩ 0,25W

R12 = 10KΩ 0,25W

R13 = 6,8KΩ 0,25W

R14 = 68KΩ 0,25W

R15 = 68KΩ 0,25W

R16 = 27KΩ 0,25W

R17 = 27KΩ 0,25W

R18 = 10KΩ trimmer 10 giri

R19 = 10KΩ trimmer 10 giri

R20 = 3,9KΩ 0,25W

C1 = 68pF 25V ceramico

C2 = 100nF 25V ceramico

C3 = 47nF 25V ceramico

C4 = 2,2nF 25V ceramico

C5 = 22nF 25V ceramico

C6 = 10uF 16V elettrolitico

C7 = 68pF 25V ceramico

C8 = 39pF 25V ceramico

C9 = 100pF 25V ceramico

C10 = 100nF 25V ceramico

C11 = 8,2nF 25V ceramico

C12 = 10nF 25V ceramico

C13 = 1uF 50V poliestere

C14 = 1,2nF 25V ceramico

C15 = 2,2nF 25V ceramico

C16 = 47uF 16V elettrolitico

MF1 = media frequenza 455Khz gialla

DV1 = diodo varicap tipo BB204

Q1 = fet NPN tipo BF245

Q2 = transistor NPN tipo BC547

Q3 = transistor NPN tipo BC549

U1 = integrato C/MOS tipo CD4070 – HEF4070

SW1 = deviatore 1 via

SW2 = deviatore 1 via

 

2° schema XNOR.

Elenco componenti:

R1 = 68KΩ 0,25W

R2 = 680Ω 0,25W

R3 = 220Ω 0,25W

R4 = 4,7KΩ 0,25W

R5 = 10KΩ 0,25W

R6 = 10KΩ 0,25W

R7 = 27KΩ 0,25W

R8 = 470KΩ 0,25W

R9 = 100KΩ 0,25W

R10 = 22KΩ 0,25W

R11 = 68KΩ 0,25W

R12 = 10KΩ 0,25W

R13 = 6,8KΩ 0,25W

R14 = 68KΩ 0,25W

R15 = 68KΩ 0,25W

R16 = 27KΩ 0,25W

R17 = 27KΩ 0,25W

R18 = 10KΩ trimmer 10 giri

R19 = 10KΩ trimmer 10 giri

R20 = 3,9KΩ 0,25W

C1 = 68pF 25V ceramico

C2 = 100nF 25V ceramico

C3 = 47nF 25V ceramico

C4 = 2,2nF 25V ceramico

C5 = 22nF 25V ceramico

C6 = 10uF 16V elettrolitico

C7 = 68pF 25V ceramico

C8 = 39pF 25V ceramico

C9 = 100pF 25V ceramico

C10 = 100nF 25V ceramico

C11 = 8,2nF 25V ceramico

C12 = 10nF 25V ceramico

C13 = 1uF 50V poliestere

C14 = 1,2nF 25V ceramico

C15 = 2,2nF 25V ceramico

C16 = 47uF 16V elettrolitico

MF1 = media frequenza 455Khz gialla

DV1 = diodo varicap tipo BB204

Q1 = fet NPN tipo BF245

Q2 = transistor NPN tipo BC547

Q3 = transistor NPN tipo BC549

U1 = integrato C/MOS tipo CD4077 – HEF4077

SW1 = deviatore 1 via

SW2 = deviatore 1 via

 

Tatarura:

se avete a disposizione un generatore a 455Khz , andate sul sicuro, altrimenti potete usare il nostro LG005, sintonizzandolo su 455Khz esatti.

Fatto questo dovete collegare il generatore all’ ingresso del nostro rivelatore e regolare il nucleo della MF fino a leggere in uscita (TP1) una tensione pari a metà della tensione di alimentazione (2,5V o 6V), fatto questo, spostare SW1 dal modo FM a quello SSB e SW2 nella posizione LSB e cambiare la frequenza del generatore da 455Khz a 453,5Khz regolare R18 fino a avere battimento zero, poi spostare SW2 su USB e regolare il generatore a 456,5Khz e regolare R19 fino a avere battimento zero.

Provate ora spostandovi di circa 1Khz col generatore e sentirete la nota in altoparlante.

E ora? Basta solo collegare al suo ingresso, un segnale MF (prelevabile da un ricevitore OC prima del rivelatore) e alla sua uscita un comune amplificatore BF e trasformerete il vostro RX AM in un RX FM-SSB.

 

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