attenzione!

ATTENZIONE!
LA REALIZZAZIONE DI QUESTO PROGETTO
E' SOLO A SCOPO SPERIMENTALE
L'USO IMPROPRIO DI TALE REALIZZAZIONE
E' SANZIONATA DAL
MINISTERO DELLE COMUNICAZIONI
A NORMA DI LEGGE
LA REALIZZAZIONE PER CUI E' STRETTAMENTE
AD USO DIDATTICO
LO SCRIVENTE DECLINA OGNI RESPONSABILITA'
SULL'USO ILLEGALE DI QUESTA
INTRODUZIONE
Quando ero giovane, data la mia passione per la radioelettronica, mi maturò il desiderio di
costruire un trasmettitore FM: solo ora, a 30 anni di distanza, sono riuscito a realizzare il
mio sogno ed ecco perchè!
In quel periodo, molti dei trasmettitori FM a "larga banda" per la trasmissione broadcast
erano di tipo "HOME MADE": praticamente "fatti in casa" da hobbisti che bene o male
riuscivano a lavorare sulla radiofrequenza. Era un hobby costosissimo ed impegnativo. Si
passavano giorni e notti a costruire trasmettitori, che, per mancanza di soldi,
strumentazione adeguata e complessità circuitale, quasi sempre non funzionavano,
oppure funzionavano malissimo con notevoli problemi di interferenze con i canali adiacenti
e instabilità di frequenza.
Ritornando ai ricordi, potrei prendere come riferimento uno schema apparso su una
vecchissima rivista “Nuova elettronica” di quel periodo,
Schema tratto dalla rivista “Nuova Elettronica” n.50/51 febbraio 1977
Si può notare la complessità di costruzione del trasmettitore FM: numerosissimi stadi,
150 componenti (senza contare l'encoder stereo, uscito qualche anno dopo a costi
proibitivi), gli stadi finali realizzati con transistor, all'epoca, introvabili (ricordo che un
transistor di potenza 15W costava circa mezzo stipendio di un operaio di allora) e magari
capitava anche che si bruciassero in pochi secondi a causa dell'elevato ROS dovuto al
disadattamento dell'antenna.
Schema dell'encoder stereo tratto dalla rivista “Nuova Elettronica” del 1986
Qualche anno fa, navigando tra i vari siti internet di hobbistica elettronica, notai che una
ditta di Taiwan aveva costruito un chip in grado, con l'aggiunta di pochissimi componenti di
assemblaggio, di trasmettere con caratteristiche, “direi” professionali, un segnale modulato
FM di tipo "broadcast" addirittura in stereofonia. In Italia il chip era al momento
introvabile. La ditta ROHM, chiedeva per l'importazione l'acquisto di un minimo
quantitativo (mi sembra 5000 pezzi). Tramite un amico, che importava materiali da quelle
zone e che là aveva alcuni amici, riuscii ad averne un piccolo quantitativo: circa dieci pezzi
per tipo, perchè la ditta non ne costruiva solo un modello, ma ben quattro con
caratteristiche leggermente diverse. I modelli BH1414, 1415, 1416, 1417 avevano in
comune quasi tutte le parti circuitali interne, differenziavano per la forma, i controlli e le
frequenze preimpostate. Tuttora il BH1414 è fuori produzione, però è stato aggiunto un
altro modello: il BH1418.
Il modello da me scelto è il BH1415F (F, probabilmente, definisce il case): è il più versatile
della serie, può coprire, con passi di 100KHz, tutta la Banda FM assegnata per la
trasmissione FM “broadcast”, contiene al suo interno (come tra l'altro tutti gli altri modelli)
un completo encoder stereo.
Diagramma a blocchi dell'interno del BH1415 della ROHM
REALIZZAZIONE:
1) SCHEMA PROPOSTO
Scaricati alcuni schemi, da vari siti Web amatoriali, e, verificate, dopo innumerevoli prove,
le caratteristiche di alcuni di questi, la mia scelta è caduta su uno in particolare pubblicato
nella pagina web: http://members.home.nl/c.k.rf-design/. Ecco lo schema scaricato dal
quale ho iniziato e che poi ho dovuto modificare in funzione delle problematiche che
progressivamente ho incontrato e che ho cercato di risolvere:
Trasmettitore FM proposto dal WEB
circuito di controllo proposto dal WEB
2) MODIFICHE PERSONALI ALLO SCHEMA PROPOSTO
Ho utilizzato per lo schematico un software tedesco “SPLAN” e per la parte PCB un altro
software fornito dalla casa “SPRINT LAYOUT”.
Ho suddiviso lo schema in tre blocchi, come pure nella fase di assemblaggio, sia per per
facilitare il montaggio sia per evitare interferenze, date le alte potenze RF in gioco. I tre
blocchi sono:

il trasmettitore

il circuito di controllo ( LCD e microprocessore )

l'amplificatore di potenza RF con termostato per la ventilazione
forzata del finale RF
TRASMETTITORE
Ho utilizzato il circuito integrato BH1415F. Il segnale BF in Banda Base stereofonico
(microfono, registratore MP3 ecc.) giunge all'ingresso (piedini 1,22) attraverso le reti di
adattamento (adattano l'ampiezza della BF) formate da: C1, R1, R3, C3 per il canale
sinistro, e: C2, R2, R4, C4 per il canale destro. Il CHIP contiene una rete di preenfasi,
indispensabile per una corretta trasmissione del modulante FM, che ha solo alcuni
componenti esterni presenti ai piedini 2 e 21 (C5, C10). Alcuni componenti (C6, C9) sono
utilizzati per l'encoder stereo. All'uscita del piedino 5 si ricava un segnale composito che
comprende tutte le componenti del modulante, l'ampiezza del quale, dopo i vari
adattamenti, attraverso la resistenza R7, va a modulare la frequenza della portante,
originata dall'oscillatore variando la capacità del diodo varicap. L'oscillatore, che fa
riferimento al piedino 9 dell'integrato, è composto oltre che dal varicap CD1 anche da L3,
C20 e 21. La stabilità in frequenza dell'oscillatore è affidata al PLL interno del chip che
controlla il circuito che fa capo al transistor MPSA014. Il segnale modulato esce sì con
sufficiente amplificazione dal piedino 11, ma ho ritenuto opportuno, per poter pilotare lo
stadio seguente di potenza, elevare ulteriormente il livello del segnale a RF inserendo un
piccolo chip “MAR08”,
Schema di utilizzo dei chip, amplificatore larga banda, di tipo “MAR”
MAR08 è un amplificatore a larga banda molto utilizzato in questo tipo di circuiti per la sua
semplicità, infatti, oltre ai condensatori di accoppiamento con gli altri stadi, ha solo bisogno
dell'alimentazione nel piedino di uscita prima del disaccoppiamento con l'RF.
All'interno del BH1415F vi sono diversi divisori di frequenza, che servono per la
programmazione, con passi di 100 KHz, della frequenza del trasmettitore, così da coprire
tutta la banda della FM broadcast e tutti i riferimenti del clock per il PLL e l'ENCODER
STEREO, oscillatori che fanno tutti riferimento ad un unico quarzo da 7,6 MHz applicato ai
piedini 13 e 14.
La programmazione dal microprocessore PIC (blocco circuito di controllo) avviene
attraverso i piedini : 15 (chip enable), 16 (clock), 17 (data) 18 (muting). L'alimentazione
stabilizzata, 5 Volt, viene fornita al BH1415F da uno stabilizzatore tipo LM7805 ed i
condensatori C27, 28, 29, mentre l'induttanza L2 e il condensatore C30 portano a massa
le componenti RF indesiderate che entrano dall'alimentazione.
Per il collegamento agli altri circuiti ho utilizzato dei connettori a pettine. Le connessioni da
me chiamate “signal L.” (livello del segnale RF in uscita) e ROS L. (livello di rientro RF),
sono solo di passaggio per semplificare le connessioni tra i circuiti e connettere
eventualmente uno strumento di lettura dei due segnali.
CIRCUITO DI CONTROLLO
Lavora attorno al microprocessore programmabile PIC16F628, che, oltre a fornire i
comandi per impostare la sezione trasmittente, consente, attraverso un display LCD, di
visualizzarli. I pulsanti S1, S2, S3, S4 consentono di cambiare i parametri di trasmissione
come la frequenza di trasmissione, il modulante mono o stereo ecc. Il trimmer R1 controlla
il contrasto di visualizzazione del display, mentre T1 pilotato dal PIC accende la luce
retroilluminante dell'LCD alla pressione dei tasti. L'alimentazione stabilizzata proviene
dalla sezione trasmittente (5Volt). Al connettore da 3 pin giungono le tensioni rilevate
nello stadio amplificatore di potenza, SIGNAL L. e ROS L., per applicarle eventualmente
ad uno strumento per la lettura (microamperometro). Il file di programmazione del PIC
(bh.hex) l'ho scaricato dal WEB.
AMPLIFICATORE DI POTENZA CON TERMOSTATO PER LA VENTILAZIONE
FORZATA DEL FINALE RF
Anche questo circuito è stato da me quasi totalmente semplificato con l'utilizzo di un
modulo amplificatore di potenza BGY32 della Philips, trovato per caso rovistando tra i
circuiti recuperati da qualche vecchia fiera del settore e naturalmente mai utilizzati in
passato se non ora per la sostituzione del fratello gemello BGY33 introvabile.
L'amplificatore BGY32 non è propriamente adatto per lavorare a queste frequenze, infatti
ha un range da 68 a 88 MHz, ma, anche se sconsigliato dai datasheet della casa
costruttrice, con le dovute precauzioni del caso e una piccola modifica, sono riuscito a
farlo funzionare discretamente, inoltre, alimentando con una tensione variabile da qualche
volt (circa 6 volt, dai datasheet) a +Vcc il piedino 3 del modulo, mi è stato possibile
variarne la potenza, particolare non indifferente per chi ha le buone intenzioni di
sperimentare (viste le frequenze utilizzate). Per far questo ho utilizzato un semplicissimo
regolatore di tensione LM317, utilizzato nei comuni alimentatori variabili:
C1, L1, C2 costituiscono il filtro passa basso all'ingresso, mentre C10, L4, C11 e C12 , L5
C13 il filtro passa basso in uscita dal BGY. Questi filtri a RF si sono resi necessari poiché,
in fase di sperimentazione, ho notato un notevole incremento spettrale di armoniche
indesiderate sopra la gamma di frequenze assegnate, che avrebbero potuto interferire con
altri sistemi radio.
Il termostato, necessario per la ventilazione forzata, è costituito da un sensore di
temperatura LM35, che ha come caratteristica lineare V(T)=α(T) con α coefficiente di
temperatura di 10 mV/°C. L'alimentazione del componente è +Vcc. Il suo funzionamento;
alla temperatura di di 0°C corrisponde in uscita una tensione di 0V, a 40°C invece 400 mV,
cioè una variazione di 10 mV per ogni grado centigrado. L'uscita del sensore LM35 viene
condizionata da un operazionale LM358 in configurazione non invertente che io ho scelto
poiché è adatto a lavorare con tensioni singole. All'ingresso dell'operazionale (piedino 2) si
applica direttamente l'uscita del sensore, mentre all'ingresso invertente (piedino 3) si
applica la tensione di riferimento regolata con il trimmer R4. Questa va regolata in
funzione della deve essere regolato fino ad ottenere una tensione di 0,4V, cioè la stessa
che troviamo al piedino 2 fornita dal sensore. Le resistenze R3 ed R4 sono calcolate per
avere l'amplificazione necessaria per pilotare sufficientemente la corrente di base del
transistor T1; affinchè questo, quando è in saturazione, porti a massa il terminale negativo
azionando la ventola.
CONSIDERAZIONI SULLA REALIZZAZIONE PRATICA
Il circuito da me realizzato è stato notevolmente semplificato con l'uso del BH1415F, ma è
anche da non sottovalutare la notevole difficoltà che ho incontrato nel reperire alcuni
componenti indispensabili per la costruzione. Ad esempio, il quarzo da 7,6MHz, è fuori
standard, infatti ho notato che viene utilizzato esclusivamente per realizzare circuiti con
questi IC. Lo si può ordinare all'estero solo attraverso qualche sito internet specifico
naturalmente con notevoli aggravi di spese o, in alternativa, lo si può far costruire da ditte
specializzate in un quantitativo minimo con un costo finale da non sottovalutare. Ho
provato a sostituire il predetto quarzo con un altro standard 7,68 MHz, ma ho notato subito
delle discrepanze tra quanto leggevo sul display e l'effettiva frequenza di trasmissione, ad
esempio si leggeva 87.5 MHz sul display e la frequenza effettiva emessa dal trasmettitore
era 88.4 MHz. Finalmente, dopo lunghe ricerche, sono riuscito a trovarne qualche pezzo
tramite amici titolari del negozio di componenti elettronici 3M di Padova. Altra difficoltà è
stata quella di reperire un diodo varicap da utilizzare nel TX che avesse notevoli escursioni
di capacità con pilotaggio a basse tensioni (la Vcc del circuito trasmettitore è 5 Volt); alla
fine ho dovuto, dopo varie prove con varicap diversi, utilizzare un ZV833 in SMD, anche
questo non propriamente adatto al circuito, ma, dalle prove fatte funziona egregiamente.
Altra notevole difficoltà riscontrata è stata nella costruzione dei filtri a R.F. dello stadio
finale, che purtroppo ho affidato a esperienze tratte da altri circuiti di finali a transistor che
appaiono su siti web amatoriali. Ho dovuto, comunque, sperimentare personalmente la
costruzione delle induttanze determinando sia il numero che la spaziatura tra le spire
tenendo costanti le capacità. Nel filtro di ingresso del finale RF ho addirittura dovuto
inserire due compensatori (C20 e 21) che adattano l'impedenza tra il TX e il Finale. Altro
problema che ho incontrato in fase di realizzazione è stato quello di grossi rientri
indesiderati nei circuiti di RF, tamponati, ogni qualvolta si presentavano, dall'inserimento di
impedenze VHF e condensatori per tagliare la componente indesiderata specialmente
all'ingresso dell'alimentazione dei vari circuiti: in qualcuno è stato necessario montare un
lamierino di ottone di schermatura.
Per finire, particolare non indifferente, è stato il tempo necessario alla progettazione e
realizzazione del trasmettitore FM, avventura non propriamente adatta al periodo
scolastico e lavorativo (in contemporanea): un impegno notevole di risorse non tanto
finanziarie, poiché aldilà di alcuni componenti che ho dovuto acquistare altri li ho
recuperati, ma di continua concentrazione per risolvere i difetti di funzionamento, per la
compilazione degli schemi e degli stampati. Poiché il circuito non era adatto alla
costruzione su supporti “breadboard”, in fase sperimentale sono stato costretto a rifare
spesso gli stampati e il conseguente posizionamento dei componenti necessari.
MONTAGGIO:
Dopo aver forato gli stampati, sensibilizzati prima con un bromografo e corrosi con acido,
ho ripulito la loro superficie dal fotoresist prima con una carta vetrata fine, e poi con
dell'acetone. Sono passato al montaggio e saldatura delle resistenze, condensatori,
induttanze ecc, quindi ho saldato i componenti in smd sul lato saldature: ho dovuto fare
molta attenzione, infatti la loro saldatura deve essere eseguita con un saldatore con punta
molto sottile e a temperatura inferiore a quella usata con i componenti tradizionali.
Relativamente al circuito di controllo l'unica difficoltà è il montaggio dell'LCD, che deve
essere saldato su un connettore a pettine sul lato opposto a quello dei componenti.
Trasmettitore FM:
Lato componenti
Lato saldature con evidenziati i componenti smd
Circuito di controllo:
LCD e pulsanti sul lato saldature
Lato componenti
Amplificatore finale RF
Per l'amplificatore RF ho preferito fare un montaggio totalmente superficiale su lato
saldature mentre la seconda faccia dello stampato l'ho impiegata esclusivamente per la
massa. Anche qui ho seguito, come per il trasmettitore e il circuito di controllo, il
montaggio prima dei componenti più bassi, poi quelli più ingombranti, e solo alla fine ho
montato il finale BGY32 e l'aletta di raffreddamento. Al TX e all'amplificatore ho montato,
per la schermatura, dei lamierini di ottone, (materiale anche questo che avevo a
disposizione e facile da saldare).Tutti circuiti sono stati montati in una scatola di metallo
costruita da un amico per l'occasione e per i collegamenti tra TX e LCD ho utilizzato un
flat recuperato da PC in disuso.
TARATURA:
Al di là delle difficoltà incontrate nella realizzazione pratica, la semplicità del trasmettitore
FM è data dai pochissimi punti di taratura, operazione per la quale basterebbero un
cacciavite e un ricevitore FM Stereo, un Wattmetro, minimo 10 Watt con un carico fittizio
da 50 Ohm.In alternativa si può costruire un piccolo circuito come il seguente, per rilevare
la potenza in uscita.
Una volta acceso il trasmettitore FM e sintonizzato (con il ricevitore) alla frequenza
desiderata, cioè quella impostata nel display LCD (circuito di controllo), si inietta un
segnale (ad esempio musica con un riproduttore MP3) dai canali “L CH.” “R CH.”. Si
ruotano i trimmer (o potenziometri se si vuole la regolazione di ingresso all'esterno) R3 ed
R4 a metà corsa, si regola R5 fino a sentire, attraverso il sintonizzatore Stereo, la minima
distorsione del segnale demodulato, facendo attenzione all'indicazione del decoder stereo
(accensione led stereo del sintonizzatore FM) e ritoccando eventualmente anche R3, R4.
Nota importante: nel mio caso, non riuscendo a reperire il Diodo varicap originale
SMV1251, e avendo lo ZV833, ho dovuto cortocircuitare una spira dell'induttanza L2 e con
un frequenzimetro misurare se il TX trasmetteva agli estremi della banda assegnata. Ho
dovuto applicare, per adattare ulteriormente lo stadio finale al circuito TX, una induttanza
in aria in serie con un compensatore (L5, C35) tra l'uscita RF del TX e massa. Il cavo
utilizzato tra TX e Amplificatore RF probabilmente non presenta una impedenza di 50
Ohm, ma lo ho ritenuto ugualmente adatto allo scopo trattandosi di materiale recuperato
da apparecchiature trasmittenti di tipo professionale e di cavo in teflon, adatto per
saldatura ad alta temperatura.
modifiche apportate: L2 con una spira cortocircuitata, L5, C35 in uscita del TX
Passando alla taratura dell'amplificatore di potenza RF, ho regolato prima il trimmer R11
(oppure potenziometro esterno P1) fino a misurare al piedino 3 del BGY32 l'80% di Vcc,
poi ho ritoccato a più sequenze i compensatori C1, C2, C35(TX) e R11 fino ad avere la
massima potenza, misurata dallo strumento collegato al carico fittizio nel connettore RF.
Per la taratura dei trimmer R9, per il livello RF in uscita, e R6, per livello dell'onda
stazionaria, conviene applicare all'uscita uno strumento Wattmetro/rosmetro di tipo
professionale e tarare i relativi livelli di lettura sullo strumento. Anche qui ho adattato
l'uscita RF (per lo stesso motivo del TX) e applicato direttamente sul connettore di antenna
una induttanza in serie ad un compensatore (L8, C20) collegati in parallelo all'uscita.
Ruotando il compensatore si deve avere la massima uscita RF.
L8 e C20 saldati sul connettore di uscita
Per la taratura del “termostato” ho scelto prima di tutto la temperatura dalla quale voglio far
partire la ventola di raffreddamento forzato (generalmente 40/50 gradi °C per non
danneggiare il finale): per questo motivo il sensore (LM35) deve essere applicato
direttamente a contatto della superficie dell'aletta di raffreddamento in metallo. Scelta la
temperatura, es. 45°C, con un tester mi sono collegato al pedino 3 dell'LM358, e con un
cacciavite ho regolato il trimmer R4 fino a leggere sulla scala dello strumento 0,45V; a
questo punto tutto è dimensionato per far andare in saturazione il transistor T1 e, per
azionare la ventola alla temperatura prefissata.
Lista dei componenti circuito di controllo
C1,C3,C4
C2
= 3 x 100n
= 1 x 100µ
CONN.
= 1 x Connettore 3P
Connettore
= 1 x 10 Pin
IC1
= 1 x PIC16F628
LCD
= 1 x Display LCD
R1,R2,R3,R4
R5
R6
R7
R8
= 5 x 10k
= 1 x 560
= 1 x 220
= 1 x 22k
S1,S2,S3,S4
S5
= 4 x Pulsante n.a.
= 1 x Deviatore
Strumento
= 1 x uA
T1
= 1 x BC307
Lista componenti del trasmettitore
C1,C2,C3,C4
C8
C5,C10,C26
C6,C9
C7,C16,C22,C29
C33
C11
C12,C13
C14
C15,C17
C18,C25
C19
C20
C21
C23
C24
C27
C28,C30
C31
C32
C34
= 5 x 1µ
= 3 x 2n2
= 2 x 150p
= 5 x 10µ
= 1 x 2n7
= 2 x 27p
= 1 x 1n
= 2 x 10n
= 2 x 100µ
= 1 x 33p
= 1 x 100p
= 1 x 10p
= 1 x 330p
= 1 x 4,7n
= 1 x 470µ
= 2 x 100n
= 1 x 1nF
= 1 x 47n
= 1 x 470p
CD1
= 1 x VARICAP VHF (ZV833)
Connettore
Connettore
= 1 x 10Pin
= 1 x 5 pin
Cr1
= 1 x 7,6 MHz
D1
= 1 x 1N4007
L1
L2,L4
= 1 x 20µH (tipo MF)
= 2 x ind. VHF
P,P
P
= 2 x Conn. BF
= 1 x Conn. RF
R1,R2,R6
R3,R4,R5,R7
R8
R9
R10
R11,R12
R13
= 3 x 22k
SMD
= 1 x MAR03
SMD 22
= 1 x BH1415F
TR
= 1 x MPSA014
VR1
= 1 x 7805
= 5 x 10k
= 1 x 100
= 1 x 1,5k
= 2 x 3k3
= 1 x 82
Lista dei componenti del Finale
C7,C16
C9,C8,C5,C4
C14,C15,C19
C3,C6,C18
C17
C10,C11,C13
C12
= 2 x 470µ
C1
= 1 x 40p
C2
= 1 x 40p
Connettore
Connettore
= 1 x 5 pin
= 1 x 3 PIN
D2,D1
D3
= 2 x EA616
= 1 x 1N4007
= 7 x 47n
= 3 x 10µ
= 1 x 2,2p
= 3 x 27p
= 1 x 22p
L2,L3,L7
L6
L4
L5,L1
= 3 x Ind. VHF
= 1 x ind. VHF
= 1 x 4Sp. su 6mm
= 2 x 4sp. su 6mm
Mod-AP
= 1 x BGY32
OP
= 1 x LM358
P1
= 1 x 10k
R1
R10
R8
R9,R6
R4,R11
R2
R3,R5,R7
= 1 x 1k
= 1 x 27k
= 1 x 100
= 2 x 47k
= 2 x 10k
= 1 x 4,7k
=3x
RF IN
= 1 x In
RF OUT
=1x
Sensore1
= 1 x LM35
T1
= 1 x BD139
Ventola
= 1 x 12V
VR
= 1 x LM317
CIRCUITI STAMPATI:
proposto dal WEB:
Disposizione dei componenti nel TRASMETTITORE
proposto dal WEB
Disposizione dei pulsanti nel
TRASMETTITORE proposto dal
WEB
quello ma me realizzato:
Disposizione dei componenti nel
TRASMETTITORE
Disposizione dei componenti nel CIRCUITO DI CONTROLLO
Disposizione dei componenti nell'AMPLIFICATORE DI POTENZA CON TERMOSTATO PER LA
VENTILAZIONE FORZATA DEL FINALE RF
Il master per lo stampato del
TRASMETTITORE
Il master per lo stampato del CIRCUITO DI CONTROLLO
Il master per lo stampato dell'AMPLIFICATORE DI POTENZA CON TERMOSTATO
PER LA VENTILAZIONE FORZATA DEL FINALE RF