Modulador AM - Enfoque óptico: 6 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

Hace meses compré este kit de receptor de radio AM DIY de Banggood. Lo he montado. (Intentaba describir cómo hacer esto en Instructable separado) Incluso sin sintonización alguna, era posible captar algunas estaciones de radio, pero traté de alcanzar su mejor rendimiento ajustando los circuitos resonantes. La radio funcionaba mejor y recibía más estaciones, pero las frecuencias de las estaciones receptoras mostradas por la rueda del condensador variable no correspondían a su valor real. Descubrí que incluso el receptor funciona, no está recortado con la configuración correcta. Posiblemente tenga una frecuencia intermedia diferente en lugar del estándar de 455 KHz. Decidí hacer un generador de frecuencia AM simple para recortar todos los circuitos resonantes de la manera adecuada. Puede encontrar muchos circuitos de tales generadores en Internet. La mayoría de ellos contienen algunos osciladores internos con diferentes números de bobinas o condensadores conmutables integrados, mezcladores de RF (radiofrecuencia) y otros circuitos de radio diferentes. Decidí ir de una manera más simple: usar un modulador AM simple y como entrada para aplicar las señales generadas por dos generadores de señales externos, que tenía disponibles. El primero se basa en el chip MAX038. He escrito este instructivo al respecto. Quería usar esto como fuente de frecuencia de RF. El segundo generador utilizado en este proyecto también es un kit de bricolaje basado en el chip XR2206. Es muy fácil de soldar y funciona bien. Otra buena alternativa podría ser esta. Lo usé como generador de baja frecuencia. Proporcionaba la señal moduladora de AM.

Paso 1: Principio de trabajo

De nuevo… - En Internet se pueden encontrar muchos circuitos de moduladores de AM, pero quería usar un enfoque nuevo. Mi idea era modular de alguna manera la ganancia de un amplificador de RF de una sola etapa. Como circuito base, he tomado un amplificador de emisor común de una sola etapa con degeneración del emisor. Los esquemas del amplificador se presentan en la imagen. Su ganancia se puede presentar en la forma:

A = -R1 / R0

- el signo “-” se pone para indicar la inversión de la polaridad de la señal, pero en nuestro caso no importa. Para cambiar la ganancia del amplificador y así invocar la modulación de amplitud, decidí modular el valor de la resistencia en la cadena de emisores R0. Reducir su valor aumentará la ganancia y viceversa. Para poder modular su valor, decidí usar LDR (resistencia dependiente de la luz), combinada con un LED blanco.

Paso 2: Iptoacoplador de fabricación propia

Para unir ambos dispositivos en una sola parte, Usé un tubo termorretráctil de color negro para aislar la resistencia fotosensible de la luz ambiental. Además, descubrí que incluso una capa de tubo de plástico no es suficiente para detener la luz por completo, e inserté la unión en una segunda. Usando un multímetro, medí la resistencia a la oscuridad del LDR. Después de eso, tomé un potenciómetro de 47KOhm en serie con una resistencia de 1KOhm, lo conecté en serie con el LED y apliqué un suministro de 5V a este circuito. Al girar el potenciómetro estaba controlando la resistencia del LDR. Estaba cambiando de 4.1KOhm a 300Ohm.

Paso 3: Cálculo de los valores del dispositivo amplificador de RF y el circuito final

Quería tener una ganancia total del modulador AM ~ 1.5. He elegido una resistencia de colector (R1) 5.1KOhm. Entonces, necesitaría tener ~ 3KOhm para R0. Giré el potenciómetro hasta que medí este valor del LDR, desmonté el circuito y medí el valor del potenciómetro y la resistencia conectados en serie: era de alrededor de 35 KOhm. Decidí usar un dispositivo de valor de resistencia estándar de 33KOhm. A este valor, la resistencia LDR se convirtió en 2,88 KOhmios. Ahora había que definir los valores de las otras dos resistencias R2 y R3. Se utilizan para la polarización adecuada del amplificador. Para poder ajustar correctamente la polarización, primero se debe conocer la Beta (ganancia de corriente) del transistor Q1. He medido 118. Utilicé un dispositivo NPN BJT de silicio de baja potencia de uso común.

El siguiente paso es elegir el colector de corriente. He elegido que sea de 0,5 mA. Esto define que el voltaje de salida de CC del amplificador está cerca del valor medio del voltaje de suministro, lo que le permite la oscilación máxima de salida. El potencial de voltaje en el nodo colector se calcula mediante la fórmula:

Vc = Vdd- (Ic * R1) = 5V- (0.5mA * 5.1K) = 2.45V.

Con Beta = 118, la corriente base es Ib = Ic / Beta = 0.5mA / 118 = 4.24uA (donde Ic es la corriente del colector)

La corriente del emisor es la suma de ambas corrientes: Ie = 0.504mA

El potencial en el nodo emisor se calcula como: Ve = Ie * R0 = 0.504mA * 2.88KOhm = 1.45V

Para Vce permanece ~ 1V.

El potencial en la base se calcula como Vb = Vr0 + Vbe = 1.45V + 0.7V = 2.15V (aquí pongo Vbe = 0.7V - estándar para Si BJT. Para Ge es 0.6)

Para polarizar correctamente el amplificador, la corriente que fluye a través del divisor de resistencia debe ser veces mayor que la corriente de base. Elijo 10 veces. ….

De esta manera Ir2 = 9 * Ib = 9 * 4.24uA = 38.2uA

R2 = Vb / Ir2 ~ 56 KOhmios

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

No tenía estos valores en la billetera de myresistors, y he tomado R3 = 33Kohm, R2 = 27KOhm; su relación es la misma que la calculada.

Finalmente agregué un seguidor de fuente cargado con una resistencia de 1KOhm. Se utiliza para reducir la resistencia de salida del modulador AM y para aislar el transistor amplificador de la carga.

El circuito completo con seguidor de emisor agregado se presenta en la imagen de arriba.

Paso 4: tiempo de soldadura

Como PCB utilicé un trozo de tablero perforado.

Al principio he soldado el circuito de la fuente de alimentación basado en el regulador de voltaje 7805.

En la entrada puse un condensador de 47uF; cada valor más alto podría funcionar, en la salida puse un banco de condensadores (el mismo condensador que en la entrada + 100nF de cerámica). Después de eso, soldé el optoacoplador de fabricación propia y la resistencia de predisposición para el LED. He suministrado la placa y he vuelto a medir la resistencia del LDR.

Se puede ver en la imagen: es 2.88KOhm.

Paso 5: la soldadura continúa

Después de eso, he soldado todas las demás partes del modulador AM. Aquí puede ver los valores de CC medidos en el nodo colector.

La pequeña diferencia al comparar el valor calculado se debe a que el Vbe del transistor no está exactamente definido (tomado 700 en lugar de 670 mV), error en la medición Beta (medido por la corriente del colector 100uA, pero usado a 0.5mA - el BJT Beta depende de alguna manera en la corriente que pasa a través del dispositivo, los valores de las resistencias propagan errores … etc.

Para la entrada RF pongo un conector BNC. En la salida, soldé un trozo de cable coaxial delgado. Todos los cables los fijé al PCB con pegamento caliente.

Paso 6: Pruebas y conclusiones

He conectado ambos generadores de señal (vea la imagen de mi configuración). Para observar la señal he utilizado un osciloscopio de fabricación propia basado en el kit Jyetech DSO068. Es un bonito juguete, contiene también un generador de señales en su interior. (¡Qué redundancia - tengo 3 generadores de señal en mi escritorio!) Podría usar también esto, que describí en este instructivo, pero no lo tenía en casa en este momento.

El generador MAX038 que usé para la frecuencia de RF (el modulado), podría cambiar hasta 20 MHz. El XR2206 que utilicé con salida sinusoidal fija de baja frecuencia. Solo he cambiado la amplitud, lo que en consecuencia cambió la profundidad de la modulación.

Una captura de la pantalla del osciloscopio muestra una imagen de la señal AM observada en la salida del modulador.

Como conclusión, este modulador se puede utilizar para sintonizar diferentes etapas de AM. No es completamente lineal, pero para el ajuste de circuitos resonantes, esto no es tan importante. El modulador de AM también se puede utilizar para circuitos de FM de alguna manera diferente. Solo se aplica la frecuencia de RF del generador MAX038. La entrada de baja frecuencia se deja flotando. En este modo, el modulador funciona como amplificador de RF lineal.

El truco consiste en aplicar la señal de baja frecuencia en la entrada FM del generador MAX038. (entrada FADC del chip MAX038). De esta manera, el generador produce una señal de FM y solo es amplificada por el modulador de AM. Por supuesto, en esta configuración, si no se necesita amplificación, se puede omitir el modulador de AM.

Gracias por su atención.