L'ONDA ELETTRICA

BALUN E ANTENNE COASSIALI

Se vi interessate alle antenne a radiofrequenza vi interesserà forse sperimentare con le configurazioni proposte. In fig. 1 è riportato un balun che trasforma una linea sbilanciata in una linea bilanciata. E' necessario collegare un condensatore variabile, o un trimmer, tra due punti della calza nella parte terminale del coassiale come mostrato in figura. Sia la lunghezza del tratto coassiale interessato sia il valore del condensatore sono ottimizzati per la Banda Cittadina e cavo a 50Ω ma la regolazione non è critica e dovrebbe funzionare bene anche in altre frequenze. Il vantaggio di questo balun è quello di poter fornire un'alimentazione perfettamente bilanciata verso l'antenna compensando così qualsiasi sbilanciamento introdotto dalla topografia del terreno intorno all'antenna stessa. Un'altra interessante applicazione per questo tipo di balun è l'utilizzo come suddivisore di potenza: se si misura la potenza di uscita relativa alla massa (p.es. il punto freddo del condensatore), si troverà che la potenza può essere suddivisa tra i due rami semplicemente agendo sul condensatore. La relazione di fase non è stata investigata. La fig. 2 mostra un approccio più classico al problema: due sezioni a un quarto d'onda dello stesso tipo di cavo coassiale forniscono un'uscita bilanciata in maniera semplice e veloce ma occorre puntualizzare che questo tipo di balun funziona bene solo intorno alla frequenza per cui è stato progettato: non è un balun a larga banda. La lunghezza l  è uguale a (λ/4)xP dove λ è la lunghezza d'onda di funzionamento e P rappresenta il fattore di propagazione che dipende dal tipo di dielettrico con cui è costruito il cavo coassiale secondo la tabella seguente:

Il balun di fig. 2 è collegabile anche come in fig. 3. Infatti, i punti A e B sono allo stesso potenziale e possono essere collegati tra di loro. Dal punto di vista elettrico non cambia niente ma si presta per una costruzione meccanica più compatta che potrebbe tornare utile in certe circostanze. La prima applicazione vi permette di installare una antenna CB per automobili in qualunque altro posto senza il bisogno di avere il corpo metallico della macchina (fig. 4). La sezione verticale del cavo coassiale è cortocircuitata alla sua estremità. Potrebbe essere necessario regolare la lunghezza dello stilo una volta nella sua posizione finale; questo perché la distanza d deve essere sottratta dalla lunghezza totale dell'antenna a stilo.

La fig. 5 riporta la configurazione tipica. Sono indicate due differenti lunghezze: una vale per cavi e balun a 50Ω e l'altra vale per cavi e balun a 75Ω (vedi anche fig. 7). Questi ultimi  potrebbero tornare comodo come antenne riceventi per FM o come antenne TV fino alla banda UHF. Occorre puntualizzare che questi tipi di antenna sono a banda stretta e non si adattano a coprire una larga gamma di frequenze. Questo significa che se progettate l'antenna per un canale TV specifico, potreste anche avere delle prestazioni migliori di una Yagi ma darà risultati insoddisfacenti sugli altri canali. Una soluzione sarebbe quella di disadattare di proposito i vari elementi dell'antenna in modo da coprire una banda più ampia ma non sono stato in grado di giudicare la bontà di questa soluzione.

Se trovate che l'antenna sia troppo lunga per la frequenza in uso, potete sempre utilizzare la configurazione della fig. 6 che comprende una bobina inserita alla base dell'antenna. La bobina è formata da 17 spire con filo elettrico da 2mm su di un supporto da 17mm. Questi data sono validi per la banda dei 27Mhz e devono essere opportunamente scalati per altre frequenze. In tutti i casi, la porzione verticale del coassiale deve essere cortocircuitata alla sua estremità poiché funziona anche come adattatore di impedenza per il resto dell'antenna. L'installazione può essere verticale, come mostrato nei disegni, oppure orizzontale, in funzione dello spazio disponibili e di eventuali regolamenti.

Tutte le antenne menzionate sono state provate nella gamma dei 27Mhz con risultati soddisfacenti: le migliori prestazioni sono state ottenute dalla configurazione di fig. 5. E' stato misurato un guadagno compreso tra 6 e 9 dB ma lo strumento disponibile per le misure non era molto accurato e il numero potrebbe essere diverso. Come antenna ricevente è stata provata nella gamma FM , VHF e UHF: nel VHF è stato possibile vedere un canale che non si vedeva con una Yagi a 4 elementi; nella gamma UHF, la costruzione meccanica diventa critica a causa delle piccole dimensioni e la necessità di un'antenna  a larga banda può diventare un inconveniente insormontabile.

LAMPEGGIATORE A UN LED

Far lampeggiare un led non dovrebbe richiede un circuito complesso. Un transistor polarizzato inversamente funziona in maniera egregia. Il circuito "a" lampeggia due volte al secondo: se si cambia il valore della resistenza e/o del condensatore, si cambierà anche la frequenza di lampeggio. Anche la tensione di alimentazione influisce sulla sua frequenza. Si può utilizzare un BC337 al posto del 2N2222A; in questo caso, l'alimentazione può essere abbassata a 9V. Il circuito "b" da lo stesso risultato ma funziona direttamente dalla rete a 220V, quindi fate attenzione poiché il circuito è sempre sotto tensione e potrebbe risultare pericoloso se non si prendono i dovuti accorgimenti. Se si usa un BC337, allora la resistenza diventa di 390K. Lo zener non è essenziale per il funzionamento: è una misura di sicurezza che evita l'accumulo di tensione se il led viene disconnesso accidentalmente, quando viene riconnesso, il picco di corrente potrebbe distruggere sia il led che il transistor. Anche il condensatore potrebbe riportare danni permanenti.

TEMPORIZZATORE PER TEMPI LUNGHI

Con questo semplice circuito è possibile ottenere dei ritardi fino a 20 ore. Una massa permanente o l'assenza di segnale all'ingresso (trigger) farà partire il timer. Una massa si presenta all'uscita (Relay) dopo un tempo stabilito che dipende dalla connessione della base (X) del transistor con una delle uscite del contatore: la connessione con il punto C da un ritardo minimo di 1m 40s e massimo di 18m 30s. Connessione con il punto B produce un ritardo minimo di 13m 20s and massimo di 2h 28m. Connessione con il punto A da un ritardo minimo di 1h 47m and massimo di 20h. L'alimentazione è compresa tra 6 e 15V e ritardi più lunghi si possono avere incrementando il valore del condensatore fino a 10 volte con un ritardo globale che supera la settimana. Un positivo all'ingresso interrompe il ritardo e prepara il contatore per un nuovo ciclo. Regolare il potenziometro da 100K per il tempo richiesto. Il carico è tipicamente un relay ma qualsiasi carico con una corrente massima di 200 mA può essere collegato all'uscita. Anche se non molto originale, questo circuito può far risparmiare tempo se avete bisogno di costruirne uno. L'integrato è un contatore binario a 24 stadi tipo MC4521B della Fairchild, o in alternativa, si può utilizzare il tipo MC14521B della Motorola.

FREQUENZIMETRO DI RETE

La frequenza di rete è abbastanza stabile ed è improbabile che dobbiate misurarla ma se avete un generatore di emergenza potreste trovare utile questo circuito che vi dà un indicazione se il generatore sta andando troppo velocemente o troppo lentamente. In effetti la normale frequenza di rete è utilizzata per calibrare lo strumento per mezzo del potenziometro multigiro da 25K che viene regolato finché si legge 0. Gli strani valori dei componenti sono facilmente ottenibili utilizzando valori standard: 3777 è 3900 in parallelo con 120KΩ, 4020 è 3900 con 120 in serie, 570nF è 470nF con 100nF in parallelo e 400nF è 4 x 100nF in parallelo. I Componenti dovrebbero essere scelti per la loro stabilità e precisione: 1% di tolleranza sarebbe ideale ma 5% è accettabile purché i valori siano selezionati con un buon tester. I condensatori dovrebbero essere del tipo adatti alla connessione diretta alla rete e le resistenze dovrebbero avere un basso coefficiente termico dal momento che influenza negativamente il settaggio dello zero e cambia il responso dei filtri. Il condensatore da 100μF potrebbe essere, occasionalmente, polarizzato inversamente di 0,1-0,2V. Questo non provoca nessun problema anche perché il condensatore è dimensionato con generosità. Il funzionamento è semplice: collegarlo prima alla rete, attendere 4-5 minuti per permettere alle resistenze di raggiungere la temperatura di funzionamento, calibrarlo, e collegarlo quindi al generatore. Variazioni della tensione di alimentazione non cambiano il settaggio dello zero però renderà lo strumento più o meno sensibile: per esempio, una lettura di 51 Hz mostrerà 51,1 se vi è un aumento della tensione di alimentazione del 10%. Il fondo scala si ha con una deviazione di frequenza di circa +/- 2 Hz. Se desiderate un campo di +/- 3,5 Hz, tipico di un generatore a benzina, allora è sufficiente portare la resistenza da 2,2KΩ a 12KΩ.

ATTENZIONE! Questo circuito è direttamente connesso alla rete e dovrebbe essere assemblato in una scatola che eviti il diretto contatto con qualsiasi sua parte. Fare attenzione inoltre mentre si esegue la calibrazione dell'unità.

RELAY ELETTRONICO

Questo circuito può tornare utile in quelle applicazioni dove è richiesta velocità e assenza di rimbalzi dei contatti. Questa è in effetti la realizzazione pratica di un SCR con componenti discreti. La coppia complementare di media potenza è in grado di commutare correnti fino a 3A. Si può modificare il circuito per aumentare la corrente fino a 10A utilizzando transistor e diodi di potenza. La parte sinistra del circuito mostra un tipico circuito di pilotaggio. Il relay elettronico rimane nello stato di acceso o spento in funzione della direzione dell'impulso che attraversa il primario del trasformatore. Si può omettere il condensatore; in questo caso il circuito si comporta proprio come la bobina di un relay: quando si applica tensione il commutatore passa nello stato di conduzione e quando viene rimossa la tensione il commutatore passa allo stato di non conduzione. Lo svantaggio è che, in questo secondo caso, vi è una maggiore potenza dissipata nel circuito di pilotaggio e nella resistenza da 12Ω che deve essere dimensionata opportunamente. Il trasformatore a impulsi è ricuperato da una lampada elettronica al neon guasta. Il circuito di queste lampade contiene sempre uno di questi trasformatori. L'impedenza o resistenza più alta costituisce il primario mentre l'altro avvolgimento è il secondario. L'induttanza misurata al primario è di 680μH mentre al secondario è stata misurata un'induttanza di 47μH; la resistenza degli avvolgimenti è molto bassa: inferiore a 0,4Ω. L'ideale sarebbe un trasformatore a impulsi con due secondari in modo da pilotare entrambi i transistor ma si ottengono gli stessi risultati se si pilota uno solo dei transistor. Il circuito ha le sue limitazioni: vi è una caduta di tensione ai capi del commutatore compresa tra 0,7 e 1V, questo potrebbe essere non accettabile nelle applicazioni dove vi sono basse tensioni di alimentazione; funziona solo con circuiti in corrente continua e vi è una corrente minima di funzionamento, 12mA in questo circuito, sotto la quale il commutatore ritorna nello stato di non conduzione. Naturalmente si può modificare il circuito per avere solo pochi μA utilizzando transistor di bassa potenza.

OSCILLATORI AUDIO SEMPLICI

Per generare un suono non occorrono circuiti complessi. Con soli tre componenti si possono costruire dei semplici cicalini. Il primo utilizza una capsula telefonica magnetica prelevata da un vecchio telefono in disuso. Queste sono capsule magnetiche che si possono riciclare per realizzare dei semplici oscillatori audio. La frequenza di funzionamento è di circa 1800 Hz e cambiando il condensatore si può variare la frequenza di funzionamento. Il secondo circuito utilizza la capacità intrinseca delle capsule piezoelettriche. La frequenza di funzionamento è di 800 Hz ed il consumo è veramente limitato. La tensione di funzionamento è di 9,5 - 20V per il circuito con la capsula piezoelettrica e 8 - 16V per l'altro circuito. Non vi aspettate un suono forte: il livello sonoro è abbastanza limitato come lo è il consumo ed è adatto per segnalazioni sonore su apparati portatili e dovunque sia necessario avere una sorgente sonora con un numero limitato di componenti. Non tutti i transistor oscillano: occorre usare il tipo specificato anche se ho trovato che il BC109 e 2N2222A funzionano altrettanto bene anche se occorre cambiare leggermente la tensione di alimentazione.

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