TRASMETTITORE AM 25MHz 2W



Questo progetto è nato dall'esigenza di non rimanere isolato nella mia cantina adibita a laboratorio  dove mi intrattengo spesso per  realizzare i lavori  presenti in questo sito; infatti essa si trova nei sotterranei di un box auto dove non c'è campo per i cellulari e quindi sono irreperibile per tutto il tempo (molto) in cui  ci rimango. Mia moglie si lamentava per una simile situazione e mi ha pregato (minacciato?)  di trovare un modo affinché ella potesse comunicare con me per cose importanti. La mia casa dista circa 2Km dalla cantina, ho provato ad usare due walkie talkie ma il segnale era bassissimo e rumoroso inoltre se chiudevo la porta di metallo svaniva quasi del tutto. Allora ho progettato un trasmettitore a 25MHz da un paio di watt sufficienti, a questa frequenza, per  superare facilmente barriere  in metallo o in muratura e l'ho poi alloggiato in camera da letto collegandolo ad un'antenna lunga 1/2 onda sistemata su di un largo armadio.
Ho solo necessità  di ricevere dato che se devo chiamare qualcuno o mia moglie mi comunica che devo chiamarla di urgenza,  esco dalla cantina salgo la rampa e appena c'è il segnale il cellulare torna ad essere attivo.
Il ricevitore che ho usato per tale scopo è un XHDATA D-808, sensibile, selettivo, piccolo ed economico.



 SEZIONE FINALE


Il transistor finale T2 funziona in classe C, la tensione presente sul  collettore è 12V (VC) ed è impostata dal partitore R7-R8 e dal darlington T3 il quale, come vedremo, serve anche a modulare il collettore di T2, la base di quest'ultimo è tenuta a zero volt (DC) dalla RFC TR2, in presenza di segnale RF il condensatore  C6 assieme al diodo base-emettitore di T2 serve a fissare il segnale in modo che esso possa presentare un valor medio negativo condizione necessaria affinché il transistor funzioni in classe C.
La RFC TR3 assieme a C12 serve per evitare che il segnale a RF, presente sul collettore di T2, alimenti l'emettitore di  T3.
Il gruppo C13-C11-C14-L2  non serve per adattare l'impedenza di uscita del transistor al carico per il massimo trasferimento di potenza ma serve a trasformare la resistenza del carico (50 ohm) in  una certa resistenza corrispondente alla massima potenza prescelta da erogare  al carico stesso.
Per il progetto del solo finale ho usato  poche formule  il resto sono  state misurazioni eseguite il laboratorio per determinare i vari parametri  e verificare che non avrebbero mai superato  i  limiti massimi  ammessi dal BJT, questi ultimi sono elencati nella figura sottostante (ho usato il BLY33):

Il finale l'ho fatto lavorare nella condizione lievemente "over saturated" per avere un maggior controllo da parte del segnale audio in fase di modulazione AM, in queste condizioni sul collettore è presente una tensione le cui escursioni vanno dalla saturazione (leggermente spinta) all'interdizione (2*Vc = 24V), vedi la figura seguente:



Per ottenere il suddetto risultato ho avvolto sempre più spire sul secondario di TR1 fino a quando il livello del segnale visualizzato sull'oscilloscopio ha iniziato ad appiattirsi nella parte bassa dell'onda (usare possibilmente, per questo tipo di misure, una sonda X100). Una volta raggiunta questa situazione ho misurato la tensione inversa sulla base, la semionda negativa (quando la giunzione base-emettitore è polarizzata inversamente)  è risultata essere -3V  un volt inferiore di quella massima che può sopportare il transistor (VEBO = 4V), quindi possiamo essere tranquilli.

Sempre in merito alla tensione di collettore devo aggiungere che in presenza di modulazione al 100%  il livello di picco del segnale cresce da 24V a 36V (24 + 12 = 36V dove 12V è il valore di picco del segnale audio).
La tabella dei limiti del transistor riporta due valori di tensione massima sopportabile da esso:

VCEO =  33V con la base aperta
VCESM = 66 con base in corto circuito

In questo circuito la base non è aperta e neppure in corto circuito (per i segnali variabili), quindi il limite si trova tra i due valori, tenendo conto di questo e  che la tensione modulata supera di appena 3V la VCEO possiamo stare tranquilli.

Il segnale sinusoidale presente sul carico  avrà un picco pari a VC (12V), trascurando la tensione di saturazione per avere una potenza (Pu)  di 2W su 50 ohm la giusta resistenza  che deve vedere T2  è:

R_giusta = VC^2 / (2 * Pu) 12^2 / (2*2) = 36 ohm

Ora occorre trasformare  i 50 ohm in  36 ohm, per fare questo ho usato il Diagramma di Smith, la  figura seguente è eloquente in merito (notare che per avere un Q alto e per avere maggiore possibilità di regolazione ho fatto un giro apparentemente inutile per congiungere i 50 ohm con i 36 ohm):

Per C11 e C13 ho utilizzato due trimmer capacitivi per l'aggiustamento, mediante un rosmetro-watmetro essi  dovranno essere regolati per avere una   potenza di 2 W  su un carico di 50 ohm come nella figura seguente:



Le misure che ho effettuato in laboratorio hanno riportato i seguenti valori:

Potenza in uscita = 2W su 50 ohm
Corrente assorbita  (solo il finale) = 0.205 A

Da quest'ultima misura posso ricavare il rendimento dell'amplificatore:

Rendimento = Potenza di uscita / Potenza assorbita = 2 / (12 * 0.205) * 100 = 81 %

Quindi la potenza dissipata nel transistor è:

Potenza dissipata  in T2 = Potenza assorbita - potenza di uscita = 12 * 0.205 - 2 = 0.46 W

Il dissipatore che vedete in figura è più che sufficiente per dissipare questa piccola potenza, la temperatura del case di T2 che ho misurato a regime è di solo 50 C°, tenendo conto che il data sheet riporta una potenza massima dissipabile di 1.6 W con TC = 50C° (che peraltro è riferita a frequenze minori di 1MHz) possiamo stare tranquilli.

Dal grafico seguente  ricavo l'angolo di circolazione, esso  è circa 170°:



Dal grafico seguente ricavo  il rapporto tra  la corrente di picco assorbita dal  carico e quella di picco circolante nel collettore, esso è circa  0.48.



La corrente di picco del carico è:

Iu_max = Vu_picco (Vc)  / R_giusta = 12 / 36 = 0.33A

Dai due dati precedenti mi calcolo la corrente di picco del collettore:

Ia_max = Iu_max / 0.48 = 0.33 / 0.48 = 0.68A

Dalla  tabella relativa ai limiti del transistor si nota che per frequenze maggiori di 1MHz esso può sopportare picchi di 1.5A, anche nel caso della corrente possiamo quindi stare tranquilli.

T3, al contrario di T2, scalda molto, per lui bisogna usare un'aletta di raffreddamento per TO220 come è visibile in figura.

SEZIONE AUDIO

Lo schema della sezione audio è rappresentato nella seguente figura:


Per poter modulare il finale ho usato un microfono del tipo di quelli  che vengono usati per Arduino:



Il suo livello di uscita, parlando normalmente ad una distanza di 20 cm, è di circa 80mVpp. Per poter modulare il finale al 100% occorrono 24Vpp per alimentare la base di T3, questi vengono forniti dalla catena di amplificazione composta dalle due sezioni di IC1 in particolare il guadagno è impostato da R15-R14 per IC1A e da R19-R18 per IC1B, in totale 361 volte (51.15dB), i condensatori C22 e C20 servono a disaccoppiare la continua dato che l'operazionale lavora con tensione singola. La banda passante della catena va da 300Hz a 8KHz a -3dB, il taglio alto è imposto dalla rete R19-C21 mentre quello basso è imposto da tutti i condensatori da 1u escluso C23. Il diodo D1 zener assieme a R9 regola  la tensione a 5.6V per poter alimentare il microfono, C16 serve a cortocircuitare il rumore generato dal diodo zener. Molta importanza ha la rete R10-C18, essa evita che il segnale a RF viaggi sul percorso audio provocando dei comportamenti anomali dell'operazionale IC1, quest'ultimo, inoltre, deve essere necessariamente un rail-to-rail.
Il risultato della modulazione è rappresentato nella seguente figura (segnale prelevato sul carico da 50 ohm):



Tensione sul collettore di T2:



SEZIONE OSCILLATORE

Per questa sezione invito il lettore a visitare la seguente pagina: oscillatore 25MHz dove il funzionamento dell'oscillatore  è spiegato in maniera dettagliata.

Qui tutti i file necessari per la  realizzazione dello stampato. L'immagine della scheda e' stata salvata con una risoluzione di 600 d.p.i. Ricordatevi di fare i ponticelli di colore rosso sul lato componenti.

Spero che a qualcuno sia piaciuto il mio lavoro.
Ciao
Fabio