Модулятор AM - оптический подход: 6 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Несколько месяцев назад я купил этот комплект радиоприемника DIY AM от Banggood. Я его собрал. (Как это сделать, я собирался описать в отдельном руководстве) Даже без какой-либо настройки можно было поймать некоторые радиостанции, но я попытался достичь максимальной производительности, настроив резонансные контуры. Радио играло лучше и принимало больше станций, но частоты принимающих станций, показанные колесом переменного конденсатора, не соответствовали их реальному значению. Я обнаружил, что даже ресивер работает, он не настроен на правильные настройки. Возможно, у него другая промежуточная частота вместо стандартных 455 кГц. Я решил сделать простой генератор AM-частоты, чтобы правильно настроить все резонансные контуры. Схемы таких генераторов можно найти в Интернете. Большинство из них содержат некоторые внутренние генераторы со встроенными различным количеством переключаемых катушек или конденсаторов, ВЧ (радиочастотные) смесители и другие различные радиосхемы. Я решил пойти более простым путем - использовать простой модулятор AM и в качестве входа применять сигналы, генерируемые двумя внешними генераторами сигналов, которые у меня были в наличии. Первый основан на микросхеме MAX038. Я написал об этом инструкцию. Я хотел использовать это как источник радиочастоты. Второй генератор, используемый в этом проекте, также представляет собой самодельный комплект на базе микросхемы XR2206. Паяется очень легко и отлично работает. Другой хорошей альтернативой может быть это. Я использовал его как генератор низкой частоты. Он давал модулирующий сигнал AM.

Шаг 1: Принцип работы

Опять же… - В Интернете можно найти множество схем модуляторов AM, но я хотел использовать какой-то новый подход - моя идея заключалась в том, чтобы как-то модулировать усиление однокаскадного ВЧ усилителя. В качестве базовой схемы я взял одноступенчатый усилитель с общим эмиттером с эмиттерным вырождением. Схема усилителя представлена на картинке. Его выигрыш можно представить в виде:

А = -R1 / R0

- знак «-» ставится для обозначения инверсии полярности сигнала, но в нашем случае это не имеет значения. Чтобы изменить коэффициент усиления усилителя и, таким образом, вызвать амплитудную модуляцию, я решил модулировать номинал резистора в цепи эмиттера R0. Уменьшение его значения увеличит усиление и наоборот. Чтобы иметь возможность регулировать его значение, я решил использовать LDR (светозависимый резистор) в сочетании с белым светодиодом.

Шаг 2: Самодельная Iptocoupler

Чтобы объединить оба устройства в одну деталь, Я использовал термоусадочную трубку черного цвета, чтобы изолировать светочувствительный резистор от окружающего света. Кроме того, я обнаружил, что даже одного слоя пластиковой трубки недостаточно, чтобы полностью остановить свет, и вставил соединение во вторую. С помощью мультиметра я измерил сопротивление LDR в темноте. После этого я взял потенциометр 47 кОм последовательно с резистором 1 кОм, подключил его последовательно со светодиодом и подал напряжение 5 В. Поворачивая потенциометр, я контролировал сопротивление LDR. Оно менялось с 4,1 кОм на 300 Ом.

Шаг 3: Расчет значений устройства РЧ-усилителя и окончательной схемы

Я хотел получить суммарный коэффициент усиления AM модулятора ~ 1,5. Я выбрал коллекторный резистор (R1) 5,1 кОм. Тогда мне понадобится ~ 3 кОм для R0. Я поворачивал потенциометр, пока не измерил это значение LDR, я разобрал схему и измерил значение последовательно подключенных потенциометра и резистора - оно составило около 35 кОм. Я решил использовать стандартный резистор номиналом 33 кОм. При этом значении сопротивление LDR составило 2,88 кОм. Теперь необходимо определить значения двух других резисторов R2 и R3. Они используются для правильного смещения усилителя. Чтобы установить правильное смещение, сначала необходимо знать бета (коэффициент усиления по току) транзистора Q1. Я измерил, чтобы быть 118. Я использовал маломощное кремниевое устройство NPN BJT общего назначения.

Следующим шагом я должен выбрать ток коллектора. Я выбрал 0,5 мА. Это определяет, что выходное напряжение постоянного тока усилителя должно быть близко к среднему значению напряжения питания, что обеспечивает максимальный размах выходного сигнала. Потенциал напряжения на коллекторном узле рассчитывается по формуле:

Vc = Vdd- (Ic * R1) = 5 В- (0,5 мА * 5,1 К) = 2,45 В.

При Beta = 118 базовый ток равен Ib = Ic / Beta = 0,5 мА / 118 = 4,24 мкА (где Ic - ток коллектора).

Ток эмиттера складывается из обоих токов: Ie = 0,504 мА.

Потенциал на эмиттерном узле рассчитывается как: Ve = Ie * R0 = 0,504 мА * 2,88 кОм = 1,45 В

Для Vce остается ~ 1V.

Потенциал на базе рассчитывается как Vb = Vr0 + Vbe = 1,45 В + 0,7 В = 2,15 В (здесь я положил Vbe = 0,7 В - стандарт для Si BJT. Для Ge это 0,6).

Для правильного смещения усилителя ток, протекающий через резисторный делитель, должен быть в разы выше, чем ток базы. Выбираю 10 раз. ….

Таким образом, Ir2 = 9 * Ib = 9 * 4,24 мкА = 38,2 мкА

R2 = Vb / Ir2 ~ 56 кОм

R3 = (Vdd-Vb) / Ir3 ~ 68 кОм.

У меня не было этих значений в кошельке myresistors, и я взял R3 = 33 кОм, R2 = 27 кОм - их соотношение такое же, как рассчитанное.

Наконец, я добавил повторитель источника с резистором 1 кОм. Он используется для уменьшения выходного сопротивления модулятора AM и изоляции транзистора усилителя от нагрузки.

Вся схема с добавленным эмиттерным повторителем представлена на картинке выше.

Шаг 4: время пайки

В качестве печатной платы я использовал кусок перфокартона.

Сначала распаял схему питания на базе регулятора напряжения 7805.

На входе я поставил конденсатор 47uF - могло работать любое большее значение, на выходе я поставил конденсаторную батарею (тот же конденсатор, что и на входе + керамический 100nF). После этого я припаял самодельную оптопару и резистор предварительного смещения светодиода. Я поставил плату и снова измерил сопротивление LDR.

Это видно на картинке - это 2,88 кОм.

Шаг 5: пайка продолжается

После этого я спаял все остальные части модулятора AM. Здесь вы можете увидеть измеренные значения постоянного тока в узле коллектора.

Небольшая разница при сравнении расчетного значения вызвана не совсем точно определенным Vbe транзистора (взято 700 вместо измеренного 670 мВ), ошибкой измерения бета (измеряется током коллектора 100 мкА, но используется при 0,5 мА - бета BJT каким-то образом зависит от тока, протекающего через устройство; ошибки разброса значений резисторов и т. д.

Для входа RF поставил разъем BNC. На выходе припаял кусок тонкого коаксиального кабеля. Все кабели я прикрепил к печатной плате горячим клеем.

Шаг 6: Тестирование и выводы

Я подключил оба генератора сигналов (см. Картинку моей установки). Для наблюдения сигнала я использовал самодельный осциллограф на базе комплекта Jyetech DSO068. Это красивая игрушка - внутри есть еще и генератор сигналов. (Такая избыточность - у меня на столе 3 генератора сигналов!) Я мог бы использовать и этот, который я описал в этой инструкции, но в данный момент у меня его не было дома.

Генератор MAX038, который я использовал для радиочастоты (модулированной) - я мог изменять до 20 МГц. Я использовал XR2206 с фиксированным низкочастотным синусоидальным выходом. Я изменил только амплитуду, что в результате изменило глубину модуляции.

Снимок экрана осциллографа показывает изображение AM-сигнала, наблюдаемого на выходе модулятора.

В заключение - модулятор можно использовать для настройки различных каскадов АМ. Он не полностью линейный, но для настройки резонансных цепей это не так важно. АМ-модулятор можно использовать и для ЧМ-цепей по-другому. Применяется только ВЧ-частота от генератора MAX038. Низкочастотный вход остается плавающим. В этом режиме модулятор работает как линейный усилитель ВЧ.

Хитрость заключается в том, чтобы подать низкочастотный сигнал на вход FM генератора MAX038. (входной FADC микросхемы MAX038). Таким образом, генератор вырабатывает ЧМ-сигнал, который усиливается только АМ-модулятором. Конечно, в этой конфигурации, если усиление не требуется, модулятор AM можно не устанавливать.

Спасибо за Ваше внимание.