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Ricevitore FM a conteggio di impulsi

Ho preso spunto da questo sito per il progetto di questo ricevitore.

Lo Schema

Ricevitore FM

(clicca per ingrandire)

Breve Descrizione Funzionale

Iniziamo col dire che questo non e’ un ricevitore a reazione ma una vera e propria super eterodina a conversione di frequenza ma che non necessita di trasformatori di accoppiamento tra gli stadi a media frequenza, e’ quindi di facile costruzione perche’ non richiede componenti difficili da reperire e non richiede nemmeno strumentazioni avanzate per la tarature e la messa a punto. E che una volta messa in funzione avra’ una resa audio paragonabile a quella di ricevitori FM moderni !

La prima valvola PCF82 e’ allo stesso tempo un amplificatore RF (parte triodo) e un oscillatore/mescolatore (parte pentodo). Questo tipo di oscillatore/mascolatore, che dalle domande che ho ricevuto sembra pochi conoscano, e’ chiamato “autodyne” o “free running oscillator”,  un circuito molto in voga negli anni 30, maggiori spiegazioni tecniche sul suo funzionamento si trovano su wikipedia

Questo tipo di oscillatore soffre di un piccolo problema di deriva della frequenza durante il periodo di riscaldamento della valvola, quando accendete il ricevitore a conteggio di impulsi e sintonizzate una stazione dovrete ritoccare piu’ volte la sintonia per alcuni minuti, ma una volta entrato in temperatura diventa veramente stabilissimo.

L’oscillatore produce un’onda sinusoidale relativamente pura tra 80 e 110 Mhz. Il segnale RF in ingresso viene miscelato con l’onda sinusoidale prodotta dall’oscillatore e produce una media frequenza (o IF) di circa 300 khz. Questo crea un problema di immagine, si sara’ in grado di ascoltare la stessa stazione due volte in due punti molto vicino della corsa del variabile di sintonia (stazione-oscillatore=300khz e oscillatore-stazione=300khz). Questo non e’ un problema in caso di stazioni distanziate, ma puo’ esserlo nel caso di stazioni vicine tra loro. Cerchero’ di risolvere questo problema in future versioni del ricevitore, ricordiamo comunque che e’ un progettino relativamente semplice ma anche in presenza di questo difetto la ricezione e’ veramente sorprendente e pulita.

L’uscita dell’oscillattore locale (pentodo PCF82) assomiglia a questo:

RFECF801out

Come mostrato dall’immagine la radio e’ sintonizzata su una stazione a circa 104Mhz. Si nota che l’onda sinusoidale e’ un po’ distorta sul fronte di discesa ma non sul fronte di salita. Questo e’ abbastanza normale quando una stazione viene sintonizzata. La sinusoide invece appare totalmente falsata quando nessuna stazione e’ sintonizzata.

In ogni caso la frequenza prodotta dalla miscelazione e’ di circa 300kHz. Perche’ 300kHz? Beh, questo e’ a causa del fatto che c’e’ bisogno di una larghezza di banda di 270kHz per ascoltare l’audio di una stazione FM senza distorsioni. Pertanto i successivi stadi sono limitati ad una banda di circa 300kHz. Tutte le altre frequenze sono filtrate. Il segnale FM a 300kHz e’ amplificato fino al clipping dalla prima e dalla seconda valvola EF183. La forma d’onda che sui forma in queste 2 valvole puo’ essere vista qui:

prima-if

seconda-if

Va detto che il segnale AF all’ingresso della prima EF183 e’ molto debole (qualche mVpp), in ingresso alla seconda e’ gia’ piu’ forte (circa 100 mVpp) ed infine in ingresso alla terza valvola EF80 e’ abbastanza grande (circa 5 Vpp). Se si guarda bene si puo’ notare che l’uscita della seconda EF183 tende gia’ al clipping, questo e’ normale e non e’ affatto un problema, in quanto l’informazione e’ lo spostamento di frequenza e non l’ampiezza del segnale, anzi piu’ il segnale e’ ritagliato e meglio e’, l’ideale sarebbe trovare un segnale che tende all’onda quadra.

La EF80 assieme alla EAA91 e il filtro successivo hanno il ruolo di demodulatore. La EF80 prende il segnale IF a 300kHz e lo differenzia. La differenziazione avviene polarizzando il tubo in un modo che rende facile la saturazione, le figure sotto mostrano il segnale impulsato all’uscita della EF80 e il confronto tra l’ingresso e l’uscita della stessa valvola. Si puo’ facilmente vedere che gli impulsi del segnale di uscita sono esattamente la’ dove inizia e finisce il fronte positivo dell’onda; questo comportamento e’ quello di un elemento di differenziazione.

diff1

diff2

La EAA91 poi elimina i picchi negativi del segnale impulsivo.

EAA91out

Il filtro successivo converte il segnale impulsato in un segnale audio. Il principio della conversione del segnale ad impulsi in un segnale audio e’ molto semplice: Un condensatore viene caricato da un diodo, molti impulsi producono una tensione elevata, meno impulsi producono una tensione piu’ bassa. Il condensatore poi si scarica sul potenziometro e questo e’ il motivo per cui il potenziometro deve essere di valore relativamente alto, altrimenti il filtro verrebbe sovraccaricato.

Questa spiegazione della demodulazione e’ un po’ semplice, la verita’ e’ leggermente piu’ complicata: Il segnale ritagliato all’ingresso della valvola differenziatrice contiene le seguenti informazioni: tra le molte frequenze formanti l’onda quadra il segnale contiene il vettore (circa 300kHz) e l’audio (0 – 20kHz). La stessa informazione e’ ancora contenuta nel segnale differenziato, ma la distanza delle frequenze audio e le frequenze che formano gli impulsi e’ considerevolmente grande. Pertanto passando questa miscela attraverso un filtro passa-basso con una frequenza di taglio di circa 30kHz si otterra’ un segnale audio piuttosto pulito.

Il mio montaggio

Ogniuno sara’ libero di interpretare il montaggio come meglio crede, io per mio personale divertimento ho voluto usare quasi esclusivamente materiale di recupero, quella roba che uno che ripara radio d’epoca ha sempre da parte ma non usa mai, nel mio schema appare addirittura l’uso di un’autotrasformatore per alimentare il circuito, in puro stile anni 50/60. Ovviamente questa soluzione richiede esperienza nel maneggiare le cose sotto tensione e richiede anche di inscatolare in modo ben isolato l’apparecchio se si desidera usarlo regolarmente, se lo avete a disposizione o se siete poco esperti consiglio caldamente di usare un trasformatore normale, con il primario isolato dai secondari. Per chi non avesse capito bene: il telaio e’ connesso a un capo della rete elettrica !

Ho usato solo valvole TV con i filamenti adatti all’accensione in serie, le EF183, EF80 e la EAA91 sebbene abbiano la sigla che inizia per E e non per P hanno la corrente di filamento a 300mA e da datasheet sono adatte all’uso in serie, quindi possono essere collegate tranquillamente in serie con le altre (PCF82, PCL86, PY82), per ottenere i 65volt che erano necessari per accendere i filamenti in serie delle valvole ho ribaltato l’autotrasformatore, ossia ho collegato a massa il filo che corrispondeva ai 220volt del cambio tensione e collegato lo 0 all’altro capo della presa elettrica, quindi il filo che corrispondeva ai 140volt del cambio tensione in questo modo diventa una presa a 80volt, poi ho posto in serie ai filamenti una resistenza da 47/50ohm (di adeguato wattaggio) dove cadono i 15volt di troppo e che funziona anche da protezione delle valvole impedendo un riscaldamento troppo rapido dei filamenti stessi.

Ovviamente se avete a disposizione un secondario a 6,3volt nessuno vieta di usare la ECF82 / ECL86 / EY82 al posto delle P, poste in parallelo a tutte le altre. Diciamo solo che le valvole P si trovano piu’ facilmente.

La tensione di alimentazione del circuito viene prelevata direttamente dal punto dove entra il capo della rete elettrica non a massa e mandata alla placca della PY82 per essere raddrizzata (se usate la PY82/EY82 e’ importante porre la resistenza da 120ohm in serie, per valvole diverse attenetevi ai datasheet delle stesse). Se avete un trasformatore isolato serve un secondario a circa 220volt. L’induttanza da 8H che appare a schema non e’ altro che un trasformatore audio SE che mi era venuto male, inutilizzabile in audio. Ho usato l’avvolgimento primario di questo trasformatore come induttanza. Ovviamente la sezione di alimentazione va adattata in base a cio’ che si ha a disposizione, basti sapere che: la finale audio tira 35mA di corrente a 240/250volt e il resto del circuito ha bisogno di altri 35mA con circa 200volt di tensione. Volendo potete usare anche solo un filtro CRC, senza induttanza, basta che lo calcoliate bene in modo da non avere ronzamenti in altoparlante.

Ho usato un vecchio telaio geloso svuotato come supporto per il montaggio del tutto, un condensatore variabile specifico per sezioni FM valvolari, se ne trovano anche di piu’ grossi multisezione, variabili che erano montati su radio OM/OC/FM, basta usare una sola delle sezioni piccole per l’FM.

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Bobine

La bobina di sintonia e’ una bobina in aria e consiste in 4 spire di rame da 1,5mm di spessore avvolte su un diametro di 10mm stirata a circa 15mm di lunghezza, le 2 bobine sopra e sotto il triodo della PCF82 sono comuni bobinette neosid (quelle blu col nucleotto di ferrite dentro). Anche la bobina sotto il pentodo della PCF82 da 1mH meglio se la trovate gia’ fatta, sempre su ferrite io non ce la avevo disponibile e ho stampato un supporto di plastica con la stampante 3D e poi ci ho avvolto del filo da 0,16 fino a raggiungere il valore che mi serviva, ma io sono matto, non fatelo 😀

L’antenna e’ una roba strana, ho preso una ferrite da radio AM, ci ho avvolto sopra 20 spire strette di filo di rame smaltato da 0,5mm, un capo a massa, una presa alla terza spira entra nel circuito il resto delle spire non va da nessuna parte, facendo prove poi ho visto che ricevevo bene le stazioni basse a quasi nulla quelle alte, ho quindi iniziato a tirare via una spira alla volta da quelle rimaste libere e vedevo che man mano la situazione in alto migliorava, trovato il punto di equilibrio dove riuscivo a ricevere tutta la gamma FM ho fermato il rame sulla ferrite con del tubo termorestringente. Scordatevi il classico pezzo di filo, con quello riceverete solo del gran fruscio e basta.

Il Mobile

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Note

Sono partito dallo schema presentato dal sito linkato a inizio pagina, ho copiato le foto dell’oscilloscopio (che riferiscono all’uso delle EF80 come IF, con le 183 le onde squadrano di piu’) e tradotto parte del suo testo sulla spiegazione funzionale del circuito. Rispetto la sua realizzazione ho apportato diverse modifiche: ho usato la PCF82 al posto della 80, con la 80 la ricezione e’ veramente molto poco sensibile e si ricevono quasi solo emittenti vicine o che arrivano con segnali molto forti. Nello schema originale usa le EF80 anche per i 2 stadi IF, ma come lui stesso spiega piu’ questi stadi guadagnano e squadrano l’onda, migliore sara’ l’audio demodulato, le EF183 guadagnano praticamente il doppio della EF80 (non ha importanza che sia a mu variabile, quindi si potrebbe usare anche la EF184) e di fatti mettendo le 183 ho ottenuto un sensibile miglioramento dell’audio di diverse stazioni che si ricevevano leggermente disturbate usando le EF80. Sono invece da evitare le EF85 perche’ guadagnano meno delle 80. Ho lasciato la EF80 finale perche’ la sua funzione era molto specifica.

Lui usa una ECF80 come finale audio, ma non e’ una valvola fatta per erogare potenza quindi o la si tira dannatamente per il collo torturandola a morte o ci si accontenta di un volume audio veramente scarso, la PCL86 era una scelta piu’ adatta ma si possono usare anche la 85 e la 82 o quello che vi pare se sapete calcolarvi uno stadio audio. Il trasformatore di uscita usato e’ stato recuperato da una radio che usava una EL84 come finale.

Ho omesso la seconda parte del filtro passa basso posto dopo la EAA91 che reputo inutile perche’ taglia troppo la gamma acuta dell’audio, incupendo il suono.

Quando avro’ avuto tempo di fare un mobiletto postero’ nuove foto.

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