Introducció i motivació
El propòsit d’aquesta instrucció és demostrar com dissenyar i construir un circuit ressonador que ens permetrà sintonitzar una freqüència de ràdio AM determinada. També discutirem breument com es transmeten les freqüències de ràdio i com funciona la modulació d’amplitud (AM).
Equips i materials
A continuació es detallen els materials necessaris per construir i provar aquest circuit.
- Taula de pa
- Oscil·loscopi
- Generador de funcions
- Font d'alimentació
- Condensador variable
- Inductor: una vareta i una bobina; es pot fer a mà
- Antena de ràdio AM (opcional)
- Vareta d'acer
- Cable, cables magnètics
- Ràdio comercial: per provar
Un consell abans de començar:
Utilitzeu una ràdio comercial (que ja saps que funciona) per provar el vostre espai de treball per assegurar-vos que podreu recollir el senyal de ràdio AM. Alguns edificis estan aïllats AM i bloquegen les senyals AM fins i tot per a ràdios comercials. Potser també voldreu prendre nota de quines emissores de ràdio semblen més fortes a la vostra ubicació si voleu obtenir la millor oportunitat.
Subministraments:
Pas 1: Dissenyar el ressonador
Dissenyar el ressonador
El ressonador és un filtre de pas de banda que filtra les freqüències fora d'algun rang centrat en la seva característica freqüència de ressonància. Un filtre de pas de banda està format per un inductor i un condensador en paral·lel. La freqüència de ressonància (en Hertz) del filtre serà
on L és la inductància de l'inductor a Henries i C és la capacitat del condensador a Farads. (Per obtenir més informació sobre els circuits de filtre, mireu això).
Les freqüències dels senyals de ràdio AM oscil·len entre els 500 kHz i els 1600 kHz. Idealment, per poder accedir a aquest ampli rang de freqüències AM, necessitareu un condensador variable amb un rang prou ampli per donar una freqüència de ressonància d’uns 500 kHz amb la major capacitat i una freqüència d’uns 1600 kHz a la seva capacitat mínima per a inductància L . Els condensadors variables són més difícils d’aconseguir que els inductors, per la qual cosa probablement serà més pràctic trobar un condensador variable decent i després fer un inductor d’una inductància adequada.
Important: tingueu en compte que qualsevol element del vostre circuit probablement aportarà certa inductància o capacitat, de manera que els vostres càlculs no seran perfectes. És aconsellable tractar de cobrir un rang més ampli de freqüències que el que sembla necessari, per permetre algun marge d’error.
Si trieu utilitzar una antena AM externa, contribuirà a una inductància significativa al vostre circuit ressonador. Penseu en col·locar l’antena en paral·lel amb l’inductor dedicat si preferiu errar al costat de tenir una inductància menor i en sèrie amb l’inductor si preferiu tenir una inductància més gran. Tingueu en compte que utilitzar una antena externa no és necessària, ja que un inductor de barres i bobines actuarà com una antena. Si no utilitzeu una antena externa, haureu d’assegurar-vos de tenir un inductor de barres i bobines.
Si podeu mesurar la inductància de l’antena, tingueu en compte que els inductors en sèrie s’afegeixen com a
i s’afegeixen inductors paral·lels com
Pas 2: Fer un inductor
Fer un inductor
Fer el vostre propi inductor pot ser tan simple com embolicar filferro al voltant d'una vareta. No obstant això, és important calcular el nombre de voltes de filferro que es necessiten tenint en compte les amplades del cable i la vareta, el material de la seva vareta i la seva inductància desitjada. Aquest lloc web és útil per calcular la inductància d'una bobina de filferro donat els ràdios de filferro i vareta, la permeabilitat relativa del material de la vareta i el nombre de girs del cable a la bobina. La relativa permeabilitat del material de la vostra vareta és bastant senzilla de cercar. Els valors comuns de permeabilitat relativa poden oscil·lar entre aproximadament 1 per a aire, fusta i alumini fins a 100 per a l'acer i fins a aproximadament 640 per a ferrita.
Tot i que fer una bobina amb menys torns sembla temptador per estalviar-vos una mica de feina, tingueu en compte que tenir més girs a la bobina permet un marge d’error molt més gran.
Pas 3: Simulació d’una estació de ràdio
Simulació d’una estació de ràdio
Com que és tan difícil saber exactament quina és la inductància i la capacitat del circuit ressonador, pot ser molt útil ajustar el ressonador a un senyal fort i clar de freqüència coneguda. Per sort, això no és difícil de fer amb un generador de funcions, i això us permetrà controlar la freqüència de la vostra pròpia emissora de ràdio simulada.
En primer lloc, haureu d’embolicar uns quants girs de filferro al voltant d’una vareta d’acer. Per a això no hauria de tenir importància el nombre de voltes de filferro o les mides de la vareta i el filferro, ja que el propòsit d’aquesta bobina és simplement produir un camp magnètic que l’antena ha de recollir (ja sigui l’inductor de la vareta i la bobina realitzats a la pas anterior o antena externa, si la utilitzeu). Connecteu els extrems de la bobina a la sortida del vostre generador de funcions i configureu la sortida del generador de funcions com la freqüència de l’emissora de ràdio que voleu intentar recollir. El voltatge que varia de temps del generador de funcions farà que un corrent variable de temps travessi la bobina de filferro, que al seu torn produirà un camp magnètic variable. Aquest camp magnètic serà recollit per l’antena i interpretat com una freqüència de ràdio.
Pas 4: sintonització a una estació de ràdio simulada
Ajust a una estació de ràdio simulada
Ara que heu creat la vostra pròpia emissora de ràdio, poseu la bobina a prop de l’antena per assegurar-vos que el vostre senyal serà forta i clara. Mireu la sortida del ressonador en un oscil·loscopi. El senyal de la bobina hauria de ser bastant òbvia, però intenteu ajustar la capacitat del condensador variable per veure si podeu notar una diferència. Quan estigueu segur que allò que veieu és el senyal de la vostra emissora de ràdio simulada, ajusteu el condensador variable fins que el senyal que veieu sembli estar al màxim. Aquesta configuració hauria de ser la capacitat ideal per recollir un senyal de ràdio de la freqüència establerta pel generador de funcions.
Pas 5: Ajust a una senyal AM real
Ajust a una senyal AM real
Un cop hagueu trobat la configuració que voleu utilitzar per recollir la freqüència desitjada, desactiveu el generador de funcions. El ressonador s’hauria de configurar per recollir els senyals de ràdio d’aquesta freqüència, però és possible que vulgueu fer una mica de sintonització amb el vostre condensador per assegurar-vos que esteu recollint la freqüència de ràdio el millor que pugueu.
Tingueu en compte que el senyal que esteu recollint no és el senyal d’àudio, és a dir, no es pot portar aquesta sortida a un altaveu i espera escoltar l’emissió de ràdio. Els senyals de ràdio AM són modulats per amplitud, de manera que el senyal d'àudio es modula sobre una ona portadora (vegeu la il·lustració següent).
En una pantalla d’oscil·loscopi, un senyal modulat per amplitud pot semblar així:
Per obtenir el senyal d’àudio, és necessari construir un demodulador per demodular el senyal AM, però aquest és un tema per a un altre dia.
