OSCILLATORE A CRISTALLO DI QUARZO RIFERIMENTI GENERALITA Genere DATA Generalità Note Distribuzione RADIO 12 OSC X CORSO Per chi vuole cimentarsi nella costruzione pratica di qualche circuito ecco una breve guida per la realizzazione di un oscillatore a cristallo di quarzo, un componente base di tutte le apparecchiature in uso oggi. Lo scopo è acquisire una minima esperienza personale nei circuiti elettronici per dare significato pratico ai numerosi quiz ed alle leggi che vanno imparate per superare l esame. Alla fiera di Friedrichshafen una simile costruzione viene proposta ai bambini cui si procurano tutti i componenti. Qui si lascia al costruttore l onere di procurarsi i componenti (che sono molto comuni). Ovviamente chi non ha voglia di farlo non se ne faccia un cruccio: diventerà sicuramente un bravo DX er. I radioamatori realmente interessati alla radiotecnica non sono molti rispetto al totale. E quindi mossi da reale passione gli interessati non avranno difficoltà, oltre al supporto da parte della sezione A.R.I. di Vinci. Qui non ci sono formule o calcoli, i circuiti costruiti saranno poi provati e commentati in sezione durante il corso. I circuiti sono diversi ma equivalenti per permettere l uso di componenti comuni a disposizione. USO DELLA BREADBOARD La breadboard è un oggetto comodissimo in laboratorio perché permette di sperimentare dal vero semplici prototipi di circuito, evitando l uso del saldatore. E questo è un grande vantaggio. Nonostante ciò, vedo che è poco popolare forse perché non ben compresa. Ogni riga numerata (p.es. 20 nella foto) consiste in cinque fori collegati insieme, più altri 5 a destra della scanalatura. Le righe verticali sono usate per l alimentazione. Ogni foro ha all interno un contatto a molla che trattiene il filo. Infilando il filo di un componente nel foro di una riga posso collegarlo ad altri 4 componenti, oppure usando un filo collegare altre righe ed espandere il circuito. L alimentazione è collegata ad uno qualsiasi dei punti delle righe verticali, come pure la massa o negativo, e con piccoli spezzoni di filo si collega alle isole dove serve. Controindicazioni? La più importante è che tra le isole c è una discreta capacità, che se non tenuta in considerazione può creare difficoltà. Ho misurato anche 10 o 15 pf tra un isola e la sua adiacente, dipende dal modello e dal costruttore. Altra nota è la corrente: preso da euforia tempo fa ho provato il circuito di potenza di un alimentatore e si è sciolto tutto nei dintorni dei conduttori interessati da forte corrente. Ma per il resto è OK! ALIMENTAZIONE I più sperimentatori certo avranno un alimentatore regolabile con display di corrente e tensione. È molto comune invece avere un alimentatore da 12V (13.5 o 13.7) che serve per alimentare i ricetrasmettitori, anche CB. Anche una batteria di quelle da allarmi va bene. Per alimentare i circuiti in prova è spesso necessario usare una tensione più bassa, per tanti motivi. Alcuni integrati non sopportano tensioni elevate, e la tensione delle pile in commercio può essere tra 4.5, 3, 6 o 9 1 di 5, 25/11/12
Volt tipicamente. Io mi sono standardizzato da tempo a 8.2 Volt perché è leggermente inferiore a 9 (tensione di alcune pile) e perché ci sono comodi circuiti integrati regolatori pronti all uso. Anche qui è possibile far da se il necessario per gli esperimenti. È un circuito semplicissimo, che in teoria richiederebbe solo il circuito integrato. (a sinistra il 12V, a destra il carico con 8V costanti). I condensatori (che sono in più ai filtri del rettificatore) ci vogliono per evitare in rari casi auto oscillazioni e uscita rumorosa, vanno collegati molto vicini al circuito integrato. I due diodi servono solo per sicurezza, nei possibili casi di tensione presente in uscita e non in ingresso oppure uscita collegata per errore a tensione con polarità opposta. In effetti mi son dimenticato che ci vorrebbe anche un diodo in ingresso per proteggere da polarità a rovescio (nel caso che invece di un trasformatore con rettificatore si usi un alimentatore esterno. Il led indica presenza tensione ed è solo per praticità. Tutto sta montato in un piastrino piccolo a piacere di circuito stampato, anche a pallini. OSCILLATORE A 3.686 MHZ (80 METRI) CON AF117 La prima scelta cade su un oscillatore a transistor al germanio, sicuramente nel cassetto ce n è qualcuno magari recuperato da una vecchia radiolina. È il cilindro argento nella foto a destra. Si chiama AF117, ma è equivalente ad altri come AF124 AF125 AF126 AF127 SFT316 etc., anche se hanno il contenitore leggermente diverso. Sono transistor (BJT bipolar junction transistor) con polarità PNP, notare il collettore che va a terra, al negativo alimentazione. Non segnato sullo schema c è il collegamento tra il contenitore del BJT e terra. Non ci sono circuiti accordati in questo schema, l induttanza RFC (quella blu) serve per non caricare l emitter con la sola resistenza da 470 che è di polarizzazione. In effetti togliendo l induttanza si ottengono forme d onda un po più lontane dalla sinusoide in uscita, provare. Senza quarzo il circuito non oscilla e questo è bene. Si possono misurare così le tensioni di polarizzazione. Base = 6.07V, Emitter = 6.36V. Notare che tra E e B ci sono circa 0.3 Volt. Senza oscillare consuma 11 ma e in oscillazione senza carico 16.5 ma. Le tre figure sotto si riferiscono a misure con oscilloscopio su base, emitter e quarzo rispettivamente. Ho provato con diversi esemplari di transistor e il circuito è ripetibile. Però quando lo ho montato su circuito 2 di 5, 25/11/12
stampato ho scoperto che oscilla a 4053 invece che a 3686. Stavolta le capacità parassite della piastra di prova hanno giocato uno scherzo, in quanto sul circuito saldato esse non ci sono più. Dopo qualche tentativo trovo che con 10 pf dalla base a terra (che circa sono quelli che mancano dalle prove sulla bread-board) il tutto va: parte subito alla sua frequenza. Nello schema il condensatore da 10 pf è colorato di rosso. Per poterlo utilizzare in pratica è meglio montare il circuito su una piastra di vetronite con foratura standard per integrati. Certo, chi vuole si può anche fare il circuito stampato. Ma in genere il tempo impiegato per disegnare, incidere, etc. è lo stesso o superiore a quello per eseguire con il saldatore l unico esemplare di cui si ha bisogno. Senza contare che poi qualche aggiustamento è necessario, cosa che richiederebbe di rifare il circuito stampato: se si dovessero costruire molti esemplari allora varrebbe la pena. Sulle mie realizzazioni lascio sempre lo spazio per i fori di fissaggio, lascio le file di contatti esterne libere per un filo di comune (terra) in modo da avere un conduttore equipotenziale anche per la RF a disposizione in tutte le parti del circuito. Inoltre con lo stesso filo comune lato componenti lascio in più punti un anellino che servirà per collegare il coccodrillo del puntale dell oscilloscopio, una comodità per fare misure senza perder tempo. I test-point spesso mancano anche in apparati professionali, ed è una seccatura. Per comodità sempre ho utilizzato degli aghi per le connessioni di alimentazione e uscita, e ho aggiunto un condensatore di filtro elettrolitico in caso che da altri circuiti collegati insieme pervengano dei disturbi. Sul condensatore di uscita a vuoto misuro 5.6Vpp, mentre con un carico di 5600 Ohm cala a 5.2 Vpp. La forma d onda non è una bella sinusoide. Non c è un trimmer per la regolazione fine della frequenza, dato il previsto uso di prova. OSCILLATORE A 3.686 MHZ (80 METRI) CON BJT NPN Se non si ha un transistor al germanio bene, inutile cercarlo che magari oggi è anche costoso, si usa un normale silicio. Generalmente questi ultimi sono NPN: BF199, 2N2369 etc. ce n è un infinità. Invito a provare con più di un tipo. La scheda di prova permette di farlo in pochi secondi. È meglio staccare l alimentazione quando si cambia BJT. Il circuito visto prima non è più adatto, va leggermente corretto; la figura seguente mostra uno schema preso dall HANDBOOK RSGB. 3 di 5, 25/11/12
Lascio a chi ne ha voglia la costruzione di questo circuito, è una buona base per fare le proprie esperienze. OSCILLATORE A 3.686 MHZ (80 METRI) CON BF245 Con un FET le cose sono più semplici. Ecco uno schema preso anch esso dall HANDBOOK inglese. Questo circuito ha funzionato al primo colpo. Il diodo BA220 mantiene una polarizzazione negativa di gate che avviene se c è oscillazione, e più questa fosse forte più aumenta il negativo riportando il valore ad un livello regolato. La figura seguente mostra in sequenza la forma d onda sul gate, sull uscita senza carico e con carico di 5600 Ohm. Anche in questo caso ho montato il tutto su una piastrina di vetronite. Siccome il circuito impiega meno componenti e ingombra meno, nello spazio avanzato ho montato un buffer a due BJT, che sarà argomento di un'altra nota. Vedi figura senza e con. 4 di 5, 25/11/12
DOMANDE È andato tutto sempre al primo colpo? L uscita non è una sinusoide perfetta, che cosa implica? Quanta potenza eroga al carico? Cosa succede variando la tensione di alimentazione fino a 13V? Che cosa succede se al morsetto output colleghiamo un filo, stile antenna? Buon divertimento, Alessandro Frezzotti 5 di 5, 25/11/12