DiY un test de transmetteur FM sans fil

 

La photo montre un émetteur sans fil FM, radio de poche et disque jaune pour les comparaisons de taille. Parlez dans l'émetteur et d'autres que vous entendez sur une radio FM. L'émetteur peut être construit en un après-midi avec des pièces simples, abordables et largement disponibles. La construction est amusant et beaucoup peut être appris bien que la performance est modeste; par exemple, votre voix devient difficile d'entendre à des distances supérieures à 25 pieds.

 

 

Motivation et Public

Nos objectifs à long terme avec de tels circuits sont dans le contrôle à distance et d'acquisition de données. Les tonalités pourraient être transmises à tourner sans fil marche / arrêt des actionneurs d'un robot. Les données du capteur pourraient être converties en morse comme les sons et déchiffrés par un microcontrôleur pour contrôler sans fil les environnements. L'audience de ce tutoriel serait également motivée par de telles applications. Construction d'un émetteur FM simple serait un premier pas vers ces objectifs.

Ne pas vous donner de faux espoirs, cet émetteur FM est loin d'être parfaite offrande que modeste performance. Tout d'abord, le réglage de l'émetteur peut être frustrant. Même de légères spires du condensateur variable peut entraîner des variations importantes de la fréquence. Deuxièmement, l'émetteur tuning a souvent abouti à une fréquence harmonique. Au lieu de la 108 MHz, destiné par exemple, le condensateur de réglage a abouti à une fréquence de l'émetteur 216 MHz. En plus d'entendre votre voix, on pouvait entendre légèrement les émissions de radio de la station.

 

Une réponse est que beaucoup peut être appris et ce tutoriel est est appendixed avec les mathématiques sous-jacentes pour calculer les paramètres comme (1) fréquence tranmitter, puissance de sortie et de la gamme (2) longueur de l'antenne et (3) bobine d'enroulement nécessaire. Souvent, sur le web, on trouve juste un schéma. En ajoutant l'analyse (avec les mathématiques de niveau secondaire), on peut concevoir des améliorations sur les performances de l'émetteur.

L'audience de ce tutoriel est donc électronique amateurs qui:

• ne pas avoir beaucoup FM ou radio fréquence (RF) expérience
• veulent construire un émetteur FM
• veulent apprendre comment ces émetteurs fonctionnent
• veulent apprendre comment les composants sont choisis par exemple le calcul du nombre de tours lors de la construction d'une bobine d'air, la longueur d'antenne, etc.

 

 

Encore une fois ce tutoriel souligne que la performance de l'émetteur est modeste, mais on apprend dans sa construction. La répartition de tutoriel est la suivante:

 

• Liste des pièces et sources
• Construction / Schematic
• Theorie
• Opération
• Où aller en partant d'ici
• Auteur de l'information

 

Liste des pièces et sources

fournisseurs basés aux États-Unis comprennent Jameco, Digikey, JDR et Radio Shack. Note: Boondog n'a aucun lien avec ces fournisseurs. Des tentatives ont été l'acquisition de toutes les parties d'un seul fournisseur. Les références des résistances communes ne sont pas donnés.

 

Un effort a été fait pour trouver un fournisseur de source unique de toutes les parties. Jameco a presque toutes les parties citées dans les tableaux. Détails de construction de votre inductance à noyau d'air à l'aide de soude de paille d'un McDonald sera décrite dans la section suivante.

Construction

Une combinaison de wirewrapping et la soudure a été utilisé pour construire l'émetteur FM. La carte de prototypage de Jameco fournit assez de place pour (non critique) le placement de la pièce. Vous devriez essayer de garder toutes les pièces rapprochées et garder le fil conduit court. Les photos ci-dessous illustrent possible le placement de la partie (à gauche) et du côté de soudure (à droite).

 

 

Schématique

fmTx031402a.pdf est le fichier Acrobat du même schéma. Vous aurez besoin du logiciel gratuit Acrobat Reader d'Adobe pour la visualiser.

Le schéma et la construction du circuit sont relativement simple. Quelques faits saillants et des clarifications aux travaux de construction du circuit sont donnés suivant.

électret Microphone

Un microphone à électret présente deux broches qui sont raccordés aux conducteurs positif et négatif d'une batterie. Comme on le voit sur le dessin ci-dessous, on regarde le fond du microphone à électret. Le pad qui touche physiquement le boîtier du microphone se connecte au plomb de la batterie négative.

 

 

Piles et batteries

Vous pouvez remplacer les piles bouton, on trouve généralement dans les calculatrices et les montres, avec régulière AA 1.5V, C ou cellules-D. Les cellules de pièces de monnaie ont cependant moins de place et peuvent souder sur le protoboard.

Transistor 2N2222A

Le 2N2222A est un transistor NPN très commun. Celui utilisé ici (Jameco #38236) est le métal peut taper (TO-18 boîtier). Ses trois broches sont à la base (B), le collecteur (C) et l'émetteur (E) du transistor. Il n'y a pas de brochage standard pour transistors. En tant que tel, demander la fiche technique du transistor lors de la commande pour identifier le brochage, ou si vous êtes propriétaire d'un multimètre avec un testeur de transistor, l'utiliser.

Le 2N2222A est également livré dans un (style TO-92) boîtier en plastique noir que vous pouvez utiliser si vous voulez. Le T0-18 est préféré parce que la boîte a un petit onglet qui typiquement représente la broche d'émetteur.

Assurez-vous d'identifier correctement le brochage du 2N2222A et correctement câbler la base, collecteur et émetteur dans le schéma. Souvent, les dysfonctionnements du circuit parce que les broches ont été mal câblé.

condensateur variable

Les pistes pour le condensateur variable ne rentrent pas dans des cartes de prototypage 0.1 pouces normales. Vous pouvez dremel-drill dans le protoboard pour rendre les pistes en forme. Sinon, vous pouvez souder le fil aux conducteurs, mais si vous le faites, garder les fils aussi courts que possible afin d'éviter les capacités parasites.

Inducteur

Un inducteur est juste une bobine de fil et vous avez besoin d'enrouler un pour ce circuit. Un inducteur est caractérisé par sa longueur, le rayon et le nombre de spires de fil de la bobine. fil d'aimant (Radio Shack partiel 278-1345) a été utilisé pour construire l'inducteur mais vous pouvez utiliser strand solide 22 AWG fil de cuivre de calibre standard.

Certains en ligne et articles imprimés décrivent enrouler le fil autour d'un crayon. Malheureusement, crayons viennent en différents diamètres et donc de soude de paille d'un McDonald a été utilisé; la paille rayée jaune-rouge-blanc, trouvé dans tous les McDonalds dans le monde, est de la même taille. Le rayon de la paille est exactement 0.1325 pouces (diamètre = 0.2650 pouces) et 1 / 4 pouces a été ciselée au large de la paille.

 

Ensuite, un fil de pièce droite a été enroulé autour de ce pouce extrait 1 / 4 six fois et soudé sur la carte de prototypage puis. Le résultat final est un inducteur (également connu sous le nom noyau d'air bobine) avec un rayon 0.1325 pouces. Si vous le souhaitez, vous pouvez appliquer du vernis à ongle clair de certaines femmes de conserver en permanence le fil sur l'extrait de paille.

 

 

Antenne

Un long morceau de 30 22 pouces Jauge fil de cuivre stramd solide est une antenne appropriée. Cependant lors de la réalisation de l'émetteur, vous risquez de emmêler le fil. En tant que tel, vous pouvez visser une antenne télescopique, comme ceux trouvés une radio, dans la carte de prototypage.

Théorie: Comment fonctionne le transmetteur FM ne?

Le condensateur variable et votre self-made inductance vibreront à des fréquences dans la bande radio FM (88 à 108 MHz). Le microphone électret a une résistance qui dépend de la façon dont vous parlez haut et fort en elle. Ce microphone est alimenté par batterie et selon l' V = IR La loi d'Ohm, les changements dans la résistance à la tension fixe entraînera des changements proportionnels au courant. Ce courant alimente la base du transistor NPN 2N2222 qui est connecté au condensateur variable, une inductance et une antenne. L'effet net est que, selon la valeur de votre condensateur variable, votre voix sera modulé pour transmettre à une fréquence comprise entre 88 et 108 MHz. Si une radio de poche FM à proximité est accordé à cette fréquence, vous serez entendu lorsque vous parlez dans votre émetteur.

Les valeurs des composants du circuit sont dérivés de mieux comprendre comment ce transmetteur FM fonctionnera. Le calcul sous-jacente est assez simple et peut être trouvé dans la plupart des manuels de physique de premier cycle universitaire.

Inductance d'une bobine à noyau d'air

Votre inductance de self-made a une valeur déterminée par son rayon rlongueur x et le nombre de spires de fil n.

 

Pour votre paille à soda inductance McDonald, r = 0.1325 pouces, x = 0.25 pouces et n = 6 tourne et résultats dans L = 0.171 microhenry ou 0.000000171 Henry.

La fréquence spécifique f généré est maintenant déterminée par la capacité C et une inductance L mesurée en farads et Henry, respectivement:

 

 

Fréquence de résonance d'un circuit parallèle LC

stations de radio FM fonctionnent sur des fréquences entre 88 et 108 MHz. Le condensateur variable et votre self-made inductance constituent un circuit LC parallèle. Il est également appelé réservoir circuit et se met à vibrer à une résonnant fréquence qui sera ramassé votre radio de poche FM.

Dans les circuits des réservoirs, la physique sous-jacente est que le condensateur stocke l'énergie électrique dans le champ électrique entre les plaques et une énergie stocke de l'inducteur dans le champ magnétique induit par la bobine d'enroulement. L'équivalent mécanique est le bilan énergétique dans un volant; moment cinétique (énergie cinétique) est équilibré par le ressort (énergie potentielle). Un autre exemple est un pendule où il y a une cinétique par rapport à l'équilibre de l'énergie potentielle qui dicte la période (ou fréquence) des oscillations.

Compte tenu de vos gammes de condensateurs variables de 4 à 34 pF, votre circuit de réservoir résonnante entre 66 et 192 MHz, bien dans la gamme de radio FM. Pour calculer ces valeurs pour différentes valeurs de C, n, r et x une feuille de calcul Excel simple, appelé calcFreq.xls a été créé. Insérez simplement les valeurs et l'inductance et la fréquence sont calculés automatiquement.

 

Antenne Longueur

Vous avez construit votre antenne soit avec un morceau de fil solide 22 fil de calibre 30 pouces de long ou utilisé une antenne télescopique extensible. Sa longueur doit être d'environ 1 / 4 la longueur d'onde FM; rappelons que la multiplication de fréquence et la longueur d'onde est égale à la vitesse de la lumière. Vous aurez très probablement utilisez votre émetteur à proximité 108 MHz, en tant que telle:

 

 

Condensateurs fixes

En se référant au schéma, C2 et C4 agissent comme des condensateurs de découplage et typiquement 0.01 uF (ou 0.1 uF) sont utilisés. C4 les tentatives pour maintenir une tension constante sur l'ensemble du circuit malgré les fluctuations de tension lorsque la batterie meurt.

Un condensateur peut être considéré comme une résistance dépendant de la fréquence (appelée réactance). La parole se compose de différentes fréquences et le condensateur C1 les empêche. L'effet net est que C1 modulant le courant passe dans le transistor. L'utilisation d'une grande valeur pour C1 renforce basses fréquences (basses), tandis que des valeurs plus petites accentuation des aigus (hautes fréquences).

La C3 condensateur à travers le transistor de 2N2222A sert à maintenir la vibration du circuit de réservoir. En théorie, aussi longtemps qu'il y a une tension d'alimentation à travers l'inductance parallèle et un condensateur variable, il doit vibrer à la fréquence de résonance indefinetely. En réalité cependant, la fréquence décroît en raison des pertes de chauffage. C3 est utilisé pour prévenir la carie et la feuille 2N2222A spec suggère une capacité entre 4 à 10 pF.

Resistor pour électret Mic

La fiche technique pour le microphone électret Jameco #136573 dit le courant maximal est 0.5 mA. Lorsque la batterie alimenté à 6VPuis la chute de tension à travers R1 is V1 = 1.92V. Le courant résultant à travers le microphone est inférieur à la valeur maximale puisque

 

Résistances et l'2N2222A

Le transistor 2N2222A a des maximums notés exigeant ainsi un diviseur de tension fait avec R2 et R3 et le courant d'émetteur limitatif, R4.

La puissance nominale maximale du 2N2222A est Pmax = 0.5 W. Ce pouvoir affecte finalement la distance que vous pouvez transmettre. Irrésistible le transistor va chauffer et détruire. Pour éviter cela, on peut calculer que l'émetteur FM délivre environ 124 mW et est bien inférieur à la valeur maximale. Les détails mathématiques sont donnés dans rfMath.pdf.

La puissance est intimement liée à la portée de transmission. À 124 mW et 30 efficacité% de rayonnement, la distance maximale entre le transmetteur FM et une radio à piles se situera betweem 35 à 112 pieds. Les calculs sont donnés dans rfDistance.pdf.

Opération

Tout d'abord, utiliser un radio de poche à piles en tant que récepteur. Alimenté en courant alternatif d'expansion et de boîtes et chaînes hi-fi (ou 110 220 V) sont ne sauraient recommandée; piles radios sont beaucoup mieux à la réception de transmissions que alimentés en courant alternatif unités.

 

1. Réglez votre récepteur radio air mort, C.-à-fréquences dans la bande radio FM qui ne mentionnent pas ou seulement quelques sifflements. Des fréquences proches de 108 MHz sont typiquement de l'air morte. La page web de Radio-Locator énumère les stations de radio locales dans votre région. Cela peut vous aider à identifier les fréquences d'air stagnant.
2. Allumez votre émetteur FM, d'étendre son antenne et de garder l'émetteur à environ 2 pieds de votre radio FM. Parlez dans le micro tout en lentement le réglage du capot variable. Utilisez votre ongle ou non-métallique tournevis jusqu'à ce que vous vous entendez à la radio. Ce processus est frustrant fastidieux et nécessite de condensateur d'accord avec soin. Vous êtes à l'écoute une fois que vous entendez hurler (aussi connu comme un micro chaude) Qui indique l'émetteur-récepteur de rétroaction.
3. Augmenter la distance entre émetteur et la radio. Félicitations - vous avez un microphone sans fil!

Où aller en partant d'ici

Comme indiqué précédemment, la performance est modeste. D'exploitation expérience de l'auteur dans une grande ville (Philadelphie, Etats-Unis) avec la radio à piles accordé à 108 MHz cédé environ 25 l'intérieur des pieds et des pieds 50 extérieur. En outre, en plus de voix de l'auteur, les émissions de la station de radio pourrait être légèrement entendre.

À ajuster la performance, un analyseur de spectre peut être utilisé. C'est un dispositif qui affiche visuellement les fréquences sont les plus prédominants. L'auteur a découvert le circuit a été la transmission à environ 200 à 220 MHz, plutôt que la valeur désirée en MHz 108! 216 MHz est une harmonique, étant deux fois la valeur désirée en MHz 108. La portée de transmission est ainsi réduit et sensibles à la noice (émissions de stations de radio).

Pour transmettre à l'souhaitée MHz 108, l'auteur a examiné le texte suivant:

 

• Une bobine fait à la main c'est 0.1 uH est difficile à tester. Mètres d'inductance pour mesurer à la gamme des micro Henry sont chers.
• Mètres de mesure de capacité picoFarad sont également coûteux.
• Une bobine 0.111 uH noyau d'air a été acheté chez Coilcraft, un fabricant d'inductance.
• Analyseurs de spectre coûte des milliers de dollars. Une alternative viable est une 130 $ USD Elenco compteur de fréquence F-2800. Il s'agit d'une unité de bien d'acquérir si vous envisagez de construire des émetteurs FM plus au sérieux.

Pour la plupart, le compteur de fréquence affichée approchée 200 MHz, même avec l'inducteur Coilcraft! Ainsi, la plupart sans doute le condensateur variable n'est pas vraiment donner à un large 4-à-34 pF. Depuis la fréquence de transmission est resté fermé à la 200 MHz, calcFreq.xls révèlent que condensateur variable reste effectivement près pF 4 plutôt que d'aller jusqu'à la pF nominal 34. Cela devrait être attendue depuis des tolérances dans la capacité sont rarement précis. L'effet net est que, sans la capacité de résolution picoFarad vous serez transmettre à un large 216 MHz harmonique réduite rendement et sensibles au bruit.

Mot de la fin

Ce tutoriel avec détails annexes entièrement une construction unique émetteur FM transistor et en mathématiques sous-jacente. Le circuit peut être construit en un après-midi avec moins de $ USD 10 des parties communes, résultant en une 25 à la gamme de transmission 50 pied.

Comme l'auteur, les lecteurs pourraient être enthousiasmés par les perspectives de construction d'émetteurs FM. Beaucoup de conceptions de circuits et les schémas existent en ligne et en version imprimée, mais ne fournissent souvent des analyses. Ce tutoriel tente de combler cette lacune, en particulier pour les primo-constructeurs de l'émetteur FM. L'analyse permet de savoir quels sont les rôles et de leurs valeurs jouent dans le circuit. Une telle analyse fournit un lecteur un point de départ vers l'amélioration ou la personnalisation du circuit.

Illustrant le fonctionnement des mathématiques et le monde réel est la valeur du tutoriel. Certains documents vers l'apprentissage plus pourrait être acquis à partir des références ci-dessous. Bonne construction!

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