Eccomi qua per spiegare brevemente a coloro che vogliono capire e magari ,  provare ad autocostruirsi qualcosa,  come funzionano i trasmettitori in modulazione d’ampiezza  e i principali sistemi che ne hanno fatto la storia.

Con la preghiera di fare attenzione perche’ le tensioni in gioco ,a potenze elevate, spesso sono mortali……….   

LA MODULAZIONE DI AMPIEZZA

La modulazione di ampiezza viene effettuata in uno degli stadi rf del trasmettitore facendo variare la sua amplificazione in funzione del segnale di bf.

Questo si ottiene variando al ritmo e con l’intensita’ della tensione modulante , una o piu’ tensioni continue del (o dei ) relativo stadio.

A seconda che la bf faccia variare la polarizzazione della griglia 1 (controllo) oppure la tensione anodica della valvola  , otterremo uno stadio modulato di griglia o di placca.

Nei tetrodi , anche la tensione di griglia schermo deve variare con la modulazione ,cosi’ da ottenere una buona linearita’.

A seconda poi che la modulazione si ottenga nell’ultimo stadio (finale), oppure su un altro stadio precedente, si dice che il trasmettitore e ‘ modulato ad alto o basso livello..

La modulazione di placca.

E’il sistema piu’ utilizzato nei trasmettitori di alta potenza, dato l’alto rendimento , La modulazione viene sempre applicata sullo stadio finale rf,  (quindi ad alto livello).  Una delle parti fondamentali di tali trasmettitori, e’ il Trasformatore di Modulazione.

Tramite il quale la bf fornita dal modulatore viene sommata alla tensione continua di alimentazione

Anodica .

Un esempio di circuito e’ riportato qui sotto

Nel disegno, a sinistra si vedono le due valvole montate in push-pull (controfase) che lavorano in classe AB1 oppure AB2  , T e’ il trasformatore di modulazione , a destra il tubo finale in classe “C”  che viene modulato.

Il trasformatore di modulazione costituisce il carico del modulatore ,I e’ l’impedenza di modulazione.  L’insieme “C” e “I” serve per per evitare che la corrente anodica del tubo finale passi attraverso il trasformatore di modulazione, cosa , da evitare in quanto provocherebbe una magnetizzazione continua del nucleo e diminuirebbe la sua permeabilita’.

I 2 e’ l’impedenza rf  essa  evita che la radiofrequenza passi al modulatore.

Nei piccoli trasmettitori puo’ anche mancare, “I” quindi la tensione anodica e’ inserita direttamente sul  un capo del secondario del trasformatore di modulazione l’altro terminale va’ all’anodo della valvola finale.

La modulazione di placca (alto livello) di uno stadio finale in classe “C” e’ basata sul fatto che l’ampiezza della rf varia con il valore della tensione continua di placca.

La tensione di bf che il trasformatore di modulazione sovrappone alla tensione anodica Va , puo’ assumere i valori di + - Va, quindi la tensione totale di placca varia tra 0 (assenza di portante) e 2 Va , cioe’ otterremo la modulazione al 100 %.

Comunque dato che la caratteristica di modulazione non e’ precisamente rettilinea , il processo di modulazione puo’ introdurre un po’ di distorsione, che comunque con una buona progettazione dello stadio puo’ essere contenuta entro valori molto buoni.

Modulazione di placca con terza armonica.

Nei funzionamenti in classe “C” i valori normalmente usati  sono 120° per quanto riguarda  l’angolo di circolazione della corrente del tubo finale , la potenza dissipata dalla valvola e’ circa il 25 %  (Pa = Vao  Iao)

Dove Vao = tensione anodica con modulazione uguale a 0, Iao = componente continua della corrente anodica

Quindi il rendimento di conversione dello stadio si ottiene dalla formulina         Pu  =   Va1 * Ia1 /2

Dove Va1 = ampiezza della tensione oscillatoria fondamentale e Ia1 =ampiezza della corrente oscillatoria fondamentale.

Il rendimento risulta essere circa il 75 %

Come ben sappiamo questo buon rendimento e’ dovuto al fatto che la corrente passa solo durante il periodo in cui la tensione anodica e’ piu’ bassa , ed e’ tanto migliore quanto piu’ stretto e’ l’intervallo di conduzione .

Pero’ non si puo’ diminuire troppo l’angolo di conduzione perche’ altrimenti lo stadio , pur guadagnando in rendimento , non riesce o piu’ ad erogare la potenza desiderata (con Iao scende anche Ia1).

Si possono ottenere dei rendimenti di conversione  dell’ordine del 90 % squadrando opportunamente le forme d’onda sinosuidali di griglia e di placca .

Con forme d’onda cosi modificate , tutta la corrente passa in corrispondenza del valore minimo della tensione anodica , in questo modo si ottiene una buone riduzione della potenza dissipata sulla placca che dal 25 % passa al 10 %.

Per modificare la forma delle tensione di griglia e placca si  aggiunge in serie alla tensione sinosuidale , presente ai capi dei circuiti accordati,una tensione a frequenza tripla ottenuta intercalando tra anodo e circuito accordato un circuito antirisonante sintonizzato sulla terza armonica.

Analogamente, deve essere modificata anche la forma della corrente di griglia sommando alla tensione sinosuidale di griglia una tensione  a frequenza tripla ottenuta attraverso un circuito antirisonante sintonizzato sulla terza armonica messo in serie alla griglia ed eccitato dalla componente di terza armonica che e’ presente nel picco della corrente di griglia.

Cosi’ facendo il rendimento di uno stadio in classe “C” può arrivare a superare il 90 % .

Modulazione di griglia.

Un sistema ormai non più usato , che però vale la pena di conoscere e sperimentare data la sua semplicità .

Utilizzato principalmente in impianti piccoli, o dove si vuole risparmiare sui circuiti a discapito del rendimento.

Il principio di modulazione di griglia si basa nel far variare la polarizzazione (bias) della griglia 1 (controllo)in funzione della tensione di bf.

Lo stadio modulato e’ ancora uno stadio in classe “C” (anche se la classe di lavoro del tubo varia con la tensione bf)

Per ottenere una modulazione buona ed una sufficiente linearità , occorre che il bias, la tensione bf. ad essa sommata ,e la tensione di eccitazione, siano regolate in maniera che, in corrispondenza del picco negativo di modulazione , la tensione di cresta di grigia , sia uguale alla tensione di interdizione della valvola, mentre in corrispondenza del picco positivo di modulazione ,la tensione di cresta sia  uguale alla tensione massima ammissibile per la valvola, e quindi per la sua piena potenza di uscita.

Dunque, nella condizione di portante (senza modulazione) la tensione di cresta di griglia si mantiene ad un valore intermedio .

Corrispondentemente la tensione rf anodica raggiunge il suo massimo valore con i picchi positivi di modulazione, mentre si annulla (rf = 0) in concomitanza dei picchi negativi.

In condizione di portante avremo quindi un valore intermedio  ,circa 0,45 Vo , da ciò dipende il basso rendimento dello stadio.

Dato che la tensione di bias  (polarizzazione) fa rimanere la valvola sempre in interdizione, essa lavora in classe “C” , però con angoli di circolazione variabili con la bf modulante, da 0° sui picchi negativi a 180° (circa) sui picchi positivi.

Il rendimento anodico non supera il 30-40 % in condizione di portante,.

Se si e’ e’ interessati a fare delle prove  si sappia ,che nella scelta della valvola  si deve tenere conto che la potenza ottenibile da un modulato di griglia e’ ¼  di quella che si otterrebbe dalla stessa valvola  montata su uno stadio modulato di placca..

Data la poca linearita’ della caratteristica di griglia e la poca linearità della relazione che unisce l’angolo di circolazione degli impulsi di corrente di placca e la componente Ia1, lo stadio modulato di griglia e’ scarsamente lineare e bisogna in tutti i modi utilizzare una reazione negativa d’inviluppo per contenere il tasso di distorsione a dei limiti accettabili.

Altra cosa da dire molto importante e’che ,dato che la controreazione e’ ottenuta rivelando una parte di rf in uscita, e’ chiaro che il tx e’ molto sensibile alle variazione del carico (antenna) quindi vi raccomando di usare antenne tarate bene e stabili nel tempo .

Per la messa a punto e’ necessario un wattmetro tipo Bird 43 ,un oscilloscopio,e ,se volete fare le cose in maniera perfetta, un generatore di bf ed un distorsiometro.

Trasmettitore tipo Doherty

Il sistema Doherty , che e’ sconosciuto alla maggior parte  dei tecnici e alle persone che si dedicano alla costruzione di trasmettitori home-made , puo’ sostituire vantaggiosamente sia  il tx modulato di griglia, sia l’amplificatore lineare in classe “B”.

Devo subito premettere che e’ molto difficile da tarare e che non consente davvero rapidi cambiamenti di frequenza.

Il sistema Doherty si basa sul principio di variare il carico al trasmettitore durante la modulazione, in modo che l’aumento , o la diminuzione della potenza di uscita venga ottenuta con la massima escursione di tensione anodica della valvola e quindi con il piu’ alto rendimento.

Il circuito Doherty e’ costituito da due valvole uguali chiamate tubo di portante e tubo di picco.

schema semplificato

Il tubo di Portante , senza modulazione , lavora in classe “B” ed eroga potenza, mentre il tubo detto di Picco risulta quasi al limite della interdizione, In queste condizioni il carico del tubo di Portante data la linea a lambda/4 ,e’ pari a 2R e quindi la valvola eroga la meta’ della potenza massima (ed e’ all’inizio della limitazione anodica). Le cose cambiano in presenza di modulazione: quando l’eccitazione supera il livello di portante durante il picco positivo di modulazione, il tubo di picco comincera’ ad erogare potenza, quindi il carico apparente a valle della linea a lambda/4 aumentera e quindi diminuira quello sulla valvola di portante che eroghera’ piu’ potenza, quindi in uscita ci troveremo un’aumento di potenza dovuto al tubo di picco sia all’aumento di potenza di uscita della valvola di portante.

Quindi in condizione del picco positivo di modulazione tutte e due le valvole lavorano su un carico pari a R e l’erogazione in uscita sara’ data in uguale misura dalle due valvole che forniscono una potenza doppia rispetto alla potenza ottenuta al livello di portante,dunque otterremo la necessaria quadruplicazione di uscita necessaria al picco massimo di modulazione.

Nella condizione  prossima del picco negativo di modulazione, l’eccitazione ai due tubi diminuira’ quello di picco rimarra’ interdetto mentre quello di portante diminuira’ l’erogazione.

Al momento del picco negativo della modulazione entrambe le valvole saranno interdette e quindi non avremo potenza in uscita.

Per poter sommare le potenze sul carico , le correnti devono essere in fase tra loro , dato che la linea artificiale introduce uno sfasamento di 90°, l’eccitazione del tubo di portante dovra’ essere sfasata di 90° rispetto a quella del tubo di picco., cosi’ si inserisce una linea artificiale con le reattanze di segno invertito rispetto a quella di carico, sulla griglia della valvola di portante.

Vi ricordo che l’uscita di una linea artificiale e’ ritardata o anticipata di 90° a seconda che la reattanza serie  sia induttiva o capacitiva..

Il sistema Doherty  ha un rendimento medio del 60% con qualsiasi grado di modulazione .

Dato l’esiguo numero di tubi impiegati, e un trasmettitore economico per la sua realizzazione e la sua installazione, per contro una difficoltà di taratura iniziale e di mantenimento ,necessita’ di controreazione e quindi grossa sensibilita’ alle variazioni del carico (antenna),necessita’ di ritarare il tutto al cambio delle valvole.

L’alimentazione anodica e’ doppia rispetto a quella di un modulato di placca (per un 25 Kw si superano i  15 Kv )

A chi si volesse cimentare in una autocostruzione del genere  (attenzione all’alta tensione)consiglio l’uso di tetrodi che non necessitano in genere in questi circuiti della neutralizzazione.

Una coppia di 4-400C puo’ essere un buon inizio.

Per la realizzazione  servono in maniera tassativa: un ponte a radiofrequenza(ottimo il tipo Delta ob-1),un network analyzer, un induttanzimetro (Rohde Schwarz tipo “LARU”) un oscilloscopio (meglio doppia traccia)un wattmetro tipo Bird 43 , un buon capacimetro . E una buona dose di pazienza……..

La modulazione tipo Ampliphase. o ( fuori-fase)

Questo tipo di sistema penso faccia parte, come  il Doherty ,di quei tipi di trasmettitori che si amano o si odiano, la messa a punto e’  critica come pure e’ critico il mantenimento alle condizioni ottimali.

Il sistema fu inventato da  H. Chireix nel 35’ e ripreso verso la fine degli anni 50 dalla RCA Era utilizzato sia per le onde medie sia per le onde corte .

(la famosa radio Caroline ne utilizzava uno)in Italia non e’ mai arrivato …

Il sistema consiste principalmente nell’uso di 2 trasmettitori identici (posti nello stesso armadio) in classe “C”  messi in parallelo , la tensione anodica e’ costante..

Partendo dall’oscillatore pilota (non modulato) il cui segnale viene sdoppiato su due uscite  una sfasata di 180° rispetto all’altra ,  entrambi passano in uno stadio  che modifica lo sfasamento  all’uscita di detti stadi avremo due segnali identici ma sfasati di 135° l’uno rispetto all’altro  .

cosi’ sfasati vengano inseriti in tre stadi completamente identici tra loro (tre ogni ramo)questi stadi servono per modificare ,tramite la bf  la fase dei singoli segnali .(i tre stadi per ramo forniscono circa 8 ° di sfasamento ciascuno per un totale di +/-22.5 gradi di sfasamento.

all’uscita di detti stadi ritroviamo due sorgenti di rf identiche modulate di fase ,quindi tra di loro sfasate da un minimo di 90° a un massimo di 180°  il valore intermedio (in assenza di bf) e’ 135°.

A questo punto il segnali sono ancora troppo bassi quindi si utilizzano due tubi in configurazione classica che possono essere utilizzati sia per pilotare due valvole piu’ potenti , o direttamente sui Pi greco di uscita dove vengono ricombinati insieme.

Fornendo invece due segnali sfasati di 90°  si ottiene la massima potenza d’uscita corrispondente al picco positivo di modulazione , il livello medio che corrisponde alla portante non modulata si ottiene invece dando al combinatore due segnali sfasati di 135°

Chiaramente in fase di modulazione va limitata l’escursione dello sfasamento (non si possono superare  i 90° e i  180° massimi)

Per ottenere comunque un buon grado di efficienza durante la modulazione soprattutto durante i forti picchi di modulazione  viene utilizzato anche una modulazione di griglia sugli stadi pilota.

Sebbene sia un sistema obsoleto ne ho voluto parlare tanto per farvelo conoscere

Oggi con le attuali tecnologie tutto lo stadio modulatore potrebbe essere fatto con pochi integrati.

luca@radiostudiox.it .... se volete chiarimenti su argomenti tecnici......