Introduktion og motivation
Formålet med denne instruktør er at demonstrere, hvordan man designer og bygger et resonatorkredsløb, der vil lette os til en given AM-radiofrekvens. Vi vil også kort diskutere hvordan radiofrekvenser transmitteres og hvordan amplitudemodulation (AM) virker.
Udstyr og materialer
Nedenfor er de materialer, der er nødvendige for at bygge og teste dette kredsløb.
- breadboard
- Oscilloskop
- Funktionsgenerator
- Strømforsyning
- Variabel kondensator
- Inductor - en stang og spole; kan laves manuelt
- AM radio antenne (valgfri)
- Stålstang
- Kabel, magnetiske ledninger
- Kommerciel radio - til test
Et tip før du starter:
Brug en kommerciel radio (du ved allerede, arbejder) for at teste dit arbejdsområde for at sikre, at du vil kunne hente AM-radiosignal. Nogle bygninger er AM-isolerede og vil blokere AM-signaler, selv for kommercielle radioer. Du vil måske også gerne notere, hvilke radiostationer der virker stærkest på din placering, hvis du vil have den bedste chance for at vælge noget.
forsyninger:
Trin 1: Design af resonatoren
Design af resonatoren
Resonatoren er et bandpassfilter, der filtrerer ud frekvenser uden for et område, der er centreret på dets karakteristiske resonansfrekvens. Et bandpassfilter består af en induktor og en kondensator parallelt. Resonansfrekvensen (i Hertz) af filteret vil være
hvor L er induktansen af induktoren i Henries og C er kapacitansen af kondensatoren i Farads. (For mere information om filter kredsløb, kig på dette).
Frekvenserne af AM-radiosignaler spænder fra ca. 500 kHz til ca. 1600 kHz. Ideelt set for at kunne få adgang til denne brede vifte af AM-frekvenser, vil du have brug for en variabel kondensator med en bred nok rækkevidde til at give en resonansfrekvens på ca. 500 kHz med den største kapacitans og en frekvens på ca. 1600 kHz i det mindste kapacitans for en induktans L . Variable kondensatorer er sværere at komme forbi end induktorer, så det vil sandsynligvis være mest praktisk at finde en anstændig variabel kondensator først og derefter lave en induktor af en passende induktans.
Vigtigt: Husk, at ethvert element i dit kredsløb sandsynligvis vil bidrage med induktans eller kapacitans, så dine beregninger vil ikke være perfekte. Det er tilrådeligt at forsøge at dække et bredere frekvensområde end det, der forekommer nødvendigt, for at give mulighed for en vis fejlmargin.
Hvis du vælger at bruge en ekstern AM-antenne, vil den bidrage med en betydelig induktans til dit resonatorkredsløb. Overvej at placere din antenne parallelt med din dedikerede induktor, hvis du hellere vil fejle på siden af at have en mindre induktans og i serie med din inductor, hvis du hellere vil have en større induktans. Bemærk at brug af en ekstern antenne ikke er nødvendig, fordi en stang og spole induktor fungerer som en antenne. Hvis du ikke bruger en ekstern antenne, skal du sørge for at have en stang og spole induktor.
Hvis du kan måle induktansen af din antenne, bemærk at inductors i serie add as
og induktorer parallelt tilføjes som
Trin 2: At lave en induktor
Gør en induktor
At lave din egen induktor kan være lige så enkel som indpakningstråd omkring en stang. Det er dog vigtigt at beregne antallet af omdrejninger af ledninger, der kræves i forhold til bredden af din ledning og stang, materialet i din stang og din ønskede induktans. Denne hjemmeside er nyttig til at beregne induktansen af en trådspole i betragtning af tråd- og stangradierne, den relative permeabilitet af stangens materiale og antallet af omdrejninger af ledninger i spolen. Den relative permeabilitet af materialet i din stang er ret nemt at kigge op. Fælles værdier for relativ permeabilitet kan variere fra ca. 1 til luft, træ og aluminium til 100 for stål og op til ca. 640 for ferrit.
Mens du laver en spole med færre sving, ser det ud til at være fristende at redde dig noget arbejde, indse, at hvis du har flere tændinger på din spole, kan du få en meget større fejlmargin.
Trin 3: Simulering af en radiostation
Simulering af en radiostation
Fordi det er så svært at vide præcis induktansen og kapacitansen af dit resonatorkreds, kan det være yderst nyttigt at tune din resonator til et meget klart, stærkt signal med kendt frekvens. Heldigvis er det ikke svært at gøre med en funktionsgenerator, og dette vil tillade dig at styre frekvensen af din helt egen simulerede radiostation!
Først skal du pakke et par omslag af ledning omkring en stålstang. Antallet af omdrejninger af ledning eller stang- og ledestørrelser bør ikke have betydning for dette, da formålet med denne spole simpelthen er at frembringe et magnetfelt, der skal afhentes af din antenne (enten stangen og spole induktoren lavet i forrige trin eller en ekstern antenne, hvis du bruger en). Slut spolens ender til udgangen af din funktionsgenerator, og indstil funktionsgeneratorens udgang for at være frekvensen af den radiostation, du vil prøve at samle op. Den tidsvariationerende spænding af funktionsgeneratoren vil medføre en tidsvarig strøm for at løbe gennem trådspolen, som igen vil frembringe et tidsvarierende magnetfelt. Dette magnetfelt vil blive hentet af din antenne og fortolket som en radiofrekvens.
Trin 4: Tuning til en simuleret radiostation
Tuning til en simuleret radiostation
Nu hvor du har oprettet din egen radiostation, skal du placere spolen tæt på din antenne for at sikre, at dit signal bliver stærkt og klart. Se på output fra din resonator på et oscilloskop. Signalet fra din spole skal være ret indlysende, men prøv at justere kapacitansen af din variable kondensator for at se, om du kan mærke en forskel. Når du er sikker på, at det, du ser, er signalet fra din simulerede radiostation, skal du justere den variable kondensator indtil det signal du ser ser ud til at være maksimalt. Denne konfiguration skal være den ideelle kapacitans til at optage et radiosignal af frekvensen indstillet af funktionsgeneratoren.
Trin 5: Afstemning til en rigtig AM-signal
Tuning til en rigtig AM signal
Når du har fundet den konfiguration, du vil bruge til at afhente den ønskede frekvens, skal du slukke for funktionsgeneratoren. Din resonator skal indstilles til at hente radiosignaler af den frekvens, men du vil måske stadig gøre en fin finjustering med din kondensator for at sikre, at du optager radiofrekvensen så godt som muligt.
Bemærk, at det signal du optager ikke er lydsignalet, det vil sige, du kan ikke tage denne udgang til en højttaler og forventer at høre radiosendingen. AM-radiosignaler er amplitudemodulerede, således at lydsignalet moduleres over en bærebølge (se illustration nedenfor).
På et oscilloskopdisplay kan et amplitudemoduleret signal se noget ud som dette:
For at opnå lydsignalet er det nødvendigt at opbygge en demodulator for at demodulere AM-signalet, men det er et emne for en anden dag.
