Il presente articolo descrive la costruzione di un radio ricevitore per onde medie che utilizza un componente atipico per questo tipo di circuiti: un integrato digitale cmos 4069UB.

L'idea mi è venuta sfogliando il  Radio Elementi XIII ed ultima edizione (pagine da 200 a 204) prestatomi dall'amico Gianluca ed imbattendomi in questo ricevitore un po' "esoterico". Il materiale è di facile reperibilità se siete avezzi allo smantellamento delle schede elettroniche per recupero componenti e, se così non fosse, potete trovare i componenti ovunque nei negozi, online e fisici (se siete così fortunati da averne uno sotto casa:-) ).

Quindi, da dove partiamo?

Il ricevitore descritto ha la particolarità di utilizzare un integrato digitale, di solito utilizzato nei dispositivi in cui sono quindi presenti i soli stati logici 0 e 1, ed utilizzarlo in maniera "anomala" come se fosse un dispositivo analogico.

Il trucco consiste nell'utilizzare particolari accorgimenti circuitali in modo da ottenere da tale componente una amplificazione lineare, adatta quindi all'amplificazione indistorta di segnali analogici.

Il risultato che si ottiene è un ricevitore radio avente più che buone caratteristiche, in fatto di sensibilità, selettività e volume di uscita, dovute soprattutto alla elevata impedenza di ingresso della catena AF ed all'ottima riproduzione delle frequenze audio, una volta amplificato il segnale rivelato. Di seguito lo schema elettrico da cui partirà il nostro racconto:

L'integrato CMOS 4069UB utilizzato in questo radio montaggio, contiene nel suo involucro 6 inverter, cioè sei porte logiche invertenti, ciascuna di esse dispone di un solo ingresso e lo stato logico dell'uscita è sempre opposto a quello di ingresso. Tutti e sei gli inverter sono tra loro indipendenti e condividono tra di loro la sola alimentazione. Il simbolo elettrico dell'inverter è un triangolo (amplificatore generico) che porta un cerchietto sul vertice destro (l'uscita) e che sta ad indicare l'inversione di stato logico. Le uscite degli inverter di questo particolare integrato, non sono bufferizzate, cioè non sono seguite da uno stadio amplificatore-disaccoppiatore per cui, controreazionando opportunamente l'uscita con l'entrata, è possibile ottenere una amplificazione lineare per segnali in audio frequenza ed in radio frequenza superiori ai 2MHz, che poi è all'interno della banda delle onde medie che a noi interessa.

Il primo inverter (piedino 1), partendo dalla sinistra è utilizzato, come da datasheet, in configurazione di amplificatore lineare ad alta impedenza di ingresso, viene controreazionato da una resistenza da 10Mohm in parallelo ad un condensatore ceramico da 22pF e riceve il segnale di ingresso sintonizzato dal circuito accordato formato dalla bobina L1 e dal condensatore variabile CV. Sull'uscita (piedino 2) è presente un segnale radio amplificato che tramite C3 passa al secondo inverter, a sua volta controreazionato tramite la resistenza R2 che amplifica notevolmente il segnale che, tramite C4 va al terzo inverter il quale, mediante i due diodi al germanio D1 e D2, ha il compito importante di rivelare il segnale radio e renderlo disponibile allo stadio di uscita successivo. Questa configurazione comporta una elevata sensibilità di rivelazione, facilmente riscontrabile ascoltando il segnale audio presente ai capi del potenziometro di controllo volume. Il condensatore C5 ha il compito di eliminare eventuali residui di alta frequenza cortocircuitandoli a massa. I tre restanti inverter del 4069 sono utilizzati come preamplificatori del segnale audio, gli ultimi due dei quali sono configurati in parallelo allo scopo di aumentare la corrente di uscita ed avere la possibilità di pilotare direttamente una cuffia da 32ohm standard per lettori multimediali.

Un aspetto importante di progettazione del ricevitore è quello dell'assorbimento di corrente. Il 4069 può funzionare con una tensione di alimentazione compresa nell'intervallo 5-15Volt ma, vista l'intenzione di utilizzare il ricevitore con una semplice batteria alcalina e le cuffie, si è deciso di abbassare la tensione di alimentazione del solo integrato a 5V mediante la resistenza R6 (in realtà sulla basetta potrete vedere un trimmer da 1Kohm per settare esattamente a 5V la tensione di alimentazione): in tale condizioni l'assorbimento resistrato si attesta sui 6,2mA a massimo volume sulle cuffie, quindi una notevole autonomia di funzionamento.

Cuffie o amplificatore con uscita in altoparlante?

L'intenzione iniziale era quella di costruire qualcosa di semplice, come mia consuetudine, ed utilizzare solo l'uscita in cuffie che, ricordo, sono quelle per i normali lettori mp3. Poi, vedendo lo schema del Terenzi, mi son detto che, in fondo tre componenti in più ce li potevo anche mettere solo che, lo schema così com'è, non funziona e l'altoparlante rimane inesorabilmente muto. Allora, non volendo perdere tempo a rivedere il circuito finale audio, ho avuto la scempiaggine di spostare la mia attenzione su quei ragnetti ad otto piedini che riescono a tirar fuori 1W di potenza in altoparlante, ragnetti dall'anagrafico nome di LM386. Cerco e cerco nei cassettini di materiale smontato e riesco a trovarne 5, ne funzionerà almeno uno, no?!?!

Scherzi a parte.

Gli schemi che utilizzano l'integrato LM386 sono tanti e doviziosamente documentati; io mi sono limitato ad utilizzare parzialmente quello sul datasheet che veniva proposto come applicazione dell'integrato in ricevitori in onde medie.

Il risultato lo vedete nelle foto, per le scelte progettuali si rimanda ad apposita e successiva sezione.

     

     

     

Unico neo è l'assorbimento di corrente in presenza dell'integrato: se si tiene il ricevitore non agganciato ad una stazione e col volume al massimo, si ha un assorbimento di circa 20mA, con stazione centrata ed un volume a circa metà escursione, si arriva a circa 50mA, con stazione centrata, volume al massimo e molta distorsione si superano tranquillamente i 150mA per cui, l'intento iniziale di avere una batteria al plutonio per far arrivare ricevitore e batteria stessa agli startrekkiani del futuro, fallisce miseramente. I dati riportati si riferiscono al ricevitore che vedete in foto alimentato con una comune batteria da 9V ed un gain dell'integrato settato a 200.

Tutto qui? Dicci, dicci.....

Ah!, non vi basta, avete tempo da perdere?
Vabbè, continuo la stringata trattazione con alcuni pensieri puntualmente aleatori.

1. Il diodo al germanio, questo spaventapasseri dei costruttori di radio frequenza (e fosse solo quello lo spauracchio). Non è che siano molto facili da trovare, ma vi ho premesso che tutto il materiale in uso in questo progetto proveniva da 30 anni di smantellamento e accumulo nonchè da qualche acquisto frugale nelle fiere elettroniche. Gli OA95 li avevo e sono partito con quelli, poi ho sperimentato coppie di altri diodi al germanio del cassettino e tutti si sono comportati bene o, almeno, bene per le mie trombe eustatìchee; alla fine ho montato quelli che vedede in foto con le barre arancioni e gialle, una volta avevo visto su internet a che sigla corrispondevano, ma non ricordo dove e volevo sprecare il tempo a disposizione per altre peripezie filosofiche. Durante i test sono stati utilizzate le seguenti coppie: DG03, AA119, OA91, OA95 e quelli che vedete in foto (ne avevo un sacco). Mi sovviene solo ora di non aver provato delle coppie scoppiate di diodi al germanio, potete farlo voi con quello che trovate nel cassetto. Potreste vedere se ci sono silicei componenti moderni che si avvicinano alle caratteristiche del germanio (bassa soglia di conduzione), il bello di questo circuitino è che lo potete maltrattare come volete ma non si distrugge quasi mai.

2. La scelta di usare l'integrato audio è stata piacevole, perché per una volta potevo andarmene in giro per casa ascoltando la radio senza cuffie o batterie al piombo o allegati gli altoparlanti del computer con la spina penzolone però, dal punto di vista dell'autonomia e della qualità sonora, non credo di aver fatto una buona scelta. A forza di effettuare test, ho deciso che era meglio impostare il funzionamento dell'amplificatore per il minimo guadagno. Questo comporta diminuire drasticamente la distorsione e la tendenza di far diventare l'audio un nugolo di zanzare che partono per la palude in pieno ferragosto; non sono riuscito ad eliminare del tutto la tendenza all'auto oscillazione, ma adesso accade solo con segnale forte e volume quasi al massimo. Da datasheet, inserendo tra i piedini 1 e 8 un elettrolitico da 10uF, si ottiene un guadagno di 200, aggiungendoci una resistenza da 1,2Kohm si scende a 50, nel nostro caso ci accontentiamo di poco, 20, togliendo tutto e lasciando liberi di fare altro ai due piedini. Utilizzando il guadagno massimo, in assenza di stazione e in presenza di una stazione forte, si aveva un assorbimento di corrente dalla batteria dai 25mA ai 160mA che, capirete, altro che futuro interstellare...Con il guadagno al minimo, senza stazione centrata e con il volume medio, di ha un assorbimento sui 15mA, per salire a 50-60mA con una stazione forte centrata e tornare a superare i 150mA al massimo volume e con distorsione in atto. Vorrà dire che non userò la radiolina per organizzare una festa di paese.

3. Questa volta ho voluto strafare e rimpicciolire il tutto il più possibile. Come condensatore variabile ne ho scelto uno antico per le sole onde medie, nulla vieta di utilizzarne uno prelevato da una radiolina che aveva anche la FM e lo stesso dicasi per l'antenna in ferrite. Usate quello che avete e fate tesoro di quello che imparate dalle vostre sperimentazioni, sono esperienze che nessuno può insegnarvi sui libri e che potete avere solo se qualcuno vi regala la sua esperienza (avercene di persone così). In ogni caso potete sempre costruirvi la bobina ed utilizzare un variabile ad aria o viveversa, o incrociati tra di loro, insomma, divertitevi.

4. Ho utilizzato una basetta mille fori di recupero (tanto per cambiare) ma ero partito montando il tutto su di una bredboard (mica te la sarai comprata nuova, eh!!?? no, no, tranquilli, figuriamoci..) e, dopo aver almeno ascoltato che qualcosa si riceveva, foss'anche il solo fruscio delle onde medie, sono partito al montaggio su mille fori. Le dimensioni della basetta sono 10x8cm e vi trovano alloggio l'altoparlante, la batteria, il variabile e la bobina che, da soli, occupano i 3/5 della basetta.

5. L'unica regolazione da fare per ottenere un'ottima radio audizione, è quella di far scorrere la bobina lungo la bacchetta di ferrite e fermarsi nel punto in cui si ottiene il massimo segnale in uscita. Come tutti i ricevitori con ferrite, la ricezione è direzionale per cui vi accorgerete che, ruotando lungo i tre assi la radio, potrete ascoltare una stazione con più o meno potenza del segnale, a volte dalla mancata ricezione ad un segnale di livello esagerato per le vostre orecchie: non è un anomalia, è la normalità.

6. L'appetito vien mangiando, detto popolare docet, per cui ho esagerato ed ho aggiunto un deviatore multiplo che esclude l'alimentazione dallo LM386 quando si sceglie la ricezione in cuffia, allungando così la vita alla batteria (in realtà ho aggiunto anche un interruttore di alimentazione, se avevate un potenziometro di volume con interruttore integrato, sarebbe ancora meglio).

7. Ho già detto che l'altoparlante così messo è sacrificato. E' incollato con un distanziatore in gomma alla basetta e questo comporta la quasi totale assenza di bassi e una notevole presenza di vibrazioni meccaniche che a loro volta creano una distorsione sull'audio insomma, scegliete una disposizione differente, ne guadagnerete in qualità del suono.

8. Come vedete dalle foto, non c'è montato un 4069UB ma un 4069RS, non chiedetemi le differenze perchè non lo so e non ho trovato il datasheet. L'unica info che posso darvi è che con questo tipo di integrato il ricevitore sembra funzionare meglio, gli altri UB alcuni vanno forte altri meno, quando ancora non c'era la resistenza R4 (leggi la fine dell'articolo), la radio funzionava ugualmente con gli RS ma assolutamente no con gli UB. Ho lasciato montato quello ma ho avuto modo di testare tutti gli altri 20 pezzi circa di 4069 che avevo trovandone solo uno non funzionante.

9. Tornando sull'assorbimento, avrete notato che c'è molta escursione tra la tensione della batteria e quella che alimenta il cuore del circuito, cioè il 4069. Calcolando anche che lo LM386 può essere alimentato dai 4V ai 18V....perché non alimentare il tutto con una tensione di 6V (quattro belle stilo AA in serie). Vi dico già da adesso che è fattibile, dovrete solo riconsiderare il layout. Per quanto riguarda gli assorbimenti di corrente, a volume zero si ha un assorbimento di 10mA mentre a massimo volume, con stazione forte in sottofondo non si superano i 100mA. Magari il ricevitore non sarà ascoltato dal capitano Kirk, però è prevedibile un viaggetto su Marte :-)

10. Dimenticavo di dirvi che il ricevitore, in questa configurazione, è un ricevitore ad amplificazione diretta, in parole povere, amplifico tutto quello che ricevo e poi lo rivelo, quindi nessun controllo del segnale, nessun artificio per amplificarlo prima della rivelazione (leggi reazione o reflex), nessun CAG etc etc.

Il test di funzionamento.

Dopo questi fiumi di parole, parafrasando una celeberrima sanremese melodia che risultò una meteora vincente per poi eclissarsi nei meandri del cosmo, vi mostro il video del test di funzionamento, registrato in prima serata, verso le 18:30, nell'unica parte di casa dove le onde medie si possono incontrare e salutare con un bell'inchino, sopra il termosifone sotto la finestra :-)

Vi lascio in ultimo le mie impressioni di ascolto.
In tutta sincerità non credevo in questo circuito, o meglio, non credevo si comportasse così bene.
La mattina il segnale di Radio Vaticana e Radio Rai, oscura quasi tutto, facendo scomparire la parola selettività. Dalle 17:00 in poi il mondo cambia, l'atmosfera diventa amica delle radio onde e ci invita all'ascolto di emittenti lontane. In questo caso il ricevitore dimostra una notevole sensibilità ed una buona selettività, riuscendo a far sentire stazioni lontane e deboli. Un neo è che, se il trasmettitore è vicino, si ruba una parte di gamma.
Un altro neo riscontrato e credo che dipenda dall'anima digitale del circuito, è la presenza di piccoli scrocchi durante la ricezione, in genere quando non si riceve nulla, più difficilmente quando sono presenti le stazioni: sono i tipici scrocchi che si avevano quando i condensatori in aria avevano della polvere tra le armature, probabilmente sono tentativi di auto oscillazione, non saprei. E' come se l'inverter entrasse in saturazione per segnali molto forti per poi riprendersi e continuare la sua amplificazione normale.

La lista della spesa.

R1 = 10 Mohm
R2 = 1 Mohm
R3 = 100 Kohm
R4 = 47 Kohm
R5 = 100 Kohm
R6 = 680 ohm o trimmer 1 Kohm
R7 = 10 Kohm
R8 = 10 ohm
Potenziometro volume = 50Kohm logaritmico
C1 = 39 pF ceramico
C2 = 22 pF ceramico
C3 = 68 pF ceramico
C4 = 350 pF ceramico
C5 = 47 nF poliestere
C6 = 470 pF ceramico
C7 = 100 uF 16V elettrolitico
C8 = 100 nF poliestere
C9 = 220 uF 16V elettrolitico
C10 = 10 uF 16V elettrolitico
C11 = 47 nF poliestere
C12 = 2,2 nF poliestere
C13 = 10 uF 16V elettrolitico
C14 = 220 uF 16V elettrolitico
CV = condensatore a mica 10-300 pF per radioline a transistor
L1 = antenna in ferrite OM per radioline a transistor
D1 = OA95 datasheet
D2 = OA95
IC1 = 4069UB datasheet
IC2 = LM386 datasheet
2 zoccoli per gli integrati uno da 4+4 ed uno da 7+7
Altoparlante 4-16 ohm
Jack femmina per cuffia

Spero, come al solito, che abbiate passato alcuni minuti leggendo con piacere queste zampette di gallina su un foglio di carta digitale, scordando quello che di brutto succede fuori e dentro di voi.
Alla prossima e buona sperimentazione.
Carlo.