High-kit FM SIGNAL GENERATOR UK460

Danas je nabavljen FM RF signal generator sastavljen iz elektroničkog KIT kompleta High-kit FM-SIGNAL-GENERATOR UK460 koji je od 1970-te godine prodavala talijanska tvrtka GBC. Tvrtka GBC bila je prisutna na tržištu od 1930 – 1989. godine, a tijekom čitavog tog razdoblja bavila se proizvodnjom i distribucijom širokog spektra elektroničkih komponenti i uređaja (gotovih i u dijelovima) za upotrebu u kućanstvima (RTV, audio i video), te za elektroničke servise i hobiste. Kao zaštitni znak za prodaju širokog spektra svojih elektroničkih KIT kompleta tvrtka je prvo koristila naziv “High-kit”, zatim je početkom 1970-tih godina taj naziv promijenjen u “Amtron”, a na prijelazu u 1980-te godine ovaj brand se mijenja u “Amtroncraft”.

FM signal generator daje na svom izlazu RF signal u frekvencijskom opsegu 80 – 109 MHz koji je moguće amplitudno modulirati frekvencijom od 1000 Hz sa dubinom modulacije od 30% i/ili frekvencijski modulirati frekvencijom od 400 Hz sa podesivom devijacijom od ±75 kHz. Osim toga, ovaj signal generator može generirati signal frekvencije 10,7 MHz što je najčešća međufrekvencija (MF) kod FM radio prijemnika superheterodinskog tipa. Stoga FM signal generator UK460 može odlično poslužiti kod popravaka FM radio-difuznih prijemnika.

Na elektroničkoj shemi jasno se vidi da se generator UK460 sastoji od tri tranzistorska oscilatora: dva su nisko-frekvencijska (NF) i osiguravaju audio frekvencije od 400 i 1000 Hz za FM i AM modulaciju trećeg visoko-frekvencijskog (VF) oscilatora koji pak generira moduliranu ili ne moduliranu noseću frekvenciju podesivu u FM radio opsegu (80-109 MHz).

Poznato je da tranzistorski oscilatori funkcioniraju po principu pozitivne povratne sprege, odnosno potrebno je dio signala sa izlaza vratiti natrag na ulaz tranzistorskog pojačaja kako bi se podržale oscilacije. Možemo reći da je oscilator zapravo pojačalo s povratnom spregom takve veličine da podržava (samo)oscilacije pojačala bez dodane vanjske pobude. Taj signal povratne veze mora biti u fazi sa ulaznim signalom, što je nezgodno, jer tranzistor spojen kao pojačalo (sa zajedničkim emiterom) daje na izlazu protufazni signal, dakle okrenut za 180°. Stoga se kod oscilatora sa jednim tranzistorom pribjegava različitim rješenjima kako bi se izlazni signal ponovno okrenuo za 180° i kao takav bio u fazi sa ulaznim signalom.

U našem slučaju, kod NF oscilatora za 400 i 1000 Hz to je riješeno trostrukom RC mrežom gdje svaki RC član u mreži zakreće signal za 60°, te tako na izlazu iz mreže ponovno dobijemo signal u fazi (3 x 60° = 180°). Ovdje ćemo samo napomenuti kako bi jedan savršeni RC član teoretski okrenuo fazu za 90°, pa bi po takvom proračunu bila dovoljna dva RC člana. No u praksi elektronički elementi nisu savršeni ni po vrijednostima niti po karakteristikama te je realno okretanje faze uvijek manje od 90°. Također ni tranzistor nije savršeni element (ima svoje unutarnje otpore, kapacitete i specifičnu karakteristiku) te se stoga takvim oscilatorima često dodaju dodatni regulacijski elektronički elementi kako bi čitav sklop približili željenim zahtjevima. U naše NF oscilatore ugrađeni su potenciometri R11 i R20 kojima se razna točka tranzistora podešava na optimalnu vrijednost za ispravno podržavanje oscilacija.

Nadalje, mogli bi se dosjetiti tranzistor spojiti u spoj zajedničke baze ili kolektora, gdje se na izlazu dobije signal u fazi sa ulaznim pa bi se izbjegla potreba za dodatnim sklopovima za invertiranje faze signala. Nažalost, to ne bi funkcioniralo, jer da se postigne ispravna samouzbuda koja bi podržavala oscilacije faktor pojačanja tranzistora mora biti dovoljno velik kako bi pojačanje bilo veće od slabljenja signala u RC mreži, a to se najbolje postiže upravo spojem sa zajedničkim emiterom.

Okretanje faze pomoću tri RC mreže funkcionira do frekvencije cca 200 kHz, pa je kod našeg VF oscilatora primijenjen drugi način invertiranja faze za pozitivnu povratnu spregu. Radi se o jednoj od inačica Colpitts-ovog oscilatora, kojega je 1918. godine konstruirao kanadski inženjer Edwin Henry Colpitts (1872 – 1949). Colpitts-ov tip oscilatora lako ćemo prepoznati u shemama po serijskom spoju dva kondenzatora koji čine naponski djelitelj i sa tog spoja se uzima signal povratne sprege. U našem slučaju to su kondenzatori C6 i C8. Dakle sa spoja kondenzatora C6 i C8 napon povratne veze preko kondenzatora C6 dovodi se na kondenzator C5 i preko njega na bazu tranzistora.

Vidimo da se jedan kondenzator nalazi se u emiterskom krugu, a drugi je serijski preko LC kruga vezan u kolektorskom krugu. Rezonantnu frekvenciju oscilatora ovdje određuju svi ovi navedeni elementi, dakle serijski spojeni C6 i C8, te jedan od LC elemenata u krugu kolektora L1-C3 za 10,7 MHz ili L2 sa promjenjivim kondenzatorom C4 kojim se rezonantna frekvencija može podesiti u opsegu 80-109 MHz. Colpitts-ov oscilator je inače pogodan za izradu VFO-a (oscilator promjenjive frekvencije) pa je to i ovdje iskorišteno ugradnjom promjenjivog kondenzatora C4. Ovaj kondenzator ne bi bio potreban da se frekvencija mijenja promjenom induktiviteta L2, no to ovdje tehnički ne bi bilo praktično rješenje. Promjena induktiviteta ipak se vrši u LC krugu za 10,7 MHz, no to je ovdje sasvim prihvatljivo rješenje jer se ta zavojnica pomoću navojne feritne jezgre podešava samo jednom na točnu rezonantnu frekvenciju te se nakon toga više ne mora mehanički opterećivati. Za česte promjene frekvencije pak su promjenjivi kondenzatori puno jednostavniji, izdržljiviji i time praktičniji za upotrebu od promjenjivih zavojnica.

VF signal našeg oscilatora možemo modulirati frekvencijski (FM) ili amplitudno (AM). Kod FM modulacije moraju se vršiti male promjene (devijacije) frekvencije VF signala u ritmu NF signala, pa je tu NF signalom potrebno djelovati na kapacitete ili induktivitete unutar LC titrajnog kruga oscilatora kojima je i određena frekvencija. Kod AM modulacije pak se moraju vršiti promjene amplitude (jačine) VF signala u ritmu NF signala, pa je tu NF signalom potrebno djelovati na pojačanje oscilatora kojim je i određene visina amplitude izlaznog signala.

Frekvencijska modulacija VF oscilatora frekvencijom iz NF oscilatora od 400 Hz u našem slučaju vrši se pomoću varikap (kapacitivne) diode D1 u krugu sa kondenzatorima C22 i C9. Promjenom NF signala mijenja se kapacitet varikap diode, a time i ukupni kapacitet mreže kondenzatora C22 i C9 koji je spojen paralelno kondenzatorima C6 i C8 kao sastavnim dijelovima rezonantnog LC kruga oscilatora. Time ove male promjene kapaciteta na varikap diodi donekle utječu i na rezonantnu frekvenciju titrajnog kruga,a time i na izlaznu frekvenciju oscilatora koji tako postaje frekvencijski moduliran. Devijacija frekvencije oscilatora će biti to veća što je veća amplituda modulacijskog NF signala, a ovo se podešava potenciometrom R8. Amplitudna modulacija VF oscilatora frekvencijom iz NF oscilatora od 100 Hz pak se vrši dovođenjem modulacijskog signala na bazu tranzistora odakle se i vrši pojačanje izlaznog VF signala.

Jedna specifičnost kod ove sheme je to što su svi tranzistori PNP tipa. Danas se za ovakve sklopove gotovo isključivo koriste NPN tranzistori, pa vidimo da je ovdje napajanje cijelog sklopa “obrnuto” od onih na kave smo navikli na uobičajenim shemama sa NPN tranzistorima. Možemo reći da su kod našeg FM generatora mase na pozitivnom naponu napajanja.

Na ovakve sklopove potrebno je posebno obratiti pozornost u slučajevima kada se spajaju sa drugim uređajima koji imaju uzemljeni minus pol napajanja. Ovo može biti npr. problem kod testiranja ovakvog uređaja u našoj elektroničkoj radionici. Tada ćemo spojiti naš FM generator na laboratorijsko napajanje, te na osciloskop, analizator spektra ili kakav drugi instrument za RF testiranje. No ako naše napajanje nije galvanski odvojeno od mreže (što je kod prekidačkih i uzemljenih napajanja čest slučaj) i ako naš osciloskop nije galvanski odvojen od mreže (što je još češći slučaj) čim spojimo masu sonde osciloskopa na izlazni BNC konektor RF generatora izazvati ćemo kratki spoj! To će se dogoditi iz razloga jer je masa osciloskopa preko uzemljenja (i nule) spojena sa masom i time i minus polom napajanja, te smo mi sada preko opleta osciloskop sonde praktično spojili dvije mase od kojih je jedna na pozitivnom, a druga na negativnom polu istog napajanja – dakle izazvali smo čisti kratki spoj. Ukoliko nemamo transformatore za odvajanje uređaja od mreže, najbolje se ovaj RF generator prilikom testiranja napajati baterijski ili preko nekog mrežnog adaptera sa klasičnim transformatorom bez uzemljenja.

Ovakav VF oscilator velika je pomoć kod popravka i podešavanja radiodifuznih FM prijemnika i u vrijeme kad je nastao bio je vrlo koristan instrument koji se relativno jeftino mogao nabaviti u elektroničkom KIT kompletu. Danas svaki elektroničar koji se bavi radio tehnikom zasigurno posjeduje jedan uređaj takvog tipa, no sada takve instrumente posjeduju također i ljubitelji elektronike nastale u prošlom mileniju, dakle iz doba kada je i elektroničar amater samo promatranjem elektroničke sheme i komponenti na pločici vrlo brzo mogao razlučiti sklopove i princip rada gotovo svakog elektroničkog uređaja 🙂