Oscillatore insolito

UN OSCILLATORE INSOLITO

© by Vittorio Crapella - i2viu

Pensando alle riviste elettroniche di un tempo mi sono ricordato di SELEZIONE RADIO TV aprile 1976 e ONDA QUADRA 1977 dove pubblicai quanto segue:

SELEZIONE RADIO TV aprile 1976 pagina 463 della rivista ( pag. 72 PDF)

Si trattava di un trasmettitore giocattolo che sfrutta un oscillatore insolito infatti pensare ad una porta NAND collegata ad una bobina e a due capacità per avere un oscillatore sinusoidale o quasi è abbastanza inusuale.

ONDA QUADRA del 1977 :

Lo schema che stiamo per descrivere è rappresentato in figura 1: come si può notare esso è molto semplice ed anche un poco strano. Il NAND di tipo TTL SN7400 fa da oscillatore a radio frequenza mentre T1 e T2 fungono da modulatore.

FUNZIONAMENTO

Senza segnale B.F. d'ingresso, T1 è polarizzato in modo da far nascere sul collettore rispetto a massa una tensione di circa 5,6V che polarizza la base di T2 collegato ad emitter follower e pertanto sull'emettitore di T2 avremo una tensione che sarà quella di base diminuita di Vbe cioè circa 5V.

Questa tensione alimenta l'integrato TTl SN7400 e quindi il NAND oscillerà ad una frequenza che dipenderà dai valori della bobina L1 e delle capacità C1 e C2.

Affinché questo semplice oscillatore generi un segnale sinusoidale con la massima ampiezza, si deve rispettare la seguente relazione:

2C1 ≤ C2 ≤ 5C1

Inoltre C1 minimo deve valere almeno 820 pF, mentre la bobina L1 deve avere una resistenza Rs dovuta al filo non superiore a qualche unità di Ohm.

Per ottenere frequenze basse fino a qualche decine di Hz, si devono adoperare induttanze alte dell'ordine di centinaia di mH ed oltre, con capacità pure alte da qualche uF a decine di uF.

Il segnale sinusoidale è presente tra i pin 1-2 e massa quasi non distorto e un poco distorto tra l'uscita pin 3 e massa. La sua ampiezza è di circa 2 ÷ 4 Vpp in funzione anche del valore della frequenza di lavoro.

Per quanto riguarda il nostro TX l'oscillatore genera un segnale sul pin 3 di circa 2 Vpp ad una frequenza di circa 6 MHz. Le armoniche di tale segnale arrivano a coprire la banda radio F.M.

Inviando un segnale di B.F. sull'ingresso, proveniente ad esempio da un microfono dinamico, T1 amplificherà (30 o 40 volte) e farà variare la tensione sul collettore e di conseguenza la tensione di alimentazione sul pin 14 del 7400 subirà una modulazione in ampiezza.

Tale variazione si ripercuote sulla frequenza dell'oscillatore anche come modulazione di frequenza.

Regolando il nucleo di L1 si varia la frequenza e servirà per scegliere quella di un possibile canale radio (nel 1977 era facile trovare un canale libero, ora un po' meno).

Onde convogliate Elettronica oggi giugno 1983

Un simile oscillatore si presta anche come TX per onde convogliate usando L1 un pezzo di ferrite con avvolto 30 / 40 spire di filo del diametro 0,5 ÷ 0,7 mm accoppiato alla rete con 8 o 10 spire avvolte sopra L1 con in serie, ad ogni terminale di questo avvolgimento, una capacita di 10 nF - 250VL.

OSCILLATORE RIVISITATO - VERS. 2008

Ho pensato di riprovare lo stesso principio utilizzando un integrato della versione CMOS.

Questa volta ho voluto sperimentare l'oscillatore non più per ottenere un trasmettitore ma in previsione di un altro progetto riguardante la possibilità di riconoscere il passaggio di un automezzo sopra le spire.

L'unica differenza rispetto all'oscillatore con TTL, questo a CMOS, ha in serie al pin 3 una resistenza da 100 Ohm. La relazione da rispettare tra i valori dei condensatori è la stessa.

In questo caso la bobina, essendo distante rispetto al circuito, viene collegata tramite un cavo coassiale indicato nello schema come tipo RG58 ma va bene anche del comune cavo TV.

RILEVATORE PASSAGGIO AUTOMEZZI

Utilizzando l'oscillatore CMOS qui sopra descritto si può realizzare un circuito capace di sentire quando sopra le spire di L1 transita un automezzo.

SCHEMA ELETTRICO

ELENCO COMPONENTI

Quant. Reference Part

______________________________________

1 C1 2200 pF

1 C2 6800 pF

2 C3, C5 0,1 uF ceramico

1 C4 33 pF ceramico NP0

1 C6 33 nF ceramico

2 C7, C8 22 uF elettrolitico 16VL

1 R1 100 Resistenza 5% 1/4 W

1 R2 10K " "

1 R3 33K " "

2 R4, R6 1K " "

1 R5 100K " "

1 P1 10 K Trimmer

1 U1 CD4093 CMOS 4 nand trigger

1 U2 CD4046 PLL

1 U3 LM311 Comparatore

1 L1 4 spire filo flessibile lungo 7m - diametro ester.1,5mm

FUNZIONAMENTO

Il segnale sinusoidale dell'oscillatore passando attraverso U1C viene squadrato e attraverso C5 entra sul pin 14 del PLL (Phase Locked Loop) Cd4046.

Questo integrato gestisce un VCO (Oscillatore Controllato in Tensione) e ha due rilevatori di fase.

Il VCO, legato a C4, genera una onda quadra sul pin 4 la cui frequenza varia tra un minimo e un massimo in funzione della tensione sul pin 9. La Fmin e max dipende dai valori di R4 ed R5.

Il segnale del VCO entra sul pin 3 e viene confrontato con quello entrante sul pin 14 proveniente dall'oscillatore a NAND valutando lo sfasamento fra i due segnali.

Se non hanno la stessa fase cioè non hanno la stessa frequenza sul pin 13 nascono degli impulsi positivi o negativi che attraverso la rete integratrice R3, C7 modificano il valore di tensione sul pin 9 tanto quanto basta per rendere la frequenza del VCO uguale a quella sul pin 14.

Ne consegue che per una data Fin dell'oscillatore NAND il VCO si aggancia e ne genera una identica per un livello ben preciso di tensione sul pin 9.

Se ora sulle spire dell'oscillatore NAND transita una massa metallica il valore di induttanza di L1 varia come pure la frequenza in entrata sul pin 14. Il comparatore di fase si accorge e modifica la tensione sul pin 9 del VCO tanto quanto basta per riagganciare Fin e rendere Fvco uguale.

L'incremento della tensione entrante sull'invertente pin 3 del comparatore LM311 supera il valore del pin 2 non invertente così da mandare l'uscita bassa da accendere il led D1 che indica un passaggio sulle spire di un automezzo o comunque di una massa metallica.

Per la taratura regolare P1 per avere il diodo led D1 appena spento.

Con il prototipo verificato avente una Fin dell'oscillatore NAND di 880 KHz sul pin 9 si sono misurati 1,5V che diventano 1,59 appoggiando sopra le spire una valigia porta utensili.

Con la massa metallica di un'auto la variazione sarà sicuramente maggiore.

FOTO SPIRE

MODIFICHE E CONSIDERAZIONI

Ho voluto aumentare la sensibilità della spira aumentando la R4 a 47K ottenendo come risultato, con la stessa valigia (di alluminio), una variazione di tensione sul pin 9 di ben 0,55V contro i 90 mV di prima con la R4 da 1K.

Poi mi sono accorto che con masse metalliche diamagnetiche (alluminio, ottone...) la frequenza aumenta come se L1 diminuisse mentre con masse ferrose la frequenza diminuisce come se L1 aumentasse.

Pertanto se si vuole il led acceso al riconoscimento di una massa del tipo diamagnetica sopra le spire lo schema rimane immutato, mentre se la massa da riconoscere e ferromagnetica allora, pur rimanendo invariato il funzionamento e la taratura, bisogna invertire i collegamenti sui pin 2 e 3 dell'LM311, cioè quello che ora va al pin 2 andrà sul pin 3 e viceversa.