Con le basi teoriche acquisite, possiamo finalmente cominciare ad analizzare lo schema elettrico del Pixie, blocco per blocco.

L’alimentazione

Ogni apparecchiatura “attiva” ha bisogno di energia per funzionare, e i circuiti elettronici sono sempre progettati per operare entro determinati limiti di tensione. Il Pixie è progettato per funzionare tra i 9 e i 12 Volt in corrente continua, tipicamente da batteria. La stabilità (e la qualità) dell’alimentazione è un fattore importante nel funzionamento di qualsiasi circuito elettronico: variazioni o disturbi sulla linea di alimentazione si ripercuotono facilmente sul segnale generato.

Lo stadio di alimentazione del Pixie è composto da soli quattro componenti:

• D1 è un diodo 1N4001;
• C1 è un condensatore ceramico da 100 nF;
• C2 è un condensatore elettrolitico da 100 µF.

La funzione del diodo D1

Il diodo D1, in questo punto del circuito, ha una funzione di protezione. Se per errore si invertisse la polarità dell’alimentazione, i componenti polarizzati a valle (in particolare i semiconduttori) potrebbero danneggiarsi o distruggersi.

Con l’alimentazione collegata correttamente, D1 è inattivo: la corrente scorre attraverso il circuito normalmente, e il diodo, polarizzato inversamente, non conduce. Se invece l’alimentazione viene collegata al contrario, D1 conduce, cortocircuitando la linea – proteggendo così il resto del circuito, a costo (tipicamente) di far bruciare un fusibile o saturare l’alimentatore, molto meno costoso da sostituire di un transistor bruciato. E’ sempre buona norma inserire nella linea di alimentazione di un circuito elettronico un fusibile calcolato in modo da interrompere l’alimentazione qualora la corrente eccedesse significativamente da quella standard.

L’oscillatore: il “cuore” del Pixie

L’oscillatore è, letteralmente, il cuore del Pixie: genera un segnale sinusoidale alla frequenza operativa del ricetrasmettitore. Questa generazione deve essere il più possibile stabile in frequenza:  un requisito tutt’altro che scontato, come vedremo. L’elemento attivo dell’oscillatore è un transistor, Q1.

Un oscillatore, in generale, è semplicemente un amplificatore in cui una porzione del segnale d’uscita viene “riportata indietro” all’ingresso (retroazione positiva). Un oscillatore non “crea” un segnale dal nulla: sfrutta l’energia fornita dall’alimentazione continua trasformandola in un segnale periodico ad una frequenza ben definita. Le configurazioni circuitali più diffuse per costruire un oscillatore sono tre: Hartley, Colpitts e Pierce. Il Pixie utilizza un oscillatore Colpitts, stabilizzato da un quarzo.

Perché non basta un circuito LC

Per determinare la frequenza di funzionamento di un oscillatore serve un meccanismo di riferimento. Il metodo più semplice, concettualmente, è utilizzare un circuito accordato: l’accoppiamento di un condensatore (C) e di un induttore (L), da cui il nome di circuito LC.

Dimensionando correttamente L e C è possibile determinare con buona precisione la frequenza di risonanza del circuito. Il problema è che un circuito LC realizzato con componenti discreti non è sufficientemente stabile da poter pilotare in modo affidabile un trasmettitore in CW: è influenzato da elementi parassiti (le capacità e induttanze indesiderate di cui abbiamo già parlato) e i componenti stessi sono sensibili alla temperatura operativa, che ne fa variare leggermente i valori. Come sorgente stabile, il Pixie utilizza quindi un quarzo.

Il quarzo

Il quarzo sfrutta le caratteristiche piezoelettriche di alcuni materiali per stabilizzare un oscillatore. Una lamina di quarzo tagliata con precisione è l’elemento più comunemente usato: le sue caratteristiche meccaniche (dimensioni, taglio) determinano con grande precisione la frequenza di risonanza. Oggi si usano anche materiali ceramici con caratteristiche simili a quelle del quarzo, più economici. Gli oscillatori al quarzo (XO) sono sufficientemente stabili per la maggior parte delle applicazioni radioamatoriali; per applicazioni che richiedono maggiore precisione possono essere ulteriormente stabilizzati in temperatura (i cosiddetti TCXO, oscillatori al quarzo compensati in temperatura). Possiamo immaginare il quarzo come un diapason microscopico: se opportunamente eccitato tende ad oscillare sempre alla propria frequenza naturale, imponendola all’intero oscillatore.

In questo circuito il quarzo diventa l’elemento che determina con estrema precisione la frequenza di oscillazione, svolgendo il ruolo che in altri oscillatori è affidato ad un circuito LC accordato.

Il “RIT” del Pixie

Uno degli aspetti più ingegnosi (e più economici) del progetto è come viene realizzata la regolazione fine della frequenza in ricezione, il cosiddetto RIT (Receiver Incremental Tuning).

Il Pixie non ha un condensatore variabile meccanico, ma sfrutta una proprietà elettrica dei diodi: i diodi polarizzati inversamente presentano una piccola variazione di capacità, proporzionale alla tensione di polarizzazione applicata. Esiste una famiglia di diodi progettati appositamente per questo scopo, chiamati varicap (o varactor); nel Pixie, per ridurre i costi, viene invece usato un comune diodo 1N4001 (lo stesso tipo usato per la protezione D1), il cui comportamento come varicap è assolutamente modesto, ma sufficiente allo scopo.

La linea di regolazione (controllata dal trimmer RV1) è attiva solo in ricezione: alla pressione del tasto telegrafico, il diodo D2 non è più polarizzato, e la frequenza torna automaticamente a essere quella base imposta dal quarzo. In questo modo si può spostare leggermente la frequenza di ascolto per centrare meglio il segnale della stazione corrispondente, senza però modificare la frequenza reale di trasmissione, che resta ancorata, stabile, al quarzo.

Vederlo con i propri occhi

Collegando un oscilloscopio sull’emettitore di Q1 è possibile visualizzare direttamente la forma d’onda generata dall’oscillatore: è, in buona approssimazione, una sinusoide. Anche senza oscilloscopio, sintonizzando un ricevitore nelle vicinanze sarà possibile ascoltare l’emissione del circuito, sotto forma di un fischio continuo.

Resta però una domanda aperta: come fa un semplice “fischio” continuo a permettere di ricevere i segnali radio? La risposta è nel prossimo capitolo.