Nella pagina precedente ci siamo lasciati con una domanda: come fa un semplice segnale sinusoidale generato dall’oscillatore a permettere di ricevere segnali radio? La risposta sta nel principio della conversione diretta.

La conversione diretta

Quando due segnali vengono applicati a un dispositivo non lineare, si generano diversi prodotti di miscelazione, fra cui anche due componenti fondamentali: la somma e la differenza delle frequenze originali.

In un ricevitore a conversione diretta si miscela il segnale captato dall’antenna con quello proveniente dall’oscillatore locale (nel nostro caso, l’oscillatore al quarzo che abbiamo appena analizzato). Se le due frequenze sono molto vicine fra loro (come accade quando l’oscillatore locale è vicino alla frequenza di un segnale in banda) il segnale “differenza” cade nel campo delle frequenze udibili: qualche centinaio di Hz che vengono rese come un tono nell’altoparlante o in cuffia.

All’uscita di questo stadio, chiamato mixer, basta quindi un filtro che scarti il segnale somma (che cade a frequenze radio, il doppio della frequenza operativa) e lasci passare il segnale differenza (la componente acustica) per ottenere, semplicemente, l’audio del segnale ricevuto.

Il mixer del Pixie

Nel Pixie, la miscelazione viene svolta dallo stesso transistor che, in trasmissione, funge da amplificatore di potenza: Q2. Questo è uno degli aspetti più eleganti (ed economici) del progetto:

• il segnale generato dall’oscillatore è iniettato sulla base di Q2 tramite il condensatore C6;
• il segnale captato dall’antenna entra invece dal collettore, tramite C10;
• il risultato della miscelazione fra i due segnali è disponibile ai capi di C8/R6, da cui viene prelevato per essere inviato all’amplificatore audio;
• L2 è semplicemente un’impedenza di blocco: lascia passare la corrente continua che serve ad alimentare Q2 evitando che passi invece il segnale RF verso l’alimentazione.

Va detto con onestà che nel Pixie non c’è un vero filtro passa-basso realizzato con componenti passivi dedicati a valle del mixer: il “filtraggio” del prodotto somma è affidato, in buona parte, alla risposta in frequenza degli stadi successivi. È uno dei compromessi tipici di un progetto così essenziale, e contribuisce a spiegare perché le prestazioni in ricezione del Pixie, pur funzionali, non siano propriamente eccezionali.

E in trasmissione?

La pressione del tasto telegrafico mette a massa una linea del circuito, con un effetto a catena:

1. la tensione ai capi del trimmer RV1 va a zero;
2. questo cambia le polarizzazioni applicate al transistor Q2 passando da quelle adatte alla miscelazione debole segnale, ad altre adatte a erogare potenza;
3. contemporaneamente, la stessa pressione del tasto chiude a massa la linea che porta il segnale audio verso l’integrato amplificatore, silenziandolo durante la trasmissione (evitando fastidiosi ronzii o retroazioni in cuffia).

Con la semplice pressione di un tasto, quindi, lo stesso stadio circuitale cambia completamente comportamento: da miscelatore per la ricezione diventa amplificatore di potenza per la trasmissione. È un esempio molto istruttivo di come, modificando la polarizzazione (cioè le condizioni di funzionamento) di un componente, gli stessi elementi fisici possano assolvere funzioni radicalmente diverse.

Il “trasmettitore” e il P.A.

In trasmissione, Q2 diventa quindi lo stadio finale di potenza (P.A., Power Amplifier): amplifica il segnale presente sulla base e lo porta in uscita sul collettore. I due induttori presenti in questa parte di circuito servono a polarizzare correttamente il transistor. Il segnale in uscita, dell’ordine di alcune centinaia di milliwatt (tipicamente fra 300 e 800 mW, a seconda della tensione di alimentazione e dei transistor effettivamente montati), viene portato verso l’antenna attraverso un condensatore di accoppiamento da 100 nF.

Armoniche e intermodulazione

Una sinusoide pura è, dal punto di vista dello spettro, un segnale spettralmente puro: contiene energia a un’unica frequenza. Ogni distorsione del segnale reale provoca la produzione di armoniche: componenti spurie a multipli interi della frequenza fondamentale.

Produrre un segnale puramente sinusoidale, e realizzare circuiti di amplificazione perfettamente lineari, è nella realtà del tutto impossibile: praticamente ogni sistema elettronico reale ha un contenuto, anche minimo, di armoniche. Un fenomeno collegato, ma distinto, è l’intermodulazione: quando più segnali attraversano insieme dispositivi non perfettamente lineari, si generano ulteriori segnali spuri e indesiderati, combinazioni delle frequenze originarie.

L’intermodulazione ha effetti particolarmente negativi nei ricevitori (dove può generare falsi segnali o disturbi), ma anche nei trasmettitori è necessario minimizzarne la presenza, esattamente come per le armoniche: un trasmettitore spettralmente sporco può disturbare altri utenti dello spettro radio ben lontani dalla propria frequenza operativa.

Il filtro a pi-greco

Nel Pixie, i segnali spuri in uscita vengono limitati da un filtro a pi-greco (dal nome che assume il suo schema, simile alla lettera greca π): una rete composta da induttanze e condensatori che svolge due funzioni fondamentali: adatta l’impedenza dello stadio finale a quella dell’antenna e attenua le armoniche generate dal funzionamento non lineare del transistor. L’immagine che segue mostra la risposta teorica del filtro implementato sul pixie.

Una parentesi sui decibel

L’attenuazione (o il guadagno) di un filtro, o più in generale di uno stadio elettronico, si misura in decibel (dB). Il decibel non è propriamente un’unità di misura assoluta, ma esprime un rapporto fra due grandezze, misurato su una scala logartimica.. Alcuni valori di riferimento utili da ricordare:

• +3 dB equivalgono a raddoppiare una potenza;
• +6 dB equivalgono a raddoppiare una tensione (a parità di impedenza);
• Secondo la convenzione IARU in ricezione, sugli strumenti di misura del segnale (S-metro), ogni punto S equivale convenzionalmente a 6 dB, con il riferimento S9 fissato, in HF, a 50 µV.

Questi riferimenti torneranno utili ogni volta che si parla di prestazioni di filtri, amplificatori o antenne.

L’amplificazione audio

L’amplificazione del debole segnale audio proveniente dal mixer è affidata a un circuito integrato specializzato molto diffuso: l’LM386. I componenti attorno all’integrato sono quelli previsti dalle note applicative del produttore. Il valore del condensatore C11, collegato fra i pin 1 e 8, regola il guadagno dell’amplificatore: senza questo condensatore il guadagno è di circa 8 volte, con questo condensatore (come nel Pixie) sale fino a circa 200 volte, a scapito però di una maggiore sensibilità al rumore e alla possibilità di oscillazioni.

Anche in questo stadio non è presente un filtro passa-basso dedicato, né un regolatore di volume: il “filtraggio” finale è affidato semplicemente alla risposta in frequenza del trasduttore finale utilizzato (cuffie o altoparlante), che naturalmente attenua le frequenze più estreme.