DIY en trådløs FM-sender test

 

Fotoet viser en trådløs FM-sender, lomme-radio og gul disk til størrelse sammenligninger. Tal ind i senderen og andre hører dig på enhver FM radio. Senderen kan bygges på en eftermiddag med enkle, overkommelige og bredt tilgængelige dele. Byggeri er sjovt og meget kan læres, selv om performance er beskedent, for eksempel får din stemme svært at høre på afstande større end 25 fødder.

 

 

Motivation og Audience

Vores langsigtede mål med sådanne kredsløb er i fjernbetjening og dataopsamling. Touch toner kunne overføres til trådløst tænde / slukke en robottens aktuatorer. Sensor data kunne konverteres til morse-kode som lydene og tydet af en microcontroller til trådløs overvåge miljøer. Denne tutorial publikum ville også være motiveret af sådanne ansøgninger. Opbygning af en simpel FM transmitter ville være et første skridt i retning af disse mål.

Ikke at give dig falske forhåbninger, det FM-senderen er langt fra perfekt tilbyder kun beskedne resultater. Først tuning senderen kan være frustrerende. Selv små drejninger i variabel kondensator kan resultere i store frekvensændringer. Sekund, senderen tuning ofte resulterede i en harmonisk frekvens. I stedet for den tilsigtede 108 MHz for eksempel, gav kondensator tuning en 216 MHz sendefrekvens. Ud over at høre din stemme kunne man let høre radio station udsendelser.

 

Et svar er, at meget kan læres, og denne tutorial er der appendixed med de underliggende matematik til at beregne parametrene gerne (1) tranmitter frekvens, effekt og rækkevidde (2) antenne længde og (3), der kræves spolevikling. Ofte på nettet, man bare finder en skematisk. Ved at tilføje analyse (med high school niveau matematik), kan man forestille forbedringer på senderen ydeevne.

Denne tutorial publikum er således elektronik entusiaster, der:

• har ikke meget FM eller radio-frekvens (RF) erfaring
• ønsker at opbygge en FM-sender
• ønsker at lære disse sendere arbejder
• ønsker at lære komponenter er valgt fx beregning af antallet af omgange, når man bygger en luft spole, antenne længde etc.

 

 

Igen denne tutorial understreger, at senderens præstation er beskedne, men er lært i sin opbygning. Den tutorial er fordelt således:

 

• Dele List og Kilder
• Byggeri / Skematisk
• Teori
• Produktion
• Hvor To Go From Here
• Forfatter Information

 

Dele List og Kilder

USA-baserede leverandører inkluderer Jameco, Digikey, JDR og Radio Shack. Bemærk: Boondog har ingen tilknytning til disse leverandører. Forsøg var erhverve alle dele fra en enkelt leverandør. Varenumre for almindelige modstande er ikke givet.

 

Blev gjort en indsats for at finde en enkelt kilde leverandør af alle dele. Jameco har næsten alle dele citeret i tabellerne. Detaljer byggeri din luft kerne spole med en McDonald soda halm vil blive beskrevet i næste afsnit.

Byggeri og håndværkere

En kombination af wirewrapping og lodning blev brugt til at konstruere den FM-sender. Jameco s prototyping kortet giver nok plads til (ikke-kritiske) del placering. Du bør forsøge at holde alle dele tæt sammen og holde wire fører korte. Nedenstående fotos illustrerer mulige del placering (til venstre) og lodde side (højre).

 

 

skematisk

fmTx031402a.pdf er Acrobat fil af samme skematiske. Du skal bruge Adobe gratis Acrobat Reader for at se det.

Den skematiske og konstruere kredsløbet er relativt ligetil. Nogle højdepunkter og præciseringer i retning kredsløb byggeri gives næste.

electret Mikrofon

En elektretmikrofon har to ben, der forbinder til de positive og negative ledninger i et batteri. Som vist i nedenstående tegning, man ser i bunden af ​​elektret mikrofon. Puden der fysisk rører mikrofonens kabinet forbindes til batteriets negative bly.

 

 

Batterier

Du kan erstatte de knapcelle, der typisk findes i lommeregnere og ure, med regelmæssige 1.5V AA, C eller D-celler. De knapcelle dog tager mindre plads og kan lodde på protoboard.

2N2222A Transistor

Den 2N2222A er en meget almindelig NPN transistor. Den ene bruges her (Jameco # 38236) er det metal kan skrive (TO-18 kappe). De tre ben er for transistor base (B), indsamler (C) og emitter (E). Der er ingen standard pinout for transistorer. Som sådan anmode transistor spec ark, når du bestiller den til at identificere den pinout, eller hvis du ejer et multimeter med en transistor tester, bruge det.

Den 2N2222A også kommer i en sort plastik kabinet (TO-92 style), som du kan bruge, hvis du ønsker det. Den T0-18 foretrækkes, fordi dåsen har en lille fane, typisk repræsenterer emitter pin.

Sørg for at du korrekt at identificere 2N2222A s pinout og korrekt tilslutning af basen, kollektor og emitter i skematisk. Ofte kredsløb funktionsfejl, fordi benene var mis-wired.

Variabel kondensator

Det fører til den variable kondensator ikke passer i normale 0.1 tommer protoboards. Du kan Dremel-bore ind i protoboard at gøre ledningerne pasform. Alternativt kan du kan lodde ledning til ledningerne, men hvis du gør det, holder ledningerne så korte som muligt for at undgå omstrejfende kapacitanser.

Inductor

En spole er blot en spole af tråd, og du har brug for at afvikle en for dette kredsløb. En spole er kendetegnet ved sin længde, radius og antallet af trådvindinger i spolen. Magnet wire (Radio Shack del 278-1345) blev brugt til at bygge spole, men du kan bruge standard solid streng 22 AWG gauge kobbertråd.

Nogle on-line og trykte artikler beskrives snoede wiren omkring en blyant. Desværre, blyanter kommer i forskellige diametre og dermed en McDonald soda halm blev brugt, gul-rød-hvid stribet halm, findes i alle McDonalds i verden, er den samme størrelse. Halmen radius er præcis 0.1325 inches (diameter = 0.2650 inches), og 1 / 4 inches blev snipped fra halmen.

 

Dernæst blev et lige stykke wire viklet omkring denne 1 / 4 tommer snippet seks gange og derefter loddes på prototyping bord. Slutresultatet er en induktor (også kendt som en luftkerne spole) med en 0.1325 tommer radius. Hvis du ønsker, kan du anvende nogle Dame 'klar neglelak til permanent at holde ledningen på halm snippet.

 

 

Antenne

En 30 tommer lang stykke 22 gauge solid stramd kobbertråd er en egnet antenne. Men når du bærer senderen, risikerer du sammenfiltring tråden. Som sådan kan du skrue en teleskopisk antenne, ligesom dem fundet et radioer ind i prototyping bord.

Teori: Hvordan FM Transmitter arbejde?

Den variable kondensator og din self-made spole vil vibrere ved frekvenser i FM-radio-båndet (88 til 108 MHz). Det elektretmikrofon har en modstand, der afhænger af, hvor højt du taler ind i det. Denne mikrofon er batteridrevet, og ifølge V = IR Ohms lov, ændringer i modstanden til fast spænding vil resultere i proportional ændringer i de nuværende. Denne aktuelle feeds ind i bunden af ​​2N2222 NPN transistor, der er tilsluttet din variabel kondensator, spole og antenne. Nettoeffekten er, at afhængigt af din variabel kondensator værdi, vil din stemme blive moduleret at sende på en frekvens mellem 88 og 108 MHz. Hvis en nærliggende lomme FM radioen er indstillet på denne frekvens, vil du blive hørt, når du taler ind i din sender.

De komponent værdier i kredsløbet er afledt til bedre at forstå, hvordan denne FM transmitter vil arbejde. Den underliggende matematik er forholdsvis enkel og kan findes i de fleste universitet fysik lærebøger.

Induktans en Air Core Coil

Din self-made spole har en værdi bestemt af dens radius r, Længde x og antallet af wire omdrejninger n.

 

For din McDonalds soda halm induktor, r = 0.1325 inches, x = 0.25 inches og n = 6 drejninger og resultater i L = 0.171 microHenry eller 0.000000171 Henry.

Den specifikke frekvens f genereret bestemmes nu af kapacitans C og induktans L målt i farad og Henry henholdsvis:

 

 

Resonansfrekvens en parallel LC Circuit

FM-radiostationer operere på frekvenser mellem 88 og 108 MHz. Den variable kondensator og din self-made spole udgør en parallel LC kredsløb. Det kaldes også en tanken kredsløb og vil vibrere ved en resonant frekvens, som vil blive afhentet lommen FM-radio.

I tank kredsløb, er den underliggende fysik, en kondensator lagrer elektrisk energi i det elektriske felt mellem dens plader og en spole lagrer energi i magnetfeltet induceret af spolevikling. Den mekaniske ækvivalent er energibalancen i et svinghjul, impulsmoment (kinetisk energi) opvejes af fjederen (potentielle energi). Et andet eksempel er et pendul, hvor der er en kinetisk versus potentiel energibalance, der dikterer den periode (eller frekvens) for svingninger.

Givet din variabel kondensator spænder fra 4 til 34 pF, vil din tank kredsløb resonans mellem 66 og 192 MHz, godt inden for FM-radio rækkevidde. At beregne disse værdier for forskellige værdier af C, n, r , x en simpel Excel-regneark, kaldet calcFreq.xls blev oprettet. Du skal blot indtaste de værdier og induktans og frekvens beregnes automatisk.

 

Antenne Længde

Du byggede din antenne enten med et stykke af fast streng 22 gauge wire 30 inches lang eller brugt en teleskopisk udtrækkelig antenne. Dens længde bør være ca 1 / 4 FM bølgelængde, huske at multiplicere frekvens og bølgelængde lig lysets hastighed. Du vil sandsynligvis være i drift senderen nær 108 MHz, som sådan:

 

 

Faste kondensatorer

Under henvisning til den skematiske, C2 , C4 fungere som afkobling kondensatorer og typisk 0.01 uF (eller 0.1 uF) Anvendes. C4 forsøg på at opretholde en konstant spænding over hele kredsløbet trods spændingsudsving Da batteriet dør.

En kondensator kan opfattes som en frekvens-afhængig modstand (kaldet reaktans). Tale består af forskellige frekvenser og kondensatoren C1 hindrer dem. Nettoeffekten er, at C1 modulerer strøm gå ind i transistoren. Ved hjælp af en stor værdi for C1 styrker bas (lave frekvenser), mens mindre værdier øge diskant (høje frekvenser).

C3 kondensator tværs af 2N2222A transistor tjener til at holde tanken kredsløb vibrerende. I teorien, så længe der er en forsyningsspænding over den parallelle spole og variabel kondensator bør det vibrere ved resonansfrekvensen tidsubegrænset. I virkeligheden er imidlertid frekvensen henfalder grund varmetab. C3 bruges til at forhindre henfald og 2N2222A spec ark foreslår en kapacitans mellem 4 til 10 pF.

Modstand for Electret Mic

Den spec ark til Jameco # 136573 elektretmikrofon siger den maksimale strøm er 0.5 mA. Når batteridrevne på 6V, Derefter spændingsfaldet over R1 is V1 = 1.92V. Den resulterende strøm gennem mikrofonen er under den maksimale eftersom

 

Modstande og 2N2222A

Den 2N2222A transistor har vurderet maksimum dermed krævende en spændingsdeler lavet med R2 , R3 og emitter strømbegrænsning med R4.

Den 2N2222A maksimale mærkeeffekt er Pmax = 0.5 W. Denne magt i sidste ende påvirker den afstand, du kan overføre. Overmandede transistor vil opvarme og ødelægge den. For at undgå dette, kan man beregne, at FM-senderen udsender ca 124 mW og er langt under den nominelle maksimale. De matematiske detaljer er givet i rfMath.pdf.

Den effekt er tæt relateret til senderens rækkevidde. På 124 mW og 30% stråling effektivitetsgevinster, vil den maksimale afstand mellem din FM transmitter og en batteridrevet radio ligge betweem 35 til 112 fødder. Beregningerne er givet i rfDistance.pdf.

Produktion

Først skal du bruge en batteridrevet pocket radio som en modtager. Vekselstrøm boom-bokse og hjem stereoanlæg (110 eller 220 V), er ikke anbefales; batteridrevne radioer er meget bedre til at modtage transmissioner end AC-drevne enheder.

 

1. Tune din radio til at døde luft, Dvs frekvenser inden for FM-radio band, der er tavse, eller kun har nogle hvæse. Frekvenser i nærheden 108 MHz er typisk døde luft. The Radio-Locator webside viser de lokale radiostationer i dit område. Dette kan hjælpe dig med at identificere døde luft frekvenser.
2. Tænd for din FM transmitter, udvide sin antenne og holde senderen ca 2 meter væk fra dit FM-radio. Tal ind i mikrofonen, mens langsomt justering af variabel hætte. Brug en fingernegl eller ikke-metalliske skruetrækker, indtil du høre dig selv i radioen. Denne proces er frustrerende kedelig, der kræver omhyggelig kondensator tuning. Du er tunet når du hører hylende (også kendt som en hot mic), Der indikerer sender-modtager feedback.
3. Øg sender-til-radio afstand. Tillykke - du har en trådløs mikrofon!

Hvor To Go From Here

Som nævnt tidligere, performance er beskedne. Forfatterens erfaring opererer i en større by (Philadelphia, USA) med det batteridrevne radio tunet på 108 MHz gav ca 25 fødder indendørs og 50 fødder udendørs. Også ud over forfatterens stemme, kunne radiostationen sendes være lidt hørt.

At nappe ydeevne, kan et spektrum analysator anvendes. Det er en anordning, der visuelt viser frekvenser er mest fremherskende. Opdagede forfatteren kredsløbet blev sender på omtrent 200 til 220 MHz, snarere end den ønskede 108 MHz! 216 MHz er en harmonisk, er to gange den ønskede 108 MHz. Sende rækkevidde er således reduceret, og modtagelige for noice (radiostationer udsendelser).

For at sende på det ønskede 108 MHz, forfatteren betragtede følgende:

 

• En hånd-made spole, der er 0.1 uH er svært at teste. Induktansudtag målere til at måle på mikro Henry sortiment er dyre.
• Kapacitans aflæste picofarads er også dyre.
• En 0.111 uH air kernespole blev købt fra COILCRAFT, en induktor producenten.
• Spectrum analysatorer koster tusindvis af dollars. En levedygtigt alternativ er en $ 130 USD Elenco F-2800 frekvens tæller. Dette er en nice enhed til at erhverve, hvis du har planer om at bygge FM-sendere mere alvorligt.

For det meste, vises frekvensen counter tilnærmet 200 MHz selv med COILCRAFT spole! Således sandsynligvis den variable kondensator er ikke rigtig give en 4-til-34 pF rækkevidde. Siden sendefrekvens forblev lukket for 200 MHz, calcFreq.xls afslører, at variabel kondensator faktisk forbliver tæt 4 pF snarere end at gå op til den nominelle 34 pF. Dette må forventes, da tolerancer i kapacitans er sjældent præcise. Nettoeffekten er, at uden picofarad opløsning kapacitans du skal sende på et 216 MHz harmonisk udbytte reduceret rækkevidde og modtagelige for støj.

Afsluttende ord

Denne tutorial sammen med appendikser detalje helt en enkelt transistor FM transmitter byggeri og underliggende matematik. Kredsløbet kan bygges på en eftermiddag med mindre end $ 10 USD af fælles dele, hvilket resulterer i en 25 til 50 foden transmission rækkevidde.

Ligesom forfatteren, kan læserne være begejstret over udsigten til at bygge FM-sendere. Mange kredsløb design og oversigter findes på nettet og på tryk, men ikke ofte give meget analyse. Denne tutorial forsøger at udfylde dette hul, især for første gang FM transmitter bygherrer. Analysen gør det muligt at lære, hvilke roller og deres værdier spiller i kredsløbet. En sådan analyse giver en læser et skridt peger i retning af at forbedre eller tilpasse kredsløbet.

Illustrerer matematik og den virkelige verden operation er tutorial værdi. Nogle materiale mod at lære mere kan erhverves fra nedenstående referencer. Glad bygning!

Vores andet produkt:

15W FM Transmitter med antenne	Økonomisk Komplet FM-radio Station	3KW Rack FM-radio-sender
5KW Analog TV-sender	Cirkulært polariseret FM-antenne	Fire Slot Sy TV-antenne