Elektronika | Akusztika » Hevesi László - Vezeték nélküli mikrofon

Vezeték nélküli mikrofon Vezeték nélküli mikrofon Az áramkör „lelke” egy feszültségvezérelt (feszültséggel hangolt) nagyfrekvenciás oszcillátor (VCO). Az oszcillátor működési frekvenciája olyan, hogy egy háztartási (CCIR FM adások vételére alkalmas) rádióvevőkészülék vételi sávjába essen. (A CCIR FM sáv – köznapi nyelven „nyugati URH sáv” – tartománya: 88 – 108MHz). Ha az oszcillátor hangolófeszültségét egy alapérték környezetében változtatjuk, akkor az oszcillátor által generált szinuszhullám frekvenciája az f0 alapérték körül változik. Ez a jel nem más, mint egy – a hangolófeszültséggel modulált – FM jel. Ha a hangolófeszültség történetesen egy mikrofon felerősített feszültség-változásai, akkor az áramkör „mini FM adó”-ként működik. Ilyet használnak az ún „vezeték nélküli mikrofonok”, hogy a színpadon fellépők ne botorkáljanak egymás vezetékeiben, de a

titkosszolgálatok is előszeretettel használnak ehhez hasonló kis áramköröket („poloskákat”) virágcserép földjébe ültetve. A laboratóriumi mérésen használt oszcillátor-kapcsolás az antenna vezetékén csak néhány x 10 mW nagyfrekvenciás teljesítmény előállítására képes, ezért hatósugara is erősen korlátozott (n x 10m). Nagyobb teljesítményű adó működtetése engedélyköteles! +9V R1 6.2k C1 2.2u R2 22k R4 2.2k D1; D2 OA1160 C3 100u C4 10n R6 27 R7 82k T2 BFY90 P 4.7k T1 BC413 C6 2.2p R10 330k Mikrofon R3 R5 3.3k 1k L O5 mm 11menet C2 100u C5 10n R8 33k R9 510 C7 22p Antenna 70-75 cm C8 10n D3 BB139 0V mikrofonerősítő nagyfrekvenciás oszcillátor 1. ábra Vezeték nélküli mikrofon kapcsolási rajza A szaggatott vonal jobb oldalán található áramköri rész a nagyfrekvenciás oszcillátor, vezérlőfeszültsége az R10 baloldalára kapcsolt feszültség. A szaggatott vonaltól balra látható a mikrofonerősítő

kinyomtatva: 01-10-29-n 1/3 szerző: Hevesi László Vezeték nélküli mikrofon A nagyfrekvenciás oszcillátor T2 tranzisztor közös bázisú kapcsolásban üzemel (bázisa C4, C5 kondenzátorok által nagyfrekvenciás földön található). R7, R8, R9 ellenállások a tranzisztor nyugalmi munkapont-áramát határozzák meg, a következőképpen: 9V ⋅ R8 − U EB0 R7 + R8 = ⋅β R7 ⋅ R8 (β + 1)R 9 + R7 + R8 9V R8 I R ⋅R æ 1ö = C ⋅ 7 8 + U EB0 + I C çç1 + ÷÷ R 9 β R7 + R8 R 7 + R8 è βø Þ IC ahol: UEB0 ≈ 0.65V; β ≈ 100 – 200 BFY90 esetén behelyettesítve, valamint a fenti β tartományt figyelembe véve: IC = 2.5 – 3 mA, UCE = 77 – 74 V L, C7, C8, CD3 rezgőkört alkot (ahol CD3, a D3 varikap dióda kapacitása). Az oszcillátor által generált szinuszjel frekvenciáját lényegében ennek a rezgőkörnek a rezonanciafrekvenciája határozza meg a következőképpen: f0 =

1 æ C ⋅C ö 2π Lçç C 7 + 8 D3 ÷÷ C8 + C D3 ø è , mivel C 8 >> C D3 Þ f0 ≈ 1 2π L(C 7 + C D3 ) C6 kapacitás által okozott pozitív visszacsatolás hatására oszcillál közös bázisú erősítőfokozatunk. Néhány szó a varikap diódákról Bármely pn félvezető átmenet (bármilyen félvezető dióda), záróirányban előfeszítve – feszültségvezérelt – kapacitásként működik. (lásd A) függelék) Kis zárófeszültség vékony kiürített tartomány vékony dielektrikum „kondenzátor fegyverzetei” közel vannak egymáshoz relatív nagy (elérhető legnagyobb) kapacitás. Ezzel szemben: nagy zárófeszültség vastag kiürített tartomány vastag dielektrikum „kondenzátor fegyverzetei” távol vannak egymástól relatív kis (elérhető legkisebb) kapacitás. Ismétlem: bármilyen dióda rendelkezik eme fenti tulajdonsággal, azonban feszültségvezérelt kapacitás céljaira mégis varikap diódákat használnak.

(Geometriájuk, előállítási technológiájuk speciálisan eme célnak megfelelően lett kialakítva.) C8 szerepe: -egyen szempontból leválasztja a D3 diódát a T2 kollektoráról, így a varikap dióda zárófeszültségét kizárólag az R10 baloldalán beadott egyenfeszültség határozza meg (mivel a dióda záróirányban előfeszített, rajta gyakorlatilag nem folyik áram, R10 ellenálláson nem esik feszültség). -nagyfrekvenciás szempontból rövidzárként viselkedik, a kapacitásdióda L-el és C7-el párhuzamosan szerepel (megj. a pozitív tápfeszültség nagyfrekvenciásan ugyanúgy föld, mint a D3 anódja) A mikrofonerősítő A felhasznált elektret mikrofon munkaellenállása az R1. Az ezen eső kisamplitúdójú hangfrekvenciás jel a C1 elektrolit kondenzátoron keresztül jut a T1 tranzisztorral alkotott közös emitteres erősítőfokozat bázisára (közös emitteres mivel: C2 a hangfrekvenciás tartományban gyakorlatilag rövidrezárja az R5

ellenállást). R2, P, R3, R5 ellenállások határozzák meg a tranzisztor nyugalmi munkapont-áramát a következőképpen: R3 + x⋅P I (R + x ⋅ P ) ⋅ (R 2 + (1 − x ) ⋅ P ) æ 1ö 9V ⋅ = C⋅ 3 + U EB0 + I C çç1 + ÷÷ R 5 R2 +P+R3 R2 +P+R3 β è βø R3 + x⋅P − U EB0 R2 +P+R3 = ⋅β (R + x ⋅ P ) ⋅ (R 2 + (1 − x ) ⋅ P ) (β + 1)R 5 + 3 R2 + P + R3 9V ⋅ Þ IC ahol: UEB0 ≈ 0.65V; β ≈ 200 – 500 BC413 esetén behelyettesítve, valamint a potméter x állását figyelembe véve: IC =0.33 – 173 mA, UCE = 79 – 35 V kinyomtatva: 01-10-29-n 2/3 szerző: Hevesi László Vezeték nélküli mikrofon A hagyományos erősítőfokozat kollektor ellenállása (R4) kiegészült az R6, C3, D1, D2 elemekből álló kétpólussal. Kis kollektorköri hangfrekvenciás jel esetén (D1, D2 germánium diódák zárva vannak), a fokozat erősítése: A≈− h 21 ⋅ R 4 h 11 míg nagy jel

esetén (amikor a diódák vezetnek): h 21 ⋅ (R 4 × R 6 ) h ⋅R ≈ − 21 6 h 11 h 11 A≈− Tekintettel R4 ill. R6 értékeire kiderül, hogy nagy jel esetén jelentősen csökken az erősítés Ezáltal jelszinttől függően automatikus erősítés szabályozás valósul meg (mikrofont távol tartva [kis jel] nagyobb az erősítés, míg ha közelről beszélünk [nagy jel] az erősítő megpróbál visszaszabályozni). Függelékek: A.) BB139 varikap dióda kapacitás-függése 88 MHz kinyomtatva: 01-10-29-n 92 MHz 96 MHz 100 MHz 3/3 105.3 Bartók rádió 103.3 Danubius rádió 102.1 Bridge rádió 100.8 Sláger rádió 100.3 Rádió 1 99.5 Pannon rádió 98.6 Est fm rádió 98.0 Civil rádió 96.4 Roxy rádió 95.8 Info rádió 95.3 Klub rádió 94.8 Petőfi rádió 92.9 Sztár rádió 91.1 Dunakanyar rádió 89.5 Juventus rádió 88.8 Rádió C 88.1 Budapest rádió B.) Budapesten fogható FM rádióadók (2001) 104 MHz 108 MHz szerző: Hevesi

László