ワイヤレスFMトランスミッタ試験DIY

 

写真は、サイズ比較のためのワイヤレスFMトランスミッター、ポケットラジオや黄色のディスクを示しています。 トランスミッタに向かって話し、他は任意のFMラジオであなたを聞く。 トランスミッタは、単純な、手頃な価格で広く利用可能な部品と午後に構築することができます。 建設は楽しさと似ています性能は控えめですが、学習することができ、例えば、あなたの声は25フィート以上の距離で聞くことが困難になる。

 

 

動機と対象読者

このような回路との長期的な目標は、リモート制御およびデータ収集にある。 タッチトーンはワイヤレスでロボットのアクチュエータをオン/オフするために送信することができます。 センサデータは音のようなモールス符号に変換して無線環境を監視するためにマイクロコントローラによって解読することができる。 このチュートリアルの聴衆はまた、アプリケーションによって動機づけされるであろう。 シンプルなFMトランスミッターを構築するには、このような目標に向けた最初のステップとなります。

あなたに誤った期待を与えない、このFMトランスミッタは完璧な提供にはほど遠いわずかなパフォーマンスです。 まず、送信機はイライラすることができますチューニング。 可変コンデンサのわずかなターンは、大規模な周波数変化をもたらすことができます。 第二に、送信機のチューニングは、多くの場合、高調波周波数をもたらした。 代わりに、例えば、意図108のメガヘルツで、コンデンサチューニング216 MHzの送信機周波数を得た。 あなたの声を聞くことに加えて1つは少しラジオ局の放送を聞くことができた。

 

一つの答えは、その多くが学ぶことができ、このチュートリアルでは、アンテナの長さと（1）必要なコイル巻（2）（3）tranmitter周波数、パワー出力とレンジのようなパラメータを計算する基礎となる数学とappendixedされています。 多くの場合、ウェブ上、人は単に回路図を検索します。 （高校レベルの数学を含む）の分析を加えることで、1は、トランスミッタの性能上の改善を考えることができます。

このチュートリアルの対象読者は誰こうしてエレクトロニクス愛好家です。

• ずっとFMまたは無線周波数（RF）の経験を持っていない
• FMトランスミッターを構築したい
• このような送信機がどのように働くかを学びたい
• エアーコイル、アンテナの長さなどを構築する際にコンポーネントが例えば巻数を計算する選択されている方法を学びたい

 

 

再びこのチュートリアルでは、送信機の性能が控えめであることを強調したが、その建設に学習されます。 チュートリアルの内訳は次のとおりです。

 

• パーツリストとソース
• 建設/図
• 理論
• 操作
• ここからどこへ行く
• 著者情報

 

パーツリストとソース

米国ベースのベンダーはJameco、Digikeyを、JDRとラジオシャックが含まれています。 注：Boondogこれらのベンダーとは一切関係がありません。 試みは、単​​一のベンダーからのすべての部分を取得しました。 一般的な抵抗の部品番号が与えられていない。

 

努力はすべての部品の単一のソースサプライヤーを見つけるために行われました。 Jamecoは、テーブルに引用ほぼすべての部分を持っています。 詳細構成はマクドナルドソーダストローを使用して、空芯インダクタは、次のセクションで説明する。

構造

wirewrappingと半田の組み合わせはFM送信機を構築した。 Jamecoのプロトタイピングカード（非クリティカル）部品配置のために十分なスペースを提供します。 あなたは、すべての部品が一緒に閉じて、ワイヤーを短くリード保つ保つようにしてください。 下の写真は、可能な部分の配置（左）と半田面（右）を示しています。

 

 

回路図

fmTx031402a.pdfは同じ回路図のAcrobatのファイルです。 あなたはそれを表示するには、Adobe社の無料のAcrobat Readerが必要になります。

回路図と回路を構築するには、ストレートフォワード比較的です。 回路構成に向けたいくつかのハイライトと明確化が次の与えられている。

エレクトレットマイク

エレクトレットマイクロホンは、電池の正と負のリード線に接続する2つのピンを有する。 以下の図に示すように、一エレクトレットマイクロホンの下部に見える。 物理的にマイクの筐体に触れるパッドは、バッテリーのマイナスリード線に接続します。

 

 

バッテリー

あなたは、定期的な1.5V AA、CまたはD-細胞と通常は電卓や時計で見つかったコイン電池を、置き換えることができます。 コイン電池は、しかしより少ない部屋を取るとprotoboardへはんだができます。

2N2222Aトランジスタ

2N2222Aは非常に一般的なNPNトランジスタである。 （Jameco＃38236）ここで使用したものは、金属のように入力することができます（TO-18筐体）です。 その3つのピンは、（B）は、トランジスタのベースのためにコレクタ（C）とエミッタ（E）です。 トランジスタには標準ピン配列はありません。 などのピン配置を識別するために、それを注文するときには、トランジスタのスペックシートを要求するか、またはあなたは、トランジスタテスターとマルチメータを所有している場合、それを使用します。

2N2222Aまた、黒いプラスチック製のケーシング（TO-92スタイル）したい場合に使用することができますにしています。 缶が小さいタブのことを持っているのでT0-18が好ましい 一般的に エミッタピンを表しています。

正しく2N2222Aのピン配列を識別し、正しく回路図のベース、コレクタとエミッタ配線を確認してください。 多くの場合、回路の誤動作がピンは誤配線されたため。

可変コンデンサー

可変コンデンサのリード線は通常の0.1インチprotoboardsに収まらない。 あなたは、リードが収まるようにprotoboardにDREMEL - ドリルダウンすることができます。 別の方法としては、リード線に半田線ができますが、あなたがしなければ、浮遊容量を回避するために、できるだけ短く配線してください。

誘導子

インダクタは、単に線のコイルであり、あなたは、この回路のための1つを巻く必要があります。 インダクタは、その長さ、半径及びコイルのワイヤの巻き数によって特徴付けられる。 マグネットワイヤ（ラジオシャック部分278-1345）は、インダクタを構築するために使用されましたが、あなたは、標準的な固体ストランド22 AWGゲージの銅線を使用することができます。

いくつかのオンラインおよび印刷された記事は、鉛筆の周りに線を巻き述べる。 残念なことに、鉛筆は異なる直径で来る、従ってマクドナルドソーダわらを使用した、世界のすべてのマクドナルドで見つかった黄赤白のストライプのストローは、同じサイズです。 わらの半径は正確0.1325インチ（直径= 0.2650インチ）と1 / 4インチです藁を切っ切り取られました。

 

次に、ストレートピースワイヤーはこの1 / 4インチスニペット6回に巻き付けた後、プロトタイピング·ボードにハンダ付けされました。 最終結果は、としても知られているインダクタ（つまり 空気コア 0.1325インチ半径コイル）。 ご希望の場合は、恒久的にわらスニペットにワイヤーを保つために磨く一部レディース "明確な爪を適用することができます。

 

 

アンテナ

30ゲージ固体stramd銅線の22インチ長い作品が適しアンテナです。 しかし送信機を運ぶときは、線をもつれ危険。 ものはプロトタイピングボードに、無線機を発見したようにそのようなものとしては、伸縮アンテナを台無しにすることができます。

理論：FMトランスミッタ求人はどのように？

可変コンデンサとあなたの自作のインダクタは、FMラジオ帯域（88 108 MHzまで）の周波数で振動します。 エレクトレットマイクは、あなたがそれに向かって話す方法大声に依存する抵抗を有する。 このマイクは、バッテリ駆動であるとによる V = IR オームの法則、固定電圧用抵抗の変化は、電流の比例変化をもたらすでしょう。 今可変キャパシタ、インダクタ、アンテナに接続されている2N2222 NPNトランジスタのベース電流を減らすこのフィード。 正味の効果は、あなたの可変コンデンサの値に応じて、あなたの声は88と108 MHzの間の周波数で送信するように変調されるということです。 近くのポケットFMラジオがこの周波数に同調されている場合は送信機に向かって話したときに、あなたが聞いたことでしょう。

回路内の部品の値は、より良い、このFMトランスミッターが動作するかを理解するために派生している。 基礎数学はかなり簡単で、ほとんどの学部大学の物理学の教科書に記載されています。

空芯コイルのインダクタンス

あなたの自作のインダクタは、その半径によって決定された値を持っている r、長さ x ワイヤーターンと数 n.

 

あなたのマクドナルドソーダわらインダクタ、 R = 0.1325 インチ、 X = 0.25 インチと N = 6 ターンや結果 L = 0.171 マイクロヘンリーまたは0.000000171ヘンリー。

特定の周波数 f 次に、生成された静電容量によって決定される C とインダクタンス L それぞれファラッドとヘンリーで測定：

 

 

並列LC回路の共振周波数

FMラジオ局は88と108 MHzの間の周波数で動作します。 可変キャパシタおよび自作インダクタが並列LC回路を構成している。 それはまた呼ばれる タンク 回路で振動します 共振 あなたのポケットのFMラジオをピックアップされる周波数。

タンク回路において、基礎となる物理学は巻線コイルによって誘起される磁界でのプレートとインダクタのエネルギーを蓄積間の電界コンデンサで電気エネルギーを格納することである。 機械的な等価フライホイールのエネルギーバランスであり、角運動量（運動エネルギー）はスプリング（ポテンシャルエネルギー）でバランスされています。 別の例としては、振動の周期（または周波数）を指示運動に対する潜在的なエネルギーバランスがある振り子です。

4から34 pFの、あなたのタンク回路への可変コンデンサの範囲がよくFMラジオ範囲内で、66と192 MHzの間で共振します与えられた。 異なる値のこれらの値を計算する C, n, r & x calcFreq.xlsという単純なExcelスプレッドシートが作成されました。 単純に値を入力し、インダクタンスと周波数が自動的に計算されます。

 

アンテナの長さ

あなたが長い固体ストランド22ゲージワイヤー30インチの部分のいずれかあなたのアンテナを建てたり、伸縮延長アンテナを使用していました。 その長さは約1 / 4 FM波長でなければなりません。乗じ周波数と波長は光の速度に等しいことを思い出してください。 あなたは、おそらくのような、108 MHzの近くに送信機を動作させることでしょう：

 

 

固定コンデンサ

回路図を参照すると、 C2 & C4 デカップリング·コンデンサを、通常のように行動する 0.01 uFの （または 0.1 uFの）が使用されます。 C4 バッテリ金として電圧変動にもかかわらず、回路全体にわたって一定の電圧を維持しようとする試み。

コンデンサは周波数に依存する抵抗（リアクタンスと呼ばれる）と考えることができる。 スピーチは異なる周波数とコンデンサで構成され C1 それらを妨げる。 正味の効果は、ということです C1 トランジスタに入る電流を変調する。 に大きな値を使用する C1 より小さい値はトレブル（高音域）をブーストしながら低音（低周波数）を強化する。

　 C3 2N2222Aトランジスタ渡るコンデンサは、タンク回路が振動し続けるのに役立つ。 理論的には、限り、並列インダクタと可変キャパシタの両端の電源電圧がある限り、それはindefinetely共振周波数で振動するべきである。 しかしながら現実には、周波数が加熱損失による減衰。 C3 減衰と2N2222Aスペック·シートを防止するために使用される間の静電容量を示唆している 4 〜へ 10 pF.

エレクトレットマイク用抵抗

Jameco＃136573エレクトレットマイクのためのスペックシートには最大電流があると言う 0.5ミリアンペア。 バッテリーで電源を入れると 6Vし、電圧降下を越え R1 is V1 = 1.92V。 マイクを使って得られる電流は下から定格最大です

 

抵抗と2N2222A

2N2222Aトランジスタはこのように作られた分圧器を求めて最大値を評価されています R2 & R3 とエミッタ電流は、と制限 R4.

2N2222Aの最大定格電力は PMAX = 0.5 W。 この電力は、最終的にあなたが送信できる距離に影響を与えます。 トランジスタを圧倒すると、加熱し、それを破壊します。 これを避けるためには、FMトランスミッタは約出力する計算できる 124 mWの よく最大定格を下回っている。 数学的な詳細はrfMath.pdfに記載されている。

電源が密接に伝送範囲に関連している。 に 124 mWの と30％の放射効率、あなたのFMトランスミッタとバッテリ駆動の無線機間の最大距離は35足にbetweem 112の範囲であろう。 計算はrfDistance.pdfに記載されている。

操作

まず、使用 電池式のポケットラジオ レシーバとして。 AC電源ブームボックスやホームステレオ（110または220 V）がある 推奨、バッテリ駆動の無線機は、AC電源ユニットより送信を受信ではるかに優れています。

 

1. にあなたのラジオをチューニング 死んだ空気、沈黙しているか、一部だけヒスを持つFMラジオ帯域内すなわち周波数。 近い周波数 108 MHz 一般的に死んだ空気です。 ラジオロケータのWebページには、お住まいの地域で地元のラジオ局が一覧表示されます。 これは、あなたが死ん空気周波数を特定するのに役立ちます。
2. あなたのFMトランスミッターをオンにし、そのアンテナを拡張し、約2フィート離れてあなたのFMラジオからトランスミッターを保つ。 しながらマイクに向かって話す ゆっくり 可変キャップを調整する。 あなたはラジオで自分が聞こえるまで、あなたの爪や非金属のドライバを使用。 このプロセスでは、慎重なコンデンサのチューニングを必要とする、いらいら退屈です。 あなたはハウリング（としても知られて聞こえたら、あなたが調整されています ホットマイク）は送信機 - 受信機間のフィードバックを示している。
3. トランスミッタツーラジオ距離を増やします。 おめでとうございます - あなたは、ワイヤレスマイクを持っている！

ここからどこへ行く

以前述べたように、性能が控えめです。 108 MHzでチューニングされ、バッテリ駆動のラジオと主要都市における著者の経験で動作（フィラデルフィア、USA）は屋外で約25フィートの屋内と50足が得られた。 また、作成者の声に加えて、無線局の放送が僅かに聞くことができる。

性能を微調整するために、スペクトラムアナライザを用いることができる。 これは、視覚的に周波数が最も優勢で表示するデバイスです。 著者は、回路がむしろ希望200のMHz以下、220 MHzに約108で送信された発見！ 216 MHzの倍希望108のMHzであること、高調波である。 伝送範囲は、このように減少し、noice（ラジオ局放送）の影響を受けやすいれる。

希望108 MHzで伝送するために、著者は以下のように考えられて：

 

• 0.1 UHだ手作りコイルをテストすることは困難である。 マイクロヘンリーの範囲で測定するインダクタンスメーターは高価である。
• ピコファラドを測定キャパシタンスメートルも高価です。
• 0.111 UH空芯コイルはCoilcraft社、インダクタの製​​造業者から購入した。
• スペクトラム·アナライザは、数千ドルを要する。 実行可​​能な代案は$ 130 USD Elenco F-2800周波数カウンタです。 これは、もっと真剣にFMトランスミッタを構築する予定がある場合、取得するための素敵なユニットです。

ほとんどの部分については、表示された周波数カウンタはCoilcraft社のインダクタでも200メガヘルツ近似！ したがっておそらく可変コンデンサは本当に4ツー34 pFの範囲を与えていません。 送信周波数は200 MHzに閉じとどまったので、calcFreq.xlsは可変コンデンサが実際むしろ格4 pFのまで行くよりも34のpFの近くに留まる明らか。 静電容量の公差はまれ正確であるため、これは予想されるべきである。 正味の効果はピコファラッド解像度容量なしでは216 MHzの高調波収量減少の範囲で送信されますと、ノイズの影響を受けやすいということです。

最後の言葉

付録の詳細を完全に単一のトランジスタFMトランスミッター建設基礎となる数学と一緒にこのチュートリアル。 回路は10足送信範囲に25で、その結果、共通部品のドル未満50 USDと午後に構築することができます。

筆者のように、読者はFMトランスミッタを構築する見通しについて興奮している可能性があります。 多くの回路設計と回路図は、オンラインで、プリント中に存在するが、多くの場合、多くの分析を提供していません。 このチュートリアルでは、特に初めてのFMトランスミッタービルダーは、このギャップを埋めるためにしようとします。 分析は1つが役割とその値は、回路でプレーかを学ぶことができます。 このような分析は、回路を改善したり、カスタマイズに向けたリーダーのステッピングポイントを提供します。

数学と現実世界の動作を説明するチュートリアルの値です。 より多くの学習に向けたいくつかの材料は以下の参照から取得される可能性があります。 建物ハッピー！

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