DIY en trådløs FM-sender testen

 

Bildet viser en trådløs FM-sender, lomme radio og gul disk for størrelse sammenligninger. Snakk inn i senderen og andre hører du på hvilken som helst FM-radio. Senderen kan bygges i en ettermiddag med enkle, rimelige og lett tilgjengelige deler. Bygging er gøy, og mye kan læres selv om ytelsen er beskjeden, for eksempel, blir stemmen din vanskelig å høre på avstander større enn 25 føtter.

 

 

Motivasjon og Målgruppe

Vårt langsiktige mål med slike kretser er i ekstern kontroll og datainnsamling. Berøringstoner kan overføres til trådløst slå på / av en robotens aktuatorer. Sensordata kan bli konvertert til morse-kode som lyder og tydet av en mikrokontroller å trådløst overvåke miljøer. Denne opplæringen publikum ville også være motivert av slike søknader. Bygge en enkel FM-sender ville være en første skritt mot slike mål.

Ikke å gi deg falske forhåpninger, dette er FM-senderen er langt fra perfekt tilbyr bare beskjeden ytelse. Først tuning senderen kan være frustrerende. Selv små svingene i variabel kondensator kan resultere i store frekvensen endres. Sekund, sender tuning ofte resultert i en harmonisk frekvens. I stedet for den tiltenkte 108 MHz for eksempel, ga kondensator innstiller en 216 MHz senderfrekvens. I tillegg til å høre stemmen din kunne man lett høre radio stasjon sendinger.

 

Ett svar er at mye kan læres, og denne opplæringen er er appendixed med de underliggende matematikk for å beregne parametre som (1) tranmitter frekvens, effekt og rekkevidde (2) antenne lengde og (3) som kreves spiral svingete. Ofte på nettet, finner man bare en skjematisk. Ved å legge analysen (med high school nivå matematikk), kan man tenke forbedringer på senderen ytelse.

Denne opplæringen publikum er dermed elektronikk entusiaster som:

• har ikke mye FM eller radio-frekvens (RF) erfaring
• ønsker å bygge en FM-sender
• ønsker å lære hvordan slike sendere fungerer
• ønsker å lære hvordan komponentene er valgt for eksempel beregning av antall omdreininger når du bygger en luft coil, antenne lengde osv.

 

 

Igjen denne opplæringen understreker at senderen ytelse er beskjeden, men er lært i sin konstruksjon. Opplæringen sammenbrudd er som følger:

 

• Deleliste og Kilder
• Konstruksjon / Skjematisk
• Teori
• Operasjon
• Hvor To Go From Here
• Forfatter Informasjon

 

Deleliste og Kilder

USA-baserte leverandører inkluderer Jameco, Digikey, JDR og Radio Shack. Merk: Boondog har ingen tilknytning til disse leverandørene. Forsøk var kjøpe alle delene fra en enkelt leverandør. Varenumre for vanlige motstander er ikke gitt.

 

Et forsøk ble gjort for å finne en eneste kilde leverandør av alle deler. Jameco har nesten alle deler sitert i tabellene. Detaljer byggingen din luft kjerne spole ved hjelp av en McDonalds soda halm vil bli beskrevet i neste avsnitt.

Anlegg

En kombinasjon av wirewrapping og lodding ble brukt til å konstruere FM-senderen. Jameco er prototyping kortet gir nok plass til (ikke-kritiske) delen plassering. Du bør prøve å holde alle deler tett sammen og holde ledningen fører kort. Bildene nedenfor illustrerer mulig del plassering (venstre) og loddetinn side (høyre).

 

 

Skjematisk

fmTx031402a.pdf er Acrobat-fil med samme skjematisk. Du trenger Adobe gratis Acrobat Reader for å lese den.

Skjematisk og bygge kretsen er relativt rett fram. Noen høydepunkter og avklaringer mot krets bygging er gitt ved.

Electret mikrofon

En electret mikrofon har to pinner som kobles til de positive og negative leder av et batteri. Som vist i tegningen under, ser man på bunnen av den elektret mikrofon. Puten som fysisk berører mikrofonens casing kobles til batteriets negative bly.

 

 

batterier

Du kan bytte ut mynt celler, som vanligvis finnes i kalkulatorer og klokker, med vanlig 1.5V AA, C eller D-celler. Mynten celler imidlertid ta mindre plass og kan loddetinn på protoboard.

2N2222A Transistor

Den 2N2222A er en svært vanlig NPN transistor. Den som brukes her (Jameco # 38236) er metallet kan skrive (TO-18 casing). Dens tre tapper er for transistoren base (B), oppsamler (C) og emitteren (E). Det er ingen standard pinout for transistorer. Som sådan, be transistor spec sheet når du bestiller det å identifisere pinout, eller hvis du eier et multimeter med en transistor tester, bruk den.

Den 2N2222A kommer også i en svart plast casing (TO-92 stil) som du kan bruke hvis du vil. Den T0-18 er foretrukket fordi kannen har en liten tapp som typisk representerer emitter pin.

Sørg for at du korrekt identifisere 2N2222A sin pinout og riktig kable basen, solfangeren og emitter i skjematisk. Ofte krets funksjonsfeil fordi pinnene ble mis-kablet.

Variabel kondensator

Det fører for den variable kondensatoren ikke passer i vanlige 0.1 tommers protoboards. Du kan Dremel-bore inn i protoboard å gjøre ledningene passform. Alternativt kan du lodde ledningen til ledningene, men hvis du gjør det, holder ledninger så kort som mulig for å unngå tilfeldige kapasitanser.

Inductor

En spole er bare en spiral av wire og du må avvikle en for denne kretsen. En spole er karakterisert ved sin lengde, radius og antall vindinger av tråd på spolen. Magnet wire (Radio Shack del 278-1345) ble brukt til å bygge spole, men du kan bruke standard solid tråd 22 AWG kobbertråd.

Noen on-line og trykte artikler beskriver svingete kabelen rundt en blyant. Dessverre, blyanter kommer i forskjellige diametre og dermed en McDonalds soda halm ble brukt, den gul-rød-hvit stripete strå, finnes i alle McDonalds i verden, er det samme størrelse. Halmen radius er akkurat 0.1325 inches (diameter = 0.2650 inches) og 1 / 4 inches ble klippet av halmen.

 

Deretter ble et rett stykke ledning viklet rundt denne 1 / 4 tommers tekstutdrag seks ganger og deretter loddet på prototyping bord. Sluttresultatet er en induktor (også kjent som en luft kjerne spole) med en 0.1325 tommers radius. Hvis du ønsker, kan du bruke noen kvinnenes klar neglelakk til permanent holde ledningen på strå tekstutdrag.

 

 

Antenne

En 30 tomme lang stykke 22 sporvidde solid stramd kobbertråd er en passende antenne. Men når du bærer senderen, risikerer du floker ledningen. Som sådan kan du skru en teleskopisk antenne, som de fant et radioer, i prototyping styret.

Teori: Hvordan fungerer FM Transmitter arbeid?

Den variable kondensatoren og din selvlagde spole vil vibrere på frekvenser i FM-radio band (88 til 108 MHz). Den electret mikrofon har en motstand som avhenger av hvor høyt du snakker inn i den. Denne mikrofonen er batteridrevet og i henhold til V = IR Ohms lov, endringer i motstand for fast spenning vil resultere i proporsjonale forandringer i strøm. Denne aktuelle feeds inn i bunnen av 2N2222 NPN transistor som er koblet til variabel kondensator, spole og antenne. Nettoeffekten er at avhengig variabel kondensator verdi, vil stemmen din bli modulert å sende på en frekvens mellom 88 og 108 MHz. Hvis en nærliggende lomme FM-radioen er innstilt til denne frekvensen, vil du bli hørt når du snakker inn i senderen.

Komponenten verdiene i kretsen er utledet til bedre å forstå hvordan denne FM-senderen vil fungere. Den underliggende matematikk er ganske enkel og kan finnes i de fleste undergraduate universitet fysikk lærebøker.

Induktans av en Air Core-Coil

Din selvlagde spole har en verdi bestemmes av sin radius r, Lengde x og antall ledninger svinger n.

 

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

Den spesifikke frekvens f genereres er nå bestemt av kapasitans C og induktans L målt i farads og Henry henholdsvis:

 

 

Resonant Frequency av en parallell LC Circuit

FM-radiostasjoner operere på frekvenser mellom 88 og 108 MHz. Den variable kondensatoren og din selvlagde spole utgjør en parallell LC-krets. Det kalles også en tank krets, og vil vibrere på en resonant frekvens som vil bli plukket opp lommen FM-radio.

I tank-kretser, er den underliggende fysikk at en kondensator lagrer elektrisk energi i det elektriske felt mellom dets plater og en induktor lagrer energi i det magnetiske felt induseres av spolen viklingen. Den mekaniske tilsvarende er energibalansen i et svinghjul, dreieimpuls (kinetisk energi) er balansert av våren (potensiell energi). Et annet eksempel er en pendel hvor det er en kinetisk versus potensiell energi balanse som tilsier perioden (eller frekvens) av svingninger.

Gitt variable kondensatorer varierer fra 4 til 34 pF, din tank krets vil resonans mellom 66 og 192 MHz, godt innenfor FM radio rekkevidde. For å beregne disse verdiene for forskjellige verdier av C, n, r og x en enkel Excel-regneark, kalt calcFreq.xls ble opprettet. Bare skriv inn verdiene og induktans og frekvens blir automatisk beregnet.

 

Antenne Lengde

Du bygget din antenne enten med et stykke solid tråd 22 gauge 30 inches lang eller brukt en teleskopisk utvidbar antenne. Dens lengde bør være ca 1 / 4 FM bølgelengde, husker at multiplisere frekvens og bølgelengde lik lysets hastighet. Du vil mest sannsynlig være i drift senderen nær 108 MHz som sådan:

 

 

Faste kondensatorer

Under henvisning til den skjematiske, C2 og C4 fungere som dekopling kondensatorer og typisk 0.01 uF (eller 0.1 uF) Blir brukt. C4 forsøk på å opprettholde en konstant spenning over hele kretsen til tross for spenningsvariasjoner som batteriet dør.

En kondensator kan være tenkt som en frekvens-avhengig motstand (såkalt reaktans). Tale består av ulike frekvenser og kondensator C1 hindrer dem. Nettoeffekten er at C1 modulerer strømmen som går inn i transistoren. Ved hjelp av en stor verdi for C1 forsterker bass (lave frekvenser), mens mindre verdier øke diskant (høye frekvenser).

De C3 kondensatoren tvers over 2N2222A transistor tjener til å holde tanken krets vibrerende. I teorien, så lenge de blir tilført spenning over den parallelle spole og variabel kondensator, bør det vibrere ved resonansfrekvensen indefinetely. I virkeligheten derimot, henfaller frekvensen på grunn av oppvarming tap. C3 brukes for å hindre forfall og 2N2222A spec sheet antyder en kapasitans mellom 4 til 10 pF.

Motstand for Electret Mic

Spec sheet for Jameco # 136573 electret mikrofon sier den maksimale strømmen er 0.5 mA. Når batteridrevet på 6VDa spenningsfallet over R1 is V1 = 1.92V. Den resulterende strøm gjennom mikrofonen er under den nominelle maksimale ettersom

 

Motstander og 2N2222A

Den 2N2222A transistor har vurdert maksimumsgrenser dermed krevende en spenningsdeler laget med R2 og R3 og emitter strømbegrensning med R4.

Den 2N2222A maksimale nominelle effekt er Pmax = 0.5 W. Denne kraften påvirker til slutt hvor langt du kan overføre. Overveldende transistor vil varme og ødelegge det. For å unngå dette, kan man beregne at FM-senderen sender ut ca 124 mW og er godt under den nominelle maksimalt. De matematiske detaljer er gitt i rfMath.pdf.

Kraften er intimt relatert til senderens rekkevidde. På 124 mW og 30% stråling effektivitet, vil den maksimale avstanden mellom FM-sender og en batteridrevet radio variere betweem 35 til 112 føtter. Beregningene er gitt i rfDistance.pdf.

Operasjon

Bruk først en batteridrevet lomme radio som en mottaker. AC drevet boom-bokser og stereoanlegg (110 eller 220 V) er ikke anbefales; batteridrevne radioer er mye flinkere til å motta sendinger enn AC-drevne enheter.

 

1. Tune radioen til Dead Air, Dvs. frekvenser innenfor FM-radio band som er stille eller bare har noen susing. Frekvenser nær 108 MHz er vanligvis døde luft. The Radio-Locator nettside lister lokale radiostasjoner i ditt område. Dette kan hjelpe deg med å identifisere døde luft frekvenser.
2. Slå på FM-senderen, utvide sin antenne og holde senderen cirka 2 meter fra FM-radioen. Snakk inn i mikrofonen mens sakte justere variable cap. Bruk neglen eller ikke-metallisk skrutrekker til du hører deg selv over radioen. Denne prosessen er frustrerende kjedelig, krever nøye kondensator tuning. Du er innstilt når du hører hylende (også kjent som en hot mic) Som indikerer sender-mottakerenheten tilbakemelding.
3. Øk-sender-til-radio avstand. Gratulerer - du har en trådløs mikrofon!

Hvor To Go From Here

Som nevnt tidligere, er ytelsen beskjeden. Forfatterens erfaring som opererer i en storby (Philadelphia, USA) med batteridrevet radio innstilt på 108 MHz ga ca 25 føtter innendørs og 50 føtter utendørs. Også, i tillegg til den forfatterstemme, kan radiostasjonen sendinger bli noe hørt.

Å finpusse ytelsen, kan en spektrum analysator brukes. Det er en enhet som visuelt viser frekvenser er mest dominerende. Forfatteren oppdaget kretsen sender på ca 200 til 220 MHz, snarere enn ønsket 108 MHz! 216 MHz er en harmonisk, blir dobbelt så ønsket 108 MHz. Overføring rekkevidde er dermed redusert og utsatt for støy (radio stasjon sendinger).

Å sende på ønsket 108 MHz, anses forfatteren følgende:

 

• En håndlaget coil som er 0.1 uH er vanskelig å teste. Induktive meter for å måle på mikro Henry serien er dyrt.
• Kapasitans meter måler picoFarads er også dyrt.
• En 0.111 uH luft kjerne spole ble kjøpt fra Coilcraft, en spole produsenten.
• Spectrum analysatorer koster tusenvis av dollar. Et godt alternativ er en $ 130 USD Elenco F-2800 frekvens teller. Dette er en fin enhet for å tilegne seg hvis du har planer om å bygge FM-sendere mer alvorlig.

For det meste, vises være frekvenstelleren rundet 200 MHz selv med Coilcraft spole! Dermed sannsynligvis den variable kondensatoren ikke er virkelig gi en 4-til-34 pF rekkevidde. Siden overføring frekvens bodde stengt for 200 MHz, calcFreq.xls viser at variabel kondensator faktisk holder seg nær 4 pF stedet for å gå opp til den nominelle 34 pF. Dette bør forventes siden toleranser i kapasitans er sjelden presise. Nettoeffekten er at uten picoFarad oppløsning kapasitans blir du sender på en 216 MHz harmonisk ettergivende redusert rekkevidde og utsatt for støy.

Avsluttende ord

Denne opplæringen sammen med vedlegg detalj fullt en enkelt transistor FM-senderen konstruksjon og underliggende matematikk. Kretsen kan bygges i en ettermiddag med mindre enn $ 10 USD av felles deler, som resulterer i en 25 til 50 fot rekkevidde.

I likhet med forfatteren, kan leserne bli begeistret mulighetene for å bygge FM-sendere. Mange krets design og skjemaer finnes på nettet og i papirutgave, men ikke ofte gi mye analyse. Denne opplæringen forsøker å fylle dette gapet, spesielt for første gang FM-senderen utbyggere. Analysen gjør det mulig å lære hva roller og deres verdier spille i kretsen. En slik analyse gir en leser en stepping punkt mot å forbedre eller tilpasse kretsen.

Illustrerer regnestykket og den virkelige verden drift er opplæringen verdi. Noe materiale mot å lære mer kan være kjøpt fra referansene under. Fornøyd bygningen!

Vår andre produkt:

Profesjonelt lynbeskyttelsessystem for Tower	Profesjonell FM-radiostasjonsutstyrspakke	FMUSER FU-1000C 1000W FM-sender med USB-lydinngangsgrensesnitt
FMUSER 200W FM-kringkastingspakke	Hotell IPTV-løsning	FMUSER FSN-1000T V5.0 1KW FM-radiosender