Rangkaian Radio Kristal dan Transistor: Dari Detektor Dasar hingga Penerima AM/FM Terpadu

Inti radio kristal terdiri dari antena, koneksi ground, rangkaian resonan (C1 dan L1), detektor puncak, dan headphone. Antena menangkap siaran (b), yang berjalan melalui rangkaian ke ground. Rangkaian resonan, pasangan LC resonan, memilih satu stasiun dari spektrum; C1 bervariasi untuk memungkinkan tuning. Dioda geranium meredresser frekuensi radio (RF) dengan hanya mengizinkan setengah siklus positif melewati, menghasilkan amplur RF (c). Kapasitor filter C2 menghilangkan komponen RF yang tersisa, hanya meninggalkan frekuensi audio (d) yang mendorong headphone.

Radio kristal bekerja tanpa pasokan daya eksternal. Dioda geranium lebih disukai daripada silikon karena jatuh tegangan maju yang lebih rendah (~0,2 V) menawarkan sensitivitas yang lebih besar, terutama untuk sinyal lemah. Jika dioda silikon digunakan, rangkaian akan tetap berfungsi, meskipun dengan performa yang berkurang.

Sementara skematik menunjukkan headphone magnetik 2000 Ω, earphone “kristal” keramik menawarkan sensitivitas yang lebih tinggi dan adalah pilihan yang disukai untuk sebagian besar sinyal. Headphone magnetik dapat diganti dengan earbud impedansi rendah saat dipasangkan dengan trafo audio yang sesuai.

Di bawah ini adalah varian yang lebih kuat yang mengganti detektor kristal dengan transistor. Transistor PNP geranium dibias untuk menghantarkan hanya selama setengah siklus positif input RF, sehingga bertindak sebagai detektor dengan amplifikasi bawaan. Konfigurasi ini menghasilkan output yang lebih keras yang mampu mendorong headphone 2000 Ω secara langsung. Transistor NPN silikon juga akan bekerja jika resistor bias basis disesuaikan sesuai.

Earbud impedansi rendah modern dapat mengganti headphone 2000 Ω asli, asalkan disesuaikan dengan trafo audio atau penguat yang sesuai.

Skematik berikut menambahkan tahap penguat audio ke detektor kristal, meningkatkan volume headphone lebih lanjut. Desain asli menggunakan dioda geranium dan transistor; dioda Schottky dapat mengganti dioda geranium, dan transistor silikon dapat digunakan jika resistor bias basis dimodifikasi sesuai tabel yang menyertainya.

Untuk perspektif yang lebih luas tentang desain radio kristal, radio satu transistor sederhana, dan konfigurasi transistor lanjutan, lihat contoh di bawah ini.

Radio AM terpadu (IC) mengkonsolidasikan semua komponen RF aktif ke dalam satu IC, dengan hanya beberapa kapasitor, indiktor, dan resistor eksternal. Kapasitor variabel 370 pF men-tune input RF, sementara kapasitor 320 pF menyesuaikan osilator lokal 455 kHz di atas RF. Pengcampuran terjadi di pin 15, menghasilkan frekuensi jumlah dan selisih; filter keramik 455 kHz memilih selisih yang diinginkan. Sebagian besar amplifikasi terjadi di tahap frekuensi menengah (IF) antara pin 12 dan 7, dengan dioda di pin 7 memulihkan audio. Kontrol gain otomatis (AGC) berasal dari pin 9.

Tuning mekanis tuner RF dan osilator lokal, seperti yang ditunjukkan di (a), dapat diganti dengan tuning dioda varicap elektronik di (b). Menggunakan dioda varicap mengurangi beban komponen; meningkatkan tegangan bias terbalik menurunkan kapasitansi, meningkatkan frekuensi tuning. Tegangan bias dapat dihasilkan oleh potentiometer.

Pengurangan lebih lanjut dalam jumlah komponen dicapai saat filter band-pass IF diintegrasikan ke dalam IC, menghilangkan trafo IF eksternal dan filter keramik. Input RF dan osilator lokal masih memerlukan tuning L-C, yang dapat diganti lagi dengan dioda varicap jika diinginkan.

Untuk penerima FM, IC TDA7021T dari NXP Wireless menawarkan solusi dengan jumlah komponen sedikit. Trafo IF eksternal diganti dengan filter RC; IC menyediakan resistor yang diperlukan sementara kapasitor tetap eksternal. Rangkaian tuning yang disederhanakan mencerminkan Gambar 5 dalam datasheet NXP, dan tuner yang lebih detail dapat ditemukan di Gambar 8. Versi FM stereo mencakup penguat audio yang mampu mendorong speaker.

Untuk hobi yang membangun radio FM ini, induktor 56 nH dapat dililit dengan delapan lilinan kawat #22 AWG polos atau magnet pada mandrel 0,125 inci, kemudian diregangkan hingga 0,6 inci. Kapasitor trim mini berfungsi sebagai elemen tuning.

Skematik berikut menunjukkan penguat RF common-base (CB). Karena tidak memiliki jaringan bias, ia beroperasi sebagai penguat kelas-C, menghantarkan untuk kurang dari 180° dari gelombang input. Konfigurasi CB menawarkan gain daya yang lebih tinggi pada frekuensi RF tinggi daripada desain common-emitter. Dengan jaringan π-penyeimbang di input dan output, rangkaian mencapai penyeimbangan 50 Ω dan menyaring harmoni. Untuk standar emisi radiasi modern, bagian filter tambahan mungkin diperlukan.

Penguat CB dengan gain yang lebih tinggi ditunjukkan di bawah ini. Dengan pembagi tegangan 1 kΩ–4 kΩ dan resistor bias emitter 500 Ω, transistor beroperasi dalam kelas A. Konfigurasi mencapai 38 dB gain pada 100 MHz dengan bandwidth 9 MHz.

Menggabungkan tahap input common-emitter dengan tahap output common-base menghasilkan penguat cascode yang menawarkan bandwidth tinggi dan impedansi input sedang. Jaringan bias, yang detailnya ada di Bab 4 dari teks BJT, diilustrasikan di bawah ini.

Simulasi penguat cascode dapat ditemukan di bagian “Cascode” dari bab BJT. Untuk performa frekuensi tinggi terbaik, gunakan transistor RF atau microwave.

Dioda PIN membentuk jaringan attenuator π. Dioda anti-seri mengurangi distorsi harmoni dibandingkan dengan satu dioda seri. Pasokan tetap 1,25 V forward-bias dioda paralel, menyediakan arus DC dan konduksi RF melalui kapasitansi juncit mereka. Dengan mengubah tegangan kontrol (Vcontrol), resistansi dapat di-tune dari attenuasi 80 dB pada 10 MHz (Vcontrol = 0,5 V) hingga 3 dB pada 5 V, dengan respons datar hingga 2 GHz.

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Dasar Komunikasi Radio