Elektroingeniør? Radiobyggesett et lite eksempel fra elektrofaget Universitetet i Stavanger
Institutt for elektroteknikk og databehandling FM RADIO Les dette før du starter Fakta om loddetinn og loddebolt Loddetinnet som brukes er en legering av tinn og bly med et blandingsforhold 60/40. Loddetinnet har en smeltetemperatur som ligger mellom 180 og 190 grader. I loddetinnet er det lagt inn flussmiddel (rensemiddel for loddeprosessen) i 5 små kanaler slik at loddetinnet er klart til bruk. Loddebolten som følger med settet er på 25watt og beregnet på en spenning på 230 volt. Loddebolten er ikke termostatstyrt slik at den kan bli litt for varm når kontakten står i uten at loddebolten brukes. Du får plugge kontakten inn/ut etter behov. For å unngå svimerker på pulten/bordplaten, anbefaler vi at du legger stiv papp og lignende (A3 format) på arbeidsplassen før du starter. Tips om lodding Ikke ta på kretskortet med fingrene på de punktene som skal loddes. Fett og syre(!) i fingeravtrykket vil få metallet til å korrodere og gi en dårlig lodding. Loddingen foregår med foliesiden (kobberbanene) opp etter at komponentene er plassert på sine respektive plasser. Det lønner seg å plassere flere komponenter om gangen før du begynner å lodde. Når du lodder, setter du spissen på loddebolten på skrå ned på kretskortet ved siden av og inntil komponentbenet. Deretter tilsetter du litt loddetinn mellom loddebolten og det komponentbenet du skal lodde. Hele loddeprosessen pr. punkt (små komponenter) bør ikke vare i mer enn 2 3 sekunder (dette for ikke å ødelegge komponentene). Ikke bruk for mye loddetinn. Hvis du skal lodde store komponenter, må loddeprosessen nødvendigvis ta noe lenger tid. Hvis loddetinnet flyter godt ut i overgangen mellom kretskort og komponent og danner en konkav overgang (se fig. 1a), har du vanligvis en god lodding. Hvis du er uheldig med en lodding og skal fjerne litt loddetinn eller skal fjerne en komponent, kan du bruke en loddesugelisse (se fig. 1b) for å fjerne loddetinnet. Den ene enden av sugelissen legger du inntil den komponent som skal fjernes og varmer opp lissen og tinnet med loddebolten. Loddesugelissen vil nå trekke til seg det smeltede loddetinn. Det er viktig at loddespissen er ren. Tørk jevnlig av loddespissen på en fuktig svamp/klut/papir slik at spissen hele tiden er blank. Når man lodder vil det utvikles litt lodderøyk. Denne kan virke irriterende, men du kan avhjelpe problemet ved å spre røken med en vifte og sørge for god utlufting av rommet. Fig. 1a Eksempel på lodding av en motstand Fig.1b Loddesugelisse Her kan du lese mer om lodding: http://grimstad.hia.no/lab/elektro/loddeteknikk/loddeteknikk.htm
Byggebeskrivelse Denne byggebeskrivelsen gjelder versjon 2 av kretskortet med dette merket på loddesiden TE/RB 2003 Ferdigmontert radio Fig. 2 Ferdigmontert radio. Komponentliste Antall Komponenttype Komponent nr. Merking 1 Kretskort 1 TDA 7000 (FM radiokrets) Montert 1 LM386 (Forsterker) U2 Montert 1 Trimmekondensator (stasjonssøker) C25 Grønn med knott 1 Trimmepotensiometer (volumkontroll) P1 Grå 2 Batterikontakter (Pluss og minus) 1 Jack-kontakt (tilkobling for ekstern høyttaler) J5 Svart 1 Kondensator 12pF C20 12 (brun rund) 1 Kondensator 47pF C19 Montert 2 Kondensator 120pF C13, C24 121 (brun rund) 2 Kondensator 180pF C8, C12 181 (brun rund) 4 Kondensator 270pF C10, C14, C17, C18 271J (brun rund) 2 Kondensator 3,3nF C7, C11 Rød. 2 Kondensator 10nF C2, C4 Gul. 1 Kondensator 22nF C3 Grøn. 5 Kondensator 100nF C1, C15, C21, C28, C30 Blå. 1 Kondensator 470nF C26 Montert 2
1 Kondensator 10uF C27 10uF 1 Kondensator 220uF C29 220uF 1 Motstand 10Ω R5 Montert 4 Motstand 10kΩ R1, R3, R4, R13 1 Motstand 22kΩ R2 Montert 1 Vikletråd for spolene ca. 0,4meter L1, L2 1 Bryter 1 Høyttaler + dobbelsidig tape 1 Koblingsklemme antennetilkobling 1 Batteri 9volt 4 Plastføtter Nødvendig utstyr/verktøy: 1 stk 5mm maskinskrue som mal for vikling av spolene 1 stk loddebolt 1 stk avbitertang ca 50 cm tynt loddetinn loddesugelisse (for avlodding) For å vise hvordan komponentene skal monteres er de to integrerte kretsene (TDA7000 og LM386), to kondensatorer (C19 og C26) og motstandene R2 og R5 montert. Anbefalt monteringsrekkefølge 1. motstander 2. små kondensatorer 3. bryter 4. volumkontroll 5. antennetilkobling 6. jack-kontakt (ekstern høyttaler) 7. store kondensatorer 8. batterikontakter 9. spoler 10. trimmekondensatorer 11. plastføtter. 12. høyttaler Samlet oversikt over komponentene finner du i vedlegg 1. For å få oversikt over komponentene og lette monteringsarbeidet, anbefaler vi at du tar en utskrift/kopi av denne komponentoversikt, sorterer og plasserer ut komponentene på sine respektive plasser på utskriften/kopien. På de neste sidene skal vi gå gjennom monteringen av hver enkelt komponent. 3
1. Motstander (R1, R2, R3, R4, R5 og R13 (R2 og R5 er montert)) Motstandene har fra leverandøren en fargekode. Fargekoden leses fra venstre mot høyre - alle motstandene her har brun som siste farge. I komponentsettet finner du motstandene: 1. R5 = 10Ω med fargene: brun, sort, sort, gull, brun (ferdig montert) 2. R2 = 22 000Ω med fargene: rød, rød, sort, rød, brun (ferdig montert) 3. R1, R3, R4 og R13 =10 000Ω med fargene: brun, sort, sort, rød, brun Klipp av den ytterste delen på motstandsbeina (ca.1 cm) på hver side for å fjerne tapebiten og bøy hver av beina 90 grader slik at motstanden og beina danner en U og slik at de passer på sine respektive plasser (senteravstand mellom hullene er 11mm). Bruk fingrene når du skal bøye komponentbeina. Jamfør plasseringen med merkingen på kretskortet og komponentlisten. Etter at motstandene er plassert på sine respektive plasser kan det kan være en fordel å bøye komponentbena litt til side (på baksiden av kortet) slik at komponenten ikke faller ut når du snur kretskortet og skal lodde. Kalkulator for motstandsverdi Her finner du en kalkulator for å bestemme motstandsverdien: http://www.mhsoft.nl/rescalc/5resistor.asp Kalkulatoren er satt opp med fem farger. For å fastslå motstandsverdien - legg inn i kalkulatoren fargene på den 1., 2., 3., 4. og 5. farge ring (lest fra venstre mot høyre) på motstanden og i vinduet på kalkulatoren vises nå motstandsverdien. 2. Små kondensatorer Kondensatorene kan avvike noe fra disse illustrasjonene. (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, C10, C11, C12, C13, C14, C15, C17, C18, C19, C21, C26, C28, C30 (C19 er montert)) Kondensatorene er fra leverandøren merket med bokstaver og tall for å angi komponentverdien, men for utrente personer kan denne koden være vanskelig å tyde. Siden det er helt avgjørende at riktig komponent kommer på riktig plass, har vi montert to kondensatorer og merket noen av de andre hvor merkingen er vanskelig å lese (en fargeklatt på toppen av kondensatorene). Jamfør merkingen (påstemplet verdi) eller fargemerkingen på kondensatorene med tabellen på side 2/3 og merkingen på kretskortet. Hvis det er en tapebit festet på beina til kondensatorene, må du klippe av den ytterste biten på beina slik at denne blir fjernet og plassere kondensatorene på sine respektive plasser. Her må du være nøye med å finne riktig plassering. Lodd og klipp av komponentbena utenfor loddepunktet. 3. Bryter Monter bryteren nederst til venstre på kretskortet hvor du finner merkene PÅ AV. For at bryteren skal stå stødig må du presse den mot kretskortet når du lodder. Lodd og klipp av beina utenfor loddepunktet. 4. Volumkontrollen Volumkontrollen er et grått potensiometer. Monter dette nederst på kortet hvor du finner merkingen VOLUM.
Av samme grunn som ovenfor må du presse potensiometeret mot kretskortet når du lodder. Lodd og klipp av beina utenfor loddepunktet. 5. Antennetilkobling Monter koblingsklemmen for antennen øverst på kortet merket Antenne Tilkoblingshullene skal vende mot kanten på kretskortet. Press klemmen mot kretskortet når du lodder. Lodd og klipp av beina utenfor loddepunktet. 6. Jack-kontakt Jack-kontakten monteres nederst på kortet hvor det er merket EKSTERN HØYTTALER. Press kontakten mot kretskortet når du lodder. Lodd og klipp av beina utenfor loddepunktet. 7. Store kondensatorer Disse to kondensatorene er merket med kapasitansverdi (C27 = 10uF og C29 = 220uF) Kondensatorene er polarisert. Det betyr at plussbeinet (+) og minusbeinet (-) må kobles riktig. Polariseringen for disse to kondensatorene er merket med + på kretskortet. På kondensatoren er plussbeinet litt lenger enn minusbeinet og siden som vender mot minusbeinet merket med strek. Monter disse på sine respektive plasser. Lodd og klipp av beina utenfor loddepunktet. + + 8. Batterikontaktene Batterikontaktene monteres til venstre på kortet. Du må forsikre deg om at + og kommer på riktig plass (pluss til venstre ). Press kontaktene godt mot kretskortet før du lodder. Kontaktene har større masse enn de øvrige komponentene så loddeprosessen må ta litt lengre tid. Lodd og klipp av beina utenfor loddepunktet. + - 9. Spoler (L1 og L2) Disse spolene skal du vikle selv. For at radioen skal virke på den planlagte frekvensen på FM bandet (88 107 MHz), er det meget viktig at spolene blir laget etter nedenfor stående oppskrift. Spole L1 samspiller med trimmekondensatoren (se pkt 11. nedenfor) som stasjonssøker og det er derfor helt avgjørende at den blir laget riktig og får beholde sin form til den er montert. 5
Vikling av spolene Spolene skal vikles med en 0,7mm fortinnet kobbertråd rundt en 5 mm maskinskrue (skruen og vikletråden følger med i byggesettet). Gruppedeltagerne bør samarbeide når spolene skal vikles. Vikletråden skal vikles stramt rundt skruen slik at tråden følger gjengene. Start inne på skruen og vikle utover. Spolene skal være på 4 og 6 vindinger, men du vikler egentlig 3,5 og 5,5 vindinger siden tilkoblingen i begge ender på spolene skal være på samme side: Spole L2 er skissert i figur 3. Klipp av beina i passe lengde (1cm) og skru spolen ut av gjengene på maskinskruen. Fig. 3. Slik skal spole L2 se ut. L1 skal ha 3,5 vindinger. Monter spolene på sine respektive plasser med en klaring på ca.2mm til kretskortet Lodd fast og klipp av beina utenfor loddepunktet. Siden spolene er viklet med en uisolert kobbertråd, er det viktig at de forskjellige vindinger ikke kommer borti hverandre når spolen er montert. Du kan f. eks. kontrollere dette med å føre en papirbit mellom viklingene og eventuelt justere avstanden. Kalkulator for spoler Du kan få beregnet verdien på spolene ved å måle spolens lengde, diameter og antall tørn og legge disse data inn i kalkulatoren på http://www.emperial.dk/elektronik/luft_spole.html 10. Stasjonssøker Disse to delene er montert sammen. Stasjonssøkeren er en trimmekondensator (med knott) og skal stå nederst på kortet - merket TUNING. Press trimmekondensatoren mot kretskortet når du lodder. Lodd fast og klipp av beina utenfor loddepunktet. (Justeringen (trimmingen) må normalt foretas med en ikke-metallisk skrutrekker. Vi har løst dette ved at trimmeskruen er forlenget med et lite plastrør som igjen er påsatt en knott.) Obs! Sammenkoblingen av de to delene er litt svak så du må ikke være for hardhendt ved montering og bruk. 11. Høyttaler Kapp av to ledninger på ca. 3 cm (bruk litt av antenneledningen som følger med settet) av-isoler endene og lodd den ene enden til tilkoblings- punktene på høyttaleren og den andre enden til høyttalerutgangen på kretskortet (nederst til høyre merket HØYTTALER). Når alle komponentene er montert og du har fått radioen til å fungere fester du høyttaleren på kretskortet med den dobbelsidige tapebiten (tapen er festet på høyttaleren). For at en høyttaler skal fungere skikkelig skal den egentlig bygges inn i et kabinett hvor høyttalerens front er fri mens baksiden er i et lukket rom. Minihøyttaleren vår er på 0,3watt, den blir montert åpent og lyden blir derfor svak. Du kan forbedre høyttalerens lydgjengivelse med å lage et lukket rom på høyttalerens front i stedet for på dens 6
bakside. Dette kan du gjøre ved enten å plassere et pappbeger eller lignende med bunnen opp over høyttaleren. Alternativt kan du lage en kjegle ved å klippe ut figuren på siste side i denne bruksanvisningen. La den heltrukne linjen ved 1-tallet møte den stiplede linje med 1-tallet og stift eller tape sammen. Ved å sette kjeglen over høytaleren vil du få noenlunde samme effekt som om høyttaleren var montert i et kabinett. Hvis du synes at også dette er litt for svakt, kan du koble til en ekstern høyttaler f. eks. en PC høyttaler (med eller uten forsterker) med 3,5 mm Jack-plugg i kontakten merket EKSTERN HØYTTALER. Når ekstern høyttaler brukes, er minihøyttaleren utkoblet. Informasjon om høyttalere finner du på: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/audio/spk.html#c4 Her en enkel forklaring på hvorfor lyden blir forsterket når en av sidene blir innelukket: Det er trykkbølger etter svingninger i høytalerens membran som frembringer lyden. Trykkbølgene som oppstår på høytalerens front/bakside er i utakt, når det på høytalerens front er trykkbølger er det undertrykk på dennes bakside og omvendt. Disse to lydsignalene motvirker hverandre med det resultat at lydnivået blir redusert. Når en av sidene blir avskjermet i et lukket rom, vil lydbølgene fra denne siden ikke lenger ha den samme dempende effekt på det totale lydbildet. Videre forklaring på hvorfor lyden blir forsterket når en av sidene blir lukket finner du også på: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/audio/spk2.html#c1 12. Plastføtter Når høyttaler og alle komponenter er på plass fester du plastføttene, en i hvert hjørne. Antenne For å få radioen til å virke, må den tilkobles en antenne. Hvis signalet er sterkt, kan det være nok å koble til en 150cm lang ledning i høyre tilkoblingspunkt for antennen. Hvis dette ikke fungerer skikkelig kan du lage en såkalt dipolantenne med en flatkabel. Splitt flatkabelen opp på langs i den ene enden i en lengde på 75 cm. Dette tilsvarer en kvart bølgelengde, og skrives λ/4, hvor λ er tegnet for den greske bokstaven lambda og blir brukt som betegnelse for bølgelengden. Se vedlegget for mer informasjon om antenner. Bøy de to ledningene 90 grader ut til hver side slik at de danner en T se fig. 4. λ/4 λ/4 Flatkabel Fig. 4 Dipolantenne Den andre enden av antenneledningen tilkobles klemmene på kretskortet merket Antenne. Dipolantennen er retningsbestemt og den skal stå horisontalt eller vinkelrett mot FM senderen. 7
Antennen kan med fordel festes på en trelist (bruk tape eller små stifter) slik at den lettere kan justeres riktig (vinkelrett) i forhold til senderen. Testing av radioen Når alt er montert, tilkobles batteriet og bryteren settes i PÅ posisjon. Forhåpentligvis kan du nå få inn flere radiostasjoner ved å trimme (skru) på den variable kondensatoren merket TUNING. Hele justeringen på disse enkle trimmekondensatorene foregår på ½ omdreining (180 grader). Noen FM stasjoner ligger så nær hverandre i frekvens slik at det kan være vanskelig å skille stasjonene fra hverandre med en enkel trimmekondensator. Du vil også merke at når du tar på, eller kommer nær noen av komponentene, kan den radiostasjonen du lytter på drive av. Dette skjer spesielt når stasjonen er svak og/eller stasjonen ikke er riktig innstilt. Hvis skolebygningen er i betong/mur, kan det være dårlige mottakerforhold i klasserommet og det vil avhjelpe problemet ved å søke mot et vindu, gå utendørs eller til et sted som har bedre sikt mot FM-senderen. Hvis radioen legges på et bord eller lignende av metall, vil du få problemer med å få inn radiostasjonene. Har du spørsmål eller kommentarer til prosjektet, kan du ringe eller ta kontakt via e-post. eller Førsteamanuensis Tormod Drengstig, tlf 51 83 20 25, tormod.drengstig@uis.no Avdelingsingeniør Romuald Bernacki, tlf 51 83 20 83, romuald.bernacki@uis.no Lykke til! 8
Vedlegg 1 Komponentene til radiobyggesettet 12 271j 181 12 120 Kretskort med 6 komponenter montert R1, R3, R4, R13 C20 C13 C24 C8 C12 C10 C14 C17 C18 Blå Rød Gul Grønn C1 C15 C21 C28 C30 C7 C11 C2 C4 C3 Bryter Volum Antenne tilkobling Høytalerkontakt + - Mal for spole + + L1 L2 C27 C29 Batterikontakter Ferdig viklet spoler Tuning Høyttaler Plastføtter
Vedlegg 2 Kretsskjema FM ANTENNE / DIPOL C14 C19 R13 270pF 47pF C13 82pF 10k L2 125nH 18 270 pf 17 270 pf C18 C17 GN D 16 15 100 nf C15 14 13 180 pf 12 3,3 nf C12 C11 11 270 pf 10 C10 Forsterkerkrets VCC J5 PC-hoyttaler 10k R1 1 B1 A 1 2 100 nf C1 B2 A 2 3 B3 U1 A 3 A 4 C3 4 22n F B4 C4 5 10n F B5 TDA7000 A 5 A 6 A 7 6 60n H L1 B6 7 B7 C7 8 B8 A 8 9 B9 A 9 3,3nF C8 180pF C2 10nF R2 22k C26 470nF R3 10k P1 10k V OLUM 3 2 6 + - 7 4 8 R4 10k 1 C30 100nF U2 LM386 5 R5 10 C27 10uF C29 220uF C28 100nF SP1 HOYTTALER VCC BR1 POW ER C20 12pF BT1 9VDC C21 100nF C24 82pF C25 1.8-18pF T UNING 10
Vedlegg 3 Informasjon om antenner og bølgelengde Antennen må tilpasses den bølgelengde eller frekvens en skal lytte på. Byggesettet er beregnet på FM båndet som dekker en frekvens mellom 88 og 107 MHz (megahertz). Bølgelengden λ = Forplantingshastigheten dividert med frekvensen. Forplantningshastigheten er i luft/vakuum den samme som for lyset 300 000 000m/s, men i en kabel går signalet litt langsommere, ca. 285 000 000m/s. I vår radio er middelfrekvensen ca. 95MHz (95 000 000Hz). Dette vil gi en bølgelengde λ = 285 000 000m/95 000 000 = 3,0m. Vil du vite mer om antenner, besøker du: http://members.tripod.com/~malzev/book/antenne.htm Foldet dipolantenne. Skissen nedenfor viser en foldet dipol. Denne antennen er litt betre enn den enkle dipolen som var beskrevet tideligere. Antennen kan du også lage av flatkabelen. Først kapper du av en lengde på λ/2 + 3cm (150 + 3cm). Avisoler 1,5 cm av begge lederne i begge endene tvinn disse ledningsstubbene sammen og lodd. Kutt så den ene lederen på midten avisoler ca.1 cm på hver side og kobl sammen disse sammen med resten av flatkabelen slik at antennen danner en T (se igjen skissen nedenfor). Annen nyttig informasjon Beskrivelse av prinsippet for en mikrofon http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/audio/mic.html#c1 Beskrivelse av prinsippet for en høytaler http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/audio/spk.html#c1 Beskrivelse av prinsippene for radiosignaler http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/audio/bcast.html#c3 11
1 1 Klipp ut figuren og lag en kjegle til å sette over høytaleren. 12