Radiotecnica a Transistor - Preview

 

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Manuale tecnico divulgativo di Leonardo Mureddu - Xedizioni.it

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Leonardo Mureddu a transistor classificazione, tecnica, restauro dei ricevitori d’epoca a transistor. Con esperimenti. Radiotecnica e d i z ion i

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ISBN: 9788898556137 Edizione riveduta di “Radio a transistor” di Leonardo Mureddu Copyright per la prima edizione © 2007 PetitesOndes Copyright © 2014 xedizioni Cover Enrica Massidda xedizioni.it leradiodisophie.it

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Indice dei capitoli 1 Cenni storici .......................................................................................... 9 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 La radio portatile prima del transistor.................................................... 13 Nascita del transistor.............................................................................. 15 L’avventura della Regency TR-1........................................................... 17 Arrivano i Giapponesi............................................................................ 20 Cambiamenti di costume........................................................................ 22 Radio “strategica” .................................................................................. 24 I primi dieci anni.................................................................................... 26 La datazione degli apparecchi................................................................ 32 Criteri per la scelta e la valutazione ....................................................... 36 Radio a transistor e design ..................................................................... 38 Le radio “novelty”.................................................................................. 41 Il mercato ............................................................................................... 43 Corrente, carica, differenza di potenziale .............................................. 47 I semiconduttori, drogaggio. .................................................................. 47 Giunzione P-N; barriera di potenziale.................................................... 50 Come funziona il transistor: polarizzazione di base .............................. 51 Come funziona il transistor: circuito di collettore.................................. 52 PNP e NPN ............................................................................................ 54 Il nome e il simbolo ............................................................................... 54 Polarizzazione del transistor .................................................................. 55 Parametri dei transistor .......................................................................... 56 2 collezionismo di radio a transistor...................................................... 31 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3 Il transistor .......................................................................................... 46 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9

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3.10 3.11 3.12 3.13 Configurazioni del circuito a transistor .............................................. 57 Amplificatori a emettitore comune..................................................... 59 Base comune e collettore comune ...................................................... 61 Transistor a effetto di campo.............................................................. 62 Classe di funzionamento ........................................................................ 64 Amplificatori in classe A ....................................................................... 65 Classe B e AB ........................................................................................ 67 Circuiti alternativi .................................................................................. 72 Circuiti a simmetria complementare ...................................................... 74 Un amplificatore completo..................................................................... 78 Schema a blocchi ................................................................................... 82 Lo stadio convertitore ............................................................................ 84 L’amplificatore IF .................................................................................. 86 Instabilità e neutralizzazione.................................................................. 88 Rivelatore e CAV................................................................................... 89 Controllo del sovraccarico ..................................................................... 92 Amplificatore BF ................................................................................... 93 Trasmissione e ricezione in FM ............................................................. 95 Schema a blocchi di un ricevitore AM/FM............................................ 97 La rivelazione in FM.............................................................................. 98 Rivelatori a sfasamento........................................................................ 100 Rivelatore a rapporto............................................................................ 102 Circuito di deenfasi .............................................................................. 105 Convertitore di frequenza..................................................................... 107 Stadio a media frequenza e rivelazione................................................ 109 Ricevitore in funzione AM .................................................................. 112 4 Amplificatori a transistor .................................................................... 64 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 5 Ricevitori per AM ................................................................................ 81 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 6 I ricevitori per AM/FM........................................................................ 95 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 237

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6.10 6.11 6.12 6.13 Amplificatore audio.......................................................................... 113 Il controllo automatico di frequenza................................................. 113 Varianti al circuito standard ............................................................. 118 La ricezione FM stereo..................................................................... 120 Le pile .................................................................................................. 126 Circuiti di alimentazione...................................................................... 130 Resistenza interna dei generatori ......................................................... 132 Stabilizzatori di tensione...................................................................... 133 “Decalogo” del riparatore .................................................................... 140 Strumentazione occorrente................................................................... 142 Smontaggio ed esame generale ............................................................ 144 Guasti elettromeccanici........................................................................ 146 Condensatori e altri componenti .......................................................... 151 Controllo di transistor e diodi .............................................................. 153 La ricerca sistematica dei guasti .......................................................... 158 Sostituzione di transistor e diodi.......................................................... 167 Taratura dei ricevitori AM ................................................................... 174 Taratura dei ricevitori FM.................................................................... 176 Taratura dello stadio d’uscita............................................................... 177 7 L’alimentazione degli apparecchi a transistor ................................. 125 7.1 7.2 7.3 7.4 8 La ricerca dei guasti.......................................................................... 139 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 9 Allineamento e taratura..................................................................... 174 9.1 9.2 9.3 10 10.1 10.2 10.3 Pulizia e riparazione dei mobili..................................................... 179 Pulizia............................................................................................... 179 Incollaggio delle parti in plastica ..................................................... 180 Riparazione dei mobili in legno ....................................................... 182 11 11.1 11.2 Esperimenti con i transistor........................................................... 184 Materiale occorrente......................................................................... 184 Amplificatore a un transistor ............................................................ 188 238

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11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 11.8 11.9 11.10 Circuito Darlington .......................................................................... 193 Un semplice signal tracer ................................................................ 194 Alimentatore a tensione variabile..................................................... 195 Un amplificatore di “potenza”.......................................................... 198 Generatore di segnale sinusoidale .................................................... 200 Generatore di segnali a onda quadra ................................................ 201 Generatore RF modulato .................................................................. 202 Trasmettitore per Onde Medie ......................................................... 204 Ricevitore a 1 transistor.................................................................... 208 Ricevitore con diodo e transistor...................................................... 210 Due transistor con reazione .............................................................. 211 Boy’s Radio...................................................................................... 215 Un FET per le onde corte ................................................................. 219 Ricevitore per FM a un transistor..................................................... 221 Ricevitore in superreazione perfezionato ......................................... 227 12 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7 Semplici ricevitori a transistor ...................................................... 207 Indice analitico ........................................................................................ 231 239

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Introduzione Fino a pochi anni fa, la radio a transistor era generalmente considerata niente altro che un oggetto di consumo, economico e utile, alla stregua di un qualunque piccolo elettrodomestico, dallo spazzolino elettrico al frullatore. Una vecchia radio non era altro che una vecchia radio: inutile perché rotta o sorpassata, non certo bella da conservare o esporre in salotto. Certo, c’erano i grossi ricevitori “transoceanici”, quelli che erano costati molti soldi, che meritavano di essere tenuti con cura e riparati quando si guastavano. Le altre radioline, con le loro scatolette di plastica di vario colore ormai rotte, con le custodie in pelle sdrucita e gli auricolari mai utilizzati finivano senza pietà nella spazzatura o sul fondo di qualche cassetto. Non sto parlando di un tempo remoto, ma di meno di vent’anni fa, quando ancora parlare di “radio da collezione” significava esclusivamente “radio a valvole”. Poi, come sempre succede, è cominciato il risveglio, l’interesse e la rivalutazione spesso esagerata. Oggi le poche radio a transistor che si trovano nei mercatini, oltre a non essere quasi mai di gran pregio vengono pure offerte a prezzi esorbitanti: insomma siamo nel pieno dell’onda lunga del collezionismo di radio a transistor. Fioriscono riviste specializzate, siti internet, aste on-line dedicate a questi oggetti da pochi soldi. Nasce un nuovo interesse per la storia, la tecnica, il design. Ci si accorge tutto a un tratto che anche l’era della radio a transistor è finita, insieme a tante altre ere tecnologiche, e che vale la pena conservare e tramandare, se possiamo, qualche esempio di questa epoca. L’epoca in questione va dalla seconda metà degli anni ’50, quando le prime radio AM a transistor si affacciarono sul mercato mondiale, alla fine degli anni ’70, quando la ricezione FM stereo è diventata comune anche per le piccole radio-walkman da

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passeggio. Poco più di venti anni nei quali il transistor è diventato, da semplice oggetto di curiosità tecnologica, padrone assoluto e incontrastato della tecnologia. Questo libro si propone di fornire al collezionista e all’amatore della radio a transistor quegli strumenti che gli permettano di comprendere le semplici tecniche elettroniche che stanno alla base del funzionamento di una radio, sia per poter meglio valutare e datare gli apparecchi della sua collezione, sia per poter all’occorrenza rimetterli in funzione. I primi due capitoli affrontano brevemente la storia, il design e il collezionismo delle radio a transistor, con numerosi esempi e fotografie. La trattazione tecnica parte dal capitolo 3, con un’introduzione al funzionamento del transistor. I capitoli 4, 5, 6 e 7 affrontano l’esame dei circuiti a transistor, dagli amplificatori ai ricevitori AM e FM, compresi i circuiti di alimentazione. Ogni argomento viene trattato con numerosi esempi e senza eccessivi appesantimenti teorici, in modo da non spaventare il meno esperto. I capitoli 8 e 9 sono dedicati alla ricerca dei guasti e alla taratura e messa a punto dei ricevitori. Operazioni eseguibili anche da parte di chi non possiede un laboratorio particolarmente attrezzato, né una grande esperienza in elettronica. Alla pulizia e riparazione dei mobiletti, con qualche piccolo trucco per risolvere alcuni tipici problemi, è dedicato il capitolo 10. Coloro che vogliono sperimentare con semplici circuiti a transistor, dall’amplificatore all’oscillatore, fino a un piccolo trasmettitore per onde medie, troveranno qualche idea nel capitolo 11. Infine il capitolo 12 è dedicato alla costruzione di ricevitori facili da realizzare e dal sicuro funzionamento, dedicati a coloro che ancora una volta vorranno provare l’ebbrezza di ricevere e ascoltare la radio con un circuito costruito da sé. 6

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Il problema delle Onde Medie Credo doveroso iniziare questa revisione del testo con una nota sulla situazione delle trasmissioni radio in Italia, dalle quali dipende il funzionamento delle belle radio a transistor di cui parliamo. Gran parte della storia delle radiodiffusioni si basa, per tutto il XX secolo, sulle trasmissioni a modulazione d’ampiezza, e in particolare, in Italia, in Onda Media. Fin dall’inaugurazione della stazione di Roma I nel 1924, la banda è sempre stata quella, tra 500 e 1600 chilohertz. Il motivo della scelta non fu casuale allora, ma dettato da particolari condizioni di propagazione, caratteristiche per quelle bande e bene adatte alla configurazione geografica del nostro territorio. Così, durante tutti gli anni dello sviluppo, la rete di trasmettitori e ripetitori si arricchì di antenne dislocate su tutti i punti strategici, in modo da servire con un buon segnale ogni angolo d’Italia, dalle valli alpine alle isole grandi e piccole. Negli anni della ricostruzione dopo la Guerra questa rete fu ulteriormente potenziata, tanto che non esisteva praticamente un luogo dove, con una semplice antenna e un diodo al germanio, non si potesse ricevere una o più stazioni “locali”, ossia i ripetitori Rai, potenti e affidabili, situati nelle immediate vicinanze. Purtroppo il progresso delle comunicazioni ha reso obsolete le trasmissioni a onde medie, e così dalla metà degli anni 2000 è in corso una progressiva dismissione delle relative reti di trasmissione, in tutta Europa e specialmente in Italia. Al momento in cui scrivo questa nota, mi risulta che ormai oltre il 50% del territorio nazionale non sia più coperto da un ripetitore “locale”. I pochi ripetitori ancora in funzione sono stati ridotti in potenza, e spesso tacciono per giorni interi. Questa politica di “razionalizzazione”, sebbene abbia le sue motivazioni tecniche ed economiche (un po’ meno credibili mi paiono quelle legate al cosiddetto inquinamento elettromagnetico), porta fatalmente alla perdita di uno strumento veramente economico e democratico per la diffusione dell’informazione, quale era la radio a onde medie. Infatti su questa banda, con la tecnologia primitiva delle “radio a galena” era possibile ascoltare stazioni anche piuttosto lontane senza uso di energia elettrica, ma solo praticamente con un rivelatore e una cuffia. Le prime radio a transistor, e tutti i progetti presentati nelle riviste amatoriali degli anni d’oro, dovevano la loro semplicità e il sicuro successo proprio al fatto che vicino ad ogni casa c’era una “trasmittente locale” in onda media. La cessazione delle trasmissioni in queste bande renderà definitivamente mute le piccole radio auto costruite, e farà cessare per sempre un hobby che ha entusiasmato generazioni di ragazzi. Restano ancora, e speriamo ancora per molto, le trasmissioni a modulazione di frequenza, che però richiedono tecniche più complesse di ricezione e non si prestano facilmente alla sperimentazione con pochi mezzi. 7

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Per quanto riguarda l’argomento di questo libro, ossia le radio a transistor, occorre dire che la gran parte dei modelli storici, prodotti tra la fine degli anni ’50 e la metà degli anni ‘60, ricevevano solo in AM, ossia le onde medie, alcuni anche le lunghe e corte. Questi ricevitori, specie i più piccoli, sono destinati a non ricevere più niente in un futuro prossimo, a meno che la banda storica delle Onde Medie non venga rilevata e utilizzata nuovamente per scopi commerciali, locali o anche di quartiere come già avviene negli Stati Uniti. Cosa che ci auspichiamo fortemente. L’Autore, settembre 2014 8

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1 Cenni storici Fig. 1 – Autunno 1954. Viene lanciata in Usa la prima radio a transistor A sessant’anni dalla sua prima realizzazione commerciale, la radio a transistor entra a buon diritto nel mondo della radio d’epoca. È dell’autunno 1954, infatti, la commercializzazione del primo apparecchio ricevente interamente a transistori, il famoso Regency TR1 di produzione americana. Potremmo quasi dire che la storia della radio riparte inaspettatamente da zero nel 1954, grazie al nuovo, rivoluzionario dispositivo inventato solo pochi anni prima nei laboratori della Bell Telephones. Ciò che ai primi del ‘900 si realizzava con rivelatori a cristallo (Fig. 2), elettrolitici o magnetici, triodi a vuoto dal funzionamento ancora incerto e bobine di filo dalle forme affascinanti, negli anni ’50 viene reinventato in termini di transistor, trasformatori su ferrite e componenti miniaturizzati. Ecco le parole magiche: “stato solido” e “miniaturizzazione”. La prima indica la tecnologia dei dispositivi a semiconduttore, la seconda, conseguenza immediata della prima, indica l’affascinante possibilità di ridurre le dimensioni di qualunque dispositivo elettronico non dovendo più fare i conti con le ingombranti valvole e i loro dispendiosi sistemi di alimentazione. 9

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Fig. 2 - Un’immagine romantica del secolo scorso: ascolto con la radio a galena nei primi anni ‘20 L’idea di poter costruire un ricevitore completo che potesse stare, batterie comprese, nel taschino piccolo di una giacca, o addirittura in un orologio da polso, spinse le industrie a uno sforzo di riconversione che lasciò sul terreno non poche vittime, e fece affacciare sul mercato giovani aziende create apposta da parte di imprenditori lungimiranti. Tra queste aziende e tra questi imprenditori una buona parte la fecero le giovani industrie giapponesi, che si trovarono al posto giusto e al momento giusto per sfruttare l’ondata di rinnovamento politico ed economico del dopoguerra e conquistare stabilmente una grande porzione del mercato dell’elettronica di consumo basata sul transistor. Naturalmente anche l’America del Nord, patria della nuova tecnologia, ebbe una parte rilevante nei primi anni della radio a transistor, mentre l’Europa impiegò un tempo maggiore per mettersi al passo, o forse non ebbe imprenditori abbastanza lungimiranti da lanciarsi con la dovuta energia nel nuovo business. Fatto sta che, proprio nei primi anni del transistor, l’Europa fu letteralmente invasa da radioline giapponesi e da apparecchi americani di classe più elevata, mentre le industrie locali continuavano, almeno in Italia, a produrre le radio a valvole secondo la tradizione ormai consolidata. Il ricorso all’importazione dai paesi orientali per far fronte a una richiesta e ad una curiosità crescente è in qualche misura responsabile del fatto che la radio a transistor sia stata relegata nei primi anni ad un ruolo di semplice “curiosità”, di oggetto simpatico, anche costoso ma non abbastanza affidabile da poter sostituire l’apparecchio di casa, col suo bel mobile di legno e le sue belle valvole calde e luminose. Coloro che hanno l’età per ricordare quegli anni, memorabili anche per tanti altri motivi, non possono certamente dimenticare il primo “contatto” con uno di quei curiosi oggetti variopinti, allora chiamati affettuosamente “radioline a transistor” o semplicemente “transistor”, scatolette di plastica abbellite da qualche fregio cromato e rac10

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chiuse in una lussuosa custodia in cuoio, che col loro peso di poche diecine di grammi erano in grado di sintonizzarsi con precisione su tante stazioni, riproducendo voci e suoni potenti, benché un tantino gracchianti, senza diventare neppure leggermente tiepide, ma diffondendo quel “profumo” di elettronica che ci sarebbe diventato in seguito tanto familiare. Fig. 3 – Una bella donna con una piccola meraviglia tecnologica! A fianco ai “transistor” tascabili, poi, c’erano – o arrivarono subito dopo – i “transistor” portatili, col mobiletto in legno rivestito in tela plastificata o “vinilpelle”, provvisti di antenna telescopica e maniglia per il trasporto, che con le loro pile a lunga durata e un altoparlante di grande diametro assicuravano un suono di buona qualità, quasi comparabile con quello delle agguerrite concorrenti a valvole. Iniziò così una guerra, destinata a protrarsi per oltre un decennio, nella quale ogni giorno la nuova tecnologia rubava terreno alla vecchia, fino a soppiantarla del tutto e a renderla obsoleta e inutile. Qualcosa del genere capiterà tante altre volte negli anni a seguire, sempre a causa del transistor, che sotto altra veste causerà dapprima la “morte” delle calcolatrici meccaniche, e successivamente quella delle gloriose macchine da scrivere, col conseguente crollo finanziario di numerose aziende storiche che basavano i loro affari sulla meccanica di precisione e non ebbero la prontezza di riconvertirsi. La radio fu la prima ad arrivare, in questa invasione dell’elettronica “solid state”, per una accurata scelta di marketing ed anche grazie alla sua intrinseca semplicità, che ne rese possibile la realizzazione malgrado la tecnologia del transistor in quegli anni fosse ben lungi dall’essere matura. 11

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Fig. 4 – “Nasce la radio senza valvole…” - 1954 Il transistor (o “transistòre” come si pretendeva che si dovesse pronunciare in italiano) dei primi anni era un dispositivo dal funzionamento ancora incerto e dalle caratteristiche ampiamente variabili anche tra individui dello stesso tipo e marca, al contrario delle valvole che dopo la Seconda Guerra Mondiale avevano raggiunto livelli altissimi di qualità, precisione meccanica e affidabilità, tanto da consentire ai progettisti la realizzazione di dispositivi elettronici in ogni campo di frequenza, dalla corrente continua fino alle microonde, e in ogni campo della tecnologia, dalla radio al calcolatore elettronico fino alle applicazioni aeronautiche e alle prime avventure spaziali. E anche per quanto riguarda le dimensioni, le minuscole valvole “subminiatura” e le sfortunate “nuvistor” degli anni ’50 non avevano niente da invidiare ai primi, goffi transistor, offrendo inoltre una affidabilità di funzionamento tale da renderle preferibili per alcuni anni nelle applicazioni più delicate, come gli apparecchi di ausilio medicale e nelle apparecchiature militari e industriali. Dunque la “radiolina a transistor” fu il primo vero banco di prova commerciale per i nuovi dispositivi, favorendo un primo salutare impulso per la produzione di massa ed il conseguente calo dei prezzi, dapprincipio proibitivi. Il capostipite della sterminata famiglia dei transistor dei nostri giorni, sicuri, affidabili, economici e riproducibili in milioni di esemplari su un unico “chip” di silicio, era un oggetto assai delicato, costituito da una piastrina di germanio su cui poggiavano due sottilissimi fili metallici. 12

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La produzione di questi dispositivi era quasi completamente artigianale, e la sua stessa costituzione li rendeva delicati, facili da distruggere in seguito a un urto o a un semplice aumento di temperatura. Fig. 5 – Vari tipi di transistor al germanio della prima generazione Si pensi che bastava la temperatura di 65°, facilmente raggiungibile durante una saldatura, per distruggere un transistor al germanio durante il suo montaggio in un circuito, e che con soli 50° durante il funzionamento la resistenza interna del transistor diventava abbastanza bassa da causarne l’autodistruzione. Questi dati possono spiegare come mai le grandi Case produttrici di apparecchiature radio (RCA, Sylvania, Philips...) fossero tanto restie, pur conoscendo le potenzialità del dispositivo, ad avventurarsi nella produzione di apparecchi commerciali a transistor. 1.1 La radio portatile prima del transistor I ricevitori portatili sono praticamente sempre esistiti, fin dai primi giorni della radio. Anche l’alimentazione a pile non era certo una novità ai tempi dei primi transistor, anzi la storia della radio ricorda numerosi esempi di apparecchi alimentati a pile o a batterie, vuoi per sopperire alla mancanza della rete elettrica, vuoi per preservare appunto la portatilità. Il problema, nell’alimentazione delle valvole, è che sono necessarie diverse batterie, che forniscano tensioni basse per l’accensione dei filamenti e tensioni alte per l’alimentazione anodica. In definitiva il consumo elettrico di un apparecchio a valvole è sempre piuttosto alto, e di conseguenza l’autonomia dell’alimentazione a pile è decisamente scarsa. Ciò non ostante, con la fine della Seconda Guerra Mondiale vennero messe in produzione delle valvole a bassissimo consumo e dal minimo ingombro, che resero possibile la realizzazione di apparecchi riceventi veramente piccoli, leggeri e portatili (Fig. 6). Questi apparecchi necessitavano di due pile: una da 1,5V per l’alimentazione dei filamenti ed una da 67,5 o 90V per l’anodica. L’autonomia era di dieci ore o poco più, ma il peso complessivo e le dimensioni dell’apparecchio erano veramente limitati, ed inoltre in molti casi era possibile alimentare l’apparecchio direttamente dalla rete luce quando era presente. I portatili a valvole ebbero un discreto successo, e furono prodotti e commercializzati da quasi tutti i grandi produttori. Con l’avvento dei transistor, per alcuni anni la produzione dei portatili a valvole proseguì, in quanto al momento 13

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