Trasmettitore AM - Le radio di Sophie - AM Transmitter

Trasmettitore AM da 100mW(RS0701 micro-power transmitter)

Leonardo Mureddu

 Argomenti correlati trattati in questo sito:

Generalità sui micro-power transmitters; Antenne filari; trasmettitore AM a due valvole; transponder fm-am; stazione trasmittente personale RS0701

 

In questa pagina viene presentato, discusso e analizzato un semplice ma completo schema di trasmettitore per onde medie, adatto per la diffusione in ambito locale di segnali audio di vario tipo, provenienti per esempio dal PC o dal lettore CD o dal televisore. La costruzione di questo circuito non necessita di grande esperienza e richiede componenti di facile reperibilità. Comunque, per venire incontro alle varie esigenze siamo in grado di fornire i componenti meno comuni, o anche il circuito già montato e funzionante per chi non volesse cimentarsi nella costruzione.

 

Il trasmettitore ideale

Un trasmettitore, per quanto semplice ed economico, è sempre costituito dalle seguenti parti: oscillatore RF, modulatore, amplificatore RF, antenna.

Nella figura qua sopra si vede come i due componenti del segnale radio, cioè la BF e la RF vengano combinati in un segnale composito, ossia il segnale RF modulato. In pratica la componente BF provoca una variazione dell'ampiezza, e quindi della potenza, del segnale trasmesso istante per istante. Nei trasmettitori più semplici la modulazione viene effettuata direttamente sul generatore a RF. In caso di semplificazione estrema, lo stesso generatore RF, modulato dal segnale audio, pilota direttamente l'antenna trasmittente. Ciò spiega come possano esistere trasmettitori basati su un solo elemento attivo (transistor o valvola). Ovviamente la semplificazione eccessiva non produce risultati di alta qualità, per esempio sarà difficile avere un segnale di frequenza stabile e priva di armoniche, un buon livello di modulazione e un buon adattamento dell'antenna usando un solo elemento attivo. Ciò non ostante, per certi scopi i circuiti semplici possono dare ottimi risultati, per esempio quando si desidera ascoltare la propria musica preferita con una vecchia radio ad onde medie, disposta

generalmente a brevissima distanza dal trasmettitore, nella stessa stanza o in una adiacente.

Il piccolo transponder descritto in un'altra pagina di questo sito è un esempio di trasmettitore semplificato. In esso sono presenti solo due elementi dell'elenco fatto sopra: il modulatore e l'oscillatore, oltre naturalmente all'antenna. La modulazione di ampiezza viene ottenuta variando la tensione di alimentazione dell'oscillatore.

Ovviamente si può fare di meglio. Lo schema che presentiamo in questa pagina è un'evoluzione dello schema del transponder, in grado di trasmettere un segnale più potente e con migliore qualità, pur restando nell'ambito dei circuiti semplici. L'abbiamo battezzato RS0701 micro-power transmitter. Le differenze fondamentali rispetto al circuito da cui trae origine sono la presenza di un oscillatore RF separato, di un amplificatore di potenza, e l'impiego di un'antenna caricata. In questo modo si ottiene un segnale più puro, una modulazione più efficiente e una maggiore potenza realmente trasmessa.

Elenco del materialeR1: trimmer da 10kohm lineare - regol. segnale BFR2: 10 ohm, 1/4W - compensaz. frequenza BFR3: 56 kohm, 1/4W - polarizz. base oscillatoreR4: 4,7 kohm, 1/4W - polarizz. base amplificatoreR5: 180 ohm, 1/4W - filtro alimentaz. oscillatoreR6: 1,2 kohm, 1/4W - opzionale per guadagno BFC1: 150 nF, 50V - accoppiamento BF d'ingressoC2: 56 nF, 50V - compensaz. frequenza BFC3: 1000 uF, 16V - filtro alimentaz.

 C8: 220 pF, 50V - accoppiamento RF d'uscitaC9: 220 pF, 50V - filtro RF armoniche superioriC10: trimmer 65 pF - accordo d'antennaC11: 68 pF, 50V - accordo d'antennaC12: non presenteC13: 100 nF, 50V - opzionale bypass amplificatoreC14: 10 uF, 50V - opzionale per guadagno BFL1: vedi testo - bobina di accordo oscillat.

C4: 100 nF, 50V  - filtro alimentaz.C5: 100 nF, 50V - filtro alimentaz. oscillatoreC6: 10 pF, 50V - reazione oscillatore C7: 220 pF, 50V - capacità di accordo oscillat.

L2: induttanza 1 mH - accoppiamento modulatoreL3: induttanza 100 uH - accordo d'antennaTR1: BC307 (PNP) o equivalente - oscillatoreTR2: BC548 (NPN) o equivalente - amplificatoreIC: LM386-N - amplificat. di modulazione 

Quasi tutto il materiale elencato è di facile reperibilità, a parte l'induttanza L1 che va avvolta a mano o recuperata da qualche rottame di radio a transistor. Quella usata nel prototipo è stata avvolta su un cilindretto da 7mm di diametro, dotato di nucleo in ferrite regolabile, e consta di 100 spire a strati sovrapposti con presa centrale, filo da 0,2mm. Non trovando un supporto con nucleo si può avvolgere la bobina su un qualunque supporto isolante, e mettere in parallelo a C7 un piccolo condensatore semifisso, in modo da poter effettuare l'accordo del trasmettitore su una frequenza poco disturbata. Le altre due induttanze, L2 e L3, si trovano facilmente in commercio. I condensatori C3 e C4, bypass per l'alimentazione, possono essere inseriti in qualunque punto tra l'alimentazione e la massa. I due transistor non sono per niente critici: è possibile sostituirli con altri di diverso tipo, purché naturalmente si rispettino le polarità.

Descrizione dello schema

Il cuore del trasmettitore è rappresentato dall'oscillatore RF, disegnato nella parte bassa. Il circuito è un classico oscillatore Hartley. L1 e C7 determinano la frequenza di oscillazione. Con i valori indicati la frequenza può essere regolata tra 1200 e 1600kHz, ossia nella parte alta della banda AM. La forma d'onda nel punto B non dovrebbe discostarsi molto da una sinusoide. Questo segnale viene usato per pilotare la base di TR2 che svolge la funzione di amplificatore di potenza. Prima di descrivere il funzionamento di quest'ultimo, osserviamo il modulatore. Si tratta di un comune amplificatore BF integrato, basato sull'economico LM386. L'ampiezza del segnale d'ingresso è regolabile mediante il potenziometro R1, che va aggiustato per avere un segnale d'uscita (punto A) della massima ampiezza possibile, ma senza fenomeni di saturazione. In questo modo si può ottenere una buona modulazione del segnale RF. L'uscita del modulatore alimenta, attraverso l'induttanza L2, l'amplificatore di potenza. Quest'ultimo (TR2) è un amplificatore ad emettitore comune operante in classe "C", ossia in grado di funzionare solo durante i cicli positivi del segnale d'ingresso. Infatti l'ampiezza del segnale sulla base porta il transistor a lavorare continuamente tra la saturazione (cicli positivi) e l'interdizione (cicli negativi). Dato che l'alimentazione varia secondo l'andamento della modulazione BF, il segnale presente sul collettore è una forma d'onda avente la frequenza del segnale RF e l'ampiezza del segnale BF. Gli oscillogrammi C1 e C2 mostrano la forma d'onda presente sul collettore di TR2 rispettivamente in assenza o in presenza di modulazione. Si tratta di un segnale piuttosto complesso e anche piuttosto "sporco", come dimostra lo spettrogramma preso sempre nel punto C: tutte le righe "spurie" che precedono e seguono quella evidenziata non sono altro che armoniche e subarmoniche del segnale da trasmettere, che è meglio eliminare prima di mandare il segnale in antenna.  A questo serve il gruppo di condensatori (C8 e C9) che elimina la bassa frequenza residua e le armoniche superiori. Il risultato è il segnale presente nel punto D (in assenza di modulazione); infine l'induttanza L3 costituisce il carico necessario per adattare l'antenna, che viene accordata tramite i due condensatori C10 e C11. Il segnale presente in E può dare un'idea dell'effetto operato dalle due celle di filtro. Notare che anche l'ampiezza dell'onda è notevolmente accresciuta rispetto agli oscillogrammi precedenti, per effetto degli elementi induttivi. Con l'analizzatore di spettro è possibile avere un quadro più preciso di ciò che si sta inviando in antenna: (1) in assenza di modulazione e (2) in presenza di modulazione. Insomma, ciò che si trasmette "in aria" è un segnale sufficientemente pulito, simile a quello che si vede in questo oscillogramma, rilevato tramite uno spezzone di filo posto nelle vicinanze dell'antenna trasmittente.

Il compensatore C10 serve per migliorare l'adattamento dell'antenna, e va regolato una volta per tutte in funzione dell'antenna installata. Quest'ultima è costituita da uno spezzone di filo lungo 3 metri, disposto verticalmente o comunque disteso.

 

Alimentatore

L'alimentatore di questo trasmettitore potrà essere di qualunque tipo, purché sia in grado di fornire una tensione compresa tra 6 e 9V con una corrente di qualche centinaio di mA. Bisogna però effettuare una piccola modifica, inserendo due condensatori che assicurino un facile passaggio della radiofrequenza verso la rete elettrica, come si vede nello schema sottostante.

Lo scopo dei due condensatori è duplice: in primo luogo forniscono una presa di terra per il trasmettitore, aumentandone l'efficienza; in secondo luogo servono a ridurre notevolmente il ronzio che altrimenti accompagnerebbe il segnale trasmesso.

 

Misuratore d'uscita

Non avendo a disposizione altra strumentazione, è utile dotarsi di un misuratore del segnale d'uscita, allo scopo di controllare che il sistema oscilli, e per poter effettuare il necessario accordo d'antenna. Il misuratore più semplice si realizza mediante un diodo, un condensatore e un voltmetro in corrente continua, secondo lo schema che segue.

Il diodo DG può essere di qualunque tipo, purché al germanio (OA90, AA117, 1N34...). L'uso di un voltmetro analogico è consigliabile, in quanto consente di avere un'idea immediata dell'effetto delle regolazioni.

 

Montaggio e taratura

Il montaggio di questo piccolo trasmettitore non comporta difficoltà: è sufficiente una piastrina forata di dimensioni adeguate per ospitare tutti i componenti. E' consigliabile mantenere un po' di spazio tra le varie parti in modo da evitare il rischio di accoppiamenti indesiderati. La piastrina potrà poi essere ospitata in un contenitore provvisto delle necessarie prese per il segnale d'ingresso e per l'antenna. Lascio questa parte alla fantasia e alla creatività di ciascuno.

A montaggio ultimato, sarà sufficiente collegare l'alimentazione per avviare le oscillazioni. Per essere sicuri che l'oscillatore funzioni e che la frequenza sia compresa nella banda delle onde

medie basta avvicinare all'oscillatore una qualunque radio AM: variando la sintonia si deve trovare un punto in cui risulta evidente la presenza del segnale trasmesso. In questo modo si può cercare per tentativi il punto migliore della banda su cui fissare la propria frequenza di trasmissione.

Una volta collegata l'antenna e avendola disposta con cura, ben distesa e alta, si può procedere al suo accordo. Questo va eseguito col misuratore descritto nel paragrafo precedente, disposto tra la presa d'antenna e massa. Basterà ruotare il compensatore C10 fino ad ottenere la massima lettura del voltmetro. Nelle migliori condizioni si misurerà una tensione intorno ai 15-20V.

Per finire si collega un segnale BF all'ingresso, prelevandolo per esempio da un lettore CD o da un sintonizzatore FM. Il segnale presente sull'uscita "cuffia" del PC andrà ugualmente bene. Non avendo a disposizione un oscilloscopio per poter controllare la profondità di modulazione, la taratura andrà effettuata ad orecchio, semplicemente ascoltando con una radio AM posta nelle vicinanze il segnale trasmesso. Agendo a questo punto su R1 si potrà notare come un eccessivo abbassamento del segnale porti ad un affievolimento della ricezione con un conseguente aumento del rumore di fondo; viceversa un eccessivo innalzamento produce una ricezione distorta, con un caratteristico suono "cartaceo". La regolazione accurata permette di ottenere la massima potenza con la minima distorsione.

A questo punto la taratura è ultimata. Allontanandosi col ricevitore di prova, sempre restando nell'ambito domestico o condominiale, dovrebbe essere possibile ricevere con chiarezza il programma trasmesso. La potenza è sufficiente anche per pilotare un ricevitore a galena presente entro qualche decina di metri. Se si dovesse notare la presenza di qualche stazione o sorgente di disturbo coincidente con la frequenza trasmessa, sarà necessario ritoccare la frequenza dell'oscillatore. In questo caso andrà ripetuto anche l'accordo d'antenna.

 

Miglioramenti e modifiche

Il progetto appena presentato è in grado di soddisfare le esigenze dell'appassionato di radio d'epoca, mettendogli a disposizione un buon segnale radio adatto per l'ascolto con qualunque ricevitore. La potenza è adeguata, e in certi casi potrebbe essere eccessiva a seconda della distanza del ricevitore e della qualità dei suoi circuiti. Questo inconveniente si verifica con facilità nei ricevitori dei primi anni '30, studiati per avere il massimo della sensibilità magari a scapito della selettività. Potrebbe essere necessario dover ridurre l'ampiezza del segnale d'uscita per evitare la saturazione dello stadio d'ingresso. Ciò può essere effettuato inserendo una resistenza di adeguato valore tra antenna e massa. Un piccolo potenziometro da 4,7kohm potrà servire adeguatamente allo scopo.

Nel caso opposto, ossia volendo aumentare la portata del trasmettitore, la prima cosa da fare sarà agire sull'antenna, aumentandone la lunghezza e disponendola in modo corretto. Si veda a questo proposito la pagina dedicata alle antenne. Naturalmente, una volta sostituita l'antenna occorrerà agire sulla cella di accordo, diminuendo il valore dell'induttanza di carico L3 e magari eliminando la capacità C11. Un ulteriore aumento della potenza si può ottenere aumentando la tensione di alimentazione, fino a portarla a 12V. Per spingersi oltre questa tensione occorre sostituire alcune parti, per esempio l'amplificatore di modulazione. E' bene comunque tener presente che le attuali leggi proibiscono le trasmissioni in onde medie con potenze superiori ai 100mW, e che il nostro trasmettitore emette non solo alla frequenza nominale, ma anche su una serie di frequenze armoniche che possono essere di potenziale disturbo per varie apparecchiature poste nelle vicinanze, anche non immediate.

Per chi volesse controllare il proprio oscillatore con un quarzo, allo scopo di migliorare la stabilità della frequenza emessa, esistono numerosi schemi di oscillatori adatti allo scopo. Uno di questi, al quale sono molto affezionato, fa uso di un circuito c-mos digitale e di pochissimi componenti esterni oltre al quarzo:

Nello schema qua sopra è possibile utilizzare un qualunque quarzo, purché di frequenza nominale compresa nella gamma delle onde medie, oppure un semplice condensatore da 100 pF. In questo caso sarà possibile variare la frequenza d'uscita mediante il potenziometro indicato. Questa può essere una soluzione interessante per chi non vuole avvolgere bobine d'induttanza.

Infine, potrà essere utile dotare il trasmettitore di un mixer audio d'ingresso, magari con un equalizzatore o almeno un controllo di tono, in modo da adattare il sistema a ricevere segnali provenienti da diverse sorgenti, compreso eventualmente un microfono.

 

Rivelatore d'inviluppo a diodo

Il rivelatore d'inviluppo a diodo è un demodulatore AM che consente di estrarre l'informazione utile da un segnale modulato in ampiezza.

Di seguito è mostrato il circuito elettrico con la relativa forma d'onda del segnale in uscita:

Durante i picchi positivi del segnale modulato v(t) il diodo è in conduzione e il condensatore si carica molto rapidamente essendo la resistenza del diodo in conduzione di poche decine di Ohm. Tra due picchi successivi il diodo è interdetto ed il condensatore si scarica sulla resistenza R finché non giunge un nuovo picco positivo del segnale modulato a ricaricare il condensatore.

Il dimensionamento della costante di tempo τ = RC è fondamentale. Infatti se è troppo grande, il condensatore si scarica molto lentamente sulla resistenza R per cui vm(t) non riesce a seguire l'inviluppo del segnale modulato v(t). Se invece è troppo piccola il condensatore si scarica troppo rapidamente sulla resistenza R. In entrambi i casi non si ha una buona ricostruzione dell'inviluppo del segnale v(t).

Indicando con f(max) la massima frequenza contenuta nel segnale modulante si puo dimostrare che il valore ottimale della costante di tempo è data dalla seguente relazione:

Dalla formula precedente si evince che se ma=1 RC=0, indicando la presenza di forti distorsioni nella ricostruzione del segnale. Normalmente nelle trasmissioni radio ma=40% (0.4) e il termine

è trascurabile così come la distorsione introdotta dal rilevatore:

Di solito si pone C=1200 pF e R=100 kΩ.

Nell'uso comune il circuito elettrico del rilevatore prevede altri due filtri, un passa alto e un passa basso, ai capi del condensatore C.

Il filtro passa alto serve ad eliminare la componente continua e lasciar passare le sole armoniche del segnale modulante.

Il filtro passa basso, invece, serve a prelevare un segnale proporzionale al valor medio dell'ampiezza della portante, per realizzare una reazione negativa (Controllo Automatico del Guadagno) detta CAG, così se il segnale in ingresso del ricevitore diminuisce, il sistema CAG fa aumentare l'amplificazione in modo da mantenere pressocchè costante il livello complessivo di potenza sull'altoparlante.

Schema a blocchi di un rivelatore d'inviluppo.

Radio a galena

Un esemplare moderno di radio a galena

La radio a galena è un semplice tipo di ricevitore radio. Non ha bisogno di batterie o altra fonte di energia ad eccezione delle onde radio ricevute grazie una lunga antenna esterna.

Introduzione

Il filo litz

Un tipo di conduttore chiamato filo litz (dal tedesco Litzendraht, filo intrecciato) è usato per ridurre l'effetto pelle per frequenze da pochi k Hz a circa un MHz. È costituito da numerosi fili isolati tra loro mediante smaltatura e rivestito da cotone. Si utilizzava soprattutto per realizzare antenne utilizzando il filo litz avvolto secondo un particolare tipo di geometria chiamata a nido d'ape, in modo che il campo magnetico abbia lo stesso effetto su tutti i singoli fili della matassa. Il cavo litz è spesso usato nei trasformatori ad alta frequenza per aumentare la loro efficienza.

Anche i grossi trasformatori di potenza possono usare cavi di tipo litz.In altre applicazioni, i conduttori non sono a sezione piena ma hanno una struttura tubolare: la resistenza che manifestano alle alte frequenze è la stessa ma sono più leggeri.Conduttori pieni o a sezione cava possono anche essere argentati (ricoperti da un sottile strato di argento). Questo metallo ha, infatti, una resistività minore di quella del rame. Alle alte frequenze (VHF e microonde) lo spessore applicato è sufficiente a contenere lo spessore δ dell'effetto pelle.

Leggi la voce

Le radio a galena sono generalmente costituite da un'antenna a filo, un induttore in rame, un demodulatore e cuffie. Poiché tali radio sono ricevitori passivi, si differenziano sotto diversi profili dalle radio ordinarie, che contengono amplificatori alimentati da una fonte di energia. Le radio a galena, infatti, devono ricevere e conservare quanta più potenza elettrica possibile dall'antenna convertendola in suono, mentre gli apparecchi comuni amplificano il debole contenuto energetico del segnale veicolato con le onde radio. Nonostante le radio a galena oggigiorno abbiano un significato più storico che pratico, esse vengono utilizzate a livello hobbystico come sfida per la ricezione di deboli e distanti radio-segnali pur senza amplificazione.

Le radio a galena possono essere progettate per ricevere stazioni che trasmettono praticamente su tutte le frequenze radio usate comunemente. Nella maggior parte dei casi sono comunque progettate per ricevere le onde corte internazionali (49 metri) in AM, poiché i segnali sono più forti in queste bande in condizioni di propagazione favorevole. Le prime radio di solito ricevevano i segnali dei trasmettitori a scintilla che operavano a 350 kHz circa.[1] Comunque, le radio a galena concepite per la banda AM ricevono di solito piuttosto bene anche la FM intorno ai 100 MHz, che riescono a demodulare grazie ad un fenomeno fisico chiamato slope detection.

Vi sono gruppi di appassionati e siti web [2] dedicati alla costruzione degli apparecchi in discorso. Si fanno gare e concorsi in cui si confrontano prestazioni e progetti dei vari apparati. Secondo alcune teorie, i moderni diodi, induttori ultrasottili a "filo litz" (vedi box a margine) e condensatori a bassa dispersione spingono le prestazioni ben oltre quelle dei ricevitori primitivi.[3]

Funzionamento

Disegno tecnico che illustra i vari componenti di una radio a galena.

Una radio riceve le trasmissioni da una stazione radio. Le stazioni radio convertono il suono in onde radio che si propagano nell'etere. Tali onde attraversano in continuazione l'antenna della radio a galena. Le onde radio fanno sì che la loro elettricità fluisca tra il cavo dell'antenna e quello di messa a terra. La radio a galena usa un sintonizzatore per "regolare" l'elettricità in modo da captare una sola stazione.

Il sintonizzatore può consistere di un semplice induttore a scorrimento che risuona con l'antenna, che funziona da condensatore. Un modulatore successivamente riconverte l'elettricità delle onde radio in segnale sonoro. Il modulatore può consistere di uno speciale blocco di galena posto in un contenitore. Le cuffie costituiscono in qualche modo l'interfaccia con cui l'orecchio umano può percepire, finalmente, il suono.

Storia

La radio a galena è stata inventata a seguito di una catena di scoperte alla fine dell'Ottocento, determinando un graduale affinamento di ricevitori sempre più pratici nel Novecento, agli albori dell'elettronica. Il primissimo uso pratico della radio a galena era volto alla ricezione dei radiosegnali in codice Morse trasmessi da pionieristici radioamatori con potenti trasmettitori a scintilla.

Primi anni

Schema elettrico del brevetto industriale statunitense n. 836,531 di Greenleaf Whittier Pickard "Means for receiving intelligence communicated by electric waves"

La primordiale radio-telegrafia usava trasmettitori a scintilla e convertitori ad arco oltre ad alternatori ad alta frequenza funzionanti nel campo delle onde radio. Un essenziale modulatore, detto Branley Coherer, veniva impiegato per rivelare la presenza (o l'assenza) di radio-segnale. Tuttavia, questi arcaici apparati non possedevano la sensibilità necessaria a convertire un segnale debole.

Intorno al 1906, i ricercatori scoprirono che certi minerali metallici, come per l'appunto la galena, potevano essere usati per rilevare il segnale. Questi apparati erano chiamati crystal detectors. Greenleaf Whittier Pickard, il 30 agosto 1906, richiese un brevetto per un crystal detector al silicio, ottenendone la registrazione il successivo 20 novembre. Il modulatore di Pickard era rivoluzionario in quanto aveva scoperto che un sottile cavo appuntito detto "a baffo di gatto" a lieve contatto con un minerale produceva il miglior effetto semiconduttivo.

Un crystal detector comprende il "cristallo", uno speciale cavo sottile che mette in contatto il cristallo ed il sostegno che mantiene i componenti al proprio posto. Come abbiamo detto, la galena è il tipo di cristallo più comunemente usato per lo scopo. Parecchi altri minerali sarebbero comunque analogamente adatti. Un altro vantaggio dei cristalli era il fatto che potessero demodulare i segnali AM. Questa forma di trasmissione era usata nei radiotelefoni e per trasmettere voce e musica per l'ascolto pubblico. I dispositivi a cristallo rappresentavano un metodo economico e tecnologicamente semplice per ricevere questi segnali in un'epoca in cui l'industria radiofonica era allo stato embrionale.

Nel 1922, lo U.S. Bureau of Standards diffuse una pubblicazione intitolata Construction and Operation of a Simple Homemade Radio Receiving Outfit.[4] L'articolo mostrava come praticamente ogni famiglia che comprendesse un individuo fornito di elementare abilità manuale poteva costruirsi una radio con cui ricevere informazioni sugli argomenti di attualità e cultura più disparati. Questo documento rappresenta una sorta di pietra miliare nell'avvicinamento agli apparecchi radio da parte di un'utenza generalizzata. Il NBS fece seguito lo stesso anno con una versione più raffinata,

Construction and Operation of a Two-Circuit Radio Receiving Equipment With Crystal Detector,[5] contemplante un apparecchio a due circuiti.

Anni venti e trenta

U.S. Patent 1,748,435 , "Crystal radio apparatus", 1930. H. Adam

Al principio del XX secolo, le apparecchiature radio non erano alla portata economica del grande pubblico, per cui la gente interessata le costruiva utilizzando materiali di fortuna, anche singolari, come mazze da baseball, scatole, giornali vecchi, ecc.[6] Tuttavia, alcuni storici considerano l'autunno del 1920 come inizio delle trasmissioni radio a scopo di intrattenimento.[senza fonte] Pittsburgh (Pennsylvania) — stazione KDKA di proprietà della Westinghouse — ricevette la licenza dallo United States Department of Commerce appena in tempo per trasmettere le Elezioni presidenziali statunitensi del 1920. Oltre alla cronaca di eventi speciali, la diffusione presso gli agricoltori delle quotazioni dei raccolti era un vero servizio di pubblica utilità, agli albori della radiofonia.

Nel 1921, le radio prodotte industrialmente erano ancora assai costose. Se confrontate con il potere d'acquisto attuale del dollaro, alcune avrebbero avuto un prezzo intorno ai 2 000 $[senza fonte]. Dato che le famiglie meno agiate non si sarebbero potute permettere simili esborsi, la stampa pullulava di consigli su come costruirsi radio a galena con materiali normalmente presenti nelle abitazioni. Per abbattere le spese, molti progetti suggerivano di avvolgere la bobina per la sintonia su contenitori vuoti come le scatole di cereali, che divennero un comune elemento costitutivo delle radio fatte in casa.

Amplificazione non elettrica

Poiché l'illuminazione a gas e la lampada a cherosene erano usate ben prima dell'adozione dell'energia elettrica, la loro fiamma venne usata per l'amplificazione del suono. Si inseriva un cono di ceramica con un piccolo foro al centro della fiamma, e si attaccava una cuffia al fondo aperto del cono, sigillato a tenuta d'aria. Questo funzionava come una piccola pompa, risucchiando periodicamente la miscela combustibile nella semi-onda negativa, e proiettandola indietro nella semi-onda positiva.

L'amplificazione a pompa d'aria fu usata per la prima volta nei pathephones,[7] in cui una pompa veniva azionata dallo stesso motore a molla del giradischi. Un tubo pneumatico della misura di uno spillo era posto dietro ad una membrana acustica, che agiva come una valvola pneumatica e modulava il flusso dell'aria, amplificando il suono. Questo metodo fu agevolmente riconvertito anche per le radio a galena.

Amplificatori senza valvola

L'amplificatore a carbonio, consistente in un microfono a carbonio ed un auricolare elettromagnetico condividenti una membrana ed un guscio comuni, fu usato nell'industria della telefonia e nelle protesi acustiche quasi dall'invenzione di entrambi i componenti, ed assai prima delle valvole termoioniche. Poteva essere prontamente comprato o adattato da ricambi telefonici in modo da essere usato nelle radio a galena. A differenza delle valvole termoioniche, poteva funzionare anche a batteria (da automobile, o perfino quelle per torcia elettrica) ed era in grado di funzionare praticamente in eterno.

Cristadina

Nella Russia dei primi anni venti, devastata dalla guerra civile, il giovane scienziato Oleg Losev stava sperimentando l'applicazione di variazioni di voltaggio a tipi diversi di cristalli, allo scopo di affinare la ricezione. Il risultato fu soprendente - con un cristallo di zincite (ossido di zinco) otteneva l'amplificazione. Era il fenomeno della resistenza negativa, decenni prima del diodo ad effetto tunnel. Dopo i primi esperimenti, costruì ricevitori rigenerativi e supereterodini, ed anche trasmettitori. Tuttavia, questa scoperta non fu valorizzata dalle autorità, e cadde rapidamente nell'oblio; non vi fu alcuna produzione di massa, ma soltanto alcuni prototipi creati per la ricerca. Questa negligenza va in parte ascritta all'ignoranza che connotava molti capi sovietici, ma in parte esemplifica l'essenza stessa di quella forma di governo totalitaristica.

L'Unione Sovietica combatteva, infatti, la libertà d'informazione: schedò tutti gli apparecchi radio fino al 1962, le macchine da scrivere e le fotocopiatrici fino all'ultimo giorno del regime. La cristadina era prodotta in condizioni primordiali, poteva essere costruita con tecniche rurali, a differenza di valvolve termoioniche ed apparecchi moderni muniti di semiconduttori. Era, pertanto, una scoperta sgradita alle autorità, e fu deliberatamente passata sotto silenzio. Oleg Losev si spense nel 1943, nella Leningrado assediata, abbandonato e quasi dimenticato.

Anni quaranta

Per approfondire, vedi la voce I Castelli Romani durante la seconda guerra mondiale#Lo sbarco e la battaglia di Anzio.

Quando gli Alleati subirono una battuta di arresto[8] presso Anzio (primavera 1944), le radio portatili personali erano severamente vietate, poiché i tedeschi avevano radiogoniometri in grado di rilevare il segnale dell'oscillatore locale dei ricevitori supereterodini.

La disposizione delle forze sul fronte Anzio/Cassino (gennaio / febbraio 1944)

Alcuni ingegnosi "G.I." scoprirono che si poteva assemblare una radio a galena con una bobina in fil di ferro "di recupero", una lametta da barba arrugginita ed una mina di matita come diodo. Facendo scorrere la grafite (sfiorando) dai punti meno arrugginiti a quelli più ossidati, formavano quel che si chiama un diodo a punto di contatto, e in tal modo si poteva sentire il segnale "rettificato" negli auricolari della radio a galena di fortuna. Fu indubbiamente un'idea di gran successo, prontamente estesa dapprima ad ogni fronte in cui operassero gli Alleati, e da lì a poco pure alla società civile, radicandosi saldamente nella cosiddetta "cultura popolare". Questi congegni furono battezzati foxhole receivers (traducibile, grosso modo, con "radio da trincea") dalla stampa popolare, e divennero parte del folklore della Seconda guerra mondiale.

In alcuni paesi che avevano occupato, i nazisti confiscarono a tappeto le radio dei cittadini. Il fatto spinse alcuni radioascoltatori particolarmente determinati a fabbricarsi le proprie "radio clandestine", spesso poco più che radio a galena del tipo più semplice. Bisogna ricordare che questo comportamento esponeva al rischio di essere incarcerati (se non anche uccisi), senza contare che in gran parte dell'Europa il segnale della BBC (o altra emittente di "parte alleata") non era abbastanza forte per essere captato con strumenti così poveri. Esistevano comunque zone (come ad esempio le Isole del Canale) dove la ricezione era possibile.

Anni successivi

Anche se, intuibilmente, non potrebbe mai riconquistare la popolarità ed il vasto impiego registrati ai suoi esordi, il circuito di cui parliamo è tuttora utilizzato. I boy scout (destinati ad affermarsi quali ufficiosi depositari della tradizione della radio a galena) prevedevano nei loro programmi formativi la costruzione del "nostro" apparecchio già negli anni venti. Tra gli anni cinquanta e gli anni sessanta si diffuse una miriade di gadget o di elementari "kit di montaggio", tanto che innumerevoli ragazzini incuriositi dall'elettronica fecero con le proprie mani una radio a galena.

Tra gli anni venti e gli anni cinquanta la costruzione di radio a galena era un autentico successo di massa. Più di recente, gli appassionati hanno preso a realizzare apparati più sofisticati. C'è gran fervore di iniziative sia sul piano squisitamente estetico, sia su quello delle prestazioni, che a volte attingono livelli sorprendenti. Vi sono raduni annuali e gare che permettono ai cultori di confrontare i rispettivi risultati in un clima di sana competizione sportiva e tecnica.

Tentativi di recuperare potenza come portante RF

Una radio a galena sintonizzata su una forte stazione locale può essere utilizzata proprio come fonte di energia per un altro ricevitore amplificato in modo energeticamente efficiente (più spesso un ricevitore rigenerativo) in relazione a stazioni distanti che non potrebbero mai essere ricevute con una radio a galena "ordinaria". [9] C'è una lunga storia di tentativi mal riusciti e millanterie sul recupero di potenza nella portante del segnale ricevuto stesso. Gli apparecchi tradizionali usano raddrizzatori a semionda. Poiché i segnali AM hanno un fattore di modulazione di solo 30% di voltaggio a picchi[senza fonte], non più del 9% della potenza di segnale ricevuto (P = U2 / R) è vera informazione audio, mentre il restante 91% è solo voltaggio in corrente continua "rettificato" (o raddrizzato che dir si voglia). Vi fu un notevole impegno nel tentare di convertire questo voltaggio di corrente continua in energia-segnale. Fra i primi tentativi, alcuni (nel 1966) prevedevano il

ricorso ad un amplificatore a transistor. [10] Oggi la storia continua, con progetti di "apparecchio a commutazione di due onde invertite" [11] e amplificatori a ponte[senza fonte].

Costruzione e funzionamento

L'importanza del collegamento a terra

Le antenne a cavo lungo spesso utilizzate con le radio a galena sono antenne monopolo. Per ricevere segnali da questo ripo di antenna, ci vuole una messa a terra che permetta all'elettricità del segnale di attraversare l'antenna ed uscirne. Poiché le radio a galena hanno come unica fonte energetica l'elettricità captata dall'antenna, ne consegue la necessità di una "messa a terra" assai migliore di quella di un apparecchio ordinario. Il concetto è agevolmente compreso da chi abbia dimestichezza con le radio amplificate.

Il circuito ingenuo

Questo circuito è poco pratico per ricevere le trasmissioni AM.

Il circuito radio poco pratico qui illustrato è spesso proposto ingenuamente per sintonizzarsi sulle trasmissioni AM con un dispositivo costituito da una bobina fissa in parallelo e un circuito a vasca consistente di un condensatore variabile con l'antenna e la messa a terra collegati al suo interno.