In questo articolo desideriamo proporvi un progetto di auto costruzione, utile per arricchire la dotazione del vostro laboratorio di elettronica; si tratta di un semplice signal injector basato sul celebre integrato NE555.
Il progetto prende spunto da un articolo pubblicato nella rivista Nuova Elettronica, che all’epoca rese disponibile questo progetto tramite lo stampato in kit di montaggio “LX.5051”.
L’iniettore di segnali è uno strumento che viene utilizzato da tutti coloro che hanno la necessità di ricercare i guasti negli amplificatori audio, o in alcuni stadi audio di apparati radio. Nonostante un oscilloscopio base o un semplice generatore di segnali siano diventati degli strumenti accessibili ed alla portata di quasi tutte le tasche, il signal injector rimane uno strumento pratico, veloce e immediato per la diagnosi di circuiti elettronici, in grado di aiutarvi in poco tempo nella riparazione di stadi audio. A tale scopo, vi proponiamo una soluzione compatta e dal semplice utilizzo.
NOTA BENE: Questo progetto è amatoriale ed è stato auto costruito al fine di imparare, divertirsi e sperimentare con l’elettronica…
La realizzazione di questo circuito è DIDATTICA / SPERIMENTALE e senza alcuna presunzione verso degli strumenti di maggior precisione e con delle caratteristiche tecniche nettamente migliori!
Buona lettura!
IL FUNZIONAMENTO
Il principio di funzionamento di questo strumento è tanto semplice quanto efficace; il signal injector, una volta alimentato, genera un segnale ad onda quadra in banda audio che viene iniettato nel circuito in esame tramite un puntale. Iniziando ad ispezionare l’ultimo stadio amplificatore, si risale a ritroso verso l’ingresso, verificando stadio per stadio la presenza o l’assenza del segnale, udibile da un altoparlante che sarà invece collegato al circuito in esame. Quando il segnale non viene più udito, si è quindi individuato lo stadio difettoso.
LISTA DEI COMPONENTI
Per questa realizzazione sono stati selezionati i seguenti componenti, che risultano di facile reperibilità ed hanno inoltre un basso costo.
| Riferimento | Valore | Note |
|---|---|---|
| R1 | 100 kΩ | Resistore 1/4W – tolleranza ± 5% |
| R2 | 10 kΩ | Resistore 1/4W – tolleranza ± 5% |
| R5 | 1 kΩ | Resistore 1/4W – tolleranza ± 5% |
| RV3 | 100 kΩ | Potenziometro lineare per la regolazione in frequenza. |
| RV4 | 220 kΩ | Potenziometro lineare per la regolazione in ampiezza. |
| C1 | 10.000 pF | Condensatore non polarizzato in poliestere o mylar |
| C2 | 10.000 pF | Condensatore non polarizzato in poliestere o mylar |
| C3 | 47 µF | Condensatore elettrolitico — filtro di alimentazione |
| C4 | 100.000 pF | Condensatore non polarizzato in poliestere o mylar (equivalente a 100 nF) |
| U1 | NE555 | Integrato timer |
| D1 | LED rosso | Indicatore di alimentazione. Utilizzate un diodo LED comune |
| SW1 | — | Interruttore a levetta o interruttore a pulsante |
| BT1 | 9V | Pila 9V tipo 6F22 ad utilizzo comune |
| J1 | _ | Connettore bipolare a scelta sulla base del puntale-sonda che desiderate collegare |
| — | — | Puntale di misura |
| — | — | Coccodrillo clip GND |
Il costo di realizzazione di questo progetto si aggira attorno alla decina di Euro ed è realizzabile in poco tempo, recuperando inoltre molti componenti che altrimenti rimarrebbero abbandonati nei nostri cassetti o in alcune schede di recupero.
NOTA BENE: Fate molta attenzione alla scelta del condensatore C4, che deve essere obbligatoriamente da 100 nF (con codice 104). Non utilizzate per errore condensatori con il codice 103 (che vale 10 nF) o con il codice 106 (che vale 10 µF): entrambi comprometterebbero il corretto funzionamento del circuito e le caratteristiche del segnale in uscita.
LO SCHEMA ELETTRICO
Il cuore del circuito è rappresentato dall’integrato NE555 configurato in modalità astabile, ovvero come oscillatore libero che genera continuamente un’onda quadra in uscita. Il circuito RC formato da R1, R2, RV3 e C1 determina la frequenza di oscillazione. Il condensatore C1 si carica attraverso R1 + R2 + RV3 e si scarica attraverso R2 + RV3, producendo sul pin 3 dell’integrato un segnale ad onda quadra. Il segnale in uscita viene prelevato dal pin 3, passa attraverso il potenziometro RV4 (regolazione di ampiezza) e si accoppia in AC tramite il condensatore C4 verso il puntale di misura. Il circuito può funzionare con una tensione compresa tra i 9 e 15 V DC. Nel nostro caso, per praticità, il circuito è stato alimentato a 9V utilizzando una batteria ad uso generico.
Lo schema elettrico è stato reso per voi disponibile gratuitamente. Potete scaricare il file PDF cliccando sulla seguente immagine.
CALCOLO DELLA FREQUENZA D’USCITA
La frequenza generata dal circuito, si ricava utilizzando la seguente formula:
|
Ruotando il cursore del potenziometro RV3 da un estremo all’altro si ottiene quindi un intervallo di frequenza che va da 200 Hz a circa 2.000 Hz, in uno spettro interamente compreso nella banda audio (udibile attraverso qualsiasi altoparlante). Il potenziometro RV4 serve invece per regolare l’ampiezza del segnale generato, molto utile quando si devono testare stadi di preamplificazione particolarmente sensibili.
Come avrete già intuito, variando entro valori congruenti nello schema la capacità del condensatore C1 è possibile aumentare o ridurre ulteriormente l’intervallo di frequenza generato.
IL CIRCUITO STAMPATO
Il circuito è stato progettato e tracciato (partendo dal progetto originale) interamente da Mattia IV3JTH utilizzando il software KiCad, (un popolare software open source per la progettazione di schemi e circuiti stampati). Rispetto allo schema originale di Nuova Elettronica, sono state modificate le posizioni di alcune piste non visibili nell’articolo originale. Inoltre è stato aggiunto un LED di alimentazione con rispettivo resistore (D1 + R5) che segnala visivamente quando il circuito è alimentato – una piccola aggiunta che si rivela molto comoda per non dimenticare acceso il signal injector.
Il master per ricreare lo stampato in scala 1:1 è stato anch’esso reso per voi disponibile gratuitamente. Potete scaricare il file PDF cliccando sulla seguente immagine.
Durante la progettazione del layout, occorre prestare particolare attenzione ai seguenti punti:
– Orientamento e lato di collocamento del NE555: il formato “DIP-8” ha una tacca che definisce in maniera inconfondibile il verso di montaggio;
– Polarità di C3: il condensatore elettrolitico da 47 µF (di filtro per l’alimentazione), deve avere il terminale positivo verso VCC e il terminale negativo verso GND;
– Pista del pin 5: il condensatore C2 di bypass deve avere una pista corta e diretta verso GND per minimizzare il rumore;
– Percorso di uscita: la pista che va dal pin 3 verso l’uscita del segnale, deve essere mantenuta separata dalle piste del circuito RC di temporizzazione, per evitare degli accoppiamenti indesiderati.
Immagine del circuito stampato a progettazione terminata. Vista in modalità “render” dal software di progettazione.
COSTRUZIONE E MONTAGGIO
Per la realizzazione abbiamo optato per una disposizione dei componenti su una basetta in vetronite con strato di rame mono faccia (che potrete visionare e scaricare alla fine di questo paragrafo). La scelta di realizzare il signal injector su circuito stampato, ha il fine di mantenere delle dimensioni ridotte e una costruzione ordinata.
Descrizione del circuito stampato in breve
Il circuito stampato è stato realizzato partendo dalla precedente progettazione al computer di uno schema, che è stato poi predisposto manualmente sul lato di rame, tracciando le varie piste di collegamento per mezzo di un pennarello indelebile. Lo sviluppo della basetta è stato poi effettuato tramite un’immersione chimica in un bagno di cloruro ferrico liquido per lo sviluppo di circuiti stampati.
Il metodo pratico di realizzazione dei circuiti tramite un pennarello indelebile, è disponibile cliccando questo link che vi reindirizzerà a un articolo del nostro sito.
La basetta in vetronite pronta con le varie piste tracciate e coperte con l’inchiostro.
Sviluppo chimico della basetta in un bagno di cloruro ferrico liquido.
Preparazione della basetta con le forature per i componenti a foro passante. Forature effettuate con punte di precisione.
La basetta terminata alla fine dello sviluppo chimico.
Nel corso del montaggio sono stati saldati i componenti come da schema. Per un corretto montaggio, è quindi opportuno prestare attenzione all’orientamento del NE555 (e del suo zoccoletto) ed alle polarità del condensatore elettrolitico, dei connettori di uscita ed alimentazione ed alla posizione generale dei componenti. Vi consigliamo di iniziare con la saldatura dei componenti “a basso profilo” (come l’integrato ed i resistori) per poi passare alla connessione dei componenti più alti ed ingombranti.
Il circuito stampato con i componenti saldati e con i potenziometri fissati provvisoriamente per condurre le prime prove.
Il montaggio nel contenitore
Per conferire al signal injector un aspetto rifinito ed ordinato, abbiamo preferito proteggere il circuito stampato all’interno di un contenitore per elettronica in acrilico, andando a collocare al meglio lo stampato, i potenziometri ed i connettori. Qui di seguito trovate alcune foto della disposizione dei vari componenti, del contenitore e del cablaggio.
VERIFICHE AL CIRCUITO
Durante la costruzione del vostro signal injector potreste incontrare alcune problematiche di funzionamento sul circuito. Vi riportiamo la procedura di verifica che vi consigliamo di seguire, augurandoci che possa tornarvi utile per superare determinati ostacoli in fase di debug.
Verifica della tensione di alimentazione
Prima di collegare qualsiasi oggetto da provare direttamente al circuito, misurate la tensione della pila da 9V a vuoto. Una pila da 9V è da considerarsi ottimale per l’utilizzo, se misura almeno 7,5V a vuoto.
Verifica delle tensioni statiche sul circuito
Con il circuito alimentato e l’interruttore SW1 chiuso, misurate tramite un multimetro in modalità DC le tensioni sui pin del NE555 rispetto a GND. Per questa verifica troverete molto utile la consultazione del datasheet ufficiale del NE555, reso disponibile cliccando questo link.
NOTA BENE: il multimetro in modalità DC mostra il valore medio di un segnale alternato. Un pin che oscilla correttamente tra 0V e 9V mostrerà circa 4,5V sul display — non si tratta di un valore fisso, ma dell’indicazione di una corretta oscillazione!
Verifica del segnale con l’oscilloscopio
Il test definitivo andrebbe eseguito con l’utilizzo di un oscilloscopio. La forma d’onda che dovrete osservare in uscita sarà un’onda quadra con ampiezza e frequenza variabile nei valori prestabiliti durante l’escursione dei potenziometri. In questa fase provate il circuito con il vostro oscilloscopio oppure con quello di un vostro amico (o del vostro radioclub). Effettuare le prove con un oscilloscopio, vi risulterà molto utile per condurre ulteriori verifiche con maggior precisione.
NOTA BENE: Qualora vi risultasse davvero difficile reperire o trovare un oscilloscopio per effettuare dei test, tale circuito potrà essere testato “in extremis” utilizzando un amplificatore audio o delle semplici casse attive.
Forma d’onda da aspettarsi in accensione:
Variazioni dell’ampiezza in segnale:
Variazioni della frequenza del segnale:
Verifica del percorso di uscita
Nel caso in cui non riusciste a rilevare il segnale in uscita, tramite la sonda dell’oscilloscopio seguite il segnale dal pin 3 verso l’uscita al puntale, verificando la presenza del segnale AC in ogni nodo del circuito. Se il segnale scompare in un determinato punto, il componente immediatamente a valle è il responsabile del problema.
RIFINITURE ESTETICHE
Per rifinire il tutto sono state inoltre progettate da Mattia IV3JTH delle grafiche adesive auto costruite per identificare le varie funzioni di questo oggetto. Nelle grafiche è stato mantenuto, (seppur tecnicamente improprio), il nome “signal tracer” e non “signal injector” adottato originariamente da Nuova Elettronica per questo progetto; il nome è stato probabilmente scelto per evocare in maniera immediata lo scopo finale del circuito più che per rigore terminologico; una definizione che abbiamo volutamente conservato per ricordare lo spirito divulgativo, l’inclusione e l’entusiasmo trasmesso dalla rivista in quegli anni.
COME UTILIZZARE IL SIGNAL INJECTOR
Una volta completata la costruzione del progetto e verificato il corretto funzionamento, il signal injector è pronto per essere utilizzato. Per esaminare al meglio i vostri circuiti in riparazione tramite questo strumento, vi consigliamo di reperire o di realizzare dei cavetti che abbiano dei morsetti a coccodrillo e un connettore d’uscita (riferimento J1 – formato a vostro piacimento). L’importante è che i connettori selezionati risultino a voi pratici per iniettare il segnale e/o connettersi in sicurezza al circuito in esame.
Nel nostro caso abbiamo scelto come connettore J1 una presa RCA femmina da pannello, che in base all’esigenza possiamo connettere tramite un adattatore ad una sonda BNC o a dei cavetti a coccodrillo.
Sentitevi liberi di sperimentare!
La procedura operativa per usare il signal injector è la seguente:
- Collegate il coccodrillo GND alla massa del circuito che volete esaminare;
- Accendete il signal injector — il LED di alimentazione D1 si accenderà;
- Regolate RV3 per ottenere un tono audio gradevole, intorno agli 800–1.000 Hz;
- Portate RV4 al massimo, inizialmente;
- Applicate il puntale all’ingresso dell’ultimo stadio amplificatore del circuito in esame. Se nell’altoparlante del circuito si sente il tono → lo stadio funziona correttamente;
- Spostate il puntale allo stadio precedente e ripetete la verifica. Quando il tono non è più udibile → lo stadio attualmente sotto test è quello difettoso.
CONCLUSIONI
Siamo giunti al termine di questo articolo. Questo piccolo progetto dimostra come con poco materiale sia possibile realizzare uno strumento ancora oggi valido, dall’utilizzo semplice e immediato (ed alla portata di tutti) per la diagnosi di circuiti audio e per l’iniezione di segnali a onda quadra su qualsiasi genere di circuito elettrico.
Con la speranza che questo articolo vi sia piaciuto e possa avervi fornito degli spunti per arricchire o allestire il vostro primo laboratorio, vi auguriamo delle buone sperimentazioni e delle buone auto costruzioni. L’articolo ha lo scopo di divulgare progetti semplici, cercando di riportare la curiosità e i valori dell’auto costruzione nelle case di tutti, imparando e divertendosi con entusiasmo!
Per qualsiasi curiosità, segnalazione o quesito su questo articolo, potete contattarci tramite l’apposita sezione “commenti” che trovate al termine di questo articolo oppure tramite l’indirizzo info@iv3radiolab.it. Restate connessi oppure registratevi alla nostra newsletter gratuita per ricevere aggiornamenti via email sulle nostre nuove pubblicazioni.
Vi auguriamo delle buone ricezioni e degli esperimenti entusiasmanti!
Un saluto da Mattia IV3JTH e dal Team di IV3 RadioLab
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