LC resonance frequency meter

Livello di difficoltà    

Rileggendo i vari volumi di “Nuova Elettronica” mi ha colpito un interessante dispositivo molto utile per chi, come me, vuole arricchire il proprio laboratorio di oggetti utili che facilitano le mie sperimentazioni e progetti.

Vi parlerò del progetto “Su quale frequenza lavora questo bobina?” LX.491, pubblicato sul numero 79: per chi non lo conosce, invito a leggere attentamente, è realizzabile con una spesa minima e da qualsiasi principiante di elettronica. Inoltre, viste le modeste dimensioni, è facilmente inseribile in qualunque contenitore, infatti io l’ho montato in uno di ottima fattura della vecchia casa Ganzerli, recentemente avuto in regalo da un carissimo amico radioamatore, occupando soltanto 4 cm di larghezza.

Queste misure si potrebbero effettuare anche con l’ormai diffusissimo Nano-VNA, disponibile ad un costo comodo per tutti ma per ogni manovra di lettura lo strumento andrebbe ricalibrato e, vista la laboriosa procedura, diventa poco pratico. Inoltre, bisogna considerare che chi sperimenta ed è avvezzo a effettuare prove e riprove a strumento collegato (e non solo), tante volte avvicinare il saldatore su un punto dove è collegato uno strumento VNA di fascia economica ma di estrema delicatezza, non è da escludere un possibile danno arrecato per una manovra maldestra.

Invece, il dispositivo che vi descrivo permette, con l’ausilio di un frequenzimetro o di un analizzatore di spettro, di ricavare immediatamente al display la frequenza di risonanza di un circuito LC, con un range consentito da 1000 Hz a 400 MHz circa come dichiarato nel progetto originale.
Dove è possibile durante gli esperimenti collegare e scollegare sugli ingressi senza preoccuparsi di danneggiare, essendo ingresso ad impedenza alquanto bassa.

Per i neofiti ricordiamo che un circuito LC è composto da un induttore e da un condensatore dove la Fisica insegna che, legato al valore dei componenti, esiste una frequenza detta di “risonanza”, dove l’effetto delle componenti reattive, per opposizione di fase e uguale ampiezza, si annullano, lasciando come risultante la sola componente resistiva. In questo caso dobbiamo specificare che ad una data frequenza di risonanza corrispondono due valori rispettivamente L e C, che collegati in parallelo assumono un comportamento, opposto è il collegamento serie.

Per il calcolo teorico della f0 espressa in Hz utilizziamo la relazione matematica:

f0 = 1 / (2π × √(L × C))

Condizione che ci consente di ricavare un parametro conoscendo gli altri due, ossia leggendo la frequenza f0 (in Hz) al frequenzimetro e conoscendo la capacità C (in Farad) possiamo ricavare il valore dell’induttanza (in Henry) incognita con la formula:

L = 1 / ((2πf)^2 × C)

Oppure, sempre avendo il valore di f0 (in Hz) possiamo ricavare la capacità C (in Farad) conoscendo il valore della induttanza L (in Henry) sfruttando la formula:

C = 1 / ((2πf)^2 × L)

È necessario, come citato dagli autori, che il PCB e il circuito stesso introduca tra i due ingressi una capacità parassita di circa 8 pF che va computata nei calcoli e tenuta presente durante le prove. Considerando il valore estremamente basso e quindi trascurabile per le frequenze in gioco.

Lo schema elettrico

Osservando lo schema elettrico, notiamo che si tratta di un oscillatore libero a larga banda, in grado di lavorare nel range di frequenze sopracitate, semplicemente collegando un circuito LC in parallelo.
Il circuito stampato “PCB” è stato riprodotto nelle stesse dimensioni presenti sulla rivista da Ciro IW8EZU, che a seguito di elaborazione ne ha ricavato file utile per poter ottenere più di un esemplare con la sua fresa CNC.

Elenco componenti

R1 = 56k
R2 = 470
R3 = 470k
R4 = 470
C1 = 47 nF
C2 47 pF
C3 47 pF
C4 100 uF elettrolitico
C5 47 nF
C6 100 nF
Q1 BF245 FET
Q2 BF372 Transistor (sostituisce BFR99)
Q3 BF245 FET

Personalmente ho avuto difficoltà a reperire il transistor ormai datato e costoso BFR99, sostituendolo con un BF372, che ha la stessa piedinatura e contenitore TO72, e nelle prova di laboratorio si è dimostrato perfettamente compatibile.

In un altro prototipo è stato cablato un BFQ32, soltanto che, visto il differente contenitore, rendeva il circuito meno gradevole esteticamente, ma erogava in uscita un livello di segnale maggiore.
Gli autori del circuito in progetto indicano una tensione di alimentazione di 9 Volt ma ho notato alimentandolo a 12 Volt che non ha dato problemi di funzionamento o surriscaldamento nè tantomeno di variazioni nella stabilità dell’oscillatore.

Un’altra raccomandazione per chi è intenzionato a realizzare il circuito è di considerare il fatto che, nell’elenco componenti stampato sulla rivista dell’epoca, presenta alcuni errori serigrafici in merito ai valori componenti.