Come costruire una radio a cristallo

Ti sei mai chiesto come una radio può catturare i segnali che vengono trasmessi attraverso l’aria dalle emittenti radiofoniche e convertirli in suoni? Lo scopo di questo progetto è di comprenderlo costruendo il più semplice tipo di ricevitore radio: la radio a cristallo. In pratica, creerai da zero il tuo ricevitore radio AM e lo utilizzerai per ascoltare le trasmissioni radio in modulazione di ampiezza. Con la tua radio di cristallo, sarai in grado di capire il ruolo di ciascun componente utilizzato, nonché di sperimentare il semplice circuito e l’antenna – la cui efficacia è cruciale – per ottenere la migliore ricezione.

Il ricevitore radio più semplice – noto come “radio a cristallo” – consiste in nient’altro che una bobina, un condensatore di sintonizzazione, un diodo rivelatore e un paio di auricolari. La bobina è sintonizzata dal condensatore variabile alla frequenza del trasmettitore. Il diodo demodula il segnale audio, che va direttamente agli auricolari.

Di seguito viene fornito uno schema circuitale tipico, che potete realizzare acquistando i singoli componenti oppure, più semplicemente, un kit da montare come quelli che trovate qui.

Lo schema del circuito di base di una radio a cristallo.

Come puoi capire, in tale radio non c’è alcun tipo di amplificazione, né alcuna alimentazione. Per poter realizzare questo progetto, pertanto, devi vivere in un’area in cui puoi ricevere almeno una forte stazione radio AM. Puoi verificarlo con un’auto o una radio portatile. In ogni caso, in Italia non dovrebbero esserci particolari problemi in tal senso quasi in qualunque zona tu viva.

Descrizione generale e circuito di sintonia

In pratica, il materiale occorrente per realizzare una radio a cristallo è il seguente:

  • Una bobina con nucleo in ferrite diam. 9-10 mm (o il necessario per realizzarla)
  • Un condensatore variabile da 5 a 140 pF
  • Un condensatore da 10 nF
  • Un diodo al germanio (ad es. OA47 o 1N34, OA90, OA91)
  • Auricolari a cristallo
  • Cavo d’antenna (20-30 m)
  • Cavo di terra (quanto basta)
  • Una scatola da biscotti di metallo (o un tubo metallico lungo 1 m)

Nel circuito che proponiamo qui sotto, la bobina cion nucleo in ferrite e il condensatore variabile dielettrico in polietilene (CV1) formano il circuito di sintonia. Il diodo al germanio (D1) demodula il segnale audio; il condensatore fisso (C1) bypassa il residuo in radiofrequenza a terra e svolge anche un’azione di serbatoio, consentendo alla frequenza audio in uscita di avvicinarsi al suo valore di picco. Il segnale audio così recuperato viene inviato direttamente a un auricolare a cristallo.

Schema del circuito proposto per la radio a cristallo.

Le tensioni del segnale introdotte nell’antenna ad anello in ferrite dal campo magnetico irradiato sono troppo elevate per produrre un’uscita dal rivelatore, e il componente viene usato qui semplicemente come una bobina di sintonia. Il nucleo di ferrite, tuttavia, riduce il numero di giri richiesti per l’avvolgimento della bobina, riducendo quindi la sua resistenza e aumentando la sua qualità audio.

Lo scopo del circuito di sintonia è selezionare la stazione desiderata. Una  semplice radio a cristallo non avrà una buona selettività, quindi se due segnali forti vengono ricevuti su frequenze vicine non sarà possibile separarli. Il circuito sintonizzato comprende una bobina (induttore) e un condensatore, che di solito è variabile per consentire la messa a punto.

È possibile acquistare bobine di avvolgimento in ferrite pre-avvolte o avvolgerle autonomamente: ad es., per le onde medie, sono necessari 100 giri di filo di rame smaltato da 0,5 mm avvolti su un rotolo di carta igienica o su una forma non metallica di dimensioni simili, ed attorcigliati ogni dieci giri. Maggiore è il numero di giri, maggiore è la lunghezza d’onda (e più bassa la frequenza), quindi una bobina per le onde lunghe (parliamo di poche centinaia di kHz) richiederà più giri.

Le bande delle trasmissioni radiofoniche e le relative estensioni in frequenza.

Un condensatore variabile distanziato dall’aria (con un valore di circa 500 picofarad) rimosso da una vecchia radio è l’ideale, o in alternativa un piccolo condensatore polivinilico utilizzato nelle radio a transistor. I condensatori variabili hanno spesso due o più condensatori in uno, nel qual caso questi possono essere collegati insieme per aumentare la capacità massima (ridurre la frequenza di sintonizzazione).

Alcuni condensatori variabili hanno anche sezioni di sintonia FM incluse, che possono essere ignorate. Se un condensatore variabile non è disponibile, può venire usato un condensatore fisso (ad esempio 150 picofarad – 470 picofarad), con la regolazione che viene effettuata cambiando l’attacco sulla bobina (v. figura). In tal caso, è utile fare un anello ogni cinque giri della bobina da noi avvolta. Occorre, naturalmente, ricordarsi di togliere lo smalto dall’anello, per permettere la conduzione.

Gli anelli sulla bobina di sintonia che suppliscono all’assenza del condensatore variabile.

Diodo rivelatore, auricolari e cuffie

A parte l’assenza di amplificazione, due fattori limitano seriamente le prestazioni dei ricevitori a cristallo. I diodi al germanio diventano sempre più riluttanti a condurre quando la tensione applicata scende sotto 0,2 V, e ciò rende il ricevitore insensibile ai segnali deboli. I diodi al silicio (come ad es. 1N4001) hanno una soglia di circa 0,6 V e, pertanto, non sono adatti per circuiti di questo tipo.

Lo scopo del diodo rivelatore è di recuperare il segnale audio (in pratica, la forma d’onda) dal segnale in radiofrequenza. Le prima radio a cristallo utilizzavano un rilevatore regolabile, ma ora viene usato un diodo germanio o Schottky. Esempi sono: OA90, OA91, BAT81, BAT85, 1N34, 1N5711. Il diodo del rivelatore è polarizzato (direzionale), ma nella radio a cristallo non importa in che modo è collegato.

Il carico costituito dagli auricolari impone un forte smorzamento sul circuito sintonizzato, quindi riduce la sua capacità di separare i segnali. Un’insensibilità di selettività così bassa può essere una benedizione, e le radio a cristallo sono normalmente in grado di ricevere un’unica trasmissione forte sulle onde lunghe e medie. A volte ne riceveranno più di una se è montata una bobina ad onde corte.

L’antenna e il diodo possono venire collegati ad eventuali prese sulla bobina di sintonia per ridurre lo smorzamento, ma il miglioramento della selettività avviene solitamente a scapito dell’uscita audio. Nonostante tali limitazioni, i lettori potrebbero desiderare costruire una radio a cristallo per curiosità o magari per la novità di avere un ricevitore che non richiede un alimentatore. Infatti, una piccola frazione del segnale trasmesso fornisce energia sufficiente per il segnale da ascoltare.

Quando le valvole costavano quanto il guadagno di una settimana di lavoro e dovevano essere alimentate da grandi batterie a secco e accumulatori al piombo/acido, la costruzione di semplici ricevitori di questo tipo poteva essere giustificata. Oggi, con i transistor ad alte prestazioni che ora costano solo pochi centesimi, le radio a cristallo sono considerate dei “pezzi nostalgici”.

Per quanto riguarda il tipo di auricolari, quelli tipo “Walkman” a bassa impedenza (di solito 32 + 32 ohm) NON sono adatti, a meno che non vengano collegati attraverso un trasformatore (ad esempio il tipo LT700) per aumentare l’impedenza. Gli auricolari originariamente usati con questi ricevitori avevano un’impedenza di alcune migliaia di ohm ed erano molto sensibili (e anche pesanti e scomodi).

Un diodo al germanio (a sinistra) e un auricolare a cristallo (a destra).

Oggi essi non sono più disponibili, ma un auricolare a cristallo, che si basa sull’effetto piezoelettrico, darà risultati accettabili. Si noti che, se si utilizza un auricolare a cristallo, potrebbe essere necessario collegare un resistore (ad esempio un 47k ohm) in parallelo per fornire un percorso in DC per il diodo rivelatore. L’amplificazione del segnale audio dopo il diodo rivelatore (ad esempio usando l’integrato LM386) consentirà l’uso di cuffie a bassa impedenza tipo Walkman o persino di altoparlanti.

Tuttavia, l’amplificazione del segnale audio non farà nulla per superare l’insensibilità del diodo ai segnali deboli. Per quest’ultima, occorre infatti un’amplificazione a radiofrequenza dei segnali rilevati dall’antenna prima che raggiungano il diodo rivelatore (il circuito standard per un radioricevitore portatile a transistor ha tre stadi di amplificazione a radiofrequenza prima del diodo).

Antenna, terra e messa in opera

A meno che la radio a cristallo non sia molto vicino al trasmettitore, sarà necessaria un’antenna per ricevere un segnale abbastanza forte da far funzionare il ricevitore. Generalmente, l’antenna sarà costituita da un filo, che dovrebbe essere il più lungo e il più alto possibile. Un filo di ferro da una finestra al piano di sopra ad un albero lontano funzionerà bene. Il tipo di filo non è critico, ma il filo di rame intrecciato rivestito in PVC con circa 2 mm di diametro funzionerà bene.

L’antenna è costituita da almeno 20 metri di filo posto 7 metri sopra il livello del suolo. Per garantire una ricezione udibile dalle cuffie – anziché dagli auricolari – è ancora peggio, poiché sono necessari un’antenna lunga almeno 30 metri, un’altezza di 17 metri o più e una buona terra (realizzata, ad esempio, con una scatola di biscotti sepolta o con un metro di tubo di rame immerso in un terreno umido).

Per completare il circuito d’antenna, è necessario un collegamento di terra. Può trattarsi di un pezzo di tubo di rame spinto nel terreno o di un lungo cavo non isolato interrato. Come con l’antenna, una migliore connessione di terra migliorerà la ricezione. È possibile anche collegarsi a un tubo metallico dell’impianto di riscaldamento o dell’acqua, ma ciò non è raccomandato per motivi di sicurezza in caso di guasti elettrici. Per lo stesso motivo, la terra dell’impianto elettrico di casa non deve essere utilizzata.

Gli ulteriori dettagli realizzativi sono lasciati al costruttore. I capi dei componenti possono essere saldati, o attorcigliati insieme, oppure è possibile utilizzare “clip a coccodrillo” per effettuare i collegamenti. O, più elegantemente, si possono montare i componenti su una basetta “millefori” e sul retro si potranno saldare dei fili ai capi dei componenti per collegarli secondo lo schema circuitale previsto.

Uno dei tanti kit di radio a cristallo che trovate in vendita su Internet (fonte: Jaycar). Potete trovare alcuni interessanti kit di radio a cristallo cliccando qui.

Se non si sente nulla, controllare: che tutti i collegamenti siano sani e che l’isolamento dello smalto sul filo della bobina sia stato rimosso rimuovendo le eventuali connessioni; che sono state utilizzate le connessioni corrette per ciascun componente; che le pale del condensatore di sintonia non siano piegate e si tocchino. Se invece si sperimenta soltanto una ricezione debole, è possibile che sia necessario solo migliorare le connessioni di antenna / terra o provare un paio di auricolari diversi.

Per ragioni di sicurezza, non utilizzare mai la tua radio di cristallo durante un temporale. Quando non è in uso, scollega sempre l’antenna dal circuito radio e collegala direttamente all’asta di terra. Ciò impedirà qualsiasi accumulo di elettricità statica sull’antenna. Infine, assicurati di indossare occhiali di sicurezza quando installi la barra di messa a terra, specie se usi un martello di metallo.

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