Idee e Progetti dei Lettori - Le Radio di Sophie

Modulatore VHF a valvole per televisori d’epoca

Tra non molto tutta l’Italia dovrà adattarsi alla ricezione del segnale “digitale terrestre”, seguendo l’esempio di quelle regioni dove il cambiamento è già stato effettuato: ogni famiglia dovrà entrare in possesso di un decoder apposito, oppure acquistare un moderno televisore in cui tale dispositivo è già stato incorporato.

Tutto questo fila liscio (…o quasi) per tutti i radioricevitori televisivi moderni, ma per chi, come il sottoscritto, è in possesso di un televisore d’epoca a valvole, i problemi sono appena cominciati. Tali apparecchi d’epoca, avendo alcuni superato il mezzo secolo d’età, come il mio GTV1014 del 1957, non sono dotati manco di presa d’antenna a 75 ohm, ma bensì ancora dell’ingresso bilanciato a piattina a 300 ohm, figuriamoci se hanno la presa SCART o di qualunque altra entrata adatta a ricevere il segnale videocomposito in maniera diretta!!

Le soluzioni per aggirare il problema sono molteplici, ognuna con i suoi vantaggi e svantaggi. Una di queste potrebbe essere studiare lo schema e ricavare il punto più opportuno, quale dopo il rivelatore video, che permette il collegamento diretto di una fonte di segnale moderna. Sicuramente in tal modo la definizione sarà la massima possibile, essendo minimo il numero di passaggi che l’informazione deve subire. Gli svantaggi, d’altro canto, sono innumerevoli: il fatto che bisogna adattare le impedenze e le ampiezze del segnale, che si deve modificare un’apparecchiatura d’epoca, perdendo l’originalità, che deve essere trovato un ulteriore punto per entrare con il segnale audio, visto che il video ne è indipendente, e la presenza quindi di almeno due cavi schermati che escono dal telaio, lasciando inutilizzata tutta la parte RF e a media frequenza. Tutto questo presuppone naturalmente anche una notevole conoscenza delle tecniche e degli schemi usati all’epoca.

Un metodo meno macchinoso per risolvere il problema è quello di ricuperare un modulatore, come quello presente nei videoregistratori, oppure utilizzando il videoregistratore stesso, e quindi collegarlo alla presa d’antenna, al fine di ricreare dalle informazioni separate audio e video il segnale televisivo a radiofrequenza esattamente come lo si riceve dall’etere. Anche in questo caso esistono però dei lati negativi: la maggioranza dei modulatori fornisce un segnale in banda UHF, che i televisori antecedenti il 1961 non possono ricevere, poiché ricevono solo la banda VHF, visto che il secondo canale è stato attivato il 4 novembre di quell’anno. È lampante quindi la necessità di un ulteriore convertitore, in grado di traslare la frequenza del segnale dalla banda UHF a quella VHF, oppure un modulatore che dia direttamente in uscita tale banda, che però non è facile da trovare. Utilizzare inoltre un modulatore integrato per permettere il funzionamento di un televisore a valvole mi sembrava alquanto discordante dal punto di vista tecnologico.

Tenendo presente tutti questi punti, ho deciso di imbattermi nella costruzione di un modulatore audio-video per la banda VHF, completamente a valvole, il più semplice possibile ma senza sacrificarne le prestazioni, compatibile con le uscite delle moderne apparecchiature, quali riproduttori DVD, videoregistratori, decoder per il satellite o il digitale terrestre. Giunto a conclusione del progetto, l’ho quindi pubblicato in questa sede al fine che anche voi altri lettori avreste potuto costruirlo.

Il segnale a radiofrequenza televisivo

Per imbattersi nella costruzione di un modulatore audio-video, si deve innanzi tutto conoscere come è costituito il segnale televisivo analogico, quale quello che in alcune parti d’Italia si riceve ancora. Verrà fatta in questa sede una breve trattazione, al fine che le successive descrizioni dello schema elettrico e funzionale risultino chiare.

Innanzi tutto il segnale televisivo, in confronto di quello radiofonico, ha un’estensione di banda notevolmente ampia, di circa 7 MHz, un’enormità considerando che un segnale in modulazione d’ampiezza ha una banda di 9 kHz, e uno in modulazione di frequenza di 180 kHz. Questo è spiegabile a causa della larga banda che a sua volta il segnale modulante, ossia il segnale video ha, di circa 5 MHz, per permettere la riproduzione sullo schermo dei particolari più piccoli, e per la presenza di un ulteriore segnale accanto ad esso, quello che permette la trasmissione del sonoro, come si vede nella figura sottostante.

I due segnali, audio e video, sono presenti nel segnale televisivo analogico come due unità distinte, ed è possibile riceverne anche solo uno di essi, come succede per alcune radio FM della metà degli anni ’60 che permettono l’ascolto del canale suono in banda VHF.

La portante video è modulata dal segnale visivo tramite modulazione d’ampiezza, con una banda di 5 MHz; di conseguenza la larghezza di banda del canale video dovrebbe essere il doppio, ossia 10 MHz. Durante i primi esperimenti, si è però visto che limitando la banda inferiore a soli 1.25 MHz, la definizione d’immagine era comunque ottima, permettendo però un notevole risparmio di potenza in trasmissione. Conseguentemente, la banda del canale video è di 6.25 MHz.

La portante audio è modulata invece in FM, con una deviazione di 50 kHz, e quindi banda complessiva di 100 kHz. La distanza tra portante video e portante audio è di 5.5 MHz, che permettono di avere una banda libera tra canale video e audio di 450 kHz, al fine di evitare battimenti indesiderati. Inoltre, all’estremità superiore, è presente una banda detta di guardia di 200 kHz, che permette una separazione sufficiente in caso di trasmissioni su canali contigui.

Visto sotto questo aspetto, vi sembrerà una cosa alquanto complicata, ma la creazione di tale segnale partendo da quello video e audio separati è piuttosto semplice. Innanzi tutto, si deve avere un oscillatore che produce la portante video, e quest’ultima deve essere modulata in ampiezza tramite il segnale video. La riduzione della banda inferiore non è contemplata nel nostro caso visto che non ci sono problemi di risparmio di potenza in trasmissione, e quindi il segnale modulato in AM può essere lasciato come si trova e mandato in antenna al televisore.

Per quanto riguarda il segnale audio, si deve avere un altro oscillatore, questo però alla frequenza esatta di 5.5 MHz, che deve essere modulato in frequenza dal segnale sonoro. Per permettere a quest’ultimo di entrare nel canale televisivo, si deve instaurare un battimento tra la portante video e la portante audio: in tal modo, le variazioni di frequenza verranno traslate ad una frequenza inferiore e superiore di 5.5 MHz rispetto alla portante video. Non è necessario eliminare la parte inferiore, visto che ci penserà la sezione a frequenza intermedia del televisore.

Schema elettrico

Il modulatore è costituito da quattro tubi elettronici noval, precisamente EZ80, ECF802, ECF802, EF183, facilmente reperibili a prezzi bassi.

Inusualmente, preferisco iniziare la descrizione dalla parte destra dello schema, con la valvola EF183, che costituisce l’oscillatore atto a fornire la portante video. Si tratta di una configurazione Hartley un po’ particolare, visto che non presenta la classica presa sul catodo, con reazione in griglia, ma bensì un lato della bobina a presa centrale è connesso alla placca, e l’altro alla griglia controllo, con un condensatore di disaccoppiamento in grado di fermare la tensione continua, visto che l’intera bobina del circuito risonante è a potenziale anodico. Nonostante sia stato scelto il canale televisivo in banda VHF a frequenza più bassa, pari a 62.5 MHz di portante video (canale B negli anni ’50), si viene a lavorare con frequenze piuttosto elevate, e la maggior parte delle configurazioni oscillatrici tende a fare i capricci, oscillando solo in alcuni momenti o non oscillando del tutto. Con tale configurazione, e in particolare con la valvola EF183, l’oscillazione si è innescata al primo colpo, e non è mai cessata durante tutta la fase di sperimentazione. Un avvolgimento a presa centrale permette il prelievo di un segnale bilanciato a 300 ohm per l’ingresso antenna del televisore.

Vista la modesta potenza a radiofrequenza necessaria, pari a quella captata dall’antenna, si è deciso di modulare in AM direttamente l’oscillatore, senza alcun altro stadio. A questo punto sono incominciati a sorgere i primi problemi: il segnale video modulante ha infatti un’elevatissima banda, che parte da 25 Hz per lo schermo tutto bianco o tutto nero, ed arriva a 5 MHz per i dettagli più piccoli. Qualsiasi modulazione a trasformatore sarebbe stata impossibile, così come difficoltoso sarebbe stato un accoppiamento a resistenza-capacità. Oltre alle capacità ed induttanze volutamente poste sullo schema, dette a parametri concentrati, sono presenti anche innumerevoli costanti parassite, o distribuite, inevitabili nel montaggio pratico. Tutti questi elementi vengono a creare dei filtri in particolare passa basso, che limitano la banda passante in alto e quindi la risoluzione dell’immagine. Negli amplificatori video a valvole dei televisori, si utilizzano molte bobine e capacità di piccolo valore per compensare le perdite, ma una realizzazione del genere sarebbe stata di difficile progettazione, e ancora più di replica da parte dei lettori.

La tecnica di modulazione adottata è quella di griglia schermo e placca, con accoppiamento diretto con la placca della modulatrice, ossia la sezione pentodo della ECF802 destra. L’impedenza da 47 µH permette il passaggio dell’alimentazione anodica bloccando la radiofrequenza, e la resistenza di griglia schermo da 220 kΩ è necessaria alla corretta polarizzazione dell’oscillatrice, ed è shuntata dal condensatore da 470 nF che lascia passare le frequenze più basse dell’inviluppo video, quali i segnali di sincronismo. Senza di esso, infatti, la stabilità dell’immagine era alquanto scarsa. Molte sono state le sperimentazioni per ottenere un giusto contrasto, luminosità e stabilità di sincronismi, e si è verificato che cambiando la valvola EF183 con un’altra dello stesso modello, tali parametri cambiano leggermente a causa delle lievi differenze costruttive dei tubi elettronici; aumentando o diminuendo leggermente il valore della resistenza di griglia schermo da 220 kΩ è comunque possibile riportarli nei giusti valori. In particolare, se l’immagine è troppo scura, la resistenza deve essere aumentata, e viceversa.

L’ingresso video, dell’ampiezza standard di 1 V picco picco, è chiuso sulla sua impedenza caratteristica di 75 Ω, disaccoppiato in continua con un condensatore elettrolitico di 10 µF, e quindi posto in griglia del pentodo modulatore. La resistenza di catodo non è shuntata, visto che l’amplificazione è ottima, permettendo così l’instaurazione di una forte controreazione locale che allarga la banda passante ad un valore adatto al segnale video.

Proseguendo verso sinistra, la sezione triodo della stessa ECF802 è adibita alla generazione dell’oscillazione per la portante audio a 5.5 MHz. In questo caso la configurazione è la classica Hartley a partitore induttivo, con reazione da catodo a griglia e presa ad un terzo dell’avvolgimento. L’accoppiamento necessario al battimento tra le due portanti non è ottenuto con alcun componente, ma bensì attraverso le capacità parassite tra le due sezioni del triodo-pentodo.

L’ultima valvola da esaminare, la seconda ECF802, è adibita alla modulazione in frequenza della portante del canale audio. Il principio di funzionamento si basa sulla configurazione detta “valvola a reattanza”, che verrà qui di seguito brevemente analizzata, senza addentrarsi nei calcoli necessari alla progettazione.

Innanzi tutto è da dire che la valvola a reattanza vera e propria è costruita dalla sezione pentodo, mentre il triodo assuma la funzione di amplificatore del segnale audio. Come si vede dallo schema, la griglia controllo del pentodo è connessa al circuito oscillante a 5.5 MHz tramite un condensatore di piccola capacità, 39 pF, ed è messa a massa con una resistenza di valore molto basso, 82 Ω. Il condensatore oppone una reattanza molto superiore rispetto a quella della resistenza, scelta appositamente di basso valore; di conseguenza, l’impedenza mostrata dalla serie RC sarà quasi puramente una reattanza capacitiva, e la corrente circolerà in anticipo rispetto alla tensione di quasi 90 gradi, come accade in un condensatore. Questo provocherà una caduta di tensione sulla resistenza, e quindi sulla griglia, a sua volta in anticipo di 90 gradi sulla tensione ai capi del circuito oscillante. Ora, essendo la corrente anodica di un pentodo in fase con la tensione di griglia, è logico che anche la corrente anodica sarà in anticipo di 90 gradi rispetto alla tensione presente sul circuito LC a 5.5 MHz: abbiamo concluso quindi che la valvola stessa si comporta come un condensatore, in parallelo al circuito risonante tramite la capacità da 2.2 nF. Essendo l’ammontare della corrente anodica direttamente proporzionale alla transconduttanza della valvola, variando quest’ultima è possibile cambiarne il valore, ed in definitiva, il valore di capacità che viene a trovarsi in parallelo al circuito LC dell’oscillatore della portante audio, provocandone la modulazione di frequenza. Per il fatto dello sfasamento di 90 gradi tra corrente e tensione, questo tipo di modulatore viene anche detto “in quadratura”.

La variazione della pendenza del pentodo è ottenuta variandone la tensione di griglia schermo con il segnale audio, amplificato dal triodo collegato in accoppiamento diretto, con un segnale d’ingresso di 1 V picco picco su 1 kΩ. La capacità di 47 pF sulla placca ha il compito di fugare a massa la tensione a 5.5 MHz, ma non il segnale audio.

Conclude la descrizione dell’alimentatore, un classico raddrizzatore ad onda intera con secondario a presa centrale con EZ80, seguito da un filtro a pi greco RC, che assicura una tensione particolarmente livellata, visto anche l’esiguo assorbimento anodico del complesso, che non supera le 15 mA.

 Realizzazione pratica

Non ci sono particolari indicazioni per la realizzazione pratica, che può essere approntata nel miglior modo che si crede. Da parte mia, ho preferito costruire un telaietto ad hoc in lamiera zincata da 1 mm, ma chi ha poca manualità o voglia può tranquillamente seguire altre strade, magari con un montaggio su circuito stampato.

Per quanto riguarda i componenti, ci sono alcuni particolari da commentare. Le resistenze sono di tipo normale, a strato di carbone o metallico; io, da buon nostalgico, ho usato resistenze d’epoca ad impasto, controllando attentamente che non fossero fuori tolleranza!!

I condensatori ceramici è bene che siano ad alta tensione, almeno 350 volt, essendo alcuni sottoposti a tensione anodica. Per essere chiari, quei piccoli condensatori ceramici a pastiglia marroncini non vanno bene, perché non tengono tensioni superiori a 50 volt. Ottimi sono quelli a tubetto, come ho usato io, anche se ormai sono un po’ difficili da trovare, e quelli a mica argentata (silvermica), anche se costano di più.

Una trattazione particolare merita la costruzione delle bobine. Per la realizzazione sono stati utilizzati supporti plastici di diametro 8 mm e lunghezza 19 mm, dotati di nucleo regolabile in ferrite. Naturalmente si possono usare anche altri sistemi, ma questo presuppone un ricalcolo delle spire e la disponibilità di un frequenzimetro per il controllo che non si sia fuori banda.

La bobina dell’oscillatore a 5.5 MHz è costituita da 33 spire di filo smaltato di 0.40 mm di diametro, con spira ad un terzo, ossia 11 spire, partendo dalla massa. Come su schema, quindi, la parte con minor numero di spire è verso massa. Le estremità dell’avvolgimento sono state fissate con una goccia di colla a caldo. Non usate cianoacrilato!! Rovina irrimediabilmente la smaltatura.

La bobina VHF è invece un po’ più particolare. È realizzata in filo di rame nudo di 1 mm di diametro, recuperato dal cavo schermato TV; il diametro non è critico, visto che gli avvolgimenti devono essere successivamente allargati. L’avvolgimento del circuito oscillante è costituito da 4 spire e mezzo, allargate fino alla lunghezza di 1 cm; a metà è stata saldata direttamente sul filo la presa centrale, costituita da uno spezzone dello stesso conduttore. Al di sotto di essa, un avvolgimento di due spire e mezza, a loro volta a presa centrale, costituisce l’uscita bilanciata per il collegamento all’antenna del televisore, connesso con uno spezzone di piattina alla presa posteriore. Tutti gli avvolgimenti sono stati fermati con della colla a caldo; i fili uscenti sono stai quindi sagomati per adattarli alle basette di collegamento. Uno sguardo alle figure sottostanti, riportanti le fotografie delle bobine, fugherà ogni dubbio sulla costruzione. L’impedenza da 47 µH è commerciale.

Per quanto riguarda lo stadio alimentatore, ho avvolto personalmente il trasformatore, che deve avere un secondario per i filamenti da 6.3 volt a 1.5 ampere, e per l’anodica un secondario da 215+215 volt con una corrente di almeno 15 mA. Possono essere anche utilizzate altre tensioni del secondario ad alta tensione, in questo caso però è opportuno modificare il valore della resistenza del filtro pi greco da 2.2 kΩ al fine di ottenere un’anodica di circa 230-235 volt. 

Taratura e collaudo

Una volta finito il montaggio e controllato attentamente il cablaggio per assicurarsi di non aver commesso errori, si dà tensione e si aspetta che le valvole si scaldino, controllando che i filamenti si accendano con un bel colore arancione.

Aspettati due minuti, e assicuratisi che niente fuma o si riscaldi troppo, si passa alla misure delle tensioni, che non si devono discostare di un valore superiore a qualche volt da quelle riportate sullo schema elettrico in ogni punto. In particolare, la tensione negativa presente sulle griglie delle oscillatrici indica che le stesse stanno oscillando correttamente. Si tenga conto che le tensioni sono state misurate con un voltmetro digitale, ad alta impedenza d’ingresso.

Se si possiede un frequenzimetro, è opportuno controllare che le frequenze d’oscillazione siano quelle giuste, ossia 5.5 MHz per la portante audio e 62.5 MHz per la portante video.

A questo punto, se tutto è nella norma, si passa a collegare l’uscita VHF ad un televisore. Tenete presente che è possibile utilizzare anche un apparecchio moderno, con ingresso antenna a 75 Ω, collegando la calza a massa ed il centrale del cavo schermato indifferentemente ad un capo della presa a 300 Ω. Se si sta già utilizzando un televisore d’epoca, si deve porre il selettore canali sulla posizione “B”, corrispondente alla portante video di 62.5 MHz, oppure sul canale 04 o 14 di un televisore dei nostri giorni.

Ora, se avete già fatto la verifica con il frequenzimetro, dovrebbe scomparire la neve e lo schermo diventare completamente o quasi nero; aggiustate la frequenza con il nucleo in ferrite fino a al punto in cui lo schermo è più nero. Se anche girando il nucleo non succede nulla, non avendo misurato la frequenza, provate ad allargare o stringere le 4 spire e mezza dell’oscillatore, fino a che lo schermo annerisce; a questo punto effettuate una regolazione fine col nucleo. Usate un cacciavite di plastica e prestate attenzione, il filo nudo è a tensione anodica!!

Iniettando adesso un segnale video sull’ingresso del modulatore, quale collegandogli un videoregistratore, un riproduttore DVD od un decoder, deve apparire l’immagine su schermo. Regolando ancora, ma lentamente, il nucleo della bobina VHF, cercate di ottenere un’immagine stabile e più pulita possibile. Tenete presente che il modulatore è stato costruito per un televisore in bianco e nero, ed in monocromia la visione è ottima; sugli apparecchi a colori le tonalità cromatiche si vedono, ma non pretendete l’alta definizione.

Messo a posto il video, si passa all’audio. Collegando una sorgente all’apposita presa, girare il nucleo della bobina a 5.5 MHz fino ad avere un suono pulito e chiaro, senza ronzii e scricchiolii; probabilmente sarà necessario dare una ritoccata anche al nucleo della bobina VHF, fino ad avere la situazione migliore.

A questo punto non resta che collegare la sorgente voluta e godere del programma preferito sul nostro televisore d’epoca, al quale il digitale terrestre aveva tolto la vita, in barba alle innovazioni tecnologiche!!!

                                                                                                   Andrea Lobellari