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Titolo: rx 4: AGC, ANL ed altre bestie

Ciao a tutti,
superati i gorghi del rumore e dell'intermodulazione, siamo arrivati in
acque più tranquille alla quarta puntata, nella quale parleremo di
alcune cosette che, benché a rigore non siano *indispensabili* in un
ricevitore, fanno la vita più facile a chi lo debba usare in pratica.
Scopriremo come alcuni di questi gadget siano a volte nocivi, e quindi
perché in realtà sia meglio talvolta avere la possibilità di escluderli.
Vediamoli uno per uno.
*AGC, ovvero Controllo automatico di guadagno*
I segnali d'ingresso di un ricevitore possono assumere intensità molto
diverse tra loro; in effetti, tra il mezzo microvolt o meno di un
segnalino debole e lontano e le svariate centinaia di millivolt di una
broadcasting vicina, c'è una differenza di oltre 100 dB, che sono un
gran bel salto! In una situazioe di questo genere, la manovra del
controllo di volume diventa continua (e tutto sommato piuttosto
critica), per cui finisce che un po' ci si assorda e un po' non si sente
niente... Il rimedio a questo problema è quello di fare qualche cosa che
permetta di mantenere più o meno uniforme il volume di ascolto. Le
strategie possibili sono due, ciascuna con i propri vantaggi e
svantaggi:
1. controllare il volume del segnale (magari dopo la rivelazione), in
base al livello del segnale d'ingresso; con questo metodo, che si
dovrebbe chiamare CAV (o AVC), ossia controllo automatico di volume, il
livello di uscita è comunque proporzionale al livello d'entrata, ma la
dinamica è opportunamente ridotta (tecnicamente, questo tipo di
controllo è detto "feedforward");
2. controllare il guadagno di un certo numero di stadi amplificatori
sulla base del livello misurato all'uscita dell'ultimo di essi; con
questo metodo, che si dovrebbe chiamare CAG (o AGC), ossia controllo
automatico di guadagno, il livello di uscita tende (asintoticamente) ad
un valore limite prefissato, per cui la dinamica virtualmente si annulla
(tecnicamente, questo tipo di controllo è detto "feedback").
(Ho scritto "si dovrebbe chiamare" perché c'è una certa tendenza a
confondere le terminologie...)
Attualmente, il secondo tipo di controllo è più utilizzato, perché rende
più molto semplice la progettazione degli stadi di amplificazione, ma
c'è un prezzo da pagare: infatti, in questo metodo, il controllo di
guadagno avviene su più stadi, spostandone il punto di lavoro in maniera
tale da ridurne l'amplificazione. Il fatto è che, quando c'erano le
valvole, ne esistevano alcuni modelli speciali (le mitiche EF8x, EF9x
etc), detti a "pendenza variabile", nei quali si poteva avere guadagni
diversi in funzione del punto di lavoro, ma restando sempre e comunque
lontani dalle zone di interdizione e saturazione, che sono le principali
colpevoli del marasma di intermodulazioni causato dai forti segnali. In
uno stadio a tubi quindi si possono avere guadagni anche *molto*
diversi, ma sempre con dinamica elevata; questo spiega in parte la
robustezza dei ricevitori a valvole seri nei confronti
dell'intermodulazione.
Negli stadi a transistor è ancora possibile modificare, e con facilità,
la pendenza del componente (che è quasi linearmente proporzionale alla
corrente di collettore), ma questo porta facilmente lo stadio a lavorare
*fuori* della zona lineare, peggiorando quindi, e molto, le
caratteristiche di distorsione dello stadio proprio in presenza di
segnali forti, quando cioè ci sarebbe più bisogno di avere le
distorsioni più basse possibile. 
Ancora peggiore è la situazione quando per il controllo di guadagno si
utilizza il secondo gate di un mosfet dual-gate, perchè in questo caso
le non linearità sono particolarmente severe.
Per cercare di limitare questo effetto nefasto, l'intervento del CAG sui
vari stadi è calibrato in modo tale da essere sempre più forte mano a
mano che si va verso il front-end (che, nei ricevitori di maggiore
qualità, può essere del tutto privo di controllo), in modo che uno
stadio attenui significativamente solo quando i successivi siano già
praticamente 'bloccati'. 
Quando la dinamica d'ingresso sia particolarmente ampia, e quindi ci sia
bisogno di controllare (anche) direttamente il livello d'ingresso, una
buona soluzione, impiegata nei ricevitori seri (e spesso nei televisori,
che hanno una dinamica mica da ridere!), è quella di anteporre al
front-end un attenuatore regolabile controllato; il difetto di questo
metodo è che attenua il segnale d'ingresso senza ridurre il rumore del
primo stadio, per cui il rapporto S/N peggiora, ma se si considera che
l'intervento è limitato al caso di presenza di segnali eccezionalmente
forti, questo inconveniente sembra normalmente tollerabile. Per
realizzare l'attenuatore si possono usare vari sistemi (ad esempio, un
potenziometro con un motorino di controllo: non ridete, funziona! E non
distorce...), ma quello più comune consiste nell'utilizzare come
resistori variabili dei diodi a bassa capacità, polarizzati
direttamente. Infatti, in un qualsiasi diodo, la resistenza
differenziale, che è quella vista dal segnale, dipende dalla corrente
che lo attraversa, e tramite questa può essere quindi regolata. Il
limite del metodo è che quando il segnale da regolare è grande, altera
la polarizzazione del diodo e quindi si ha una distorsione che causa
ancora intermodulazione. Questo però non accade se, al posto di diodi
normali, si utilizzano diodi PIN: sono diodi nei quali, interposto tra
il cristallo drogato P e quello drogato N, c'è uno straterello di
semiconduttore "intrinseco", cioè non drogato. Questo straterello, che
sostituisce la zona di svuotamento di un diodo normale, è detto "zona di
deriva" (drift zone), perché in esso gli elettroni e le lacune possono
scorrere liberamente, essendo soggetti al campo elettrico imposto dalla
polarizzazione ma non ai campi interni dei semiconduttori drogati.
Variando il campo esterno (la polarizzazione), cambia la velocità di
deriva, quindi la corrente, e quindi ancora la resistenza differenziale
del componente; però al diodo PIN manca una caratteristica fondamentale
del diodo: non raddrizza! E quindi non distorce, che è esattamente
quello che fa comodo a noi. Per inciso, date le dimensioni molto ridotte
della zona di drift, il componente funziona benone fino a frequenze mica
da ridere, e quindi può essere usato anche a vari GHz. In commercio si
trovano oggettini (specie di minuscoli integrati) che contengono due o
tre di questi diodi, di solito in un contenitore per SMD (che è la
tecnica di elezione per i montaggi a RF).
Un altro limite del CAG è che, in presenza di forti segnali, esso
reagisce sul totale dei segnali entranti, vale a dire desensibilizza il
ricevitore in maniera tale da far sparire proprio il segnalino dx che
stavate cercando da ore nascosto sotto la BC maledetta... quindi, per
chi caccia segnalini, il ricevitore *deve* avere la possibilità di
disinserire l'AGC (insomma, se un ricevitore non ha un interruttore con
su scritto "AGC off", non è certamente una cosa seria...). E per di più,
quando lo disinserite, spesso scoprite (se e quando vi torna l'udito...)
che la banda è molto più pulita di prima... questo accade perché in
effetti sono sparite un sacco di intermodulazioni; ma se la differenza è
*troppo* vistosa, vuol dire che la ciofeca è un ricevitore, cioè, no,
viceversa...
Nei ricevitori per comunicazioni (in molti, per lo meno) di solito c'è
la possibilità di regolare il tempo di risposta dell'AGC, che è  in
pratica il tempo per il quale resta bassa la sensibilità dopo che è
sparito un segnale forte; il consiglio standard è quello di tenere il
tempo breve ("AGC FAST") per il CW, e più lungo ("AGC SLOW") per la SSB.
Io francamente lo tengo sempre veloce (quando non lo disinserisco); voi
se volete fate qualche prova, poi fate come vi pare...
*RF Gain*
Il comando RF Gain permette di ridurre il segnale d'ingresso, ed è la
soluzione per i problemi di dinamica di un ricevitore così-così. In
effetti, una volta i ricevitori erano quasi tutti così-così, a causa
della dinamica modesta dei mixer, per cui la modalità operativa standard
per CW ed SSB consisteva nel mettere al massimo il volume ed usare il
comando RF Gain per regolare il livello di ascolto, così da mandare al
mixer il minimo segnale possibile (altrimenti la SSB risultava troppo
distorta e praticamente incomprensibile).
In quei tempi "poveri", il comando RF Gain era quasi sempre un vero
regolatore di livello, vale a dire un *buon* potenziometro messo fra
l'antenna ed il front-end. Ora siamo tutti "ricchi", e il comando RF
Gain è fatto quasi sempre con un potenziometro *economico* :-) che
regola una tensione aggiunta alla tensione di controllo dell'AGC,
desensibilizzando a comando il ricevitore; se il vostro rx è fatto così,
ve ne accorgete subito, perché basta abbassare un po' il comando RF Gain
per vedere spostarsi lo S-meter.
Oggi, la dinamica dei mixer è tale che anche se i segnali sono forti la
demodulazione è ugualmente accettabile, per cui molti radioamatori
tendono ad usare sempre meno questo comando essenziale: e fanno male!
perché a volte basta abbassare un po' il livello d'entrata per far
sparire un'intermodulazione e riuscire come d'incanto a ritrovare quel
segnalino che non si riusciva a capire.
Come abbiamo visto sopra, però, se il comando agisce sull'AGC,
abbassando il guadagno spesso si aumenta la distorsione e quindi non si
ottengono grandi risultati (salvo che sui *buoni* valvolari), tanto che
comunque in alcuni ricevitori (anche con pretese...) questo comando è
stato proprio abolito.
Come si è già detto nella puntata precedente, se il vostro ricevitore
non ha un RF Gain utile, vi conviene farvi un attenuatore (e, giacché ci
siamo, anche un buon preselettore non fa male...).
*ANL, ovvero limitatore di disturbi*
Ogni scintilla produce un campo em a spettro molto largo, come ben
sapevano Hertz (che ci ha scoperto le onde em) e Marconi (che ci ha
fatto le radio); ogni interruttore, relè, motore, candela d'automobile,
accendigas, caldaia e chi più ne ha più ne metta, produce scintille più
o meno periodiche e più o meno potenti. Risultato: specialmente nelle
bande basse e fino alle VHF, dove c'è l'uomo, questa infezione del
cosmo... ;-), c'è un sacco di rumore radio che va a sommarsi a quello
non trascurabile prodotto dal sole, da giove, dai temporali e via
dicendo.
La caratteristica principale della "scintilla" è che produce un rumore
"secco" e rapido, cioè dotato di un fronte di salita molto ripido
seguito da un periodo di oscillazione transitoria più o meno breve. Per
togliersi dai piedi questi rumoracci ci sono vari metodi:
1. il più vecchio, semplice ed economico, e ampiamente utilizzato,
consiste nel tagliare tutti i segnali che salgono oltre un certo limite
prefissato; questo si può fare semplicemente con un paio di diodi
opportunamente polarizzati, ma ha l'inconveniente di non eliminare del
tutto il rumore, ma solo di ridurlo a più miti consigli. In cambio,
introduce una distorsione nel segnale che ne peggiora anche
significativamente la qualità audio; ma se è fatto bene, può funzionare
in maniera più che egregia.
2. un metodo più moderno (e costoso) consiste nell'analizzare il segnale
d'ingresso cercando gli impulsi che abbiano le caratteristiche degli
spikes di rumore e, quando se ne trova uno, applicare un qualche tipo di
filtraggio al segnale (silenziarlo, ripetere o mantenere il segnale
precedente, etc); si può fare con metodi hardware, ma attualmente si
utilizza ampiamente con metodi software (DSP).
3. il metodo più "raffinato" consiste nel fare un'analisi statistica
delle caratteristiche del segnale che interessa ed eliminare dal suo
spettro, mediante filtraggio (di solito numerico) tutto quello che non
c'entra. Su questo principio si basavano ad esempio gli amplificatori
hi-fi ad autocorrelazione (chi si ricorda i Carver "sound olography"?).
Ovviamente, nei ricevitori tradizionali sono implementati quasi sempre
il primo metodo e più raramente versioni hardware del secondo, mentre
nei nuovi alberi di natale si trovano spesso implementati i metodi di
analisi e DSP (e poi magari hanno oscillatori a PLL con spettri larghi
come i fianchi di una vacca, ma questo è un altro discorso... ne
parleremo un'altra volta!)
*RIT o delta tuning e clarifier*
Il RIT (receiver incremental tuning), detto anche delta tuning, è un
tipico accessorio da ricetrasmettitori, e non ha senso di esistere in un
ricevitore; si tratta di un dispositivo che permette di modificare
leggermente la frequenza di ricezione rispetto a quella di trasmissione,
in modo *del tutto equivalente* a spostare leggermente la manopola di
sintonia.
Tutt'altra cosa è il clarifier (segnato anche come "BFO" nei vecchi
ricevitori), che spesso viene confuso con il RIT, ma con il quale non ha
nulla a che fare; si tratta di un dispositivo che permette di modificare
leggermente la frequenza dell'oscillatore locale impiegato per la
reintroduzione della portante nello stadio di demodulazione SSB/CW. La
differenza non è solo teorica: infatti, poiché il clarifier agisce a
valle del canale di amplificazione e filtraggio del segnale, non ha
alcun effetto sulla selettività e sulla discriminazione dei segnali;
viceversa, il RIT sposta il segnale rispetto alla finestra di
selettività del ricvitore, e quindi può anche essere usato per tagliare
fuori un segnale disturbatore sfruttando il punto di massima ripidità
dei fianchi dei filtri. 
L'ideale è averli entrambi, ma se si può averne uno solo, è meglio avere
il RIT. Tra l'altro, mentre aggiungere un RIT è una faccenda un po'
delicata, perché bisogna mettere le mani sugli oscillatori RF, un
clarifier può essere più facile da aggiungere, perché si deve lavorare
solo sull'ultima conversione. Ovviamente, tutto questo vale solo per i
ricevitori supereterodina....
*Il filtro notch*
Il filtro notch è una specie di magia che permette di eliminare un
segnale posto a pochi hertz da quello che ci interessa; in sostanza si
tratta di un filtro arresta-banda molto stretto, con fianchi "verticali"
ed attenuazione "a picco", spesso realizzato con filtri a doppia-T resi
più o meno attivi. Chi fa CW seriamente non può farne a meno...
*Calibratori di frequenza*
Una volta, i ricevitori avevano delle scale meccaniche molto precise,
che però richiedevano di tanto in tanto di essere aggiustate; a questo
scopo, in ogni ricevitore passabile c'era un generatore, di solito a 100
kHz, fatto con un quarzo stabile e preciso, e realizzato in modo da
avere armoniche fino a decine di MHz. Uno accendeva il calibratore,
regolava la scala e sbagliava di poco virgola niente.
Adesso la maggior parte dei ricevitori ha una lettura digitale diretta
della frequenza: non sempre è più precisa di quella meccanica, ma in
cambio non è così facilmente regolabile; quindi il calibratore non ce lo
mettono... ;o)
I ricevitori *veramente* seri di solito hanno un ingresso per un segnale
di riferimento, che utilizzano come calibratore e base dei tempi per
tutti gli oscillatori interni; di solito a questo scopo si usa un
oscillatore a cesio/rubidio, ma co$ta, o se co$$$ta...
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Si potrebbe andare avanti all'infinito, ma forse è meglio se ci fermiamo
qui..
Ciao a tutti, alla prossima!
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73 es 51 de i3hev, op. mario
http://digilander.iol.it/hamweb
http://digilander.iol.it/esperantovenezia

 viceversa...


mi sono deciso a modificare la risposta del CAG del mio 
ricevitore yaesu FRG-100 come riportato nel sito 
www.mods.dk


Con mia grande sorpresa mi sono ritrovato con una banda degli 
80 metri molto più pulita di prima.


Certo che sono soddisfatto della modifica.


Questo vuol dire che lo yaesu FRG-100 è una 
ciofeca?


 


Ciao


Maurizio


 



 viceversa...


perché disinserendo il CAG spariscono un sacco di 
intermodulazioni?


 


Maurizio