Written on 14:32 by AuviMac
EMISORA EXPERIMENTAL DE FM
El módulo emisor de FM cuya descripción se hace a
continuación, constituye el punto de partida para la creación de una pequeña
emisora personal sin pretensiones, pero capaz de sostener la comparación desde
el punto de vista de la calidad de emisión con otras emisoras de mayor
envergadura.
Características y análisis funcional
En efecto, según la elección de la tensión de
alimentación (9 a 12 V) se puede disponer de una potencia comprendida entre
algunos centenares de milivatios a 3 vatios, entre 88 y 108 MHz. De medidas
efectuadas se comprueba que con potencias de emisión del orden citado, con una
antena convenientemente elegida, se puede cubrir en buenas condiciones la
totalidad de una población de dimensiones reducidas. Normalmente se precisa
excitar al emisor a través de una consola de mezcla que permita crear los
efectos sonoros deseados, estando también previsto que pueda realizarse la
conexión directa de un micrófono. El esquema de la figura 1 permite distinguir
las dos partes del montaje: la sección de BF utiliza un clásico 741 montado
como preamplificador con preacentuación; el condensador C3 actúa sobre los
agudos según una curva standard a 50 µseg, de forma que se compense la
desacentuación incorporada en todos los receptores FM comerciales. Puede
esperarse que la calidad de la B.F. alcance un nivel próximo al de Hi-Fi,
aunque si se presentaran problemas de nivel de ruido de fondo excesivo, podría
sustituirse el 741 por otros amplificadores operacionales de bajo ruido.
La entrada Ext. (extensión) permite aplicar al emisor, a
través de una resistencia variable de 47 KW en serie con un condensador de 2,5
µF, prácticamente cualquier tipo de equipo de mezcla. La señal de B. F.
amplificada se aplica al diodo de capacidad variable Dl, cuya misión es la de
modular en frecuencia el oscilador de salida, que es un multivibrador compuesto
por TR1 y TR2. La señal rectangular generada por el multivibrador se convierte
en senoidal al paso por el circuito sintonizado L1/C10. La antena podrá ser una
simple varilla vertical de unos 90 cm de longitud situada junto al circuito
emisor. Se ha comprobado que incluso cuando la antena está situada en el
interior de una habitación, se obtiene un alcance de emisión de 2 a 3 km. Las
pérdidas debidas al empleo de un cable de bajada de antena superan a menudo la
ganancia obtenida disponiendo la antena sobre un tejado. Es importante que la
alimentación del emisor se halle bien filtrada ya que, de lo contrario, se
podrían producir realimentaciones indeseables en UHF. En caso de duda el mejor
sistema de alimentación es una batería de automóvil.
El circuito impreso de la figura 2, mostrado a tamaño
natural, y la disposición de los componentes sobre el mismo de la figura 3,
reproducen el conjunto del emisor.
Realización práctica
La realización del bobinado Ll se efectúa empleando hilo
de cobre esmaltado o desnudo de diámetro 1 mm, devanando cinco espiras
separadas entre sí sobre una forma de l0 mm de diámetro. La separación exacta
de las espiras se obtendrá cuando se inserte el bobinado en los agujeros del
circuito impreso previstos para ello, en los cuales se introducirá la bobina a
fondo hasta que la base de las espiras se apoye sobre el circuito impreso. La
toma intermedia se obtendrá soldando un hilo desnudo, como por ejemplo
terminales de resistencias en desuso, en la tercera espira, de forma que queden
dos espiras por ambos lados de la bobina. Esta toma se insertará en el agujero
previsto del circuito impreso entre R8, R9 (figura 3). Del cuidado puesto en
estas operaciones depende la bondad del funcionamiento del emisor. Los ajustes
necesarios se inician aplicando la alimentación al emisor con un valor de 9 V a
12 V, también 14 V si los transistores van provistos de aletas refrigeradoras.
Se ajustará un receptor de FM entre 88 y 108 MHz y a continuación se regulará
el trimmer C10 hasta obtener la desaparición del soplido existente entre
emisoras, lo que indicará que se está recibiendo la señal del emisor. En este
momento, R5 se podrá regular de forma que se obtenga la mejor sonoridad
teniendo en cuenta las condiciones de utilización del micrófono. Hay que tener
en cuenta sin embargo, que existen en general varias posiciones de C10
correspondientes a una recepción en el mismo punto del cuadrante del receptor.
Esto es debido al fenómeno de la frecuencia imagen y sólo una de las
posiciones de C10 es la correcta.
Finalmente
Los transistores TR1 y TR2 habrán alcanzado durante un
cierto tiempo de funcionamiento una temperatura elevada que es por otra parte
normal; si se juzga excesiva, la colocación de refrigeradores de aletas de
pequeño tamaño resolverá el problema. Después de unos diez minutos de
estabilización térmica, la deriva en frecuencia del emisor alcanza un valor
mínimo, siempre que el montaje se haya realizado siguiendo las instrucciones
dadas; es decir, la bobina apoyada sobre el circuito impreso en forma rígida,
la alimentación y antena descritas y finalmente la introducción del junto en
una caja metálica que servirá de blindaje eléctrico. conexiones de
alimentación y de entrada B.F. se mantendrán lo cortas posibles.
Figura 1 (Esquema Teórico)
Figura 2 (Pistas del circuito impreso)
Figura 3 (Disposición de los componentes)
R2 = 27 KW 1/4 W
R3 = 1 MW 1/4 W
R4 = 1 MW 1/4 W
R5 = 47 KW Potenciómetro
R6 = 15 KW 1/4 W
R7 = 270 KW 1/4 W
R8 = 10 KW 1/4 W
R9 = 15 KW 1/4 W
R10 = 4,7 KW 1/4 W
R11 = 4,7 KW 1/4 W
C1 = 270 nF Poliester
C2 = 5 µF Electrolítico
C3 = 100 pF Cerámico
C4 = 10 nF Cerámico
C5 = 270 nF Poliester
C6 = 10 pF Cerámico
C7 = 22 pF Cerámico
C8 = 22 pF Cerámico
C9 = 18 pF Cerámico
C10 = Trimmer de 4/20 pF
IC1 = Circuito integrado 741 (DIL)
TR1 = Transistor NPN 2N4427 o Equivalente.(2N3886) con aleta refrigeradora.
TR2 = Transistor NPN 2N4427 o Equivalente.(2N3886) con aleta refrigeradora.
D1 = Diodo "varicap" BB105G
L1 = Bobina de sintonía: 5 espiras de hilo de cobre
esmaltado de 1 mmØ , devanadas separadas con diámetro 10 mm Y longitud bobina
aprox. 20 mm, con toma media, ver texto.
VARIOS:
1 Micrófono dinámico o de cristal
1 circuito impreso de 43 x 74 mm, ver figura 2
1 caja metálica;
4 bornes para banana, 2 rojos, 1 verde y 1 negro;
hilo de conexión.
Alimentación: De 9 a 12 V C.C.
DATOS TÉCNICOS:
ALIMENTACIÓN: DE 9 A 12 V
ALCANCE: 3 KM (EN OPTIMAS CONDICIONES)
CONSUMO: 300-400 mA
POTENCIA: 3W
FRECUENCIA: FM; 88-108 MHz
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EMISORA EXPERIMENTAL DE FM
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Written on 14:14 by AuviMac
Importante: Para ver los diagramas más grandes solo basta dar un click sobre la figura.
Emisora de FM de 1 watt
Con este artículo pretendemos explicarle el funcionamiento de un transmisor de frecuencia modulada paro trabajar en lo bando de 88 a l00 MHz sobre un circuito real que podrá armar si así lo deseo sin que se le presenten grandes problemas. Si bien el artículo está desarrollado con sencillez es posible que requiera algún conocimiento previo sobre l osciladores, amplificadores, etc., pero no impedirá que, si' no los tiene, puedo montar este interesante transmisor.
Puede montarlo un proyectboard o en una placa impresa y desarrollar el diseño de acuerdo al tamaño de las bobinas que usted construya.
La emisora de FM
En general, se requiere poca potencia en antena para poder efectuar una transmisión de FM en la banda comprendida en 88MHz y 108 MHz con una desviación de frecuencia de 75kHz si se quieren cubrir distancias no muy grandes. Podemos afirmar que con una buena antena irradiante se pueden alcanzar distancias del orden de los 3 km por watt en antena en el interior de ciudades, tal que si se desea transmitir en un radio de 30 km, normalmente 10 watt serán suficientes (este es un cálculo empírico aproximado que sólo sirve para orientar al lector en la relación potencia transmitida - distancia cubierta).
Una emisora de poca potencia en antena no requiere extremos cuidados en el armado y no interfiere con otras emisoras comerciales de radio. El lector podrá hacer sus propias emisiones para adquirir experiencias variando los niveles de emisión, frecuencia, antenas. etc. Resulta útil para mantener comunicaciones entre dos personas que operan a distancias inferiores a los 5 km en el interior de una ciudad.
Una emisora de frecuencia modulada debe poseer una etapa amplificadora de audio que lleve la información que se desea transmitir a los valores adecuados para que en el oscilador provoque una desviación de frecuencia máxima de 75 kHz- El circuito debe incluir la etapa de preénfasis que según norma europea debe tener una constante de tiempo de 50ps para que se amplifiquen más los tonos altos con el objeto de compensar el bajo índice de modulación que los mismos provocan.
Fig. 1
La señal de salida del amplificador debe permitir la variación de frecuencia que genera un oscilador. Casi siempre, esta frecuencia es variable por medio de la polarización de un diodo varicap que forma parte del circuito resonante LC de realimentación del oscilador. Con esto decimos que en un solo transistor se consiguen las funciones de oscilador y mezclador en forma similar con lo que ocurre en una etapa conversora de un receptor. La señal de salida del oscilador es directamente la señal de frecuencia modulada que debe amplificarse antes de ser conducida a la antena. Los amplificadores de radiofrecuencia no necesariamente deben ser lineales ya que si hay alguna deformación en la amplitud de la señal no afectará a la Información que transporta la portadora ya que la misma viene en cambios de frecuencia y no de amplitud. Esto es una ventaja ya que podemos amplificar la señal en una etapa clase A con lo cual se tendrá un muy buen rendimiento sin que peligre la fidelidad de la información contenida como variaciones de frecuencia en la portadora. El problema de la amplificación en clase B a causa de la deformación producida, es la generación de armónicas que pueden provocar interferencias en otras bandas de frecuencias si no se las atenúa convenientemente.
Fig. 2
Por lo dicho conviene que los pasos de amplificación de la señal modulada, en baja potencia sean con etapas clase A que son de bajo rendimiento pero casi no producen armónicas mientras que la etapa de potencia debería ser clase B para disminuir costos, mejorar el rendimiento y permitir el uso de transistores que no tengan que cumplir altas exigencias de disipación. El diagrama de bloques se ve en la Fig.2. En síntesis, á circuito se compone de una primera etapa que actúa como amplificador de baja frecuencia (Audiofrecuencia) seguido de un oscilador de radiofrecuencia (RF) que actúa además como modulador. Se han incluido tres etapas amplificadoras de RF con las que se logra el nivel de señal adecuado en la antena para transmitir con potencias del orden del watt dos etapas son clase A mientras que el paso final es de mayor rendimiento ya que se trata de una etapa clase B.
Amplificador de Baja Frecuencia
Fig. 3
Se trata de la etapa destinada a amplificar la señal de audio correspondiente a la información para que la misma posea una amplitud máxima del orden de los 500mV. Se puede colocar cualquier etapa amplificadora que esté ecualizada para poder recibir la señal del transductor que se desea.
Por ejemplo, si se colocara un micrófono. la ganancia debe ser inferior que si se tratara de un fonocaptor magnético pero mayor que si se obtiene la información de la salida de un grabador. Por ejemplo podría colocarse una etapa "preamplificadora" de las que se emplean en los amplificadores convencionales o una simple etapa de salida complementarla de baja potencia.
También podría utilizarse un circuito integrado amplificador de audio para construir si amplificador de información: así por ejemplo podrían emplearse los integrados TDA1004. TBAS10. TDA2002. etc. Es interesante que sea cual fuere el amplificador elegido siempre se debe incluir algún elemento que permita regular la ganancia de la etapa con facilidad. En este circuito Rl. R2 y C forman un lazo de realimentación negativa que determina la ganancia del sistema r-R1 G-^—
Aquí la ganada es del orden de 3,5 veces lo que lo hace ideal para manejar la señal de un grabador. Otra alternativa es el uso de un amplificador operacional en configuración inversora ya que posee buenas características y es fácil ajustar su ganancia.
Un posible esquema eléctrico del amplificador de baja frecuencia con operacional es el de la Fig.5. Los resistores de 3k3 se colocan para que en la pata 3 (terminal positivo) exista una tensión positiva respecto del terminal 4, así no es necesaria una tensión "partida" para que el amplificador funcione correctamente. El LF356 es un operacional con entrada "FET" de excelente desempeño como amplificador de audio. La relación entre R2 y Rl determina la ganancia del circuito.
Una modificación interesante a este circuito es aquella que permita "mezclar" la información de varios transductores ya que en' una emisora puede ocurrir que mientras el locutor habla se escuche una grabación de fondo, o que sean 2 los locutores que hablan simultáneamente.
Esta etapa está preparada para recibir señales de dos micrófonos y de un magnetófono de casette con los niveles adecuados para cada caso, es decir, 5mV para el caso de micrófonos y 150mV para el reproductor,
Las señales pueden ser amplificadas Independientemente o simultáneamente mediante el circuito mezclador que las combina en la proporción deseada, empleándose para ello los potenciómetros Pl, P2. P3.
Los resistores se han calculado para obtener una ganancia de tensión de 100 para los micrófonos y de 3,5 en las señales procedentes del cassette. El elemento activo amplificador además de poseer alta ganada, se caracteriza por ser de bajo ruido debido a su alta impedancia de entrada con transistores FET.
Debe recordar el lector que con el objeto de compensar el bajo índice de modulación
Fig. 5
que producen las señales de alta frecuencia se debe incluir en el amplificador una red de preénfasis que permita amplificar más las seriales de alta frecuencia que las de baja frecuencia; en el amplificador con operacional dicha red podría estar incluida en la realimentación.
RA, RB y C que forman parte del lazo de realimentación están destinados a corregir la respuesta en frecuencia del transmisor con el objeto de obtener un nivel de preacentuación que. conforme a la norma europea, de 50 micro seg.
La salida de esta etapa debe modular a la portadora generada por el oscilador local.
Oscilador Local - Modulador
En lecciones anteriores se han estudiado distintas configuraciones circuitales que permiten generar una señal senoidal cuya frecuencia depende del valor de los componentes que integran la red de realimentación. Así por ejemplo, quien fije este valor puede ser un circuito LC, un circuito R-C o simplemente un cristal de cuarzo.
La información proveniente de la etapa de baja frecuencia debe permitir variar el valor de alguno de los elementos que determinan la frecuencia del oscilador. Para esta aplicación es muy común el uso de diodos varicap que produzcan una variación de capacidad tal que la máxima desviación de frecuencia para 100% de modulación sea ± 75 kHz. En este caso la frecuencia central del oscilador estaría dada para una polarización del varicap sin señal, luego, la información se sumará con su correspondiente signo a dicha polarización permitiendo así la debida desviación de frecuencia
El oscilador posee un transistor de radiofrecuencia como el BF199 con polarización por divisor resistivo. La oscilación se consigue por el tanque que forman Ll con C el cual está en paralelo con Cl en serte con la capacidad del varicap. C2 provee la corriente de realimentación necesaria para mantener la oscilación estable. Si llamamos Cv a la capacidad del varicap. la frecuencia de oscilación del circuito será:
Note que la señal de audio que hará variar el valor de Cv y con él la frecuencia del circuito, llega al oscilador atravesando el filtro pasa-bajo que forman Rl, C3 y C4 que soto dejará pasar señales cuyas frecuencias no excedan los 15kHz. El choque 1 no permite que la señal de RF llegue a la salida de amplificador de audio.
Es fundamental que la tensión de alimentación del circuito sea estabilizada ya que un cambio en la alimentación podría provocar variaciones en la polarización del varicap que harían cambiar la frecuencia de la portadora.
Amplificadores de RF en clase A
La señal de RF modulada procedente del oscilador-modulado es enviada al primer paso amplificador constituido por una etapa en clase A con el objeto de aumentar el nivel de la señal sin generar un gran contenido armónico que podría provocar, interferencia en otras bandas,
En este circuito, la base se encuentra polarizada a un valor dado por el divisor resistivo formado por Rl y R2.
La tensión de colector se obtiene a través de un choque de RF (CH2) y del circuito de desacople formado por CH1: C3 y C4 que no permiten que la señal de radiofrecuencia llegue a la fuente de alimentación (Fig. 10).
Cl con L2 forman un circuito resonante que ofrece baja Impedancia a la frecuencia de operación de toda la banda de FM comercial (entre 88 y 108 Mhz) por lo que se trata de un circuito de bajo factor de mérito. C2 envía a masa las señales de mayor frecuencia que. las de trabajo. ¡La señal de salida puede enviarse a una nueva etapa clase "A" o directamente a la etapa de salida que generalmente será en clase B, En este caso el circuito de acople entre etapas debe tener algún elemento variable que permita la adaptación de Impedancias para la máxima transferencia de energía entre circuitos. Una sugerencia para un amplificador clase A de RF con estas características se muestra en la figura 11. La diferencia fundamental con el circuito anterior radica en el agregado de Ll y en que Cl y C2 son variables para permitir optimizar las cualidades de amplificación en la frecuencia de trabajo elegida.
Amplificador de salida de RF
Se ha mencionado la necesidad de que la etapa de salida de RF funcione en clase B con lo que se consiguen rendimientos del orden del 50%; de esta manera el transistor amplificador podrá operar sin un excesivo calentamiento con lo cual no serán necesarios disipadores de calor voluminosos si se trabajan con potencias de salida del orden del watt Esta etapa recibe la señal del amplificador anterior por la base de un transistor que se encuentra en masa para corriente continua, a través de un choque de RF.
El colector se alimenta a través del circuito de desacople formado por CH2, CH3 y los capacitores C3 y C4.
La señal amplificador se acopla a la antena mediante un circuito sintonizado constituido por Ll. Cl y C2 cuya principal función es alternar todos los armónicos de la portadora que aparecen como consecuencia de la distorsión introducida por los amplificadores. fa este circuito, la impedancia de salida a antena es del orden de los 50Í1 razón por la cual se deben emplear las líneas de transmisión y la antena adecuada (Fig. 12).
El circuito final de la emisora
Luego de analizar tos circuitos de las distintas etapas constituyentes de una emisora de FM donde se han mencionado las pautas seguidas para el mejor diseño de las mismas. veamos el circuito final del transmisor y detallemos algunas condiciones básicas de armado y calibrado.
Fig. 10
Fig. 11
Ll= 5 espiras (máx) de alambre 0,8nim de diám., con un diám. interior de la bobina de 5mm y una separación de 0.5mm entre espiras. La toma se realiza en la 2da. espira a partir del colector del BF199. '
L2 = 3 espiras (máx) de alambre 0.5 mm de diám.. con un diám. Interno de la bobina de 5mm y una separación de 2mm entre espiras.
L3 = 5 espiras (máx) de alambre de 1 mm de diám.. con un diám. interno de la bobina de 6mm y una separación de 2mm entre espiras.
L4= 4 espiras (máx) de alambre 0.8mm de diám., con un diám. interno de la bobina de 6nim y una separación de aproximadamente 1 mm entre espiras-
L5 = 5 espiras (máx) de alambre 1 mm de diám., con un diám. interno de la bobina de l0 mm y una separación de aproximadamente l.5 mm entre espiras.
Construcción del choque VK20Q: sobre una cuenta de ferrite Nº7 (diám. Interno 2 mm) se bobinan 8 tiras de alambre de 0,3 mm que abarquen toda la superficie del cilindro
Con este circuito se consigue una potencia de salida del orden de watt. con lo cual se pueden cubrir distancias de 3km; agregando un amplificador lineal de 10W que puede conseguirse en cualquier comercio de comunicaciones, el alcance se extiende a 30Km.
Con el MJE253. como transistor de salida. y 15V de alimentación se incrementa la potencia de salida al doble, pero se hace dificultosa la puesta a punto.
Fig. 13
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Construccion de Osciladores para FM,
diagramas para construir una emisora de radio de 1 watt,
Emisora de radio en fm
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Vegas Pro 9.0 1era parte
