Como construir una emisora de radio en FM
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 wattCon 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,
Fig. 6
Fig. 7
Fig. 7
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).
Fig.8
Fig. 9
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
Fig. 12
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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