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Revistas Elektor coleccion 1980-2010

Como construir una emisora de radio en FM

Written on 14:14 by Musica en Alto Relieve

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,




Fig. 6 






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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