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Electrónica general

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RECEPTORES Y TRANSCEPTORES DEBLÜYCW RICARDO LLAURADO, EA3PD ü índice Próloyo Capítulo 1. Instrumentación ' Generalidades Nivel de radiofrecuencia…
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RECEPTORES Y TRANSCEPTORES DEBLÜYCW RICARDO LLAURADO, EA3PD ü índice Próloyo Capítulo 1. Instrumentación ' Generalidades Nivel de radiofrecuencia Capacidad 6 Valor de las inductancias 8 Medida de frecuencia 10 Montaje del frecuencímetro dial digital 11 Calibrador patrón 18 Generador de RF Medida d e l a relación d e ondas estacionarias . . . . . . . . . . 23 Medida de potencia 24 Capitulo 2. Equipos y circuitos auxiliares 29 Fuentes de alimentación 29 Reguladores de tensión 31 Baterías recargables 33 Amplificadores de audio 37 Capítulo 3. Receptores 42 Receptor de onda corta 46 Receptores para banda lateral 49 Aplicaciones especiales de los receptores de conversión directa 63 Receptor superheterodino 66 Capítulo 4. Filtros 72 Filtros cerámicos 74 Filtros de cuarzo •'. 76 Construcción de filtros de cuarzo 80 Filtro de telegrafía 85 Filtros de banda lateral 87 Sistema económico para la selección de cristales 96 VI índice Capítulo 5. Filtros para telegrafía (CW) 101 Filtros pasivos 102 Filtros activos 103 Filtro selectivo 106 Filtros regenerativos 108 Capítulo 6. Sección frontal del receptor 111 Sintonía de banda 111 Circuito sintonizado con arrastre 111 Trampas de sintonía frontal 114 Modulación cruzada 115 Remedio para la modulación cruzada 117 Preamplificadores de RF 118 Descargas de electricidad estática 122 Capítulo 7. Receptores de comunicación 124 Receptor monobanda 124 Diales 139 Receptor multibanda 142 Receptor de dos bandas 143 Conversores 149 Consideraciones varias 152 Capitulo 8. Emisores de telegrafía (CW) 157 Emisor de CW a cristal de cuarzo 157 Monitor de CW 161 Emisión de telegrafía con o sin interrupción 162 Capítulo 9. Transceptores de CW 166 Oscilador controlado a cristal de cuarzo (VXO) 174 Capítulo 10. Emisión en banda lateral 177 Supresión de portadora 180 Emisión en banda lateral única (BLU) 185 Moduladores equilibrados 190 Amplificadores lineales de salida 192 Amplificadores de banda ancha 197 Potencia de una emisión en banda lateral 198 Capitulo 11. Transceptores de BLU 203 Introducción 203 Transceptores monobanda 205 Transceptor de BLU y CW 210 Inversión de banda lateral 210 Capítulo 12. Equipos QRP . Introducción Comparación de potencias Interferencias Equipos QRP comercializados índice VII ( ) MI Capítulo 13. Mejoras en la estación -- u Antena — m Antenas monobanda tipo Yagi " 4 • -«5 Procesadores de voz —' m Amplificadores lineales de potencia 231 i Capitulo 14. Tccnologia de construcción 236 Circuitos impresos 4 Bobinas - ' 4A Caja l Mecanización ^45 -) c c J l l t Tecnología do componentes activos --> Apéndice. Experiencias del autor e n l a construcción d e equipos d e H F . . . 248 M 24 MU r 2 Prólogo Antes de 1970 la mayoría de radioaficionados construían sus propios equi- pos, con válvulas generalmente, y la modalidad empleada era la amplitud m o - dulada. Los componentes, esquemas y conocimientos — t e c n o l o g í a — estaban al alcance del radioaficionado medio. A partir de la fecha citada se generaliza la modalidad de banda latera! única por debajo de los 30 MHz, en las llamadas bandas decamétricas. L a s exigencias de estabilidad y precisión de los componentes y de las señales re- queridas por esta modalidad resultan nuevas para los radioaficionados. El cam- bio aún es más brusco si se considera que la tendencia de los montajes es la de utilizar circuitos impresos en lugar del cableado punto a punto, así como eí empleo de componentes de estado sólido en vez de válvulas. A partir de esta fecha clave, si bien empiezan a aparecer algunos esque- mas en las revistas de divulgación y de radioaficionados, también aparecen los equipos comerciales multibanda y con diversas modalidades de emisión como banda lateral única y telegrafía; su adquisición es una gran tentación, pues los precios son razonables por ser fabricados en grandes series por los americanos. La construcción de equipos por los radioaficionados va quedando relegada cuando aparecen las producciones japonesas, que en la actualidad casi m o n o - polizan de hecho la fabricación de equipos para radioafición. Sin embargo, y de forma solapada, se ha ido produciendo un hecho: los precios de los equipos comerciales, sean japoneses o americanos, ha ido ascen- diendo paulatinamente, hasta el punto de que, en la actualidad, no existe equipo transceptor multibanda con banda lateral única, que tenga un precio razona- blemente moderado. Si a esto se añaden los costes de la fuente de alimentación, la antena, ca- ble de bajada, medidor de estacionarias, micrófono y otros posibles accesorios, el resultado es que el precio ya no es interesante para el radioaficionado medio y aún menos para los principiantes, en especial si se trata de jóvenes y estudian- tes, con medios económicos reducidos. Para el radioaficionado recién llegado, el conflicto es aún mayor ante la multitud de posibles facetas a desarrollar en su afición: telegrafía o fonía, bandas decamétricas o V H F . rebote lunar, dispersión meteórica. televisión a m a - teur, televisión por barrido lento, radioteletipo, microonclas, etc. Todo ello cons- X R e c e p t o r e s y t r a n s c e p t o r e s de B L U y CW tituye más bien una serie de posibles etapas, algunas de ellas sólo reservadas a algunos privilegiados ya que. por ejemplo, para efectuar rebote lunar, es pre- ciso disponer de complejos sistemas de antenas direccionales o parabólicas, difícilmente situables si no es en un amplio jardín. A través de este cúmulo de dificultades se ha ido haciendo patente que el radioaficionado no necesita forzosamente un equipo comercial, que pueden efectuarse comunicados con equipos muy sencillos y de coste muy moderado y que la construcción de los mismos es uno de los verdaderos incentivos del radioaficionado. He tenido la oportunidad de colaborar en diversas revistas y publicacio- nes de divulgación de electrónica y radioafición y, a través de las consultas y cartas de los lectores, he podido apreciar el interés generalizado que despiertan los artículos relativos al montaje de equipos y en particular los de banda late- ral, siendo probablemente la causa de ello el vacío que existe sobre este punto en la literatura en castellano y que este libro pretende paliar. Otra pretensión del autor es la de facilitar la comprensión de los circuitos y los conocimientos necesarios para los radioaficionados, muchos de los cuales no son profesionales de la electrónica, tratando de huir de los montajes tipo «kit» con los que se puede montar un equipo sin saber cómo funciona. El radioaficionado que emprende el montaje de su propia estación debe saber cómo funciona cada circuito: esto le capacitará para efectuar los ajustes necesarios, localizar los componentes defectuosos, y practicar con éxito todas las interesantes actividades de la radioafición. En el Apéndice relato alguna de mis experiencias personales en el campo de la radioafición, y que pueden interesar como ejemplos ilustrativos. El, AUTOR Capítulo 1 Instrumentación GENERALIDADES El radioaficionado que desee montar sus propios equipos deberá disponer de los instrumentos de medida necesarios. El instrumento indispensable es el polimetro o «tester» que debe tener diversas escalas para medir tensiones con- tinuas, resistencias eléctricas, intensidades, y tensiones alternas. Existen algunos parámetros cuya medición resulta indispensable, como son: tensiones y frecuencias de señales de radiofrecuencia (RF); tensiones con- tinuas de muy bajo valor; capacidades inferiores a un microfaradio; inductan- cias de las bobinas, y forma de las señales de R F . El pequeño laboratorio de toda estación debe estar provisto de los instru- mentos especializados para medir estos parámetros. El osciloscopio permite Fig. 1.1 El osciloscopio permite visua- Fig. 1.2 El vobulador permite apreciar el lizar las señales y es un instrumento muy comportamiento de los filtros de cristal útil. Es interesante disponer de un osci- de cuarzo, filtros de paso de banda, etc. loscopio capaz de trabajar con señales al- Aunque sería conveniente su empleo por ternas de 10 MHz o de mayores frecuen- parte del radioaficionado, su precio lo cias, pues permiten estudiar las señales hace sólo asequible al campo profesional, del OFV, Fl, etc. para formar parte de los equipos de aná- lisis de los laboratorios electrónicos. 2 R e c e p t o r e s y t r a n s c e p t o r e s de B L U y CW visualizar sobre su pantalla las señales de RF y determinar su forma y nivel. Para la medida de inductancias y capacidades resultan adecuados los llamados puentes L R C y, finalmente, para medir frecuencias resulta imprescindible el frecuencímetro digital. Cuando el radioaficionado intente adquirir estos equipos, probablemente se encuentre con que el precio total de los mismos supere sus posibilidades, o bien supere el precio del equipo comercial que quiere evitar comprar construyéndose uno mucho más económico. Fig. 1.3 Medidor de inductancia. Muy Fig. 1.4 Generador de radiofrecuencia útil, pero prohibitivo para el radioaficiona- Hewlett Packard 3200B de 10 a 500 M H z do por razón de su coste. con atenuador incorporado de hasta - 120 dB. Fig. 1.5 «Dipmeter», que puede utili- Fig. 1.6 Frecuencímetro comercial Soar (ja- zarse como generador de señal y es de ponés) hasta 50 MHz. Para HF se encuen- gran ayuda para la construcción de bo- tran frecuencímetros de precios muy ase- binas. Su precio permite que sea muy quibles. utilizado por los radioaficionados. Instrumentación 3 Algunos de estos instrumentos pueden ser sustituidos por otros más senci- llos, por métodos indirectos de medida, o incluso abordando la construcción de los mismos. NIVEL DE RADIOFRECUENCIA El sistema más sencillo consiste en montar una sonda de RF que incorpo- ra la detección de la señal y entrega una tensión continua a un instrumento indicador. InF OA90 (b) Fig. 1.7 Sonda de RF: A) sonda con captador inductivo; B) sonda con pinzas; C) son- da para osciloscopio. Si se desea captar RF de una bobina puede hacerse un acoplo de 2 o 3 espiras (figura 1.7 A). Un diodo de germanio sólo dejará pasar los impulsos po- sitivos y el condensador de 1 nF los filtrará, obteniéndose a la salida una ten- sión continua. La tensión o nivel de RF que existe entre los extremos de la bobina resultará casi imposible de medir con precisión absoluta. En efecto, la tensión de RF captada dependerá del número de espiras que tengan la bobina y el acoplo, y del espacio entre ambos elementos. Finalmente la medida de tensión dependerá del instrumento utilizado. Como se sabe, el error de medida es menor cuanto más alta sea la impedancia de entrada que presenta el instru- 4 R e c e p t o r e s y t r a n s c e p t o r e s de B L U y CW mentó de medida. Un voltímetro a válvula (o bien F E T ) o la entrada vertical de un osciloscopio serán de una gran fidelidad y sensibilidad. Cuando no se dispone de ambos instrumentos, puede utilizarse la escala en voltios CC del tester y para señales de RF muy pequeñas servirá la escala de 50 microampe- rios o similar. La medida de tensión de RF es sólo relativa. La lectura obte- nida únicamente nos indicará si existe RF o si no la hay, y en caso de que exista RF permitirá efectuar ajustes para obtener lecturas del máximo valor así como comparar niveles de RF entre diversas etapas, debiéndose encontrar mayor señal en la salida del amplificador que en la entrada. Cuando se desee medir la señal de RF en puntos determinados del cir- cuito, las sondas captado ras podrán obedecer al circuito de la figura 1.7 B o 1.7 C. Se pueden utilizar pinzas cocodrilo para poner a masa un terminal del circuito y conectar el otro al componente, pista o elemento cuya tensión de RF se desea medir. El conductor activo deberá tener siempre un condensador en serie al objeto de aislar el circuito detector de la corriente continua del circui- to que se está midiendo. El captador puede adoptar la forma de punta de prue- ba, utilizando un cilindro metálico que se unirá a la masa del circuito en aná- lisis por medio de una pinza cocodrilo, disponiendo una punta aislada que servirá para tocar el punto deseado a medir. Si el instrumento de medida es de alta o muy alta impedancia, como puede ser un osciloscopio, el condensa- dor de paso podrá ser de bajo valor y, además, podrá añadirse una resistencia de valor alto; esto es muy interesante pues así no se modifican las condiciones en que trabaja el circuito de R F . Así pues, si utilizamos el captador de la figu- ra 1.7 A con un simple tester, el ajuste que obtengamos del circuito podrá ser luego optimizado al efectuar la medida en la etapa siguiente, debido a que nuestro captador ha modificado el mismo circuito que debíamos medir. En general el captador A) puede utilizarse con un instrumento de baja impedancia, el B) con uno de media impedancia y el C) sólo con instrumen- tos de alta impedancia. Si sólo se dispone de un tester y se desean obtener buenas lecturas de señales de RF extremadamente pequeñas, puede construir- se el amplificador de CC muy económico y extremadamente útil, con un sim- ple amplificador operacional, según se detalla en la figura 1.8. Se utiliza un integrado 741 muy común. La entrada por la patilla inversora 2 se realiza a tra- vés de una célula en pi constituida por dos condensadores de 1 nF y una resis- tencia de 1 kfi (1 K); esto proporciona un filtrado adicional, de forma que, excepto las tensiones de CC, las demás se deriven a masa a través del conden- sador de 100 n F , que también mantiene a este nivel la patilla 3 del integrado — es decir, a potencial cero posibles señales de R F — , pero permite aplicar una tensión continua de 4,5 voltios que se obtiene por medio de un divisor resistivo formado por dos resistencias de 1 K. Dicho divisor es necesario para que trabaje el amplificador operacional; de lo contrario deberíamos disponer de dos pilas separadas de 4,5 voltios. El potenciómetro de ajuste entre las patillas 2 y 6 introduce la realimentación negativa, lo que se traduce en modificar el factor de amplificación. Los potenciómetros de ajuste de 100 K y 10 K sirven para adecuar la corriente de salida al tipo de instrumento utilizado, que puede ser un instrumento de bobina móvil de 25 microamperios a 1 miliampe- Instrumentación 5 i 1 I AMPLIFICADOR DE C C I Ajuste factor amplificación I Fig. 1.8 A) esquema de amplificador de CC y sonda de RF; B) amplificador de co- rriente continua; la conexión a la sonda se efectúa con un conector miniatura de forma que pueden utilizarse diferentes tipos de sondas. rio, pudiendo utilizarse perfectamente el mismo instrumento del tester para mayor economía. Como el consumo es muy reducido, una pila de 9 voltios miniatura proporcionará muchas horas de trabajo. El potenciómetro de ajuste ubicado entre las patillas 5 y 1 del integrado permite efectuar un ajuste eléc- trico de cero o de posicionamiento correcto del índice del instrumento en el inicio de la escala. En el caso de las sondas de las figuras 1.7 B y 1.7 C la lectura de tensión que obtengamos en el osciloscopio o en un voltímetro a válvula será muy próxima a su valor real, y podrá servirnos para deducir si un circuito funciona correctamente. Si la sonda y el instrumento de medida son de alta impedancia. la lectura obtenida es la llamada tensión de pico que corresponde al valor máximo de la señal de RF ahora convertida en CC. Si 6 R e c e p t o r e s y t r a n s c e p t o r e s de B L U y CW la medida se efectúa con sonda y equipo medidor de baja impedancia, como puede ser un voltímetro de bobina móvil o el tester, entonces la tensión leída se aproximará a la tensión eficaz, que viene a ser un 70 % de la de pico. Esto es debido a que los instrumentos de baja impedancia descargan el con- densador de filtro situado después del diodo. Este mismo fenómeno se presen- ta en las fuentes de alimentación sin estabilizar. La tensión sin carga puede llegar a valer 1,4 veces el valor de la fuente con carga. Es decir, sin carga la tensión de la fuente se iguala a la tensión de pico. La relación es evidente: tensión nominal Tensión de pico = ¡ = 1,4 tensión nominal 0,7 En los montajes prácticos que estudiaremos, raramente tendremos nece- sidad de realizar medidas con precisión absoluta; los resultados casi siempre serán medidas comparativas, para lo cual servirán perfectamente los modelos de sondas y equipos de medida descritos. CAPACIDAD Este es un parámetro que presenta una cierta dificultad de medida. Las capacidades, en un circuito de emisión o recepción, intervienen tanto como las resistencias, siendo estas últimas de muy fácil medida utilizando simplemente un tester sencillo. Si se trata de condensadores variables, se puede tener idea de su capacidad considerando que la misma es directamente proporcional a la superficie de las placas e inversamente a la distancia entre ellas. Los condensadores variables con separación de las placas de 1 mm, y utilizando el aire como dieléctrico, tienen una capacidad de 0,884 pF por centímetro cuadrado de área. Este tipo de condensadores queda relegado a amplificadores de RF de potencia elevada, como son los amplificadores lineales de salida en equipos transceptores a vál- vulas o con paso final a válvula. La mayoría de condensadores fijos llevan su valor o código claramente indicado, pero en el caso de un posible fallo de componente se evidencia la necesidad de medición y comprobación de la tolerancia, especialmente en los condensadores de ajuste o trimers cerámicos. Se puede montar un sencillo capacímetro siguiendo el esquema de puente Wheatstone modificado. Las relaciones de los brazos de resistencia y de capa- cidad son inversas (fig. 1.9 A). Se requiere un generador de frecuencia de algu- nos kilohercios. Puede utilizarse el popular integrado 555. La señal de salida es detectada y aplicada a un tester. Si disponemos de un microamperímetro, éste se podría graduar en pF o sus múltiplos directamente. La mayor precisión se obtiene por detección de cero, graduando la escala del potenciómetro R 2 directamente en pF o sus múltiplos. El brazo del condensador de referencia puede ser sustituido por un conmutador con varias capacidades, 1 0 - 100- 1.000- 10.000 pF, al objeto de escoger diferentes escalas. Si el valor del potencióme- Instrumentación 7 Oscilador 3kHz Fig. 1.9 Capacímetro: A) circuito básico; B) circuito práctico con detector de cero. tro ajustable R se hace 10 o 100 veces mayor que el de R se podrán obtener 2 b valores 10 o 100 veces mayores que las capacidades de referencia seleccionadas. En lugar de utilizar el tester como detector de cero, se puede utilizar un compa- rador con lo que se obtiene una mayor sensibilidad y exactitud (fig. 1.9 B). Un operacional 741 hace las funciones de comparador cuando no se introduce reali- mentación alguna entre las patillas 2 y 6. En estas condiciones, la patilla 6 sólo tiene dos estados posibles ( + 9 voltios o — 9 voltios) dependiendo de que la tensión de la patilla 2 sea superior o inferior a la de la patilla 3, para lo cual bastan unos pocos milivoltios. En estas condiciones, al mover el potenciómetro R existirá un punto en el que se produce el cambio de estado del L E D indi- 2 cador, pasando de encendido a apagado o viceversa. El punto en que se pro- duzca este cambio puede graduarse sobre el recorrido del potenciómetro en 2 8 R e c e p t o r e s y t r a n s c e p t o r e s de B L U y CW pF o múltiplos de pF (100 p F , k p F , etc.). La graduación del recorrido puede hacerse utilizando condensadores con capacidad conocida y comprobando va- rios del mismo valor, para mayor seguridad. El potenciómetro variable deberá ser lineal. Si se utiliza el detector de cero electrónico en lugar del tester, de- berán utilizarse pilas de 9 voltios separadas, una para el oscilador y otra para el circuito comparador. En los montajes que se describirán en los próximos capítulos habrá pro- fusión de circuitos con diodos de capacidad variable o varactores. Los más comunes para estos circuitos, como el BA102, presentan la máxima capacidad con la mayor tens
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