Capítulo 1 - Unión de radioaficionados de Ourense

Capítulo 1 - Unión de radioaficionados de Ourense
De la galena a la
banda lateral
moderna
Crystal sets to sideband
Frank W. Harris, KØIYE
Una guía para construir tu propia estación
de radioaficionado
© Frank W. Harris 2002
(página en blanco)
ii
Colaboraron en la traducción de este libro los siguientes colegas:
Jesús Huerta, EA1KX
José Ramón Hernández, EA2BQH
Miguel Molina, EA3FHC
Toni Benavent, EA5BQN
Juanjo Pastor, EA5CQH
Juan Carlos Reig, EA5EXK
Francisco Escobedo, EA7ABO
Pepe Nuño, EA7AJJ
Jesús Ortiz, EA7UU
Solo a ellos, y nada más, debéis culpar de los errores en la traducción y traslado de
expresiones. La única pretensión es hacer llegar al máximo de personas hispano parlantes los
conocimientos plasmados en la versión original – en inglés – por el autor, el colega y amigo
Frank Harris, K0IYE. Frank escribió sus experiencias en la construcción y cacharreo de
equipos de radioafición. Este libro es una invitación a volver, continuar o EMPEZAR en la
fascinante, agradecida, satisfactoria y siempre premiada empresa de la construcción casera
(Cacharreo).
iii
(página en blanco)
iv
Tabla de contenidos:
Prefacio
Foreword (el original de Frank en inglés)
Capítulo 1
LA FASCINACIÓN DE LA RADIO
•
Explorando las bandas de onda corta
•
Surgiendo la era del código Morse
•
El deleite de construirlo por ti mismo
•
Una breve historia de la radio comunicación
•
Henry, Maxwell, Hertz, Tesla y Marconi.
•
Fessenden, Edison, Flemming, DeForest y Armstrong
•
El naufragio del RMS Republic y el nacimiento de la radioafición
•
La radioafición en los últimos 80 años
•
Convertirse en radioaficionado
Capítulo 2
CONSTRUCCIÓN CASERA DE EQUIPAMIENTO RADIO
AFICIONADO
•
¿Qué se entiende por construcción casera?
•
Cuando no es adecuada la construcción casera
•
Barreras a la construcción casera moderna
•
Tiempo, estabilidad de frecuencia e inductancia de cables
•
Conocimiento eléctrico básico
•
Magnetismo y electricidad estática
•
Voltaje, corriente, resistencia, energía y potencia (Ilustrado con dibujos de
analogías mecánicas y agua)
•
Conductores, aisladores y semiconductores
•
Condensadores, inductores, transformadores y alternadores
•
Distribución de la energía en el hogar, transformadores para alta y baja
frecuencia
v
Capítulo 3
PREPARACIÓN DE UN TALLER ELECTRÓNICO
•
Desarrollo e Investigación como diversión
•
Cómo construir radios (o cualquier otra cosa) en tu sótano
•
Persistencia, lectura de libros, mantener un libro de notas y trabajo en pequeños
incrementos
•
Mínimas herramientas necesarias
•
El manual de la Radio Afición de la ARRL
•
Soldadores y pequeñas herramientas
•
Taladros y roscas
•
Formones de madera para hacer tarjetas
•
Osciloscopio de >50 MHz
•
Contador de frecuencia
•
Multímetro de calidad
•
Fuente de alimentación de laboratorio
•
Calculadora
•
Libro de notas de laboratorio
•
Colección de desperdicios electrónicos
•
Catálogos de componentes
•
Medidor de capacidad
•
Cables de prueba y circuitos de enchufe
•
Estupendo tener herramientas
•
Generadores de audio y RF, software específico y analizador de espectro
Capítulo 4
ONDAS HERZIANAS EN EL SÓTANO
vi
•
La naturaleza de las ondas de radio
•
Osciladores mecánicos y eléctricos LC
•
Teoría de la antena y línea de transmisión
•
Juego de componentes de cristal
•
Sintonizador LC
•
Detectores diodo de unión PN
•
Semiconductores tipo P y N
•
Detección de señales AM
•
Construcción casera de las partes de un juego a cristal
•
El diodo Jamestown
•
El audífono Caribou
•
Recreación del equipo de radio de Hertz
•
Transmisión y recepción tan simple como es posible
•
El comunicador de 10 metros de 1880
•
Probando que las ondas de radio existen y no son solo acoplamientos magnético
o capacitivo
•
Demostrando las ondas estacionarias para la frecuencia de medida
•
Construcción de transistores caseros
•
Transistores bipolares, PNP y NPN
•
Demostración de la ganancia de voltaje
•
La radio Boulder Rock
Capítulo 5
SALIENDO AL AIRE – DECIDIR QUÉ HACER PRIMERO
•
Cómo conseguir una licencia
•
Las normas del juego de la construcción casera - ¡lo que te hace feliz!
•
Sintonizando una banda de HF
•
Conseguir familiaridad con las bandas de HF de aficionado, 160 – 10 metros
•
Comunicaciones instantáneas de alta calidad en HF
•
Transceptores de mano VHF/ UHF
•
Construcción de una antena
•
Dipolos, normal y plegado
•
Dipolos multi-banda
•
80 metros cuando no tienes espacio para un dipolo
•
La barra de cortina vertical
•
Una antena vertical multi-banda
•
Protección eléctrica
Capítulo 6
CONSTRUYENDO UN QRP CASERO
•
Un módulo QRP monobanda controlado a cristal
•
El bastidor del transmisor
•
Métodos de construcción de HF
•
Haciendo tus propias tarjetas electrónicas
•
Construcción por “cableado” e “inserción”
•
Superglue "Island Boards"
•
Puentes de coaxial
vii
•
Cajas apantalladas
•
El transmisor completo QRP controlado a cristal
•
Transistores amplificadores y osciladores
•
Cómo llega un amplificador a oscilador
•
Amplificadores clase A y clase C
•
Estabilización del punto de trabajo, condensadores de puenteo y resistencias
emisoras
•
Cristales de cuarzo – la clave para la estabilidad de la frecuencia
•
El circuito QRP de 40 metros
•
Oscilador y amortiguador
•
Inductores, transformadores de RF y acoplamiento de impedancia
•
Inductores toroidales encintados
•
Cómo arrollarlos (y errores que se pueden cometer)
•
Las etapas del amplificador final para el QRP
•
Sintonía ante ancho de banda – usa ambos para los mejores resultados
•
Arrollamiento bifilar, transformadores de banda ancha
•
Cómo arrollarlos (y cómo puedes enroscarlos)
•
Choque de RF de cuenta de ferrita, transistores de potencia RF caros,
disipadores de calor y conectores de salida
•
Conquista de los inductores
•
Cálculo de la resonancia
•
Calibración de condensadores de ajuste
•
Cálculo de vueltas en tiroides de ferrita y polvo de hierro
•
Filtros pasa-bajos de salida Chebyshev
•
Manipulando tu QRP
•
Transistores de potencia MOSFET
•
Un “conmutador de posición” para el QRP
Capítulo 7
CONSTRUCCIÓN DE UN RECEPTOR DE PRÁCTICA DE
TELEGRAFÍA
viii
•
Un receptor simple de conversión directa
•
Un gran primer proyecto para un nuevo aficionado
•
Excelente sensibilidad y buena estabilidad
•
Selectividad pobre
•
Añadiendo un filtrado de audio de 700 Hz
•
Filtros pasa-altos y pasa-bajos
•
Los filtros de paso de banda en cascada aumentan la selectividad
•
Amplificadores operacionales
•
Construcción con circuitos integrados
•
Filtro de difusión de AM
•
Librarse de la imagen
Capítulo 8
FUENTES DE ALIMENTACIÓN
•
Fuentes de alimentación alimentadas de la línea
•
Características de seguridad de la fuente de alimentación
•
Aislamiento, cordones de tres conductores, fusibles, interruptores, relaciones
•
Comportamiento de suministro y regulación
•
Rectificación, rizado, choques, condensadores y descargadores
•
Zeners, reguladores lineales, reguladores conmutados
•
Una fuente de alimentación regulada QRP
•
Una fuente de alimentación a baterías para el cuarto de radio
•
Carga de células solares, reguladores de baja caídas
•
Batería alimentada por la iluminación del cuarto
Capítulo 9
ACCESORIOS PARA EL TRANSMISOR
•
Una llave recta
•
Un manipulador electrónico
•
Construcción de cargas ficticias
•
Acoplador de antena tipo "T"
•
Un filtro pasa-bajos
•
Cómo permanecer legal con un transmisor casero
•
Antena y relés de potencia
•
Tarjetas QSL caseras
Capítulo 10
OSCILADORES DE FRECUENCIA VARIABLE
•
El desplazamiento es un buen trato hoy
•
Los VFOs de baja frecuencia se desplazan menos que los VFOs de alta
frecuencia
•
Transistores JFET
ix
•
El circuito oscilador
•
El amortiguador, el amplificador final y el filtro de salida
•
Los 50 secretos para evitar el desplazamiento
•
JFETs, tarjetas de circuitos de una cara, cajas metálicas de molde,
condensadores múltiples NPO, condensadores variables pequeños, regulación de
voltaje con precisión y más
•
Sintonía Vernier
•
Elementos de sintonía Varactor – ventajas y desventajas
•
Una fuente de alimentación de precisión
•
Una fuente de tensión dobladora de voltaje para uso con baterías
•
Generador de onda cuadrada con un multivibrador
•
Escuadrado de la onda cuadrada
•
Bomba de carga, doblador de voltaje diodo/condensador
•
Diodos Schottky para eficacia
•
Métodos de compensación de temperatura
•
Compensación de coeficiente positivo de sintonía capacitiva
•
Cómo ajustar el compensador
•
Compensación de temperatura a termistor/varactor
Capítulo 11
Construcción de un VFO para las bandas más altas (PMOs)
x
•
Viejos acercamientos que ya no trabajan
•
Multiplicación de frecuencia
•
Osciladores de alta frecuencia
•
Método oscilador pre-mezclador de traslación de frecuencia
•
Un módulo QRP controlado por VFO
•
¿Los osciladores de cristal son estables o no?
•
Circuitos osciladores a cristal
•
Osciladores Butler y cristales grandes
•
Mezcladores, transistor bipolar y MOSFET de puerta dual
•
Requerimientos de conducción óptima
•
Dirección de sintonía, cancelación de error de desplazamiento
•
Filtros multi-etapa y filtros/amplificadores
•
Las etapas amplificadoras finales QRP
Capítulo 12
AMPLIFICADORES FINALES
•
Las características básicas de un moderno amplificador lineal de potencia
•
Lo busqué más fácil en el Handbook
•
Operación “modo ruido” lineal
•
Un amplificador sintonizado clase B de 50 vatios
•
Transformadores balun de ferrita
•
Un amplificador no sintonizado tipo lineal clase B
•
Manipulando el transmisor de 50 vatios
•
Un amplificador lineal clase B, esta vez seguro
•
La banda lateral única (SSB) necesita un lineal
•
Balance sin escape de calor
•
Diodos afianzados evitan la fuga
•
Construcción mecánica
Capítulo 13
CONSTRUCCIÓN DE UN RECEPTOR CASERO DE HF
•
Construcción de un receptor – una aventura inusual
•
¿Qué es un objetivo razonable?
•
Un “comportamiento adecuado” de un receptor de comunicaciones de HF
•
¿Por qué tiene que ser tan complicado?
•
Planificación de tu receptor
•
Conversión directa ante el superheterodino
•
¿Por qué no simple conversión?
•
Comenzar con un superheterodino de simple conversión monobanda
•
¿Cómo lo hacen los modernos receptores digitales?
•
Construcción del receptor – construir con módulos apantallados conectados por
coaxial fino
•
El preselector de 80 metros
•
Recepción en 80 metros y 160 metros ayudada por un acoplador de sintonía
•
El oscilador de frecuencia variable
•
Mezclador mágico
•
Los mezcladores te darán montones de estática – y chirridos y gritos
•
Un mezclador casero práctico hecho de partes discretas – es más difícil de lo que
parece
•
Mezcladores MOSFET de puerta dual
xi
•
No todos los MOSFETS trabajan igual de bien
•
Filtros en escalera de cristal – esenciales para CW
•
Todos los cristales de 9.000 MHz no son iguales
•
Usando el oscilador BFO para casar cristales
•
Conmutación en filtros con un conmutador giratorio
•
El amplificador IF
•
El amplificador desnudo – ganancia variable con Q constante
•
Control automático de ganancia (AGC) – no es un lujo
•
El detector de producto
•
Casi cualquier cosa trabaja al menos un poco
•
El amplificador de AF – una parte vital del rango dinámico de señal
•
Protegiendo tus oídos de señales fuertes
•
¿Cómo debería ser la Hi-Fi?
•
Excitando un altavoz
•
Conversores de HF para las otras bandas de aficionado
•
Osciladores de cristal
•
Amplitud de banda
•
Fuentes de alimentación de receptor
•
Usa un regulador lineal, no un regulador conmutado
Capítulo 14
LA VIEJA TÉCNICA DE RADIO A VÁLVULAS
xii
•
¿Cómo la vieja tecnología de radio es y será usada todavía hoy en día?
•
¿Por qué molestarse con válvulas?
•
Filamentos incandescentes, plasma coloreado y cubiertas de vidrio Julio Verne
•
Fuentes de alimentación para válvulas
•
Seguridad con fuentes de alimentación de alto voltaje
•
La vieja técnica del transmisor QRP
•
Amplificadores a válvulas
•
Las tres normas del filamento del triodo
•
Oscilador de onda senoide de RF
•
Cristales de cuarzo
•
Osciladores triodo y pentodo
•
La vieja técnica de la regulación de voltaje – grande, tosca, cara, pero bella
•
Los recorridos de las válvulas triodos
•
El oscilador y el amortiguador
•
El amplificador final – el chirrido de los triodos
•
La fuente de alimentación del transmisor
•
Una fuente inadecuada de una radio de 1935
•
Una buena fuente de alimentación hecha de componentes baratos, modernos y
aburridos
•
Cómo comprobar transformadores de potencia viejos
•
Una compleja pero adecuada fuente hecha de componentes antiguos
•
¡Trabaja! No se sospecha que es viejo y sucede hoy en la banda de 40 metros
•
Un receptor de vieja tecnología
•
Un receptor super-regenerativo hecho de tubos antiguos
•
La fuente de alimentación
•
Super-regenerativos en las bandas modernas de aficionado
•
Montones de diversión, pero no para modernos QRM & QRPs – ¡vuelta a la
mesa de dibujo!
Capítulo 15
EL PREMIO NOBEL PARA LA BANDA LATERAL
•
¡No puede ser duro! ¿quieres apostar?
•
El generador de banda lateral – cómo trabaja
•
El oscilador/amplificador de 9 MHz
•
El audio amplificador
•
El modulador balanceado
•
Construyendo tu propio filtro en escalera de cristal
•
Desacoplando los cables de la fuente de alimentación
•
Deshacerse de la realimentación de RF – filtrado de RF para todas las entradas
•
Sintonía y prueba
•
Uso del generador para modulación de AM y CW
•
Mover la señal de 9 MHz SSB a una banda de aficionado
•
¡Mover la SSB solo una vez!
•
No hay prodigio de que la mayoría de radios de aficionado son transceptores
•
Mover la señal de 9 MHz a las difíciles bandas de aficionado de HF
•
Mover el VFO primero, luego mezclarlo con la SSB de 9 MHz.
•
Sintonizar las frecuencias de tu oscilador y VFO cuidadosamente
•
Oyendo tu propio VFO en el receptor
•
La banda más difícil – 17 metros
•
Abarcando la banda más ancha – 10 metros
•
Un lineal de banda lateral QRP, módulo sintonizado por VFO
•
Todas las etapas deben ser lineales y de baja distorsión
xiii
•
Todas las etapas de ganancia deberían ser de banda ancha para evitar la
oscilación
•
Algunas veces se necesita un filtro pasa-altos de salida y no es usual el pasabajos
•
Probando el generador
•
Excitando un amplificador lineal de 50 vatios
Capítulo 16
ANTIGUA MODULACIÓN
•
Definición de amplitud modulada
•
Modulación con amplificadores finales a válvulas
•
Modulación por placa, pantalla y cátodo
•
Un "modulador colector"
•
Transformación de un manipulador MOSFET en un modulador
•
Generación de AM con un modulador balanceado de SSB
•
Compensación de la no linealidad
•
Compresión por accidente
•
Probablemente no necesitas construir un compresor
En conclusión:
El cacharreo de radioaficionados nunca está completo – cuando trabaja perfectamente
y al menos hace todo genero de cosas, la afición está acabada. No necesariamente.
¡Larga vida a la construcción casera!
Gracias por leer mi libro.
73 de Frank W. Harris, KØIYE
xiv
PREFACIO
Querido radioaficionado español:
Nunca imaginé que este libro fuese leído fuera de los Estados Unidos. Esta edición española de “Crystal sets to
sideband” empezó el día en que un grupo de radioaficionados españoles lo encontró en la red y pensaron que sería muy útil
para todos. Desgraciadamente para ellos, mi libro no fue escrito en español, sino en un inglés norteamericano informal.
Sin peder el animo, solicitaron la colaboración de otros radioaficionados para así, entre todos, traducirlo capítulo a
capítulo. Solamente rescribir este libro, es un esfuerzo considerable. Traducirlo correctamente es un proyecto gigantesco.
Tengo una admiración muy grande por estos compañeros con talento y estoy en deuda con ellos.
Empecé a escribir este libro cuando me di cuenta que mi estación casera era casi la única en el aire. El aprendizaje y
el gozo de construir radios, es para mi, más de la mitad del disfrute del “hobby” de la radio. Me parecía que la mejor parte
de los radioaficionados estaba desapareciendo, por ello escribí artículos sobre cacharreo para el periódico de mi radioclub
local. A mis amigos les gustaron mis artículos, pero raramente construían algo. Me di cuenta que la mayoría de
radioaficionados actuales, carecen de la pericia y conocimientos básicos para construir radios. Mis artículos eran
demasiado breves para ayudarles, pero quizás un libro detallado sobre construcción de radios podría ayudar a revivir el
cacharreo.
Sinceramente, reconozco que rejuvenecer la autoconstrucción de equipos, es probablemente, poco real, pero disfruto
escribiendo sobre este tema. Me imagino como un Don Quijote luchando contra los castillos de la moderna apatía contra
la ciencia y la tecnología. Parece una búsqueda desesperada. Sin embargo, incluso aunque para nadie más lo fuera, para
mi es muy educativo y satisfactorio. Desde que se publicó el libro en Internet, muchos radioaficionados de muchos países
me han escrito para alabar y criticar el libro. La respuesta ha sido maravillosa. Los cacharreros somos raros, pero no
estamos en extinción. Aunque no podamos cambiar el mundo, disfrutamos aprendiendo radiotecnología y construyendo
nuestros propios equipos.
Algún día espero encontraros en el aire.
73s, Frank Harris, KØIYE
xv
(página en blanco)
xvi
CRYSTAL SETS TO SIDEBAND
By Frank W. Harris, KØIYE
© Frank W. Harris 2002
Spanish Edition, Revision #1.
Translated by Juan Carlos Cucarella, EA5EXK, Jesús Huerta, EA1KX, José Ramón Hernández,
EA2BQH, Miguel Molina, EA3FHC, Toni Benavent, EA5BQN, Juanjo Pastor, EA5CQH, Francisco
Escobedo, EA7ABO, Pepe Nuño, EA7AJJ and Jesús Ortiz, EA7UU for the Spanish Radio Society (URE)
This book may be reproduced freely for private, not-for-profit purposes.
FOREWORD
Dear Spanish Radio Amateur,
I never imagined this book would be read by anyone outside the United States. This Spanish edition of Crystal
Sets to Sideband happened because Juan Carlos Cucarella, EA5EXK, found it on the web and he believed that it would
be helpful for Spanish hams. Unfortunately for Juan, my book was written in informal American English, not Spanish.
Undiscouraged, Juan recruited his friends to help him translate the book, chapter by chapter. Simply retyping this book
would be a huge effort. Translating it accurately was a gigantic project. I am in awe of these talented fellows and
greatly in their debt.
I began writing this book when I realized that my homebuilt station was almost unique on the air. For me,
the education and fun of building radios is more than half of the benefit of the radio hobby. It seemed to me that the
best part of ham radio was disappearing, so I wrote articles on homebuilding for my local ham radio club newsletter. My
ham friends liked the articles, but they rarely built anything. I realized that most modern hams lack the basic skills and
knowledge to build radios. My articles were too brief to help them, but perhaps a detailed book on building radios might
help revive homebuilding.
In my heart I knew that rejuvenating homebuilding was probably unrealistic, but I enjoy writing so I pressed
on. I thought of myself as Don Quixote battling the windmills of modern apathy toward science and technology. It
seemed to be a hopeless quest. However, even if no one else cared, I found it satisfying and extremely educational. Since
the book has been available on the Internet, many hams in several countries have written me to praise and criticize the
book. The response has been wonderful! We homebuilders are rare, but we are not extinct. Even if we don't change the
world, we enjoy learning radio technology and making our own equipment. Someday I hope to meet you on the air.
73s, Frank Harris, KØIYE
[email protected]
xvii
(página en blanco)
xviii
Capítulo 1
La fascinación por la radio
La radio produce acción a distancias inmensas sin conexión física que pueda ser percibida
por nuestros sentidos. Una forma moderna para desmitificar la radio es decir que la radio es
una clase de luz que nuestros ojos no pueden ver. Para aquellos de nosotros adictos a la
radio de onda corta, es un atrevido reino que podemos explorar. La escucha en nuestros
receptores de radio es comparable a usar el telescopio Hubble para explorar los cielos. La
onda corta es fascinante porque no puedes predecir lo que estás haciendo para escuchar.
Puedes escuchar una radiodifusión desde una exótica capital extranjera. Puedes sintonizar
un SOS de un barco hundiéndose en una tormenta o pueden ser informes meteorológicos de
un radio aficionado en la isla Pitcairn. La siguiente noche en la misma banda puede estar
completamente vacía excepto un par de aficionados al otro lado de tu propia ciudad
discutiendo de la Super Bowl. O puedes recibir mensajes codificados lanzados por algún
espía oculto en tu país.
No estoy bromeando. Rutinariamente escucho tales mensajes codificados consistentes en
grupos de letras en las bandas de aficionado de 10,1 a 28,1 MHz. Los códigos son enviados
normalmente en código Morse, pero algunas veces puedes escuchar una voz recitando los
grupos de letras. Algunas veces la locutora finaliza diciendo “¡Gracias por decodificar este
mensaje!” Ya que los aficionados tienen prohibido usar códigos o modos de modulación
que no sean fácilmente decodificados, estas comunicaciones son al menos ilegales.
Sí, es cierto que la onda corta no es vital para las actividades mundiales como lo fue una
vez, pero si hay algo romántico en tu alma, la onda corta es aún atractiva y lo será siempre.
Este libro es acerca del uso de la radioafición para repescar la aventura de los primeros días
de la radio y traerla al presente. También es para aprender tecnología electrónica y radio. Si
lees de este libro, la onda corta aún será fascinante pero ya no misteriosa.
El almirante Byrd en el Polo Sur
Comencé a estar intrigado con la onda corta cuando leí el libro del almirante Byrd en su
última expedición a la Antártida. El almirante Richard Byrd se encargaba del lanzamiento
de expediciones para explorar los polos de la Tierra. Estas expediciones no tenían un valor
comercial en sí excepto las ventas de libros y concesiones de patrocinio de compañías que
esperaban ganar un escaparate para sus productos. Para que Byrd consiguiese esas
concesiones, el público tenía que estar suficientemente interesado en las expediciones para
generar valor publicitario. Con cada expedición polar, encontrar nuevos objetivos que
fuesen excitantes para el público llegó a incrementar la dificultad. Por la década de los 40,
todas las facetas, como caminar por los polos Norte y Sur, habían sido hechas en décadas
anteriores. En su última expedición a la Antártida, Byrd estableció una base en la costa
antártica como en todas las grandes expediciones previas. Sin embargo, él consiguió
mantener el interés público creando una segunda avanzada minúscula en la capa de hielo
polar a cientos de millas al sur de la costa. Entonces intentó vender el invierno antártico
solo en su pequeña cabaña bajo la nieve, totalmente aislado del mundo en el frío y la
1
oscuridad. Su única conexión con su campamento base en “Little America” y el mundo
exterior era el contacto por radio en código Morse. Aparte de producir algún interesante
informe meteorológico, la avanzadilla tenía poco valor real. Sin embargo, atrajo la
atención. ¿Quién no iba a quedarse cautivado por la penosa prueba de un hombre
totalmente aislado, a cientos de millas de los humanos más cercanos? Era como haber sido
abandonado en la luna, lastimosamente solo.
Los mensajes de Byrd fueron repetidos desde la base grande al resto del mundo. Como un
crío, yo estaba fascinado por la vigilia solitaria de Byrd. Me imaginé que debería ser como
estar desconectado del mundo por meses. Imaginé a Byrd liado en una parka de piel
apiñado sobre su pequeña mesa enviando y recibiendo código Morse. Su conexión con el
mundo estaba reducida a notas musicales apenas audibles por encima del chisporroteo de
estática en la noche polar. Los tonos de Morse llegaban a sus auriculares y él escribía su
significado, una letra cada vez. Los mensajes decodificados aparecían en su bloc, una
palabra cada vez. Tableteaba con su lapicero. ¿Qué era, una “C” o una “K”? se preguntaba
a sí mismo. Dejaba a un lado su duda y se continuaba escribiendo letras nuevas.
Preocuparse por una sola letra puede destruir la frase completa. Un operador
radiotelegrafista aprende a concentrarse en la cadena de caracteres y no en cada uno.
Después de unas pocas semanas en su helada prisión, Byrd comenzó a sufrir dolores de
cabeza, náuseas y confusión. Su código Morse llegó a ser más y más difícil de leer y su
equipo de apoyo en Little America llegó a estar altamente preocupado. Sin saberlo Byrd,
de su estufa se estaba escapando monóxido de carbono y lo estaba matando lentamente.
Finalmente, cuando las condiciones de Byrd llegaron a ser desesperadas, su gente recorrió
cientos de millas sobre la capa de hielo a través de la oscuridad invernal, el viento ululante
y temperaturas por debajo de cero para rescatarlo.
Progresando al final de la era del código Morse
Aún en 1960, el código Morse todavía era usado comercialmente y por los militares. Ya
que el código Morse tenía un sonido exótico, las noticias de radiodifusión habitualmente
eran introducidas con porciones de código. Cuando la palabra “NEWS” es deletreada en
Morse y repetida rápidamente, se hace una frase musical, placentera, rítmica, que se mezcla
bien con introducción musical estilo Hollywood. El público solía asumir que los mensajes
del otro lado del mundo llegaban en código Morse, aunque realmente su importancia
comenzó a desvanecerse desde los años 30.
2
El código Morse usado para comunicaciones de radio en inglés
Las “dashes” son tres veces más largas que las “dots”.
A._
F.._.
K_._
P.__.
U.._
B_...
G__.
L._..
Q__._
V..._
C_._.
H....
M__
R._.
W.._
D_..
I..
N_.
S...
X_.._
E.
J.___
O___
T_
Y_.__
Z__..
Números y puntuaciones usados comúnmente
1.____
3...__
5.....
7__...
9____.
2..___
4...._
6_....
8___..
Ø(cero) _ _ _ _ _
(, coma) _ _ . . _ _
(. Punto) . _ . _ . _
(/ barra) _ . . _ .
Mi introducción a la radioafición fue a través de Alexander (“Mac”) McKenzie. Cuando era
un chiquillo Mac era el padre de mi mejor amigo, Garth McKenzie. El padre de Garth era
un aficionado y tenía una habitación al lado del comedor atestada de equipos de radio. En
los 40, los equipos de radio de calidad estaban contenidos dentro de sombríos paneles de
aluminio negro de 55 centímetros de ancho, 20 centímeros de alto y montados en altos
estantes. Los controles eran enigmáticos mandos negros con etiquetas extrañas como “grid
drive” y “loading”. Los indicadores normalmente solo eran medidores con títulos
igualmente arcanos como “S-meter”, “plate current”.
La familia McKenzie tenía una cabaña en New Hampshire. La señora McKenzie y los
chicos pasaban la mayoría de cada verano en la cabaña. Mac iba a New Hampshire los fines
de semana cuando podía, pero la mayoría del tiempo permanecía en contacto con su familia
por radio. Un amigo del padre de Garth, el Sr. Henny, vivía cerca de la cabaña de los
McKenzies. También era un aficionado, de modo que en las mañanas de los sábados Mac
tenía una cita regular para hablas con el Sr. Henny usando el código Morse, o “CW” (onda
continua) como todavía se conoce. Yo estaba intrigado cuando escuchaba estos contactos
programados y esperaba ver a Mac operando su estación. Llegaba a casa de McKenzie a la
hora fijada.
Con suficiente seguridad, acorde con la cita, el código Morse surgía sobre la estática. El
padre de Garth escribía las letras en un bloc. Miraba por encima de su hombro la punta del
lápiz. Era fantástico oír el código y ver las palabras y frases aparecer en el papel.
Desdichadamente no podía entender ninguna de las letras que el Sr. McKenzie estaba
enviando, de modo que me cansaba rápidamente de la conversación unilateral. A despecho
3
de esto, el código Morse tenía un misterio, una calidad de otro mundo, y quedé
enganchado.
Entre el equipamiento en el cuarto de radio del Sr. McKenzie estaba un equipo Loran. El
Loran es un buscador de dirección de largo rango, la versión en 1950 del sistema de
posicionamiento global (GPS) de hoy.
Mac me demostró como encontrar la latitud y longitud usando una diminuta pantalla verde
de osciloscopio. La pequeña pantalla redonda era solo de 5 u 8 cm de ancho y nada
parecida a ninguna otra de aquellos estantes de paneles negros de 55 cm de ancho. Mac
tenía este equipo simplemente para divertirse, por supuesto. El Loran estaba diseñado para
usar en un barco y la casa de McKenzie ciertamente no iba a ningún lado.
El disfrute de construirlo por ti mismo
Era duro para alguien de ocho años como yo imaginarse conseguir una licencia de
aficionado y lograr todo ese masivo equipamiento. El Loran era incluso más extraño. Lo
que realmente me inclinó fue el equipo de televisión de Mac McKenzie. Al final de los 40,
las estaciones de televisión ya estaban en el aire, pero no conocía nadie más que Mac que
realmente poseyese una TV. Eso no era sorprendente. Una TV costaba tanto como un
automóvil. Hablamos de un lujo. Impasible, Mac construyó su propia televisión de partes
viejas de radio y un tubo osciloscopio verde de cinco pulgadas de diámetro de restos de la
Armada. Un verdadero tubo de rayos catódicos de fósforo blanco (blanco y negro) de TV
costaba una fortuna entonces, de modo que Mac no se podía permitir el tubo de imagen. Y
debido a que los tubos de TV estaban diseñados para deflexión magnética y el tubo del
osciloscopio usaba deflexión eléctrica, Mac no podía copiar los circuitos de deflexión de
una TV RCA. En lugar de ello, tuvo que diseñar su propio conductor de tubo de imagen y
circuitos de barrido. Perfeccionar un circuito significa que tiene que ser construida y
probada una pequeña parte cada vez. Ya que Mac tenía poca idea de lo grande que al final
sería el circuito, no podía montar su TV en una carcasa de modo correcto. En lugar de ello
construyó su TV como un enorme tablero de circuito con todos los tubos de encendido,
cables, resistencias, transformadores, condensadores y componentes dispuestos en una
enorme matriz cableada.
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Una TV es extremadamente complicada y fue necesario un gran tablero de circuito.
Afortunadamente Barbara McKenzie era una mujer tolerante. Aproximadamente durante un
año la mesa del comedor incluyendo sus prolongaciones, estuvo completamente cubierta
con una circuitería de televisión de aproximadamente 1 por 2,5 metros.
Al final del año la TV comenzó a trabajar. Los chicos regresábamos a casa desde la escuela
y nos sentábamos en el suelo y veíamos programas en el diminuto tubo de imagen de cinco
pulgadas en el extremo de la mesa. Las imágenes eran en un vívido " verde y negro".
Veíamos “Zoo parade” con Marlin Perkins y nuestro programa favorito, “Flash Gordon”.
La TV era diferente entonces. Flash Gordon eran cortes de película de 15 minutos pero la
mayoría de programas eran en directo. Incluso los anuncios eran en directo. Recuerdo la
risa tonta por un anuncio de un aspirador en el cual el anunciante enchufó la manguera en el
extremo equivocado del limpiador. La máquina sopló todo el polvo por la sala mientras el
anunciante pretendía que estaba trabajando perfectamente.
Temporalmente Mac instaló su TV en la carcasa de una vieja grabadora reproductora. Para
hacer la imagen más grande puso una gran lupa enfrente de la pantalla. Cuando veía la TV,
apuntalaba la tapa abisagrada de la carcasa en un ángulo de 45 grados y veía la imagen
aumentada en un espejo montado en el lado inferior de la tapa. Mac McKenzie me
demostró que, con paciencia, puedes construir casi cualquier cosa. Y, a mayores,
habitualmente es mucho más satisfactorio construir una posesión que comprarla. También
me dijo que los proyectos deben ser construidos y probados un trozo cada vez. Si
construyes todo de una vez sin probar las partes, cogerán en la carcasa, pero es casi
cierto que no trabajarán. Hay muy pocos atajos.
El radioaficionado completo
Este libro trata sobre la construcción de equipos de radioaficionado. Lo cierto es que es
mucho, mucho más fácil, comprar el equipo. De hecho, los equipos comerciales de
aficionado de hoy son tan baratos, que comprarlo entero es menos caro que comprar los
componentes por separado. Las buenas noticias son que el equipo que tú construyas por ti
mismo tendrá un valor y significado para ti que no puede ser valorado. A lo largo del
camino aprenderás mucho más sobre electricidad, incluso aprenderás leyendo el manual de
operador de equipos comerciales. La mayoría de nosotros nunca seremos un Edison,
Marconi o Armstrong, pero podemos aprender lo que ellos sabían y podemos compartir
algo de las emociones que ellos sintieron cuando sus inventos comenzaron a funcionar.
Cuando tu estación construida está finalmente en el aire, tendrás la misma diversión que
están teniendo otros aficionados. Pero a diferencia del resto del rebaño, serás el
"Radioaficionado completo".
Una breve historia de la radio comunicación
La radio está basada en un fenómeno que ha sido conocido desde tiempos remotos, es decir,
magnetismo y electricidad estática, pero solo sobre distancias extremadamente cortas. En el
600 AC el filósofo Thales de Mileto describió cómo, después de frotar ámbar con algodón,
el ámbar podía atraer porciones de paja.
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Algo más atrás en la antigüedad, se observó que el mineral magnético natural (óxido de
hierro, Fe3O4) podía atraer otros trozos de roca magnética. El conocimiento del magnetismo
natural finalmente condujo al descubrimiento de la brújula magnética. Las brújulas fueron
una divinidad enviada a los marinos perdidos en la niebla y debe haber pasmado a aquellos
que la usaron por vez primera. La brújula fue de amplio uso en Europa por el 1000 DC.
El magnetismo y la electricidad parecen ser fenómenos separados hasta 1820 en que Hans
Christian Oersted notó que una corriente eléctrica en un hilo genera un campo magnético
que puede mover la aguja de una brújula. Faraday y Henny estudiaron y cuantificaron la
generación de campos magnéticos con bobinas de hilo que ahora nosotros llamamos
inductores. En uno de los mayores triunfos de todos los tiempos de la física teórica, James
Maxwell publicó cuatro ecuaciones en 1884 que resumieron la conexión entre el
magnetismo y la fuerza eléctrica. Las ecuaciones de Maxwell no solo cuantificaron y
conectaron lo que ya era conocido acerca de estas fuerzas, también predijeron que el
magnetismo y la fuerza eléctrica podían ser combinadas para formar una radiación libre.
Desde las ecuaciones aparecía que estas ondas de radio deberían ser capaces de propagarse
grandes distancias a través del espacio, tal como la luz y el calor.
¿Qué es exactamente una onda de radio?
Ambos campos eléctrico y magnético pueden almacenar temporalmente energía en el
espacio libre. Por ejemplo, un imán genera un campo magnético en el espacio alrededor de
él. Esta energía magnética se cierne en "nube" o "campo" alrededor del imán metálico. De
igual modo, la energía del campo eléctrico está presente en el espacio entre los terminales
de una batería de una linterna ordinaria. Supón que imanes y baterías cargadas pudiesen ser
enviados al espacio exterior y soltados flotando en el vacío. Estos dispositivos todavía
podrían generar sus campos eléctrico y magnético en el vacío alrededor de ellos. Sin
embargo, si estos dispositivos pudiesen desaparecer súbitamente, no se mantendrían los
campos eléctrico y magnético. Los campos se colapsarían rápidamente y la energía se
disiparía en todas las direcciones a la velocidad de la luz.
Una batería o un imán pueden ser comparados a un vaso de agua en una mesa. El vaso
mantiene el agua en su lugar y el agua permanecerá indefinidamente. Pero si el vaso se
rompiese repentinamente o se desvaneciese el agua fluiría en todas direcciones.
Si tanto un imán o batería flotando en el espacio pudiesen desaparecer inmediatamente, ello
generaría una onda de radio que podría propagarse en todas las direcciones haciendo una
distribución esférica de ondas expansivas. De vuelta esa energía del campo magnético
colapsándose en el espacio libre se convierte en energía de campo eléctrico. Luego, un
momento después, la energía de campo eléctrico, de igual modo, se colapsa en un campo
magnético. Un modo para verlo es que el campo magnético colapsado fuerza el
almacenamiento de la misma energía como campo eléctrico en el espacio vecino. En otras
palabras, un campo colapsado viene a ser un "dispositivo" que establece la clase opuesta de
campo en el espacio adyacente.
El resultado final es un frente de onda de energía propagándose a través del vacío. Según
viaja, la energía oscila adelante y atrás entre formas de campo magnético y eléctrico. En el
vacío del espacio no hay disipación de la energía original a excepción de que la energía
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viene más diluida según se reparte en todas las direcciones como las ondulaciones en un
estanque.
La analogía del agua tiene otras similitudes con las ondas de radio. Las crestas en las
ondulaciones del estanque representan el almacenamiento de energía mecánica como
energía potencial. La energía potencial es proporcional a la altura de las ondulaciones u
ondas. A onda más alta, más energía es almacenada. Según cae el agua la energía de este
descenso es convertida en energía cinética, esto es, la velocidad superficial. Entonces,
según la onda se distribuye por la superficie, el agua se apila para formar otra cresta de
onda, restableciendo su forma de energía potencial.
En 1887 Heinrich Hertz, un profesor de la Universidad de Bonn, Alemania, se encauzó a
demostrar en su laboratorio que las ondas de radio de Maxwell realmente existían. Desde
entonces, otros experimentadores construyeron "aparatos hercianos" e intentaron usarlos
para comunicación o control remoto.
Muchos experimentos como los realizados por Hertz están descritos en el Capítulo 4.
Usando rocas, hilo de cobre y otros materiales disponibles en 1880, puedes construir un
comunicador de corto alcance para enviar y recibir ondas de radio de un extremo a otro de
tu casa. Incluso puedes demostrar "ondas estacionarias" en una antena.
Cómo ocurren los inventos
Los grandes inventos normalmente comienzan con una observación original. Faraday
inventó primero el transformador de AC con bobinas independientes. Una corriente alterna
(AC) introducida en una bobina en el transformador causa que aparezca una segunda
corriente en una bobina similar acoplada muy cercanamente una fracción de pulgada más
allá. Hoy habitualmente todavía usamos transformadores para convertir la relación de
corriente a voltaje. Por ejemplo, dentro del cargador de batería de tu linterna hay un
transformador que convierte una diminuta corriente a 120 voltios AC en una gran corriente
a 1.5 voltios AC. Si usaras 120 voltios directamente en tu batería, sería desastroso. Los
cargadores no serían prácticos (o al menos horriblemente ineficaces) sin transformadores.
Discutiremos estos principios en detalle en posteriores capítulos.
Volviendo a Faraday, se debió asombrar cuando pensó en las implicaciones de la energía
eléctrica alimentada a una bobina apareciendo en una bobina próxima. Esto es, la energía se
transmitía a través de una ranura. Si, la ranura puede ser solo una fracción de una pulgada,
pero ciertamente la idea pudo habérsele ocurrido, ¿cuán lejos puede transmitirse? En una
carta en 1832 proponía a un amigo que la energía eléctrica podría viajar probablemente a
través del espacio como ondas. Desgraciadamente, no tenía pruebas, experimentos o
ecuaciones para apoyar esta idea.
Muchos de los primeros experimentos de comunicación de radio comenzaron cuando
fueron hechos los primeros transformadores de alta frecuencia. A diferencia de la baja
frecuencia, como nuestra línea de corriente de 60 Hz, los transformadores de 500 KHz o
más realmente acoplan la energía a varias pulgadas a través del aire. A estas altas
frecuencias el acople de una bobina a otra comienza a parecerse a la radio. Es
sorprendentemente fácil construir un transformador de alta frecuencia y demostrar unas
bastas "comunicaciones de radio" de corto rango. Todo lo que se necesita es una batería
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poderosa, una gran bobina de hilo y una segunda bobina arrollada alrededor de la primera
bobina. La segunda bobina está dispuesta de modo que los dos extremos del hilo están
colocados a muy poca distancia, si acaso 1,5 mm. Los dos extremos de la primera bobina
de hilo están conectados a los terminales de la batería. Enormes flujos de corriente en la
primera bobina establecen un campo magnético alrededor de esa bobina. Ya que el mismo
espacio está compartido con la segunda bobina, el campo magnético induce voltaje a lo
largo de la segunda bobina y aparece una chispa en la ranura de la segunda bobina. En otras
palabras, la corriente eléctrica fue convertida en energía magnética, saltando una corta
distancia, y luego fue reconvertida en corriente eléctrica. Ahora, si las dos bobinas son
separadas, continuará siendo transmitida energía de una bobina a otra. Con todo, con tal
basto sistema de detección, probablemente una chispa no será visible y debería ser
necesario un detector más sensible para demostrar que estaba la energía.
Los inventos aparecen cuando todas las condiciones están en su lugar
Las nuevas técnicas aparecen siempre que llegan a estar disponibles el conocimiento
necesario y materiales adecuados. Por ejemplo, los teléfonos celulares podrían haber sido
construidos hace 50 años, pero tendrían el tamaño de maletas, servir a unas pocas personas
y haber estado disponibles para los más ricos. Incluso hoy es posible introducir tecnología
útil demasiado pronto para ser provechosa. El sistema telefónico Iridium es un sistema
telefónico mundial directo por satélite. Desgraciadamente, el "teléfono" Iridium es grande e
incómodo y las llamadas telefónicas cuestan una fortuna. Seguro, tú puedes hablar con
fiabilidad con un tipo en un trineo en el Polo Norte, pero no hay mucha gente que realmente
necesite hacerlo. El resultado de este desacuerdo empresarial es que este año (2003) una red
de satélites que cuesta miles de millones de dólares puede ser deliberadamente sumergida
en el Océano Pacífico.
La radio fue inventada entre los años 1884 y 1910 en un momento en que todas las piezas
para hacerla práctica estaban en su lugar. Muchos inventores tuvieron la oportunidad de
perseguir la radio comunicación, pero muchos le dieron la espalda. Para ser más que un
truco de salón, la radio tenía que tener una razón comercial para su desarrollo. El concepto
de radiodifusión de voz, música e incluso películas a las masas se ve obvio ahora para
nosotros. Pero en 1900 no era claro que la radio pudiese ser más que un modo informal para
enviar telegramas. Apenas nadie imaginó que la conversación y música podían ser
transmitidas.
Nicola Tesla, el arquetipo del "científico chiflado"
Tesla nació en Serbia en 1856. En el colegio estudió lo que era entonces el campo exótico
de la ingeniería eléctrica. Una vez propuso a su profesor que un generador de AC podía
tener otras varias ventajas. El profesor ridiculizó su idea despiadadamente. Hoy les
llamamos alternadores. Usamos alternadores gigantes para generar electricidad en todas las
grandes plantas de energía. Y los usamos pequeños en nuestros coches para recargar
nuestras baterías. Cuando murió el padre de Tesla, Nicola fue forzado a dejar la escuela y
ponerse a trabajar. Como la mayoría de ingenieros eléctricos de su tiempo, trabajó en
motores DC y generadores DC. En esos tiempos los motores DC estaban comenzando a
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sustituir la correa y polea como medio de energía para la maquinaria industrial tal como
telares y elevadores en minas.
Tesla emigró a América y llegó casi sin dinero. Incluso trabajó brevemente como cavador
de zanjas para comer. Se aplicó a trabajar con Edison que probó su habilidad asignándole la
reparación de un generador DC en un barco. Tesla reconstruyó el generador correctamente
en el barco y le hizo producir más electricidad que en su diseño original. Tesla trabajó
brevemente para Edison, luego se estableció por si mismo. Construyó su propio pequeño
laboratorio y trabajó en artefactos de todo tipo. Pronto adquirió reputación como “mago de
la ciencia”. Disfrutaba haciendo “demostraciones mágicas” con chispas gigantes volando
de sus dedos e iluminando tubos de luz fluorescente. Su reputación como mago de la
ciencia le animó a hacer negocios de demostración en casi todo lo que hacía. Después de
leer su biografía, me parece que su habilidad para ganar respeto y asombro a través del
exhibicionismo realmente arruinó su carrera.
Según faltó el dinero, Tesla consiguió un trabajo con Westinghouse y desarrolló el
alternador en un generador práctico de energía. La mayor contribución de Tesla al mundo
fue la generación de energía y sistema de distribución que demostró para una nueva marca
de planta energética en las cataratas del Niágara. Inventó los alternadores AC de tres fases,
transformadores y líneas de energía de alta tensión que todavía están en uso mundialmente.
Después Tesla dejó Westinghouse, preparó su propio laboratorio en la ciudad de New York
para experimentar con usos para corriente de radio frecuencia.
La oportunidad perdida
Los armadores probablemente siempre han deseado poder comunicar con los barcos en el
mar. Hasta el final del siglo XIX la fortuna de un barco podía ser totalmente desconocida
por meses o incluso un año. Cuando finalmente el barco arribaba al puerto de partida, el
armador podía averiguar repentinamente que era extremadamente rico. O el barco podía no
regresar nunca y el armador podría perder una basta inversión. Siendo capaz de comunicar
a unos cientos de millas o incluso una docena de millas de la costa podía salvar la vida en
una emergencia.
En 1900 los científicos sabían que el “telégrafo sin hilos” podía comunicar a través del
Canal de Inglaterra usando transmisores y antenas gigantes, pero no eran capaces de recibir
un mensaje más lejos de eso. Entre su imperio de empresas, el multimillonario/financiero J.
P. Morgan poseía una flota de barcos. Si podía ser desarrollado un telégrafo práctico de
largo rango, lo esperaba para sus barcos. Marconi ya tenía un buen comienzo en una radio
barco-a-costa y ya había demostrado la comunicación de rango corto barco-a-costa tanto en
Inglaterra como Norteamérica. A despecho de esta vía, Morgan se aproximó a Tesla quien
ciertamente tenía el conocimiento y experiencia para desarrollar comunicaciones prácticas
de radio. J. P. Morgan le dio a Tesla una gran dotación financiera para hacer este trabajo.
Tesla preparó un laboratorio en Colorado Springs para inventar radio de larga distancia, o
eso le concedió creer a Morgan.
Desgraciadamente, hablar tan solo con barcos era aburrido para Tesla. Tesla prefirió
desarrollar lo que llamó “El Centro Mundial Telegráfico”. Tesla buscó preparar un centro
de comunicaciones que no solo pudiese hablar con los barcos, sino con cualquiera en el
mundo. Su visión de lo que estaba intentando construir suena a los oídos modernos como la
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Internet de una vía o si acaso la CNN. No veía tener que meditar acerca de las dificultades
de manejar todos los mensajes mundiales a través de solo un gigantesco transmisor de baja
frecuencia. Volviendo atrás, no había servidores de Internet para organizar todo ese tráfico
de mensajes en cadenas digitales de información. Considerando la frecuencia operativa de
sus transmisores, su relación de datos debería haber estado limitada a unos pocos kilobytes
por segundo más que a los terabytes manejados hoy por un simple nodo en la Internet.
Los transmisores de radio de Tesla ciertamente fueron adecuados para comunicación
transoceánica. Pero en lugar de desarrollar también un receptor de radio sensible, Tesla casi
gasto todo su esfuerzo en desarrollar enormes transmisores de radio de baja frecuencia. Sus
transmisores fueron de este modo poderosos, experimentó con transmisión de energía
eléctrica al igual que información. Tesla propuso usar bobinas sintonizadas para iluminar
lámparas de luz fluorescentes a millas de su transmisor. Si, su idea trabajó pero solo a una
eficacia extremadamente baja. Si, las luces funcionaban, pero el suelo húmedo, las vacas, la
gente, las alambradas de púas y cualquier otro conductor eléctrico dentro del rango podían
ser calentados con la energía derrochada, justo como un horno microondas.
Tesla construyó una gigantesca “Bobina Tesla” que producía chispas de radio frecuencia de
18 metros de longitud. Siempre exhibicionista, a Tesla le gustaba ser fotografiado sentado
entre las chispas y fuego, mientras leía tranquilamente un libro. Realmente usaba
exposiciones dobles para crear la ilusión de estar sentado entre las chispas. La máquina de
Tesla era tan enorme y tenía tal capacidad única que la Fuerza Aérea americana construyó
una copia de ella 80 años después para investigación.
Con toda esta dramática actividad futurista, Tesla nunca construyó la radio de barco-a-costa
que Morgan le pagó para desarrollar. Cuando le dio a Morgan un informe de progreso,
Tesla intentó entusiasmar a Morgan en sus esquemas futuristas. Morgan estaba furioso con
él por no seguir la tarea y estaba poco interesado en las ideas de Tesla. Morgan no obstante
forzó a Tesla a asignarle la propiedad de todas las patentes útiles que pudiesen surgir de su
trabajo. Morgan no era conocido por la generosidad.
Después que Morgan le dio a Tesla una reprimenda, le dio una segunda oportunidad. Pero
en lugar de ponerse seriamente a la comunicación barco-a-costa, Tesla derrochó el dinero
en construir su “Centro Telegráfico Mundial” en Wardenclyff, Long Island, New York. Fue
un edificio imponente con una enorme torre alojando el transmisor de bobina Tesla. El
centro de comunicaciones no llegó a nada y Morgan detuvo los fondos. Tesla vivió en el
Hotel Waldorf Astoria en la ciudad de New York y llegó a convertirse en una especie de
lagarto de salón auto-absorbido. Vestía esmoquin y sombrero de copa y gorreaba a sus
amigos.
En las décadas siguientes, Tesla se aplicó a inventar y dio con varios dispositivos
interesantes que fueron casi suficientemente buenos para convenir a la tecnología estándar.
Por ejemplo, diseñó un motor de calor con “turbina sin palas”, de la clase del motor de
vapor o motor de combustión interna. Hay unos cuantos diseños de motor de calor útiles
que son fundamentalmente diferentes, de modo que inventar uno nuevo era un triunfo
intelectual. Desgraciadamente, el motor de calor de Tesla no tenía tanta eficacia como los
otros métodos y de lejos ha sido bueno usarlo. También desarrolló un velocímetro que era
excelente y fue usado en varios coches de lujo. Convertir la velocidad de un eje rotativo en
un suave movimiento lineal de aguja es mucho más duro de lo que parece. Sin embargo, el
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método de Tesla era más caro que el diseño de medidor que realmente llegó a ser usado
universalmente para ese propósito.
Tesla finalizó como un viejo solitario alimentándose de palomas en un hotel de 3ª categoría
en New York. Después que murió en 1943, se descubrió que había pagado su renta de
varios meses dándole al director del hotel un “rayo de muerte” como garantía. Tesla le dijo
al director que el rayo de muerte estaba valorado en 10.000 dólares. La pistola de rayos era
realmente un puente Wheatstone, un sensible dispositivo de medición de resistencias
encontrado habitualmente en laboratorios eléctricos.
Marconi logra el trabajo hecho
Guglielmo Marconi había nacido en una prospera familia en Bolonia, Italia, el 25 de abril
de 1874. Se educó en Bolonia y más tarde en Florencia. Estudió física en el colegio
Leghom. Estaba fascinado con el descubrimiento de Herz de las ondas de radio y se
interesó por la telegrafía sin hilos en 1890. Comenzando en 1894, Marconi trabajó en
prototipos caseros en su sótano.
Hoy la mayoría de nosotros pensamos en un radio receptor como en un tipo de estetoscopio
amplificado que nos permite escuchar el mundo oculto del espectro de radio. En tiempos de
Marconi el principal precedente de la radio fue la telegrafía. Este concepto de un operador
telegráfico lanzando telegramas a otro operador usando código Morse influenció a Marconi
la visión de lo que tenía que intentar construir. En la telegrafía convencional la señal en el
cable enganchaba un resonador que era un tipo de relé electro-magnético. El resonador
hacía ruidos de chasqueo que el operador receptor interpretaba como dots y dashes.
De igual modo, la primera transmisión de radio de Marconi a otra sala de la casa resonaba
una campana cuando era detectada la señal. No había auriculares que escuchara una
persona. Los primeros experimentadores construyeron radios que recordaban más los
sistemas de radio control que dispositivos de escucha. Según se desarrolló la tecnología, el
radio operador llegó a ser una parte vital del sistema. La destreza y entrenamiento de oídos
del operador llegó a ser responsable de la calificación y práctica del sistema. Un operador
adiestrado podía escuchar señales de código Morse que no eran más fuertes que la estática
atmosférica. A diferencia de un simple sistema de campana, un operador puede copiar una
señal de código Morse mientras ignora otra. Llevó cien años computerizar el procesado de
señales digitales para sobrepasar la habilidad de un operador de radio adiestrado y volver a
la visión de Marconi de un receptor robótico.
Radio detectores – un primitivo reto
El detecto de radio primitivo más popular, el “cohesor”, fue inventado por el físico inglés
Lodge. El cohesor fue usado previamente con líneas de telégrafo de hilos a larga distancia.
Ampliaron el rango práctico de un hilo telegráfico y fue natural que fuesen aplicados a los
primeros experimentos de radio.
Un cohesor era un pequeño vial de cristal conteniendo polvo suelto de carbón o hierro. Este
polvo contactaba dos electrodos en el vial. Cuando aparecía un pequeño voltaje en el polvo,
tiraba abajo la resistencia de contacto entre los gránulos de polvo y originaba que la
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resistencia del cohesor cayese repentinamente. La caída de resistencia era usada para
originar corriente que fluía por el relé resonador. Los cohesores solían estar construidos
dentro del bastidor de un resonador de modo que la vibración del resonador pudiese
mantener el polvo suelto, de ese modo devolvía continuamente el cohesor a su estado
original.
La acción de ajuste-desajuste de un cohesor recuerda a un rectificador de silicio moderno.
Una pequeña entrada de corriente origina una corriente mucho mayor. Desgraciadamente,
como en el rectificador de silicio, la corriente a través del cohesor no se desconecta por si
misma cuando se elimina la entrada. Debido a que los cohesores se activaban y
desactivaban a relaciones por debajo de 20 ciclos por segundo, la salida de un cohesor no
era una señal de audio que alguien pudiese escuchar directamente.
Al principio, el receptor de Marconi estaba situado en la mesa a continuación del
transmisor. Cuando fue capaz de transmitir a través de la sala, lo traslado a otras salas de la
casa. Según aumentaba el rango, trasladó su operación a un granero detrás de la casa de sus
padres donde podía estirar antenas. Su siguiente triunfo fue una transmisión desde el
granero al extremo del jardín, 100 metros más allá.
Durante estos años la existencia de la radio era ampliamente conocida por los científicos,
pero se creía que las ondas de radio eran inherentemente líneas de luz, como una señal de
linterna. Marconi ya había observado que era capaz de transmitir al receptor cuando estaba
detrás de muros y árboles. Desde que supo que los expertos estaban equivocados, trabajó en
la gran cuestión de por qué las ondas de radio podían viajar sobre montañas y acaso sobre
el horizonte.
Durante este tiempo, Marconi debió mejorar de los cohesores a algún tipo de detector
rectificador. Este detector producía una salida de audio que un operador podía escuchar
directamente con auriculares. Los primeros detectores consistían de “cristales” los cuales
eran trozo de hilo presionado contra una pieza cristalina de mineral de sulfuro. Los
detectores de cristal están descritos en detalle en el capítulo 4.
Marconi tenía un ayudante llamado Mignani. Para probar su receptor en la distancia,
Mignani manejaba el receptor mientras Marconi enviaba señales de prueba. Una de las
mejoras de Marconi fue una antena direccional que enfocaba su pequeña salida del
transmisor directamente hacia el débil receptor y con ello aumentó el rango. La radio dejó
de ser un juguete el día que Marconi transmitió una señal de prueba dos millas por encima
de una colina. Mignani le indicó a Marconi que había recibido la letra “S” del código
Morse, disparando un rifle al aire desde la cima de la colina.
La radio consigue cruzar el Atlántico
Siguiendo los éxitos de sus experimentos en casa, Marconi llegó a estar obsesionado con la
posibilidad de transmitir una señal a través del Atlántico. Si pudiese hacerlo, la
radiocomunicación podría cubrir el mundo. Esencialmente no había interés por la radio en
Italia. Era incapaz de conseguir una patente para su dispositivo. Un ministro del gobierno
italiano le dijo que la radiotelegrafía “no era útil para las comunicaciones”. Marconi se
trasladó a Inglaterra donde patentó este método de transmisión de señales en 1895. En 1897
fue financiado por la Oficina de Correos británica para continuar sus experimentos.
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Gradualmente el rango de sus transmisiones se extendió a 8, 15, 30 y 100 kilómetros. En
1897 fundó la Compañía Telegráfica sin hilos Marconi, en Londres. En 1899 estableció un
servicio de comunicaciones cruzando el Canal de Inglaterra.
Marconi construyó un enorme transmisor, 100 veces más potente que cualquier transmisor
anterior y lo montó en Plodu, Cornwall en el suroeste de Inglaterra. Un método para
construir transmisores muy grandes era construir grandes alternadores AC de alta
velocidad. Esto recordaba los alternadores de generación de energía de Tesla pero corrían a
tan altas velocidades que producían una onda senoide, no 60 ciclos por segundo como en
una moderna planta de energía, sino a frecuencias bajas de radio, 20.000 ciclos por
segundo.
Marconi también construyó una estación complementaria en St. Johns, Newfoundland y el
12 de diciembre de 1901 recibió las primeras señales cruzando el océano.
Las marinas británica e italiana pronto adaptaron este sistema y la radio barco-a-costa llegó
a ser realidad. En 1907 su sistema estaba disponible para el público como un servicio de
radio telegrama transatlántico. Marconi fue premiado con el Nobel de Física en 1909. En lo
último de su vida continuó experimentando con onda corta y microondas. Marconi también
sirvió brevemente como diplomático. Fue enviado como delegado a la Conferencia de Paz
en París después de la 1ª Guerra Mundial donde firmó los tratados de paz con Austria y
Bulgaria. Murió en 1937.
Historia de cambios en la radio
Hasta que las radios fueron puestas en los barcos, la radiocomunicación no cambió mucho
el curso de la historia. Los radio telegramas enviados a través del océano o entre ciudades
competían con los telegramas por cable por tierra y mar. El telegrama por cable ordinario
era tan rápido como la radio, pero no eran vulnerables a las condiciones atmosféricas. Sin
embargo, una vez que los radio transmisores fueron colocados en barcos, fue solo cuestión
de tiempo antes de que la radio fuese usada para rescatar los pasajeros y tripulaciones de un
barco hundiéndose. El primero ocurrió durante el hundimiento del RMS Republic.
A las 05:40 AM del sábado 24 de enero de 1909, el vapor de pasajeros de 15.000 toneladas
RMS Republic navegaba hacia Nantucket, Massachusetts a través de la espesa niebla. El
Republic había partido de New York. El Republic tenía mucho en común con el posterior
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Titanic. El Republic era propiedad de la misma British White Star Line y estaba
considerado imposible de hundir. Su casco estaba dividido en múltiples compartimentos
por tabiques herméticos de modo que varios compartimentos se podían inundar antes de
que el barco se pudiese hundir. También como el Titanic, el Republic llevaba solo la mitad
de los botes salvavidas necesarios para sus 800 pasajeros y tripulación.
Según el Republic navegaba a través de la niebla hacía sonar su sirena de niebla
periódicamente y los vigías del barco escuchaban por otras posibles sirenas. La tripulación
escuchó la sirena de otro barco y respondió sonando una bocina de vapor. Era un acuerdo
de aquel tiempo que cuando los barcos intercambiaban bocinazos ambos barcos debían
virar a la derecha y con ello evitar la colisión. Hay alguna evidencia de que el barco de
pasajeros italiano “Florida” en lugar de ello giró a la izquierda. El Florida apareció
repentinamente de entre la niebla y chocó contra el centro del Republic. Siete personas
murieron debido a la colisión. El Florida golpeó el tabique entre las dos salas de máquinas
del Republic, inundando con ello los dos más grandes compartimentos por debajo de la
línea de flotación. Los motores tuvieron que detenerse lo cual también terminó con la
electricidad necesaria para mover las bombas y la radio.
Jack Binns salva el día
El cuarto de radio del Republic era una cabina de madera que estaba colocada en el puente
superior. Estaba ubicada donde era fácil conectar a las antenas que estaban estiradas en el
aparejo del barco. Tendría suerte, el puente del Florida rebanó parte del cuarto de radio
arrojando el equipo e inhabilitando la radio. El operador John (Jack) R. Binns estaba
durmiendo en un camarote al lado de su estación. Más tarde dijo que si todavía estuviese
trabajando en su radio habría sido gravemente herido. Binns juntó las piezas de su
transmisor pero su cabina estaba ahora abierta al frío y la niebla. Debido a que la
electricidad del barco estaba desconectada, Binns tuvo que desplazarse por las oscuras
cubiertas para encontrar baterías para encender su radio. Sin la electricidad del barco, el
rango del transmisor de Binns estaba limitado a 120 Km. Su mejor esperanza era alcanzar
una estación en Cabo Cod, a 105 Km. Incluso el manipulador de Binns estaba roto. Tenía
que sujetarlo con una mano mientras usaba su otra mano para enviar su histórico primer
SOS de emergencia.
Realmente la llamada de socorro oficial en aquellos tiempos no era SOS sino “CQD”. La
llamada “CQ” significa cualquier estación, como todavía hoy en día en las bandas de
aficionado. CQ se suponía era la abreviación de “Seeking You”. “D” por supuesto
significaba Peligro o Socorro (Danger o Distress). Binns manejaba para contactar la
estación con Cabo Cod. A través de ellos continuó llamando en petición de ayuda y
hablando a los barcos de rescate durante 12 horas mientras el Republic se asentaba
lentamente dentro del mar.
Ya que el Florida no corría peligro de hundimiento, la tripulación del Republic transfirió
los pasajeros al Florida en los botes salvavidas. Mientras tanto los barcos de rescate
cruzaban a través de la niebla intentando encontrarlos. Además de las sirenas de niebla, los
barcos de aquella época estaban equipados con “campanas submarinas” que tenían un
alcance mayor que el sonido que las trompas eran capaces de recorrer por el aire. La
14
campana submarina del Republic era escuchada por el vapor Baltic y usaba su sonido para
guiarle las últimas millas hacia el Republic.
En otra porción del rescate no había campana submarina y el contacto era hecho cuando el
Baltic disparaba “su novedoso cohete aéreo”. La tripulación del Republic escuchaba la
explosión y les daba el rumbo correcto por radio. Cuando llegó el Baltic, la tripulación
restante del Republic fue rescatada, luego los 2.494 pasajeros de ambos Republic y Florida
fueron transferidos por botes salvavidas al Baltic, 39 horas después de la colisión el
Republic se hundió.
En ese tiempo los barcos de rescate dirigieron a remolque el Florida a la ciudad de New
York.
El suceso de rescate del Republic fue una colosal historia de noticias. De la noche a la
mañana los operadores radiotelegrafistas fueron transformados desde curiosidades a héroes.
Es raro e incluso criminal que la White Star Line no aprendiera nada del hundimiento del
RMS Republic. Sin embargo, en 1912, el Titanic se hundió y el éxito parcial de la llamada
de emergencia SOS del Titanic elevó más aún el estatus de las radiocomunicaciones. El
barco de vapor Carpathian navegó 300 millas para rescatar a los supervivientes del Titanic
la mañana después del hundimiento. Otro carguero, el Californian, permaneció anclado al
mar a solo 10 millas. El capitán del Californian no quiso arriesgarse en la noche a través de
los icebergs - ¡elegante hombre! El operador de radio del Californian envió una alerta de
iceberg al Titanic, pero el radio operador del Titanic le dijo al Californian que dejase la
frecuencia porque estaba manejando telegramas para los pasajeros. El radio operador del
Californian desconectó su radio y se fue a dormir. La tripulación nocturna del Californian
sencillamente podía ver al Titanic pero el Titanic no tenía ningún problema. Cuando el
Titanic disparó los cohetotes de emergencia rojos, la tripulación del Californian pensó que
los cohetes eran fuegos artificiales para entretener a los ricos pasajeros.
El amanecer de la radioafición
En los primeros días de la radio cualquiera que quería salir al aire podía construir su propio
transmisor y simplemente hacerlo. La asignación de frecuencias estaba basada en quién
estaba en el aire primero con el mayor transmisor y la mejor antena. Los manitas
comenzaron a construir su propio equipo de radio y la radioafición estaba naciendo. En
aquellos días no había licencias, de modo que al principio los aficionados se dieron a si
mismos las letras de llamada. Todas las comunicaciones de radio en el comienzo eran a
baja frecuencia, longitud de onda de 200 metros o mayor. Esto significa que todas las
comunicaciones ocurrían en lo que hoy es la radio AM (1.700.000 Hz a 555.000 Hz) y por
abajo. Frecuencias superiores eran ineficaces para ser generadas y se creía que frecuencias
más altas solo eran buenas para comunicación local.
Cuando un radioaficionado moderno lee descripciones de los primeros transmisores de
radio y antenas, se impresiona por la escala industrial del equipo comercial. Por ejemplo, el
transmisor de ranura de chispa giratoria del Titanic estaba preparado para 5.000 vatios. Era
tan enorme y ruidoso que fue instalado en una sala separado del receptor. Con toda esa
potencia y tamaño, su rango fiable durante el día era de solo 400 Km. Durante la noche el
rango podía alejarse tanto como unos 1600 Km. Desde el punto de vista moderno, parece
que la mayor debilidad de los primeros equipos era la insensibilidad de sus receptores. Los
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receptores de aficionados simplemente eran tan malos y probablemente peores. Además,
los aficionados eran incapaces de competir con la potencia usada por las estaciones
comerciales. Por lo tanto, los aficionados tenían suerte de hablar con el condado vecino,
dejando sola cualquier distancia significativa.
Debido a que los primeros radioaficionados estaban limitados a corta distancia, se
agruparon para formar “redes repetidoras” de modo que los mensajes podían ser repetidos a
los destinos muchos cientos de millas más allá. Esta organización llegó a formalizarse
como la American Radio Relay League en 1914.
Durante la 1ª Guerra Mundial el gobierno de USA agrupó la radioafición como una medida
de seguridad nacional. Después de la guerra en 1919 la American Radio Relay League bajo
el liderazgo de Maxim Percy presionó al gobierno para permitir a los aficionados a volver
al aire. El gobierno, especialmente el militar, fue incomprensible. Para aplacarlos,
finalmente el gobierno dio a los aficionados todas las frecuencias “sin valor” por encima de
los 200 metros. Eso era a grandes rasgos lo que hoy es la radio AM.
Flemming desarrolla el detector diodo de válvula
El diodo de válvula realmente fue construido primeramente por Edison. Durante el trabajo
de Edison en la luz eléctrica perfeccionó la tecnología para poner electrodos y filamentos
en bombillas de cristal al vacío. Edison también fue el primero en advertir que los
electrones podían fluir desde un filamento caliente cruzando el vacío hacia un electrodo
cargado positivamente llamado una “placa”. Sin embargo, los electrones fríos no fluían
desde la placa de vuelta al filamento. Como resultado, el diodo se comportó como una
válvula anti-retorno de una vía. Edison experimento con esto y escribió acerca de ello. Este
efecto también es conocido como el “efecto Edison”.
Flemming fue un inventor británico que estaba intrigado con el descubrimiento de Edison y
lo aplicó en la detección de señales de radio. Trabajó con Edison quien compartió sus datos
en el efecto Edison. Una señal de radio recibida en una antena consiste de un voltaje de
onda senoidal de alta frecuencia que cambia de positivo a negativo y de vuelta de nuevo
cientos o miles (o millones) de veces por segundo. Esta rápidas alternancias (AC) de
corrientes no pueden energizar un audífono hasta que sean convertidas a explosiones de
frecuencia más baja de DC. Pasando las señales de radio a través de un diodo de vacío, una
polaridad de la señal es “recortada” dejando solo la polaridad que fluye de los electrones
negativos. Cuando son recibidas las señales de código Morse, esto resulta en explosiones de
corriente DC que puede ser usada para energizar un resonador, audífonos o cualquier otro
tipo de transductor.
Los detectores de Flemming llegaron a ser conocidos como la “Válvula Flemming”.
Después de esto en Inglaterra todos los tubos de vacío fueron conocidos como “válvulas”.
En términos de sensibilidad, el detector de tubo de vacío no era más sensible que un
detector de cristal, pero era, de lejos, más robusto, fiable y versátil. Más tarde, cuando fue
combinado con el amplificador de tubo de vacío, su sensibilidad fue ampliamente
mejorada.
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Lee DeForest lanza la electrónica moderna
Tesla no fue el único pionero de la radio con un problema de ego. De muchas maneras
DeForest tenía una personalidad similar a la de Tesla. DeForest fue aplicado y talentoso.
Siendo joven desarrolló varios importantes inventos. Uno de sus mayores talentos fue un
sistema multiplexado telegráfico que permitía por un hilo llevar hasta seis mensajes
telegráficos simultáneamente. Es difícil de imaginar como podría haber trabajado,
considerando que todo lo que había para trabajar con ello eran conmutadores, relés,
transformadores y motores. El invento más importante de DeForest fue el tubo de vacío
triodo, que llamó “audion”. El audion fue el equivalente funcional del moderno transistor.
El tubo de vacío triodo de DeForest era esencialmente una “válvula Flemming” con una
rejilla colocada entre el filamento y la placa. DeForest usó el audion para hacer receptores
más sensibles amplificando señales débiles de audio y radio.
Realmente Edison construyó el primer triodo mientras estaba estudiando el “efecto
Edison”. Edison añadió un electrodo parecido a la rejilla entre el filamento y la placa de su
diodo para aprender más acerca de la corriente de electrodos cruzando el vacío. Aunque
Edison hizo sus medidas, no advirtió que la rejilla era como una “puerta” sensible que
podía controlar el flujo de corriente a la placa. La rejilla puede ser comparada a un torero de
una libra de peso con su muleta toreando un toro de 2000 libras. Cuando grandes corrientes
son controladas por pequeñas corrientes, se dice que el dispositivo “amplifica”. Las
pequeñas señales entrantes en la rejilla pueden modular la corriente grande en una mayor,
versión “amplificada” de la señal original. Nota que la señal original no está “hinchada” de
ningún modo, el amplificador simplemente dirige la generación de una copia más grande de
la señal original. Nota que la copia puede o no ser una buena semejanza de la original.
DeForest aplicó exitosamente su tubo de vacío triodo a los receptores de radio. El triodo
significó que las señales débiles podían ser amplificadas a un nivel suficientemente alto de
modo que después de la detección podían manejar un altavoz. Una vez que los
amplificadores estuvieron disponibles, cualquier clase de dispositivo electrónico conocido
hoy llegó al menos a ser teóricamente posible. Finalmente incluso la televisión fue
mejorada con los descendientes del tubo de vacío audion. Durante la 2ª Guerra Mundial los
primeros computadores fueron construidos usando tubos de vacío.
El tubo de vacío oscilador limpia las transmisiones de radio
Un poco antes, los sistemas de alta energía usaban alternadores para generar señales de
radio de baja frecuencia. Sin embargo, la frecuencia de un alternador está limitada por la
velocidad de un imán giratorio mecánico.
En la práctica, los alternadores no podían ser más altos que las frecuencias de audio, 20 a
50 KHz. Una ventaja de un alternador era que generaba una señal de onda senoide pura.
Desgraciadamente solo podía cubrir la parte más baja del espectro de radio.
En contraste, el amplificador de tubo de vacío podía amplificar su propia salida, causando
una oscilación auto sostenida a cualquier frecuencia por encima de cientos a megahercios.
Como un alternador, un oscilador de tubo de vacío podía generar señales de onda senoide
limpias que eran confinadas a una sola frecuencia. Hasta ese momento, las radio
transmisiones de todos los transmisores de alta frecuencia eran generadas por descargas de
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chispas eléctricas, dejando entonces los componentes de señal de radiofrecuencia sonando
en un circuito sintonizado. Los transmisores de chispa hacían una señal ruidosa y silbante
que esparcía energía sobre toda la banda.
¿Has escuchado estática en una radio AM cuando pasa un automóvil de encendido? De
igual forma, el relámpago causa un trueno o estruendo de estática que puede ser oído en
todo el espectro de radio. A menos de tener un filtro para limitar el ruido de una banda, los
primeros transmisores eran como pequeños generadores de ruido de radio-relámpagos.
Estos primeros transmisores de chispa malgastaban energía y espacio de frecuencia. Debido
a la capacidad de los osciladores de tubo de vacío, las chispas fueron inusuales al comienzo
de los años 20 y fueron totalmente prohibidos en los Estados Unidos en 1927.
Si un inventor es persistente, algunas veces es posible inventar cosas maravillosas sin
realmente entender por qué trabajan. Este fue el caso del audion de DeForest. En corto la
ignorancia puede ser OK, pero a la larga el inventor tiene mejor idea de lo que exactamente
desarrolló. Específicamente, debe ser capaz de explicar cómo trabaja en su solicitud de
patente. Desgraciadamente DeForest lo obvió. Sus patentes fallaban en dar explicaciones
válidas de cómo trabajaban sus dispositivos de tubo de vacío. Una docena de años después
del invento del audion, las patentes de DeForest entraron en conflicto con patentes
posteriores que estaban adecuadamente explicadas. En el juicio DeForest fue literalmente
incapaz de explicar como amplificaba un tríodo. Es completamente comprensible como
podía haber sido tan ingenuo en el momento de sus inventos. Pero considerando que el
tríodo de vacío fue la coronación de su logro, no es adulador que nunca se molestase en
permanecer en contacto con el campo de la electrónica con suficiencia para encontrar como
trabajaba su propia invención. Cuarenta y cinco años después del invento del audion,
DeForest todavía afirmando refiriéndose a si mismo como “El padre de la televisión”.
Reginald Fessenden transmite voz
El profesor Reginald Fessenden es un héroe casi desconocido del desarrollo de la radio. Es
realmente uno de los más maravillosos pioneros de la radio. Aunque Marconi demostró
primero la comunicación trasatlántica, Fessenden fue el primero en ofrecerla como servicio
regular en 1906. El más maravilloso logro de Fessenden fue la transmisión de voz. No es
tan remarcable lo que hizo sino cuando lo hizo. En diciembre de 1900 transmitió una señal
de voz a su ayudante Alfred Thiessen a una distancia de una milla desde su laboratorio en
Cobb Island en el río Potomac. "One-two-three-four …Is it snowing where your are, Mr.
Thiessen? Telegraph back if it is". "Yes, is is!" pulsó Thiessen en un telégrafo. Desde una
prespectiva moderna el invento de Fessenden llegó al menos 15 años antes que estuviesen
disponibles los componentes para hacerlo apropiado. Lo que Fessenden necesitaba eran
tubos audion de alta potencia. Sin embargo, no los conocía. De modo que transmitió
transmisión de voz modulada en AM usando transmisores de chispa. Eso suena imposible.
Y ya que las brechas de chispas estaban "muertas tecnológicamente", no es totalmente
sorprendente que Fessenden haya estado largamente olvidado. Los únicos artículos de
Fessenden que yo haya leído jamás no describen su aparato con claridad. No obstante, a él
le parece que ha sucedido en tres ocasiones principales y otras muchas menores.
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Fessenden compensa las chispas
Se necesita una onda portadora pura, llana, para producir modulación AM clara, pero no
hay nada liso con la estática de una brecha de chispa. Fessenden razonó que, si los golpes
de estática ocurrían con la frecuencia suficiente, la frecuencia del estrépito del zumbido a
demasiada alta frecuencia para que los oídos humanos lo escuchasen. De modo que en
lugar de chisporrotear unas pocas docenas o un ciento de veces por segundo, el generador
de Fessenden chisporroteaba 10.000 veces por segundo. Entonces (aparentemente) filtró la
señal usando circuitos resonantes inductor/condensador. El transmisor tenía su propia
planta de energía con motor de vapor y probablemente era bastante potente. El motor de
vapor tenía que girar a toda velocidad antes que la voz llegase a ser inteligible.
El uso de ruido de alta frecuencia para conseguir deshacerse de ruido de baja frecuencia es
reminiscencia del principio de cancelación de ruido "Dolby sound" moderno. Más que
pelear con el ruido inherente en un sistema de grabación analógico, el sistema Dolby
modula deliberadamente la música con una onda senoide de alta frecuencia de 25.000 Hz
para destruir el ruido.
Leí otro cálculo de trabajo de Fessenden en el cual su voz era descrita como un alternador a
alta velocidad. Bueno, la transmisión de voz con un alternador de alta velocidad suena
bastante arduo también. Las descripciones técnicas mutiladas son un serio problema cuando
se estudia la historia de la radio. Es difícil imaginar exactamente lo que hacían.
Fessenden inventa el barretter
Fessenden también inventó un nuevo detector sensible que llamó “barretter”. Barretter
significa “cambiador” en francés y todavía es usado como el detector de microondas
“barreter”. Los modernos barreters consisten de un hilo microscópico de platino que
calienta y enfría rápidamente cuando estallidos de diminutas corrientes de radio frecuencia
pasan a través del hilo. Según el hilo cambia de temperatura, su resistencia cambia
rápidamente y todavía es usado para modular una corriente DC pasando a través de un
sensible auricular telefónico.
Lo que no entiendo es cómo el profesor consiguió suficiente fuerza de señal de un
micrófono telefónico de la era del 1900 para modular un transmisor potente. En mi opinión
ese habría sido su tercer éxito. En un transmisor de amplitud modulada (placa modulada)
comercial de 1930 y posterior, el sonido de audio del micrófono tenía que ser amplificado a
la mitad de la potencia de salida del radio transmisor. Por ejemplo, para un transmisor de
1000 vatios era necesario un audio amplificador de 500 vatios. No había modo de fabricar
tal cosa en 1900.
Tal vez inventó el “modulador magnético”. En 1920 algunos transmisores de sonido usaban
un transformador para imprimir amplitud modulada directamente a la señal de RF. El
micrófono modulaba una corriente DC en el primario del transformador mientras la tierra
del transmisor para la antena pasaba a través del secundario del transformador. Saturando el
hierro del transformador, la corriente fluyente a través del secundario puede ser cambiada
radicalmente con una pequeña señal, proporcionando con ello la amplificación necesaria.
Fessenden debió haber sido un genio obsesivo para difundir voz exitosamente con motores
de vapor, barras de hierro, hilo de cobre y chispas.
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El momento del logro de Fessenden no paso inadvertido y fue capaz de conseguir dinero
para comenzar una compañía de radiodifusión. Su primera demostración pública consistió
de conversación y tocar con el violín “Oh Holy Night” en la Nochebuena de 1906. Sin
embargo, su progreso comercial fue lento y en el momento que la radiodifusión de AM
comenzó a funcionar bien casi todo estaba robando sus ideas. La compañía Marconi
finalmente registró sus patentes en 1914. Desde una perspectiva moderna el mayor
problema de Fessenden fue su falta de planes viables de negocios. Inventó esmerado
material pero difícilmente conseguía pago a su trabajo.
Edwin Howard Armstrong
Otro ingeniero que entendió sus propios inventos fue Edwin Armstrong. Estudió ingeniería
eléctrica durante la Primera Guerra Mundial, luego, justo después de su graduación,
produjo el primero de sus tres grandes inventos, el receptor súper-regenerativo. En los
primeros días de la radio era demasiado caro diseñar receptores con gran número de
grandes, caros y hambrientos de energía tubos de vacío. Armstrong inventó un modo para
usar realimentación en un amplificador de tubo de vacío para incrementar la sensibilidad
del receptor en una clase de magnitud. Los receptores súper-regenerativos eran bastos y
tenían que ser ajustados correctamente para evitar un ruido de chillido desagradable encima
de las estaciones que estabas intentando escuchar. Sin embargo, cuando los receptores
súper-regenerativos comenzaron a ser usados, el rango de la radiodifusión se elevó a mil
millas y más.
A despecho de sus severas limitaciones, los operadores radioaficionados normalmente
hicieron receptores súper-regenerativos tan tarde como 1960. Los súper-regenerativos eran
primitivos, pero fueron un paso a la siguiente generación de receptores. En los años 20
Armstrong desarrolló el receptor súper-heterodino. Este es el diseño básico usado hoy en la
mayoría de los modernos receptores, desde la televisión a los teléfonos celulares. Cuando
yo era joven, construí un receptor súper-regenerativo Knight “Ocean Hopper” de un kit.
Solo lo construí porque era barato. El ruido de tono agudo que hacía el súper-regenerativo
era tan obvio que no pude esperar a sustituirlo por un receptor de comunicaciones
superheterodino de alta calidad.
El receptor TRF no fue la solución
Para lograr la ampliación requerida sin súper-regeneración la solución obvia era poner
varios tubos amplificadores de radiofrecuencia en serie. Estas radios se llamaron receptores
"radio frecuencia sintonizada" (TRF en inglés) pero nunca fueron muy populares. Cada
amplificador en la cadena tenía que ser sintonizado por separado para la estación deseada.
Esto significa que las primeras radios TRF tenían literalmente tres o cuatro mandos de
sintonía de estación, los cuales tenían que girarse independientemente. Alternativamente,
en las mejores radios TRF los condensadores de sintonía estaban agrupados todos juntos de
modo que siempre sintonizaban la misma estación simultáneamente. Este método era
extremadamente arduo para sincronizar y calibrar de modo que cada bobina sintonizada
debería seguir con precisión a lo largo de la banda de frecuencia entera. Otro problema
estaba en que eran inherentemente de "bajo Q" y tendían a recibir más de una estación al
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tiempo. Los únicos receptores TRF prácticos eran extremadamente caros o estaban
diseñados para recibir solo una frecuencia.
El receptor súper-heterodino
La solución de Armstrong para vencer el problema fue convertir las señales de radio
entrantes a una "frecuencia intermedia" constante, una "IF". La frecuencia IF permanece
igual sin tener en cuenta que estación de radio fue sintonizada. En otras palabras, un súperheterodino es un receptor TRF de una sola frecuencia con un convertidor de frecuencia en
el extremo. La etapa de IF es sintonizada en fábrica. Nunca necesita ser ajustada de nuevo.
Otra ventaja importante fue que la señal en la etapa IF podía ser filtrada de modo que
podría admitir solo un paso de banda igual al ancho real de la señal. Por ejemplo, un
receptor de radio AM puede tener un paso de banda IF de 20.000 ciclos por segundo (un
cps = un hercio). Por supuesto, una señal de código Morse necesita 100 Hz de ancho de
banda o menos. De modo que cuando se usa un filtro de ancho de banda estrecho en la IF,
el receptor puede seleccionar solo una señal de muchas que pueden estar apiñando la banda.
En contraste un receptor TRF o incluso un receptor súper-regenerativo te pueden forzar a
escuchar un ancho de banda de 50.000 Hz a la vez.
El súper-heterodino genera la OF por medio de un “oscilador local de RF”. El principio
puede ser ilustrado con sonido audible. Cuando dos frecuencias diferentes de sonido se
mezclan juntas, las ondas de sonido se cancelan y se refuerzan unas con otras generando
componentes de frecuencia que son la suma y diferencia de las dos señales. Por ejemplo, si
pulsas dos teclas adyacentes de un piano simultáneamente, el sonido es discordante. Esto es
porque estás escuchando esa suma y diferencia de frecuencias. En otro ejemplo, los aviones
con doble motor están equipados con sincronizadores de velocidad del motor de modo que
los motores no hacen un batido desagradable de frecuencia de sonido “WAH-WAHWAH”. Este sonido es la diferencia en frecuencia entre las dos velocidades de los motores.
El mimo principio trabaja con ondas senoides eléctricas para las frecuencias de radio. A
diferencia de los ejemplos audibles molestos, en la radio, la frecuencia de batido
normalmente es el producto deseado y eso fue el invento de Armstrong.
Un súper-heterodino está sintonizado, pero no por un filtro en la antena, sino más por un
oscilador de onda senoide que está desplazado de la señal que deseas escuchar. La cantidad
de desplazamiento de frecuencia es igual a la frecuencia intermedia. Por ejemplo, en una
radio casera de FM, si quieres sintonizar una estación de radiodifusión en 100 MHz,
entonces el oscilador local de sintonía es sintonizado a 110.7 MHz. La diferencia entre las
dos frecuencias es de 10.7 MHz que es la IF usada habitualmente en las radios FM. Ya que
el oscilador de sintonía genera solo una frecuencia precisa, y porque el filtrado IF puede ser
bastante estrecho, la sintonía de un receptor superheterodino puede ser extremadamente
selectiva. El superheterodino se hace más sensible poniendo varios amplificadores IF en
serie. O, como se explicó anteriormente, puedes ver los amplificadores IF como un receptor
TRF de simple frecuencia.
Al final de los 20 los transmisores de chispa fueron prohibidos y sustituidos por osciladores
de onda senoide de tubos de vacío. Los osciladores de onda senoide generan simplemente
una frecuencia discreta. Después de esta mejora, cientos de señales de código Morse se
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podían distribuir por una banda sin interferir unas con otras. Y usando el superheterodino
de Armstrong, el receptor podía seleccionar solo una de esas señales de código Morse.
Osciladores de batido de frecuencia – de donde viene el tono musical de código Morse
Aunque un simple superheterodino recibe bellísimamente la radiodifusión AM, el código
Morse esencialmente es inaudible debido a que una señal de onda senoide no está
modulada. Durante la década de 1920 los transmisores de código Morse solían estar
modulados con un dispositivo de conmutación conducido por un motor mecánico que
hacían el sonido Morse como un zumbido y más como un viejo equipo de chispa.
Para escuchar Morse con un superheterodino, se necesita otro oscilador llamad Oscilador
de Batido de Frecuencia (BFO) para producir el sonido musical. Por ejemplo, mi primer
receptor de onda corta fue uno de aquella anciana radio toda banda que se podían encontrar
a menudo en los salones en los años 40. El receptor trabajaba estupendo para recibir
estaciones de radio AM como Radio Moscú. Sin embargo, cuando sintonizaba las bandas
de aficionado, las señales de código Morse eran inaudibles o simplemente ruidos de golpes.
Para recibir código Morse tenía que colocar una pequeña radio de mesa encima de la radio
grande de onda corta. Sintonizaba la radio pequeña hasta que podía oír el oscilador de
sintonía de la radio de mesa (oscilador local) en el receptor grande. Esta señal se batía con
las señales de código Morse y las hacía audibles. Era algo retorcido y apenas práctico. Por
supuesto un receptor de comunicaciones tiene un BFO interno y es fácil de usar.
Conseguir librarse de la estática atmosférica
Las comunicaciones esencialmente eran al 100% código Morse hasta después de la 1ª
Guerra Mundial. Repentinamente llegó a ser común escuchar voces en la radio. En 1921
comenzó la primera exitosa radiodifusión de voz en Amplitud Modulada. Con las
radiodifusiones en AM, el transmisor no se conectaba y desconectaba como en el código
Morse sino que el transmisor se dejó conectado continuamente. Este proceso marcaba o
“modulaba” voz y música en la señal. En otras palabras, con la modulación AM la
información contenida es proporcional a la potencia momentánea de la señal. Tanto más
alta es la potencia de la señal y hay menos interferencia de tormentas eléctricas, grandes
motores DC o automóviles de ignición cercanos, la radio de amplitud modulada (AM)
trabaja bastante bien. Por 1930 la radio AM fue un utensilio estándar en las familias
americanas. Pero con todo aquel ruido de chisporroteo y estallido en las señales débiles, la
radio AM nunca es verdaderamente de alta fidelidad excepto cuando se sintonizaban
estaciones locales potentes.
La estática atmosférica es una señal de ruido natural que tiene la misma forma de amplitud
modulada como las señales AM hechas por el hombre. Por ello es imposible eliminar la
estática sin cambiar el método de modulación. Edwin Armstrong se aisló en su laboratorio
en el edificio Empire State en la ciudad de New York y trabajó para encontrar un modo de
eliminar la estática en las radiodifusiones de voz. Armstrong necesitó crear una modulación
de audio que pudiese marcarse en una señal del transmisor sin imitar los ruidos naturales de
descargas eléctricas y estáticas.
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Finalmente Armstrong tubo la idea de modular la frecuencia de la señal en lugar de la
intensidad de la señal. En otras palabras, como dice el locutor, la frecuencia del transmisor
se mueve arriba y abajo en el tiempo con la frecuencia de audio del sonido. La Frecuencia
Modulada resolvió la mayoría del problema del ruido y fue el origen de las radios de FM
que escuchamos hoy. Armstrong había estado trabajando para la Radio Corporation of
America que fabricaba superheterodinos. Debido al superheterodino, la RCA con su
subsidiaria la Nacional Broadcast Company, dominó la radio AM mientras duró la patente.
La RCA era dirigida por David Sarnoff quien erró en recompensar la contribución de
Armstrong a la compañía. Armstrong dejó la RCA y comenzó su propia red de emisoras de
radio FM.
Sarnoff necesitó la radio FM para transmitir la señal de audio con la televisión así que
simplemente robó el invento de Armstrong. Sarnoff, pudiendo emplear más abogados,
podía emplear la guerra de la patente de ambos modos a su favor. Estos abogados incluso
convencieron a la corte de que la RCA había inventado la FM, no Armstrong. Sarnoff
también persuadió a la FCC a forzar a las estaciones de FM a emitir en frecuencias de VHF
a potencia baja lo que las restringió a emisión local. Esto impidió que la FM fuese usada
por estaciones de largo alcance como las estaciones de AM de “canal limpio” de 50.000
vatios que todavía están dispersas por USA. Al final Sarnoff ganó todas las batallas y
arruinó a Armstrong.
Armstrong, a quien le gustaba escalar altas torres de radio, finalizó su vida saltando desde
una ventana de un treceavo piso en 1954.
El transistor miniaturiza la electrónica
El transistor bipolar fue inventado en 1947 por Shockley y Bardeen mientras trabajaban en
los Laboratorios Bell. Funcionalmente se puede pensar en el transistor como un “tubo de
vacío tríodo en miniatura”. A diferencia del tubo, un transistor consiste de un grano de
cristal semiconductor con tres cables conectados. Al igual que un tríodo, una puerta de
control llamada “base” permite que una pequeña corriente controle una corriente mucho
mayor que fluye desde el cable “emisor” al cable “colector”. A diferencia de los tubos, no
hay cámara de vacío, no hay filamento calentado, no hay alto voltaje relativo, y no se
necesita una fuente de alimentación separada para iluminar el filamento.
En los tubos de vacío, la rejilla de control de un tubo de vacío siempre debe estar
referenciada al polo negativo del circuito. Esto es, la rejilla siempre es manejada a unos
cuantos voltios de diferencia del voltaje en el filamento (cátodo). El potencial de la placa
del tubo de vacío es habitualmente bastante alto, normalmente cientos de voltios, y siempre
de polaridad positiva. En contraste, los transistores pueden funcionar con tan poco como
uno o dos voltios y pueden construirse en dos polaridades. La base de control se puede
referenciar tanto al polo negativo (transistores NPN) o al polo positivo (transistores PNP).
Ya que están disponibles en diseños complementarios, los dos tipos se pueden usar juntos
para formar circuitos de alta ganancia compactos con unos cuantos componentes
adicionales tales como resistencias y transformadores.
Los primeros transistores fueron dispositivos frágiles llamados "transistores de punto de
contacto" que nunca aparecieron en los productos de consumo. (Un intento de construcción
transistores de punto de contacto está descrito en el capítulo 4). Los primeros transistores
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usados ampliamente estaban hechos de germanio y no de silicio. Los primigenios
transistores de germanio solo podían tolerar diminutos niveles de potencia. Por ejemplo, el
transistor 2N35 se podía quemar si disipaba más de 35 milésimas de un vatio. En los años
50 fueron vendidos a los aficionados para experimentación, pero eran difíciles de conseguir
hacerlos trabajar antes de que quemaran. Yo compré uno por 5 dólares y lo quemé
inmediatamente. Hoy esa cantidad de dinero podría ser como 50 dólares cada uno.
Posteriormente en 1960 la Texas Instruments Company perfeccionó los transistores de
silicio y el dominio de los tubos de vacío se arruinó.
La radio cubre el mundo
La compañía Sony en Japón realizó con esos transistores de silicio una ocasión única.
Dieron un salto y revolucionaron la radio AM. Hicieron diminutas "radios a transistores"
alimentadas a baterías que costaban unos pocos dólares y entraban en un bolso de la
camisa. Ya que no necesitaban alimentación de la pared y las baterías eran pequeñas y
baratas, de repente incluso la gente más pobre de la Tierra podían proveerse de radios a
transistores.
En la década de los 60 apareció otro tipo de transistor de silicio, el Transistor de Efecto de
Campo (FET). Los FET son también dispositivos de tres hilos. La puerta de control de un
FET es llamada realmente la "puerta" y la puerta usa voltajes débiles, en lugar de corrientes
débiles, para controlar la corriente grande que fluye del terminal "fuente" al terminal
"drenaje". Como en los transistores bipolares, los FET vienen en dos polaridades llamados
"canal-N" y "canal-P". Los FET de hoy día son la base de la mayoría de circuitos integrado
usados en ordenadores, y al igual que se verá posteriormente, también son valiosos en los
circuitos de radio.
Llegar a ser un operador radioaficionado
Mi escucha seria de la onda corta comenzó durante la guerra fría. Mi gran "radio toda
banda" me permitió sintonizar las bandas de onda corta. Esta radio era de casi un metro de
alta, 60 cm. de ancha y empaquetada en una bella carcasa de madera. Pero comparada con
un receptor de comunicaciones real, esta radio de sala de estar estaba extremadamente
limitada. Tenía pobre sensibilidad y solo cubría unas cuantas bandas de aficionado. No
tenía "extensión de banda" así que las bandas de aficionado eran aproximadamente 3 mm
de ancho de un dial de 10 cm. Por otro lado, no era despreciable. Era capaz de escuchar
ocasionalmente conversaciones de voz en AM entre aficionados. Más tarde compré una
"radio moral" de sobrantes de la 2ª Guerra Mundial. Éstas eran receptores de onda corta que
fueron tiradas para las tropas para que pudiesen escuchar la radiodifusión de casa, Tokyo
Rose y otras estaciones moduladas en AM. Las radios morales tampoco tenían "oscilador
de batido de frecuencia" y no podían recibir código Morse sin recurrir al truco de una
segunda radio descrito anteriormente. Aprendí código Morse en los Boy Scouts. Un
requerimiento para nuestro distintivo de Boy Scout de Primera Clase era enviar y recibir
código Morse usando una bandera de señales. La bandera era ondeada sobre la cabeza a la
izquierda para "dash" y a la derecha para "doh". Nuestro manual de Boy Scout nos
amonestaba para recordar lo que decía el holandés, "Dots a la derecha". Los Boy Scout de
hoy día no tienen el requerimiento del código Morse. Esto es una vergüenza. En una
24
emergencia, la habilidad para comunicar golpeando a través de un muro u ondeando al otro
lado de un cañón no es una habilidad trivial. Los presos a lo largo del mundo suelen
comunicarse golpeando mensajes a través de paredes usando un código universal. El código
de los presos traduce el alfabeto en golpes donde la letra "A" es igual a un golpe, la "B"
igual a dos golpes y por supuesto la "Z" es igual a 26 golpes. ¡Qué dolor! Supongo que los
presos tienen montones de tiempo en sus manos.
Varios de mis amigos también estaban interesados en la onda corta e iniciamos un club de
de escucha de onda corta (SWL). Para practicar código Morse mi colega Eric Raimy
emparejó un sistema telegráfico de zumbadores que comunicaba entre su dormitorio, la
alacena del rellano del piso inferior y el sótano. Éramos estudiantes de secundaria sentados
en nuestros puestos y tomábamos nuestro lento código Morse hasta conseguir nuestra
velocidad de 5 palabras por minuto y pudimos pasar el examen de radioaficionado de clase
Novicio. Conseguimos nuestras licencias de aficionado con la ayuda de un director de
escuela local, Glenn Johnson, W0FQK.
Si quieres conseguir una licencia de aficionado, necesitas encontrar un club de
radioaficionados en tu zona. Los clubes de aficionados generalmente llevan clases para
nuevos aficionados y dan los exámenes para las licencias (en USA). Comprueba en Internet
los clubes locales. Si no los encuentras, vete a la website de URE, www.ure.es. La URE te
ayudará de muchas maneras. Te pueden proporcionar materiales de estudio, revistas, libros
y gente con quien contactar en tu zona.
La radioafición en los últimos 80 años
Como la electrónica en general, la radioafición explotó en muchas facetas diferentes desde
la 2ª Guerra Mundial. Desde un entretenimiento que fue el código Morse originalmente, se
extendió en una larga lista de capacidades y actividades. Cada década ha añadido más y
más variaciones en las maneras y métodos para los aficionados a usar la tecnología de
radio. Como norma, las nuevas tecnologías fueron demostradas diez años primero que
llegasen a ser comunes. De todas las modalidades de aficionado que han sido usadas, solo
los transmisores de chispa están completamente extinguidos. La fonía en AM sin embargo
raramente es usada hoy.
1920 Código Morse en onda continua y la primera radio AM.
(tubos de vacío y el fin del transmisor de chispa)
1930 Fonía AM, Muy Alta Frecuencia (VHF) 54 MHz y superior.
1940 Radio Teletipo (RTTY), comunicación FM VHF, transmisores móviles en coches.
1950 Fonía en Banda Lateral Única (SSB), televisión de aficionados, televisión de barrido
lento (un tipo de radio fax). Comunicación en UHF, 220 MHz y superior. Antenas
direccionales.
1960 Comunicación de aficionados por microondas. Facilidad de uso de la SSB en los
transceptores de HF. Comunicación por rebote lunar y rebote en meteoritos.
1970 Comunicación de aficionados por satélite, estaciones repetidoras de VHF/UHF.
1980 Transmisores de mano. Mantenimiento de libro de guardia computerizado. Manejo de
mensajes en paquetes AMTOR (radio e-mail).
1990 Comunicación por la dispersión del espectro, radio control y telemetría de cohetes de
aficionado, estaciones robots, mensajes en PSK-31 (e-mail instantáneo por ordenador),
25
IRLP (estaciones repetidoras de VHF conectadas a Internet), estaciones QRP (baja
potencia) y modelismo radiocontrolado de aficionados, TV en pequeños cohetes.
Desde el punto de vista de la variedad del nuevo equipamiento, la radioafición está en alza.
En el lado opuesto, gracias a Internet, las máquinas de fax y la telefonía móvil, la mayoría
de esta tecnología puede ser usada ahora por gente que no tiene licencia y no está interesada
en como trabaja. Sin embargo, algunos aspectos de la radioafición permanecen únicos a
este hobby y no han cambiado. Son:
1.
2.
3.
4.
Código Morse.
Intercambio de tarjetas QSL (confirmación de contacto).
Equipamiento de fabricación casera.
Dominio de nuevos o exóticos modos de comunicación, tal como repetidores por
satélite o modos de propagación inusuales de señales como el rebote lunar.
El futuro de las bandas de radioaficionado
La existencia de la radioafición como un hobby es totalmente dependiente del permiso
gubernamental para transmitir. Por eso necesitamos asignaciones del espectro de
frecuencia. Pero cada día están siendo encontrados más y más usos comerciales para
comunicación inalámbrica. Estas aplicaciones están en dos categorías. Las comunicaciones
de corto alcance, llamadas "Aplicaciones parte 15", transmiten a menos de 35 metros. Unen
impresoras a ordenadores, soportan teléfonos inalámbricos, abren puertas de garajes y
cierres de automóviles. Las frecuencias adecuadas pueden ser bajas, digamos 1 megahercio
y por debajo. O pueden usar frecuencias muy altas, 40 MHz y por encima. El rango de alta
frecuencia (HF) entre 1 y 40 MHz no es deseable para estas aplicaciones porque, cuando las
condiciones atmosféricas son correctas, señales de grandes distancias, incluso del otro lado
del mundo, pueden enganchar un dispositivo local. Por ejemplo, cuando fue lanzado el
primer Sputnik soviético en 1957, radiaba en 20 MHz. Cada vez que pasaba por encima de
Estados Unidos, muchos propietarios descubrieron que las puertas de sus garajes se abrían
y cerraban misteriosamente. Mediante el uso de receptores selectivos y codificación digital,
la mayoría de este tipo de interferencia de radio ha sido eliminada. Pero cuando las bandas
llegan a estar atestadas con señales, incluso un receptor sofisticado finalmente se paralizará
por la interferencia y no querrá responder al código correcto.
Los teléfonos celulares, el posicionamiento global y los enlaces de Internet transmiten
sobre distancias de unas cuantas millas o más a satélites para proporcionar comunicaciones
fiables. Las mejores frecuencias para estas aplicaciones son por encima de 40 MHz ya que
las señales aleatorias del resto del mundo normalmente no interfieren. A 500 MHz y por
encima, las señales más allá del horizonte casi nunca interferirán. Estas frecuencias pueden
ser fiables día y noche para comunicación segura. En la era moderna son estas frecuencias
de UHF y microondas las que tienen el mayor valor comercial.
Los aficionados tienen unas cuantas bandas en esta parte de alto valor del espectro. Hemos
conseguido mantenerlas compartiéndolas con los militares.
26
Gracias dios mío por la naturaleza errática de la HF
Desde 1930 las bandas más importantes de aficionados has sido las frecuencias de HF entre
1,8 y 29,7 MHz. Las buenas noticias para los aficionados es que es la falta de confianza de
estas bandas las hace atractivas para nosotros y no para usuarios comerciales. Cuando los
aficionados encendemos nuestros receptores, realmente no sabemos lo que vamos a
escuchar. Puede ser solo estática o un par de chicos locales discutiendo su juego de golf. O
podemos escuchar un aficionado en Mongolia buscando una charla. Es como ir de pesca.
No está dicho que puedes pescar. Eso es lo divertido de ello.
Malas señales para el futuro
Según el equipo de radio llega a ser más complejo, menos y menos aficionados entienden
como trabaja. Es justo decir que la mayoría de aficionados hoy están sobrepasados por la
complejidad del equipo que usan y no hacen un intento serio por entenderlo. Como
resultado solo una pequeña minoría intenta construir el suyo propio. La licencia FCC para
aficionados refleja esta tendencia. Unos pocos aficionados construyen su propio equipo, los
radioaficionados han llegado a ser simplemente otra forma de consumidores de electrónica.
La FCC ha hecho más cuestión acerca de los fabricantes de equipos a toda prueba a que los
aficionados entiendan sus equipos.
Hace cuarenta años, los exámenes de licencia de radio eran administrados directamente por
la Comisión Federal de Comunicaciones. Las pruebas eran dedicadas a los detalles técnicos
necesarios para asegurar que los aficionados conocían como mantener sus transmisores de
construcción casera operando dentro de las bandas asignadas. El privilegio de uso de todas
las frecuencias de aficionado solo era concedido a los aficionados mejor adiestrados.
Tenían que demostrar 20 palabras por minuto de velocidad de código Morse y realizar un
complejo examen que incluía dibujar diagramas de circuitos de varios tipos de transmisores
y calcular parámetros de diseño. Hoy la velocidad de código para la clase de licencia más
alta, la clase Extra, ha sido reducida a solo 5 palabras por minuto. Las pruebas son ahora
exámenes de elección múltiple dadas por aficionados voluntarios. En la preparación para el
examen, los aficionados modernos estudian las pruebas, en lugar del material cubierto por
las pruebas. En términos de conocimiento de ingeniería, el aficionado moderno es un peso
ligero comparado con los aficionados de hace 50 años.
Otro signo alarmante es el número de operadores radioaficionados relativamente fijo, y la
edad media de los aficionados continúa elevándose. Es una conclusión lógica que
finalmente nuestras frecuencias sean quitadas por falta de interés. La radioafición llegará a
ser otro pasatiempo histórico de la misma categoría que la cacería de búfalos.
La última amenaza a la radioafición es la iniciativa de difusión por las líneas eléctricas. Las
compañías eléctricas quieren hacer dinero usando las líneas eléctricas como conducciones
de conexión a Internet en toda casa que recibe electricidad. Desgraciadamente las líneas
eléctricas fugarán al cielo este ruido de radio y producirán un fuerte zumbido de ruido que
arruinará todas las señales de radio débiles y moderadas entre 2.0 y 80 MHz. Este ruido de
radio será un final para casi toda la radioafición y difusión de onda corta.
Dominando la tecnología
27
Según la tecnología de la civilización llega a ser más sofisticada, el conocimiento básico
entre nuestra población consigue fracturarse más y más. Aunque la cantidad de
conocimiento que individualmente tiene la gente educada en sus cabezas puede ser la
misma, cada ciudadano conoce más acerca de menos. El manejo de los modernos
transceptores de radioafición recuerda el manejo de un complejo VCR. Si, el equipo puede
manejar todos los modos modernos y frecuencias. Pero primero debes leer el manual y
pulsar 48 botones para seleccionar los menús y opciones correctos. No es fácil de manejar
una de estas maravillas que-lo-hacen-todo. Pero cuando lo consigues, realmente no has
aprendido mucho de la electrónica.
Los transceptores modernos me recuerdan los circuitos integrados. Los transceptores están
empaquetados con docenas (o cientos) de circuitos integrados conteniendo quizás varios
millones de transistores. Como un transceptor es un todo, un circuito integrado no puede
ser fijo, su contenido es misterioso y normalmente es un sólido rectangular, negro, con
“patas” o hilos. Incluso con el manual de servicio de un moderno radio transceptor en frente
de ti, es arduo conseguir más que una idea general de su diagrama de bloque y como
trabaja.
¡Pero seguro que los ingenieros que diseñaron estas maravillosas radios modernas conocen
como trabajan! No, no realmente. Si, puede haber un puñado de ingenieros en el mundo que
tienen una buena compresión de todas las tecnologías de un transceptor moderno. ¡Pero no
apostaría por ello! Cada ingeniero se especializa en ensamblar o programar módulos que
son comprados de otras fábricas. Los módulos están sellados y no pueden ser reparados.
Exactamente lo que hay dentro de esos módulos es probablemente tan misterioso para ellos
como para el resto de nosotros.
Durante el último siglo, el espacio de conocimiento de un radio operador ha continuado
encogiéndose. Hace cien años, los primeros pioneros de la radio no solo probaban radios al
aire, también trabajaban en los materiales para construir los componentes para sus radios.
28
Esta tendencia puede ser ilustrada por una “pirámide tecnológica” para la tecnología de la
radioafición. En la parte más alta de la pirámide está el conocimiento de cómo manejar una
radio de dos vías. En la parte inferior de la pirámide está el buscador que explora la
inmensidad y encuentra primero los materiales crudos necesarios para hacer una radio y
toda la demás tecnología moderna. En medio están las habilidades necesarias para construir
tu propio equipo de radio.
Un modo para ver el cambio es que la radioafición se ha retirado lentamente de la pirámide
para llegar a ser solo otro producto de consumo como las televisiones y los teléfonos
celulares. La mayoría de aficionados aducen que la radioafición puede hacer más cosas que
nunca y por ello es más interesante. Podemos transmitir televisión de aficionados en
directo, redes de mensajes e-mail y faxes. Afortunada o desafortunadamente las mismas
tecnologías han llegado ha estar disponibles para la gente ordinaria sin licencias. ¿Por qué
molestarse con la radioafición?
Radio de aficionado de construcción casera y el “QRP”
La construcción de tus propias radios es conocido comúnmente como “elaboración casera”.
Hasta la 2ª Guerra Mundial las radios de aficionado eran de elaboración casera. En los
primeros días equipo decente de radio era apenas disponible y durante la depresión fue
inalcanzable para la gente media. Si no podías construir tu equipo por ti mismo,
probablemente no podrías salir al aire. A este respecto una pequeña pobreza no siempre es
una mala cosa. Cuando la vida es demasiado fácil, llega a ser aburrida.
Hasta 1950 el equipo de construcción casera de radio aficionado era rutinario. Después de
ese tiempo la construcción de transmisores en casa permaneció común solo entre la
29
juventud y la gente empobrecida. Los buenos receptores de comunicaciones fueron los más
difíciles de construir, de modo que los receptores de construcción casera fueron los
primeros en irse.
En las décadas de los 50 y 60 las compañías como Heath y Allied Radio sustituyeron el
equipo de construcción casera por kits prefabricados de buen diseño. Para hacer un equipo
bueno y útil todo lo que tenías que hacer era soldar los componentes juntos. Finalmente en
la década de los 80 los kits llegaron a ser tan complejos que las compañías no nos dejaban
hacer más que soldar los montajes prefabricados. Cuando ocurrió esto, los kits llegaron a
ser tan aburridos que desaparecieron del todo.
Hoy hay un interés creciente en construir transmisores de baja potencia "QRP". La mayoría
de aficionados al QRP están construyendo kits de nuevo. Unos cuantos pioneros modernos
están construyéndolos de partes discretas. Una rama de esta afición construye transmisores
en latas de sardinas para enfatizar el pequeño tamaño del transmisor. Otro grupo usa cajas
de confitería que son incluso más pequeñas. En cualquier caso, el QRP es la esperanza más
brillante que nuestra afición tiene para mantener la técnica competente y atractiva para la
gente joven.
30
Capítulo 2
EQUIPO CASERO DE RADIOAFICIONADO
¿Qué se considera “casero”?
El constructor casero fundamental debería ser un tipo que camina por el árido
desierto desnudo. Entonces, usando rocas y palos, construye un sistema de
comunicaciones de alta tecnología. ¡Oye, no te lances! Nuestros antepasados lo
hicieron. Por supuesto, tuvieron que permanecer en los bosques por miles de años para
finalizar el trabajo. Nuestros antepasados fueron gentes inteligentes que trabajaron duro.
Desde nuestra elevada posición de hoy es fácil mirarles hacia abajo como alguna clase
de gente rústica con habilidad manual. Irónicamente, la gente rústica suelen ser más de
lo que aparentan. En mi opinión, las familias granjeras de hoy son maestros en un
mayor rango de tecnología que cualquier otro grupo de gente en nuestra sociedad. Los
granjeros de hoy no se pueden proveer del empleo de otros para reparar sus viejos
equipamientos, de modo que han dominado destrezas desde la electricidad a la biología.
La mayoría de los granjeros actuales tienen talentos y conocimiento que hace que el
resto de nosotros parezcamos robots especializados en una cadena de montaje.
La construcción de nuestro propio equipo de radio es divertida y te da la satisfacción
que viene del dominio del conocimiento. La construcción casera no necesita una
definición precisa. Si te estás divirtiendo y aprendiendo algo, es eso. Deberías sentirte
libre para inventar tu propia definición. No obstante, a mayores niveles de la pirámide
tecnológica que domines, mayor será tu logro. Además, la compra de equipos de
aficionado es como saltarte la escuela y comprar un diploma. Tienes los mismos
privilegios, pero los resultados serán vanos en muchos modos. Mi definición personal
de la construcción casera es que construyo mi propio equipo comenzando de simples
componentes que (creo) entiendo.
Intento no comprar nunca equipos o componentes diseñados específicamente para la
radio afición.
Estoy orgulloso de ser la ruina de la mayoría de anunciantes en las revistas de radio
afición. Aún compró componentes eléctricos individuales, por supuesto. Solo pretendo
que la industria electrónica nunca consiga absorber la inventiva de las comunicaciones
de radio.
Una de las ironías de nuestra afición es que, cuando los pocos constructores caseros que
quedan se jubilan de sus trabajos suelen construir y vender equipos de radioafición.
Estos industriosos individuos fabrican y venden todo imaginable artilugio de aficionado.
Dudo si alguno de ellos halla advertido que haciendo todas las cosas fácilmente
disponibles hallan desalentado la construcción casera.
¿Cuándo no es apropiada la construcción casera?
La construcción casera no debería ser hecha como modo para salvar dinero o
procurar equipos modernos. Los modernos transceptores multibanda de HF de
aficionado son maravillosamente baratos. Deberías ser capaz de comprar un buen
transceptor usado de alta frecuenta por tan poco como 500 a 1000€. Las buenas noticias
31
es que nuestra sociedad es tan próspera que los padres pueden a menudo proporcionar a
los chicos juguetes que cuestan cientos o incluso miles de euros. Las malas noticias es
que el incentivo económico para los jóvenes aficionados para construir el suyo propio
casi se ha desvanecido. También, si construyes el tuyo propio, incluso el constructor
más habilidoso no tendrá años suficientes para construir una estación de aficionado
moderna realmente equivalente. Las unidades comerciales contienen circuitos
integrados propios, contenedores propios, y son el resultado final de múltiples
prototipos y pruebas exhaustivas.
Construcción casera con válvulas
Hace 40 años los aficionados construían transmisores y receptores razonablemente
buenos en sus sótanos. Una construcción casera bien construida debería cubrir todas las
bandas de alta frecuencia (HF) de 1,8 a 30 MHz. Lo mejor de todo, su señal en el éter
no debería avergonzarte. La construcción casera de CW y fonía AM eran la rutina. En el
lado contrario, la construcción de fonía de simple banda lateral (transmisión de voz
SSB) siempre ha sido rara porque es complejo generar SSB.
Las circunstancias han cambiado. Si pudieses examinar el esquema completo de un
moderno transceptor ICOM, Kenwood o Yaesu, necesitarías un microscopio para leerlo.
Por supuesto en un formato de dibujo DIN A1 podrías ser capaz de poder leerlo bien,
pero el esquema no podrías colocarlo sobre la mesilla de tu sala de estar. En contra, el
esquema de un transmisor completo de aficionado de CW y fonía AM todo bando de
1970, con la lista de componentes, se coloca confortablemente en una página de una
revista de radio. En definitiva, el material moderno es complicado. Si solo estuviese
hecho de pequeñas válvulas, podría aun tomar cientos de veces más tamaño
construirlos. Pero hay muchas diferencias.
Estabilidad de frecuencia
Casi todos los aficionados de hoy en día están usando transceptores diseñados alrededor
de precisos sintetizadores de frecuencia digital. La frecuencia es mostrada digitalmente
en una pequeña pantalla para precisiones tan cercanas como 0.1 Hz. Los números de las
salidas de lectura pueden no ser tan precisos, pero el tipo medio cree que es preciso
porque realmente no ha leído las especificaciones. Por ejemplo, la estabilidad puede
estar especificada típicamente para 1 parte por millón. Así que en la banda de 10
metros, 28 Megahercios, la precisión podría ser 0,1 Hz, pero la precisión garantizada
podría ser de +/- 28 Hz.
Sin embargo, si el equipo comercial está leyendo un error de 28 Hz, todavía es probable
que sea mucho más estable que un oscilador típico de construcción casera.
Consecuentemente, cuando un transmisor casero sale al aire y patina más de
aproximadamente 20 Hz, no es grande suficiente antes de que comiencen las críticas.
Hoy, si la transmisión de un trasmisor casero patina como los transceptores típicos de
hace 40, las quejas probablemente llevarán a ese aficionado a marcharse. En mi limitada
experiencia, la cosecha típica de los transmisores de aficionados de hace 30 o 40 años
están probablemente para transmitir señales de calidad pobre que provocarán montones
de quejas. Por el contrario, si estás usando un viejo equipo de la mejor calidad, tope de
gama, de 40 años, entonces la calidad de señal es probablemente aceptable. El capítulo
14 ilustra el esfuerzo necesario para construir un equipo a la vieja usanza apto para usar
32
en nuestros días. Si, puede hacerse, pero con tan altos estándares, es un reto hacer que
aquellos viejos componentes se comportes como los equipos modernos.
Inductancia de cables
Otra barrera para la construcción casera de hoy es la inductancia de cables. El
problema es que simples hilos actúan como bobinas. Resisten las corrientes AC cuando
la frecuencia es alta. Cuando las corrientes son débiles, como las usadas en la era de los
transmisores de los años 60, este problema no es severo. Sin embargo, los más
modernos transmisores transistorizados funcionan a 12 voltios. Ya que los 12 voltios
eliminan la mayoría de complejidad de la fuente de alimentación, esto suena seguro y
fácil. Para operar en un vehículo incluso no necesitas ni fuente de alimentación,
simplemente lo conectas directamente a la batería usando la salida del encendedor. En
un viejo transmisor a válvulas, el voltaje de placa abarca desde 500 a 2000 voltios o
incluso más. Las fuentes de 12 voltios DC son más seguras y suenan como las buenas
noticias. Desafortunadamente, si tu fuente de alimentación es solo de 12 voltios, las
corrientes en tu transmisor serán 50 veces más altas para la misma cantidad de corriente.
Por ello la caída de voltaje a través de las inductancias de cabos serán 50 veces más
altas. Repentinamente cada componente en tu circuito actúa como si tuviese un inductor
(alta resistencia a la corriente de radio frecuencia) en serie con él. Estos inductores no
deseados motivan que las etapas transistorizadas autooscilen, o simplemente no
produzcan ganancia de potencia. El punto destacado contrario es que es más dificultoso
construir transmisores transistorizados.
La solución al problema de la inductancia está en los circuitos impresos y cables muy
cortos entre los componentes. Esto significa que la habilidad necesaria para construir un
transmisor transistorizado es mayor que la que necesitamos con válvulas. Sin limitar
cuidadosamente tus objetivos y sin trabajar dentro de los condicionantes de tu tiempo y
conocimiento, la decisión del cacharreo puede ser una larga marcha de frustración.
CONOCIMIENTO ELÉCTRICO BÁSICO
El primer reto en la construcción de equipos de radio es adquirir el conocimiento
técnico. Hay muchos caminos para aprender la electrónica básica. El Manual de Radio
Afición de la ARRL es publicado cada año y tiene (casi) todo lo que necesitas saber.
Este gran volumen cubre todos los aspectos de la afición. Desafortunadamente, su
tamaño es abrumador para muchos lectores. También, ya que hoy en día pocos
aficionados construyen su propio equipo, esta construcción casera seria ha sido
desmarcada del Manual. De hecho, si todo lo que tienes fue el manual, probablemente
concluirías que la construcción de tu propio equipo es totalmente inadecuada. Un
objetivo de mi libro es ayudar a restaurar la construcción casera como función de ayuda
en la Radio Afición. Este capítulo se introduce en el conocimiento mínimo que
necesitas para comenzar. Si tienes problema comprendiendo las explicaciones si acaso
excesivamente simplificadas en este libro, lee acerca de los mismos tópicos en el
manual de la ARRL y otros textos.
Mucho de lo que sigue está escrito de forma que ignora muchos puntos finos. Por
ejemplo, si digo “todos los circuitos son lazos completos”, un purista podría traer
situaciones inusuales en las cuales esto no parece ser cierto. Con todo, es importante
tener algunos simples conceptos básicos para apoyarse de los cuales te servirán bien.
33
Reglas de pulgar son esenciales para mantener tu razonamiento organizado. No
obstante, mantén tu mente abierta a excepciones, porque encontrarás montones de ellas.
Cuando encuentres excepciones no arrojes las reglas básicas. Normalmente trabajan
bien y te mantendrán sensato.
Solo uso matemáticas cuando es esencial para hacer la tarea. Un problema serio con las
escuelas de ingeniería es que los profesores de ingeniería son seleccionados del 2% de
los estudiantes quienes, naturalmente, piensan en términos matemáticos. De modo que
después de la graduación los tipos se cuelgan las ineptas matemáticas alrededor para
educar la siguiente generación. Los estudiantes que piensan como la "gente normal"
salen al mundo real a construir cosas que trabajan. Realmente, la mayoría de ingenieros
están así desencantados por las matemáticas obsesivas/compulsivas acaban en la
dirección o venta.
Primero aprender un entendimiento cualificado
Concentrándose en las matemáticas, los profesores suelen fallar en la enseñanza de los
conceptos básicos de cómo trabaja la electricidad. Un amigo mío, John Anderson,
enseñó ingeniería electrónica de tercer año. Estaba abatido al descubrir que la mayoría
de sus estudiantes podían cubrir un encerado con ecuaciones, pero no podían balancear
un diodo emisor de luz o predecir el voltaje del colector de un transistor saturado.
Cualquier técnico bueno o radioaficionado experimentado puede hacer esas cosas con
apenas un pensamiento.
Como decía John, “la Ingeniería es como aprender a pintar un cuadro”. Primero
necesitas la destreza para pintar un caballo de modo que se vea como un caballo y no
como una casa. No es importante para la mayoría de pintores ser capaz de calcular la
química de los pigmentos de pintura. Esas habilidades son solo importantes para unos
pocos miembros especializados de la comunidad artística.
Personalmente trabajé por décadas como un ingeniero real, pero mis métodos son en
primer lugar cualitativos. Solo uso matemáticas simples en las que confío
completamente. Un día estaba trabajando en un proyecto con John Anderson cuando se
volvió y me dijo “Empleas cuatro años en la escuela de ingeniería y todo lo que
aprendes es que las matemáticas no funcionan y no se debería confiar en ellas”. Estoy
avergonzado de admitir que está en lo cierto. Una vez que fui al mundo real, empleé
demasiados meses calculando números aleatorios inútiles en papel. Finalmente aprendí
a trabajar principalmente desde la experiencia y la intuición. En otras palabras, ¡trabajo
como un aficionado! Estoy haciendo esta confesión para enfatizar que cuando uso
fórmulas y matemáticas, es material importante y no querrás evitar usarlas. En caso de
que creas que construir radios en tu garaje solo es un entretenimiento ocioso considera
esto: durante mis cuatro años en la Fuerza Aérea mi título de trabajo fue “ingeniero
electrónico”. Hice mi trabajo técnico enteramente con mis habilidades de aficionado.
Nadie me pidió escribir ecuaciones. Todo lo que querían de mí era una fuente de
alimentación trabajando para el jueves, un enlace de radio control trabajando, un
circuito de protección contra la electricidad estática o cualquier cosa. Y si no hubiese
sido un aficionado supongo que la Fuerza Aérea podría haber encontrado alguna clase
de papeleo que hacer para mí, pero podría no haber sido capaz de completar las tareas a
las que estaba originalmente asignado.
34
CAMPOS ELÉCTRICO Y MAGNÉTICO
Imanes – un generado ordinario de fuerza física
Nunca me cansé de jugar con imanes. Aparte de la gravedad de la Tierra, los imanes son
los dispositivos más comunes en nuestro mundo diario que nos permite experimentar
con un campo físico. Una fuerza invisible desde el imán se alarga y captura clips de
papel o chinchetas desde 5 milímetros o más. Jugar con dos imanes es incluso más
interesante. Un imán puede atraer a otro, del mismo modo que un imán atrae el acero.
Pero cuando inviertes la dirección de uno de los imanes, la fuerza magnética actúa como
un “repulsor” empujando al otro imán fuera o causando que gire 180 grados a la
polaridad opuesta. Una vez reorientado el segundo imán salta hacia el primer imán.
Jugar con imanes nos acostumbra a la idea de que un campo magnético puede ser
generado por un dispositivo físico. También observamos que un campo magnético es
un fenómeno de corto alcance. Con imanes pequeños el campo solo se ve efectivo a 5
milímetros o menos. Con tan corto alcance, los imanes de frigorífico no parece que
prometan como punto de comienzo para comunicación de corto alcance.
El campo magnético de un imán permanente surge de los átomos individuales que hacen
el imán. Cada átomo tiene electrones que orbitan alrededor del núcleo. Estos electrones
se parecen a los electrones pasando alrededor de las bobinas de un inductor. A
diferencia de los electrones en los átomos ordinarios, los electrones de hierro y otros
átomos magnéticos orbitan los átomos alineados al menos a un pequeño grado. En
contra, los átomos ordinarios tienen órbitas de electrones que corren alrededor del
átomo entero en escudos perfectamente esféricos. Los átomos ordinarios también
generan campos magnéticos, pero no están alineados y los campos se cancelan.
Los campos eléctricos también son comunes en nuestro mundo diario, pero los efectos
son normalmente sutiles. Durante el invierno de las latitudes septentrionales la humedad
en nuestras casas gotea y la descargada de electricidad estática suele sorprendernos
cuando cogemos un pomo metálico. Como el imán, la electricidad estática puede mover
objetos ligeros a corta distancia. Puede hacer que varillas no conductoras se junten o
incluso repelerlas. A diferencia de los imanes, los objetos afectados por campos
eléctricos domésticos pueden ser elementos de peso ligero como hilos o pelos. La
estática pegada en nuestras ropas es un ejemplo de materiales cargados opuestamente
atrayéndose uno a otro, como los imanes. En contra, acariciar al gato puede hacer que el
pelo del gato permanezcan erizados. Cuando el pelo permanece erizado, cada pelo está
repeliendo los pelos que le rodean. Además, un poco de humedad hace que el fenómeno
desaparezca. Debido a que los objetos afectados son tan ligeros, la electricidad estática
se ve bastante menor. Para ambos campos eléctrico y magnético estos fenómenos
diarios se ven ser estrictamente de corto alcance.
¿QUÉ ES LA ELECTRICIDAD?
La electricidad consiste en electrones fluyendo a través de materiales conductores.
Algunos físicos podrían saltar ahora y comenzar leyendo acerca de agujeros fluyendo a
través de semiconductor tipo-P o iones químicos migrando a través de soluciones
electrolíticas. Pero vamos a olvidarnos las excepciones por ahora. Es más fácil
visualizar flujo de corriente como electrones.
Los electrones son una forma de “carga”. “Carga” simplemente significa un exceso o
carencia de electrones que da elevación a un campo eléctrico. Cuando la carga es
35
recogida junta en un lugar, establece un campo eléctrico con respecto a objetos cercanos
que tienen una carga opuesta, o tiene menos de la misma carga. Si se establece un paso
de conducción ente los dos objetos, el campo eléctrico se convierte en un voltaje. El
voltaje es la fuerza que empuja un flujo de corriente desde un objeto al otro hasta que
las cargas se igualan. Los electrones tienen una carga negativa. La palabra "negativa" es
arbitraria, y podría igualmente haber sido llamada "George" o "Napoleón". La oposición
de la carga negativa ocurre cuando un objeto ha perdido electrones necesita
reemplazarlos. Un objeto con carencia de electrones se dice tener una "carga positiva".
Cuando se les da la oportunidad a los electrones para viajar, fluirán desde una región
cargada negativamente a una región cargada positivamente a (casi) la velocidad de la
luz. "Flujo de corriente positiva" se dice para significar flujo de corriente desde positivo
a negativo. En otras palabras, el flujo de corriente positiva es la dirección opuesta al
flujo de electrones.
Conductores metálicos
Los materiales que permiten a los electrones viajar son llamados "conductores
eléctricos". Los conductores eléctricos son normalmente metálicos. Si recuerdas la
química, los metales están al lado izquierdo de la tabla periódica. Los metales tienen
una capa exterior de electrones con 1, 2, 3 o 4 electrones. Si lo recuerdas, se necesitan 8
electrones para completar una capa exterior de electrones en la mayoría de elementos.
Los electrones exteriores orbitando metales no están estrechamente limitados a sus
átomos y estos electrones pueden ser fácilmente atraídos hacia fuera. En una pieza de
metal los electrones exteriores vagan hacia fuera de sus átomos residentes y se mueven
sobre los átomos metálicos vecinos. Estos electrones itinerantes forman una corriente
eléctrica. Por ejemplo, el cobre tiene justo un electrón exterior. Cuando se consideran
características de precio, peso, conductividad, ductilidad y corrosión, el cobre es el
mejor metal disponible para hacer cables.
Aisladores
Las capas de electrones de los átomos del lado derecho de la tabla periódica están
rellenadas con 8 electrones o muy próximos con 5, 6 o 7 electrones. Estos átomos no
tienen pérdida de electrones, pero aceptan fácilmente electrones perdidos para
completar sus capas. De este modo, los aislantes toman electrones libres fuera de
circulación y evitan los flujos de corriente. Estos elementos son gases inertes y
materiales como el azufre y fósforo que son malos conductores. Los no conductores son
llamados aislantes y son vitales en circuitos electrónicos para confinar las corrientes
36
eléctricas en las vías de paso propuestas. Por ejemplo, el azufre tiene seis electrones en
la capa exterior y es un aislador eléctrico cristalino. Todos los elementos más ligeros
con 7 y 8 electrones exteriores son gases. En la práctica los aisladores son normalmente
compuestos hechos de dos o más átomos con cuatro o más electrones exteriores. Por
ejemplo, el cristal ordinario de dióxido de silicio está hecho de silicio con 4 electrones
exteriores y oxígeno con 6 electrones exteriores.
Semiconductores
Justo a la derecha del centro de la tabla periódica están los semiconductores.
Los semiconductores, tal como silicio, germanio y carbón tienen una valencia de 4. Esto
es, tienen capas exteriores de electrones semiestables. Si se aplica suficiente voltaje, los
electrones pueden ser forzados a abandonar un átomo semiconductor y los
semiconductores pueden actuar como conductores. O, si se suministran los 4 electrones
perdidos al átomo, puede llegar a ser un aislante temporalmente. Esta naturaleza
ambivalente es explotada en semiconductores para hacer interruptores electrónicos y
diodos que pueden ser conectados y desconectados. Además, las combinaciones de
elementos semiconductores tienen otras sorprendentes propiedades. Las células solares
de silicio transforman la luz solar en electricidad. Los diodos emisores de luz
transforman electricidad en luz. Otros tipos de dispositivos semiconductores detectan
campos magnéticos, detectan radiación gamma, regulan voltaje y sirven como circuitos
interruptores reposicionables. Innecesario decir que las formaciones de matrices
complejas de semiconductores también son fabricadas en computadoras enteras en un
chip o en pantallas de visualización.
El ordinario carbono amorfo como el carbón es un pobre conductor, no un
semiconductor. Pero cuando el carbono está cristalizado en grafito se transforma en
semiconductor. Desgraciadamente el grafito es demasiado sensible al calor para ser
usado en transistores. Las mezclas de silicio y carbono son usadas con éxito en LEDs
azules. En teoría, el carbono en la forma de diamantes puede hacer conductores con
comportamiento super conductor. En la práctica, esto ha sido difícil y no ha ocurrido
todavía. Algunos semiconductores están hechos de mezclas de elementos ligeros con
valencias de 3 y 5 que dan una valencia media de 4. Por ejemplo, todos los diodos
emisores de luz están hechos de mezclas como ésta y usan una amplia variedad de
elementos. Como ejemplos, los LEDs están hechos desde carburo de silicio, fosfuro de
indio, y galio-aluminio-arsenio, y fosfuro de aluminio-indio-galio. Éstos producen
"colores" rojo, verde, amarillo, azul e incluso infrarrojos.
Los elementos de alto peso atómico hacen pobres semiconductores y aisladores
La pulcra relación para las propiedades de los elementos se rompe en la parte inferior de
la tabla periódica. Elementos pesados como el plomo y el estaño tienen 4 electrones en
sus órbitas exteriores. Su localización en la tabla sugieren que deberían ser
semiconductores. Sin embargo, cuando reaccionan químicamente, solo pierden 2
electrones, no 4. Son buenos conductores eléctricos y sus propiedades físicas se parecen
al zinc o cobre, más que al carbono o silicio. El arsenio, antimonio y bismuto deberían
ser aislantes ya que tienen 5 electrones en sus órbitas externas. Pero según se eleva el
peso atómico se ven y actúan menos y menos como aisladores cristralinos y más y más
como metales pesados. El bismuto es un buen conductor eléctrico que casi parece
plomo. No fue totalmente reconocido diferente del plomo hasta 1735. Todos los
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elementos más pesados que el gas inerte radón son metales conductores, sin considerar
las órbitas externas.
Lazos de circuitos
Todos los circuitos están en lazos completos. Los electrones deben fluir en círculos
completos o no se consigue trabajo. El voltaje de la fuerza que empuja los electrones a
circular en un circuito. El voltaje por si mismo no hace nada. Solo cuando el voltaje es
capaz de empujar los electrones a través de un circuito completo, hace que ocurra
cualquier cosa. Por ejemplo, desenrosca una lámpara cuando está luciendo. La luz se
apaga porque la corriente ya no pasa por la lámpara. Esto era obvio, pero nota que la
corriente no puede saltar a través de los terminales dentro del casquillo de la lámpara y
no se desparrama por la habitación. Todavía es abundante en voltaje en los terminales
del casquillo. Podrías poner tu dedo en el casquillo para comprobarlo, pero la corriente
fluiría a través de tu dedo y con el voltaje doméstico eso es una muy mala idea.
Voltaje = presión eléctrica
El voltaje, presión eléctrica, es medido en VOLTIOS. Como sabes, una batería normal
de linterna tiene 1,5 voltios de presión eléctrica. La potencia doméstica tiene 220
voltios de presión. Ya sabes que manejar 1,5 voltios es inocuo para la gente, mientras
que manejar una de doscientas veces más es peligroso. Pegar tus dedos en casquillos de
lámparas puede ser fatal. Si hay presente suficiente voltaje, el voltaje puede impulsar un
arco eléctrico a través del tenue aire. Esta proeza requiere aproximadamente 30.000
voltios por 25 mm. de aire. Si estás interesado, puedes calcular el voltaje necesario para
generar un rayo durante una tormenta. Pista: éste será un número realmente grande.
Corriente = el flujo de la carga eléctrica
La corriente debería medirse en términos de electrones fluyendo a través de un circuito
por segundo pero eso sería inmanejable. En lugar de ello, la corriente es medida en
AMPERIOS. Un amperio está definido como un culombio de electrones fluyendo a
través de un cable en un segundo. Un culombio es igual a 6.242 miles de millones de
miles de millones de electrones. Suficiente. ¡Vamos a usar amperios! En la radio
afición, corrientes mayores de un amperio solo son comunes en transmisores. Las
corrientes desarrolladas por fuentes de alimentación de 12 voltios normalmente están en
los amperios. Sin embargo, la mayoría de circuitos encontrados en receptores o
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procesamiento de señales tratan con corrientes medidas en miliamperios y
microamperios.
Un miliamperio = 1/1000 de un amperio
Un microamperio = 1/1.000.000 de un amperio (una millonésima de un amperio)
Mucha gente tiene problemas al mantener correctamente voltaje y corriente en sus
mentes. Para el tipo medio la electricidad es un tema ardorosamente chocante. Puede
que lo siguiente ayude. El voltaje es análogo a la presión de agua mientras la corriente
eléctrica es análoga al agua. Un modo simple para recordar esto es que no puedes regar
las flores con presión de agua. Por otro lado, puede haber un montón de agua en el
tanque, pero la presión es necesaria para impulsarla a través de la manguera a las flores.
El agua cayendo como lluvia y fluyendo desde las montañas a los ríos produce un ciclo
que es la reminiscencia de un lazo completo de circuito eléctrico. El sol brillante en el
océano causa evaporación que eleva el agua por encima de las montañas donde de
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nuevo cae en forma de lluvia. En otras palabras, la energía del sol es la "batería" que
mantiene el ciclo en marcha. Elevando el agua en el aire literalmente eleva la energía
potencial del agua. La lluvia se recoge en las cadenas montañosas y ríos que pueden
fluir a través de presas de regreso al océano. El agua caída imparte su energía
gravitacional a la noria en la presa, haciendo con ello un trabajo útil. En otras palabras,
la gravedad proporciona la presión del agua.
Las células solares son dispositivos que son el equivalente eléctrico al vapor de agua
elevado por la luz solar a alta energía potencial a través de la evaporación. En una célula
solar la luz solar proporciona la energía para "empujar" los electrones hasta un nivel de
energía más alto. En la práctica, cada célula solar genera solo 0,6 voltios de potencial.
Así que para cargar una batería de coche de 12 voltios al menos deben ser colocadas 20
células solares en serie de modo que los electrones puedan ser empujados hasta los 12
voltios.
Potencia = la relación para hacer trabajo
La relación a la cual la rueda de la noria trabaja es su "potencia". La potencia es
definida como la energía producida o gastada por segundo. En aplicaciones de
aficionado la potencia es medida normalmente en vatios. Los vatios son definidos como
julios de energía por segundo. Los julios son usados ocasionalmente en el trabajo de
aficionados cuando se diseñan bobinas o se idea lo grande que debería ser un
condensador. No obstante, no los necesitarás muy a menudo y no son necesarios para ir
por este libro.
La cantidad de energía que puede ser extraída del agua caída es igual al volumen de
agua por la altura de la que cae. Nota la rueda de noria de arriba, el agua solo está
empujando la rueda por la mitad superior del diámetro de la rueda. El resto del descenso
es malgastado. No es muy eficiente como tiro.
Potencia = altura de caída (presión del agua) x cantidad de agua que cae (corriente)
En electricidad la relación es la misma:
Potencia = voltaje (presión eléctrica) x corriente (electrones haciendo el trabajo)
P=VxI
Donde "I" es la corriente eléctrica. "I" es la letra usada por los ingenieros para
representar la corriente, abreviatura de Intensidad.
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Para poner los vatios en términos familiares, la potencia fue descrita primero
probablemente en términos de equivalencia a caballos de trabajo. Cuando se gasta
energía, objetos tales como mineral suele ser subido desde una chimenea de mina.
Tirando de la polea de un polipasto, un caballo típico podía elevar 250 Kg. cada
segundo. Esto era definido como un caballo de potencia. Ello da:
746 vatios = 1 caballo de potencia = 250 Kg. elevados cada segundo.
Resistencia
En la analogía del agua de arriba, la lluvia cae en las montañas, luego hace un largo
viaje de días de regreso al mar. Este largo viaje es análogo a una alta resistencia
eléctrica. En contraste, si el agua cae directamente al mar, el viaje solo debería tomar un
minuto o dos. Este corto circuito de viaje debería ser análogo a una BAJA resistencia
eléctrica.
Buenas analogías de agua para resistencias eléctricas son tuberías estrechas y tuberías
anchas de agua. Por ejemplo, supón un gran tanque de agua es perforado
repentinamente por pequeños agujeros de bala y grandes agujeros del tamaño de un
melón. Obviamente el agua fluirá rápidamente del tanque, especialmente el agua saldrá
de los agujeros grandes. La velocidad a la cual sale el agua depende del tamaño del
agujero y de la presión del agua. La presión del agua es mucho más alta en el fondo del
tanque que en su parte superior. Por ello el agua saliente de un agujero del fondo del
tanque chorrea a considerable presión, mientras en la parte superior del tanque solo
gotea lentamente.
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La ley de Ohm
El voltaje es análogo a la presión del agua y la corriente es análoga al flujo del agua. La
resistencia es medida en ohmios. El ohmio es llamado así por Georg Simon Ohm. La
relación entre estos parámetros está descrita por la ley del Sr. Ohm, la cual dice que un
voltio conducirá un amperio a través de un ohmio de resistencia.
Voltaje = (corriente) x (resistencia)
En la fórmula eléctrica V = voltaje y R = resistencia la ley de Ohm es escrita como
V=IxR
Si conoces cualquiera dos de estos tres parámetros, puedes encontrar el valor perdido
con álgebra.
Recolocando las letras podemos tener:
V = IR o I = V/R o R = V/I
Perdón por las matemáticas, pero esta relación es inevitable para cualquiera que quiera
tener éxito con la electricidad.
Por ejemplo: sabes que la corriente eléctrica doméstica trabaja a 230 voltios. Supón que
mides la corriente a través de una bombilla y mide 0,833 amperios. ¿Cuál es la
resistencia de la bombilla?
230 voltios = (0,833 amperios) X Resistencia
Resistencia = Voltaje / Corriente
Resistencia = 230 voltios / 0,833 amperios = 276 ohmios
El símbolo para los ohmios normalmente es la letra griega Omega mayúscula Ω. Por
ejemplo, 276 ohmios pueden ser escritos como “276 Ω”
Resistencias en serie
Cuando la corriente debe pasar a través de dos o más resistencias en serie, la resistencia
total es igual a la suma de las resistencias. Por ejemplo, dos bombillas de 100 vatios en
serie presentarán el doble de la resistencia de una sola bombilla:
Voltaje = 230 voltios = 0,417 amperios x (276 ohmios + 276 ohmios)
Ya que la corriente debe pasar a través del doble de obstáculos, el flujo de corriente es
la mitad y las bombillas solo arderán penumbrosas, si lucen.
Un divisor de tensión hecho de resistencias
Un uso común para las resistencias es reducir los voltajes DC o AC. Dos resistencias en
serie hacen un divisor de voltaje. Esto es análogo a la energía potencial remanente de la
lluvia después de volver la mitad del camino de regreso al océano. En el ejemplo de la
bombilla de arriba, el voltaje a través de una de las dos bombillas en serie será el 50%
del total. En otras palabras, el voltaje estará reducido a 115 voltios AC. En la circuitería
electrónica DC es común reducir un voltaje para balancear un transistor o para controlar
el voltaje a través de una luz u otra aplicación. La mayor corriente requerida para el
punto de derivación más bajo de voltaje, más bajas las resistencias deben de ser para
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soportar la carga extra para el voltaje reducido. En el ejemplo de abajo 10 voltios AC
están divididos para producir 5 voltios AC. Este mismo divisor resistivo podría
igualmente dividir 10 voltios DC a 5 voltios DC. Verás pronto que hay otros modos de
hacer divisores de voltaje AC y el porque el raro valor de “530 ohmios” fue usado en
este dibujo.
Resistencias en paralelo
Cuando dos resistencias iguales son colocadas en paralelo, la resistencia vista por la
fuente de voltaje será la mitad tal como si hubiese una resistencia. Esto ocasiona doblar
la corriente que fluye. En el caso de las bombillas, cuando enciendes el doble de luces,
el caudal de corriente se dobla, todas las bombillas arden con igual luminosidad y tu
recibo eléctrico se dobla.
Cuando las resistencias paralelas son iguales en tamaño, la corriente que arrastrarán es
intuitivamente obvia. Esto es, cada resistencia recibe la misma corriente. Pero cuando
las resistencias en paralelo son todas diferentes, entonces necesitarás calcular la
resistencia equivalente usando la fórmula:
Resistencia equivalente = 1 / (1/R1 + 1/R2 + 1/R3 +… etc.)
La resistencia equivalente es la inversa de la suma de las inversas de las resistencias. Si
solo hay dos resistencias, entonces la fórmula es ligeramente menos torpe, pero si acaso
es más difícil de recordar:
Resistencia equivalente = R1 x R2 / (R1 + R2)
Por ejemplo, supón una bombilla de 50 vatios con una resistencia de 288 ohmios en
paralelo con una resistencia de 144 ohmios. La resistencia equivalente debería ser:
Resistencia equivalente = (288 ohmios x 144 ohmios) / (288 ohmios + 144 ohmios)
Resistencia = 96 ohmios
Baterías
Las baterías son análogas a los tanques de agua. Una batería realmente grande, como
una batería de simple célula usada en un submarino, puede tener una enorme capacidad
y puede ser capaz de suministrar cientos de amperios por horas. Pero a despecho de su
gran tamaño, solo puede ser capaz de suministrar dos voltios de presión eléctrica. En un
submarino puede haber un ciento o más de estas enormes células en serie para
suministrar 200 voltios a los motores eléctricos. En términos de analogía de tanques de
agua, una batería de bajo voltaje puede ser equivalente a un gran abrevadero de ganado,
si acaso 8 metros de ancho pero solo medio metro de profundidad.
Una batería de coche es la batería más grande que la mayoría de gente puede ver. Nota
que, para arrancar el coche en las frías mañanas, la batería debe entregar cientos de
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amperios en unos pocos segundos. Hace esto a través de GRANDES cables de hilo de
cobre. Estos son los cables eléctricos más gruesos bajo el capó. Si intentas usar cables
finos para esta carga, los cables podrían fundirse en segundos. ¿Cuánta potencia toma
arrancar tu coche en enero?
Potencia = 12 voltios x 200 amperios = 2400 vatios
O, Potencia = 12 voltios/746 vatios/hp = 3,2 caballos de potencia
En contraste, una batería normal alcalina de 9 voltios tiene 6 pequeñas células de 1,5
voltios en serie para un total de 9 voltios. Cada célula tiene una relación de salida de
aproximadamente ½ amperio (550 miliamperios) durante una hora. En términos de
potencia, es aproximadamente 4,5 vatios.
Potencia = 9 voltios x 0,55 amperios = 4,5 vatios
Nota que una pequeña batería con varias células en serie debería ser análoga a un tanque
de agua alto con poco volumen. Por ejemplo, supón que una bomba está puesta en el
fondo de uno de 30 metros. La tubería puede ser de solo 25 mm. de diámetro. Por ello
una tubería de 30 metros contendrá apenas 15 litros. Pero la presión en el fondo de la
tubería será enorme, 8,5 bares. En los sistemas municipales de agua el agua es
almacenada en grandes tanques encima de torres para proporcionar tanto presión de
agua como una gran reserva de potencial caudal de agua.
Los conductores eléctricos son comparables a agujeros pinchados en el tanque de agua.
Hilos finos tienen mayor resistencia que hilos gruesos hechos del mismo material.
Metales como el cobre y plata tienen tal inherente baja resistencia que esta diferencia no
es obvia. Pero en un conductor como el carbono, una tira gruesa de carbono tendrá
mucha menos resistencia que una fibra delgada de carbono como las fibras Edison
usadas en sus primeras bombillas comerciales.
Potencia eléctrica
¿Cuál es la potencia consumida por la bombilla? O más familiarmente, ¿cuál es el vataje
de la bombilla?
Potencia = voltios x corriente
Potencia = (230 voltios) X (0,4348 amperios) = 100 vatios
Otro modo para calcular la potencia que suele ser útil cuando no es conocido el voltaje:
Potencia = Resistencia X (Corriente)2
P = I2 x R
Sustituyendo el voltaje de arriba
Potencia = (corriente x resistencia) x corriente
Potencia = Resistencia X (Corriente)2
O, si solo tienes voltaje y resistencia,
Potencia = (Voltaje)2 / (Resistencia)
P = V2 / R
Por ejemplo, 100 vatios = (230 voltios)2 / 529 ohmios
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Condensadores
Los condensadores son dispositivos que almacenan carga eléctrica, igual que una
batería. Los condensadores están hechos habitualmente de dos placas paralelas de metal
conductor separadas la una de la otra por una fina capa de aislante. El aislante puede ser
aire, papel, plástico, mica o incluso el vacío. Cuando las dos placas están conectadas a
los polos de una batería, la carga se precipita dentro del condensador por medio de
cables. Ya que la carga positiva es atraída por la carga negativa, la carga se recoge en
las placas como si estuviese "intentando" saltar a través de la ranura. Ya que el voltaje
de la batería ha estabilizado el mismo voltaje uniformemente por las placas, la carga
recogida en las placas del condensador mantendrá ese voltaje, incluso después de que la
batería sea desconectada del condensador. La carga es mantenida en las placas por la
fuerza de atracción de la placa opuesta. Si un condensador cargado tiene un aislamiento
de alta calidad que no fugue carga por la ranura, el condensador almacenará energía en
forma de carga atrapada indefinidamente. Por ejemplo, condensadores grandes de bajo
voltaje son empleados algunas veces para mantener la memoria RAM de ordenadores
cuando el resto del ordenador está apagado. No obstante, con la actual tecnología los
condensadores son raramente serios rivales con las baterías electroquímicas como
fuentes de energía de larga duración.
En un condensador los electrones recogidos en las placas establecen un campo eléctrico
a lo largo de la ranura. Otro modo de ver un condensador cargado es que el campo
eléctrico a lo largo del aislante almacena energía, igual que un imán almacena energía
en el campo magnético dentro y alrededor del cuerpo del imán.
El voltaje a lo largo de un condensador no puede cambiar
instantáneamente
En electrónica, la propiedad simple más importante de los condensadores es que el
voltaje a lo largo de un condensador no puede cambiar instantáneamente. La
corriente fluyente dentro y fuera de un condensador puede cambiar inmediatamente,
pero el voltaje no puede cambiar hasta que haya sido almacenada más carga o la carga
haya sido eliminada. En otras palabras, la corriente puede fluir dentro y fuera de un
condensador antes de que su voltaje pueda cambiar. En contraste con un condensador, el
voltaje que cruza una resistencia y la corriente que fluye a través de ella son
proporcionales y cambian instantáneamente. Con resistencias, el voltaje y la corriente
están siempre estrictamente relacionadas por la ley de Ohm. La ley de Ohm trabaja con
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condensadores solo cuando el voltaje conductor es una onda senoide continua operando
a una frecuencia constante. Los condensadores son usados comúnmente en circuitos de
cuatro formas diferentes:
1. Almacenan energía por cortos periodos de tiempo.
2. Ya que el voltaje del condensador no puede cambiar instantáneamente, los
condensadores son usados para suavizar o regular voltajes y mantenerlos constantes.
Por ejemplo, las fuentes de alimentación de corriente directa (DC) usan grandes
condensadores para mantener la corriente directa a un voltaje constante.
3. Los condensadores son usados para separar las señales AC de las DC. Los
condensadores conducen corriente alterna de igual forma que las resistencias, pero
debido a su capa de aislamiento, los condensadores bloquean el flujo de corriente
directa.
4. Los condensadores son usados con inductores para formar circuitos resonantes. Los
circuitos resonantes condensador/inductor son el núcleo de la radiotecnología y será
discutido en detalle posteriormente.
Faradios
La capacidad de almacenamiento de los condensadores se llama "capacidad" y se mide
en FARADIOS. Un Faradio de capacidad es un condensador enorme. Aunque puedes
comprar tal cosa, el aislamiento entre placas generalmente es muy delgado y solo
tolerará bajo voltaje, normalmente solo unos pocos voltios. En la electrónica de audio
de baja frecuencia y fuentes de alimentación los condensadores usados normalmente se
miden en MICROFARADIOS, una millonésima de un Faradio.
Los microfaradios se escriben algunas veces como "µ Faradio" donde la letra griega µ es
la abreviatura de "micro". Por ejemplo un gran condensador de 10.000 microfaradios
puede estar etiquetado como "10.000 µF". Los condensadores almacenan carga
eléctrica, la cual es medida en CULOMBIOS. Un culombio de electrones son 6..242
billones de electrones. Una broma común en la práctica de laboratorio electrónico es
cargar un gran condensador, digamos de 10.000 microfaradios, a más de 20 voltios. El
condensador es entonces lanzado a un "amigo". ¡He, Pepe, cógelo! Pepe lo coge y
recibe una gran sacudida al descargarse por sus dedos. Un desfibrilador para restablecer
el ritmo cardiaco normal trabaja con este principio. Se carga un gran condensador a
aproximadamente 400 julios de energía – esto es, 400 vatios por segundo. Entonces se
descarga el condensador a través de grandes palas colocadas cruzando el pecho de la
víctima. Ser desfibrilado es una horrible sacudida y puede ser fatal si se aplica mal.
Nota que cualquier objeto conductor aislado de un segundo conductor por un aislador
comprende un condensador. Por ejemplo, tu cuerpo es como un objeto conductor. Si
estás calzando zapatos con suelas aislantes de goma y permaneces en un suelo metálico,
eres ahora un condensador con respecto al suelo. Tu capacidad corporal puede ser
típicamente de 50 picofaradios. Un picofaradio es una milésima de una milmillonésima
de un Faradio. Esto suena trivial, pero no lo es.
Si la humedad es baja y tu cuerpo se carga al arrastrar tus pies en la alfombra de lana, tu
cuerpo puede cargarse hasta un potencial de miles de voltios. Afortunadamente solo una
tenue cantidad de carga se recoge en tu cuerpo, normalmente bastante menos de 1
microculombio. De otro modo podrías electrocutarte en lugar de ser, simplemente,
sacudido cuando tocas un objeto metálico. Este fenómeno llega a ser importante cuando
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se manejan circuitos integrados y transistores. La descarga de la capacidad de tu cuerpo
en un chip puede arruinarlo instantáneamente. Pon siempre a tierra tu cuerpo antes de
tocar chips y transistores, especialmente chips hechos con transistores de efecto de
campo.
Los condensadores en paralelo se calculan como las resistencias en serie
Si están colocados dos condensadores en paralelo, la capacidad de almacenamiento del
par es la suma de los dos. Esto es fácil de visualizar. Si los condensadores son iguales,
entonces el tamaño de las placas paralelas se dobla mientras todo el resto permanece
igual.
Capacidad total = C1 + C2 + C3 +… etc.
Cuando los condensadores están en serie, el cálculo recuerda el de las resistencias en
paralelo. Los condensadores en serie tienen menos habilidad para almacenar carga, pero
ganan aislamiento extra y pueden aguantar mayor voltaje. La relación de voltaje de un
condensador se llama voltaje de trabajo o "WV".
Capacidad equivalente = 1/ (1/C1 + 1/C2 + 1/C3 +… etc.)
La corriente que fluye en un condensador momento a momento mientras se está
cargando puede ser calculada usando relaciones que están basadas en la ley de Ohm.
Desgraciadamente, para expresar una fórmula que trabaje en todos los casos de voltajes
cambiantes se requiere una ecuación diferencial. En general,
I = (dV/dt) / C
Donde t es tiempo y C = a la capacidad en faradios. "dV" significa "la diferencia de
voltaje" y "dt" significa la diferencia de tiempo.
La vida es demasiado corta para que los aficionados consigan ir demasiado lejos en los
cálculos a menos que te fascine. Afortunadamente raramente lo necesitamos. Hay casos
especiales en los cuales podemos hacer cálculos más simples para lograr lo que
queremos. Por ejemplo, desde el punto de vista de una corriente senoide AC, los
condensadores se ven como resistencias. Esto es, el condensador toma una cantidad
finita de tiempo para cargarse y descargarse. Por ello, cuando se aplica un voltaje
senoide a un condensador, la corriente que fluye dentro y fuera del condensador estará
limitada por cuanto voltaje ya está cargado en el condensador. En el otro extremo,
cuando la frecuencia es infinitamente alta, el condensador tiene resistencia equivalente a
cero "un corto circuito". En el extremo opuesto del espectro, para una corriente DC, el
condensador se ve como un circuito abierto. Esto es, tendrá resistencia infinita. Después
de todo, el condensador es solo un aislador separando dos conductores. Y si el voltaje
cargado no cambia con la edad, no habrá corriente fluyendo dentro y fuera del
condensador.
Reactancia capacitiva
A frecuencias entre cero e infinito un condensador resiste el flujo de corriente senoide
como si fuese una resistencia. Puedes calcular la resistencia equivalente o reactancia
capacitiva como sigue:
Reactancia en ohmios = 1 / [2π (frecuencia) (capacidad en faradios)]
Xc = 1 / (2 π f C)
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Donde π es "Pi" o 3,1416
Por ejemplo, la reactancia de un condensador de 5 µ faradios a 50 Hz es:
Xc = 1 / [2 π (50 Hz) (5 µ F) = 636 ohmios
Podemos usar esta propiedad como de resistencia para atenuar señales senoides o hacer
divisores de tensión. Por ejemplo, dos condensadores de 5 microfaradios en serie
pueden dividir el voltaje de una onda senoide a la mitad.
A diferencia de un divisor comparable hecho de resistencias de 636 ohmios, la energía
no puede ser disipada en los condensadores, así que no se calentarán y no malgastarán
energía.
Condensadores electrolíticos
Los condensadores mayores de 1 microfaradio son casi siempre condensadores
electrolíticos. En el divisor de arriba, los pequeños signos + sobre los símbolos de
condensadores significa que son condensadores electrolíticos. También significa que
cuando los cableas en un circuito debes cablearlos de modo que la marca + esté
orientada a la línea alta con la polaridad de cualquier voltaje DC medio que pueda ser
aplicado al condensador. En el ejemplo de arriba, la polaridad no debería ser problema
porque los condensadores solo están expuestos a voltaje AC. Un condensador
electrolítico consigue alta capacidad por medio de dos ardides: Primero, el aislante es
una capa de óxido bañada electroquímicamente en una lámina de metal de aluminio o
tántalo. La capa de óxido sirve como aislador y puede ser extremadamente delgada. La
capacidad es inversamente proporcional a la distancia de las placas, así que cuanto más
delgado el aislador, mayor la capacidad. Ya que el aislamiento está vinculado al metal,
no hay separación entre el metal y el aislante y el contacto es tan íntimo como es
posible. El segundo ardid es que, si bien un polo del condensador es la lámina metálica,
el otro polo es una solución electrolítica, un baño de sal. El fluido está en un
extremadamente íntimo contacto con el aislante, de modo que la ranura efectiva entre
los dos cuerpos conductivos es realmente fina, solo de unas pocas moléculas de espesor.
Los condensadores electrolíticos deben ser cableados con la polaridad correcta
Ahora las malas noticias: los condensadores electrolíticos están polarizados. En otras
palabras, deben estar orientados en el circuito de modo que un polo es siempre positivo
y el otro es siempre negativo. Si el electrolítico se cablea al revés, la capa aislante de
óxido será corroída por la corriente DC y el condensador se cortará. Cuando ocurre el
corto, normalmente el condensador desahoga una nube de olor asqueroso, o en caso de
condensadores de tántalo pueden incluso causar un fuego. Es extremadamente
excitante tener uno que se estropee en tu cara. Por ello haz siempre un esfuerzo extra
en asegurar que la polaridad es la correcta. Esto es especialmente vital en fuentes de
alimentación DC donde el condensador está siempre sujeto a la misma polaridad.
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Afortunadamente, en circuitos de baja potencias está bien si la polaridad es invertida
brevemente. Por ejemplo, si es usado un condensador electrolítico para excitar un
altavoz Hi-Fi de alta potencia, el voltaje de audio señal es tanto positivo como negativo
según pasa la señal de música. Pero cuando no hay sonido presente, el condensador
debe estar orientado, de modo que el voltaje DC local tenga la polaridad correcta por el
condensador. Hay también condensadores especiales llamados “electrolíticos no
polalrizados”. Están hechos de dos condensadores electrolíticos espalda con espalda.
Generalmente son más del doble de grandes de un condensador electrolítico polarizado
de la misma capacidad.
INDUCTORES
Los inductores son la función opuesta a los condensadores. Recuerda que el voltaje que
cruza un condensador no puede cambiar instantáneamente. De forma similar, la
corriente a través de un inductor no puede cambiar instantáneamente. Cuando los
electrones fluyen a través de un cable aparece un campo magnético en el espacio
alrededor del hilo. Esta energía flota en el espacio que rodea al hilo. Ya que la energía
es real, no aparece sin un costo. El precio pagado para establecer el campo es que la
energía debe ser empleada en el cable para “cargar” el campo magnético antes que los
electrones puedan pasar a través. Cuando la corriente comienza primeramente a fluir, el
cable parece como una “resistencia” durante un momento. Luego, después que ha sido
establecido el campo, esta seudo-resistencia cae a cero y la corriente directa fluye sin
impedimentos. Esta propiedad de los cables se llama “inductancia”. A cable más
grande, más inductancia tiene. La inductancia es medida en Henrios. Es llamada así por
Joseph Henry, un físico inglés que describió primeramente este fenómeno. En las
ecuaciones, la inductancia está representada por la letra “L”, lo cual no tiene mucho
sentido pero no quedaban muchas letras libres.
Diseño de inductor
El cuadro inferior muestra varias vueltas de hilo alrededor de un “inductor”. Una
bobina de hilo como ésta tiene más inductancia que la que se podría esperar de una
longitud recta del mismo hilo. Los campos magnéticos de cada vuelta se solapan y
recogen en el centro de la bobina.
49
A más vueltas en una bobina, más inductancia se genera. De hecho, la inductancia es
proporcional al cuadrado del número de vueltas. Por ello una bobina de siete vueltas
como una de las de arriba tiene 72 o 49 veces más inductancia que una simple vuelta
pueda tener. Nota que el campo magnético producido por esta bobina es un imán
genuino. De hecho, elevará ficheros de hierro. ¡Grandes electroimanes como éste son
usados en chatarrerías para elevar coches! A diferencia de un imán de nevera, este imán
puede activarse y desactivarse usando el interruptor.
Si quieres construir un gran electroimán del tipo de chatarrería, una bobina de núcleo de
aire como la de arriba no sería práctica. En el momento que hubieses arrollado
suficientes vueltas para generar un campo lo suficientemente fuerte para elevar un
coche, habrás necesitado kilómetros de hilo. Kilómetros de fino hilo tendría una enorme
resistencia eléctrica. Esta no es la clase de resistencia llamada “impedancia” o
“reactancia” sino solo la resistencia del cobre con el que se hacen los hilos normales.
Para empujar grandes corrientes a través de una alta resistencia se toma una fuente de
alimentación de alto voltaje y alta corriente. Si realmente hicieses eso, todas aquellas
vueltas de hilo fino empaquetadas juntas en una bobina deberían arder hasta quemar.
Como habíamos dicho arriba, potencia = corriente por voltaje. Una bobina de
resistencia alta estaría en peligro de derretirse ya que la energía disipada en ella sería
demasiado alta. Como demuestran los imanes permanentes, los campos magnéticos no
requieren consumo de potencia para nada una vez ha sido establecido el campo. Solo se
necesita una corriente para generar un campo magnético. En un imán permanente los
electrones orbitando alrededor del hierro u otros átomos magnéticos proporcionan la
corriente. No se necesita potencia externa para mantener esos electrones orbitando, de
modo que un imán permanente puede generar el campo permanente. En teoría, un hilo
superconductor puede arrollarse en un lazo cerrado para producir un imán permanente
teniendo una corriente circulante a través del lazo infinitamente sin pérdida para formar
un imán permanente. En la práctica, la inviabilidad de hilo superconductor a alta
temperatura, alta corriente, hace este sueño impráctico. En lugar de ello, el hierro
ordinario puede ser “renovado” para formar un imán incluso cuando no está cristalizado
con todos los átomos magnéticos alineados en la misma dirección. Los electroimanes
son construidos arrollando una bobina alrededor de una pieza de hierro.
La corriente a través de un inductor no puede cambiar instantáneamente
En electrónica, la propiedad simple más importante de los inductores es que la corriente
a través de un inductor no puede cambiar instantáneamente. El voltaje que cruza un
inductor puede cambiar inmediatamente pero la corriente no puede cambiar hasta que el
campo magnético que rodea el inductor ha sido aumentado o disminuido. Es decir, el
voltaje debe cambiar a través del inductor para forzar un cambio en la corriente y su
correspondiente campo magnético. En resumen, los inductores son lo opuesto a los
condensadores. Como con los condensadores, la ley de Ohm trabaja con los inductores
solo cuando el voltaje excitador es una onda senoide continua operando a una
frecuencia constante. Los inductores se usan comúnmente en circuitos electrónicos de
cuatro formas:
1. los inductores son usados para prolongar el flujo de corriente en una resistencia
y mantener la corriente constante. Esto previene oleadas de corrientes que
puedan de otro modo dañar otros componentes. Son usados en filtros de varias
clases para regular voltajes y corrientes.
50
2. los inductores generan campos magnéticos que atraen hierro y producen
movimiento. Consecuentemente, los inductores son un componente para relés,
solenoides y altavoces.
3. los inductores, como parte de transformadores o actuando solos, son usados para
cambiar niveles de voltaje
4. los inductores son usados con condensadores para formar circuitos resonantes.
Los circuitos resonantes condensador/inductor son el corazón de la radio
tecnología y serán discutidos posteriormente en detalle.
La inductancia es medida en Henrios
La unidad de inductancia es el Henrio. Un henrio es un inductor relativamente grande.
Un inductor tan grande casi siempre tiene un núcleo de hierro y suele ser usado en
aplicaciones de baja frecuencia como fuentes de alimentación. A frecuencias de radio
un microhenrio es una inductancia significativa. Como verás la mayoría de circuitos de
radio usan inductores en el rango de 1 a 100 microhenrios. La habilidad de manejo de
energía del inductor está clasificada en amperios. Por ejemplo, un pequeño inductor
puede tener el valor de 1 milihenrio a 100 miliamperios. Si pones más de 100 mA a
través de él, el cable puede quemarse o si tiene un núcleo de hierro, el hierro se puede
saturar y la inductancia caerá dramáticamente a mucho menos de su valor de 1 mH. Los
núcleos de hiero y la saturación se tratarán en más detalle brevemente.
Inductores en serie
Cuando la corriente pasa a través de dos o más inductores en serie, la inductancia total
será igual a la suma de los inductores. Cuando están colocados dos inductores iguales en
serie, la corriente que pasa a través se dobla con muchos obstáculos, el flujo de corriente
cargará los inductores a la mitad de rapidez pero doblará la energía del campo
magnético que será almacenada.
Para calcular la inductancia equivalente de varios inductores en serie, simplemente
suma las inductancias separadas.
Inductancia equivalente = L1 + L2 + L3 + L4 +… etc.
Inductores en paralelo
Cuando dos inductores iguales están en paralelo, la inductancia vista por el voltaje
fuente será la mitad de la que fuese un inductor. Esto origina que se doble la corriente
AC a fluir y la energía del campo magnético cambiará el doble de rápido y la mitad de
grande.
Cuando los inductores son iguales en tamaño, la corriente AC que sacarán en paralelo
obviamente es obvia. Pero cuando los inductores en paralelo tienen diferentes
inductancias entonces necesitarás calcular la inductancia equivalente usando la fórmula:
Inductancia equivalente = 1 / (1/L1 + 1/L2 + 1/L3 +… etc.)
Esto es, la resistencia equivalente es la inversa de la suma de las inversas de las
resistencias. Si solo hay dos resistencias, entonces la fórmula es ligeramente menos
enrevesada, pero si acaso más dura de recordar:
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Inductancia equivalente = L1 x L2 / (L1 + L2)
El cálculo del flujo de corriente senoide a través de los inductores y el voltaje que pasa
por ellos puede ser hecho usando la ley de Ohm. Desgraciadamente, como con los
condensadores, cuando la corriente no es una onda senoide constante, los cálculos son
complicados porque el flujo de corriente depende del tiempo. Para hacerlo
correctamente de un modo que trabaje bajo todas las circunstancias requiere una
ecuación diferencial específica
Voltaje (t) = L dl/dt
Donde t es tiempo y L = inductancia en Henrios. ¿Por qué “L”? La inductancia podría
haber sido “I” pero ya se entiende para corriente. Afortunadamente, los aficionados
raramente necesitan hacer estos cálculos. Sin embargo cuando la corriente cambiante es
una onda senoide, el voltaje o resistencia equivalente (reactancia inductiva) de un
inductor es fácil de calcular.
Reactancia inductiva
Desde el punto de vista de una onda senoide AC de corriente constante, los inductores
se ven como resistencias. En un extremo, si la frecuencia es infinitamente alta, la
resistencia AC equivalente es infinita. En el extremo opuesto del espectro, para una
corriente DC, el inductor se ve como una gran pieza de hilo de cobre. Dicho de otro
modo, para DC, un inductor perfecto tendría cero resistencia.
Para frecuencias entre cero e infinito, un inductor resiste el flujo de corriente senoide
como si fuese una resistencia. Puedes calcular la resistencia equivalente o reactancia
inductiva como sigue:
Reactancia en ohmios = 2 π (frecuencia) (inductancia en Henrios)
XL = 2 π f L
Por ejemplo, la reactancia de un inductor de 5 Henrios a 50 Hercios es:
XL = 2 π (50 Hz) (5 H) = 1.571 ohmios
Como los condensadores, los inductores pueden ser usados como resistencias para
atenuar corrientes o divisores de voltaje. Por ejemplo, dos inductores de 5 Henrios en
serie pueden dividir el voltaje de una onda senoide a la mitad. A diferencia de un divisor
comparable hecho de resistencias de 1.571 ohmios, virtualmente no debería ser disipada
energía en los inductores.
Si quieres una reactancia de 530 ohmios como los divisores de voltaje previos entonces
puedes resolver la inductancia comenzando con 530 ohmios. Como puedes ver,
reactancia más pequeña significa una inductancia más pequeña.
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530 ohmios = 2 π (50 Hz) (L), L = 1,7 Henrios.
Inductores con núcleo de hierro
Una barra de hierro colocada dentro de una bobina aumenta enormemente la inductancia
y la energía del campo magnético en tramos de magnitud. Esto es como se hacen los
electroimanes de alta fuerza. En el circuito divisor de arriba las líneas rayadas a
continuación de los símbolos de inductores significan que el inductor tiene un núcleo de
hierro. En la práctica, cualquier inductor más grande de 0,5 Henrios tendrá casi siempre
un núcleo de hierro para conseguir tan alta inductancia. Puede ser que si la oportunidad
de que la temperatura de los superconductores llegue a ser práctica, esto pueda cambiar.
Pero por ahora gran inductancia significa núcleo de hierro.
Transformadores
Los transformadores son dispositivos consistentes de dos o más inductores que
comparten el mismo campo magnético. Supón que dos bobinas están colocadas
próximas una a otra de modo que el campo magnético de una bobina pasa a través de la
otra: Un campo magnético cambiante acopla energía de una bobina a otra. Si
ponemos un voltímetro u osciloscopio a lo largo de la resistencia de la bobina
secundaria, veremos un voltaje saltando desde cero, luego desvaneciéndose
inmediatamente bajando a cero según el campo magnético en la bobina se estabiliza.
Una vez se establece un campo magnético estático en ambas bobinas, no habrá voltaje
pasando el arrollamiento secundario y resistencia.
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Transformadores con núcleo de hierro
La colocación de un núcleo de hierro dentro de un transformador aumenta ampliamente
la inductancia de los arrollamientos. Esto prolonga ampliamente la punta de voltaje
observado que pasa la bobina secundaria.
Desgraciadamente, el hierro ordinario no solo genera campos magnéticos, también es un
conductor de la electricidad. Como sabes, los arrollamientos de cobre son lazos de metal
conductivo. Mientras que el núcleo de hierro es una masa sólida de metal conductor.
Consecuentemente, el hierro actua como un manojo de lazos cerrados compitiendo con
los arrollamientos de cobre para el flujo de corriente. Como resultado un transformador
simple de hierro como el de arriba trabaja pobremente a menos que los cambios en la
corriente sean muy lentos. Esto es, en tanto los cambios se produzcan lentamente, como
activando manualmente un electroimán, entonces trabaja bien. Pero según el interruptor
se lanza más y más rápido, más y más energía es malgastada en las corrientes
circulantes dentro del hierro.
Una bobina de chispa de automóvil
Subdividiendo el núcleo de hierro en láminas verticales de hierro mejora el problema de
la circulación de corrientes. Esto fuerza a las corrientes a circular en pequeños lazos
delgados que no malgastan tanta energía. La figura directamente abajo muestra un
sistema de ignición simplificador para un automóvil. El interruptor en este caso son los
puntos de ruptura del distribuidor. En los coches modernos, el interruptor es realmente
un transistor, pero la función es la misma como en los antiguos distribuidores
mecánicos. Ya que el motor puede detonar muchas miles de veces por segundo, las
relaciones de cambio de las corrientes en el primario son justamente altas.
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El voltaje sube y la corriente baja
Una característica vital del transformador de encendido de un automóvil es que el
voltaje que cruza el secundario debe ser extremadamente alto. Sin el alto voltaje, la
chispa no saltaría por las bujías. El voltaje se eleva teniendo más vueltas en el
arrollamiento del secundario de las que hay en el primario. Un uso importante para
los transformadores es cambiar variación de voltaje (AC) subiendo o bajando por el
aumento o disminución del número de vueltas del secundario.
La potencia sale del secundario igual (casi) a la potencia que entra en el
arrollamiento primario
Un transformador transforma la relación de corriente a voltaje. En otras palabras, si el
voltaje se sube, la corriente en el secundario será bajada proporcionalmente. La potencia
de entrada y salida del transformador permanece la misma.
Potencia de entrada = (voltaje de entrada) x (corriente de entrada) = Potencia de salida =
(voltaje de salida) x (corriente de salida)
Generación de corrientes senoides
Un alternador es un dispositivo que genera corriente AC a baja frecuencia. Cómo
trabaja se discutirá en detalle brevemente. Pero por ahora vamos solo a usarlo para
entregar un voltaje AC al primario de un transformador. En contraste con un simple
interruptor y batería, el alternador genera corriente senoide alterna. Cuando la onda del
alternador es alimentada en el arrollamiento primario de un transformador, el
arrollamiento secundario tendrá una onda senoide continua en él, justo como el
primario. El voltaje que aparece cruzando el secundario será proporcional a la relación
de vueltas en el primario y secundario. Por ejemplo, como se trazó abajo, hay el doble
de vueltas en el secundario que en el primario. Por ello el voltaje secundario será el
doble de alto que el voltaje primario. De igual modo, la corriente secundaria será la
mitad de grande de la corriente primaria.
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Los toroidales son transformadores de núcleo de lazo cerrado
La mejor eficacia de acoplamiento se logra cuando el campo magnético está confinado
en el núcleo de hierro y no se le permite rellenar el espacio alrededor del transformador.
También, la cantidad de inductancia por vuelta de hilo que puede lograrse es la mayor
cuando el núcleo de hierro es un lazo cerrado. En el esquema de abajo, las delgadas
placas de hierro como rosquillas que hacen el núcleo están apiladas saliendo del
observador y por ello no se muestran.
Distribución de energía doméstica (en USA)
La energía eléctrica llega a nuestros hogares en una forma de corriente alterna de 240
voltios en tres hilos. Esta fuente de alimentación está referenciada a tierra. El punto de
referencia no está en uno de los dos hilos vivos, pero está localizado a tierra a medio
camino en voltaje entre los dos cables vivos. Usamos los dos hilos de 240 voltios AC
para nuestras cocinas eléctricas y secadoras.
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Sin embargo, la mayoría de nuestras luces y utensilios son alimentados con 120 voltios
AC. Este voltaje se obtiene por derivación entre uno de los hilos “calientes” de 240
voltios y tierra. En tu caja de disyuntores encontrarás dos “barras de contacto” que son
los terminales de 240 voltios. Otro contacto en el medio es el terminal de tierra. Los
disyuntores grandes de 240 voltios grapan en los terminales exteriores. Los disyuntores
más pequeños de 120 voltios abrazan los raíles central de tierra y uno de los dos de 240
voltios. Hábil, ¿eh? Ahora puedes conseguir dos voltajes diferentes desde los dos cables
de 240 voltios AC. La energía eléctrica llega a nuestros barrios a muy altos voltajes,
4.400 voltios o más. Grandes transformadores en las callejas convierten esta potencia
bajándola a 240 voltios para varias casas del barrio. Estos transformadores reductores
son aquellos grandes bidones negros en lo alto de los postes eléctricos. ¿Por qué no
generar simplemente electricidad en la planta energética a 240 voltios AC? Porque el
hilo de cobre tiene una resistencia significativa. Si altas corrientes viajan a través de
kilómetros de cable, la energía será disipada en el cobre en lugar de ser entregada a los
clientes. Usando voltajes AC muy altos, la alta potencia puede ser entregada con
pequeñas corrientes y bajas pérdidas. Para largas líneas eléctricas cruzando el país el
voltaje AC normalmente es de cientos de miles de voltios.
Transformadores de baja frecuencia en el hogar
Los transformadores de la línea eléctrica de 230 voltios 50 Hz son comunes alrededor
de la casa. La mayoría de utensilios que contienen electrónica tienen un transformador
para bajar el nivel de voltaje a 12 voltios o menos. El transformador de hierro de lazo
cerrado de arriba es el diseño básico. Normalmente los arrollamientos están colocados
uno arriba del otro más que a lados opuestos de la rosquilla. También, hay normalmente
dos agujeros en la “rosquilla” con los devanados de las bobinas en el poste central entre
los dos agujeros. La seguridad es una ventaja importante de los transformadores. Los
transformadores se suelen usar para aislar voltajes AC de tierra. Por ejemplo, si la
corriente de entrada en el primario está referenciada a tierra, los dos hilos del secundario
solo estarán referenciados el uno con el otro. Bueno, de acuerdo. Dependiendo del
diseño del transformador, puede haber tanto como un miliamperio de corriente de fuga
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si uno de los hilos está tocando a tierra. En un transformador bien diseñado, la fuga
puede ser solo de unos pocos microamperios. Pero para todo propósito práctico, el
voltaje AC en el secundario no está relacionado a tierra. Como probablemente estarás
enterado, nuestra línea de voltaje AC doméstica está referenciada a tierra. La tierra es
literalmente la tierra húmeda de tu jardín. Esto significa que si agarras una tubería de
agua puesta a tierra con una mano e introduces un dedo en un enchufe con la otra,
pasará una gran corriente a través de tu cuerpo y experimentarás una electrocución.
Esto debe ser evitado a menos que estés cansado de vivir. Los radioaficionados tenemos
muchas oportunidades de ser sacudidos, quemados o matados por alto voltaje. Pero en
la práctica, probablemente el accidente serio más común para los aficionados es la caída
de tejados y altas torres. Debemos ser más conscientes de la seguridad que los
ciudadanos normales. Los transformadores aislados son solo un modo para que los
aficionados tengamos menos accidentes.
Comparados con
“imperfectos”
los
condensadores,
los
inductores
son
relativamente
En electrónica los condensadores son usados más que los inductores. Una razón es que
los inductores son más caros que los condensadores. Es arduo para una máquina arrollar
hilos alrededor de diminutos núcleos, especialmente un núcleo de lazo cerrado. Otro
problema con los inductores es que deben ser usadas longitudes significantes de hilo de
cobre para construirlos. Este hilo inevitablemente tiene una resistencia significativa.
Esto significa que todo inductor tiene realmente dos componentes: un inductor y una
resistencia indeseada. En contra, los condensadores, especialmente los condensadores
pequeños, se pueden aproximar a la perfección. Los condensadores esencialmente no
tienen resistencia ni inductancia y sus propiedades son constantes sobre su rango
operativo.
Las otras limitaciones de los inductores son las limitaciones de los núcleos de hierro.
Como se apuntó anteriormente, las corrientes circulantes en el hierro disipan energía.
Esta pérdida aparece como un calentamiento del núcleo de hierro y malgasta energía
como si hubiese alguna resistencia en serie con el inductor.
Saturación del inductor
Al fluir la corriente a través de los arrollamientos, el campo magnético “recluta” los
campos magnéticos de los átomos de hierro para generar un campo magnético mucho
mayor del que podría generar la bobina por sí. Esto trabaja bien hasta que todo el hierro
ha sido reclutado. En este punto el hierro se “satura” y la bobina abruptamente ya no es
capaz de de generar más campo magnético que sus propios arrollamientos de cobre
pueden producir. Como resultado, los inductores de núcleo de hierro tienen un limitado
rango operativo. Inductores diminutos hechos de hilo extremadamente fino arrollado en
núcleos de hierro del tamaño de una pasa pueden tener inductancias imprevistas. La
desventaja oculta es que estas diminutas bobinas se saturan casi inmediatamente y la
inductancia solo es válida a esencialmente corriente cero. ¡No es necesario decir que
componentes como éste tienen utilidades limitadas! Bobinas pequeñas de bajas
inductancias con hilo grueso y sin núcleo de hierro están más cerca a los inductores
perfectos, pero sin el hierro, los campos magnéticos rodean las bobinas. Estos campos
extraviados inducen corrientes en componentes cercanos. De nuevo, si un inductor
acopla señales no deseadas en circuitos vecinos no es un componente ideal.
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Histéresis del núcleo del inductor
Otro problema con el hierro es la histéresis. Cuando la corriente en la bobina cesa, algo
del magnetismo perdura en el hierro. Entonces, cuando el hierro es magnetizado en la
polaridad opuesta, la energía debe ser empleada primero en restaurar el magnetismo a
cero antes de ser magnetizado en la nueva dirección. Otra vez, esto es un gran desvío de
un componente ideal.
Inductores para frecuencias de radio
Los inductores y transformadores son vitales para los circuitos de radio. En los circuitos
de radio las corrientes AC alternan no a 50 Hz o a miles de Hz, sino a millones de Hz.
Los principios son idénticos a los explicados arriba, pero hay diferencias que pueden
sorprenderte. Primero, en general, a más energía deba manejar un inductor o
transformador, mayor debe ser éste. No obstante, el tamaño de un inductor determinado
varía con la frecuencia. A bajas frecuencias, como 50 Hz, un transformador es
comparable a achicar agua con un gran cubo. Ya que solo entrega agua 50 veces por
segundo, el cubo debe ser grande para entregar un montón de agua. Ahora supón que el
mismo agua es entregado con dedales en lugar de cubos. Si los dedales son llenados y
vaciados millones de veces por segundo, se podría entregar la misma cantidad de agua
como los cubos. De modo que a altas frecuencias la potencia alta puede ser
gobernada por transformadores diminutos.
Núcleos de polvo de hierro
Desgraciadamente, muchos problemas de transformadores son acentuados con altas
frecuencias. Por ejemplo, no hay suficiente largo para construir transformadores de
núcleo de hierro con láminas de acero. Para altas frecuencias de radio el hierro debe
estar puesto a tierra en un fino polvo y dispersado en cerámica. Hay dos clases de
núcleos de polvo de hierro usados a altas frecuencias. Los núcleos de polvo de hierro
ordinarios tienen un alto porcentaje de cerámica y relativamente poco hierro. Esto
asegura bajas pérdidas en los núcleos y previene la abrupta saturación a picos altos de
nivel de corriente. Las ferritas son un tipo sofisticado de núcleo de polvo de hierro que
se parece mucho al vidrio negro pero tiene más hierro y mucho menos contenido de
cerámica. A despecho de tener poca cerámica en la mezcla, las ferritas gobiernan aislar
los granos vecinos de hierro unos de otros. Con ferritas pueden ser usadas inductancias
mucho mayores a frecuencias de radio que de otro modo no serían prácticas.
Las ferritas y núcleos de polvo de hierro normalmente son en forma de toroides, anillos
en forma de rosquilla. Este es el modo moderno para construir inductancias y
transformadores de radio frecuencia. A frecuencias inferiores las ferritas suelen estar
formadas en “núcleos de pote” que encierran y apantallan totalmente un inductor con
ferrita. Esto confina casi totalmente los campos magnéticos de modo que no pueden
interferir con los circuitos vecinos.
Ondas senoides – “Pura corriente alterna”
El origen de la corriente senoide AC doméstica es un gigante alternador fuera de tu
planta local de energía. Los alternadores son una clase de generador AC que pueden ser
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imaginados como un transformador modificado en el cual uno de los arrollamientos es
rotado mecánicamente por un motor u otra fuente de energía mecánica. Un alternador
produce una salida de onda senoide pura simplemente por la rotación natural de eje de
entrada. El “estator” es la parte estática del alternador. Consiste de un marco de hierro
que rodea el eje de rotación. El estator tiene un par de bobinas montadas en lados
opuestos de la cámara. Estas bobinas están enganchadas en serie de modo que los
voltajes generados en cualquier momento son sumadas juntas.
El rotor es la parte central que rota. Como se dibuja aquí, el rotor consiste de una simple
barra de imán. Realmente, el rotor es normalmente un electroimán, pero estoy
intentando mantenerlo simplificado. Según los polos norte y sur del imán barren al
pasar las bobinas, éstas generan voltajes de polaridad opuesta. Esto es, el voltaje
negativo aparece en el terminal inferior mientras el voltaje positivo aparece en el
terminal superior. Cuando el rotor gira a la alineación opuesta, la polaridad del voltaje
se invierte. La onda senoide viene del ángulo cambiante del imán con respecto a las
bobinas del estator. Para expresarlo en términos matemáticos, la salida de voltaje es
igual al seno del ángulo más 90 grados.
Voltaje a un momento dado = (Pico de voltaje) Seno (Ángulo +90º)
Debido al desplazamiento de 90º, esta forma de onda realmente es una onda coseno,
pero nadie la llama así. Cuando se ve abstractamente, los alternadores recuerdan mucho
los trasformadores AC como se describió arriba. Aunque hay una pequeña ranura de
aire entre el rotor y el estator de hierro, el campo magnético viaja esencialmente en un
lazo cerrado. El rotor es análogo al arrollamiento primario. En lugar de energía llegando
por los hilos, la energía entra en el sistema mecánicamente. El movimiento del campo
magnético crea la onda senoide según crece al pasar por las bobinas del estator.
Alternadores de automóvil
Muchos alternadores, como el de tu coche, son más complicados. Tienen tres juegos de
arrollamientos de estator apretujados en el mismo marco. Estos tres arrollamientos
generan tres ondas senoides separadas fuera de fase. En tu coche estas tres salidas son
rectificadas (convertidas a DC) por diodos semiconductores para producir 12 voltios
DC. (Describiremos los diodos en el capítulo 4). La DC es usada entonces para cargar la
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batería del coche. Los rotores de alternadores casi siempre están hechos de
electroimanes. Están alimentados por “aros deslizantes” que ocasionan corriente DC
desde fuera al movimiento del rotor. El uso de un electroimán para un rotor permite que
el voltaje de salida del generador sea controlado variando la fuerza de la corriente que
mantiene el campo magnético. Así es como el regulador de voltaje de tu coche mantiene
la batería cargada pero no la sobrecarga.
Un voltaje senoide de un alternador obviamente tiene solo una frecuencia porque el eje
de entrada solo puede girar a una velocidad, y debido al modo directo en que se genera
la forma de onda, la onda senoide es tan natural como la fórmula matemática que la
expresa. En contraste, la electrónica digital moderna suele generar ondas senoides
“artificiales” reproduciendo voltajes dictados por una serie de números que representan
una onda senoide. El producto final es una forma compleja de onda “en escalera” que
recuerda una onda senoide.
Ondas senoides de RF
En la tecnología de radio las ondas senoides naturales son universales en todo circuito.
Por ejemplo, los voltajes en antenas de transmisión o recepción son ondas senoides. Los
voltajes AC de radio frecuencia se llaman “voltajes RF”. Son generados por osciladores
a transistor como ondas senoides puras. Pero a diferencia de la salida de un alternador,
en los circuitos de radio suele haber múltiples ondas senoides corriendo en el mismo
cable. Por ejemplo, una antena de recepción porta ondas senoides de TODAS las
diferentes ondas de radio que la golpean. Mucha de la tecnología de radio trata los
modos de seleccionar y filtrar una onda de entre una pandilla de ondas senoides.
Hasta ahora nos hemos introducido en la teoría eléctrica de baja frecuencia. Las
frecuencias de radio son la misma cosa, pero como hemos visto, diferentes aspectos de
la teoría llegan a ser más importantes según aumenta la frecuencia. En el siguiente
capítulo pondremos las bases de un laboratorio de radio y estaremos listos para construir
radios.
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(página en blanco)
62
Capítulo 3
PREPARANDO EL TALLER DE ELECTRÓNICA
La investigación y el desarrollo tomado como pasatiempo
Construir un transceptor de radio a nivel de componentes, es realmente un acto de
investigación y desarrollo. ¡Por eso resulta divertido! Lógicamente es más fácil que
desarrollar proyectos nunca diseñados, pero concretar los detalles resultará duro, y al
final estarás completamente satisfecho. Cuando lo tengas acabado, podrás
“fanfarronear” sobre tu equipo, con los colegas de radio. Si llegado el momento tuvieras
una estación de radio 100% autoconstruida te sentirás como alguien único entre otros
radioaficionados.
Puedes aprender como llegar a hacer I+D estudiando los métodos de los grandes
inventores. En América, sin duda, se nombra a Edison, como el más famoso de los
inventores a lo largo de la historia. Él no está directamente relacionado con la invención
de la radio, pero desarrolló muchos de los componentes usados en las radios del siglo
XX. Asimismo muchas de las técnicas para el desarrollo de esos componentes fueron
previamente desarrolladas en los laboratorios de Edison. Edison fabricó los primeros
detectores de diodo de tubo de vacío, el altavoz, y el triodo de tubo de vacío, pero nunca
fueron aplicados por él a la radio. Edison es mundialmente conocido debido a un buen
montón de sus más importantes inventos. Sin embargo, la mayor contribución de Edison
fueron sus métodos de investigación.
Persistencia
Un periodista preguntó a Edison porqué él obtenía a menudo resultados en el
perfeccionamiento de sus inventos, cuando otros experimentadores que comenzaban
sobre la misma línea, nunca llegaban a materializar un dispositivo a nivel práctico.
Edison contestó: -“Muchos inventores tienen una buena idea, e intentan una o dos
versiones prácticas de su concepto. Cuando no funciona, enseguida se muestran
“desangelados” y abandonan. La diferencia, es que yo nunca abandono.”Intentarlo todo y tomar notas minuciosas
La más conocida historia acerca de la persistencia de Edison, fue su legendaria
búsqueda del material idóneo para los filamentos de la bombilla incandescente.
Edison fue preguntado sobre si estaba desanimado por sus errores para encontrar un
material apto, después de intentar cientos de substancias. Contestó que no había habido
errores, sino que ahora conocía cientos de materiales que no funcionaban.
El corolario del método de Edison, es que es esencial escribirlo todo al detalle. No es
divertido escribir los detalles de los experimentos que no funcionan, pero quizás un año
después, cualquiera que revise tus notas puede contarte esa sensación de haber vivido
antes un experimento a medias, solo encontrando entre tus notas, lo que has intentado
con anterioridad.
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En el momento que descubras el “quid” de la cuestión, te parecerá tan profundo que
creerás que jamás podrás olvidarlo. ¡No señor! Aunque tu memoria sea mucho mejor
que la mía, meses después sobre un viejo libro de notas de laboratorio podrás revivir
todo lo escrito allí, casi igual que en el momento de escribirlo.
Trastos viejos
Edison fue preguntado acerca de que es lo que necesita un tipo corriente para llegar a
ser un inventor. Él contestó: -“lo primero que necesitas, es un gran montón de trastos.
No te puedes permitir el lujo de tirar tiempo y dinero, en ir a la tienda cada vez que
necesites algo. A menudo el montón de trastos, te proveerá las piezas para intentar sacar
una idea adelante. Si encargas piezas a cientos o miles de kilómetros de distancia,
derrocharas semanas hasta cerciorarte que tu idea no funcionaba.”
Localiza el problema y modifícalo
Un invento complejo como la bombilla incandescente, consta de varias partes. Las
bombillas a simple vista parecen sencillas, pero ¿Qué tipo de cristal puede aguantar el
calor que produce el filamento? ¿Qué tipo de material es el más adecuado para la
construcción del filamento? ¿Cuál debería ser la resistencia del filamento, para ser
compatible con la corriente de la red eléctrica? ¿De que forma varía la resistencia del
filamento, en función de la temperatura que alcanza? ¿Cuál es el compromiso más
adecuado entre tiempo de vida útil, e intensidad de luz? ¿Cuánto vacío es necesario, y
como producirlo? Una vez sacado el aire de la ampolla. ¿Cómo sellarla? Las
respuestas a todas estas preguntas y a alguna más, debieron ser contestadas antes de que
Edison pudiera construir una bombilla de forma práctica, y que funcionara
aceptablemente.
¿Habéis visto la película Gizmo? Gizmo, es una recopilación de pequeños “cortos”
sobre inventores de principios del siglo XX, mostrando sus invenciones por vez
primera. Resulta muy cómico ver una y otra vez como los inventores comenten los
mismos errores. Cogen ideas en muchas ocasiones solo “de palabra”, y luego
construyen un prototipo pulido, y de buen acabado, sin comprobar cada una de las
piezas. Hacen la primera demostración de su aeroplano, barco a reacción, etc. delante
de una cámara de cine. En algunos casos hasta habían llamado a la prensa. A buen
seguro, que así cualquier fracaso sería mucho más humillante.
Mi invento –relativamente reciente- favorito, fue el avión de McCready, a base de
“tracción humana”. En 1965, un patrocinador inglés llamado Cramer, ofreció un premio
de ¡¡100.000 dólares!!!, al primer sujeto que pudiera volar sobre un obstáculo de unos 6
metros de altura, continuara trazando una trayectoria de cerca de 500 metros, para
después volver volando sobre esa misma trayectoria, y acabar sobrevolando el primer
obstáculo de 6 metros de altura nuevamente. El aeroplano debería estar accionado
solamente por la fuerza de los músculos de su piloto. Durante cerca de 20 años, mucha
gente inteligente intentó construir un aeroplano accionado a pedales. Una y otra vez,
cometían el mismo error. Trabajaban durante meses construyendo bonitos aeroplanos,
hechos a mano con madera de balsa. Luego en el primer vuelo, el avión se estrellaba
haciéndose añicos, con su consiguiente reparación. Después de dos o tres intentonas de
vuelo, sus constructores, habían gastado meses, e incluso años, y habían agotado su
dinero y su entusiasmo.
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Sin embargo McCready diseñó su aparato a base de tubos de aluminio, cables, cinta
adhesiva y mylar. Diseñó su avión para que volara, se estrellara, y pudiera ser corregido
y reparado con facilidad. Él voló su avión una o dos veces al día, corrigiendo los
defectos que le iban surgiendo, hasta que estuvo en la línea correcta. Además se aseguró
que no hubiera cámaras alrededor, mientras probaba y trabajaba.
Construye para funcionar nunca para embellecer
Primero y ante todo, tu equipo deberá funcionar bien. Es normal sentirse un poco
avergonzado por su tosca apariencia “casera”. ¡De ningún modo! Los equipos de
radioaficionado de tipo comercial, han sido diseñados y re-diseñados varias veces antes
de que los pudieras ver tú por primera vez. Más aún, los equipos comerciales van
provistos de “displays”, cajas, radiadores, y a veces hasta circuitos integrados hechos
“ex profeso”. Tú no puedes competir con su aspecto, además ni lo intentes. Así que ten
orgullo de tu “tosco” prototipo.
Cuando ves diseños de equipos auto construidos en el ARRL handbook o en revistas
especializadas, suelen ser bastante atractivos. Pero si lees cuidadosamente el artículo, te
encontrarás con que la unidad que muestra la fotografía suele ser la número 5, o quizás
la que hace 100. Probablemente no tengas tiempo de construir y volver a construir tu
unidad cinco veces, hasta encontrarla atractiva. Por otro lado, si intentas copiar uno de
esos diseños, tropezarás con que has de usar exactamente los mismos componentes que
el autor utilizó, y a menudo eso no es posible, con lo cual te obligas a comprar un
circuito impreso, ya diseñado, quizás piezas en “kit” procedentes de algún fabricante. Si
intentases cambiar componentes, no podrías garantizar su correcto funcionamiento.
Busca chicos “puestos” para que te ayuden
Esta parcela de sabiduría de Edison, puede ser de uso limitado, para los más elementales
radioaficionados, pero puede resultar interesante. Edison fue el primer tipo que
“estructuró” el proceso de I+D. Una vez adquirió respaldo financiero, contrató un
equipo humano, para desarrollar sus proyectos. No intentó hacerlo todo él. La cantidad
de inventos de Edison, pueden explicarse por el número del personal competente, que
trabajaba para él. Edison y su laboratorio, estaba acreditado con inventos que
representaban la experiencia de docenas de personas. Incluso para un compañero que
trabaja día y noche, hay límites, sobre lo que este tipo puede llegar a hacer. Si tú eres
una persona autodidacta, es importante que te auto limites a proyectos que puedas
realizar. Asegúrate de usar libros para encontrar trabajos previos sobre proyectos
parecidos. Aunque los auténticos “radiopitas” cacharreros son un raro espécimen, el
cacharreo es realmente divertido si sabes encontrar a alguien con quien compartir
triunfos y problemas.
Suponer lo menos posible
Edison buscó chicos con una correcta actitud acerca del I+D. Muchos aprendices tienen
un gran don para salir airosos en las entrevistas, pero con demasiada palabrería poco
útil. Uno de los trucos de Edison fue llevar a posibles empleados, a comer antes de
contratarlos. Si ponían sal o pimienta en su comida, sin probarla primero, entonces
entraban en un gran conflicto con él. El método de selección de Edison, era
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probablemente extremo, pero ilustra una regla cardinal sobre investigación. Nunca
asumas un proyecto sin datos fiables para corroborar tu suposición o idea inicial.
Por ejemplo: Yo supuse durante veinte años, que la resistencia en serie con el emisor de
un transistor era importante para estabilizarlo térmicamente en un amplificador de
radiofrecuencia. Así pues, yo pensaba que cualquier resistencia colocada en el emisor,
inevitablemente reduciría la señal de salida en esa etapa. En otras palabras, pensaba que
estabilidad y ganancia estaban sujetas a una relación de compromiso. Recientemente me
tomé tiempo para probar distintos valores de resistencias dentro de un amplio margen de
valores. Quedé asombrado tras comprobar que la máxima salida no se producía a cero
ohmios, sino a un peculiar valor sobre los 300 ohmios en mi amplificador en concreto.
Cuando realices experimentos como este, anota todos los detalles. Los querrás tener a
mano en un futuro.
Muchos inventos resultaron fallidos por suponer cosas que han supuesto límites
insalvables. Por ejemplo: Los que han intentado perfeccionar las armas de fuego, han
estado limitados durante siglos, por el concepto de que las armas de fuego debían de ser
disparadas por percutores de chispa. Si consideramos las dificultades para desarrollar
rifles basándose en percutores de chispa, que resulten resistentes al agua, rápidos en el
disparo, rápidos en la recarga, no es de extrañar que las armas de fuego permaneciesen
inalterables durante 250 años. ¡Se hubieran podido salvar millones de vidas, de haber
persistido esta fijación en el empleo de los percutores de chispa! En definitiva, una
estrechez de miras en el campo de la investigación, no es necesariamente mala, para la
sociedad, pero a buen seguro que restringirá notablemente la innovación.
La genialidad de ir probando
Algo mágico ocurre, siempre que te sientas ante tu mesa de trabajo en el taller, e
intentas hacer algo. Puedes pensar una y otra vez acerca del problema en tus ratos libres
durante semanas, pero cuando estás cara a cara con el proyecto en la mesa del taller, las
ideas surgen en tu cabeza como por arte de magia. Debido a esto, mucha gente –como
Edison por ejemplo- fueron bien conocidos por trabajar sin descanso durante día y
noche. Una vez se adquiere la inercia del trabajo, resulta un desperdicio parar. Aparte de
que no podrás recordar todos y cada uno de los detalles cuando vuelvas a
reemprenderlo, horas, días, o incluso semanas después.
En relación con las patentes, trabajo con el abogado Robert E. Harris, el cual siempre
pospone todo hasta el último minuto. Yo bromeo con él acerca de esta falta de
diligencia. Él con el semblante serio, me da como explicación de lo ocurrido alguna
contestación como esta: “Lo hice intencionadamente” –Dice Bob- “Me di cuenta que en
materia de presentar una solicitud de patente, necesito una concentración completa y
nada me estimula mejor para eso, que acercarme al final del plazo de presentación” Para
registrar una buena patente, debo tener todos los inventos previos en mi cabeza al
mismo tiempo. Si solamente los tengo unas pocas horas, para días siguientes habré
perdido detalles importantes.
“Por ejemplo supongamos que la solicitud de patente de Jones numero 14 eclipsa
parcialmente la solicitud 12 propuesta por nosotros. Pero lo esencial del trabajo de
Jones estuvo ya cubierta por la de Smit, cuya patente expiró recientemente. Así pues la
solicitud de Jones está ya invalidada, y no debería ser aceptada a trámite. Y la parte
original de nuestra solicitud numero 12 ahora vuelve a ser valida, porque nuestra
solicitud es anterior, con lo cual lo que antes interfería con la solicitud de Jones, ya no
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lo hace. Por esta razón el día anterior a la terminación del plazo, me recluyo y trabajo
durante toda la noche, si es necesario”
Haz algo distinto cuanto te atasques
Desgraciadamente, el trabajo sin descanso te hace ir a paso de tortuga cuando no tienes
mas ideas significativas que intentar. Durante el tiempo que te mantengas sentado frente
al problema estarás cerrado a solo pequeñas variaciones que intentar, así que las horas
pasaran, y te encontrarás cada vez más cansado, y tus ideas se irán volviendo menos y
menos creativas. Para escapar de este laberinto, levanta de la mesa de trabajo y haz otra
cosa. Date un paseo, o toma una ducha, ve a casa, etc. Cuando no estás frente al trabajo,
no podrás hacer nada con tus manos. Mientras te mantengas concentrado en torno al
problema, tu cabeza continuará trabajando sobre el asunto incluso mucho después de
dejar la mesa de trabajo. Como no puedes intentar realizar más pequeñas
modificaciones sin verdadera inspiración, tu mente correrá por derroteros más
profundos, y te encontrarás con que estarás pensando de un modo serio en conceptos
radicalmente nuevos.
Por ejemplo, cuando Edison estaba buscando un material para el filamento de su
bombilla incandescente, se atascó en la idea de usar un filamento de metal inerte. Un
metal inerte, no podría reaccionar con el oxigeno, o los gases residuales, que se
encontraran dentro de la ampolla. Si Edison hubiera aplicado su teoría del “pruébalo
todo” hubiera probado todos los metales conocidos, incluido el tungsteno, que es el
metal con el que actualmente se realizan los filamentos. Pero hay que pensar que quizás
el tungsteno no estaba disponible hace 120 años.
Edison se empecino particularmente en el platino como material del filamento. Si, era
caro, pero parecía trabajar muy bien y daba una brillante luz blanco-amarillenta durante
unas cuantas horas. Desgraciadamente al final la sección del hilo de platino se volvía
más delgada, y de repente se fundía estropeando así pues la bombilla. Un problema
añadido lo suponía la baja resistencia del platino, que le obligaba a utilizar un largo y
fino hilo, para poder hacer el filamento compatible a la fuente de 100 voltios que estaba
utilizando.
Edison y su equipo, cayó en la cuenta de que, si pudieran detectar el repentino aumento
de resistencia del filamento al comienzo de la fusión, podrían bajar la corriente, y así
mantener el filamento intacto. En teoría un regulador de corriente en función de la
temperatura podría permitir a la bombilla lucir indefinidamente y además hacerla
inmune a los aumentos de tensión de la red. Así que el equipo dedicó un gran esfuerzo a
desarrollar el regulador, pero éste no llegó a funcionar satisfactoriamente. Finalmente
un día mientras estaba lejos del trabajo Edison pensó en reconsiderar la idea general de
utilizar un metal como material para el filamento. Del metal volvió a los filamentos de
carbón. El carbón era barato, tiene una resistencia inherente alta, y además no se funde.
El carbón le proporcionó una respuesta práctica que pudiese utilizar, y al final empleó
para sus primeras bombillas comerciales, filamentos de hilos de algodón carbonizados.
Desarrollando tu propio laboratorio básico de electrónica
Antes de que puedas construir equipamiento de radioaficionado, necesitarás algunas
herramientas y materiales básicos. Date cuenta, que además de los libros necesitarás dos
tipos de herramientas, unas para un uso intensivo, y otras para usos más delicados o de
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precisión. Si usas herramientas demasiado frágiles para todo, puedes estropear la
herramienta. Si por el contrario usas herramientas demasiado grandes y poco adecuadas,
puedes estropear el proyecto. La lista que se expone a continuación es incompleta, pero
te ayudara a orientarte para comenzar
1. Compra un manual de la ARRL
Un aficionado a este hobby, no puede permitirse el lujo de contratar todo un equipo de
empleados y asesores, pero puede pedir consejo a compañeros que hayan hecho esto
mismo antes que él. La primera inversión que un nuevo radioaficionado debería hacer es
un ejemplar del manual ARRL para el radioaficionado. Estos manuales son tan grandes
como una guía de teléfonos. Son publicados todos los años, y la última edición contiene
todo lo necesario para que entiendas toda la amplitud de nuestro hobby. También te
proveerá de un buen manual de consulta sobre principios de electricidad básica, y
muchas descripciones detalladas sobre construcción de proyectos “hágalo usted mismo”
Si, el manual de la foto de arriba esta caducado. Sin embargo, tengo dos objeciones a las
ediciones del ARRL Handbook recientes. Primero son demasiado enormes, lo cual
desalienta a determinadas personas, para sentarse, y leerlos con calma. La segunda
objeción es que los mas recientes radioaficionados, cada vez menos construyen
complejos receptores y transmisores. Así pues los proyectos de este tipo, no están
descritos con detalle. De hecho leyendo mis ediciones más recientes del Handbook,
tengo la impresión que construir complejos transmisores y receptores, es imposible para
los radioaficionados. Esto no es del todo cierto, además es el motivo por el que me
decidí a escribir este libro.
Cosa distinta es que la última edición del Handbook sea un magnifico libro para poseer.
Cubre toda la última exótica tecnología y se pude usar como una enciclopedia. Para ser
usado en la construcción casera, yo te recomendaría uno de los años 80’s. Durante esta
década, los radioaficionados estuvieron construyendo buenos equipos mediante
transistores discretos. Handbooks de los años 70 y anteriores, describen proyectos que
resultan innecesariamente primitivos. Los proyectos de los Handbooks de los años 90 y
más recientes mayoritariamente contienen proyectos que utilizan circuitos integrados,
los cuales no te enseñaran nada acerca de cómo trabaja el prototipo. Los autores de la
época actual, no ofrecen expectativas serias para construir una estación de
radioaficionado completa. Deberías encontrar una edición de los años 80, fácilmente
adquirible en alguna de las numerosas convenciones de radioaficionados, o en algún
mercadillo de radio. Naturalmente siempre se lo puedes comprar a algún
radioaficionado cercano, que no esté interesado en la construcción casera.
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2. Un soldador robusto de 100 vatios tipo pistola y uno de 25 vatios de punta fina tipo
lápiz o pistola.
Necesitaras ambos. El soldador grande de pistola es importante para soldar líneas de
antena y trabajos grandes. Un soldador de punta fina es esencial para soldar patillas de
semiconductores delicados, como transistores y circuitos integrados.
3. Estaño de soldar 60/40 con alma de resina de sección fina y de sección más gruesa.
El estaño de soldar con alma resínica (60% estaño y 40% plomo) se usa para unir hilos
y cables, donde la conducción eléctrica es el objetivo principal. La resina tipo “flux”
está incluida en el interior del hilo de estaño. De esta manera nunca deberás aplicar
ningún flux antes de realizar la soldadura. Existe estaño con un componente decapante
ácido, pero es usado para uniones estructurales. No se recomienda su uso para soldadura
eléctrica, debido a que este ácido continúa con la corrosión sobre los metales durante
años. Eventualmente residuos ácidos en la soldadura, pueden dar como resultado pobres
conexiones eléctricas. De todos modos un rollito de estaño de este tipo como el que
usan los fontaneros, es conveniente que tengamos a mano. Tarde o temprano
acabaremos por construirnos una antena o cualquier otro proyecto que nos obligue a
soldar cobre con acero. Y cuando nada funciona, esto nos puede sacar de apuros.
4. Alicates de punta fina y alicates de corte para acodar y cortar terminales finos
Deberán ser de gran calidad, y tu mejor juego deberá ser tan pequeño como para reparar
relojes. De hecho, si utilizas los modernos componentes de montajes superficial (SMD)
también vas a necesitar pinzas de punta fina, para manipular los componentes. Estas
delicadísimas herramientas se estropearan instantáneamente si intentas cortar con los
alicates de corte cable de acero o acerado o si intentas soltar o apretar tuercas con los de
punta fina. Una regla imprescindible para estas herramientas es no usarlas jamás
con componentes o cables más grandes de lo debido. Unas pinzas hemostáticas
(N.del T.: de las usadas habitualmente en cirugía) pueden ser útiles para sujetar
pequeños componentes en el lugar donde deben ir soldados. (N.del T.: muy útiles
también para desviar parte del calor al soldar semiconductores, colocándolas en las
patillas, entre el componente y el punto de soldadura). Un destornillador de material no
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conductor, será muy útil para el ajuste de trimmers y condensadores variables miniatura
en situaciones donde el tornillo de ajuste metálico del trimer, se encuentra flotante con
respecto a masa.
Las herramientas de mango amarillo del juego de la foto de abajo son unos pelacables,
que se usan para quitar el aislante plástico de los cables. Una navajita, puede ser muy
útil para este menester especialmente con el cable recubierto de Teflón. Estos tipos de
aislamiento, no se quitan agradablemente con los pelacables convencionales y deben ser
cortados y rascados con una cuchilla. Un juego de destornilladores metálicos de los de
tipo “relojero” puede ser también muy útil
5. Lentes de gran aumento y gafas de lectura.
Aún cuando tu vista sea mucho mejor que la mía, vas a necesitar una lupa de gran
aumento para revisar tus soldaduras. A menudo gotitas de estaño residual o pequeños
trocitos de restos de terminales cortados pueden cortocircuitar algunas pistas o
soldaduras entre sí. En otras ocasiones una soldadura puede parecer buena a simple
vista, pero una observación más minuciosa con la lupa puede mostrar que el
componente no hace buen contacto, o que la soldadura es defectuosa. Estos problemas
normalmente no pueden ser vistos simplemente a “ojo” y deberás invertir muchas horas
para buscar la causa del problema, que localizarías rápidamente con una buena lupa.
Rutinariamente yo observo cada soldadura que hago en un componente, antes de pasar a
soldar el siguiente. Utilizo microscopios de bolsillo, una lupa de gran aumento y unas
gafas de lecturas para este propósito.
6. Alicates de punta fina grandes, alicates de corte grandes y un juego de llavecitas fijas
pequeñas.
También necesitarás versiones grandes de las mismas herramientas “delicadas” que
hemos comentado arriba, para ser usadas cuando resulte apropiado. También son
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necesarias las siguientes herramientas: Un tornillo de banco, un juego de limas, una
sierra de arco, y una escariadora para el corte y la instalación de placas de circuito
impreso y radiadores de calor.
7. Un juego de gubias de tallar madera
“¿Un juego de qué....?” Te preguntarás. Las gubias de tallar madera son un tipo de
delicadas herramientas parecidas a un formón o cincel con un mango. Yo las utilizo
para cortar los trazos en las placas de C.I. en blanco. Te encontrarás que funcionan
bastante bien para hacer prototipos de una sola placa. En mi opinión tallar un circuito
impreso es un método superior a cualquier otro que haya visto en la construcción casera
de placas de circuito de radiofrecuencia. (Otros colegas prefieren el método del SúperGlue y el disco, descrito en el capitulo 6.)
8. Taladro eléctrico.
El taladro eléctrico se usa para hacer agujeros en las placas de C.I. y en los radiadores.
(N. Del T.: Yo personalmente prefiero un mini taladro eléctrico tipo Dremel o similar, y
si es posible con su accesorio de fijación sobre banco. Esto hace la labor más rápida y
segura, y además ahorraremos un dinero en las delicadas brocas que se utilizan para
estos orificios)
9. Machos de roscar.
Mejor que montar enteramente tu proyecto con tornillos y tuercas, encontrarás utilizar
estos machos, para hacer roscas directamente en el aluminio y los radiadores, con un
acabado más simple y profesional.
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10. Polímetro de calidad
Los polímetros digitales modernos, miden voltaje, corriente y resistencia. Incluso los
más completos pueden medir frecuencia, conductancia, capacitancia, decibelios,
temperatura y otros parámetros. Todos los multímetros están basados en voltímetros con
una entrada de alta impedancia. Un Polímetro moderno de calidad tiene una resistencia
de entrada (impedancia) de unos 10 millones de Ohmios. Esta alta impedancia es
necesaria para que el instrumento de medida no cargue sobre el circuito a medir, y altere
la medida que estas intentando tomar. Los multímetros antiguos (de instrumento de
bobina móvil) tienen impedancias de entrada algo más bajas (de unos cuantos miles de
Ohmios). Un multímetro de calidad tiene la ventaja de ser extremadamente preciso. Las
medidas de voltaje o resistencia serán precisas incluso en varios decimales. No
escatimes con este instrumento. Es el corazón de tu capacidad para medir magnitudes
electrónicas. Si sospechas que vas a utilizar este aparato en el exterior, en el coche, o
hasta en las alturas haciendo trabajos de antena, entonces puedes comprar uno de tipo
mas barato, con el que puedas asumir los riegos de una posible rotura o maltrato.
11. Un osciloscopio de alta calidad
El osciloscopio es otro de los cimientos de tu laboratorio. Las líneas en la pantalla te
dirán cuando tu dispositivo funciona, y como de bien lo hace. Sin un “oscilo” estarás
casi ciego. Quizás los más alucinantes logros de personas como Edwing Amstrong es
que hicieron funcionar sus proyectos, deduciendo el funcionamiento de los circuitos a
través de medidas secundarias. Por ejemplo, la corriente de placa en un amplificador de
RF a válvulas, cae cuando entra en resonancia. Pero aun así, es mucho más fácil pegar
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un vistazo a la señal con un “oscilo” y VER la senoide real, cuando el circuito esta
sintonizado.
12. Frecuencímetro.
Tan pronto como construyas tu primer transmisor de aficionado, necesitaras probar, que
el transmisor está trabajando dentro de las bandas de aficionado. Además se supone que
las transmisiones de los radioaficionados deben estar circunscritas a una sola frecuencia,
y no andar con excursiones de frecuencia en toda la banda. Por definición una señal
senoidal pura, es una frecuencia única. Mi solución es monitorear la frecuencia, y
comprobar la forma de la señal senoidal, justo en la base de la antena. Si se ve como una
buena señal senoidal, la señal debe de ser ciertamente limpia.
También puedes hacer una estimación de la frecuencia de la señal, valiéndote de las
marcas horizontales en la pantalla del osciloscopio, para medir cuantas marcas entran en
un ciclo completo de la senoide. Con este método puedes saber la frecuencia con un 10
o un 20% de error. Desgraciadamente este sistema no es el más apropiado. Por ejemplo,
si la frecuencia de transmisión de tu equipo es 7.05 Mhz., la onda completa
comprenderá unos 0.142 milisegundos. No serás capaz de discriminar entre 0.142 y
0.143 y como consecuencia puedes salirte de la banda de 40 metros. Así que realmente
necesitaras un frecuencímetro.
Algunos osciloscopios sofisticados, llevan incorporado un frecuencímetro que mide la
frecuencia exacta de la señal. De todas maneras tendrás que comprar uno separado que
te indique donde te encuentras con precisión de unos pocos Hertzios. Puedes comprar
un buen frecuencímetro nuevo por 1800 Euros o más. O puedes comprar uno nuevo
baratito por unos 180 Euros. Lo más apropiado sería uno de calidad de segunda mano,
que incluso se puede encontrar por debajo de 100.
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13. Un buen receptor de onda corta.
Además de utilizarlo, para escuchar a otros radioaficionados, un buen receptor de onda
corta, de tipo comercial, pude ser usado como instrumento de laboratorio. Un receptor
moderno, está muy bien calibrado, y esto hace posible que pueda sustituir al
frecuencímetro en algunas aplicaciones. También es importante poder escuchar tu
propia señal en un receptor, para poder estar seguro que ésta no tiene pequeños defectos
que no puedan apreciarse en un osciloscopio. Como situación ideal, podrías tener los
dos: un receptor, y un frecuencímetro.
14. Una fuente de alimentación de laboratorio.
Una fuente de alimentación de laboratorio, te proporcionará poder aplicar voltaje a un
circuito cuidadosamente. Esto usualmente puede prevenir posibles daños a componentes
debido a un error en el cableado o a otros problemas. Los indicadores te mostraran
cuanta corriente drena el circuito, y que voltaje le estamos aplicando. Esta antigua
configuración de fuente, es en la actualidad substituida por la de tres fuentes
“independientes” dentro de una misma caja. Por ejemplo puedes tener salida con
voltajes e intensidades ajustables por un lado, y de otro lado salida 0-5v. fija para la
alimentación de microprocesadores y circuitos CMOS, y también salida +12-0—12,
para la alimentación de amplificadores operacionales. (N.del T.) No sabía muy bien
como traducir este párrafo.
15. Un generador de R.F.
Esta es una herramienta que puedes necesitar en un momento determinado, pero si
tienes todas las herramientas que hemos comentado, no es esencial. El generador de
R.F. te permite inyectar una señal senoidal de amplitud y frecuencia conocidas, en un
amplificador que estés ajustando. Cuando estés ajustando un receptor auto construido,
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es gratificante poder disponer de una señal de pruebas conocida que pueda ser
escuchada el tiempo que necesites.
16. Medidor de capacidad (o mejor medidor L-C-R)
Aunque tampoco es esencial se puede usar un medidor de este tipo alimentado a
baterías, para ordenar tus cajas de componentes usados, y proporcionar una indicación
fiable de la capacidad de los condensadores. Yo lo encuentro extremadamente útil, para
determinar los puntos de máxima y mínima capacidad en los condensadores ajustables
tipo “trimmer”.
17. Catálogos de proveedores de componentes electrónicos.
Necesitaras al menos 3 ó 4 catálogos de estos. Mis preferidos son los de la empresa RF
parts, Jameco, Digi-Key, Newark, Mouser y Radio Sack. Afortunadamente tendrás una
tienda Radio Sack cerca de casa para caso de que necesites un componente corriente con
urgencia. (N.del T.: Aunque en España no disponemos de tanta variedad, podemos
conseguir algún catalogo de RF parts, o de Surplus sales of Nebraska procedentes de
USA. Aquí en España, podemos encontrar proveedores como Molgar, Repro ect.
Incluso algunos comercios especializados editan catálogos muy completos con algunos
de sus productos a la venta. Tal es el caso de Electrónica Gimeno, o Electrónica
Burriana o Céspedes electrónica, todos ellos en Valencia. A buen seguro que por poco
cacharrero que sea uno, todos conocemos algún comercio especializado en nuestra
localidad o cerca de ella. Y si estamos muy aislados, siempre queda el recurso de
utilizar Internet).
18. Tu propia colección de trastos
Tal y como dijo Edison, es importante recopilar piezas de deshecho, así no tendrás que
estar continuamente esperando que te lleguen por correo. Considerando que un
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condensador o un potenciómetro cuestan unos cuantos Euros, si son nuevos, es muy
fácil que gastes cientos de Euros en un proyecto. Si tu no estas consiguiendo algunos de
estos componentes de viejos televisores, o en mercadillos de radioaficionados, el
proyecto te costará una fortuna, y lo que es peor avanzaras muy lentamente. Nunca hay
que tirar una vieja radio o un ordenador sin primero haberlo desguazado para conseguir
componentes usados.
Organiza tus componentes en cajitas, compartimentos o cajas previamente etiquetadas,
y así las encontraras tan pronto las necesites. Si no puedes encontrar una pieza, cuando
la necesitas, los trastos solo serán eso: trastos
19. Un bloc de notas de laboratorio
Tu memoria no es ni la mitad de buena de lo que crees. Escribe y anota todos tus
experimentos, los triunfos, y especialmente los fracasos. El experimento que no
funcionó es casi tan importante como el que funcionó a la primera.
20. Calculadora
Probablemente ya tengas una calculadora adecuada a los sencillos cálculos de
componentes que necesitaras hacer. Las raíces cuadradas van a ser las operaciones
matemáticas más complejas que deberás realizar antes de poder hacer tu primer contacto
con un equipo de radioaficionado auto construido.
Cuando estaba en la facultad de ingeniería, la era de la calculadora todavía no había
llegado. Y nosotros, los futuros ingenieros caminábamos fanfarrones llevando colgadas
de nuestros cinturones grandes reglas de calculo como si fueran espadas. Nos hacía
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parecer muy modernos. Al sentarme en clase antes de un examen tenía que sacar la
regla de cálculo de su funda y ceremoniosamente comprobar que la escala superior
estaba perfectamente alineada con la inferior, usaba la hoja de mi navajita de bolsillo a
modo de destornillador para ajustarla. Para mí este ritual era como el de un “marine”
norteamericano comprobando su fusil, instantes antes de alcanzar la playa, durante una
operación de asalto.
Para vosotros, mocosos, que no habéis utilizado las reglas de cálculo, estas antiguallas
calculaban logaritmos, funciones trigonométricas, cuadrados y raíces cuadradas, en
definitiva, hacían casi todo aquello que hoy puedes hacer con una sencilla calculadora
científica. La desventaja de esta historia es que estas reglas no calculaban decimales.
Así pues había que estar espabilado en “mates” para encontrar la respuesta correcta.
Debíamos ser capaces de estimar la respuesta así que teníamos saber que tipo de
magnitud podía ser, y donde debíamos poner el punto decimal. En otras palabras,
debíamos saber que estábamos haciendo. Las reglas de cálculo aumentaron nuestras
habilidades, no las substituyeron.
Cuando llegaron las calculadoras, de repente los estudiantes de ingeniería comenzaron a
llenar sus exámenes escritos con números como escogidos al azar. Los principiantes
pensaban que si ellos pulsaban los números, las calculadoras hacían el trabajo de pensar
por ellos. Incorrecto. Las calculadoras no son tan diferentes de las reglas de cálculo. Los
estudiantes deben aproximar el trabajo en sus cabezas, de esta manera sabrán, si están
pulsando los botones correctos. Después que los estudiantes perfeccionaban la habilidad
de aproximar los cálculos, las calculadoras comenzaban a ser una gran ayuda para la
ingeniería.
Software para experimentadores
Dudaba si mencionar los programas de simulación de circuitos. Soy reacio de los
autosuficientes ingenieros que no han soldado un cable en su vida. No me gusta nada la
tendencia actual de incrementar la especialización a costa de una ignorancia en ámbitos
más generales, que se está extendiendo a través de la industria técnica. Los programas
de simulación, son mucho más que simples calculadoras. Son maravillosos, si tú puedes
intuir lo que el circuito debería hacer antes de activar la simulación. Una vez que estés
muy avanzado en la construcción de equipamiento de radioaficionado, probablemente
estarás cansado de hacer las cosas al modo de la complicada “vieja usanza”. Hay
muchos programas de simulación diferentes disponibles, que te permitirán simular un
circuito en tu ordenador, antes de construirlo materialmente. Como muchas de las
comodidades modernas, esto resulta ser realmente maravilloso. Pero estos programas
deberán ser un complemento a las actuales pruebas reales sobre circuitos, de ninguna
manera deben sustituirlas.
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Yo utilizo un antiguo “Electronics Workbench” como programa de simulación, pero
habrán probablemente más modernos y que trabajen tan bien como este, o mejor. El mío
es solamente un programa que no simula muchos de los componentes como cristales o
algunas clases de circuitos como los osciladores. Pero me gusta para utilizarlo en la
simulación de filtros. Si en alguna ocasión necesito construir un filtro con una
determinada frecuencia de corte, pero no tengo los componentes con los valores
exactos, puedo simularlo, y ver de que manera afecta al funcionamiento final los
cambios de los valores de los componentes, y como de críticos son los valores.
Actualmente resulta más divertido probar circuitos con un mínimo de trabajo, casi es
adictivo. De esta forma otros problemas en el diseño de mi circuito se convierten en
obvios, tanto que no he de pensar en ellos.
Por ejemplo, construí un filtro para un transmisor de radioaficionado que fue diseñado
para eliminar las interferencias en los receptores de televisión de los vecinos. (Ver
capitulo 9.) Cualquier señal transmitida tiene pequeñas “espúreas” en este espectro de
frecuencias. Esto significa que pueden ser fácilmente radiadas débiles señales en las
frecuencias de los canales de televisión. Un filtro reducirá esos armónicos. Antes de
construir mi filtro, me tomé el tiempo necesario para simularlo en el programa, y
encontré que tal y como había planeado reducía severamente la interferencia en los
canales 2, 3 y 4. Por encima de esos canales, la atenuación de la interferencia no llegaba
a ser tan buena. Por la parte de arriba de los canales de UHF, no se producía ninguna
gran atenuación. Una vez que vi el problema fue fácil añadir otra etapa de filtrado
acoplada para asegurar que todos los canales de televisión estuviesen protegidos.
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Puntas de prueba y placa “prototipo”
Todos los talleres de electrónica tienen puñados de puntas de prueba, y unas cuantas
placas para la realización de prototipos de manera temporal. Aunque yo las suelo
utilizar rutinariamente, estoy dudando de su recomendación. ¡CUALQUIER
CONEXIÓN ELECTRICA QUE NO ESTE SOLDADA NO PUEDE SER FIABLE
AL 100%! Si, es cierto, estos chismes, a menudo funcionan, pero otras veces me he
devanado los sesos en descubrir que componentes del circuito no funcionaban, cuando
en realidad todos lo hacían perfectamente.
Dejadme que os ilustre: En cierta ocasión, cuando estaba en las Fuerzas Aéreas, tuve
que cablear algunos cartuchos explosivos de baja potencia en una carga de 1500
libras,(N del T.: Unos 670 kilos en total) para ser lanzada en paracaídas. Los
“petarditos” se suponía que deberían explotar para que abrieran el paracaídas. Pasé el
hilo desnudo y previamente raspado por los terminales tipo oreja de metal, luego arrolle
el hilo una y otra vez alrededor del rabillo del terminal, el cual quedo lleno de hilo
limpio y sin aislante. Luego lo encinte con cinta aislante, tanto el hilo que quedaba al
desnudo, como los terminales, para mayor seguridad. Pensé que el hilo hacia total
contacto eléctrico con los terminales. La carga cayó a lo largo de 350 metros, y se
estrelló contra el suelo a un buen montón de kilómetros por hora. Los cartuchos, nunca
llegaron a explotar. Repasé cuidadosamente el circuito eléctrico para detonar los
cartuchos, y encontré sobre unos 3 voltios entre los terminales de los cartuchos.
Desencinté rápidamente los terminales. Los cartuchos explotaron tan pronto como di un
ligero tirón del cable. Después de esto, siempre soldé los terminales para aplicar a los
cartuchos, y nunca más volvió a producirse un fallo.
Alicates para grapar conectores y terminales.
¿Que hay acerca de estas herramientas especiales que se usan para grapar los cables a
los conectores o a los terminales? Algunos terminales, están diseñados para ser unidos a
los cables mediante estos alicates. Si, esta técnica es limpia y fiable a corto plazo. Sin
embargo, según mi experiencia, los cables grapados se salen con facilidad, y después de
varios años, a menudo dan problemas de “circuito abierto”. He visto docenas de fallos
en equipos antiguos por esta causa. Personalmente cuando utilizo terminales de oreja,
siempre los sueldo. Los terminales de este tipo que luego van atornillados en el circuito,
proporcionan una conexión muy fiable. Sin embargo yo siempre los sueldo (aun en el
caso de que estuvieran previamente crimpados) antes de atornillarlos.
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Conclusión.
El equipamiento descrito en este capitulo, te permitirá comenzar. Cada uno tiene
diferentes ideas, sobre como trabaja mejor, y que es o no esencial. Para lo que pueda
servir, la lista relatada en estas líneas, describe muy bien mi taller.
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Capítulo 4
ONDAS HERTZIANAS EN EL SOTANO
El conjunto de receptores de radio a cristal y los transmisores a chispa del siglo 19
pueden verse simples y lejanos eliminados de la radioafición para ser construidos. Si tú
estas familiarizado con la electrónica básica y la historia reciente de la radio, no puedes
entender nada de este ejercicio. Si eres un constructor jubilado de equipos de
aficionado, por favor salta al siguiente capítulo. Por otro lado, si tienes una pequeña
experiencia en electrónica, hay mundos de lecciones para ser aprendidas de la vieja
tecnología.
Y si nunca construiste una simple radio anteriormente, aquí podrás encontrar diversión.
La naturaleza de las ondas de radio
Antes de que construyamos transmisores y receptores, repasaremos las ondas de radio.
Cuando comprendamos que son las ondas de radio, la tecnología para generar y
recibirlas se hará más obvia. Una onda electromagnética es una oscilación en el espacio
libre que es radiada fuera de su fuente a la velocidad de la luz. Se llama
“electromagnética” debida a la energía de su campo eléctrico y magnético. La onda
“oscila” o cambia sucesivamente entre esas dos formas de energía en su viaje.
Propagación a través del vacío
Desde nuestras experiencias con electricidad magnética y estática, es difícil de
visualizar como un campo eléctrico o magnético puede viajar cientos de kilómetros a
través del vacío del espacio. En nuestra experiencia estos campos están estrechamente
localizados alrededor del dispositivo que los genera. ¿Cómo puede un campo magnético
existir aislado en el vacío, tal vez igual que la luz procede del átomo?
Supongamos que podemos de alguna manera generar mágicamente un campo magnético
o eléctrico en el espacio, muy lejos del objeto más cercano. ¿Puede el campo
permanecer en el espacio para siempre esperando que pase un objeto y ser influenciado
por el campo?
Supongamos que hay un imán de frigorífico flotando en el espacio. El campo
magnético del imán estará siempre en el espacio rodeando al imán, igual que ocurre en
tu frigorífico. Como siempre, el campo magnético desaparecerá a una distancia
habitualmente de un cuarto de pulgada. Sin embargo, si el imán desaparece
bruscamente, la energía en el campo podría perder su “envase” o “anclaje” y
desaparecer en el vacío.
El mismo escenario puede proponerse para un campo eléctrico: una batería de linterna
que está flotando en el espacio, su fuerza eléctrica podría extenderse por ejemplo una
pulgada en el vacío en un halo entre dos terminales de baterías. Nuevamente, si la
batería desaparece bruscamente, la energía del campo eléctrico perderá su generador y
se quedará atrapada en el vacío. Sin su soporte, podría esparcirse en todas direcciones.
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Las oscilaciones ocurren cuando dos formas de energía cambian rítmicamente de
un lado a otro.
Cuando los campos magnéticos y eléctricos desaparecen en el espacio, ¿a donde van?.
James Maxwell expuso por primera vez hace más de un siglo, que los campos eléctricos
y magnéticos están íntimamente relacionados. De esto resulta lo siguiente: un cambio
o movimiento en el campo eléctrico genera un cambio en el campo magnético y
viceversa. Como la energía continúa “esparciéndose” en todas las direcciones, la
energía baila de una parte a otra entre estas dos clases de campos. Esta conexión no es
“obvia” o intuitiva. Si así fuera, los griegos, chinos o egipcios podrían haberlos descrito
y explotado hace tiempo.
Osciladores mecánicos
Muchos dispositivos físicos en nuestro mundo “oscilan”, pero la oscilación entre
campos eléctricos y magnéticos no debe ser una sorpresa. Una oscilación en la
naturaleza puede ser descrita como una energía que se transforma espontáneamente de
una a otra forma de energía y que luego regresa nuevamente. Por ejemplo, un péndulo
de reloj se balancea de un lado a otro, el péndulo adquiere energía cinética del
movimiento y se balancea a través de la parte inferior de su arco. Entonces, cuando el
péndulo se balancea cuesta arriba, la energía cinética es devuelta a la energía del
potencial gravitacional. Cuando el péndulo alcanza lo más alto de su balanceo,
momentáneamente se detiene completamente, y vuelve cuesta abajo. Cuando está en lo
alto, la energía es toda “potencial”. La roca situada en el borde del precipicio no parece
tener ninguna energía mientras no se le empuje al precipicio. El personaje que
permanece en el fondo del precipicio puede testificar que la roca tiene plena energía
cuando caiga al pie del precipicio. (Asumiremos, por supuesto, que sobrevivió.)
Repetimos, un péndulo oscilando conmuta su energía de un lado a otro entre energía
cinética y energía potencial. Nota que la longitud del péndulo estabiliza la frecuencia de
oscilación del péndulo. Esto es debido porque la gravedad es constante y las cosas
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ligeras son igual de rápidas que las pesadas. Si ignoras la resistencia del aire, la
frecuencia del balanceo del péndulo es determinada únicamente por la longitud del
cuerpo del péndulo. Esto hace al péndulo bueno para mantener un reloj mecánico
ejecutándose con uniformidad y precisión. Similarmente, una vez más la frecuencia de
una onda de radio se estabiliza, no cambia su frecuencia en su viaje a través del espacio
y regresa debilitada.
En resumen, el espacio libre (que literalmente es “nada”) puede soportar energía
de campo magnético o eléctrico, pero solo temporalmente. Para ser mantenido, un
campo magnético necesita ser generado por un dispositivo. O puede ser generado por
un campo eléctrico cercano colapsado. Similarmente, cuando el campo magnético se
colapsa, produce un campo eléctrico temporal en el espacio cercano. El resultado de
este vaivén es una onda de radio viajando al exterior a través del vacío a la velocidad de
la luz.
Para generar ondas de radio, necesitamos construir un dispositivo que produzca un
decremento del campo eléctrico que generará un incremento del campo magnético
cercano al generador. Una vez que hemos hecho eso, el campo magnético deberá
generar un campo eléctrico en el espacio lejano y la onda de radio será lanzada.
Alternativamente, podemos construir un dispositivo para generar un cambio del campo
magnético y que generará un cambio en el campo eléctrico, etcétera.
Las antenas transmisoras están diseñadas para generar un cambio rápido del campo
eléctrico, o alternativamente, un cambio rápido del campo magnético. La antena se sitúa
fuera en una zona despejada con acceso libre al cielo. Los campos eléctricos o
magnéticos alrededor de la antena crean lo opuesto a su campo y el resultado una onda
de radio volando libremente. La misma antena trabaja bien para los receptores. Cuando
las ondas de radio pasan como un rayo los elementos metálicos de la antena, se inducen
corrientes eléctricas en la estructura igual que si fuera temporalmente un condensador o
el devanado secundario de un transformador.
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EL circuito LC, el oscilador electrónico fundamental.
El componente más fundamental de todos los transmisores y receptores de radio es el
circuito resonante condensador/bobina paralelo. Este circuito básico consiste en una
bobina de hilo en paralelo con un condensador. Estos son llamados “circuitos LC”
donde “L” es la letra usada cuando se calcula la inductancia y “C” por supuesto es para
el condensador. Si la tensión de una onda senoidal de alta frecuencia se aplica a través
del circuito paralelo LC, hay una frecuencia específica a la que el circuito LC resuena y
aparenta ser un circuito abierto. Para resto de frecuencias el circuito LC se muestra
como una carga o cortocircuito. El circuito LC atenúa o elimina la onda senoidal en
todas las frecuencias excepto una. De esta forma una señal de radio puede ser
“sintonizada” preferentemente sobre otra.
CIRCUITO RESONANTE PARA 20M
Por ejemplo, el circuito de arriba resuena en 14MHz, la banda de radioaficionado de 20
metros. La diminuta bobina es de 3.2 microHenrios. El condensador es de sólo 40
picoFaradios que es la 40 mil millonésima parte de un faradio. El circuito LC es una
clase de oscilador eléctrico. Es análogo al balanceo de un péndulo o al rebote hacia
arriba y abajo de un muelle mecánico. El oscilador LC tendrá el mismo ciclo de energía
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que una onda de radio. Primero la energía se almacena en el campo magnético dentro y
alrededor de la bobina. Durante la siguiente mitad del ciclo, la energía se almacena en
campo eléctrico entre las placas del condensador. La energía alterna de un lado a otro
entre esos componentes hasta que se disipa debido a la resistencia en los cables.
Un circuito resonante LC paralelo con dos antenas forman un simple transmisor.
Una considerable energía puede también fugarse al espacio alrededor del circuito LC
como ondas de radio. Sin embargo, una vez que conseguimos que oscile un circuito LC,
estamos preparados en nuestro camino de generar odas de radio. Si nosotros
simplemente añadimos hilo metálico al final del circuito LC paralelo, estos hilos
forman una antena para acoplar el campo eléctrico alrededor del espacio libre. En
otras palabras, el simple circuito que se muestra abajo es un puro transmisor de radio.
Un receptor de ondas de radio puede ser construido de la misma forma. Imagínate dos
circuitos LC paralelo idénticos con antenas se sintonizan para resonar en la misma
frecuencia. Ahora imagínate que este segundo circuito está flotando en el vacío, tal vez
a cientos de kilómetros del circuito transmisor. Cuando las ondas de radio radiadas
llegan al circuito LC receptor, la componente del campo eléctrico en la onda de radio
producirá un leve incremento de corriente en los hilos que cargan al condensador.
Alternativamente, y dependiendo de la orientación de la bobina respecto a las ondas de
radio, la componente magnética de la onda de radio inducirá un leve voltaje que
aparecerá a través de la bobina. Esto es igual que si el inductor fuera el secundario de un
transformador. Una vez que la onda de radio ha dejado de vibrar, una pequeña,
minúscula oscilación permanecerá en el circuito LC receptor, sonando de un lado a otro
entre el inductor y el condensador.
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RECEPTORES DE RADIO A CRISTAL
Un receptor de radio a cristal es un excelente primer proyecto. Tiene varias partes y son
fáciles de comprender y construir. Los receptores de radio a cristal eran juguetes
comunes cuando yo era un crío y mi primer proyecto electrónico fue la construcción de
uno. Aunque de niños jugábamos con receptores a cristal, nosotros realmente no los
comprendíamos. Cuando dejaban de funcionaban, nosotros teníamos solo una vaga
noción de como repararlos. Si tú compraste un receptor a cristal de juguete, yo nunca vi
uno que tuviera remotamente explicaciones tan completas como lo que estás leyendo
ahora. Comenzaremos con el receptor a cristal, luego podremos construir sobre lo que
estamos leyendo para construir transmisores y receptores más elaborados.
Los receptores de radio a cristal tienen seis partes básicas. La antena por supuesto
recoge la señal del aire. La combinación del inductor y el condensador se sintonizan la
estación deseada. Esto es, el inductor y el condensador oscilan a la frecuencia de la
estación deseada. El diodo de cristal rectifica la onda senoidal que está oscilando a
través del circuito LC. Esto convierte la onda senoidal de alta frecuencia en frecuencias
sonoras de baja frecuencia que pueden ser escuchadas en los auriculares.
La antena
Para los receptores de radio a cristal es fácil construir una antena de “campo eléctrico”.
Es normal un hilo largo estirado de una ventana o en lo alto de un árbol. Una limitación
de una única antena de hilo como esta es que, cuando la onda de radio genera un voltaje
en el cable, la corriente que pudiese producir no tiene donde ir. Una simple antena de
hilo es igual que el terminal de una batería. Si, la batería tiene una tensión, pero sin una
conexión en el otro terminal del circuito LC, el flujo de corriente no tiene por donde
circular. Para proveer un destino para la corriente nosotros podemos añadir una segunda
antena. Alternativamente podemos conectar el receptor de radio a cristal a “tierra”.
La tierra
“Tierra” eléctrica es una palabra que hemos leído desde jóvenes, pero la mayoría de la
gente pasa su vida sin comprenderla. Yo sospecho que el término surgió durante los
primeros tiempos de la comunicación telegráfica en 1840. De esto resultó que la tierra
húmeda es bastante buen conductor. Si tú introduces dos barras de metal en la tierra en
tu jardín y conectas una batería a las dos barras, la corriente circulará de una barra a
otra. Para dos barras de unos 30 metros, la tierra ofrece una resistencia de unos 100
ohmios. De esto resulta que la mayoría de la resistencia eléctrica al flujo de corriente
está alrededor de la barra metálica. Una vez que las corrientes se han enviado, la
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resistencia eléctrica solo se incrementa ligeramente conforme incrementes la distancia
de separación entre las barras. Una barra de metal en un jardín en China y otra barra
metálica en tu jardín en España solo tienen 300 ohmios de resistencia entre ellas. Esto
era beneficioso para los telegrafistas lejanos porque solo tenían que llevar un único
cable entre ciudades en vez de dos cables para completar el circuito cerrado. En la
práctica, usando la tierra como un “hilo” inerte no es tan factible como llevar un
segundo hilo, pero esto ilustra el concepto de tierra.
Una buena conexión eléctrica con tierra es un componente esencial del receptor de radio
a cristal. La tierra más accesible para un receptor de radio a cristal o para una estación
de radioaficionado normalmente es una tubería de cobre o una tubería de agua caliente.
Para bajas frecuencias, como las emisoras comerciales de AM, las antenas eléctricas
ideales son muy grandes. No es necesario decir que, la Tierra está habilitada para ser
usada convenientemente como la mitad de una antena.
Dipolos
Al contrario que en bajas frecuencias, en altas frecuencias, como televisión en VHF o
radio FM, la longitud ideal de una antena eléctrica es de un metro aproximadamente.
Aunque puedes usar una pica metálica introducida en tu césped para el camino de
“tierra” en tu TV, es mucho más sencillo usar una segunda antena corta orientada 180º
respecto a la antena “real”. Esta doble antena se llama “dipolo” y es el diseño de la
antena más básica comúnmente usado en la radioafición y antenas de TV. Aunque no es
obvio, el conjunto de tubos metálicos delgados en lo alto de un tejado son justamente
refinamientos de la “antena dipolo” básica. Una antena de radioaficionado común y
versátil es el dipolo mostrado abajo. En general en la frecuencia más baja, el dipolo
debe ser más grande para que pueda funcionar bien. Un dipolo típico de radioaficionado
es el que se muestra abajo.
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Líneas de Transmisión
En la antena dipolo de radioaficionado de arriba, los “brazos” se extienden en el espacio
en direcciones opuestas y obstaculizan el paso del campo eléctrico. En general, a mayor
altitud del dipolo por encima del terreno local, mejor recibirá el dipolo señales.
Desafortunadamente, tu y tu radio están abajo en la tierra. Escalar hasta el tejado para
escuchar al radio es un inconveniente, por no decir más. El problema de cómo llevar las
señales de radiofrecuencia a la radio se resuelve con la “línea de transmisión”.
Una línea de transmisión es un par de cables paralelos separados por un aislante.
Trabajan muy parecidamente a un tubo en un barco o la cuerda en un bote para hablar a
distancia. En todos estos dispositivos, las vibraciones se transmiten hacia abajo en un
camino estrecho con sorprendentemente pequeñas pérdidas de energía. Un estupendo
ejemplo de una línea de transmisión mecánica puede ser la acequia de una granja llena
con agua. Proveyendo el agua esta fluye lentamente, cuando tiras una gran roca en la
acequia, la forma de onda procedente del impacto viajará cientos de metros antes de
desaparecer. Una onda en la acequia se propaga sin cambios durante muchos minutos y
viaja grandes distancias. En contraste, si tiras una roca en un estanque abierto, la onda
se propaga en todas direcciones y rápidamente se desvanece.
Una línea de transmisión de radio es un circuito resonante LC distribuido. Dijimos en el
capítulo 2 que un simple cable tenía inductancia. Similarmente dos cables cualesquiera
separados por un aislante forman un condensador, si hemos planeado fabricar un
condensador o no. Consecuentemente, cuando llevamos dos cables paralelos aislados
sobre cualquier distancia, se podrá medir una capacidad entre ellos y los cables tendrán
un significativo aumento de inductancia. Para una onda de radio, esta construcción se ve
como un amplio circuito LC sin final. Como la capacidad y la inductancia se cargan y
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descargan, la oscilación no permanece fija, más bien se desplaza por el par de cables
casi a la velocidad de la luz. Como tú puedes ver, la propagación en una línea de
transmisión es análoga a la propagación a través del espacio libre, pero se propaga solo
en una dimensión en vez de tres dimensiones. El campo eléctrico o voltaje genera una
corriente y un campo magnético, que, sucesivamente, genera un nuevo campo eléctrico
y así sucesivamente. Un ejemplo de una simple línea de transmisión consiste en dos
cables paralelos como los cables planos de línea de TV de “300 ohmios” usados para
alimentar viejos televisores.
Cable coaxial
La línea de transmisión redonda y blindada usada para alimentar a los modernos
televisores es un cable coaxial. En lugar de usar dos cables normales separados, el
conductor externo de un cable coaxial es cilíndrico, un blindaje metálico que cubre
completamente al conductor central. La inductancia del conductor blindado es mucho
menor que la de un simple cable, pero mantiene las señales de radiofrecuencia en el
conductor central evitando fugas externas. Mucho mejor, evita que nuevas señales
procedentes de fugas lleguen al interior del cable coaxial e interfieran con la recepción
de televisión.
La antena dipolo de radioaficionado descrita anteriormente usa cable coaxial tipo RG58 para transportar las señales de radiofrecuencia hacia la casa. Tú podrás notar que el
blindaje externo se conecta a tierra. Esto es casi siempre el caso con el coaxial. Tú
puedes usar un cable coaxial de TV barato para tu transmisor de radioaficionado, pero
encontrarás dificultades para trabajar con el. El blindaje externo de un cable coaxial
barato es un papel de aluminio y es difícil de conectar mecánicamente y eléctricamente.
En contraste, el blindaje externo de un coaxial de calidad un cable de cobre trenzado
que es sencillo de cortar y soldar. También tiene una considerable resistencia mecánica.
Impedancia de una línea de transmisión.
Una característica abstracta de las líneas de transmisión es, que una señal de radio
viajando, la línea “se ve” como una resistencia de carga específica. Por ejemplo, el
coaxial RG-58 aparenta a la señal de radio ser una resistencia de 50 ohmios. Esto no es,
por supuesto, pero los niveles de tensión y corriente a lo largo del cable sugieren que así
sea. En otras palabras, la tensión dividida por la corriente en puntos a lo largo de la línea
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dará 50 ohmios. Otra razón para no usar cable de TV es que el cable de TV está
diseñado habitualmente para 75 ohmios, mientras la mayoría de equipos de
radioaficionado están diseñados para 50 ohmios.
En general, el espesor del cable y la separación de los dos conductores de una línea de
transmisión, es la mayor característica de la impedancia. La cinta de transmisión plana,
delgada y marrón que antiguamente se usaban comúnmente en las antenas de TV, tenía
una impedancia de 300 ohmios. Algunas veces los radioaficionados usan una “línea de
escalerilla” ancha cuyos conductores de cobre desnudos están separados por un par de
centímetros o más de aire y varios separadores cerámicos. La línea de escalerilla
presenta una impedancia de 600 ohmios. La línea de escalerilla es muy usada cuando la
potencia del transmisor debe ser transmitida a grandes distancias para llegar a la antena.
Debido a que la línea de escalerilla tiene o no un pequeño aislante en contacto con los
cables, la pequeña disipación de energía en el aislante se reduce absolutamente al
mínimo.
Diodos detectores.
El diodo es el “detector” que convierte las ondas senoides de radiofrecuencia en ondas
eléctricas de audiofrecuencia, preparadas para ser convertidas en sonido. El diodo es
“una válvula de electricidad de un solo sentido”. En términos de fontanería, funciona
igual que una válvula de comprobación. El símbolo esquemático para un diodo es una
flecha apuntando a una barrera en posición vertical.
En electrónica, el convenio para flujo de corriente “positivo” es de positivo a negativo.
Desafortunadamente, el flujo de electrones es de negativo a positivo. Pero, lo que está
actualmente “fluyendo” de positivo a negativo es la ausencia de electrones. Confundido,
¿no? Yo sospecho que esta convención se estableció antes de que los electrones fueran
comprendidos. Refiriéndonos al símbolo de un diodo, la corriente positiva se deja pasar
si esta fluye en la dirección de la flecha. La corriente positiva será bloqueada por el
diodo si esta intenta entrar al diodo por el lado de la barrera perpendicular.
Los semiconductores habitualmente mejoran la función de válvula-chequeadora de los
diodos. Un semiconductor es un cristal de un elemento como el silicio o germanio que
tiene una valencia química de 4. Esto es, durante las reacciones químicas este elemento
puede coger 4 electrones, o ceder cuatro electrones. Como veremos próximamente, los
semiconductores pueden ser creados haciendo cristales con elementos mezclados con
valencias de 3 y 5, o pares de 2 y 6.
Semiconductores de tipo N
Para mantener la simplicidad, supongamos que tenemos un cristal puro fabricado con
silicio, que tiene valencia 4. si ponemos las puntas de prueba de algún multímetro
(ohmímetro) entre este silicio puro, actuará como un aislante -no tendrá un flujo de
corriente significante. Sin embargo, si hacemos un nuevo cristal con un toque de
impureza de fósforo dentro de él, de repente se volverá conductor. El fósforo tiene
valencia 5 y es casi igual que el silicio en peso atómico. Estos medios que en reacciones
químicas normalmente aceptan 3 electrones para completar su órbita externa con 8
electrones. Pero cuando un cristal de silicio se contamina con fósforo, los átomos
aislados de fósforo están enlazados en un cristal rígido de silicio. El átomo de fósforo se
fija en la matriz, pero tiene un electrón extra que está “perdido” y libre de moverse por
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el cristal. El electrón no puede moverse por los átomos de silicio debido a que ellos
están unidos con átomos de silicio cercanos, por lo que cada átomo de silicio tiene
estabilidad en su órbita más externa de ocho electrones compartidos. Sin embargo, los
electrones extra de fósforo pueden moverse hacia otros átomos de fósforo que todavía
tienen perdido su 5º electrón. En otras palabras, un cristal de silicio con un poco de
impureza de valencia 5 actúa igual que un metal. El tiene electrones que están libres
para migrar a través de cualquier sólido. Un semiconductor con electrones extra se
llama semiconductor tipo N.
Semiconductor tipo P
El semiconductor tipo P es un poco abstracto. En lugar de fabricar un cristal de silicio
con impurezas de valencia 5, ahora supongamos que añadimos una impureza tal como
aluminio, indio o galio con una valencia de 3. La impureza se fija dentro de la matriz de
cristal, pero necesita uno o más electrones para alcanzar un equilibrio de 8 electrones
compartidos con los átomos de silicio más cercanos. En otras palabras, este
semiconductor tiene “agujeros” en la matriz del cristal que pueden ser cubiertos por
electrones que pasan a través de ellos. Ahora cuando tú pones las puntas de prueba de
un multímetro entre un semiconductor P, conducirá igual que el semiconductor tipo N.
sin embargo, el mecanismo de conducción es diferente. Con el semiconductor tipo P, la
punta de prueba metálica que toca el cristal aporta todos los electrones libres que fluyen
a través del cristal. Estos electrones están moviéndose de hueco en hueco para cruzar el
cristal.
Igual que el fósforo, los átomos de aluminio están por lo menos con el mismo peso
atómico y tamaño que el silicio. Los átomos de aluminio se fijan perfectamente en la
matriz del cristal de silicio.
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Los diodos son uniones P-N
Los diodos semiconductores están construidos poniendo semiconductor tipo P en
contacto con semiconductor tipo N. En otras palabras, para que los electrones fluyan a
través del diodo, los electrones deberán entrar por el cristal tipo B y entonces moverse a
través de la unión al tipo P ellos completan el viaje saltando de hueco en hueco.
OK. Ahora vamos a invertir las puntas de prueba del ohmímetro. Ahora vamos a poner
la punta de prueba positiva contra el semiconductor tipo N y la punta de prueba negativa
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contra el tipo P. Los electrones no fluyen por la punta de prueba metálica hacia el
semiconductor tipo P. No hay problema por ahora. Por el otro lado del diodo los
electrones extra del silicio tipo N están siendo atraídos o “succionados” a la punta de
prueba positiva metálica. Así la conducción parece que comienza bien, pero no por
mucho tiempo antes de que los electrones extras en el silicio tipo N sean repelidos a lo
largo de la unión P-N. Todos estos restos son repelidos por átomos con valencia 5 que
ahora actúan igual que el silicio puro. Toda esta región actúa como silicio puro y la
conducción se detiene.
Pero ¿por qué no pueden saltar los electrones que están migrando a través de los huecos
del semiconductor tipo P a través de la barrera P-N y moverse sobre los átomos de
valencia 5? La razón es la misma. Los electrones que emigran han llenado todos los
huecos en el tipo P y el cristal también se ha vuelto como un falso silicio puro que es un
aislante. Cuando se piensa sobre los diodos PN, recordad, “positivo al conductor P”
Detección de señales de radio AM con un diodo
En amplitud modulada, (AM) la señal de audio hablada está impresa sobre la señal de
radio variando la AMPLITUD de la señal de radio. Un transmisor de AM literalmente
incrementa y disminuye la potencia de salida del transmisor a la vez que la voz y la
música son retransmitidas. El dibujo de abajo muestra una señal de radio sin modular
del tipo usado para enviar código Morse. La onda senoidal de radiofrecuencia mantiene
la misma amplitud durante todo el tiempo que el transmisor está activado. Debido a que
la onda senoidal mantiene la amplitud durante los “puntos” y “rayas”, las señales en
código Morse son conocidas como onda continua o “CW”.
En una transmisión de radio AM, (520 KHz a 1.600MHz) una gráfica de la señal de
RF se ve igual que la gráfica psiquiatrita Rorschach. Pero por supuesto el perfil de la
señal de audio está actualmente puesta sobre cientos de miles o millones de ciclos de
ondas senoides de RF.
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El diodo detector recupera la señal de audio “cortando” una de las dos polaridades de la
señal de RF. Las corrientes senoides tienen polaridad positiva y negativa. Los diodos
solo permiten la conducción en una dirección. Por tanto, cuando la corriente de una
onda senoidal de radiofrecuencia pasa a través del diodo, una de esas polaridades no
pasará y será eliminada. Lo que queda es una serie de estrechos, pulsos de corriente
continua, todos con la misma polaridad.
Este proceso de detección, que también se llama rectificación, produce una variación de
la señal DC que puede ser pasada a través de un auricular para convertirla en sonido.
Físicamente, un diodo moderno es normalmente un diminuto cilindro de cristal,
típicamente de 7 milímetros de longitud con dos cables alargados en los extremos - ¡no
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son fáciles de ver! Como se describirá mas adelante, es más divertido fabricar un diodo
con un mineral sulfúrico, o con unas cuchillas de afeitar o con imperdibles.
Auriculares
Una vez que el diodo ha generado las variaciones de corriente DC representando la
señal de audio, se necesita un dispositivo para convertir la corriente en sonido. El modo
clásico de hacer esto es usar un auricular magnético. Como describiremos más abajo, un
auricular es un electroimán que atrae un delgado diafragma metálico y hace que vibre en
el tiempo con la voz y la música.
Un práctico receptor a cristal
Un receptor de radio a cristal puede ser extremadamente simple. A continuación se
presenta un esquema:
Lista de componentes de un receptor a cristal:
Gran antena - 15 metros de cable colgado en un árbol puede ser ideal. O usa el dipolo
para 40 metros descrito anteriormente. Para esta aplicación, usa todo el dipolo montado
como si fuera una sola pieza de cable. Conecta el conductor central y la malla trenzada
del cable coaxial juntos y fija el “hilo” resultante a la “gran antena” ubicada arriba.
Buena tierra - Una conexión firmemente fijada a una tubería de agua de cobre de casa
puede ser ideal. Alternativamente, puedes usar una segunda longitud de cable colgada
en algún otro árbol. El segundo cable debe estar lejos del primer cable. Yo casualmente
tengo un dipolo para la banda de aficionado de 30 metros en mi jardín trasero. Uso mi
dipolo para 40 metros como “antena” y el de 30 metros como “tierra”. O como una
antena puede ser conocida en esta aplicación, el dipolo para 30 metros se vuelve como
“contraantena”.
Inductor - Enrollar unas 20 vueltas de hilo de cobre desnudo sobre un tubo largo de
cartón. Los tubos de cartón del papel de aluminio son las formas clásicas de las bobinas
para este propósito. En general, cuanto más grande sea el diámetro de la bobina,
trabajará mejor. Yo creo que las bobinas grandes trabajan mejor porque la bobina está
actuando como una antena magnética, igual que en in circuito LC sintonizado. En otras
palabras, una bobina de gran diámetro atrapa más componente del campo magnético
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procedente de la onda de radio. Para sintonizar el receptor a cristal, tú necesitas montar
un deslizador o una pinza cortocircuitadora que permita acortar un poco la bobina.
Diodo de cristal - Es agradable construir tu propio diodo como se describirá a
continuación. Sin embargo, para comenzar, usa uno ordinario, un pequeño diodo de
silicio tal como el 1N4148 o el 1N914, que está disponible en Radio Shack.
Auriculares - Puedes construir un auricular procedente de componentes comunes como
se describe más adelante. Esto será divertido y educacional, pero más tarde o más
temprano necesitarás comprar un buen par. Tú puedes comprar cualquier auricular
pasado de moda de alta impedancia (2000 ohmios) o modernos auriculares de baja
impedancia (8 ohmios). Los modernos son extremadamente eficientes, confortables para
llevarlos puestos y tener sonido hi-fi. Los auriculares de alta impedancia son históricos
y poco más se puede decir en su favor.
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Construir diodos detectores
Mi experimentación con receptores a cristal como adulto comenzaron un día cuando
hacía senderismo por Jamestown, Colorado. Estaba atravesando una mina abandonada
de color amarillo vacía. Los restos de la mina son las más amarillentas, sulfatadas, rocas
polvorientas que constan de granito agotado o metamorfoseado. De repente frente a mi
cara hay trozos de brillante, mineral sulfúrico negro, que era el motivo para la mina.
Sin una prueba, yo no conozco exactamente que es este metal, pero se puede apostar
que es una mezcla de sulfitos de plata, plomo, y puede que zinc, una raya de arsénico,
estaño y cobre. Puede incluso ser resto de oro telúrico esos cristales. Galena, es que
sulfito de plomo, es el material usado en receptores de cristal de los viejos tiempos para
hacer diodos detectores. “¡Caramba! ¿me preguntaría si yo puedo fabricar un receptor
de cristal con este mineral?”.
Me parece que una vez vi una película de guerra en que un prisionero de guerra en un
campo de concentración nazi hace una radio con un alambre de espino, una cuchilla de
afeitar y papel de plata procedente de un envoltorio de chicle. Bien, eso es Hollywood,
pero tal vez un receptor puede construirse sin usar componentes específicamente
fabricados para radios. Me encontré que tenía un receptor de radio a cristal de juguete
que databa por lo menos de 1950 en mi ático, ,lo recogí y lo probé. El “diodo” consiste
en un diminuto trozo de galena gris sobresaliendo de un pequeño charco de soldadura
solidificada. El polo positivo del diodo es un “pelo de gato”, una pieza de hilo de cobre
delgado clavado contra el cristal.
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La foto de arriba muestra mi receptor a cristal con los tres componentes caseros. Un
circuito LC resonante es vital para seleccionar la banda de radio AM (u otra banda). No
es realmente necesario un condensador de sintonía en las frecuencias de radio AM. Una
gran bobina, de por lo menos 5 centímetros de diámetro con 20 a 60 vueltas enrolladas
en un tubo de cartón, tenía suficiente capacidad entre espiras para resonar en la banda de
AM. Desde un punto de vista físico, el circuito en un esquema “práctico” es
funcionalmente igual que un circuito que contiene un condensador variable entre la
bobina.
¿Dónde está el condensador variable?
Un condensador consiste en dos piezas de metal separadas por un dieléctrico. Si
enrollas un gran aro de hilo alrededor de un tubo de cartón, entonces hay capacidad
entre una espira de hilo y todas las espiras cercanas. “Pero, ¡detente! ¡Eso no puede ser!
¡Hay un cortocircuito entonces!” dirás tú. Sí, estás en lo cierto. Pero si miras un circuito
LC en conjunto, la bobina es un reino de “cortocircuitos” a través del conjunto del
condensador y vemos que funciona bien. La parte difícil sobre la física es que tú tienes
que aprender a pensar abstractamente. Un conjunto de fenómenos se ve borroso e
inconsistente. Nosotros estamos forzados a “sentir” que trabaja y que no. La espira de
hilo se ha dicho que tiene “capacidad intraespiral” que actúa igual que si tuviéramos
un condensador separado entre cualquier cosa, honrada.
De todas formas, sin un condensador variable, no tendrás formas de sintonizar
estaciones en particular. Puede añadirse una derivación en el bobinado para sintonizar
una estación. Un “derivador” es un modo para acortar una parte del inductor. Usando
este método tú puedes toscamente (muy toscamente) seleccionar las estaciones más
fuertes en la parte alta o baja de la banda de AM. Sin embargo, si prefieres usar un
condensador variable, casero o de otra forma, está a tu disposición. Encontrarás que
sintonizar un receptor de radio a cristal es poco sistemático, no importa como lo hagas.
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El diodo de cristal rectifica la tensión de radiofrecuencia resonante en el circuito LC y
los auriculares la convierten en sonido. Algunos receptores a cristal también tienen un
filtro de señal de audio o condensador “integrador”. Este condensador, de unos 0.01
microfaradios, está situado entre los auriculares. Sin embargo, en mi receptor a cristal,
no tiene ningún uso útil, y lo quité. Quitar componentes es un gran camino para saber lo
que hacen.
Intenta quitar el circuito LC y conecta el diodo y el auricular a la antena y tierra. En
toda mi casa yo podía oír débilmente estática que sonaba como ruido de línea eléctrica.
Eso implica que las líneas eléctricas generan las mayores señales de AM en todo el
espectro de radio. En cualquier caso, sin el circuito LC, yo no escucho estaciones de
radio.
El diodo de cristal Jamestown
Para hacer mi detector a cristal de mineral sulfúrico, fundí un charco de soldadura de
unos 95 milímetros de ancho en un trozo de placa de circuito impreso. Entonces usé
pinzas para presionar un poco de metal en el charco para que, cuando endureciera, la
mitad del cristal estuviera expuesta. Seguidamente soldé una diminuta vuelta de hilo de
cobre encima de la plataforma en la placa para un bigote de gato.
Un imperdible presiona el bigote de cobre sobre la galena.
He fabricado un anillo de cobre cortando el final de una tubería de cobre de ¼ de
pulgada que sirve como un profundo “cubo” de soldadura en el que yo puedo poner la
galena. Mi primer diodo usaba vueltas de fino hilo de cobre como “bigotes de gato”. El
cobre no era suficiente elástico para empujar en el cristal con suficiente fuerza para un
rendimiento fiable. Bob, N0RN, me dijo que cuando él era un niño, usaba imperdibles
como bigotes de gato. Efectivamente, el muelle de carga del imperdible producía
abundante fuerza y resolvía el problema mecánico.
¿Dónde está la unión P-N?
Si eres una persona atenta, te preguntarás “¿Dónde está la unión P-N con las impurezas
introducidas en el semiconductor puro y todo eso?” De esto resulta que un diodo puro
puede hacerse mezclando juntos materiales bastante inferiores. Por ejemplo, un cristal
de galena puro consiste en un conducto y sulfuro que tienen valencias 2 y 6, que dan de
media 4. Pero hay también otros átomos en un típico mineral de galena. Esas impurezas,
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como la plata o cobre tienen valencias de +1 (mas 1), mientras otros metales de
transición como el estaño tienen valencias de 2 o 4. Vamos a asumir que debido a la
impureza de arsénico (valencia 5), mi metal es un semiconductor de tipo N. Pero ¿dónde
está el semiconductor de tipo P? Resulta que si presionas un metal un metal contra un
semiconductor de tipo N, los iones del metal migrarán a varias micras dentro del cristal
de tipo N y harán una diminuta región de tipo P circundando el punto de contacto del
“bigote de gato”.
Como puedes esperar, la desventaja de tales diodos puros es que la unión P-N es
bastante frágil. Esto es, la función de válvula de chequeo solo trabaja con tensiones muy
bajas y corrientes extremadamente pequeñas. La unión P-N es fácilmente destruible si
pones una gran tensión inversa entre la unión o intentas pasar grandes corrientes a través
suya.
El acero al carbono es un semiconductor
Cuando pongo mi nuevo diodo con el bigote de gato del imperdible en el receptor de
radio a cristal, estaba en un silencio sepulcral – nada. No importa como moviera la
punta afilada de acero sobre la galena, los auriculares estaban muertos. Sucedió que la
aguja golpeó el estaño en el filo de la galena y el cristal volvió a la vida con música de
la KBCU, nuestra estación local de AM más fuerte. Al principio estaba perplejo. La
aguja de acero rectificó bien contra la soldadura o contra el cobre. La señal era sin
embargo solo 2/3 de fuerte de lo que era con el diodo cobre-galena, pero era mucho más
fácil de ajustar.
Resulta que el “acero” es un semiconductor compuesto de hierro-carbono. La superficie
de acero endurecido es un cristal, sin embargo no es radicalmente diferente del cristal de
galena (sulfito de plomo). El carbono tiene valencia 4, igual que el silicio o el germanio.
Pero, si deseas construir un receptor a cristal para tus hijos, no tienes que buscar galena.
Usa un imperdible presionando cobre o estaño.
Otra sorpresa para mi fue que las uniones de cobre con cobre, estaño contra estaño, o
estaño con cobre también rectifica y produce débiles señales. El contacto entre dos
superficies metálicas debe ser extremadamente débil – casi intocable. Este fenómeno es
pobre para hacer receptores a cristal, pero es una advertencia sobre malos contactos en
equipos electrónicos. Las uniones de soldaduras frías y tornillos perdidos pueden
llenar tu circuito con accidentales diodos.
Intenté medir la característica voltios/Amperios de un diodo de cobre/acero. Y como
puedes suponer, se ve como un cortocircuito en un ohmimetro. Lo estudié
cuidadosamente con un multímetro de alta impedancia y con resistencias en serie de 10
megaohmios, pero aún se veía como un cortocircuito. Yo creo que aprendí que el
mundo de la detección de RF es bastante misterioso. Por lo menos la leyenda sobre
los POW en la segunda guerra mundial haciendo radios con alambre de espino y hojas
de afeitar comenzaba a tener sentido. El alambre de espino debía ser el semiconductor.
Como se muestra en el diagrama de construcción del diodo, yo usé una soldadura de
núcleo ácido para fijar una pieza de hilo de cobre al final de la aguja. Ahora el punto de
contacto de mi diodo es entre el semiconductor galena y cobre que es distinto del
semiconductor acero a semiconductor mineral sulfúrico. Yo conecté mi receptor a
cristal en el conductor central del coaxial del dipolo para 40 metros y mi estación a
tierra. Arañé el bigote de cobre alrededor del cristal sulfúrico y de repente estaba
nuevamente escuchando nuestra estación local. Usando unos auriculares comerciales de
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8 ohmios, la señal era casi extremadamente fuerte. No es nada divertida la KBCU es
mayormente música rap.
Características Voltios-Amperios de los diodos de autoconstruidos
Una vez que tuve mi bigote de gato ajustado, el diodo Jamestown era igual de fuerte
como el diodo del receptor a cristal de 1935. Intenté sustituirlo por uno moderno, un
diodo Schottky. Los diodos Schottky son habitualmente usados como detectores en
equipos relativamente modernos. Me sorprendí al descubrir que los Schotty modernos
producen grandes señales como los diodos de cristal, pero no mejores. Si estos diodos
funcionan igual, ¿cómo comparar sus características voltios/amperios?
Curvas Tensión/Corriente para el diodo Jamestown y un diodo Schottky comercial.
Con grandes tensiones y corrientes, (miliamperios), el diodo Schottky actúa como
podrías esperar: Deja pasar grandes corrientes (miliamperios) por encima de los 0.2
voltios de tensión directa y de fuga sólo 100 nanoamperios con tensión inversa. Note
que si el Schottky fuera “perfecto”, la línea roja podría ser recta hacia lo más alto del eje
vertical, y recta encima del eje horizontal hacia la izquierda. Sin embargo con muy bajas
corrientes, microamperios, el Schottky comercial era más cercano a la perfección con
una transición cercana a cero voltios.
En contraste, con grandes corrientes el diodo Jamestown se comportaba como una
resistencia en ambas direcciones. No me resultaba evidente que el diodo pudiera
rectificar nada. Las curvas anteriores muestran el comportamiento de ambos diodos con
pequeños niveles de corriente, microamperios, usando una carga de 1 megahomio (un
100
millón de ohmios). Para pequeñas corrientes, los diodos Schottky y Jamestown fueron
ambos enormemente no lineales en el punto cero amperios, cero voltios. La sorpresa
para mí fue que, para tensiones inversas el diodo Jamestown rompe abruptamente a
menos un voltio. No es sorprendente su conducta si bien en ambas direcciones con
“baja” resistencia de 10K ohmios de carga. Esta abrupta ruptura inversa se llama
“ruptura de avalancha”. Cuando esto ocurre con grandes corrientes es habitual
destruir el diodo. Como se puede ver en el capítulo 8, algunos diodos llamados “Diodos
Zener” están diseñados para romper a una tensión específica sin ser destruido.
El auricular Caribú.
Construir mi propio auricular fue la parte más dura de mi receptor a cristal. Un auricular
usa una núcleo de hilo de alta impedancia para hacer un campo magnético proporcional
a la señal de audio. El campo cambiante empuja y tira contra un delgado diafragma de
acero para producir vibraciones de sonido. Incluso si decides construir uno de estos
receptores a cristal, te recomiendo enormemente que compres un buen par de
auriculares como los que tendrás para tu equipo de radioaficionado. También, con
auriculares comerciales el habla y la música será perfectamente clara y fuerte, incluso
con un imperdible como diodo.
El auricular Caribou
Una sección transversal de mi auricular casero se muestra arriba. Su construcción es
básicamente igual que unos anticuados auriculares de alta impedancia. Seguramente el
sonido es débil. ¿Qué esperas de un diafragma de auricular realizado con una fina tapa
de estaño? La bobina tiene cientos de vueltas de hilo #36 (AWG) devanado en un
núcleo de papel. Dentro de la bobina hay un imán cilíndrico que cogí de un viejo
altavoz. Una pieza de una envoltura de acero conduce el flujo magnético alrededor de
los bordes de la tapa. La fuerza magnética sostiene la tapa. Para completar el circuito
magnético, la fuerza magnética se concentra en el hueco entre la fina placa de acero y el
imán.
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Receptor de radio a cristal mostrándose el auricular auto construido. Se ha quitado el diafragma metálico.
Yo empecé usando un pequeño imán procedente de un viejo altavoz, pero este se sentía
como un fraude. ¿Podría Heinrich Hertz haber utilizado un altavoz de imán? De todas
formas, me pareció que el imán no era esencial. ¿Por qué no podría la bobina
magnetizar un hierro común? Intenté sustituirlo una gran tuerca de acero del mismo
tamaño. Seguramente, funcionó, pero el sonido era demasiado débil para ser audible en
un receptor de radio a cristal. Sin embargo, cuando enchufé el auricular autoconstruido
con la tuerca de acero en mi radio de onda corta, era asombrosamente ruidoso. No es
Hi-Fi, eso si, pero es fuerte. No, para un auricular sensible se necesita un imán para
superar la histéresis.
Histéresis
¿Qué es la histéresis? te preguntarás. Cada vez que se magnetiza el hierro con una
bobina con corriente continua (DC), un minúsculo “dominio magnético” en el hierro se
alinea para hacer un gran campo magnético. Pero cuando la corriente continua (DC) se
corta, algunos de los dominios magnéticos siguen alineados y dejan un campo residual.
Para magnetizar el hierro en dirección opuesta, una corriente de polaridad opuesta debe
primero superar el campo residual. Esto significa que la histéresis interfiere con la
sensibilidad de señales débiles. Dado que los receptores de radio a cristal son
autoalimentados por las ondas de radio, la sensibilidad es vital. Se necesita un imán para
sobrepasar la histéresis y el balance del campo magnético de modo que funcione
siempre en una dirección. Podría magnetizar el hierro con una bobina para corriente
continua (DC), pero entonces siendo un purista, necesitaría construir una batería de
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fabricación casera. Y necesitaría fundir y sacar mis propios cables de cobre. (Olvidaros
de lo que dije).
Tuve una inspiración repentina. Cavé alrededor en mi colección de rocas y encontré un
trozo de mineral de magnetita procedente de la mina en Caribou, Colorado. La
magnetita es un óxido específico del hierro, Fe2O4, que conserva un campo magnético.
Trabajé la magnetita con mi amoladora de banco en un pequeño imán cilíndrico.
Desafortunadamente, la amoladura y el calor arruinaron el magnetismo. Sin embargo,
fijándolo a un gran imán permanente, fui capaz de poner mi magnetita en un fuerte
campo magnético. Entonces lo golpeé firmemente contra mi yunque. Créalo o no, aquél
abuso restauró el campo magnético. ¡Contemplen! – la radio completada con la roca del
condado de Boulder y el rollo de papel higiénico.
¿Cómo se mejora? Bien, francamente el auricular casero es patético y necesita un
montón de I+D. El sonido es muy fuerte cuando lo conectamos en una radio real, pero
instalado en el receptor a cristal, apenas puedo escuchar la música rap. Sin embargo si
tengo un diafragma de acero más fino, un auricular para cada oído, acoplando la
impedancia óptima, una mejor artesanía y otros refinamientos, se puede aproximar a un
auricular comercial. En otras palabras, para escuchar en serio, comprad un buen
auricular! Y, después de que juegues con cristales caseros, te sugiero que compres
algunos diodos de silicio. Los diodos tipo 1N914 o 1N4148 trabajan muy bien en esta
radio. Ellos no trabajan mejor que el diodo hecho con metal sulfúrico, pero son más
pequeños, más resistentes y no necesitan ser enroscados.
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RECREANDO EL EQUIPO DE RADIO DE HERTZ
La mayoría de lo que he leído sobre la historia de la radio fue escrita por no-ingenieros.
Ellos describen el revolucionario aparato inventado por nuestros héroes usando viejos
términos de radio como “resonancias de la tierra”, “eter”, y “cohesores”. Ellos nos
decían a cuan lejos transmitían, pero solamente nos dan las pistas más débiles sobre
cómo el chisme trabajó realmente. ¿Era un transmisor de chispa? ¿Un alternador de alta
velocidad? ¿Qué demonios era, de cualquier modo, un “oscilador Tesla”?
En 1884 James Maxwell publicó cuatro ecuaciones que cuantificaron y conectaron el
magnetismo con el fenómeno eléctrico. Estas ecuaciones también predijeron la
existencia de las ondas de radio. El cambio magnético y los campos eléctricos se
relacionaron el uno al otro con funciones senoidales. Así pues, una vez que los físicos
tuvieron las ecuaciones listas, no fue un salto demasiado enorme para concluir que una
onda senoidal da forma a los campos eléctricos y magnéticos pudiendo generar el uno al
otro en una oscilación y la energía de la radio podría propagarse a través del espacio.
En 1889 Heinrich Hertz, un profesor de física en la Universidad de Bonn, Alemania, fue
el primero en demostrar las ondas de radio en el laboratorio. Por supuesto podría haber
hecho esto en 1884, o 1887, dependiendo la página web que visites – ¡ah, la gloriosa era
de la información!
Eso es fascinante, pero ¿Cómo pudo él demostrar las ondas de radio? Usando la
tecnología de 1880, eso no podría haber sido sencillo. ¿Cómo sabía él que estaba
detectando ondas y no acoplamientos magnéticos de una bobina a otra? O si su “antena”
era capacitiva, ¿cómo sabía que no estaba observando un acoplamiento capacitivo? Si
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yo fuera escéptico sobre la existencia de ondas de radio, pero si yo comprendiera las
implicaciones completas de las ecuaciones de Maxwell, podría ser convencido si yo
pudiera ver la comunicación a través de una distancia mayor a una longitud de onda.
Un mínimo de una longitud de onda significa que “la presunta onda electromagnética”
puede cambiar la energía de un campo magnético a eléctrico y volver nuevamente por lo
menos una vez. Por supuesto, yo también podría desear ver evidencias de ondas
estacionarias y una forma de medir la frecuencia.
Demostrando las ondas hertzianas
Supongamos que tú eras Heinrich Hertz en el año 1884 y Maxwell acaba de predecir la
existencia de las ondas de radio. Usando componentes disponibles en tu época, ¿cómo
podrías generar odas hertzianas y nombrarlas en lugar de Hertzios? Si tú eres capaz de
generar ondas de radio, ¿cómo podrías demostrar a un escéptico que tú lo has hecho?
Hertz dirigió esta hazaña y aparentemente su demostración fue convincente. De lo
contrario la unidad de medida para la frecuencia podría no haber sido los “Hertzios”. Un
Hertzio equivale a un ciclo (una oscilación completa) por segundo.
Cuando tuve mi primera idea de jugar a ser el Dr. Hertz, yo no estaba capacitado para
encontrar una descripción de sus aparatos. Eso era una buena cosa porque me forzó a
inventar mi propio método para demostrar las ondas Hertzianas. Si tú sabes bastante de
electricidad para estar capacitado a ocuparse del desafío, entonces saque su hardware de
1880 y construya un transmisor y un receptor que transmita por lo menos una longitud
de onda. Si no sabes como empezar, siga leyendo.
Transmitir y recibir tan simplemente como sea posible.
El único detalle del aparato de Hertz que encontré descrito era el que detectaba su onda
por medio de un aro de cable. El cable tenía una corriente y tensión tan grande
inducidos en el por las ondas de radio que una chispa visible saltó a través del espacio
en el círculo del cable. Guau! Debía haber sido una fuerte señal de radio que pudiera
inducir toda esa energía en un aro de alambre. Y si la señal era tan grande, ¿a qué
distancia del transmisor tenía que estar el aro? Yo supuse que la intensidad de la señal
tenía que ser grande y el aro tenía que ser muy cerrado, como 30 o 60 centímetros
Si fuera un escéptico que ya supiera sobre los transformadores de Faraday, yo no podría
ser convencido por esa demostración. ¿Cómo sabría yo que las ondas de radio se habían
propagado a 30 centímetros de distancia al aro? Quizás todo lo que viera fuera un gran
campo magnético que llega de una bobina a otra.
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¿Quizás el ayudante de Hertz era justamente un transformador?
Un transformador es un dispositivo magnético que trabaja transmitiendo un campo
magnético variante de una bobina a otra. Las bobinas (inductores), convierten la energía
de una corriente eléctrica moviendo a través de un hilo en energía de campo magnético
que permanece inmóvil en una nube como una región alrededor de la bobina. Si una
segunda bobina está cerca de la primera bobina estará dentro de la “nube” magnética,
entonces si se cambia el campo magnético, después se generará un campo eléctrico en la
segunda bobina.
Los inductores almacenan energía magnética en el espacio alrededor de ellos, siempre
que circule corriente a través de la bobina. Pero cuando la corriente deja de fluir, la
energía magnética queda “atrapada” en el espacio. La energía magnética entonces
vuelve a la bobina e induce una tensión en esa bobina que pueda forzar la corriente a un
flujo continuo en una dirección. Es decir, la tensión inducida intentará mantener el
estado del campo magnético y la bobina igual. Si la corriente se da por buena, entonces
el campo magnético se colapsará completamente y la energía se disipará en la bobina y
en cualquier circuito conectado a ella. Pero si la primera bobina esta en circuito abierto
e incluso los altos voltajes no pueden restaurar el flujo de corriente, entonces el campo
se colapsará en la segunda bobina. Si la tensión inducida está disponible, causará una
corriente que fluirá en la segunda bobina para mantener el campo. O, como en el caso
del detector de aro de Hertz, la tensión inducida causó una gran chispa saltando a través
del espacio donde estaba la resistencia localizada arriba.
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Pero yo pensé que los transformadores siempre fueron de hierro.
Puedes pensar que los transformadores no son débiles bobinas de aire sino cosas
grandes de hierro como grandes cilindros de acero en el poste de energía eléctrica que
hay en el callejón detrás de tu casa. Si, esas cosas de acero son transformadores pero
están diseñados para líneas eléctricas de baja frecuencia. Una frecuencia de
radiodifusión en AM está en una frecuencia del orden de un millón de Hz, mientras la
compañía eléctrica suministra corriente a 50Hz. Por lo tanto, en vez de tener aire entre
las dos bobinas, los transformadores eléctricos tienen hierro. El campo magnético de la
bobina magnetiza el hierro temporalmente. Reclutando hierro y doblándolo en un imán
incrementa el campo magnético mil veces o más.
Con un enorme campo magnético almacenado en el hierro, el transformador eléctrico
puede transmitir cantidades de energía con solo 50 cambios de dirección por segundo.
Un transformador similar sin núcleo de hierro podría transmitir la misma cantidad de
energía, pero tendría que repetir el ciclo del campo magnético quizás mil veces más
para transferir la misma cantidad de energía total.
Yo estoy consiguiendo adelantar mi historia, pero ¿por qué supones tu que la compañía
eléctrica no usa 1 millón de Hertzios y no elimina todo ese hierro? Después de todo, a
un millón de Hertzios la tensión de RF todavía podría ser un riesgo de quemadura, pero
no podría electrocutar a nadie y sería considerablemente más segura.
Desafortunadamente, a un millón de Hz las líneas eléctricas podrían actuar como
antenas y radiar energía en el cielo en vez de entregarla en tu casa.
¿A cuanta distancia se debería transmitir para demostrar la existencia de las
ondas Hertzianas?
Para estar seguros de que las ondas son Hertzianas y no solamente campos magnéticos,
yo podría ser impresionado con la demostración si el detector (el receptor) estuviera
retirado a una longitud de onda. Una longitud de onda es la distancia que una onda de
radio viaja durante el tiempo que completa un ciclo de un campo magnético, al campo
eléctrico, y vuelve al campo magnético.
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La velocidad de la luz es de 186.000 millas por hora, o 300.000.000 metros por segundo
(un metro es aproximadamente 39 pulgadas). Una longitud de onda es la distancia a la
que una onda viaja mientras convierte durante un ciclo la energía magnética en
eléctrica. La longitud de onda de la banda de radioaficionado de cuarenta metros
(7MHz) es obviamente 40 metros. Resulta esto típico, las longitudes (totales) de las
antenas para los transmisores de radio son media longitud de onda o un cuarto de
longitud de onda. En 40 metros, un monopolo vertical típico es un cuarto de onda o 10
metros (33 pies) de altura. La banda de aficionado de 10 metros se extiende desde los
28.0MHz a los 29.7MHz.
¿Cual es exactamente la frecuencia en Hertzios para la banda de radioaficionado de 10
metros?. Para convertir la longitud de onda a frecuencia, dividir los metros por segundo
de la velocidad de la luz por la longitud de onda:
Donde f representa la frecuencia, c representa la velocidad de la luz y λ representa la
longitud de onda.
Velocidad de la luz / longitud de onda = Frecuencia en Hz.
300.000.000 metros/segundo / diez metros = frecuencia de 30 Millones de Hz (30MHz)
Recuerda que la banda de radio de AM se extiende desde los 550.000 Hz a 1.7 MHz. El
canal 2 de televisión comienza en los 54MHz. La banda de radioaficionados de 10
metros está aproximadamente entre la banda de radio de AM y la TV.
Volviendo a la demostración Hertziana, si deseo transmitir una longitud de onda, en 40
metros, mi aro tendría que estar a 40.23 metros de mi transmisor. Francamente, yo no
creo que el aro detector de Hertz trabajara a esa distancia. Y si así fuera, yo podría ser
arrestado por usar un transmisor tan potente. Por regla general, la FCC no se opondrá a
experimentos como éste si las ondas de radio no pasan de los 15 metros de distancia
para fuerzas de señal fácilmente detectables. Por otra parte, yo podría usar una banda
alta de radioaficionado como los 10 metros. Ahora yo sólo tengo que llegar a 10 metros
de distancia. Esto es mejor, pero el aro sigue estando a más de 30 centímetros de
distancia. Si me voy a las frecuencias de UHF, la longitud de onda puede reducirse a 30
centímetros, pero esas frecuencias son difíciles de generar y de medir con la tecnología
de 1884. Yo tengo entendido actualmente que Hertz utilizó 4 metros de longitud de
onda para sus demostraciones.
Diseñando el transmisor para 10 metros.
Por motivos de simetría yo usé circuitos LC idénticos para mi transmisor y receptor.
Para imitar un poco lo que yo sabía sobre los aparatos de Hertz, usé un aro de hilo de
unos 30 centímetros de diámetro. Yo conocía por experiencia que ver chispas en el lado
del receptor era desesperanzador, así que hice también en el receptor un circuito LC que
sabía que podría atrapar una oscilación procedente del transmisor.
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En este punto, tú puedes comenzar desde el año 1880. Todo depende de cómo seas de
purista para jugar el juego histórico. Yo usé para un condensador un condensador
variable moderno. De esa manera, podría ajustar la capacidad y sintonizar la oscilación
para una frecuencia en particular. Si deseara ser un purista, no sería difícil hacer un
condensador de fabricación casera hecho con hojas de metal con papel para el
aislamiento entre las placas. Personalmente, yo estaba seguro de que tal condensador
funcionaría. Pero no deseé pasar horas haciendo uno.
Mi primer problema era como iniciar la oscilación en el transmisor LC. En teoría,
poniendo en cortocircuito una batería a través del aro, cargaría el aro con una gran
corriente limitada sólo por la resistencia interna de la batería. Entonces cuando quitara
la batería, el campo magnético de la bobina descargará forzando una tensión que
aparecerá a través del condensador. El aro entonces cortocircuitará al condensador y la
oscilación comenzará.
Igual que el condensador variable, este proyecto irá más rápido si usas herramientas
modernas para cerciorarte de que tus componentes están trabajando. Por ejemplo, para
ver si mi transmisor era realmente un transmisor, usé un receptor para la banda de
radioaficionado sintonizado en los 10 metros. Seguramente, cuando chasqueo la batería
en los terminales del condensador, puedo escuchar un clic en el altavoz del receptor. Y
cuando sintonicé el condensador, pude conseguir alcanzar el volumen máximo de
sonido agudo en un ajuste específico de condensador. Por supuesto, si esto fuera 1880,
yo tendría que hacer todo esto por suposición, prueba y error. Todos estos viejos tipos
fueron fuertemente maldecidos.
Diseñando el receptor
El siguiente problema era como detectar cuando el aro del receptor estaba oscilando
debido a las ondas del transmisor. ¿Qué usar como detector? La solución de 1889 podría
ser usar un detector llamado “cohesor”. Los detectores cohesores fueron desarrollados
para la telegrafía con hilos. En el tiempo en que una señal que se propagaba kilómetros
abajo en un hilo telegráfico, la señal era a menudo demasiado débil para cerrar un relé
mecánico. Los cohesores fueron usados para “amplificar” una señal débil de código
Morse. Un cohesor era un pequeño frasco con limaduras de hierro o carbón. Cuando
aparecía una diminuta tensión a través del frasco con limaduras, la resistencia de las
limaduras caía precipitadamente. Esta caída de resistencia entonces permitía pasar la
suficiente corriente a través de las limaduras y disparaba un relé llamado “sonador”. El
sonador hacía un sonido de clic-clack que los operadores de telegrafía reconocían como
un punto o una raya. Usando un cohesor, una señal débil podía conducir un sonador que
no podría funcionar directamente. Para inicializar el cohesor para cada pulso, el
pequeño frasco estaba montado en el sonador para que la vibración pudiera agitar las
limaduras y lo mantuviera trabajando.
Desafortunadamente, los cohesores son dispositivos para baja frecuencia. Ellos son
adecuados para “detectar” una señal DC en un hilo telegráfico que cruza un país. Yo
dudaba que pudiera ser útil para usarse para pequeñas señales de radiofrecuencia.
Siendo perezoso, no construí uno para descubrirlas. Además, mi detector de cristal
hecho con piedras locales ciertamente está de acuerdo al criterio de 1880.Decidí
construir un receptor de radio a cristal para 10 metros.
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¿Qué hay de los auriculares? ¿Son de la tecnología de 1880? Sí, apenas. Alexander Bell
construyó su primer teléfono en 1879. Usó un auricular diseñado igual que el
dispositivo descrito anteriormente. Actualmente, para mi receptor de 10m usé unos
viejos auriculares comerciales de alta impedancia en vez del auricular autoconstruido.
No podía permitirme perder ninguna sensibilidad.
El comunicador más simple para 10 metros
Empecé con una antena/inductores de aro de unos 30 centímetros de diámetro para
ambos receptor y transmisor. En vez del interruptor de chispa de Hertz, puse un
condensador variable de 140pF entre ambos aros para tener circuitos LC sintonizados.
Receptor de radio a cristal para 10 metros.
Para cargar el circuito LC, usé un primitivo “generador de chispa”. Toqué los terminales
de la batería a través del circuito LC mientras escuchaba en el receptor a cristal.
Posicioné el receptor a cristal a una distancia de 30 centímetros del aro del transmisor.
No podría ser una “radio” comunicación, pero por lo menos me diría si estaba en la
pista adecuada. Generé chispas en el lazo del transmisor mientas sintonizaba el
condensador. Cuando estaba sintonizado, podía obviamente oír repentinamente
109
chasquidos en los auriculares. Estaba sorprendido de cómo de crítica era la sintonía. El
aro grande tenía una relativa baja inductancia, así que el condensador tenía un rango de
sintonía sobre los 30MHz. La sintonía tenía una forma muy penosa para los estándares
modernos, pero el ajuste era crítico. En cualquier caso lo logré en un rango de 30
centímetros del aro del transmisor. Asombroso! Bien, es mucho más lejos que el área de
acción del imán de un refrigerador.
Transmisor de chispa mejorado & receptor
Añadiendo un gran inductor con núcleo de hierro en serie con la batería, conseguí una
chispa más grande, más sostenible y una señal mucho más alta en el receptor a cristal.
El inductor era el primario de un transformador de filamento con núcleo de hierro que
tenía en mi caja de los trastos. El secundario del transformador fue dejado en circuito
abierto. Realmente, intenté con varios devanados de transformadores e inductores hasta
que encontré uno que me dio la mayor chispa visible. La batería tenía seis acumuladores
alcalinos en una batería de plástico procedente de Radio Shack. Mi manipulador
telegráfico fue hecho con dos piezas de circuito impreso separadas una de otra por una
pieza de madera (Ver Capítulo 9.)
110
Transmisor de chispa para 10 metros.
Recluté a mi XYL para que escuchara en los auriculares mientras yo movía el
transmisor por la habitación. (Las esposas son conocidas como “XYL” en el código
Morse. XYL proviene de “former young lady”). ¡Ahora que tenía el inductor y una
chispa más grande, conseguí alejarme a una distancia de 3 metros! Le comenté a Katie
que ella estaba haciendo el mismo trabajo que el asistente de Marconi, Mignani. Cuando
Mignani escuchó repetidamente la “S” en Morse, pegó un tiro al aire con un rifle. “Pero
¿Dónde está mi rifle?” preguntó ella.
Un relé para manipulación automática
Desafortunadamente, una longitud de onda a 29 MHz son 10 metros y yo seguía
demasiado cerca. Hummmmm…
¿Cómo conseguir los últimos 7 metros? Primero añadí un relé para manipular el
inductor. Sí, había relés en 1880. El relé no tenía nada que hacer con la extensión de la
distancia, pero me permitía continuar haciendo experimentos sin tener a Mignani
escuchando por mí. Ya sabes, disparar el rifle y todo eso.
111
Un relé es una bobina/electroimán enrollada alrededor de un núcleo de hierro. Un trozo
de bisagra de acero está suspendido por un resorte cerca del núcleo de hierro. Cuando la
corriente pasa a través del electroimán, la bisagra de acero es atraída por el hierro con
un “clic” audible. La bisagra, sucesivamente, cierra mecánicamente un interruptor que
puede ser completamente independiente del circuito del electroimán. De esta manera,
una corriente puede controlar un circuito independiente. En mi transmisor los contactos
del interruptor en el relé vienen a ser mi “generador de chispa”. Cada vez que el
interruptor se abre, una gran chispa salta a través de los contactos del interruptor, no es
tan diferente de la chispa de la bujía de ignición de un automóvil.
Usando un relé, yo puedo usar mi manipulador de telegrafía electrónico, un “bug” pone
“puntos”, al manipulador del transmisor automáticamente. Este “bug” casero se describe
en el Capítulo 9. Si tú no tienes uno de esos, tendrás que tener tu manipulador
“Mignani” en tu trasmisor. Con el transmisor generando una señal continua, yo puedo
mover el receptor alrededor de mi casa. La señal escuchada es igual que el ruido de
ignición de un automóvil que algunas veces escuchas en tu radio de AM.
Más alcance = mayor, grandes antenas mas grandes baterías
Puedo fácilmente incrementar el alcance del transmisor usando más baterías y más
grandes y una bobina en serie de mayor tamaño. Si realmente busco extender la
cobertura, puedo añadir un dipolo diseñado para 10 metros y ponerlo en el aire a unos
15 metros de altura. De hecho, esto es exactamente lo que hicieron los hombres de
aquella época, ellos fabricaron grandes antenas y transmisores. Sin embargo esto era en
1880, no en el 2002. El problema con usar una longitud de onda de 10 metros es que, si
incremento la efectividad de mi transmisor, puedo fácilmente escucharlo con mi
receptor de cristal a 10 metros de distancia. Desafortunadamente, otra persona puede
112
también escucharla en Australia. Eso sería malo puesto que los transmisores de chispa
han estado prohibidos desde 1927.
La mejora más sencilla que podía hacer al receptor era añadir una antena dipolo de 5
metros. El dipolo consiste simplemente en dos hilos de 2.5 metros soldados en las
placas del condensador de sintonía del receptor. El dipolo se orientó perpendicularmente
a la trayectoria directa del transmisor. Eso se hizo. Ahora yo puedo evidentemente
escuchar la señal procedente del sótano en la segunda planta de mi casa, a unos 15
metros de altura. ¡Esto estaba bien más allá de una longitud de onda de distancia!
¡Guauuuuu!
Buscando ondas estacionarias
Para medir la longitud de onda, puse una “antena transmisora” de hilo largo de unos 15
metros de longitud a través del piso y los superiores. Reduje las baterías del transmisor
de 9 voltios a 3 voltios. Entonces encendí el transmisor. Quité el dipolo de receptor y
usé el aro del receptor como “punta de prueba”. Caminando a lo largo del hilo, yo podía
oír picos y nulos en recepción cada 2 metros a lo largo del cable. Lo que estaba
escuchando eran “ondas estacionarias”. Cuando la corriente de RF llegan al final de un
hilo abierto, rebotan hacia atrás a lo largo del hilo. Las ondas retornantes cancelan y
refuerzan las ondas salientes haciendo los máximos y mínimos que yo escuchaba. Un
gran número de picos significa que la longitud del hilo es diferente a una longitud de
onda y las ondas estacionarias son complicadas. Si el hilo fuera exactamente una
longitud de onda, yo debería escuchar solamente dos máximos –justamente las dos
jorobas de una onda senoidal.
Engañé después. Puesto que sabía que la frecuencia era 29 MHz, calculé cual debería
ser la longitud del hilo para una longitud de onda. Sintonicé el hilo exactamente a esa
distancia e intenté nuevamente. Como se esperaba, había un único mínimo en el centro
del hilo. La señal sinusoidal se reflejaba de un lado a otro desde un extremo del hilo al
otro, con un mínimo, el paso por cero, en la mitad. Cuando las reflexiones no vienen
uniformes, tú obtienes múltiples máximos y mínimos.
Por supuesto, conocer la respuesta antes de tú comiences no es lo que experimentó
Hertz. Él tuvo que resolver todos los detalles por el camino difícil. También, saber la
respuesta antes de tiempo predispone el resultado. El alineamiento exacto y la distancia
del aro receptor respecto al hilo era crítico, hay una posibilidad de escuchar lo que yo
deseaba oír. La artesanía y la honestidad escrupulosa son esenciales cuando se hace
ciencia. Mi medidor de frecuencia obviamente necesita más trabajo.
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TRANSISTORES CASEROS
Aquí hay otro proyecto del que puedes disfrutar. También le introducirá a los principios
básicos de los transistores bipolares. Schockley y Bardeen inventaron los primeros
transistores mientras trabajaban para los Laboratorios Bell en 1947. En realidad, leí que
los principios básicos para los transistores de efecto de campo fueron descritos en
patentes Alemanas de los años 1930. Sin embargo, los transistores de efecto de campo
113
no fuero desarrollados en componentes útiles hasta los años 1970. Primero usaremos
uno de esos en el capítulo 6, pero serán analizados aquí.
El propósito de un transistor es “amplificar” pequeñas señales o controlar grandes
corrientes o tensiones usando pequeñas señales de control. Los transistores pueden
amplificar una pequeña señal que es audible solo con unos auriculares sensibles y la
hace suficientemente fuerte para hacer funcionar un altavoz ensordecedor en un estadio
en un concierto de rock. Alternativamente, un transistor puede usar una pequeña señal
de control para activar una enorme corriente y tensión. Por ejemplo, un ingeniero en una
planta de energía puede pulsar un teclado en un ordenador con una fracción de un
miliamperio de corriente fluyendo a través del interruptor. Esta acción es amplificada y
los resultados son megavatios de energía en cientos de miles de voltios fluyendo en
dirección a la ciudad.
El transistor casero
Un transistor de punto de contacto
El primer transistor bipolar fue de tipo “punto de contacto”. Eran como el diodo de
galena descrito hace poco. Después de que mis diodos trabajaran tan bien, me
preguntaba si podría fabricar un transistor.
Construcción idealizada de un transistor bipolar PNP
La unión de un transistor “bipolar” consiste en dos diodos fabricados con el mismo
cristal semiconductor. En el experimento anterior, yo intenté usar galena como
semiconductor de tipo N. los diodos están conectados mutuamente de modo que
parezcan como un circuito abierto entre los terminales llamados “emisor” y “colector”.
Los dos puntos de cobre se suponen que tocan la galena muy juntos, esa es la pequeña
región de semiconductor entre los dos puntos que puede ser balanceada por la corriente
de base. La corriente de base se supone que convierte eléctricamente la región del
semiconductor en conductor y así activar los dos diodos en oposición.
114
En teoría, el metal de los puntos de cobre esta difuminado en la superficie del cristal y
crea una pequeña región de semiconductor tipo “P” donde el cobre toca al
semiconductor. Desafortunadamente el “emisor” y “colector” son idénticos y no están
optimizados para sus diferentes papeles como son los transistores bipolares comerciales.
También intenté fabricar un transistor de cobre/acero/cobre, pero sin ninguna tensión de
ruptura medible, actuaba igual que un cortocircuito. Mirando hacia atrás me imagino
que era bastante obvio.
Transistores NPN
Una hábil ventaja de los transistores bipolares es que ellos pueden construirse de dos
formas. Invirtiendo los semiconductores tipo P y tipo N, un transistor NPN puede
construirse para que funcione exactamente igual que un transistor PNP, excepto que
todas las polarizaciones y direcciones de corriente se invierten. La ventaja de tener dos
polaridades es que los circuitos pueden a menudo simplificarse usando ambas clases en
el mismo circuito. En la práctica, los transistores NPN son generalmente algo más
robustos y menos probables a fallar con altas cargas de energía. Por esta razón, las
etapas amplificadoras de potencia son casi siempre dispositivos de tipo N. Por otra parte
fabricar un transistor NPN sin toscos cristales e imperdibles es intrínsecamente difícil!.
115
Probando la ganancia del transistor PNP casero
Medí las características estáticas voltaje/intensidad de mi galena, en el punto de
contacto del transistor pero no mostraba ninguna ganancia con corrientes estáticas DC
incluso en la gama de los microamperios. Antes de dejarlo, pensé que podría probarlo
como un amplificador en el receptor de radio a cristal. Quizás yo podría demostrar la
ganancia en el “sutil mundo de la detección de RF”.
Decidí que mi “transistor” probablemente trabajara como un “seguidor de emisor”. En
un seguidor de emisor, no hay ganancia en tensión, solo amplificación de corriente. La
carga, los auriculares, podría situarse entre el emisor y la cara positiva de la batería. Eso
podría adaptar la impedancia entre la alta impedancia del detector y la baja impedancia
(8 ohmios) de mis auriculares comerciales. Debido a que el diodo de galena se destruye
típicamente con 1 voltio de tensión inversa, yo usé una batería de 9 voltios con un
potenciómetro de 10K en serie así puedo limitar la tensión en el colector a 1 voltio o
menos.
116
Esquema de radio Rock
Cuando moví la patilla del emisor por el cristal, una fuerte estación apareció
repentinamente en los auriculares. Desconecté la batería. Seguramente, la música era
mucho más fuerte con la batería conectada.
Un accidental micrófono de cristal
Con la batería puesta, pero el diodo de señal desconectado, escuché un tenue “grito de
concha marina” –ya sabes, igual que un micrófono en directo. Golpeando suavemente
en el chasis del transistor, escuché el sonido raspante muy amplificado en los
auriculares. Me pareció haber construido un “¡micrófono de cristal!”. Cambié el
transistor autoconstruido por un verdadero transistor PNP, un 2N3906, que amplifica
igualmente pero que no tiene la característica como micrófono.
Transistores reparables
Mientras escuchaba una estación de radio, incrementé lentamente la tensión de la
batería disminuyendo la resistencia del potenciómetro de 10K. Como la tensión DC
colector-emisor ascendía rápidamente, el volumen se incrementaba más y más.
Monitoricé la tensión DC media colector-emisor con un voltímetro de alta impedancia.
Entonces de repente la tensión y el sonido desaparecieron. Disminuí la tensión
nuevamente, pero el sonido no volvió. Que pena! Soplé a mi transistor! No sudaba.
Arañé la patilla del colector del transistor en el cristal hasta que encontré un nuevo
“dulce sitio” y volví al asunto. ¡Transistores reparables! Ahora hay un concepto.
Después de varios intentos encontré un dulce punto con una tensión de 5 voltios antes
que el transistor muriera.
Ahora que tenía un amplificador en mi receptor de radio a cristal, cambié el auricular
comercial por el “auricular Caribou” autoconstruido que describí anteriormente. Tú
puedes recordar que este auricular fue construido con un trozo de mineral de magnetita
y una pequeña tapadera de lata para el diafragma. Seguramente, el sonido era lo
suficientemente fuerte para entender las palabras actuales, distinto a la lejana música..
¡El progreso!
117
¿Es esto ganancia o qué?
En la imparcialidad, la mayoría de la “ganancia” o amplificación que observé fue
conducida por la corriente DC al auricular que ayuda a superar la histéresis de los
componentes de acero en el auricular. Cambié el transistor por una resistencia variable
de modo que la batería fuera la única función que controlara al auricular. Eso producía
sonido extra, especialmente para el auricular autoconstruido que tenía un imán muy
débil. Después de cambiar la resistencia y el transistor de un lado a otro, el transistor
era claramente más fuerte, unos 5dB (decibelios) en mi multímetro.
Mientras perdía el tiempo con los puntos de contacto, pronto arruiné el cristal. Bajo el
microscopio podía ver cobre esparcido en la superficie de la galena. Cuando construí
recambios, nunca trabajaron tan bien. Pasé otra mañana intentando demostrar
concluyentemente ganancia construyendo un oscilador de RF. Nunca conseguí ver nada
de él, aunque por supuesto el transistor PNP real trabajaba bien.
En conclusión
Sí, Virginia, tiene transistores caseros. Pero la ciencia que no es reproducible no es
ciencia. Sin una mejor tecnología de base, mis transistores caseros no tienen futuro
excepto quizás como micrófonos. ¡Oh, bien. Mantener las ideas y los sueños!
118
Capítulo 5
SALIENDO AL AIRE
Decidir que hacer primero
¡Conseguir la licencia de aficionado!
Si vas a construirte tu propia estación, necesitaras una licencia para transmitir. Lo más
rápido es ponerte en contacto con algún radioaficionado vecino. El o ella, te dirán lo que
tienes que hacer. Si no es posible, ponte en contacto con la Unión de Radioaficionados
Españoles URE, www.ure.es. Ellos te orientarán con los libros adecuados y te guiarán al
radio club más cercano, donde encontrarás más gente con quien reunirte y compartir tu
afición.
Dando forma a nuestra estación
Muchos radioaficionados se muestran felices al comprar un maravilloso transceptor de
última hora, lo enchufan y empiezan a hablar. Por el contrario, un creciente número de
radio-aficionados está construyendo transceptores de baja potencia, llamados
transceptores "QRP".
"QRP" significa "disminuya su potencia" en código Q. En términos modernos significa
transceptores que entregan menos de 5 vatios de potencia en antena. Los aficionados al
QRP son a veces, radioaficionados que desean probar algo más aventurero y auténtico.
Muchos entusiastas del QRP compran transceptores en kit que incluyen placas ya listas
para montar. El montaje consiste en seguir unas instrucciones, colocar los componentes
en su posición correcta y soldar los terminales. Estos kits desarrollan la destreza en la
soldadura y enseñan como son los componentes. Desgraciadamente, enseñan poco sobre
como funciona el circuito.
Unos pocos aficionados empiezan con circuitos de alguna revista o manual. Siguiendo
el esquema, construyen su propia versión del circuito. Compran sus componentes o los
sacan de sobrantes y raramente usan el mismo componente usado por el autor del
artículo. Un QRPpista de este tipo trabaja a base de sudor y reconstrucciones. Esto
suena cansado, pero tienes la compensación de que ¡estas aprendiendo algo! Frustración
inicial, persistencia y triunfo es a lo que un QRPpista de este tipo está acostumbrado.
Reglas del juego
La construcción de tu propia estación es una especie de juego. Nuestros oponentes son
el escaso tiempo libre que tenemos y los criterios de estabilidad en frecuencia
actuales.
Mi principal fantasía es ser capaz de construir un equipo con materiales sobrantes y
diseñar mis circuitos. Esto es demasiado. Uso componentes discretos, busco por los
materiales obsoletos y compro componentes a través de catálogo o en tiendas locales.
Para el diseño de los circuitos, pido prestados bloques de los manuales de la ARRL y
otras publicaciones. Luego, incorporo estos bloques en mi proyecto.
119
Después de jubilarme disponía de tiempo, saque mis manuales y estudie un plan para la
construcción casera de equipos. Rápidamente encontré mi primer obstáculo: los
circuitos integrados. Al observar un esquema de un receptor moderno, vemos que la
antena está conectada a un chip llamado "Amplificador RF". Después la señal llega a
otro chip llamado "Mezclador". El mezclador recibe una señal de oscilador local de un
chip llamado "sintetizador de frecuencias". La salida del mezclador llega a un filtro a
cristal encerrado en una caja metálica. En resumen: Los equipos modernos son
diagramas de bloques, soldados sobre una placa de circuito impreso. Yo creo que la
tecnología de 1980 es la más adecuada. Aparecen pocos circuitos integrados en los
esquemas. Y para los más puristas, que los hay, se pueden sustituir por componentes
discretos. En resumen, intento usar sólo transistores y componentes pasivos. De esta
manera aprendo como funciona el circuito y construir equipos razonablemente
modernos. Los únicos componentes especiales que suelo usar son los reguladores de
voltaje integrados. Para conseguir la máxima estabilidad en frecuencia, el voltaje
aplicado a los osciladores debe ser muy estable y esto no se consigue con componentes
discretos. Otros dispositivos que uso son los amplificadores operacionales integrados.
Un amplificador operacional es una serie de transistores que funcionan como si fueran
un "transistor perfecto”. Se necesitarían muchos transistores para conseguir el mismo
rendimiento. Mi regla es esta, si ya he probado que puedo construir el equivalente de un
circuito integrado con componentes discretos, siento que ya tengo el derecho a usar ese
tipo de circuitos integrados.
He aprendido como funcionan los circuitos gracias a mis reglas. ¡Y por suerte, cuando
lo he hecho, he sentido que lo he hecho yo solo! No tiene por que usar mis reglas, crea
las tuyas.
Planificando tu estación
Un buen comienzo sería un simple receptor o un transmisor QRP. (Ver capítulos 6 y 7)
Sin embargo, antes de salir al aire con tu transmisor, también necesitarás:
•
Una licencia de radioaficionado.
•
Una fuente de alimentación de 12 VDC. (Capítulo 8.)
•
Una antena (Ver el final de este capítulo, Capítulo 5)
•
Un acoplador de antena (Capítulo 9)
•
Una llave telegráfica para transmitir telegrafía. (Capítulo 9)
•
Equipamiento básico de pruebas para comprobar los equipos (Capítulo 9).
Lo siguiente será:
Un receptor sensible y selectivo para todas las bandas de aficionados (Capítulo 13).
Un amplificador lineal o de clase B (Capítulo 12). Aunque el QRP es divertido, en
ciertas ocasiones necesitarás más potencia. Con una estación potente, serás escuchado
por muchas más estaciones, y no serás despedido con un 73 rápidamente.
Hay dos maneras de conseguir una señal mayor. Con una mejor antena, alta ganancia
(direccional) o mayor altura sobre el suelo. La otra manera es con un amplificador lineal
(o de clase B) para conseguir 50 vatios o más.
120
Un filtro Pasabajos. (Capítulo 9). Si dispones de un amplificador en clase B, es una
buena idea construir un filtro pasabajos, para asegurarte que los armónicos de tu señal
no interferirán televisores o teléfonos cercanos.
VFO. Pronto te darás cuenta que depender de un cristal para desplazarte en frecuencia
es incómodo y pronto querrás construir un oscilador de frecuencia variable (VFO) para
reemplazar los cristales. (Capítulos 10 y 11).
Generador de Banda Lateral Única. (Capítulo 15) Durante tus años de radio, en ciertas
ocasiones necesitarás usar la fonía (voz) para poder hablar con muchos amigos.
De lo contrario estarás atascado hablando con viejos como yo. Pocos radioaficionados
han construido su propio equipo de SSB, por lo tanto, si tú lo consigues, entrarás en un
muy exclusivo club de radioaficionados cacharreros.
Separa y conquista
Construir una estación entera de radio con componentes discretos es un proyecto
enorme. El secreto para disfrutar es construir piezas cuidadosamente diseñadas que
puedan probarse y disfrutar con ellas enseguida. El tamaño del desafío dependerá de por
donde empieces. Si eres un ingeniero jubilado, como yo, el trabajo empieza por
encerrarte en el sótano, limpiar el banco de trabajo y empezar. Si todavía trabajas, tu
tiempo libre para el proyecto, será de unas pocas horas a la semana. Si nunca has
trabajado como técnico en electrónica, y no tienes conocimientos de electrónica, el
camino hasta llegar a ser un constructor de equipos de radio será largo. Si careces de
experiencia en electrónica y dispones de poco tiempo libre, la mejor manera de empezar
será comprando un equipo QRP en kit.
La estación 100% casera del autor.
No está carente de defectos, ni es la última tecnología, pero habla y se divierte con todo
el mundo. Por supuesto, el osciloscopio y el frecuencímetro no son de construcción
casera.
121
Mucha gente intenta hacer mucho en poco tiempo. Esto puede quedarse en un montón
de horas empleadas en trastos inútiles que no hacen nada excepto generar calor y humo.
Un plan es pensar en pequeños proyectos que te harán sentirte orgulloso en poco
tiempo. Averigua que te atrae dentro de la radio y concéntrate en ello. Tus ambiciones
ya crecerán conforme vayas consiguiendo tus sueños. Planéalo cuidadosamente.
Escoge una banda de HF
Hace cuarenta años era práctico construir un transmisor simple para varias bandas.
Desgraciadamente, hoy un transmisor de radio debe cumplir unas normas muy estrictas
en cuanto a estabilidad en frecuencia. Actualmente, el gobierno solo está interesado en
que permanezcas dentro de tu banda con un ancho de banda razonable. Incluso algunas
estaciones se quejaran si tu señal se desvía más de 100 Hz por minuto. Este grado de
precisión es difícil de conseguir, pero es más fácil si empiezas con controles a cristal y
para una sola banda. Más tarde podrás expandir tu potencial según te lo permita tú
tiempo, conocimientos y entusiasmo.
Existen diez bandas en HF y diecisiete más entre VHF, UHF y microondas. Además un
operador puede emitir libremente por encima de 300 GHz, con potencia limitada. Al
aumentar la frecuencia, los principios básicos son los mismos, pero los métodos de
construcción cambian radicalmente y la precisión y la destreza necesarias alcanzarán
cotas muy altas. Este libro va a tratar solamente las bandas de HF, ya que para el
cacharreo en altas frecuencias (VHF y más altas) son necesarios equipos de pruebas
caros y un buen conocimiento de los principios de construcción en HF. En otras
palabras, camina antes de correr.
40, 30 y 20 metros
Según mi experiencia, las bandas más fáciles de construir, son las de 40, 30 y 20 metros
(7 MHz, 10 MHz y 14 MHz). Las señales son fuertes y suelen estar abiertas durante casi
todo el año. Es fácil hablar con gente de todo el país en estas tres bandas. Hablar a lo
largo de todo el planeta es relativamente fácil en 30 y 20 metros. Las antenas óptimas
son relativamente pequeñas. En 40 metros (7 MHz) un dipolo mide 20 metros, mientras
que en 20 metros (14 MHz) mide 10 metros. Una antena vertical para 20 metros mide 5
metros de altura. Una típica casa suburbana suele medir 15 metros de alto, por lo tanto
es fácil poner un dipolo para 40 metros dentro de la propiedad.
40 metros (7.000 a 7.100 KHz)
Es una gran banda para contactos en telegrafía (CW) por todo el país. Los
norteamericanos tienen permitido operar de 7.000 a 7.300 Khz. La parte superior de la
banda (de 7.200 a 7.300 KHz) está disponible para estaciones comerciales de onda
corta. Además de 7.050 a 7.100 KHz suele estar llena de estaciones en fonía. De 7.100 a
7.150 KHz se pueden escuchar estaciones noveles norteamericanas transmitiendo a baja
velocidad. Desgraciadamente es raro encontrar más de una o dos estaciones en el aire.
Por consiguiente, la mayoría de los radioaficionados usamos el segmento inferior de 50
KHz (7.000 a 7.050 KHz) para la telegrafía. La banda de 40 metros se puede usar por el
día para contactos locales en fonía, pero por la noche es difícil.
122
30 metros (10.10 a 10.15 KHz)
Es similar al segmento de CW de 40 metros. Tiene un ancho de solo 50 KHz y no está
permitida la fonía. Normalmente, hay 4 o 5 estaciones en el aire. Es una banda horrible
para los cacharreros. La potencia máxima en esta banda es de 200 vatios, por lo tanto es
una buena banda para el DX (estaciones lejanas). Es difícil competir con estaciones
kilováticas y con gigantescas antenas direccionales. Una ventaja es que los concursos no
están permitidos en 30 metros. Los radioaficionados suelen participar en concursos de
fin de semana, para ver cuantas estaciones puede uno contactar en 24 horas Todas las
bandas excepto 30, 17 y 12 metros aparecen llenas de gente pasando letras. Es aburrido
si no estas participando en el concurso.
20 metros (14.0 a 14.350 KHz)
La banda de 20 metros es la más popular. Es ancha y suele estar abierta las 24 horas del
día durante todo el año. Normalmente hay cientos de estaciones. De hecho, en esta
banda es necesario un receptor con gran selectividad para poder mantener una
conversación. Si eres capaz de copiar CW a alta velocidad, es fácil escuchar estaciones
lejanas (DX) en la parte baja. Es difícil conversar con estas estaciones. Gran parte de la
banda esta llena de potentes estaciones en fonía. Es difícil construir una estación que
compita en el segmento de fonía, en la parte alta de la banda.
17 metros (18.068 a 18.168 KHz)
Esta es una buena banda para CW y fonía. Está escasa de estaciones de fonía. Sin
embargo, suelen escucharse estaciones de CW en la parte baja de la banda.
Cuando las condiciones son buenas, muchas de estaciones en CW, son estaciones DX
del otro lado del mundo. No es mi primera elección para un transmisor QRP de CW,
pero aparte de algunas estaciones de telegrafía, no hay nada equivocado en 17 metros.
15 metros (21.000 a 21.450 KHz)
La banda de 15 metros es algo más difícil de trabajar que la de 20 metros, pero es una
excelente banda para los principiantes. Es una banda larga, con un ancho de 450 Khz.
No está excesivamente concurrida, pero hay bastantes estaciones. 21.150 KHz es un
buen lugar para encontrar operadores de CW principiantes. Entre 21.040 y 21.060 KHz
es donde muchos operadores de CW en QRP suelen pasar el rato. Hay transceptores
QRP para 15 metros controlados a cristal, que suelen estar fijos en esta frecuencia.
Cuando tú velocidad de copia llegue a las 20 palabras por minuto, te puedes mover a la
parte baja de la banda donde se encuentran numerosas estaciones DX y operadores de
CW de alta velocidad.
Conforme subimos de frecuencia, se necesita extremar las precauciones en la
construcción y la sintonización de las antenas. Te darás cuenta de que tú receptor de
construcción casera es un poco menos sensible que el de 20 metros y tú transmisor no
producirá una onda tan limpia como producía el de los 20 metros. En cambio, una
antena vertical para 15 metros tiene una altura de solo 3,35 metros y el dipolo tendrá
una longitud total de 6,7 metros. Otra razón para elegir la banda de 15 metros es que un
dipolo para 40 metros (o una vertical) puede trabajar bien en ambas bandas (40 y 15
metros). Esta simple antena resuena en ambas bandas.
123
Algunos radioaficionados tienen sus antenas para 15 metros dentro de sus áticos o por el
techo de sus casas. Cuando estaba en el instituto, un amigo mío, Al Beeper, K0KZL,
tenía una antena para 15 metros por dentro de su habitación. Usaba como aisladores
tubos fluorescentes los cuales brillaban al pulsar el manipulador. Si, la señal de Al sería
mucho más fuerte si su antena hubiera estado fuera atada a un árbol a 6 metros de altura,
pero su antena interior era suficiente para hacer contactos por todo el país (USA).
Apertura de bandas y “sunspots” (manchas solares).
La desventaja de los 17 metros y otras bandas más altas, es que a menudo no están
abiertas. Cuando las manchas solares son escasas, la parte superior de la atmósfera
terrestre está poco ionizada y las señales de radio pasan directas a través de la ionosfera
hacia el espacio. La banda de 15 metros suele estar cerrada durante meses,
especialmente en verano. Durante estos periodos lo único que escucharás es el silbido
de la estática. Por otro lado, durante estos periodos se puede usar la banda para
comunicaciones locales. Cuanto más alta sea la frecuencia, más frecuente será que esté
cerrada la banda. Las bandas de 10 y 12 metros son incluso más irregulares.
10 y 12 metros.
Encuentro más fácil construir convertidores de recepción para estas dos bandas que para
15 metros. Sin embargo, construir los transmisores es más difícil. Mi amplificador final
y mis antenas son difíciles de acoplar. Me costó muchos intentos y muchas
modificaciones, conseguir más de unos pocos vatios de salida en 10 metros. Por
ejemplo, mi relé conmutador de transmisión-recepción refleja demasiada potencia para
trabajar adecuadamente en estas bandas (alta ROE). Tuve que quitar el relé y usar una
antena independiente para el receptor. Sin embargo cuando conseguí sacar 2 vatios en
10 metros, pude hablar fácilmente con otros continentes. En este sentido, creo que la
banda de 10 metros es la mejor banda para QRP. Aunque como dije, los meses pasan
sin escuchar nada salvo la estática.
Cuando estaba en el instituto, mis compañeros y yo construimos unos walkie-talkies
para 10 metros. Sacaban un cuarto de vatio (250mW) sobre una antena con bobina de
carga. Una de mis más grandes emociones fue hablar desde Colorado, con un amigo en
New Jersey. Pero eso no es nada, mi amigo Bob (N0RN) hablaba desde la calle con un
amigo en Marruecos. Cuarenta años después aún recuerda su indicativo, CN8NN.
6 metros
Esta es una banda enorme de 50 a 54 MHz. Se parece a los 10 metros en el sentido en
que con unos cuantos vatios puedes hablar alrededor del mundo. Algunos años, el
último fin de semana de Junio, se llena de estaciones de todo el mundo. El
inconveniente es que raramente está abierta. Podrás estar escuchando durante meses
hasta que consigas escuchar estaciones. Con buena destreza, es posible construir
equipos para esta banda usando la tecnología descrita en este libro. Sin embargo, no lo
recomiendo hasta que no te aburras de los 10 metros.
80 y 160 metros
80 metros (3,5 a 4 MHz) y 160 metros (1,8 y 2 MHz) son bandas anchas y poco usadas.
124
Los transmisores más fáciles de construir son para estas bandas. La banda de 80 por la
noche, esta llena de estaciones de fonía, pero pocas estaciones de CW se oyen. Es difícil
construir buenos receptores para estas bandas, debido al alto ruido atmosférico. Además
si tu receptor no está bien filtrado, puede saturarse por las señales de estaciones
comerciales de AM. Con un moderno transceptor de gama alta podrás escuchar docenas
de estaciones, mientras que con un simple receptor escucharás unas pocas. Durante el
día, estas bandas solo son buenas para contactos locales. Por la noche, si el ruido de
tormentas no es muy alto, habrá muchas estaciones de todo el país.
Otro inconveniente de estas bandas es que se necesitan grandes antenas para un buen
rendimiento. Para 80 metros una vertical medirá 20 metros y un dipolo unos 40 metros.
Para 160 metros las antenas medirán el doble que estas. Puedes usar antenas con
bobinas de carga y acopladores, pero sin una buena antena tu señal es difícil que salga
del país. Disponiendo de una antena grande te sorprenderás de ver como con tú
transmisor QRP puedes hablar por todo el país en 80 metros.
60 metros
Desde el 4 de Julio del 2003, se puede operar en fonía (USB) en cinco canales estrechos
de esta banda. Esta banda es ruidosa y a veces veras como algún canal está ocupado por
alguna estación comercial de radio teletipo (RTTY). Es interesante, pero francamente es
problemática para un novato.
En resumen, recomiendo empezar en CW en 40 metros y/o 15 metros. Un dipolo para
40 metros funciona bien en ambas bandas y los equipos son relativamente fáciles de
construir. Con ambas bandas se puede hablar con facilidad con todo el continente. En
15 metros tienes oportunidad de trabajar estaciones DX con un equipo mínimo y una
poca pericia.
Transmisiones de fonía
Para un cacharrero moderno, construir un transmisor de fonía es un proyecto difícil.
Actualmente, los transmisores de amplitud modulada (AM) son fáciles de construir y
aún son legales para radioaficionados. Para convertir un transmisor de CW en un
transmisor de AM, todo lo que tienes que hacer es introducir la señal de fonía en la
alimentación del último paso amplificador. Ocasionalmente se pueden escuchar
estaciones AM en 10, 80 y 160 metros, pero en general, la AM es poco usada por los
radioaficionados.
El recambio actual de la AM es la fonía en banda lateral única (SSB). La SSB es similar
al principio de la AM, pero requiere un tercio del ancho de banda de una señal de AM.
La banda lateral se puede ver como ver media señal de AM con la portadora suprimida
mediante potentes filtros. Esto permite que quepan muchas más estaciones y se
consigue una transmisión tres veces más efectiva. La señal SSB se puede generar a una
frecuencia fija y luego trasladarla a la frecuencia deseada mediante un mezclador. Para
mantener la pureza, todos los amplificadores de la cadena de transmisión deben operar
perfectamente en modo lineal, para que la modulación no quede distorsionada.
En el último capítulo de este libro se describe un generador de banda lateral. Un equipo
casero para fonía en banda lateral es definitivamente, un proyecto avanzado.
Francamente, a mí me costó mucho trabajo y muchos meses gastados en este proyecto.
Tuve que reconstruir algunas etapas del transmisor varias veces. Quizás un proyecto de
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este tipo se debe iniciar cuando esperes tener mucho tiempo libre. Después de trabajar
en un transmisor de SSB te darás cuenta que el viejo código Morse no es tan malo.
Por el contrario, un receptor de banda lateral única es sencillo. Un filtro hecho con un
cristal sencillo y asequible, es todo lo que necesitas para recibir una voz clara y limpia.
El receptor descrito en el capítulo 13 funciona muy bien en SSB.
Comunicaciones de alta calidad al instante
Quizás después de leer todo lo anterior, decidas que tu objetivo es hablar con gente por
radio, lo más pronto posible. Para ti, construir equipos está en un segundo plano. Si esto
te describe talmente, puedes comprar un moderno transceptor de HF y conseguir la
licencia tan pronto como sea posible. Los equipos comerciales modernos combinan el
transmisor y el receptor en una unidad. Muchos bloques de circuitos en un transmisor y
en un receptor son casi idénticos, se repiten. Por lo tanto, un transceptor usará esos
circuitos en transmisión y en recepción.
Yo recomiendo comprar un transceptor que sintonice todas las bandas de HF (9
bandas). Si compras un transceptor moderno usado, el precio estará por debajo de
1000€. Con ello tienes una completa estación mucho más sofisticada que la que
podríamos construir tú o yo con años de esfuerzo. Incluso si aún no dispones de licencia
para transmitir, puedes comprar algún tipo de receptor. Con él, por lo menos puedes
escuchar las emisiones de Onda Corta (SW). Realmente, la escucha es más de la mitad
de la diversión. Muchos equipos comerciales pueden recibir todo el espectro de la onda
corta de 1.6 a 30 MHz. Esto incluye todas las emisiones comerciales, estaciones
extranjeras y emisiones meteorológicas. Escucharlas hará que los estudios para
conseguir tu licencia sean mucho menos teóricos. Si quieres practicar con un transmisor
casero y no dispones de licencia, puedes practicar con una carga artificial en lugar de
antena. Si no dispones de un acoplador de antena, es divertido usar bombillas como
carga y ver como se encienden al transmitir. Ver capítulo 9.
Alguna vez he pensado en comprar un transceptor moderno. La ventaja de estos es que
puedes empezar a practicar cualquier modo de comunicación del que hayas oído hablar.
Por ejemplo, es posible reprogramar el Yaesu FT-1000MP para usar la nueva banda de
60 metros simplemente pulsando una combinación de botones. Como es de esperar, casi
todos los operadores de 60 metros usan un FT-1000MP. El problema es que los
manuales de funcionamiento te hacen usar el equipo como un juego de niños.
Si, una vez pensé en comprar uno, pero no es satisfactorio para mí. Una vez leí el
manual y probé las funciones que me interesaban, el equipo empezó a aburrirme.
Conozco mucha gente con grandes equipos llenándose de polvo en sus casas. No los
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han enchufado en meses, incluso años. Por el contrario, si tu objetivo es trabajar todos
los trescientos treinta y pico países del mundo, necesitarás el mejor equipamiento
posible. Construir tú equipo es ir demasiado lento durante años o décadas. ¡Tú decides!
Persiguiendo un sueño
Cuando estaba en el instituto, hace más de 40 años, la televisión era algo exótico.
Aunque mucha gente tenía televisores, casi nadie tenía una cámara en su casa. Empleé
cientos de horas construyendo y experimentando con cámaras de TV. Sólo uno de mis
cinco proyectos de cámara funciona actualmente. Después cuando crecí, mi esposa me
compró una fantástica cámara que hoy es un gran bostezo. La familiaridad y la facilidad
de adquisición engendran gran cantidad de aburrimiento.
Walkies de VHF y UHF
Los equipos comerciales más baratos y sencillos son los walkies para 2 metros (144
MHz) y/o 70 cm. (432 MHz). Estos equipos son un poco más aventureros que un
teléfono móvil, pero para mí son útiles. También requieren de una licencia de operador.
Otra característica de estos equipos, es que la transmisión está limitada a la línea visual.
Es decir, si estás en una ladera de una montaña y quieres hablar con alguien al otro lado,
necesitarías un repetidor que debería estar en lo alto de la montaña para que estuviera
visible para los dos y para cualquiera que quiera hablar con vosotros.
El último juguete de este tipo son los “IRLP”. Es una red de repetidores o nodos de
VHF y UHF conectados a Internet. La idea es usar tu walkie para hablar con cualquier
nodo del mundo. Un repetidor en Boston, Australia o Berlín, enviará tú señal de VHF
como si fuera una señal local. Los operadores de estos sitios te escucharían y te
contestarían como si vivieran en tu ciudad. Este sistema es muy usado para la charla
coloquial y no para concursos y gente interesada en coleccionar tarjetas QSL.
Un transceptor de mano para 2 metros (walkie-talkie) con paquete de baterías separado.
Personalmente, uso mi walkie de 2 metros, como una radio de emergencia para las
excursiones. Honestamente, ceo que un móvil sería más útil en caso de emergencia,
pero soy muy pobre para comprar uno. Muchos poseedores de walkies de VHF los usan
como radios de CB para hablar con la gente de alrededor. En general, la calidad y el
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alcance es bastante superior al de las radios de CB. Por el contrario, la banda ciudadana
(CB) es otra manera “rápida y sucia” de estar en el aire sin obtener una licencia.
Si te compras un walkie, compra también un paquete o dos de baterías extra. En casos
de emergencia he reemplazado las baterías recargables internas del paquete por pilas
alcalinas. Aunque no son recargables, las pilas alcalinas almacenan más energía y
toleran mejor las temperaturas frías, que las recargables.
La radio de HF contra la de VHF y UHF
Para los radioaficionados serios, el rango de frecuencias se divide en dos mitades, HF
entre 1,8 y 30 MHz y VHF de 50 MHz para arriba. Muchos radioaficionados de HF
disfrutan con los comunicados a larga distancia en fonía o CW. También hay modos de
packet radio y transmisión de imágenes a velocidad lenta, que parecen un e-mail con un
MODEM muy lento. RTTY y PSK-31 son modos que se parecen a la mensajería
instantánea por Internet.
Hay dos tipos de operadores en VHF / UHF. Algunos solo disponen de un walkie, pero
unos pocos radioaficionados de UHF son extremadamente técnicos y experimentan con
la alta tecnología. Estos pueden trabajar televisión de aficionados y transmisiones
usando satélites.
Como mi esfuerzo por construir una cámara de TV, todo lo que hagas con gran esfuerzo
es mucho más gratificante que seguir a la multitud. Así que no debería ser una sorpresa,
que para algunos chicos técnicos, la mayor diversión en VHF se consigue intentando
contactar con estaciones distantes usando sustitutos de la ionosfera como los satélites, la
luna, una aurora o meteoritos cayendo. En lugar de usar repetidores, estos chicos
consiguen sus objetivos usando estos exóticos sustitutos.
Construyendo una antena
Cada estación de radio necesita una antena y construir una debería ser tu primer
proyecto. La recepción de onda corta con un receptor moderno puede ser adecuada con
solo unos pocos metros de cable conectados al conector de antena. Muchos receptores
comerciales de onda corta disponen de antenas magnéticas en su interior. Estas
pequeñas antenas son adecuadas para escuchar potentes estaciones como “La Voz de
América”, “Radio Alemania”, “Radio Moscú”, o la “BBC”.
Las estaciones de aficionado están limitadas por ley a 1000 vatios de potencia, y la
mayoría solo emiten con 100 vatios o menos. Esto significa que los radioaficionados
emiten con cientos de veces menos de potencia y por lo tanto, una gran antena es
necesaria para escucharlos. Cuanto más baja sea la frecuencia, más grande deberá ser la
antena. Una buena antena transmisora para HF debe tener una longitud de al menos un
cuarto de onda y debe estar lo suficientemente alta para enviar las señales hacia el
horizonte con los menos obstáculos posibles. Aunque para recepción puede ser
suficiente una antena pequeña y cercana al suelo, una antena grande y alta trabaja mejor
para ambos casos.
128
El hilo largo
La antena más simple y versátil es el hilo largo. Como su nombre indica, se trata de un
trozo de cable de una longitud de un cuarto de onda o mayor. Por ejemplo, para 40
metros debe ser de al menos 10 metros y debería estar sujeta a un árbol o a otro sitio lo
más alto posible. En general, si tú conectas una longitud indeterminada de cable al
transmisor, no resonará correctamente y deberás acoplarlo con un transformador de
impedancias llamado acoplador de antenas (o transmatch). Afortunadamente, el
acoplador de antenas es un dispositivo muy simple y puede construirse en un par de
horas. El acoplador está descrito en el capítulo 9.
El dipolo de 40 metros
Si yo sólo pudiera tener una antena, esta es la que construiría. Esta simple antena trabaja
bien tanto en 40 metros, como en 15 metros (7 MHz y 21 MHz). Como se explicará
después, se le pueden añadir más brazos para trabajar en otras bandas. La ventaja del
dipolo es que tiene una impedancia cercana a los 50 Ohmios que se adapta fácilmente a
cualquier transmisor. Aún así, aunque el acoplador sigue siendo útil, la antena
transmitirá muy bien sin él.
¿Donde consigo los materiales?
En las tiendas de radio tienen cable coaxial RG-58, aisladores y cable multifilar que son
perfectos para construir dipolos. Yo normalmente me construyo mis aisladores con
algún pedazo de plástico o con tuberías de plástico de las que venden en las ferreterías.
Si dispones de árboles, un tejado o algún objeto alto donde puedas sujetar la antena,
estas de enhorabuena. Sujétala lo más alto que puedas.
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El dipolo plegado
Los dipolos de construcción casera se dividen en dos tipos, los normales y los plegados.
Cuando era joven y pobre, mi dipolo favorito era el dipolo plegado, hecho
completamente con cable paralelo para TV de 300 Ohmios Los pares de conductores de
los tres brazos del dipolo se unen entre ellos para completar el circuito en un aro. Yo
tengo una antena cortada para 40 metros y la uso para 40 y 15 metros. Incluso la he
usado perfectamente en 75 metros para nuestras ruedas locales. Otra ventaja del cable
paralelo de 300 Ohmios es que se puede sacar por cualquier ventana ligeramente abierta
sin hacerla polvo y sin tener que hacer agujeros en la pared o el marco de la ventana.
Si, ya lo sé, las antenas balanceadas de 300 Ohmios necesitan un “balun” y un
acoplador para adaptarlas a la impedancia del transmisor.
Cuando era un feliz y estúpido novato, conecté directamente esta antena a mi
transmisor de válvulas en clase C con salida en π, y trabajo bien, gracias a Dios.
Después, cuando aprendí como funcionaban las antenas balanceadas, compré un balun.
Me disgusté cuando observé que no se notaba ninguna mejoría en su funcionamiento.
Dipolos multibanda
Hoy en día, dispongo de cuatro bandas más de HF que hace 40 años, y no puedo resistir
el probarlas todas. Cualquier banda que no puedo trabajar debe ser maravillosa, ¿a que
si?. Tengo un dipolo para 40 metros en un lado del jardín y otro para 30 metros detrás.
Aunque dispongo de sitio para una antena Zepp para 80 metros, tengo pereza de montar
una. Jack Ciaccia, WM0G, usa las canaletas y tubos de desagüe de su casa como antena
de hilo largo para 80 metros. Suena como una solución terrorífica. Desafortunadamente,
mi pereza creció cuando empezó a hablarme sobre el espinoso campo de radiales. En
otras palabras, se suponía que tenía que cavar largas zangas por el césped en varias
direcciones en las cuales poner los cables para el plano de tierra.
Hace varios años, la banda de 80 metros estaba muy “caliente”, con docenas de
estaciones en CW cada noche. Yo estaba impaciente por salir al aire. Intenté conectar
mi dipolo para 40 metros, pero habían cientos de voltios al final del coaxial (la
impedancia del transmisor es un pelín alta en 80 metros. Después de muchas horas
llamando y esperando, nadie me contestó. Estaba claro que era la hora de un mejor plan.
130
¡Entonces se encendió la bombilla del cerebro! ¿Por qué no usar el dipolo de 40 junto
con el coaxial de bajada como hilo largo? Como contra-antena, primero usé la tierra de
mi estación, que es un cable gordo de cobre conectado a una tubería de agua. Con esto
cargaba mejor que antes, pero aún no trabajaba demasiado bien. Después conecté el
dipolo de 30 metros junto con su bajada, a la tierra de la estación. Viola! De repente
conseguí una antena para 80 de baja impedancia que acoplaba maravillosamente. Solo
había un pequeño defecto: mi esposa bajo corriendo y me digo que salía por todos los
canales de la TV. Bueno, por lo menos podía salir en 80 cuando ella se acostaba. Yo
creía (rogaba) que las interferencias se limitaran a mi casa. Mi teoría era que estaba
cargando la instalación eléctrica de mi casa y la TV está inmersa en el campo cercano a
la antena. Recientemente, compramos un nuevo y más moderno televisor. Parece que no
le afectan mis señales ni en 80 metros ni en cualquier otra banda de HF.
El dipolo multibanda
Cuando intenté salir en 20 metros con mi dipolo para 40 metros, tenía un problema de
alta impedancia, similar al anterior. Sin embargo, usando el acoplador descrito en el
capítulo 9, podía trabajar a mis amigos. Consultando el “ARRL Handbook”, añadí un
elemento para 20 metros convirtiendo mi dipolo de 40 metros en un dipolo bibanda.
Una fórmula sencilla para calcular la longitud de estos brazos secundarios, es 468/
frecuencia en MHz menos el 5%. Cada brazo está separado de su vecino 5 grados. Esto
bajó la impedancia hasta cerca de los 50 Ohmios, y fue suficiente.
Imagínate que quieres añadir a este dipolo, elementos para otras bandas como 30, 17, 12
y 10. Si, es posible. Steve, W0SGC, construyó un dipolo de 5 bandas de esta forma. El
Handbook no lo recomienda ya que como cualquier sistema multibanda, tiende a radiar
cada armónico que genere tu transmisor. En otras palabras, funciona demasiado bien.
Por el contrario, se recomiendan sistemas tribanda como 30/17/12 metros o 40/20/10
metros. Observa que no hace falta añadir un elemento para 15 metros ya que el de 40 ya
funciona bien en 15 metros. De ahí que un sistema tribanda para 40, 20 y 10 sería en
realidad cuatribanda.
La longitud del tercer dipolo se calcula como el segundo. Supongamos que deseas
añadir al dipolo anterior para 40 y 20 metros un tercer brazo para 10 metros (28,1
MHz). La longitud sería 468/28,1 menos el 5%. Del mismo modo, estos brazos también
estarían separados del de 20 metros, 5 grados.
Una desventaja, o posiblemente una ventaja del dipolo, es que transmite la energía
perpendicularmente al cable. Por lo tanto, es algo direccional. Por ejemplo, si quieres
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hablar con África o el Polo Norte, tú dipolo deberá estar orientado de este a oeste. Si
tienes posibilidad de elegir el sitio para colocar la antena, este dato es algo a considerar.
Vertical con barra de cortinas (riel)
Antena vertical dual, para dos bandas, abatible para protegerlas de los rayos.
Yo quería antenas para 10 y 15 metros que fueran más altas y menos direccionales que
mis dipolos. Empecé con una vertical para 15 metros consistente en una barra de
cortinas de 3,35 metros sujeta a mi chimenea. Puse cuatro radiales finos de hilo por el
tejado en cuatro direcciones. Funcionó bien la primera vez que la puse. Lo divertido de
esta antena es que cuando le dices a alguien que estas usando una vertical hecha con un
riel de cortinas, te dicen que si ya has construido un reactor nuclear con tu lavadora.
Psicología interesante. Obviamente, hay gente que nunca ha construido nada por si sola.
Antenas con trampas
Después de esto, intenté añadir los 10 metros, añadiendo un circuito resonante LC
sintonizado para 10 metros a 2,50 metros de altura en la vertical. La idea es la siguiente,
si se añade un circuito resonante LC (trampa) a la distancia correcta, la trampa evitará
que la corriente RF pase por ella. En otras palabras, para frecuencias más altas, la
trampa hace que la antena parezca más corta de lo que es en realidad. Después de
construir la trampa para 10 metros, tuve que ajustar las distancias por encima y por
debajo de la trampa docenas de veces. Incluso con un acoplador no podía conseguir
acoplarla bien en ninguna banda. Esto me enseño que las antenas con trampas caseras
son complicadas.
Habrás observado que en un circuito resonante LC los valores de L y C no son fijos. En
otras palabras, el circuito LC resonará a la frecuencia deseada según el cálculo:
132
ω = 1 / (LC)2
Donde ω = 2 x π x frecuencia
L = inductancia y C = capacitancia
2 x π x frecuencia = 1 / (LC)2
Desgraciadamente, los valores de L o C importan en una trampa. Esto es debido a que el
condensador y la bobina, cambian la fase de la corriente y el voltaje y afectan a la
reflexión de las ondas a través del cable. Para diseñar las trampas correctamente, las
distancias por encima y por debajo de la trampa, junto con los valores de L y C, tienen
que trabajar en conjunto para que todo parezca una resistencia de 50 ohmios a la vista
de la onda de radio. Buena suerte!¨
Yo no he encontrado un método práctico para hacerlas y los manuales no ayudan
mucho, a no ser que copies exactamente un diseño de trampa. Al final, apliqué el mismo
principio del dipolo doble como antena multibanda visto antes. Añadí una segunda
vertical separada unos 5 grados y sobre un 5 % más corta que si hubiera estado sola.
Añadí dos radiales más de hilo cortados para 10 metros, pero no estoy convencido de
que sean necesarios. Una vez más, funcionó perfectamente a la primera.
Cuidado: recuerda que la antena vertical empieza en el punto exacto donde el conductor
interno se separa de la malla exterior. Un error muy común es ignorar el conductor
interno que se añade a la longitud efectiva de la antena. La he usado también en 12
metros con éxito. Para mi sorpresa, también funcionaba en 17 metros, aunque la ROE
no era la idónea. En otras palabras, cuando hay ondas estacionarias en la antena debidas
a una longitud no correcta, utiliza voltaje extra para conseguirlo. Probablemente estaba
perdiendo potencia en 12 y 17 metros.
¡Boom! ¿Que pasa con los rayos?
Observando los palos de metal en mi tejado, parecían más pararrayos que barras de
cortina. Probablemente sea un paranoico, pero he tenido malas experiencias con los
rayos. Cuando era un novato, los fusibles de mi equipo saltaron durante una tormenta.
Un amigo mío tiene un osciloscopio frito y un agujero en su techo. En las cimas de las
montañas, he sentido escalofríos y hemos bajado de la montaña galopando
aterrorizados. Una vez tuve el deber sombrío de llevar victimas de rayos. Los rayos
asustan al diablo, y esa vertical era para mí como un desastre esperando a suceder.
Mi solución fue la bisagra en la base y la cuerda mostradas en la figura de arriba.
Durante el verano, elevo la antena tirando de la cuerda. Un punto importante es que la
polea tira hacia arriba cuando yo tiro de la cuerda hacia abajo. Intente hacerlo
directamente con la cuerda hacia arriba, pero el par es muy alto y no podía levantar la
antena del tejado.
Los cepillos de metal hacen que el ataque de un rayo sea menos probable
Una nueva aproximación a la prevención de los rayos es eliminar el exceso de carga de
un metal vulnerable, antes de que pueda atraer al rayo. Es conocido desde hace muchos
133
años, que los rayos son atraídos por los objetos altos como las antenas verticales de
radio. La carga eléctrica y el alto voltaje se acumulan en los objetos puntiagudos. Por lo
tanto, era lógico pensar que teniendo el extremo superior redondeado dejaría de atraer
los rayos. Estudios recientes han demostrado que la punta redondeada hace el ataque del
rayo más probable. Se pusieron palos de metal con diferentes puntas en una montaña y
se registraron los ataques de los rayos. Al contrario de lo esperado, las puntas redondas
recibieron mas impactos de rayos.
Como la carga aumenta antes del ataque del rayo, el voltaje aparece en la parte superior
del palo. Si al palo se la acopla un punto afilado o un conjunto de ellos, como un cepillo
metálico, la carga se escapa rápidamente hacia el aire. La descarga no es instantánea
como un gran arco eléctrico, sino como una pequeña corriente, una descarga de corona
que continúa durante unos minutos. Esta pequeña descarga libera la suficiente carga
para reducir el voltaje estático y hacer menos probable el ataque del rayo. Para
conseguir esto, la vertical fue puesta a tierra, para que la corriente tuviera otro camino.
Para permitir el paso de la corriente continua sin interferir con la corriente de RF,
conecté un gran choque de RF entre la vertical y los radiales. El choque debía de ser de
2,5 milihenrios para cientos de miliamperios. Francamente, los rayos aun me asustan.
Así que aun con cepillos metalitos o no, continuo bajando mi antena durante el verano,
cuando no la uso.
134
Capítulo 6
CONSTRUYENDO UN QRP CASERO
Entre la gente que he trabajado, el QRP parece el proyecto casero más común, después
de la construcción de antenas. El presente capítulo describe el diseño de un sencillo
equipo QRP. Yo uso mi QRP solo, o para excitar un amplificador final de 25 a 50
vatios.
Es verdad que antes de construir un transmisor, necesitas un receptor.
Desgraciadamente, un receptor selectivo para todas las bandas de aficionado es
complicado de construir y mucha gente no tiene el tiempo ni el entusiasmo para hacerlo.
(Ver capítulo 13). Este artículo describe la construcción de un receptor para 40 metros
simple, solo 5 transistores, el cual he usado junto con un transmisor QRP para hablar
con otros colegas. Este receptor trabaja mejor durante las horas en las que los 40 metros
no están repletos. También puede ser usado para la práctica de recepción de código
Morse.
Un módulo QRP para 40 metros
El transmisor QRP de la foto de arriba, está diseñado exclusivamente para 40 metros.
Los 12 voltios de alimentación se introducen a través del cable con conector que se ve a
la derecha. El manipulador telegráfico se enchufa al conector BNC marcado en azul que
se ve en lateral de la caja de aluminio. La salida de antena es el conector marcado en
rojo que se ve a la izquierda.
La frecuencia de transmisión del módulo QRP está controlada por un cristal de cuarzo.
Es ese rectángulo plateado que se ve enchufado a la derecha del frontal. El mando más a
la derecha, es un condensador variable para ajustar o empujar la frecuencia del cristal
unos 3 Khz. Como explicaremos en el capítulo 10, con un VFO se puede cubrir toda la
banda, pero es difícil de construir. Yo no recomiendo empezar con un VFO. Tú
necesitas éxitos no frustraciones.
135
Comienzo simple
El QRP más simple es un oscilador controlado por cristal. Normalmente tiene de una a
tres etapas amplificadoras para conseguir una potencia de medio vatio a 5 vatios. Con
esto estarás rápidamente en el aire. Desgraciadamente, el control por cristal significa
que deberás gastar unos 18 dólares en cristales para tus frecuencias favoritas en cada
banda. Debido a que el oscilador tiene un margen estrecho, tú normalmente sólo podrás
hacer llamadas CQ. Por pura casualidad, siempre parece que las otras estaciones que
llaman CQ están fuera del margen de tu cristal.
La “unidad central” transmisora
Tú puedes usar el pequeño transmisor mostrado arriba. Sin embargo, es mejor montarlo
en un chasis más grande equipado con un interruptor de puesta en marcha, luces
indicadoras, relé de antena y otros detalles. Aquí abajo muestro el montaje de mi
transmisor entero.
La “unidad central” transmisora, es una caja que contiene tus módulos de transmisión.
El indicador de aguja grande indica la corriente consumida por el amplificador final. Es
de ayuda para saber cuanta potencia está consumiendo el transmisor. A la izquierda en
la parte inferior se ve el interruptor principal de alimentación y el conmutador de
Transmisión / recepción. También hay LED’s indicadores para saber que interruptores
están activados. El botón grande rojo, es un pulsador de “spot”. Con este pulsador se
puede sintonizar el transmisor con otra estación sin necesidad de estar transmitiendo. El
tamaño de la unidad central, dependerá de tus planes y ambiciones. Como habrás
observado, mis planes son muy grandes. Con el tiempo le añadirás más bandas, un
136
VFO, fuentes de alimentación y operación en banda lateral, incluso una gran caja puede
ser demasiado pequeña. Mi anterior unidad era muy pequeña, por eso hice esta muy
grande para evitar agobios.
Métodos de construcción para HF, construye tus propias placas
En los tiempos de las válvulas de vacío, construíamos transmisores con cableado al aire.
En su interior había muchos cables en muchas direcciones. Los transistores generan alta
potencia con menos voltaje y grandes corrientes. Por lo tanto, la inductancia del cable
debe mantenerse lo más baja posible. Esto significa que debes construirlo con una placa
de circuito o tu transmisor no funcionará.
Por ejemplo, una vez conecté la salida de un amplificador para 15 metros a la base de la
siguiente etapa, mediante un cable desnudo de 10 cm. de longitud. Si esto hubiera sido
con un circuito a válvulas, podría haber funcionado bien. Pero para las altas corrientes
de los transistores, el cable funciona como un choque de RF, es decir, el cable dificulta
el paso de corriente, como si fuera una bobina. Deslizando una sonda de osciloscopio
por el cable, pude observar una caída de voltaje del 80% desde la salida del primer
amplificador a la base del siguiente. Por el contrario, una pista ancha impresa en una
placa actúa como un cable coaxial, es decir, tiene una impedancia muy baja. Con una
placa de circuito, la misma excitación para la siguiente etapa, sería del 100 % y no del
20 %.
Si has desarrollado tu propio método de construcción de placas de circuito, puedes
saltar hacia delante. Pero si nunca has hecho esto antes, léelo.
HACIENDO PLACAS PARA PROTOTIPOS DE CIRCUITOS DE RF
Herramientas y materiales
Normalmente uso placas para circuitos impresos de doble cara. Estas placas tienen una
fina capa de cobre por los dos lados de una hoja de fibra de vidrio. Sueldo los
componentes en una sola de las caras. La cara de cobre de la otra cara, distribuye la
capacidad por todo el circuito. Creo que esto añade estabilidad al circuito.
Las pistas en una placa actúan como líneas de transmisión
Una línea de transmisión como el cable coaxial que distribuye la señal de TV, es muy
eficiente. Como se ha explicado en el capítulo 4, el vivo del coaxial actúa como una
inductancia repartida que está rodeada por la capacidad repartida entre el vivo y el
aislante exterior. Es decir, un cable coaxial es un circuito LC repartido. El voltaje y la
energía no se disipan, como se podría esperar. De hecho, las únicas perdidas que
ocurren son las perdidas por calor en el aislamiento y la pequeña perdida que pueda
haber por la resistencia del vivo, como cualquier cable de cobre.
Una placa de doble cara puede diseñarse para que funcione como un circuito cableado
con trozos de coaxial. Los componentes se montan en un lado mientras que el otro lado
es masa. Cada pista tiene una pequeña cantidad de inductancia y una pequeña cantidad
de capacitancia con respecto a la otra cara de la placa. El resultado es que las señales no
resultan afectadas durante su recorrido por las pistas. Sería interesante construir el
mismo amplificador de RF en una placa de una cara y otro igual en una de doble cara,
137
para ver las diferencias en el rendimiento. Estoy convencido que la doble cara
funcionará mucho mejor, pero nunca he hecho este experimento.
En microondas, las pistas están expresamente diseñadas para funcionar como líneas de
transmisión para la frecuencia exacta que se esté usando. Las dimensiones exactas para
estas pistas se calculan para obtener el máximo rendimiento. Afortunadamente para
nosotros, los circuitos de HF no requieren tanto cuidado en su diseño.
Circuitos impresos
Existen por lo menos cuatro formas de hacer placas caseras para RF. Al principio hacia
las placas impresas con la solución de cloruro férrico. Es lento, sucio y trabajoso.
Imprimir placas de circuito es un arte que no es fácil de conseguir. Puedes grabar poco o
pasarte dentro de una misma placa. Si tienes éxito tendrás un resultado similar a un
producto comercial. Desgraciadamente, cuando usas una plantilla de un manual o una
revista, supones que podrás conseguir las mismas piezas que usó el autor. ¡Buena
suerte! Las piezas que compres, pueden no coincidir con los agujeros de la placa. Para
mí, la peor limitación de los circuitos impresos es que no puedo construir y
experimentar a la vez. Si necesito añadir otro componente u otra etapa, no voy a tener
suerte. En el cacharreo, la clave del éxito es construir y probar una etapa a la vez.
Placas hechas con gubia
Mi método favorito para hacer placas para RF consiste en tallar las pistas en una placa
de doble cara con una pequeña gubia de tallar madera. La gubia es un formón con una
punta ahuecada con un ancho de entre 3 y 6 milímetros.
Dos pequeñas gubias de tallar madera
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Esta placa QRP fue hecha con el método de la gubia. Casi todo el cobre visible es masa. El
angular de aluminio de la derecha, sirve de disipador de calor para el transistor de salida.
Cuando empujas la gubia sobre la placa con un ángulo alto y retuerces tu muñeca hacia
los dos lados, la gubia excava una pequeña zanga sobre el cobre. Nota: mantén tu codo
alto y la gubia no patinará sobre la superficie hacia tu mano. Obviamente, dos zanjas
aíslan una tira de cobre que servirá como cable o pista. A menudo suelo aislar pequeñas
islas en las cuales soldaré patillas de algunos componentes. Normalmente sueldo los
componentes a la superficie en lugar de taladrar agujeros para cada patilla.
Observar la punta ahuecada de la gubia para madera
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Placas para circuitos integrados
Una gubia para madera sirve para circuitos de RF con componentes discretos, pero no
es práctica para circuitos integrados. Para los circuitos integrados uso placas perforadas
y cablecillos. Hay un ejemplo de este tipo de construcción en el capítulo 7. Otro método
para trabajar con circuitos integrados sería mediante zócalos para cada tipo de circuito
integrado. Estos tienen terminales que conectan con cada pin del integrado, en los
cuales puedes soldar puentes para conectarlo a tu placa casera. Para trabajar con
integrados de montaje superficial SMD se pueden utilizar pequeñas placas aisladas.
Puentes con cable coaxial
Si es necesario, puedes usar cables largos para conectar punto a punto, pero para ello
debes usar cable coaxial. A veces conduzco una señal de RF de un extremo a otro de
una placa sin ninguna perdida apreciable de potencia o voltaje. Si no hay sitio par una
pista ancha, uso un trozo de cable fino RG-174.
Otra aplicación de los puentes con coaxial es apantallar contra la RF una señal de audio
o un cable de alimentación. Si conduces un cable a través de la placa llena de corrientes
de RF, la señal de baja frecuencia quedará contaminada con señales de RF, al llegar al
extremo final. Por ejemplo, en la placa del transceptor QRP visto anteriormente, la
señal continua de key es transportada por la placa mediante un cable coaxial. Debido a
la disposición de los conectores en el chasis de mi transmisor, el conector para el
manipulador queda en el lado contrario de la placa. El manipulador deberá conmutar el
Mosfet de conducción a no-conducción. Para apantallar esta corriente continua de baja
potencia se ha usado cable coaxial, como se ve en la foto.
Sólo se deberá conectar a masa la pantalla del cable en un extremo. El error más común
cuando se usan puentes coaxiales en una placa, es conectar a masa los dos extremos de
la pantalla. Esto introduce una corriente circular que puede actuar como una espira de
cable en un transformador. Esta corriente podría recoger corrientes desviadas y sería
peor el remedio que la enfermedad.
Placas con discos y pegamento rápido
Otro método para construir placas de RF es el método del disco y el pegamento “superglue”. Se cortan pequeños discos o tiras de placas de circuito impreso. Estos discos o
tiras se pegan a la placa mediante pegamento rápido para formar nodos de conexión y
140
pistas. Una ventaja de este método sobre el método de loa gubia es que la capa de masa
no está interrumpida. Es decir, cuando sueldas una patilla de un componente a masa
sabes que toda la placa es masa, y no solo zonas o tiras de masa. Una capa continua de
cobre significa que no habrá ninguna diferencia de voltaje entre cualquier zona de la
placa. Cuanto más alta sea la frecuencia o el nivel de potencia, más importante se
vuelve esta ventaja.
Mike Fitzgibbon, N0MF construyó este transceptor QRP casero mostrado en la foto
superior usando la técnica del pegamento. Encontré a Mike en el aire cuando estaba
usando este transceptor. Entrega alrededor de un vatio en antena y usa un receptor
super-regenerativo para poder captar señales débiles como la mía.
Método del “insecto muerto”
Este método se parece al del pegamento en que la placa queda como una lámina
continua de metal usada como masa. Las pistas no están cortadas o impresas en el
metal. En lugar de usar discos pegados en la placa, las patillas que no van a masa se
sueldan juntas, por encima de la placa, según sea necesario. Al estar los circuitos
integrados y transistores patas arriba, parecen insectos muertos con sus patas en el aire.
Por supuesto, deberás mantener las patillas tan cortas como sea posible. Para corrientes
bajas, la inductancia de las patillas no es un problema. Encuentro perfecto este método,
para etapas de baja potencia (menos de 100 milivatios), pero no lo recomiendo para
amplificadores de potencia RF.
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Método “insecto muerto” contra método de la gubia
Cuando pasas a la “Alta potencia”, superior a 100 milivatios, debes reducir al mínimo la
inductancia de los terminales, usando pistas anchas sobre la placa. Una vez monté una
etapa amplificadora de potencia para 10 metros usando el método del insecto muerto
muy compacto. Funcionaba bien y me dio medio vatio de salida. Aunque era un éxito,
lo reconstruí usando el método de la gubia, y pasó a entregarme 1 vatio de salida, con
un aprovechamiento del 100 %. Cuando tengo que conectar un terminal de potencia de
RF a través de la placa, corto una pista ancha en la placa, o uso un trozo de coaxial. Por
ejemplo, para corrientes de RF de 10 amperios, mis pistas deben ser de 1 cm de ancho o
más. Si estoy justo de espacio, suelo usar un rectángulo de placa de circuito impreso en
un lateral a modo de cable de baja inductancia.
Cajas hechas con placa de circuito impreso
A menudo es necesario apantallar un circuito del resto del circuito. Algunos circuitos
necesitan estar completamente encerrados en un contenedor metálico de manera que no
radie o reciba señal hacia algún o de algún circuito próximo. Un circuito construido
mediante la gubia, puede ser apantallado formando con los bordes una caja; soldando
tiras anchas de placa alrededor de la periferia de la placa. Como la superficie de cobre
suelda muy bien, es fácil introducir el circuito en una caja sólida abierta por su parte
superior. Como el método de la gubia no necesita de agujeros en la placa, el circuito
queda completamente aislado por cinco lados.
Para hacer una tapa para la caja, pliega una fina lámina de aluminio o cobre dándole
forma de caja con poco fondo, de manera que encaje sobre la parte superior de la caja.
Esta tapa deberá quedarse sujeta simplemente por presión.
Un transmisor completo controlado por cristal
El diagrama de bloques inferior muestra los módulos básicos de un transmisor QRP
entero desde la batería hasta la antena.
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La mala noticia es que hay muchos bloques de circuito. Dos de los módulos de la
derecha son el osciloscopio y el frecuencímetro, son instrumentos de prueba que
necesitas para asegurarte que estas operando en la banda correcta. Son piezas que casi
seguramente deberás comprar. Mi fuente de alimentación preferida es una simple
batería de coche. Es recomendable, pero no imprescindible, regular la tensión de la
batería sobre los 11 voltios. De esta manera, el transmisor siempre tiene la misma
tensión de alimentación aunque la batería se esté cargando o esté descargada. También
puedes construirte o comprar, una fuente de alimentación para enchufar a la red.
Construir una fuente de 12 voltios y 10 vatios es muy fácil. Pero más adelante
necesitarás fuentes de 100 o 200 vatios que son más complicadas de construir y
volverás a la batería de coche. Las fuentes de alimentación se verán en el capítulo 8.
El receptor no aparece en la imagen superior, pero se supone que utiliza una antena
independiente. Si conectas tu antena al transmisor y al receptor simultáneamente, el
receptor puede quedar dañado. Accesorios como el manipulador telegráfico, el “keyer”
y el acoplador de antena en T se verán en el capítulo 9.
Amplificadores y osciladores
Para generar una señal radioeléctrica, lo primero que necesitamos es un oscilador. Una
bujía genera ondas de radio equivalentes a golpear una campana. En las bandas de
aficionado modernas, necesitamos una continua y pura onda sinusoidal, que seria el
equivalente a un órgano. Pulsas el manipulador y aparece un tono puro que no para. De
hecho, este es el origen del termino “continuous wave” o CW de la telegrafía. Ya te
habrás contestado tu mismo a la pregunta ¿qué hay de continuo en pulsar un
manipulador telegráfico?
Las ondas continuas en frecuencias de megahercios se generan muy fácilmente usando
osciladores electrónicos. Un oscilador de onda continua es un amplificador que recibe
realimentación desde su propia salida. Para poder entender el oscilador, necesitamos ver
el funcionamiento de los amplificadores con transistores bipolares.
143
¿Qué es un amplificador lineal?
El circuito de arriba es un amplificador RF transistorizado simple basado en un
transistor NPN. Si lo prefieres, puedes invertir todas las polaridades y usar un transistor
PNP y también funcionaría. Este amplificador está diseñado para ser lineal. Lineal
significa que puede amplificar pequeñas o grandes señales, de la misma forma, sobre un
amplio margen de frecuencias. Es decir, aunque está diseñado para RF, este
amplificador es de alta fidelidad y es equivalente a los amplificadores de audio que
puedes encontrar en un receptor de radio FM. También se le llama al amplificador
lineal, “Amplificador de Clase A”.
Como ya vimos en el capítulo 4, un transistor bipolar puede ser visto como una
estructura constituida por la unión de dos diodos o dos uniones PN. Cuando un diodo es
polarizado directamente, (positivo a la zona P) circula corriente a través del diodo. Sin
embargo, la corriente circulará sólo cuando se supere la tensión de polarización directa,
que es de unos 0,6 voltios. Igual que en el diodo, cuando se utiliza un transistor NPN,
no ocurrirá nada hasta que el voltaje en la base no supere los 0,6 voltios. Cuando esto
ocurre, una pequeña corriente de base convertirá la región semiconductora tipo P, en
conductora. Una gran corriente circulará libremente de colector a emisor. En el
transistor 2N3904 usado en el esquema anterior, la ganancia del transistor es tal que la
corriente que circula será 100 veces mayor que la corriente de base.
Supongamos que queremos amplificar una onda sinusoidal, que consta de semiciclos
positivo y negativos. Un amplificador a transistor simple tendría la base conectada a la
entrada. Este amplificador amplificaría la parte superior del semiciclo positivo por
encima de 0,6 voltios. El resto de la onda estaría por debajo del umbral de conducción.
La función de la resistencia de 33 Kohmios es poner el transistor a mitad de camino.
Ahora cuando la onda aparezca en la base, la parte negativa de la onda hará que
conduzca menos, y la cuando llegue la parte positiva de la onda el transistor conducirá
más.
144
¿Qué hace la bobina “choque” de 470 microhenrios?
El choque produce un voltaje de salida sin gasto de energía. Podríamos haber usado una
resistencia, pero esta gastaría energía y se calentaría. Este amplificador está diseñado
para generar una alta tensión de RF. La salida será el voltaje que alcanza el colector del
transistor. La corriente que circula a través de la bobina no está haciendo nada útil
realmente aparte de la caída de tensión entre los 12 voltios de la fuente y el colector. Por
consiguiente, usaremos una bobina de alto valor para las bandas de aficionado. La RF
no podrá pasar por el choque, pero si podrá pasar la alimentación de corriente continua.
La inductancia es lo suficientemente alta de manera que durante un semiciclo la
corriente a través de la bobina no puede cambiar. Así, aparecerá un alto voltaje de RF en
el colector y se gasta poca energía.
Estabilizando el punto de operación del transistor
La resistencia de 33 Kohmios es el componente que pone al transistor “a medias”.
Polariza al transistor inyectando una pequeña corriente hacia la base. La resistencia de
120 ohmios proporciona una pequeña realimentación negativa para que el transistor no
se ponga demasiado duro cuando se pone caliente. Como la corriente continua circula
por la resistencia de 120 ohmios, aparecerá una tensión en el emisor por lo que decrece
la tensión de base a emisor. Esta resistencia, sin ser muy alta, sirve para polarizar el
transistor y hacerlo más estable ante los cambios de temperatura.
Si eliminas esta resistencia y conectas el emisor a masa, el amplificador seguirá
funcionando, pero el transistor se notará caliente al tacto. La resistencia de 6,2 Kohmios
le asegura un camino para irse, y poner al transistor en corte, a la carga de la base del
transistor. También estabiliza el punto de operación y asegura que el circuito funcione
cada vez que lo construyas.
Condensadores “bypass”
¿Para qué se pone un condensador de 0,01 microfaradios (uF) en el emisor? Este es un
condensador “bypass”. Un amplificador de RF puede ser visto como dos circuitos
sobrepuestos. Un circuito establece los voltajes de corriente continua y las corrientes
necesarias para una operación lineal estable. El otro circuito maneja las señales
sinusoidales de RF que modulan los voltajes y corrientes estáticos. Como vimos
anteriormente, la corriente continua pasa a través de la resistencia de 120 ohmios
ocasionando una caída de voltaje entre emisor y masa. La corriente de RF al pasar por la
misma resistencia produce una señal de RF en el emisor. Este voltaje debe restarse al
voltaje del colector y por lo tanto hace decrecer la señal de salida. Debes recordar que el
voltaje a través de un condensador no puede cambiar instantáneamente. El condensador
“bypass” se elige de manera que aunque se cargue con la tensión continua, en bandas de
aficionado el voltaje en el condensador, no cambie. Para un condensador de estos
valores (uF) las fracciones de un microsegundo a las que oscila la señal de RF son
insignificantes. El resultado es que en el emisor tendremos un voltaje cero para la RF y
toda la tensión de RF aparecerá en el colector. Otra manera de ver el condensador
“bypass” es como un cortocircuito para la RF sin afectar a la corriente continua.
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Cómo se convierte un amplificador en oscilador
Tú ya sabes que un sistema de megafonía se convierte en un oscilador de
audiofrecuencia cuando pones el micrófono cerca del altavoz. Esto produce una horrible
y terrorífica oscilación (acople). Los osciladores electrónicos funcionan introduciendo
una parte de la salida en la entrada.
Observa que un amplificador transistorizado de una etapa invierte la polaridad de la
señal de entrada. Al aumentar el voltaje en la base disminuye el voltaje en el colector.
Por lo menos en teoría, si introducimos la salida de este amplificador en la entrada, la
polaridad opuesta de la salida, cancelaría cualquier señal que empezara a formarse en la
entrada. Por esta razón, si deseas construir un oscilador, la señal sinusoidal necesita ser
invertida en fase antes de realimentar la base del transistor.
La necesidad de un circuito inversor de fase nos da la oportunidad de usar este circuito
inversor como un filtro, de manera que restringa la oscilación a solo una frecuencia. Ya
te has encontrado con los circuitos resonantes L-C en paralelo. Un circuito L-C en serie
atenúa todas las frecuencias excepto su frecuencia de resonancia. Un circuito L-C serie
puesto entre el colector y la base de un transistor amplificador oscilará en una
frecuencia especifica definida por los valores de la inductancia y la capacitancia del
circuito serie L-C.
146
Circuito resonante L-C serie
En el capítulo 4 vimos una introducción a los circuitos resonantes paralelos. El circuito
resonante serie también resuena a una determinada frecuencia y puede ser usado de la
misma manera. El circuito resonante paralelo aparece como una resistencia infinita o
una impedancia infinita a una frecuencia especifica, cortocircuitando todas las tensiones
de RF de frecuencia aplicadas distinta a la de resonancia. Por el contrario, el circuito
resonante serie aparece como una resistencia cero (cortocircuito) a la frecuencia de
resonancia. Como se ve en la figura superior, sólo circula una frecuencia de RF hasta la
resistencia de carga. Para todas las demás frecuencias, aparece como una inductancia
grande o como una capacidad pequeña.
147
Un oscilador a transistor en funciones
El circuito de la figura superior oscila en el margen de 1 a 30 MHz, dependiendo de los
valores de L y C. Desgraciadamente, si lo construyes, encontrarás este oscilador muy
inestable para su uso en radio de aficionados. Sin embargo, produce una oscilación
potente. Una vez consigas que funcione, podrás observar la importancia de la resistencia
de polarización de 33 Kohmios. Cuando desconectes esta resistencia, el oscilador
seguirá oscilando como si nada hubiera pasado, bueno casi nada. Si miras bien en tu
osciloscopio verás al comienzo de cada semiciclo una distorsión. Sin esta resistencia, el
transistor queda en corte cuando la entrada cae por debajo de 0,6 voltios.
Ahora apagamos por un momento la fuente de alimentación, y la volvemos a encender,
y veremos que el oscilador no funciona. La salida será solo una línea recta en tu
osciloscopio. Sin la resistencia de 33 Kohmios, el amplificador no puede ver su propia
salida que es solo ruido de muy poca tensión, y el oscilador nunca arranca. Esto es
debido a que el ruido esta por debajo del umbral de los 0,6 voltios. Monta de nuevo la
resistencia de 33 Kohmios y verás como la oscilación reaparece de nuevo
inmediatamente.
Un amplificador no lineal, sin polarización, recibe el nombre de “Amplificador Clase
C”. Son útiles para amplificar señales de telegrafía CW que son mayores que la caída de
tensión de la base. La excitación para un amplificador de clase C debe ser mayor que
0,6 voltios, de otra forma no funcionará. Clase C no es útil para amplificar voz o música
ya que el umbral de 0,6 voltios, corta una parte de la onda y la distorsiona.
Osciladores a cristal de cuarzo - La clave pata la moderna estabilidad
Los relojes de muñeca electrónicos usan cristales de cuarzo para obtener relojes baratos
de precisión que rivalizan con los viejos cronómetros mecánicos que en su día fueron
vitales para la navegación.
Análogamente, los televisores a color utilizan cristales como bases de tiempos de
manera que el separador de colores pueda separar adecuadamente el rojo, el azul y el
verde. Los ordenadores también utilizan cristales para poder correr adecuadamente.
El cuarzo es un cristal de dióxido de silicio natural y cristalino. El vidrio corriente es
también cristal de dióxido de silicio, pero los átomos están dispuestos en una estructura
amorfa, algo así como una pila sin orden de envases de leche que han caído de un
camión. Por el contrario, el cuarzo tiene una estructura cristalina regular, como si los
envases estuvieran apilados. El cuarzo no es perfectamente puro, ya que contiene
átomos contaminantes atrapados en la estructura del cristal. Estos iones contaminantes
no convierten al cuarzo en semiconductor. El cuarzo natural proveniente de Brasil y
otros lugares, se encuentra como cristales claros con caras planas y estructura uniforme.
Este material puede cortarse y pulirse hasta quedarse en una fina hoja plana cortada en
pequeños cuadraditos. Cada cuadrado se monta entre dos placas de metal como si
formaran un condensador con el cuarzo como dieléctrico.
Cuando se aplica voltaje al cuarzo los iones del metal cargados contaminan el cuarzo y
son atraídos por las cargas de las placas. La fina capa de cuarzo se dobla hacia adelante
y hacia atrás con los cambios de polaridad del voltaje. Si el voltaje es un voltaje de RF
los cambios de polaridad son de millones de veces por segundo y el cristal vibra a esa
frecuencia.
148
Cuando se aplica un voltaje de alterna al cristal, este vibra más fácilmente a la
frecuencia proporcional a la masa y las dimensiones físicas del cuarzo. Es decir, cada
cristal puede ser cortado para vibrar a una frecuencia especifica. Como es de esperar, los
cristales más grandes vibraran a las frecuencias bajas y los cristales finos vibraran a
frecuencias altas. Aunque el cristal oscila a millones de vibraciones por segundo, la
vibración es mecánica y parece un instrumento musical. Al igual que un instrumento
musical, los cristales también tienen sobretonos o frecuencias armónicas más altas. Los
cristales de sobretono oscilarán a frecuencias altas de 100 MHz o más.
Los cristales de cuarzo oscilan mecánicamente pero simultáneamente oscilarán
eléctricamente. Los cristales de cuarzo actúan como un circuito serie L-C. Son
equivalentes a los componentes LC que usamos para sintonizar un oscilador. Las
capacitancias e inductancias equivalentes CX y LX dependen de las dimensiones físicas
del cristal. Imagínate el cristal de cuarzo como un circuito L-C extremadamente estable.
El cristal tiene una resonancia serie y una resonancia paralelo. Si la galleta de cuarzo
fuera un vidrio corriente, la cpacitancia tendría probablemente el mismo valor.
Observa la resistencia RS en serie con CX y LX.. Esta resistencia es el equivalente
eléctrico al rozamiento mecánico que tiene lugar al flexar el cuarzo. Esta resistencia
produce calor y si este es importante, expandirá las dimensiones de las piezas mecánicas
y ocasionará un desplazamiento en frecuencia. En general, cuanto más grande sea el
cristal, la temperatura subirá más lentamente y la frecuencia variará más lentamente.
149
Un surtido de cristales de cuarzo para control de frecuencia
En la figura tenemos varios cristales típicos. En la esquina superior derecha tenemos
dos viejos cristales grandes. Estos son muy buenos y están funcionando desde hace más
de 50 años. Los tres cristales del centro son del tipo HC33 y son de construcción
moderna. También en el centro tenemos dos cristales de tamaño medio HC49 que se
usan para microprocesadores. Estoy son buenos, pero a menudo no se encuentran para
la frecuencia deseada.
A veces es necesario encargar cristales HC49 a medida, de compañías como ICM por
un coste de 18 dólares cada uno. Los pequeños cristales de la izquierda, pueden ser
usados con precaución. Los cristales pequeños se calientan fácilmente y patinan. Los
cristales en forma de bote cuadrado o rectangular que se ven más a la derecha, son
conjuntos completos de oscilador controlado a cristal. Se usan para trabajar con
ordenadores no para RF. De hecho, nunca he encontrado un oscilador de estos que no se
ponga caliente como una pistola y patine como si estuviera loco. Aunque los hayas
probado, no uses osciladores empaquetados.
Circuitos comunes de oscilador a cristal
150
Puede haber una docena de circuito osciladores a cristal. El circuito de la figura anterior
es prácticamente igual al crudo oscilador LC visto anteriormente. El condensador
variable te permite desplazar la frecuencia del cristal un kilohercio o más por encima y
por debajo. Este circuito es completamente funcional y puedes verlo en algunos
proyectos caseros. Si, si lo deseas puede quitar el condensador variable. Sin embargo,
no es muy buena idea aplicar grandes voltajes sinusoidales directamente al cristal. Por
ejemplo, si quitas el condensador variable, el voltaje de colector quedará aplicado
directamente sobre el cristal. Demasiada tensión de RF en el cristal puede calentarlo y
hacer que patine. El calentamiento del cristal causará una oscilación en la frecuencia
que empezará a caer en el momento que enciendas el oscilador. En casos extremos,
como puede ser en un oscilador con válvula de vacío, el voltaje puede romperlo o
arruinar el cristal. Por todo ello, aunque este circuito es sencillo de explicar, no suelo
usarlo.
Cristales cortados para serie y para paralelo
Los llamados cristales cortados para serie, están diseñados para ser usados con un
condensador en serie con el cristal, como hemos visto en la figura anterior. Esto
significa que cuando este cristal tenga un determinado valor de condensador en serie,
oscilará exactamente en la frecuencia marcada en la caja del cristal. De lo contrario,
puede estar desplazado un kilohercio o más. De igual manera, los cristales cortados para
paralelo, están diseñados para funcionar con un valor determinado de condensador en
paralelo, como se ve en la figura siguiente.
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El oscilador de la figura anterior tiene el cristal conectado a la base del transistor.
Además tiene un condensador en paralelo con el cristal. Cuando pongamos en marcha el
oscilador, la frecuencia de salida puede estar desplazada alrededor de cientos o incluso
miles de hercios. Ajustando el condensador, el oscilador puede dar la frecuencia exacta
que deseemos.
El mejor es el Butler
Un oscilador Butler a cristal
Probé todos los osciladores de mi transceptor y descubrí que algunos no tenían el
desplazamiento por temperatura al encenderlos. El más estable era un oscilador Butler
como el de la figura anterior. Observa que el cristal y su condensador están en paralelo
con la resistencia de emisor. Realmente no se porqué, pero este circuito es estable al
momento de encenderlo. Puede ser debido a que el cristal no está conectado a la unión
PN de la base que es la que se calienta. De cualquier manera, los Butler patinan menos
de un hercio o dos por minuto. Dos de mis osciladores mostraron un desplazamiento
cero durante el primer minuto.
Uno de ellos, el BFO de mi receptor, estaba en el mismo hercio media hora después.
Ahora se como se supone que debe funcionar el control a cristal. Incluso no es necesario
meter estos osciladores en cajas estancas metálicas. Montado en una placa al aire, es
increíblemente estable.
Dependiendo de donde se vaya a usar, el Butler tiene la ventaja que el condensador en
serie baja más la frecuencia que el oscilador con cristal en la base mostrado
anteriormente. En un ejemplo de transceptor comercial moderno en el Handbook del 98,
152
había una versión de un oscilador Butler. Este oscilador se anuncia como con bajo ruido
de fase, sin decir nada sobre la característica de buena estabilidad.
Muchos equipos modernos usan circuitos osciladores anónimos con circuitos integrados
como el NE602. Entre otros circuitos, estos integrados contienen osciladores. Para
cablearlo solo tienes que conectar un cristal en los pines correspondientes. ¡Sólo el cielo
sabe lo que hay allí!. Pero me imagino que esto sólo nos importa a nosotros, los
cacharreadores.
El circuito QRP para 40 metros
El circuito mostrado más abajo es el corazón del transmisor QRP. El oscilador situado a
la izquierda, es un oscilador Butler. El amplificador de RF, mostrado a la derecha, es
similar al del ejemplo mostrado anteriormente, pero está sintonizado con un circuito LC para una banda específica. Asimismo, su salida es un transformador que adapta la alta
impedancia de salida (alrededor de 600 ohmios) a los 50 ohmios de la antena.
El oscilador a cristal y el buffer (separador)
El esquema de arriba muestra las etapas osciladora y separadora de un transmisor QRP.
Este circuito saca 1/8 de vatio y puede ser usado directamente. Por supuesto, tendrás
que usar una antena terrorífica para que te oigan. La potencia que consigas obtener de
este circuito, dependerá del cristal que uses.
Yo usé un cristal grande, del tipo HC33, con el cual, mi QRP (incluyendo el
amplificador final) sacaba 15 vatios a 12 voltios, en lugar de los 5 vatios. Cuando lo
hice trabajar con baterías (9 voltios), ponía en antena 7 vatios.
El oscilador Butler procede de un proyecto del ARRL Handbook de 1986, y lo he usado
con éxito muchas veces. El amplificador separador sintonizado, forma parte de un
diseño del Handbook de 1979.Este amplificador básico produce una alta ganancia en
voltaje y también puede usarse como filtro activo sintonizado. Cuando está acoplado a
153
un secundario de baja impedancia, como en este ejemplo, funciona como amplificador
de potencia.
Construir este QRP consiste en varios pequeños proyectos. Construye el oscilador y
consigue que funcione, antes de montar el amplificador separador. Lo más importante es
que funcione, no su tamaño ni si queda bonito. Al construir un proyecto, utiliza circuitos
que entiendas y piezas que tengas.
El esquema anterior no incluye un listado de piezas detallado. Los listados de piezas
están muy bien, pero sólo si puede comprar exactamente todas las piezas. Los
fabricantes y distribuidores cambian cada año, por lo que es muy frustrante indicar un
fabricante en concreto. Las bobinas son las únicas piezas críticas. Deberán ser de polvo
de hierro y estar diseñadas para el margen de frecuencias adecuado. Para trabajar con
una marca de toroides como Amidon, Micrometals, etc., necesitas el valor de
inductancia AL para poder calcular el número de vueltas. Este proceso se explicará más
tarde en este capítulo.
Características de las bobinas para el oscilador QRP
Banda
Tipo Toroide
Vueltas Primario
Vueltas Secundario
80 Mts
T 50-15
41 con toma a 1/3
4 y 5 vueltas
40 Mts
T 50-15
30 con toma a 1/3
3 y 4 vueltas
T 50-2
51 con toma a 1/3
5 y 7 vueltas
30 Mts
T 50-6
36 con toma a 1/3
7 y 9 vueltas
20 Mts
T 50-6
28 con toma a 1/3
3 y 4 vueltas
17 Mts
T 50-6
22 con toma a 1/3
3 y 5 vueltas
15 Mts
T 50-6
22 con toma a 1/3
3 y 5 vueltas
12 Mts
T 50-6
16 con toma a 1/3
3 y 3 vueltas
10 Mts
T 50-6
16 con toma a 1/3
3 y 3 vueltas
El número de vueltas no es crítico, está bien si sintoniza con el condensador variable en su
posición central. (Los toroides son Amidon)
Bobinas toroidales
El circuito que hemos vito usa bobinas sobre forma toroidal para los bobinados
primarios de los transformadores. La toma se hace a 1/3 desde el extremo más cercano a
la alimentación. La corriente continua circula hacia el primario y tras un tercio de
vueltas deja el bobinado y se dirige al transistor, el cual conduce cada medio ciclo y
cortocircuita la corriente a masa. El extremo opuesto del primario se conecta al
condensador variable formando un circuito resonante LC. En este extremo de la bobina
no hay salida para la corriente continua. Por lo tanto, 2/3 de la bobina se usan sólo para
la oscilación resonante de las corrientes de RF. Es decir, gran parte de la inductancia se
dedica a oscilar a una frecuencia determinada.
154
Cortos pulsos de corriente continua sobre 1/3 de la bobina sirven para acompañar la
oscilación y mantenerla. Es comparable a un adulto empujando a un niño en un
columpio. El adulto únicamente empuja brevemente en un extremo del arco que realiza
el columpio. El sistema de péndulo del columpio produce la mayor parte de la
oscilación. Esta toma intermedia de la bobina hace que la oscilación sea mucho más
grande que con una bobina sin ella. Además, la oscilación está mucho más confinada a
una frecuencia, es decir, el Q o calidad del circuito resonante, es mucho más alto.
Un error que se suele cometer
El dibujo anterior muestra la manera correcta y la equivocada de bobinar una bobina
con toma intermedia. Una bobina de este tipo se supone que es una bobina simple con
un cable externo conectado en un punto a lo largo de la bobina. Es decir, la bobina debe
ser construida de principio a fin en la misma dirección. En el dibujo la bobina correcta
tiene tres vueltas en una dirección y tres vueltas más en la misma dirección.
Si la dirección del bobinado cambia en la toma intermedia, la inductancia de la primera
mitad quedará cancelada por la inductancia de la segunda. Es decir, el dispositivo de la
derecha no tiene ninguna inductancia. No es una bobina, solamente es un cable.
155
“Q” = es igual a calidad
Las bobinas y condensadores tienen un factor de calidad llamado “Q”. Es igual a la
reactancia de un dispositivo dividida por su resistencia. La reactancia es la propiedad
que tienen los condensadores e inductancias de oponerse al flujo de corriente alterna y
actuar como una resistencia. Las inductancias constan de una longitud de cable de cobre
formando una bobina. Debido a la resistencia del cobre, la resistencia de una bobina
puede ser considerable, incluso sin tener en cuenta la componente reactiva. Por lo tanto,
las inductancias tienen normalmente un Q bajo. Por el contrario, la resistencia de un
condensador es despreciable, y por tanto su Q será normalmente alto. En los
condensadores electrolíticos, el dieléctrico disipa energía y aparece como una
resistencia, con lo cual disminuye su Q.
Multiplicadores de frecuencia
Por supuesto, los amplificadores con bobina con toma intermedia, se pueden usar como
multiplicadores de frecuencia. Supongamos una onda de 7 MHz en la entrada.
Supongamos ahora que el circuito resonante LC está sintonizado a 14 o 21 MHz.
Cuando este funcionando, en tu osciloscopio verás una onda de 7 MHz en el colector.
Sin embargo, la bobina entera y el condensador están oscilando a un múltiplo de la
frecuencia de entrada determinada por el circuito LC. Para usar la frecuencia más alta,
coger la señal mediante un condensador pequeño, unos 5 pF, entre la bobina y el
recortador. Un condensador más grande cargaría demasiado el circuito LC y terminaría
con la oscilación. Alternativamente, la alta frecuencia puede obtenerse también con un
secundario de una o dos vueltas sobre la bobina.
Si la inductancia y la capacitancia se llaman reactancia, ¿qué es la impedancia?
Impedancia es la suma o total de todas las reactancias y resistencias de un circuito.
Cuando decimos que un circuito tiene una impedancia de 100 ohmios estamos diciendo
que el conjunto de todos los componentes del circuito actúa como una resistencia de
100 Ohm a una determinada frecuencia. Por ejemplo, como mencionábamos antes, la
mayoría de las antenas, receptores y transmisores de radio de aficionado, están
diseñados para trabajar con impedancias de carga de 50 Ohm.
Adaptación de impedancias
Si necesitas transferir potencia de un circuito a otro, y no dispones de una fuente de
voltaje ideal, conseguirás la mayor transmisión de potencia si adaptas la impedancia de
la carga con la impedancia interna de la fuente de voltaje. Es decir, las fuentes de voltaje
reales tienen una resistencia interna que limita la energía que puedes extraer de la
fuente. Por ejemplo, una batería nueva tiene una baja impedancia interna. Por el
contrario, una batería muerta tiene una resistencia en serie con el voltaje, que limita la
potencia que se puede obtener de la batería. Sin embargo, incluso con una batería
cercana a su muerte, puedes maximizar la transferencia de potencia, adaptando la
resistencia de la carga a la resistencia interna, independientemente de lo elevada que
esta sea.
156
El desacoplamiento entre la etapa buffer y la alimentación
La etapa buffer es la que sigue al oscilador. La función del buffer es aislar el oscilador
del amplificador o amplificadores finales. Los cambios en la carga de salida de un
amplificador, pueden llegar hasta la entrada de este y afectar al oscilador. Esta
realimentación produce súbitos cambios de frecuencia y contribuye al “gorjeo”. El
gorjeo es un cambio de tono de la señal en Morse que hace que suene como un pájaro.
La manera de evitarlo es añadiendo un amplificador buffer entre el oscilador y el
amplificador final.
Idealmente, toda comunicación entre una etapa amplificadora y la siguiente es a través
del camino entre el transformador de salida y la base de la siguiente etapa.
Desgraciadamente, existen otros caminos por los que se comunicarán dos etapas, a
través de la alimentación o a través de pistas de masa. Puedes minimizar la
comunicación por masa usando grandes pistas de masa, o usando una capa entera de
cobre, como hemos visto en la construcción de placa de circuito.
La comunicación por la alimentación es más difícil. Supongamos una gran onda
sinusoidal generada por un amplificador final. Al aumentar la corriente a través del
transistor de salida, esta gran corriente carga el voltaje de alimentación y puede hacer
que caiga. El amplificador (excitador) que alimenta al amplificador final pierde
alimentación justo cuando la necesita para proveer el aumento de corriente. El resultado
de esta interacción es que la onda puede temblar y volverse inestable. En un
osciloscopio, la onda pierde el foco y se vuelve borrosa. Un frecuencímetro leería por
debajo de la frecuencia del cristal y se volvería inestable. La inestabilidad se puede
evitar en gran medida desacoplando cada etapa como se ve en la figura siguiente:
La resistencia y el condensador de cada etapa ralentizan los cambios de voltaje de
alimentación en cada ciclo. Esto evita que estos cambios pasen a las etapas anteriores.
Cuanta menos corriente pase por la etapa, más resistencia se necesitará. Si quitamos
estos circuitos RC, nuestro QRP funcionará bien sólo si disponemos de una fuente
estabilizada de 12 voltios. Sin embargo, si usamos una fuente débil, como baterías
viejas, será difícil obtener una onda de salida limpia.
157
Los pasos finales para QRP
Yo estaba sorprendido por la gran señal que conseguí obtener de mi oscilador usando
cristales HC-33. Si usas cristales HC-49, la potencia de salida será probablemente
menor y se necesitará el primer paso del amplificador de dos etapas descrito a
continuación. En mi caso, cuando enchufé mi QRP a 12 voltios, conseguí una salida de
15 vatios.
Ehhh, el QRP son potencias de menos de 5 vatios. Por esto, alimenté mi circuito con 9
voltios procedentes de 6 células alcalinas y conseguí 7 vatios de salida. No tendrás
ningún problema en conseguir suficiente potencia de este pequeño transmisor.
Amplificador de dos etapas para QRP
Los últimos dos de los cuatro pasos a transistor de nuestro QRP están reflejados en la
figura. El primer paso es sintonizado y funciona como buffer tras el oscilador.
Dependiendo del número de vueltas de las bobinas de los pasos sintonizados, estos
podrán funcionar en dos o más bandas. Por ejemplo, con 27 vueltas en el primario,
puedes cubrir de 20 a 10 metros. Tendrá que hacer la toma intermedia a 1/3 del número
total de vueltas, en este caso, 9 vueltas. El secundario tendrá unas 6 vueltas. La entrada
de un amplificador a transistor, es normalmente de baja impedancia. Por lo tanto los
transformadores reducirán el voltaje y aumentar la corriente, para adaptar la
impedancia.
El buffer que sigue al oscilador es un clase A ya que está polarizado con una resistencia
de 33K. El circuito RC del emisor mantiene estable al amplificador clase A de manera
que no varíe con el aumento de temperatura. La clase A es mejor cuando los niveles de
señal son pequeños. En los dos amplificadores de arriba, el primero (sintonizado)
funciona en clase C. La variación de la tensión de entrada debe ser mayor que el voltaje
base-emisor (0,6 voltios). Este clase C funciona a altos niveles de potencia, de manera
que necesitas un transistor mayor, 2N3053, 2N2222 o equivalentes. Estos transistores
158
tienen un encapsulado parecido a una pequeña lata que ayuda a disipar el calor. Además
se le suele acoplar un radiador similar a un sombrero, para disipar mejor el calor. Busca
en tu catalogo disipadores, y encontrarás un buen surtido.
Transformadores bifilares
El transformador para la etapa final de banda ancha es un transformador bobinado
bifilar. Este transformador de banda ancha no esta sintonizado y trabajará en cualquier
banda de HF. El núcleo toroidal es un T50-61 de ferrita, en lugar de polvo de hierro. La
ferrita produce mucha más inductancia que la que puedas conseguir con un núcleo del
mismo tamaño de polvo de hierro como el T50-6. Es decir, el factor AL es mucho mayor
en un núcleo de ferrita. La alta inductancia significa que la señal de entrada al
transformador pasará hasta la salida antes de que el inductor tenga tiempo de cargarse.
No hay nada resonante en este transformador.
Aunque el transformador está construido con dos hilos paralelos, los dos están juntos
constituyendo un bobinado que orbita por el toroide. Los transformadores de este tipo
son una especie de transformadores con toma intermedia. La impedancia puede ser
reducida o aumentada conectando la salida a toda la bobina, para altos voltajes o sólo a
la mitad de la bobina.
Antes de bobinar uno de estos, examina detenidamente el dibujo. Sólo funciona cuando
se construye exactamente como en el dibujo. Hay una forma realmente fácil para echar
a perder todo el trabajo. Si conectas uno de los cables consigo mismo, este cable se
convierte en una vuelta que disipará la mayor parte de la energía de RF. Por ello, antes
de soldar el bifilar al circuito, usa un ohmímetro para confirmar que los tres terminales
tienen cero ohmios entre ellos. Si descubres que la toma intermedia es un circuito
abierto con respecto a uno de los dos cables, lo has montado mal. Yo he cometido este
error dos veces y gaste mucho tiempo en descubrirlo.
Amplificadores sintonizados contra amplificadores de banda ancha
El transmisor QRP descrito anteriormente utiliza dos pasos amplificadores sintonizados
con trimers y un amplificador final de banda ancha que no necesita sintonización. Los
amplificadores sintonizados casi siempre funcionan, esto es una gran ventaja. El
inconveniente de los amplificadores sintonizados es que la sintonización puede ser
crítica y puede no cubrir toda la banda. Sintonizar todos los pasos de un transmisor es
159
una mala idea. Cuando la batería de mi coche se descarga, a veces mi señal puede
chocar en medio de un CQ. En mi osciloscopio puedo ver una perdida de amplitud y
distorsión en la onda de salida. La estación que este contactando dirá que mi señal se
está rompiendo.
Otra desventaja de los pasos sintonizados es que cuando sintonizas otro paso, por
desplazamiento de la fase de la onda, estarás también ajustando el acoplamiento de
impedancias con los pasos siguientes. Funciona como un acoplador acoplando una
antena. Confieso que realmente no lo entiendo, pero el fenómeno es real y ocurre.
Por el contrario, por los amplificadores de banda ancha pasa cualquier señal que
reciban. Por ello, si todos tus pasos son de banda ancha, no funcionará, aunque hagas un
maravilloso trabajo adaptando impedancias en cada paso. Cuando un amplificador de
banda ancha está desacoplado pasa a funcionar en “modo ruido”. Es decir, tú metes una
onda en la entrada y el amplificador pone una ráfaga de ruido que contiene sólo una
imagen fantasmagórica de la onda que esperas amplificar. Si no dispones al menos de
un paso sintonizado, no tendrás nada que ajustar cuando el paso final pase a “modo
ruido”.
La etapa de salida de nuestro QRP es un amplificador multibanda que utiliza un filtro
Chebyshev de cinco elementos, para suprimir los armónicos de alta frecuencia de la
onda de salida. Los filtros Chebyshev se explicarán posteriormente. Los valores de los
componentes del filtro se encuentran en tablas y fórmulas en los “ARRL Handbook” de
1986 y siguientes. Este amplificador de banda ancha es un circuito universal que puedes
añadir a tu bolsa de los trucos. Por ejemplo, en mi QRP de 10 metros, utilicé dos pasos
de banda ancha en serie para aumentar la potencia de 3 a 9 vatios. El primer paso utiliza
un 2N3053 y no necesita su propio filtro Chebyshev.
Transistores de RF caros
El amplificador final utiliza un transistor Motorola MRF476, con un precio de unos 10
dólares. Existen cientos de transistores más baratos, que pueden entregar 5 o 10 vatios a
frecuencias de HF. Desgraciadamente, los otros que he probado necesitan de 24 a 80
voltios de tensión de colector, para entregar la misma potencia. La virtud de los MRF’s
de Motorola es que entregan mucha potencia en HF para una alimentación de 12 voltios.
Esto es muy bueno para mí, a pesar del precio.
Choques de RF con perlas de ferrita
Observa el choque de RF de la base del MRF476. Consiste simplemente, en un cable
recto que pasa a través de una perla de ferrita. Esto elimina bajas frecuencias de la
salida y convierte una onda de salida caótica en una onda limpia. Este componente tan
160
simple, se podría ver como un cortocircuito a masa, pero aunque lo utilices en 80
metros, el choque es vital y no reduce la potencia de salida. Si te perece ilógico,
desuelda el choque y observa la onda de salida.
CONQUISTANDO LAS BOBINAS
Normalmente, las bobinas son el problema
Cuando reúnes las piezas para construir cualquier proyecto típico, puedes descubrir que
las piezas más difíciles de encontrar son las bobinas. “¿Dónde puedo comprar un Miller
nº 233?”. O puede ser que en el listado de piezas aparezca, “6 vueltas sobre un núcleo
toroidal Stackpole 4-12”. ¿Quién compra núcleos toroidales Stackpole? ¿Dónde
encuentro un catálogo? Entonces piensas, ¡ya lo sé! He encontrado un núcleo parecido
al de la foto, ¡voy a usarlo! Con este optimismo, estarás bien encaminado para construir
un trasto inútil cuyo destino será el trastero.
Por el contrario, los condensadores no suelen constituir ningún problema. Si en el
encapsulado se lee 330 pF ese debe ser el que es. Los condensadores electrolíticos
pueden ser un poco tramposos. Debes tener en cuenta la polaridad correcta y hay unas
cuantas normas para saber cuando debes usarlos. Pero en términos generales, los
condensadores son fáciles. Un simple capacímetro te contará todo lo que desees saber
sobre cualquier condensador no etiquetado que encuentres en tu chatarra.
Todos los que hemos construido alguna bobina, hubiéramos deseado que nuestros
multímetros tuvieran escalas de inductancias. Lo siento. Los medidores de inductancias
de mano son escasos. Y si tienes uno, probablemente no te dirá mucho sobre perdidas
del núcleo, fugas de inductancias, saturación y resistencia del bobinado.
Un poco de matemáticas es tan bueno como un inductámetro
Normalmente, los humanos odiamos las matemáticas. Sin embargo, unos simples
cálculos y las características de los núcleos toroidales, son herramientas que te
permitirán construir la inductancia exacta que necesites. ¡Tus circuitos LC resonarán en
la banda correcta, tus filtros atenuarán y dejarán pasar las frecuencias correctas, y tus
equipos funcionarán!. La habilidad para construir la inductancia correcta es tan vital
como el soldador, un buen osciloscopio y un frecuencímetro.
161
Circuitos LC. ¿Qué tamaño de bobina necesito?
La radio tecnología está basada en circuitos LC. Seguramente, muchos circuitos utilizan
dispositivos piezoeléctricos como cristales, que solo actúan como circuitos LC. La
parte C es bastante fácil, simplemente como un valor de un condensador. Pero, ¿qué
tamaño de bobina necesito?
ω2 = 1 / LC donde ω = 2π (frecuencia en Hercios)
L = inductancia en Henrios
C = capacitancia en Faradios
Supongamos que estas construyendo un paso amplificador a transistor que tiene un
circuito resonante tanque LC. Tu trimer tiene un rango de 5 a 60 pF. Necesitas una
inductancia que resuene con tu condensador, digamos por ejemplo en la banda de 20
metros, en 14,1 MHz. Diseñaremos la bobina para que resuene con 40 pF por ejemplo.
De ese modo, puedes ajustar la frecuencia si es necesario. Usando la siguiente fórmula:
(2 x 3.1416 x 14.1 x 106 Mhz)2 = 1/ (40 x 10-12 Faradios) L
Resolviendo L:
L = 3.18 x 10 –6 Henrios o 3.18 microhenrios
Ahora que ya sabemos el valor de nuestra bobina, necesitamos bobinar el hilo sobre una
forma toroidal.
Usando núcleos de polvo de hierro CWS (Amidon)
Hay muchas marcas de calidad que suministran núcleos de ferrita y de polvo de hierro.
Me gustan las formas Amidon simplemente por que sé donde comprarlas, en
www.bytemark.com o en www.coils.com. El factor más importante es que el núcleo
tenga un factor de inductancia conocido AL , de manera que puedas calcular cuantas
vueltas necesitas para una inductancia determinada.
162
Ferrita contra Polvo de hierro
Los núcleos de ferrita tienen un alto contenido en hierro y producen una alta inductancia
para un número determinado de vueltas. En proyectos de aficionado, la ferrita se suele
usar para bobinas de un valor muy alto, es decir, se usan para choques de RF y
transformadores de ondas. Por ejemplo, los transformadores de salida de los
amplificadores lineales de banda ancha, están hechos normalmente con ferritas. El
amplificador final del circuito QRP anterior utiliza un toroide de ferrita T50-61. Las
ferritas no se suelen usar casi nunca en circuitos resonantes LC.
Por el contrario, los núcleos de polvo de hierro, contienen mucho menos hierro y más
cerámica. Se suelen usar para circuitos resonantes de alto Q y filtros. Observa que los
núcleos de polvo de hierro están codificados con colores para definir su permeabilidad.
Por el contrario, todas las ferritas son simplemente negras.
Primero: selecciona el tipo de toroide apropiado para la frecuencia y potencia que se
vayan a utilizar. Hay muchos grados de núcleos diseñados para diferentes rangos de
frecuencias. Para circuitos resonantes o filtros en bandas de aficionado, normalmente
uso el tipo 6 de polvo de hierro (código de color amarillo y negro). Para las bandas más
bajas de HF (80 y 60 metros) suelo usar el tipo 2 (rojo / negro) o el tipo 15 (rojo /
blanco). Estos me dan más inductancia para el mismo número de vueltas y me permiten
utilizar un cable de mayor diámetro (menos resistencia). Los de polvo de hierro tipo 17
(amarillo - azul) se utilizan por encima de 30 MHz. El tipo 26 (amarillo – blanco) es
para frecuencias muy por debajo de las bandas de aficionado. Se ven muy a menudo en
fuentes de alimentación.
El nivel de potencia es proporcional al tamaño del toroide. He tenido mala suerte con
tamaños pequeños como el T-37. Producen poca ganancia y son complicados de
bobinar. No los uses a menos que te obligue el espacio. Por otra parte, el tipo T-50
funciona bien desde circuitos de recepción hasta unos pocos vatios en QRP. El tipo T-
163
68 es bueno para 10 o más vatios. Los tipos T-106 y T-200 manejan 200 o más vatios y
se utilizan en filtros de salida en amplificadores lineales de potencia.
Segundo: calcular el número de vueltas necesarias para una inductancia determinada. El
grosor del hilo será el más gordo que nos permita el número de vueltas en el toroide. No
te vuelvas loco con cables finos. Por otra parte, para baja frecuencia, una inductancia
alta significa muchas vueltas de hilo. La bobina funcionará mejor usando el mayor
diámetro de hilo que quepa en el toroide sin superponer vueltas. Para cada tipo de
núcleo, existe una constante AL que es proporcional al cuadrado del número de vueltas.
El número de vueltas = 100 (Inductancia en microhenrios / AL ) ½
Por ejemplo, usando un T-50 tipo 6 diseñamos una inductancia de 3 microhenrios:
El núcleo T-50-6 tiene una constante AL = 40. Observa que los cálculos se hacen en
microhenrios.
Número de vueltas = 100 ( 3,18 / 40)
½
= 28 vueltas
Nota: la fracción ½ de la potencia es una manera de decir “raíz cuadrada de “
Deberás conseguir 28 vueltas de hilo de galga 30 aislado sobre el núcleo. Si no te cabe,
utiliza un hilo más fino, por ejemplo galga 34. Si el hilo no cubre toda la totalidad del
núcleo, usa un hilo más gordo, por ejemplo galga 26.
Calibrando los condensadores Trimer
Utilizo condensadores variables pequeños, Trimers, para sintonizar los tres pasos
primeros de mi módulo QRP. Tienen el tamaño de un grano de uva y se ajustan con un
pequeño destornillador. El problema que tenemos con estos dispositivos es que no sabes
a que capacidad están ajustados con solo mirarlos. Debido a que el destornillador de
ajuste da vueltas y vueltas sin parar, no hay manera de saber cuando están en su máximo
o en su mínimo.
Supongamos que sintonizas un paso amplificador y encuentras el punto de máxima
señal en una determinada posición. Si sabes que este punto es el de mayor capacidad,
probablemente necesitarás más capacidad para conseguir el mayor rendimiento. Puedes
conseguir esto soldando un pequeño condensador de 30 pF en paralelo con el trimer.
También puedes añadir unas pocas vueltas más en la bobina. Por otra parte, si sabes que
el punto de máximo rendimiento coincide con el mínimo de capacidad, puedes deducir
que el bobinado primario del transformador tiene demasiadas vueltas y necesitarás
reducirlas.
Mi solución es medir la capacidad con un capacímetro y marcar los puntos de máxima y
mínima capacidad en el trimer. Con mis trimers cerámicos, el máximo es de 60 pF y el
mínimo es de 7 pF. Utilizo un rotulador indeleble de punta fina para marcar el punto de
máxima capacidad. El mínimo estará a 180 grados del máximo. Idealmente, cuando
tengo el amplificador ajustado a máxima señal, el trimer debería estar por la mitad del
margen del trimer. Esto significa que tengo un buen paso amplificador y puedo mejorar
el circuito LC más adelante.
164
Filtros Chebyshev
Los circuitos LC son vitales para sintonizar etapas amplificadoras. Muchos
amplificadores modernos son no sintonizados o lineales, y sólo necesitan un filtro para
evitar los armónicos. La etapa de salida de casi todos los lineales transistorizados tiene
un filtro Chebyshev de 5 elementos para evitar los armónicos por encima de la
frecuencia de operación. Los Handbook de la ARRL tienen muchas, muchas
explicaciones detalladas sobre el diseño de filtros Chebyshev de diferentes tipos.
Muchos chicos echan un vistazo a estas páginas y piensan, “que demonios, voy a
resolver todo esto”. Por otra parte, normalmente necesitarás un filtro paso bajo de 5
elementos y así es como tienes que hacerlo:
Primero: ¿Qué impedancia necesitas? Supongamos que es 50 Ohm, que es la más
común.
Segundo: ¿Para qué frecuencia? Supongamos que deseamos atenuar todo por encima de
la banda de 20 metros, esto es 14,350 MHz.
Tercero: Calcular la capacidad y la inductancia normalizadas para el filtro:
Capacidad CS = 1 / 2 π (50 Ohm) (14,350) = 222 pF
Inductancia
LS = 50 Ohm / 2 π (14,350) = 0,55 microhenrios (µH)
Cuarto: Multiplicar los valores normalizados de L y C por los factores para cada uno de
los cinco elementos. Los valores de los cinco elementos serán:
L1 = 0,4869 LS = (0,4869) (0,55 µH) = 0,27 µH
C2 = 1.05 Cs = 1.05 ( 222 pF) = 230 pF
L3 = 1.226 Ls = 1.226 (0.55 µH) = 0.67 µH
C4 = 1.05 Cs = 1.05 ( 222 pF) = 230 pF
L5 = 0.4869 Ls = (.4869) (0.55 µH) = 0.27 µH
Para los condensadores, 220 pF es valor que funcionará bien.
165
Disipador de calor para el transistor de salida
Utiliza un gran disipador metálico en el MRF476 y mantenlo frío. Nunca he dañado
ninguno, incluso con más de 15 vatios RF de salida. Sin embargo, supuestamente el
transistor sólo puede disipar 3 vatios, por lo tanto se debería respetar esta característica.
La parte metálica del MRF476 es el colector del transistor y debe mantenerse aislado de
la masa del disipador. Para ello se utilizan aisladores de mica junto con grasa de
silicona.
Protección de sobrevoltaje mediante zener en la salida del transistor
El zener de 30 voltios protege a nuestro MRF476 en caso de operación en circuito
abierto. El diodo zener no parece esencial, pero tampoco hay que despreciar su función.
Conectores para tu módulo QRP
Normalmente utilizo conectores de audio RCA para las conexiones de RF entre
módulos de HF. Si, deberíamos utilizar conectores especialmente diseñados para RF
como los BNC. Sin embargo, los conectores de audio son más baratos, más fáciles de
montar y no se aprecia diferencia en el rendimiento siempre que el nivel de potencia
esté por debajo de 10 vatios y para frecuencias por debajo de 30 MHz. Después de
todo, los conectores de audio tienen sólo dos veces la capacidad (4 pF más) de una
longitud igual de cable coaxial. Probablemente, los 30 MHz sea la frecuencia más alta
que permite el uso de conectores de audio, especialmente para niveles altos de potencia.
Los conectores de borde de tarjeta son otra forma de unir los módulos. Por ejemplo, yo
utilizo este tipo de conectores para enchufar filtros Chebyshev y así poder cambiar de
banda fácilmente. Puedes utilizar pistas anchas y conectar varios pines en paralelo sin
preocuparte por la inductancia y la resistencia que serán bajas.
**********************************************************************
Manipulando transmisores de CW
Algunos diseños QRP colocan el manipulador en serie con el emisor de un transistor en
un paso amplificador anterior al amplificador final. Para transmitir se pulsa el
manipulador conectando el emisor a masa. Cuando el operador desea muestrear su señal
para saber donde está su transmisión con respecto a otra estación, enciende la fuente de
alimentación, pero no pone en funcionamiento el transmisor. Sin excitar el paso final, el
oscilador y el buffer producen una carga (sin sobrecargar) de señal sobre el receptor.
Supuestamente, un amplificador sin corriente de emisor o sin excitación de base, no
puede emitir una señal. Esto suena bien y hace tiempo se utilizaba mucho con las
válvulas. Desgraciadamente, a los transistores no les importa y proporcionan
radiofrecuencia de cualquier manera. El condensador en los extremos del manipulador o
incluso la capacidad del coaxial que va al manipulador, proporciona suficiente corriente
alterna para producir paso de corriente a través del emisor y excitar el paso de salida. Lo
único que he conseguido con la manipulación por emisor ha sido disminuir la amplitud
de la señal entre puntos y rayas. Si la manipulación la hacemos con el oscilador estando
los otros pasos activos, funciona bien mientras el oscilador está excitando.
166
Desgraciadamente, cuando levantas la llave, los pasos posteriores, a menudo,
autooscilan a la frecuencia que les parece.
Un MOSFET de canal P manipula la corriente de alimentación.
Me gusta manipular el transmisor mediante la manipulación de la corriente de
alimentación. Este circuito no es elegante pero funciona. En transmisores QRP muy
pequeños, como los metidos en cajas de caramelos Altoids, aparece el manipulador en
serie con la alimentación. Esto funciona, pero para manipular 10 o más vatios de
corriente continua, es mejor para los contactos del manipulador, interrumpir la corriente
con un interruptor de estado sólido (transistor). Yo utilizo MOSFET de canal P. La
resistencia y el condensador en el circuito de puerta suavizan la interrupción, para evitar
que suene el manipulador. Este circuito debe funcionar ya que nunca he oído ningún
clic a pesar de que lo uso desde que abandoné las válvulas.
Transistores de Efecto de campo MOSFET
Tú te preguntarás, ¿cuál es ese transistor extraño llamado MOSFET? Los transistores de
óxido de silicio de efecto de campo, funcionan de manera distinta a los bipolares que
vimos en el capítulo 4. Afortunadamente son fáciles de entender. Un transistor
MOSFET consiste en un trozo de material semiconductor tipo P y tipo N unidos como
un condensador. La capa semiconductora tiene una región muy estrecha en el centro que
también funciona como una placa de un condensador. La otra mitad del condensador es
la puerta de control, la cual está aislada del transistor mediante una fina capa de vidrio.
La puerta de control es la mitad de un condensador donde el canal semiconductor actúa
como la segunda placa. La puerta de control es similar a la base de un transistor bipolar.
Cuando se aplica voltaje al condensador (es decir, entre la puerta y el material
semiconductor), la carga se acumula en la superficie conductora alrededor del aislante
de la puerta. Cuando esto se produce, cambia la densidad de iones en el semiconductor
y por tanto, cambia su conductividad.
167
MOSFET canal N
Al igual que los transistores bipolares, existe una versión complementaria que funciona
con polaridades inversas, sustituyendo el material semiconductor tipo P por tipo N.
MOSFETs de empobrecimiento
Un MOSFET simple, como el mostrado anteriormente, está normalmente a la mitad. Es
decir, cuando el voltaje de puerta es cero, el transistor tiene una resistencia e unos 300
Ohmios. Este tipo de MOSFET recibe el nombre de tipo empobrecimiento. Cuando se
168
aplica un voltaje de polaridad de puerta, el transistor se pone en conducción completa.
Cuando se aplica la otra polaridad, todos los agujeros se rellenan o todos los electrones
libres son expulsados y el transistor se vuelve aislante. Es decir, si el semiconductor s
tipo N, el exceso de electrones es expulsado del cristal y el cristal se vuelve aislante. Lo
MOSFETs de empobrecimiento se usan normalmente en aplicaciones de baja potencia y
en receptores.
MOSFETs de enriquecimiento
Este tipo de MOSFETs han sido diseñados expresamente para aplicaciones de potencia.
Cuando el voltaje de puerta es cero con respecto al surtidor, el transistor está en corte.
Los transistores SMP16P06 o el IRF9541, MOSFETs canal P usados en este libro, son
del tipo empobrecimiento. Esto significa que cuando la llave telegráfica está abierta, el
transmisor QRP está completamente apagado. Cuando bajamos la llave, el MOSFET
pasa a conducir y enciende el QRP. Los MOSFETs de potencia como estos vienen
equipados con un diodo interno para proteger el transmisor contra cambios de polaridad.
Cuando un MOSFET es correctamente polarizado, el diodo de protección aparece como
un circuito abierto y no interfiere. Pero si invertimos la polaridad, el diodo se pone en
conducción, cortocircuita el trozo de material semiconductor del MOSFET y evita que
se quede frito.
Comparándolos con los transistores bipolares, los MOSFETs tienen dos grandes
ventajas:
1. No hay uniones PN en un MOSFET. Esto significa que no hay uniones PN que se
puedan romper, o desestabilizarse por temperatura. Son la mejor opción para
aplicaciones de alta potencia, debido a que son difíciles de romper.
2. MOSFETs son dispositivos controlados por voltaje. Una vez se establece un voltaje
en la puerta, no se requiere un paso de corriente para mantener el estado de conducción
del transistor. Son ideales para aplicaciones en fuentes de alimentación y para controlar
grandes corrientes continuas. También se pueden usar en amplificadores de audio de
alta potencia. Los MOSFETs de potencia, como el canal P usado para controlar el
transmisor QRP, son muy útiles para amplificadores de potencia de alta frecuencia. La
capacidad de entrada significa que para cada variación del voltaje de entrada, se debe
cargar y descargar. Para muy altas frecuencias, el circuito excitador necesita aplicar y
retirar corriente decenas de millones de veces por segundo. Esto convierte a los
MOSFET de potencia como el anterior, en inutilizables para transmisores de alta
potencia para RF.
Por ejemplo, de vez en cuando en la revista QST aparecen esquemas de transmisores de
20 a 50 vatios, utilizando MOSFETs de alta potencia. El problema es que no los
recomiendan para bandas de aficionado por encima de 40 metros. Por encima de esta
frecuencia, la potencia necesaria para entregar la corriente de excitación, tiene que ser
muy alta, con lo cual casi se iguala con la potencia de salida. En los últimos años se han
desarrollado MOSFETs especialmente diseñados para RF que pueden utilizarse en
transmisores de 100 de megahercios. Sin embrago, son muy caros y no he visto ningún
transmisor diseñado con ellos.
Nombres como HEXFET y V-MOS son ejemplos de diseños sofisticados de MOSFETs.
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Interruptores para “anuncio” (muestreo de cómo estamos saliendo)
Suponte que oyes una estación llamando CQ y quieres contestarle. ¿Cómo puedes saber
si tu cristal y tu condensador variable pueden alcanzar esa frecuencia? La respuesta es
con un interruptor de anuncio. La idea es arrancar el oscilador de manera que puedas
escuchar tu propio transmisor en el receptor, pero que tu señal no salga al aire hasta que
estés preparado. Utilizando el interruptor de anuncio, alimentas el oscilador y
posiblemente el buffer, pero no los amplificadores. Esto se consigue separando la
alimentación en dos cables, uno para el oscilador y el segundo para el amplificador.
En el circuito de abajo, los diodos se utilizan para alimentar el oscilador desde
cualquiera de los dos cables. En verdad, el diodo en serie con el interruptor de anuncio
no es realmente necesario, ya que al abrir el anuncio el oscilador estará apagado siempre
que el transmisor esté en reposo. Sin embargo, el voltaje aplicado al oscilador será el
mismo si hay diodos en ambas líneas de alimentación.
El pulsador de anuncio enciende el oscilador y la etapa buffer a través de un diodo de
potencia Schottky capaz de manejar 100 miliamperios o más. Luego, cuando el
manipulador activa el amplificador final, el oscilador recibe alimentación de un segundo
diodo Schottky conectado a un keyer con un MOSFET canal P. He gastado muchas
horas intentando conseguir estas funciones sin grandes MOSFETs y diodos, pero no lo
he conseguido. Inténtalo. Quizás seas más listo que yo.
Accesorios y comprobaciones en tu QRP
Construir fuentes de alimentación para tus módulos QRP, viene explicado en el capítulo
8. Otros accesorios importantes como el manipulador y el acoplador de antena se
discuten en el capítulo 9. En este mismo capítulo se explica como comprobar tu QRP.
170
Capítulo 7
UN RECEPTOR
TELEGRAFÍA
PARA
LA
PRÁCTICA
DE
Este capítulo describe como construir un simple receptor de “conversión directa” para la
banda de radioaficionados de 40 metros en telegrafía (CW). Este receptor puede ser
usado para escuchar estaciones de CW y también en Banda Lateral Única (SSB, fonía)
estaciones de radioaficionados y de radiodifusión extranjeras. Cuando se combine con el
transmisor de CW QRP descrito en el capítulo 6, podrás usarlo para hablar con otros
radioaficionados.
La principal virtud de este receptor es su simplicidad. El diseño básico sólo tiene 5
transistores y es ideal como primer proyecto. Puede ser alimentado con una batería de 9
voltios. De cualquier forma, una batería de 12V hecha de pequeñas pilas tipo AA,
durará mucho más y se escuchará con mayor volumen en los auriculares.
Tiene una buena sensibilidad y estabilidad. Desgraciadamente, debido a los modernos
estándares de selectividad de los receptores, la selectividad es pobre para recibir CW.
Durante las noches, en la banda de CW de 40 metros, escucharás demasiadas estaciones
a la vez y será difícil escuchar una sola estación. Añadiendo el filtro de audio de 700 Hz
descrito al final de este capítulo mejorará notablemente. También, si tienes una potente
estación de radiodifusión de AM cercana, puedes construir un filtro paso bajo para
evitar la interferencia. El filtro es la pequeña caja que se ve a la parte derecha del
receptor.
Cuando seas capaz de hacer una primera valoración de la selectividad así como la
sensibilidad del receptor, desearás comprar un receptor comercial o empezar a trabajar
con un receptor superheterodino como el descrito en el capítulo 13. Es posible
conseguir el mismo rendimiento que un receptor superheterodino, pero esto requerirá
filtros de audio superselectivos, canceladores de la frecuencia imagen y otras mejoras
que yo nunca probé. Si estás interesado, ¡adelante!
171
Receptores de conversión directa
Un receptor de conversión directa (RCD) tiene cuatro bloques básicos. Un filtro pasa
banda, un oscilador de frecuencia variable por tensión (VFO), un mezclador o “detector
de producto” y un amplificador de audio.
La sintonía de un RCD se consigue con un oscilador de frecuencia variable, llamado
VFO (variable frequency oscilator). La señal sinusoidal que genera el VFO es mezclada
con las señales de radio entrantes en un amplificador especial llamado detector de
producto. Las señales que oímos por los auriculares son aquellas que distan de la
frecuencia del VFO una frecuencia dentro del rango audible, esto es, entre 20 Hz y 2.5
KHz. La diferencia de frecuencia la escucharemos como una señal musical, el tono de
700 Hz del código Morse.
La diferencia de frecuencia es filtrada, amplificada y entregada a los auriculares.
¡Sencilla radio! Considerando las pocas partes que tiene, asombra lo sensible que es.
Medí la sensibilidad del mío y descubrí que podía detectar fácilmente señales de 0.5
micro voltios en 40 metros.
El filtro de entrada
El detector de producto tiene unas características ligeramente parecidas al diodo. Esto
significa que es propenso a actuar como una radio de galena y detectar señales fuertes
presentes en la antena, que no están cerca de la frecuencia del VFO. Por consiguiente,
las señales que entran por la antena deben ser filtradas primero para restringir la entrada
sólo a señales cercanas a los 7 MHz. Como podrás recordar de tus experiencias con
radios de galena, la selectividad de un simple filtro de entrada LC es muy limitada. Sin
embargo, un simple filtro puede evitar mucho ruido de fondo producido por fuertes
señales de estaciones comerciales de AM y onda corta, que operan cerca de los 7 MHz.
172
El filtro de entrada consiste en dos circuitos sintonizados LC. La entrada, que viene de
la antena, está cableada como un transformador de RF que adapta la alta impedancia del
filtro y la alta impedancia del detector de producto con la baja impedancia de la antena.
Se supone una impedancia de antena aproximada a los 50 Ohmios, típica de un dipolo
con bajada de cable coaxial. El transformador eleva diez veces el voltaje de RF usando
una relación de vueltas 1:10. Si el receptor se fuera a usar con la alta impedancia de un
cable largo o una antena de látigo, el terminal de entrada se conectaría directamente al
trimer utilizando un pequeño condensador de bloqueo.
Al escuchar señales de telegrafía en 40 metros ajustaremos el trimer hasta que estas se
oigan más fuertes y desaparezca el ruido producido por las estaciones de fonía. Si este
filtro no es suficiente para eliminar las señales de las estaciones locales de AM,
utilizaríamos el filtro pasa altos que se describe más adelante en este capítulo.
El filtro de entrada también puede incluir un amplificador de RF. Sin embargo,
seguramente no será muy útil en 40 metros debido a que el ruido atmosférico por debajo
de los 20 metros es muy molesto. Por el contrario, si quisiéramos construir un receptor
para 20 metros o bandas más altas, el amplificador de RF mejoraría la sensibilidad. Los
amplificadores de RF de entrada serán descritos en el capítulo 13.
El Oscilador sintonizado de RF (VFO)
El circuito inferior muestra un oscilador sintonizado también llamado oscilador de
frecuencia variable (en inglés VFO). Como se muestra, los valores de bobina y
condensador sintonizan la banda de 40 metros, y las bandas de onda corta por encima y
por debajo de los 7 MHz. El circuito es un oscilador sintonizable, comparable en sus
funciones al oscilador controlado a cristal del transmisor QRP visto en el capítulo 6. En
lugar de un cristal de cuarzo, el control de la frecuencia lo tiene un circuito LC
sintonizable, con un ancho de algunos cientos de KHz. Este VFO es demasiado basto
para controlar la frecuencia de un transmisor. Patinará mucho y la gente no querrá
contactar contigo debido a tu inestable señal. Sin embargo, como estas escuchando 1
KHz de audio a la vez, el desplazamiento de 100 Hz es muy poco significativo. En el
capítulo 10 veremos como fortalecer el VFO para utilizarlo en transmisión.
173
TRANSISTORES JFET
Este oscilador sintonizable utiliza un transistor de efecto campo (JFET). Estos son
ideales para los VFO’s. Al contrario que en los bipolares, la corriente principal del
JFET circula de drenador a surtidor y no atraviesa ninguna unión PN. Las uniones PN
varían con la temperatura, por ello, los VFO’s construidos con transistores bipolares
tienden a patinar más que los construidos con JFET’s. Los JFET funcionan de manera
similar a los MOSFET, aunque la puerta de control es una unión PN en lugar de un fino
condensador. Los MOSFET de potencia se vieron en el capítulo 6 como una forma de
controla la alimentación del QRP.
Uniones PN
Como vimos en el capítulo 4, una unión semiconductora PN conduce cuando se aplica
un voltaje positivo al tipo P. Inversamente, no conduce cuando el positivo se aplica al
tipo N. En la radio de galena manejábamos corrientes muy pequeñas (microamperios).
Los diodos comerciales manejan corrientes mucho más grandes, miliamperios o incluso
amperios. Con estos diodos la conducción no empieza hasta que se alcance el umbral,
que en una diodo de silicio está en 0,6 voltios. Para un diodo Schottky comercial estará
en 0,2 voltios. Por lo tanto, si aplicamos un voltaje positivo al tipo P por debajo del
umbral, por ejemplo 0,1 voltios, la corriente será muy inferior a una miliamperio, y el
diodo estará realmente en no-conducción.
Las uniones PN pueden actuar como un condensador
En un MOSFET, se evita que la corriente de base pase al canal principal, por medio de
una fina capa aislante de vidrio. En un JFET, la puerta se asemeja a un diodo polarizado
directamente sin llegar a conducir hasta que se supere el voltaje de 0,6 voltios. Con cero
voltios en la entrada, el JFET está ya parcialmente en conducción. Es decir, con cero
voltios en la puerta está operando ya como un amplificador de clase A, sin necesitar
ninguna resistencia de polarización como ocurría con los bipolares.
174
Los JFET funcionan con voltajes de entrada inferiores a 0,6 voltios.
El JFET se pone completamente en conducción (esto es, se satura) cuando el voltaje de
puerta se aproxima o supera los 0,6 voltios. Observa que el diodo evita que el voltaje de
puerta supere los 0,6 voltios. Para poner el JFET en corte, se debe aplicar un voltaje
inverso a la base, de manera que los portadores, electrones o huecos (según el tipo de
canal) se reduzcan. Por ejemplo, en un JFET canal N el transistor pasa a corte cuando la
puerta se vuelve negativa con respecto al surtidor del transistor.
Como es de esperar, los JFET canal P son la imagen inversa en cuanto a construcción y
polaridades. Para poner en corte un canal P, se utiliza voltaje positivo para polarizar en
inversa el diodo de puerta.
175
El detector de producto
Este proyecto de receptor utiliza un detector de producto. Este amplifica y mezcla la
señal del VFO con la señal que viene de la antena. La mezcla resultante es amplificada
y mandada hacia el amplificador de audio. La única componente de audio de las señales
que salen del mezclador es la diferencia de las radio señales entrantes, y esta es la que
amplificador mandará a los auriculares.
El detector de producto descrito a continuación utiliza un MOSFET canal N de doble
puerta. Un MOSFET de doble puerta funciona igual que uno de una sola puerta, pero
como su nombre indica, tiene dos puertas de control modulando la corriente que circula
de drenador a surtidor. Con dos puertas, este MOSFET es muy útil para mezclar dos
señales separadas, debido a que la salida es la mezcla amplificada de las dos entradas.
Se pueden construir mezcladores y detectores de producto con MOSFET y JFET de una
puerta, pero con los de dos puertas, ambas entradas son amplificadas a la vez.
Las puertas del MOSFET son pequeños condensadores y tienen una impedancia de
entrada muy alta. El amplificador es un montaje en surtidor común, que implica que el
surtidor esté a masa. Esto también implica que la resistencia de carga (1,5 Kohm) estará
176
en el lado del drenador. Debido a que la salida deseada es una señal de audio, la
impedancia de carga es una resistencia y no una bobina como en frecuencias de radio.
Para trabajar con frecuencias de audio, una bobina tendría que ser enorme, y para esta
aplicación tendría pocas ventajas sobre la resistencia. El choque de 470 microhenrios y
los condensadores de 0.001 y 0.1 microfaradios actúan como un filtro para eliminar
cualquier resto de RF de la salida de audio. Sin este filtro, el amplificador de audio
actuaría como un rectificador de todas las señales fuertes que llegaran al detector de
producto, en lugar de la deseada señal de audio.
Los diseños modernos utilizan circuitos integrados mezcladores. Personalmente,
prefiero los MOSFET de doble puerta en lugar de los misteriosos circuitos integrados.
Suelo usar los NTE221, NTE222, NTE454 o NTE455. Además, cualquiera de la serie
3N como el 3N140, también funcionaría. Desgraciadamente son difíciles de encontrar
en los catálogos modernos.
El amplificador de audio
A la salida del detector de producto tenemos una señal audible que necesita ser
amplificada antes de llegar a unos auriculares o un altavoz. De nuevo, muchos diseños
publicados en revistas, hacen uso de circuitos integrados denominados amplificadores
de audio. Yo los he usado y suelen funcionar bien. Pero por supuesto, no aprendo nada
experimentando con ellos.
El esquema anterior muestra un amplificador lineal básico para audio acoplador por RC.
Si observas detenidamente los valores de los componentes, verás que es similar al
amplificador de RF clase A utilizado como buffer en el capítulo 6. La diferencia está en
los mayores valores de los componentes y la ausencia de inductancias. Se utiliza una
resistencia de 5,1 Kohm como carga en lugar de la inductancia que aparecería en un
amplificador de RF. Observa que la resistencia de 36Kohm pone al amplificador en
funcionamiento parcialmente, por ello las ondas de audio se moverán entre 0 y 12
voltios. De otra manera el amplificador sólo amplificaría señales positivas por encima
de 0,6 voltios. Sin la polarización, las semiondas negativas serían eliminadas y el sonido
estaría muy distorsionado.
177
La resistencia de 200 Ohm y el condensador de 47 microfaradios aíslan el amplificador
de la fuente de alimentación, y con ello hacen menos probables las autoscilaciones. Sin
estos componentes, seguramente funcionará bien y no apreciaras ninguna diferencia.
Mi amplificador de audio es una versión modificada de un ejemplo del Handbook de
1986. Se trata de tres amplificadores en serie acoplados directamente por RC. El diseño
original tenía más componentes que no entendía. Cada componente que no entendía lo
quitaba, así aprendo yo. El amplificador estaba muerto cuando lo encendí por primera
vez.
Control automático de ganancia para audio
Estaba liado con la red de realimentación de baja frecuencia formada por R1, R2 y C1.
No entendía que tipo de filtraje de baja frecuencia intentaba conseguir el diseñador.
Cuando el circuito parecía muerto, coloqué estos misteriosos componentes en el circuito
y los auriculares volvieron a la vida. Esta red pone el amplificador en funcionamiento
para señales débiles y lo apaga para señales fuertes. Es una especie de control
automático de ganancia (AGC).
Recuerda que para poner un transistor bipolar en conducción, la señal de entrada debe
ser mayor que 0,6 voltios, para que circule corriente hacia la base. En un amplificador
clase A se añade a la base una tensión continua, de manera que el voltaje de base sea
superior a 0,6 voltios, con lo cual, siempre está en conducción. La red de baja
frecuencia ajusta la polarización para señales débiles o fuertes. Cuando las señales son
débiles, el segundo transistor queda en corto (apagado), así que la tensión de colector
será alta y no cambia. Esta tensión de colector circula hacia C1 a través de R2. El
voltaje en C1 polariza la base a través de R1, directamente, aumentando la sensibilidad
del transistor. Por el contrario, cuando las señales son fuertes, la corriente de colector
circula y por tanto la tensión de colector a masa será baja. Este voltaje polariza el
transistor para que conduzca menos.
178
Protegiendo tus oídos de las señales fuertes
Este amplificador de audio es capaz de reventarte los oídos cuando encuentres alguna
señal fuerte. Por lo tanto es imprescindible añadir un circuito para limitar el voltaje que
llega a los auriculares a menos de un voltio. Primero lo hice con dos diodos zener de 5
voltios invertidos uno respecto al otro. En la práctica, con los modernos altavoces de 8
Ohm, un voltaje de 1 voltio tiene suficiente volumen. Normalmente utilizo dos diodos
de silicio normales 1N914. Estos evitan que los voltajes positivo y negativo superen los
0,6 voltios y con ello protegemos nuestros oídos.
¿Cuánto Hi-Fi será?
El circuito original está salpicado de condensadores de desacoplo de 0,1 microfaradios
como si el diseñador estuviera intentando asesinar todos los sonidos agudos, llevándolos
a masa. Cuando estaba intentando conseguir más ganancia, quite estos condensadores.
El amplificador funcionaba bien sin ellos, pero el sonido agudo de la estática me
irritaba. Monté de nuevo los condensadores, con lo que esperaba que sonara más grave
y más débil. Sin embargo, la eliminación del penetrante sonido de estática, justificaba la
perdida de ganancia. ¡Experimenta!
El diseño original no tenia el condensador de emisor de 10 µF. Al no tenerlo, la
ganancia es menor, debido a que un cierto voltaje de señal cae en la resistencia de 220
Ohm. Como no quería desperdiciar más ganancia monté el condensador y la ganancia
aumentó notablemente. Este condensador no tiene ninguna desventaja apreciable.
Construcción mecánica
Construí mi receptor en una caja hecha con trozos de placa de circuito impreso
soldadas. Es el mismo tipo de construcción descrito en el capítulo 6. Los latiguillos de
cable coaxial RG-174 conectan el filtro opcional de 700 Hz que describiremos
posteriormente. Sólo un extremo de la malla debe estar soldada a masa, para que cumpla
su función de evitar que se induzca RF.
El mando de sintonía debe ser mecánico del tipo vernier para que cubra toda la banda de
40 metros y sea fácil sintonizar las señales. Alternativamente, se puede utilizar un
pequeño condensador variable, de 1 a 10 pF. De esta manera, la mayor parte de los 180
grados de rotación útil se dedicará para la banda de CW . Otra solución es utilizar dos
179
condensadores variables en paralelo, el grande sintonizaría la banda entera y el pequeño,
conectado en paralelo sería para el ajuste fino.
La alimentación del receptor
El receptor funcionará bien con 9 voltios y 10 miliamperios. Sin embargo, cuando el
voltaje baja por debajo de 8 voltios, el volumen y la sensibilidad caen bruscamente. Por
tanto, si utilizas pequeñas pilas alcalinas funcionará bien durante 1/3 de la vida útil de
las pilas.
Para conseguir el máximo de las pilas alcalinas, necesitas que sea capaz de funcionar,
incluso por debajo de 2/3 del voltaje inicial, por ello el receptor tendría que funcionar
bien con menos de 6 voltios. Yo recomiendo fabricarse una batería de 12 voltios con
pilas AA. Algunas compañías venden soportes de batería para 6 u 8 pilas, consiguiendo
9 o 12 voltios. Si estas usando el transmisor QRP descrito en el capítulo anterior, puedes
alimentar el receptor de la misma fuente de alimentación.
Escuchando el VFO
Al utilizar el receptor con mi transmisor, me di cuenta que escuchaba el VFO de mi
transmisor sobre las estaciones que quería llamar. Para observar esto, cogí un trozo de
cable coaxial e improvisé un conector de señal VFO en la caja débilmente acoplado al
transmisor. El receptor no tenía conexión directa al VFO. Con un pequeño cable en este
conector, tenemos una antena que transmite la débil señal del VFO.
Analizando las limitaciones de la conversión directa
Debido que estos receptores tienen casi toda su ganancia en el amplificador de audio, se
supone que tendrán tendencia a la microfonía. Es decir, se supone que serán sensibles a
las vibraciones. Al tocar un mando o golpear la mesa, deberías escuchar el golpe
amplificado en los altavoces. Yo, en cambio, no observé microfonía alguna.
Un receptor de conversión directa detecta ambas bandas laterales a la vez.
Desgraciadamente, el detector de producto mezclador, detecta la banda lateral superior
y la inferior simultáneamente. Esto es perfecto para escuchar estaciones de radio en
AM, pero supone una muy mala selectividad en una banda de CW repleta de estaciones.
Un buen receptor para CW debe tener un ancho de banda de 500 Hz o menos. Un
receptor simple de conversión directa tiene un ancho de 10 Khz o más, dependiendo del
filtro de audio.
Aunque el filtro de ayuda es de gran ayuda, el principal problema es que estás
escuchando audio de las dos bandas laterales a la vez. Por ejemplo: supongamos que
tienes un filtro de audio muy agudo para tonos entre 600 y 700 Hz. Escuchas una
estación de 650 Hz muy bien, pero estarás confundido por una señal que estará a 1,3
Khz en la banda lateral opuesta. Esto es, 2 x 650 Hz = 1,3 Khz. Cuando respondas a un
180
CQ, esta confusión te pondrá difícil saber en que banda lateral estará escuchando la otra
estación, ya que tú lo escuchas por dos sitios (las dos bandas laterales), pero él sólo te
escucha por uno.
Un receptor de conversión directa más sofisticado elimina una banda lateral , mediante
el uso de dos receptores. Una banda lateral es cancelada desplazando la fase de la señal
del VFO y desplazando también la señal de audio resultante, para eliminar una banda
lateral. Además de tener que construir dos receptores simples, debes construir un
sofisticado filtro de audio. Personalmente, decidí que la mejor opción era el receptor
superheterodino.
Interferencias de estaciones comerciales de AM
En mi ciudad, tenemos una estación de radio comercial de AM que emite alta potencia
durante todo el día. Conectando un osciloscopio a mi dipolo de 40 metros, observo un
pico de 1,75 voltios de RF en el cable, incluso con una resistencia de 50 Ohms
conectada a la antena. Esto representa ¡31 milivatios de potencia!. No me extraña que
mi radio de galena fuera tan chillona.
Potencia = Voltaje (RMS) al cuadrado / resistencia de carga
Voltaje RMS = Voltaje de pico x 0,707
Potencia = (1,75 x 0,707)2 / 50 = 31 milivatios
181
Las señales de radioaficionados que intentaba escuchar, quedaban mezcladas entre la
tormenta de voltajes procedente de la estación de AM. Aunque podía escuchar
estaciones, de fondo siempre podía escuchar la música rap. ¡Necesitaba un filtro mejor!
En el Handbook de 1986 encontré un buen filtro, funcionó a la primera y rebajo el
voltaje en mi antena a 0,15 voltios de pico, sin afectar a las señales de la banda de 40
metros.
Un filtro contra las comerciales de AM
Un filtro de audio de 700 Hz, porque necesitas uno
Muchos radioaficionados utilizan transceptores que automáticamente escuchan 700 Hz
por encima o por debajo de su frecuencia de transmisión. Este desplazamiento es
ajustable, pero siempre entre 500 y 1000 Hz. Por convenio, en las bandas de HF por
encima de 30 metros, los radioaficionados escuchan por encima de la frecuencia de
transmisión. De 40 metros para abajo, el desplazamiento es por debajo de la frecuencia
de transmisión. Este convenio tiene su origen en el método usado hace 40 años para
generar la banda lateral única. El viejo diseño de banda lateral única ya no se utiliza,
pero el convenio se mantiene. La única excepción es la nueva banda de 60 metros, en la
que se utiliza la banda lateral superior (USB).
En resumen, cuando intentas contestar a un colega llamando CQ, debes asegurarte que
estas escuchando la misma banda lateral que él. En un receptor de conversión directa
escuchas la señal telegráfica por encima y por debajo de la frecuencia de transmisión. Si
ajustas el batido en la banda lateral equivocada, transmitirás 1,4 Khz (2 x 700 Hz) más
lejos de donde está escuchando el otro, con lo cual nunca te oirá.
182
Por ejemplo, en 40 metros, sintonizando la banda hacía arriba, escucharías primero el
código Morse en el lado de debajo de la frecuencia de transmisión. Esta es la banda
lateral inferior (LSB). Si seguimos para arriba, la señal va bajando de tono hasta que
desaparece, para seguir sonando después, primero en un tono bajo y subiendo de tono
conforma vamos sintonizando la banda. Cuando lleguemos al mismo tono de la LSB
estaremos en la banda lateral superior (USB).
Si deseas contestar a un CQ de otro colega, escucha la banda lateral inferior (en este
caso, 40 metros). Ahora pulsa el botón de anuncio (“spot”) y sintoniza el trimer de tu
transistor hasta que los dos tonos sean iguales.
Si tienes un oído musical podrás acoplar los dos tonos con más facilidad. Resumiendo,
buscando un CQ en la banda de 40 metros, sintonizas hacia arriba la banda. Para poner
tu transmisor en la frecuencia de un CQ al que vas a responder, con el botón “spot”
ajustaríamos el transmisor hacia abajo.
Los equipos ultramodernos utilizan en recepción unos filtros de audio exquisitamente
estrechos. Por ello, mucha gente sólo te escuchará si el tono de transmisión no se
diferencia mucho (200 Hz como mucho) de su frecuencia de recepción. Incluso con
filtros digitales se puede reducir este margen a unos pocos Hercios.
Un filtro de audio analógico
Si dispusiéramos de componentes ideales, la mejor forma de construir un filtro
analógico de audio sería utilizando bobinas y condensadores como si se tratara de un
filtro de RF. Podríamos incluso imaginar que existen cristales para frecuencias de audio
para construir filtro super precisos.
Desgraciadamente, en la realidad, estos componentes no existen. A estas frecuencias tan
bajas, las bobinas serían grandes y caras. En la practica se utilizan resistencias y
condensadores. Estas redes RC no resuenan, pero atenúan unas frecuencias más que
otras. Un condensador grande carga más lentamente que uno pequeño. Al combinarlo
con una resistencia tenemos un filtro que atenúa bien altas frecuencias o bien bajas
frecuencias.
183
Filtro Pasa Bajo
Como hemos visto arriba, con una simple resistencia y un condensador tenemos un
filtro pasa bajos cuando cogemos la señal del condensador. Si el condensador es grande,
las frecuencias altas quedarán cortocircuitadas a masa. Recuerda, el voltaje a través del
condensador no puede cambiar instantáneamente.
Por el contrario, un condensador pequeño será insignificante para las bajas frecuencias
que tienen tiempo suficiente para cargar el condensador durante cada semiciclo. La
resistencia carga el circuito y la corriente circula hacia el condensador. De manera
similar, durante el próximo semiciclo, la resistencia tendrá una resistencia
suficientemente baja para descargar completamente el condensador y dejarlo listo para
el siguiente semiciclo.
Filtro Pasa Alto
Cuando se invierten la resistencia y el condensador y la salida se coge de la resistencia,
el filtro RC se convierte en un filtro pasa altos. Las altas frecuencias pasan a través de
un condensador como si no estuviera allí. El condensador se asemeja a un cable sin
caída de voltaje en sus extremos. A altas frecuencia no hay tiempo para cargar. A bajas
frecuencias la carga del condensador se completa y la caída de voltaje en los extremos
del condensador alcanza el voltaje total de la señal de entrada. Estos filtros RC tienen
una frecuencia particular llamada punto de ruptura en donde el condensador se vuelve
insignificante. Un solo filtro RC atenúa el voltaje de la señal 10 veces (20 dB) para un
desplazamiento en frecuencia de 10 veces desde el punto de ruptura.
Compensar la atenuación
El problema de los filtros RC es que la resistencia atenúa todas las frecuencias, no sólo
las que queremos. Sin embargo, si combinamos la red RC con un amplificador de audio
184
lineal, podemos compensar la atenuación. Amplificando la salida, restauramos la fuerza
de la señal, en las frecuencias deseadas, a su valor original.
Filtro Pasa Banda = Red RC más amplificador
Para construir un filtro pasa banda necesitamos combinar un filtro pasa bajo con un
filtro pasa alto y amplificar el resultado. El circuito de abajo es un filtro de audio de una
sola etapa RC, que acentúa los tonos de 700 Hz y atenúa, más o menos, los tonos por
encima de 800 Hz y por debajo de 600 Hz.
En este filtro, las R y los C no están colocados como esperarías. Sin embargo, si
analizas cuidadosamente como pasan las señales a su través, trabajan igual como en los
circuitos separados descritos anteriormente. Es decir, atenúa las frecuencias por encima
y por debajo de 700 Hz sin afectar relativamente a estos. La red RC de entrada (2Kohm
y 0,15 µF) atenúa las bajas frecuencias, ya que no pueden atravesar el condensador. Por
ello, la red de entrada es un filtro pasa altos.
Observa que la resistencia de 6K2 y el condensador de 0.02 µF están conectados entre
la entrada y la salida del amplificador lineal. Esta red de realimentación es el filtro pasa
bajo. Esta combinación de componentes tiende a cortocircuitar el amplificador y atenuar
todo por encima de 700 Hz. El pequeño condensador de 0.02 µF afecta poco a las bajas
frecuencias, ya que se carga instantáneamente. Sin embargo, para altas frecuencias este
condensador de 0.02 µF carga lentamente respecto a la velocidad de los ciclos de la
señal. Entre cada semiciclo, la resistencia de 6K2 tiene la resistencia adecuada para
permitir la descarga del condensador de 0.02 µF, de manera que la red queda lista para
el siguiente semiciclo.
185
Esta gráfica muestra la respuesta del filtro de una etapa. Como puedes ver, el filtro es
muy suave. Para que el voltaje de la señal quede atenuado 10 veces (20 dB) la
frecuencia debe estar por debajo de 38 Hz o por encima de 19 KHz. Para ser sinceros,
esto no ayuda mucho. Puede quitar algo del molesto ruido de alta frecuencia por
estática, pero no será nada útil contra el QRM (interferencias de otras estaciones).
Un filtro más preciso puede conseguirse colocando varios filtros en serie. La gráfica de
abajo muestra uno hecho con cuatro filtros en serie. Es una gran mejora y ayuda a
escuchar una sola estación a la vez. También elimina el ruido de estática y hace la
escucha menos cansada.
Diseñando el filtro
Podemos construir filtros que trabajen igual que la gráfica anterior, utilizando
amplificadores lineales de audio a transistores. Aquí tenemos un filtro de 700 Hz de una
etapa:
186
Amplificadores Operacionales- amplificadores “perfectos”
Observa el gran condensador de bloqueo necesario para evitar que varíe la polarización
para clase A del amplificador. Normalmente, no se construyen filtros de audio usando
componentes discretos. En su lugar se utilizan circuitos integrados con amplificadores
operacionales. Siendo compulsivo, pensé en todo el cableado de todas esas resistencias
de polarización y condensadores y decidí, ¡qué diablos! Voy a probar los amplificadores
de audio, ¡voy a utilizar un circuito integrado cuádruple operacional!.
Los operacionales son circuitos integrados que contienen de 12 a 30 transistores y
resistencias en una red que produce un amplificador ideal o “perfecto”. ¿Cuánta
ganancia puedo conseguir con un amplificador “perfecto”?. La respuesta es que la
ganancia puede ser infinita y se utiliza una realimentación para ajustar la ganancia al
valor que desees. Sin embargo, en la realidad, los amplificadores operacionales tienen
una ganancia cercana al infinito y una impedancia de entrada cercana al infinito.
Normalmente, hay en de dos a cuatro operacionales en un integrado. El símbolo para
representar al operacional es un triángulo. Con un terminal de salida y dos de entrada.
Un voltaje positivo en la entrada positiva produce una subida de la tensión de salida.
Por el contrario, un voltaje positivo en la entrada negativa produce un descenso en la
tensión de salida. Mediante la realimentación, el operacional intentará ajustar su voltaje
de salida hasta que se igualen los voltajes de las dos entradas. Si la realimentación es
insuficiente para producir el equilibrio, la salida llegará al valor de la tensión de
alimentación o al de masa, según lo que suceda primero.
Para polarizar un operacional de manera que la onda alcance de cero a 12 voltios, el
amplificador debe tener una línea base a la tensión mitad. En este caso, el nivel de
descanso debe estar en 6 voltios. En el filtro de abajo, la entrada positiva está conectada
a un voltaje de 6 voltios, hecho con un divisor de tensión.
187
Cacharreo con circuitos integrados
Las placas de circuito caseras hechas con gubia, que se vieron en el capítulo 6,
normalmente son muy bastas para utilizar en ellas circuitos integrados. Por ello, cuando
trabajo con circuitos integrados, utilizo placas perforadas. Son placas de fibra de vidrio
de un grosor de 1,5 mm. No tienen una capa de cobre, pero tienen una cuadrícula de
agujeros con una separación de un décimo de pulgada. Los circuitos integrados tienen
una separación entre pines de 1/10 de pulgada y una separación entre filas de múltiplos
pares de un décimo de pulgada. Solamente tenemos que colocar el circuito integrado
sobre la placa perforada y por el otro lado soldar los componentes y el cableado a los
pines.
Yo prefiero utilizar zócalos , ya que en caso de avería en un circuito integrado , puedes
reemplazarlo inmediatamente. Los zócalos tienen los mismos pines y separación entre
pines que el circuito integrado, por lo tanto, se utilizan de igual manera.
Para el cacharreo, es mejor utilizar los circuitos integrados con la separación que hemos
visto. Los modernos integrados para montaje superficial, tienen los pines más juntos.
Están diseñados para ser montados por robots de producción en masa y son más
complicados de soldar. Podemos practicar haciendo pequeñas placas adaptadoras que
acepten integrados de montaje superficial. Estas placas tendrán pistas con la finalidad de
expandir los pines del integrado a un tamaño utilizable manualmente. Usando pinzas y
microscopio, soldaremos los integrados en estas pequeñas placas, y después de
inspeccionar cada pin bajo el microscopio, podremos soldar estas placas adaptadoras
sobre la placa perforada.
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Un filtro pasa banda de cuatro etapas para 700 Hz construido sobre una placa perforada
Utilizando el esquema del filtro de una etapa visto con anterioridad, y simplemente
conectando una salida a la entrada de la siguiente etapa, hasta tener cuatro etapas en
serie. Los cuatro operacionales pueden utilizar el mismo voltaje de referencia de 6
voltios.
¡Etiqueta tus pines!
Seguir la pista a los pines es más fácil cuando los etiquetas. Normalmente corto una tira
de papel blanco adhesivo y la pego entre pines. Escribo el número del pin en la etiqueta
más cercana al pin respectivo. El pin 1 está en el extremo del integrado que tiene la
ranura. Los pines están numerados, vistos desde arriba, en sentido antihorario. Sin
embargo, viéndolos por la cara de soldadura, los números van en sentido horario,
empezando por el extremo de la ranura.
Hay dos tipos de zócalos para circuitos integrados, para soldar y para liar. Los zócalos
para liar tienen pines más largos que permiten liar el cable a su alrededor. Yo prefiero
los de soldar, ya que son más pequeños y ocupan menos.
Conectando el filtro de 700 Hz al circuito.
Diseñé el filtro con operacionales para tener una pequeña cantidad de amplificación.
Desgraciadamente, con el tiempo, coloqué cuatro en serie y con ello tenía más ganancia
que con una sola etapa. Por ello, la salida de mi filtro va a la entrada del segundo
amplificador de audio. Si la conectara al primer amplificador de audio, este recibiría
mucha señal y se volvería inestable. Podría puentear el segundo amplificador , pero
perdería el control automático de ganancia (CAG). Como vemos en el diagrama de
bloques de mi receptor, un conmutador de dos circuitos sustituye el filtro por el primer
amplificador de audio.
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La solución digital al filtrado de audio
Actualmente, los filtros con operacionales están pasados de moda. La opción moderna
para construir filtros de audio es el filtrado digital. Básicamente, consta de un
microprocesador programado para medir el ancho de ondas individualmente. Por
ejemplo, una onda de 700 Hz tiene un ciclo de 1,43 milisegundos. El filtro digital mide
la altura y los anchos de los ciclos de la señal. Si los ciclos son de la longitud deseada,
el filtro reconstituye la onda, y toda onda que sea más corta o más larga es ignorada.
Para conseguir la representación más exacta de la onda original se utilizan algoritmos
matemáticos de integración. En la práctica, un filtro digital pasabanda de un solo Hercio
es fácil de construir, pero es difícil sintonizarlo con el mando de tu VFO. Por ello, el
paso de banda de un filtro digital suele ser ajustable. Cuando el ancho es bastante ancho,
por ejemplo 200 Hz, la sintonización no es complicada. Sin embargo, la precisión de un
filtro digital, puede ser tan selectiva como desees.
Concluyendo
El diagrama de bloques anterior muestra el receptor que construí. Monté el filtro contra
interferencias comerciales de la banda de AM en una caja aparte, para poderlo utilizar
con otros receptores. Con el conmutador conecto el filtro de 700 Hz cuando lo necesito.
Si lo utilizas en fonía de banda lateral, eliminarás mucho ruido, pero la calidad de la voz
será muy pobre. Las estaciones de AM pueden ser sintonizadas, pero se escuchará un
obvio pitido. Este pitido se produce porque las emisiones en AM incluyen una portadora
fija comparable a la señal de telegrafía. Para deshacerse del pitido, debes colocar el
VFO de manera que no haya frecuencia de audio de diferencia entre la portadora y tu
VFO. Cuando consigues esto, el pitido desaparece y escuchas el audio de la banda
lateral.
¿Así? ¿Has conseguido que funcione el receptor? Si estuviéramos en el año 1935, todos
tus amigos de radio tendrían celos de tu capacidad. Desgraciadamente, para los tiempos
modernos es una especie de juego. Es adecuado para la escucha de onda corta y para
CW mediante un operador experimentado. Yo lo he usado con el transmisor del capítulo
6 para hablar con amigos de otros estados. Espero que esto me haga convertirme en un
experimentado operador. Los novatos lo pueden utilizar siempre que la banda no esté
muy llena, ya que tiene mucha sensibilidad pero poca selectividad.
190
Capítulo 8
Fuentes de alimentación
Una vez que progresas con los juegos de cristal, los proyectos electrónicos casi siempre
necesitan una fuente de alimentación. Los proyectos de baja potencia, como un pequeño
receptor, pueden ser alimentados con pilas de linterna, o incluso con una pequeña pila
"de transistor" de 9 voltios. Otras fuentes DC adecuadas de baja potencia son los
adaptadores enchufables. Estos son los cubos negros de unos pocos centímetros
cuadrados que se enchufan a la red y tienen un cable largo y delgado que se conecta a tu
grabadora o pequeño utensilio. Dan salida a 6, 12 u otro voltaje DC a unos pocos vatios.
Los adaptadores enchufables tienen la seguridad de una batería con la ventaja de la
alimentación de red.
Desgraciadamente, si planeas alimentar tu QRP con la energía doméstica necesitarás
más de unos pocos vatios. Cuando decides enchufar un circuito casero a la red, debes
encarar algunas prescripciones significantes de seguridad. Las fuentes de alimentación
alimentadas de la línea eléctrica convierte voltaje AC de 110/220 voltios en voltaje DC
a los niveles requeridos de tensión y corriente. Realmente, un transmisor también se
puede imaginar como un dispositivo de conversión de energía. Convierte corriente
directa en corriente de radio frecuencia. En este capítulo se describen algunas fuentes de
alimentación que podrías usar para tu transmisor QRP. Un transmisor de 5 vatios
necesita al menos 10 vatios de potencia con buena regulación de voltaje.
Fuentes de alimentación alimentadas de la línea eléctrica
La fuente de alimentación ideal se llama "fuente de voltaje". Una fuente de voltaje es
una fuente de alimentación que puede suministrar cantidades infinitas de corriente sin la
menor oscilación en el voltaje. Por ejemplo: como todos los residentes norteños
conocen, arrancar un coche puede ser difícil cuando está por debajo de cero. Una batería
fría no suministra tanta corriente como una batería caliente. De modo que cuando le das
a la llave de encendido en una mañana fría el voltaje de la batería fracasa.
191
En el otro lado, si tienes una batería del tamaño de Dakota del Norte, el voltaje no
debería caer un microvoltio cuando arrancas el motor. Más aún, podrías arrancar todos
los coches de Minnesota simultáneamente sin caída de voltaje. Por supuesto, también
aquí hay otras consideraciones prácticas. Por ejemplo, tu batería necesitaría cables de
batería de resistencia cero, conectores de resistencia cero, etc. Bueno, ya tienes la idea:
la fuente ideal de voltaje no debería perder nada de voltaje, independientemente de
cuanta potencia suministra. Usando el idioma corriente de la radio afición, una buena
fuente de alimentación es una fuente dura.
Fuentes de alimentación de laboratorio
Una fuente de alimentación de laboratorio, digna de confianza, alimentada de la línea
eléctrica, es útil para comprobar circuitos impresos.
Ningún laboratorio debería estar sin una. Una gran ventaja de las fuentes comerciales de
laboratorio es que el voltaje es ajustable desde cero hasta un nivel alto como 20 o 30
voltios. Los indicadores te muestran la corriente y voltaje a cada momento, de modo
que sabes lo que está ocurriendo. El voltaje variable te permite alimentar un circuito
nuevo CUIDADOSAMENTE. Puedes comenzar con unas pocas décimas de voltio y ver
que ocurre. Si el circuito está cortocircuitado, puedes encontrarlo con un voltio aplicado
al circuito impreso, mejor que repentinamente con 12 voltios. De este modo puedes
evitar quemar caros transistores. Muchas fuentes de laboratorio dan salida a dos o
incluso tres voltajes de salida separados a la vez. Otra característica de algunas fuentes
de alimentación de laboratorio es que limitan automáticamente la corriente disponible al
máximo que hayas seleccionado.
Las fuentes de alimentación de taller son bastante genéricas y hay muchas modernas
que te servirán bien. Recuerda, para alimentar tu QRP necesitas aproximadamente 1.0
amperio a 12 voltios DC. Un transistor de transmisor QRP típico moderno funciona en
una fuente de alimentación de 12 voltios. Esto es,
10 vatios = 12 voltios x 800 miliamperios
Las fuentes de alimentación caseras para usar con baterías recargables o línea eléctrica
están descritas abajo. Si no estás familiarizado con el diseño de fuentes de alimentación,
a continuación viene una discusión de los principios básicos.
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Fuentes simples de alimentación de red
El diagrama de arriba ilustra la más simple, segura y genérica fuente de alimentación
alimentada de la línea que puedes construir. Desgraciadamente, esta fuente está
pobremente regulada para alimentar un transmisor. No obstante ilustra las mínimas
características de seguridad y es fácil de explicar.
Seguridad de la fuente de alimentación
La fuente debería estar encerrada en una caja para asegurar que los niños (y tu) no
metan los dedos en los 22 voltios AC. La caja debería estar hecha idealmente de metal,
de modo que en caso de cortocircuito es altamente improbable un incendio.
Otra filosofía de diseño de seguridad es la llamada doble aislamiento. En este esquema
la electrónica está alojada en una caja de plástico y está hecho un esfuerzo doble para
asegurar que los cables internos están adecuadamente protegidos de modo que sean
improbables cables en corto y sueltos. Una caja de plástico doblemente aislada no
necesita necesariamente un cable de tierra en el cordón de línea. Sin embargo, en el
trabajo de aficionado, las cajas metálicas apantallan al circuito de ondas de radio
extraviadas y habitualmente son la mejor elección.
Cordón de línea
El cordón de línea debería ser del tipo moderno de tres conductores con el cable de
masa (verde) conectado firmemente a la caja metálica. En caso de que un cable suelto
en la caja cause que el lado caliente de la línea AC toque la caja metálica, el cable de
masa derivará con seguridad la corriente AC a masa.
El cordón de línea deberá pasar dentro de la caja metálica a través de pasamuros de
goma de modo que el borde metálico no pueda cortar el aislamiento del cable y causar
un cortocircuito. Una vez dentro de la caja deberá estar sujeto por una brida,
correctamente conocida como retenedor de seguridad. El retenedor de seguridad
asegura que si la fuente de alimentación es tironeada por su cordón, los cables vivos no
serán desgarrados ni sueltos y puestos en corto.
Los cables de un cordón de línea normalmente tienen códigos de color. El cable vivo
normalmente tiene el aislamiento negro mientras el neutro o retorno es blanco. El cable
193
neutro se supone que está conectado a la masa doméstica en la caja de disyuntores.
Dependiendo del tipo de enchufe, en una base eléctrica tipo shukko, la conexión de
masa son ambas pletinas perpendiculares a ambos enchufes redondos. En una clavija
americana el pin redondo es la masa, el conector plano más ancho es el vivo y el más
estrecho es el neutro. Desgraciadamente, algunos enchufes de pares están mal cableados
así que es mejor no jugarte la vida en la orientación de los pines planos.
Fusible
El primer destino de uno de los dos cables de energía debería ser un fusible. Como
probablemente sabes, los fusibles son pequeñas piezas de hilo parecido al de soldar
montados en un contenedor de cristal. Cuando la corriente excede el nivel calibrado,
como un amperio, el hilo se funde y el circuito se abre. Los fusibles, por supuesto, solo
se pueden volatilizar una vez y no pueden ser reutilizados. Un fusible se representa en el
diagrama por la etiqueta del diagrama "1 A", significando "un amperio". Las normas
eléctricas permiten que un fusible sea considerablemente más grande de lo necesario,
como 5 amperios, y todavía dar adecuada protección contra cortocircuitos.
Interruptor
El interruptor de potencia puede interrumpir solo un lado de la línea. O, es incluso más
seguro que interrumpa ambos lados de la línea de energía al tiempo. El interruptor
deberá ser de rango de al menos 230 voltios AC y 3 amperios.
El transformador
Después del interruptor, la corriente de línea normalmente va al arrollamiento primario
de un transformador. El transformador tiene dos funciones: primera, aislar tu fuente de
alimentación del suministro doméstico y de tierra. Esto hace que te electrocutes mucho
menos probable. Como se explico anteriormente, la fuente de líneas AC de 220 voltios
AC se refieren a masa. El secundario del transformador transporta potencia AC que no
está relacionada a tierra para nada.
Por ejemplo, no recomiendo realmente intentar esto, pero supón que estás enchufando
un transformador bien diseñado en un enchufe de red. Y supón que este transformador
tiene los cables del secundario de alto voltaje colgando en circuito abierto: debido al
aislamiento, podrías tocar cualquiera de los cables secundarios sin ser electrocutado,
incluso si la otra mano está sujeta a una tubería de agua puesta a masa. Por supuesto si
tocas ambos cables de alto voltaje simultáneamente, te morderán.
194
Un arrollamiento secundario está aislado de tierra – como una batería flotando en
medio del aire
Piensa en el aislamiento como una batería sujeta por un globo. Los circuitos eléctricos
requieren un lazo cerrado en orden a que la corriente fluya. Para la batería oscilante, la
corriente solo fluye de un extremo de la batería al otro. No hay relación a tierra. Si una
persona permaneciendo en tierra alcanza y toca la batería, el lazo del circuito no está
completo, de modo que no fluye corriente.
Como se explicó en el capítulo 2, los transformadores pueden cambiar la relación de
corriente a voltaje en proporción al número de vueltas de hilo alrededor del núcleo. Los
transformadores no son eficaces al 100%.
Están hechos de hilo de cobre que tiene una resistencia significativa y hierro que disipa
una pequeña cantidad de energía en calor cada vez que se genera un campo magnético.
En general, cuanto más grande es el transformador, más grande el diámetro del hilo
usado en los arrollamientos, más alta será la eficacia.
El hierro tiene un límite abrupto y severo en cuanto campo magnético puede soportar.
Una vez que todo el hierro ha sido magnetizado, el hierro no contribuirá a más campo
magnético, independientemente de la corriente que fluya por el primario. Obviamente, a
mayor núcleo de hierro más energía puede pasar el hierro al secundario antes de que se
195
sature. Como norma general, a transformador más grande, más potencia puede pasar a
través de sus arrollamientos.
Rectificación
La mayoría de dispositivos electrónicos requieren voltaje DC para trabajar
adecuadamente. La AC es convertida en DC por medio de diodos rectificadores. Los
rectificadores son versiones de alta potencia, alta corriente y alto voltaje de los diodos
usados en juegos de cristal. Referido a la fuente de alimentación simple mostrada
anteriormente, el transformador está seguido de un diodo rectificador. El diodo solo
pasa flujo de corriente positiva en la dirección de la flecha. Esto significa que la
corriente deja el diodo en la forma de "crestas" o semiondas senoides. Solo la mitad de
la onda senoide pasa a través, así que un diodo rectificador simple es llamado
rectificador de media onda. Por definición estas crestas son "DC" ya que solo tienen una
polaridad. Desgraciadamente, para la mayoría de aplicaciones electrónicas las medias
ondas intermitentes son burdamente inadecuadas. Por ejemplo, si las usas para alimentar
un transmisor de CW, tu señal sonará como un zumbido desagradable y tomará un
ancho de banda de 120 Hercios. Si intentas rodar un microprocesador de ordenador con
estas crestas sin filtrar, el procesador se reiniciará 50 veces por segundo.
Voltios pico, voltios RMS y voltios DC
Has notado que las ondas senoides no permanecen en ningún voltaje, así que, ¿cómo se
miden? Si la onda senoide alcanza picos de mas 12 voltios y menos 12 voltios, la
mayoría del tiempo la salida del rectificador será mucho menos que 12 voltios. También
la media aritmética de cualquier onda senoide es cero. Obviamente la medida no es útil.
Son necesarias normas para nombrar voltaje y corriente de ondas senoides. Como
puedes esperar, el voltaje de pico es la diferencia de voltaje entre cero y el extremo más
positivo de la forma de onda.
El voltaje pico a pico o PP significa la diferencia de voltaje entre el pico más negativo y
el pico más positivo.
Como puedes saber, el voltaje que viene (en América) a nuestros enchufes de red
oficialmente es de 120 voltios AC RMS. Durante mi vida este mismo voltaje también ha
sido llamado nominalmente "110 voltios AC", "115 voltios AC" y "117 voltios AC".
Confuso ¿no? De cualquier forma, los dos cables de potencia que vienen a tu casa desde
el poste de luz del callejón nominalmente tienen 240 voltios a través de ellos. Por
supuesto formalmente fue llamado dos veces 110 voltios AC o 220 voltios AC. Alguna
196
gente todavía lo llama 220 voltios. El voltaje de línea está diseñado de modo que cada
uno de los dos cables desde el poste de luz es de 120 voltios AC con respecto a masa.
Como se explicó en el capítulo 2, dentro de tu caja de disyuntores estos dos cables están
conectados a dos grandes barras de metal. Hay una tercera barra de metal de masa que
desciende entre las dos barras vivas. Los disyuntores individuales encajan a presión
sobre estas barras como los coches en las pistas del ferrocarril. La energía circula por tu
estufa y secadora de ropa eléctricas a través de las pistas para ocupar ambas líneas de
240 voltios. Pequeños circuitos disyuntores se enganchan a un lado de la barra de masa
para darte los 120 voltios para los circuitos normales de baja corriente.
El RMS (promedio de raíz cuadrada) de un voltaje de onda senoide (o corriente senoide)
es el pico de voltaje dividido por la raíz cuadrada de dos. Por ello 120 voltios RMS es
una onda senoide con un pico de voltaje de 1,414 veces el voltaje RMS. En otras
palabras, 120 V RMS x √2 = 120 x 1,414 = 169,7 voltios de pico. Por ello, la línea de
voltaje doméstico puede ser expresada como 120 voltios RMS, 170 voltios de pico o
340 voltios pico a pico.
Medición de la potencia del transmisor con un osciloscopio
Para medir la potencia de salida de tu transmisor en una antena o carga ficticia puedes
ver el voltaje de RF a través de la carga con un osciloscopio. Ya que la potencia RMS es
la que usamos normalmente, necesitamos medir el voltaje RMS de una onda senoide.
Puedes medir el pico de voltaje contando los cuadrados de la rejilla en la pantalla.
Entonces, para conseguir el voltaje RMS, divide por la raíz cuadrada de dos. Por
ejemplo, supón que la onda senoide de RF en la pantalla tiene un pico de voltaje de 100
voltios:
100 voltios de pico / √2 = 100 voltios / 1.414 = 100 voltios x 0,707 = 70,7 voltios RMS
En lugar de calcular la raíz cuadrada de 2 o su inversa cada vez, puedes salvar tiempo
recordando los factores 1,414 y 0,707. Por ejemplo, supón que el voltaje de RF visto en
la pantalla del osciloscopio es de 100 voltios de pico, entonces la potencia de RF
desarrollada para una antena de 50 ohmios o una resistencia de carga ficticia debería
ser:
Potencia = IRMS x VRMS = (VRMS / Resistencia) x VRMS = (VRMS)2 / Resistencia
En este caso, Potencia de salida = (70,7 voltios RMS)2 / 50 ohmios = 100 vatios.
Condensadores filtro – filtrando el rizo
Los golpes de media onda, los cuales son adecuadamente conocidos como “rizado”
deben ser suavizados en un voltaje DC continuo. Esto se consigue por medio de un
filtro pasa bajos. En este caso pasa bajos significa que el filtro solo pasa bien
frecuencias por debajo de 50 Hz. La DC por supuesto es cero hercios, la cual es la
frecuencia más baja que puede haber. La fuente rectificada de media onda ilustrada
197
anteriormente está equipada con un filtro “L” L-C. Los filtros “L” son simplemente
filtros de dos elementos que representan las dos patas de la letra “L”.
Los condensadores conducen AC y evitan el flujo de DC. Y los inductores conducen
DC, pero resisten el flujo de corriente AC. En un filtro DC efectivo los valores de los
componentes deben ser descomunales, como 10 henrios y 5.000 microfaradios. Esto es
porque la frecuencia que queremos filtrar, 50 Hz, es extremadamente baja y se necesitan
componentes grandes para tener un efecto en tal onda senoide lentamente cambiante.
Resistencia de descarga a través del condensador
El propósito de la resistencia de descarga del condensador de filtro es para descargarlo
cuando la fuente no está en uso. Recuerda que los condensadores de alta calidad
guardan su carga por muchas horas, algunas veces días. Los descargadores normalmente
no son importantes con una fuente de bajo voltaje como 12 voltios. Pero si esta fuese
una fuente de 500 voltios, una persona podría sufrir una fea sacudida o quemadura si
tocase el condensador. Esto puede ocurrir incluso aunque la fuente halla tiempo que no
esté encendida o conectada.
Si has construido la fuente de media onda mostrada anteriormente y le pones una carga
de 10 vatios con un transformador excelente y un condensador realmente enorme, si
acaso el voltaje DC será al menos continuo. Sin embargo, todavía será una onda senoide
de 50 Hz rizada o con ondas impresas arriba de ella.
Si la usas para energizar un transmisor, el tono del código Morse debería tener un
sonido discontinuo distintivo según el nivel DC varía a 50 veces por segundo. Cuando
los aficionados te dan un reporte de señal deberían decir que tu tono de señal era un
número menor de 9. Por ejemplo, podrían enviar “UR RST 595”. (RST significa
Legibilidad-Readability), Fuerza-Strength y Tono-Tone. Los aficionados usan una
escala de 1 a 5 para la legibilidad, y 1 a 9 para fuerza y tono). Debido a la áspera nota de
tu tono, tu relación solo puede ser “5”. Por esta razón las fuentes de potencia del
transmisor siempre usan rectificadores duales para producir rectificación de onda
completa.
Rectificación de onda completa
Los rectificadores de onda completa conviertes ambas mitades de la onda senoide en
corriente DC útil. El voltaje DC es ahora una sucesión de “crestas” sin intervalos de
198
“desconexión”. Con el doble de “crestas” por segundo, el voltaje es mucho más fácil de
filtrar. La rectificación de onda completa es un gran paso adelante produciendo una
fuente DC que recuerda el voltaje continuo suavizado disponible desde una batería.
Hay dos modos de lograr la rectificación de onda completa. El circuito de arriba usa dos
diodos. Lo que probablemente no notas al principio es que el secundario del
transformador tiene dos arrollamientos de 12 voltios RMS AC. Teniendo dos
arrollamientos separados y cableándolos en serie, uno de los arrollamientos puede ser
positivo todas las veces. Esto permite a la corriente positiva fluir a través de uno de los
dos diodos todas las veces y disminuye grandemente el rizado. Nota que, si queremos,
podemos invertir la polaridad de los diodos y producir la misma forma de onda con la
polaridad opuesta. Esto es, si queremos una fuente de voltaje NEGATIVO con relación
a masa, invirtiendo los diodos haríamos eso.
Puentes rectificadores
El segundo modo de lograr rectificación de onda completa es usar un puente
rectificador hecho de cuatro diodos individuales. Esta configuración nos permite
conseguir rectificación de onda completa desde un arrollamiento secundario simple. Los
cuatro diodos están soldados en una configuración de diamante como se muestra arriba.
La fuente de voltaje AC se aplica en la parte superior e inferior del diamante. Los dos
diodos de la derecha están alineados de modo que la corriente positiva siempre fluirá al
lado positivo. El lado izquierdo está cableado a masa y los diodos apuntando de tal
modo que la corriente negativa es dirigida siempre hacia masa. Para decirlo de otro
modo, la corriente positiva siempre fluye “ARRIBA” de masa.
199
Rizado
Debido a que el rectificador está suministrando corriente en forma de “crestas”, la
salida de voltaje a través del condensador también variará arriba y abajo. El
condensador es grande, de modo que el voltaje no cae a cero durante los “valles”, pero
puede caer bastante abajo si el drenaje de corriente desde la fuente es grande. Cuanta
más corriente es chupada del condensador mayores son los “valles” de voltaje. Esta
variación del voltaje se llama “rizado”. Esto está ilustrado en el esquema de arriba. Si el
choque es suficientemente grande trabajará con el condensador para suavizar la altura
de los picos de voltaje y elevar el nivel de los valles dramáticamente.
Sin corriente de carga, el voltaje de salida cambia al voltaje de pico
Nota que, si la fuente de alimentación no está conectada a una carga externa, el voltaje
de salida se eleva al voltaje máximo que llega a través de los rectificadores. Para un
transformador de 12 voltios RMS en el arrollamiento de salida, esto es
aproximadamente la raíz cuadrada de dos (1,414) multiplicado por 12 voltios RMS, o
aproximadamente 18 voltios. Con referencia al diagrama, sin carga externa la única
carga del condensador es la fina corriente de un miliamperio que pasa a través de la
resistencia de descarga.
Esto significa que la variación en voltaje entre las crestas será extremadamente pequeña.
En resumen, si no hay carga en la fuente de alimentación, para un voltímetro se ve como
una fuente de alimentación “regulada” de 18 voltios esencialmente no rizada. Si tu
circuito de 12 voltios puede dañarse con 18 voltios, no debes conectar una fuente como
esta a tu circuito.
Cuando la conectas primeramente el voltaje será de 18 voltios durante un momento
antes que el flujo de la corriente de carga sea establecido y el choque y condensador
tiren del pico de voltaje hacia abajo. El RMS (promedio de raíz cuadrada) se refiere al
voltaje MEDIO de las crestas de la onda senoide rectificada. Si la salida desde el gran
condensador estuviese alimentando directamente tu QRP sin el regulador, el
condensador se podría cargar hacia el voltaje de pico de las crestas. Dependiendo de
cuanta corriente esté arrastrando tu QRP, los 18 voltios podrían destruir alguno de los
componentes de tu QRP. Según aumenta la carga en la fuente de alimentación, el voltaje
de salida debería caer hacia la relación de voltaje RMS, 12 voltios. Según la relación de
carga del transformador, digamos 3 amperios, se excede, el voltaje DC probablemente
caerá por debajo de 12 voltios.
200
Saturación del transformador de alimentación
Un segundo propósito del choque es prevenir el pico de corriente desde el
transformador cuando se excede la relación de corriente del transformador. Si el choque
no estuviese localizado entre el rectificador y el condensador, la corriente desde las
“crestas” solo podría fluir dentro del condensador cuando el voltaje desde los
rectificadores es más alto que el voltaje que ya está almacenado en el condensador. Es
como una piscina de marea junto al océano. La piscina solo se puede llenar con agua
cuando la marea se eleva más alta que el nivel de la piscina. El resultado de estos pulsos
de corriente de carga es que el transformador de alimentación debe proporcionar mucha
más corriente de pico que para la que está relacionado. Si un transformador está tasado
para, digamos 10 amperios RMS, y estas oleadas de corriente son arrastradas en
explosiones de solo unos microsegundos, entonces el pico de corriente puede ser de 100
amperios. Ya que el transformador no tiene suficiente hierro para eso, el hierro se satura
y la inductancia del transformador se colapsa. Repentinamente, el transformador actuará
como un hilo de cobre de unas cuantas vueltas cortocircuitando la fuente AC. Esto
causa que los bobinados y el transformador se calienten rápidamente y actúen
pobremente.
Sustitución de grandes choques con resistencias pequeñas y baratas
En el mundo real, la mayoría de las fuentes de alimentación de bajo voltaje como ésta
resuelven el problema con una resistencia barata en lugar de un inductor de núcleo de
hierro grande y costoso. ¡Las resistencias gastan energía, pero que demonios! Puedes
usar la resistencia con un condensador de filtro extra grande que cuesta menos y pesa
menos que un choque con valor de filtro equivalente. O, como veremos pronto, un
regulador de voltaje lineal puede poner una carga en el condensador todo el tiempo de
modo que el flujo de corriente no son solo pequeños estallidos.
Reguladores
Para proporcionar pura DC a un voltaje constante sobre un amplio rango de carga de
corriente, necesitas una fuente de alimentación regulada. La primera tarea del regulador
es “recortar” el pico de voltaje indeseado y proporcionar un voltaje DC igual al (o
similar al) voltaje RMS del transformador. Los reguladores resuelven el problema del
sobrevoltaje de 18 voltios descrito arriba. Su segundo propósito es mantener el voltaje
constante incluso cuando la resistencia de carga esté cambiando continuamente.
Normalmente se añade un circuito regulador a una fuente de alimentación como la de
arriba. Hay dos diseños básicos para los reguladores, reguladores lineales y
reguladores conmutados.
Los reguladores lineales son una especie de resistencia variable automática puesta en
serie con la salida de una fuente simple como la que estamos tratando. El regulador usa
realimentación desde el voltaje de carga para cambiar el tamaño de su “resistencia
automática” y mantiene el voltaje de carga constante. Por ejemplo, en la fuente de
alimentación de arriba el rectificador del voltaje de entrada podría variar desde digamos
15 a 18 voltios, pero el regulador debería cambiar su resistencia para mantener la salida
constante a 12 voltios DC. Un regulador lineal no asegura que el voltaje de carga sea
siempre el mismo, también “recorta” el rizado.
201
Los reguladores conmutados son circuitos más complejos que normalmente abarcan
inductores (o transformadores) y transistores de conmutación. Arrancan con DC no
regulada y la vuelven a energía AC. Esta energía AC pasa entonces por un
transformador para generar todo el voltaje necesario por encima o debajo del voltaje DC
original. En un método equivalente, la DC no regulada es pulsada a través de un
inductor para generar voltajes más altos o más bajos. Para tareas de radio afición, las
conmutadas normalmente hacen ruido de radio que escucharás en tu receptor. Si, los
equipos comerciales de radio suelen tener conmutadas en sus diseños, pero en mi
experiencia, conseguir librarse del ruido es extremadamente difícil.
En contraste a los reguladores conmutados, algunas conmutadas solo elevan el voltaje,
pero no regulan el voltaje de salida. Estas se suelen llamar bombas de carga. El ruido
de estas bombas de carga no reguladas puede ser insignificante porque solo conmutan a
una frecuencia y no “oscilan” adelante y atrás intentando mantener constante el voltaje
de salida. En resumen, las conmutadas reguladas son ruidosas y me da poca ilusión
intentar probarlas dentro de equipo de radio.
Reguladores por diodo Zener
El más simple regulador es un regulador lineal hecho de un diodo Zener. Es “lineal”
porque no hay señales AC envueltas durante la regulación y trabaja enteramente con
DC. Disipa el voltaje no deseado como calor. Un diodo Zener es un diodo de silicio
modificado sutilmente diferente de los rectificadores usados en las fuentes de
alimentación de arriba. Los iones extra causan que el diodo modifique a un voltaje
inverso específico más bajo cuando se aplica un voltaje inverso alto. Los diodos Zener
son rectificadores inferiores, pero cuando se usan como reguladores son bastante útiles.
Por qué los rectificadores ordinarios no se comportan como los Zeners
Los diodos rectifican porque el voltaje inverso es insuficiente para forzar los electrones
a través del lado P de la unión P – N que no tiene electrones libres. Sin embargo,
cuando tienen suficiente voltaje o es aplicada “fuerza eléctrica”, se rompe la barrera P-N
en una rotura en avalancha. Cuando ocurre esta rotura para alto voltaje y alta corriente,
el diodo (o transistor bipolar) se estropea instantáneamente por el calor. Puedes recordar
el diodo de cristal casero discutido en el capítulo 4.
Cuando este tosco diodo fue invertido rompió abruptamente a casi un voltio. A
cualquier voltaje por encima de 1 voltio actúa como un cortocircuito y “regula” el
voltaje de carga a un voltio. A niveles de voltaje bajos, tal rotura no destruye
202
necesariamente el diodo si no se sobrecalienta. Este voltaje Zener puede ser usado como
referencia de voltaje.
Dopando diodos de silicio se hacen Zeners
Cuando los modernos diodos de silicio grandes y robustos de 400 voltios son dopados
con iones extra mezclados dentro del semiconductor, la avalancha puede ocurrir a
voltajes más bajos cualquiera por debajo de 400 a tan poco como 3 voltios. Ahora
debido a que el voltaje es bajo y presumiblemente la resistencia de carga radicalmente
limita la corriente, el calentamiento del silicio es bajo y el diodo sobrevive a la rotura.
En la práctica, los diodos Zener están disponibles desde 3 a 50 voltios. Los Zener de
100 voltios tendrían que ser capaces de disipar una gran carga de calor o serían
fácilmente destruidos. En el circuito de arriba el diodo Zener descarga a 5 voltios. Si
uno de estos diodos es colocado a través de una carga, el diodo Zener fijará el voltaje a
5 voltios de modo que el voltaje a través de la carga nunca se eleve por encima de 5
voltios. Por supuesto el voltaje de entrada debe ser siempre más alto de 5 voltios y el
voltaje no deseado será disipado a través de la resistencia en serie con la fuente de
alimentación.
Zeners reales contra ideales
Si un diodo Zener se comportase “perfectamente” el voltaje a través de él sería el
voltaje Zener, sin importar cuantos amperios fluyesen a través del diodo. Esto está
ilustrado por la curva verde en el grafico inferior. Desgraciadamente, el voltaje Zener
crece con corrientes grandes como se muestra abajo en la curva roja. Nota que cuando el
diodo Zener está cableado al revés actúa como un diodo normal de silicio conectado
correctamente. La conducción comienza a aproximadamente 0,6 voltios. Los Zeners
reales se ven como diodos de silicio normales correctamente polarizados. Lo que se
llama conducción “directa” para un diodo es llamada conducción “inversa” para un
Zener.
203
Los diodos Zener no son prácticos para regulación pesada de corriente. No solo disipan
energía en la resistencia R en serie, también queman energía en el diodo. Más aún,
según se eleva la corriente del diodo, el voltaje Zener puede ser significativamente
diferente de su valor nominal. En la práctica la regulación Zener es usada en cargas
ligeras sobre un estrecho rango de voltaje de entrada. Como verás posteriormente, los
Zeners pueden ser usados como REFERENCIA DE VOLTAJE para activar un
regulador de transistor. De este modo, la regulación puede ser mejor y la energía no se
derrocha. Esto será ilustrado en una aplicación posterior en este capítulo.
Una fuente de alimentación casera alimentada de la red para un QRP
Ahora vamos a lo práctico: la fuente de 12 voltios de abajo trabaja bien para mí y puede
ser montada enteramente de componentes de tu tienda local de electrónica.
Esta fuente regulada de 18 vatios alimentada de la red deberá ser construida en un
chasis metálico. El pin redondo de masa del cordón de línea deberá estar conectado al
chasis. De este modo, si el cable “vivo” negro se rompiese y tocase el chasis, el metal
no llegaría a ser peligroso de tocar. La fuente está protegida por un fusible de 2 a 5
amperios en serie con la línea de entrada. El interruptor deberá ser para un rango de 250
voltios DC y al menos 1 amperio. El cordón de línea deberá pasar a través de un
pasamuros en el camino hacia dentro del chasis. Una vez dentro, el cordón de línea
deberá estar sujeto al chasis de modo que si la fuente de alimentación se cuelga del
cordón, la fuerza estará en la abrazadera y no en la unión soldada donde el cordón está
sujeto al fusible e interruptor. El transformador tiene un rango para 12,6 voltios RMS a
3 amperios. Yo uso un elemento Radio Shack #273-1511. El rectificador es un puente
rectificador genérico de silicio para al menos 400 voltios 1 amperio. Alternativamente
podrías usar 4 rectificadores individuales colocados como se muestra arriba. El
condensador de filtro que sigue al rectificador necesita ser grande y mejor que para 25
voltios de trabajo. Los otros tres condensadores sirven para estabilizar la salida y evitar
oscilaciones y rizado.
Esta fuente de alimentación regulada de 18 vatios alimentada de la red deberá ser
construida en un chasis metálico. La patilla redonda de masa del cordón de línea deberá
ser conectada al chasis. De este modo, si el cable "vivo" negro se rompiese y tocase el
chasis, el metal no llegaría a ser peligroso al tocar. La fuente está protegida por un
fusible de 2 a 5 amperios en serie con la entrada de línea. El interruptor deberá ser para
204
un rango de 250 voltios DC y al menos de 1 amperio. El cordón de línea deberá pasar a
través de un pasamuros en el camino hacia dentro del chasis. Una vez dentro, el cordón
deberá ser sujetado al chasis de modo que, si la fuente de alimentación es suspendida
por el cordón, la fuerza será en la abrazadera y no en la soldadura de unión donde el
cordón de línea se sujeta al fusible e interruptor.
El regulador de voltaje programable LM317K
El chip regulador LM317K está empaquetado en una carcasa metálica TO-3 y puede
entregar 1,5 amperios. Para disipar el calor, la carcasa TO-3 deberá ser atornillada al
chasis metálico y aislada por medio de una arandela de mica y grasa de silicona.
También están disponibles montajes para este propósito en caja en Radio Shack. Este
chip regulador trabaja regulando el voltaje entre el Vsalida y el terminal de "ajuste" del
regulador. El regulador regula esta diferencia de voltaje a 1,2 voltios. Este bajo voltaje
permite al diseñador regular voltajes igual a o mayor de 1,2 voltios. En esta aplicación
de 12 voltios, el regulador pasa la corriente a través de una resistencia de 240 ohmios y
regula el voltaje que cruza la resistencia de 240 ohmios a 1,2 voltios. Esto nos da una
"fuente de corriente" que conduce una corriente regulada a través de la resistencia de
2,2 K a masa. Esto aumenta la salida total de voltaje regulado desde 1,2 hasta 12
voltios. Esto es, 240 ohmios es aproximadamente el 10% de la suma de 240 ohmios más
2200 ohmios. Ya que puedes "programar" el voltaje regulado total, este mismo
regulador puede ser usado para regular voltajes desde 1.2 voltios hasta 20 voltios.
Otra razón por la que necesitas buena regulación de voltaje es que las etapas de sintonía
en tu QRP no toman con agrado el cambio del suministro de voltaje. Si sintonizas la
antena usando 12 voltios, y después el voltaje va arriba o abajo, la sintonía de algunas
etapas puede cambiar ligeramente y tu señal puede chocar en medio de un QSO
(conversación).
El LM317K corta cualquier voltaje por encima de 12 voltios de modo que tu QRP
nunca verá un voltaje mayor. Nota que el LM317K es un regulador lineal. Esto
significa que devuelve cualquier voltaje de entrada que está por encima del voltaje de
regulación en calor. Esto se ve despilfarrador, pero la regulación lineal no hace ruido en
la radio y produce un voltaje de salida plano prácticamente sin rizado.
Nota que el choque no es necesario aquí porque el regulador está arrastrando corriente
desde el condensador casi todo el tiempo. Esto significa que la corriente está fluyendo
desde el transformador casi todo el tiempo y no estará saturado por pulsos de alta
corriente.
Esta fuente de alimentación viola mi objetivo de nunca usar circuitos integrados. Si hay
puristas que comparten mi aversión a los circuitos integrados, el regulador de "baja
caída" mostrado abajo puede ser sustituido por el regulador LM317K. Una fuente de
alimentación mayor que esta podría ser más versátil y podría alimentar un transmisor
mayor. Obviamente, a mayor nivel de alimentación, más engorrosa llega a ser la
regulación. Yo eché a un lado este proyecto haciendo funcionar totalmente mi estación
de aficionado con una batería de 12 voltios con cargador solar la cual está descrita
posteriormente en este capítulo.
205
Un regulador de voltaje de baja caída para usar con una batería
Como pronto leerás, una batería de ácido de carro de golf hace una estupenda fuente de
alimentación de 12 voltios de alta corriente. Desgraciadamente, mover tu transmisor con
baterías significa que, cuando la batería está lista para ser recargada, su voltaje habrá
caído a 11 o incluso 10,5 voltios. Esto significa que (idealmente) tu QRP debería estar
sintonizado para trabajar en 10,5 u 11 voltios y luego regulado para ese nivel.
Recuerda que un regulador lineal solo puede entregar MENOS que su voltaje de
entrada. De modo que si estás trabajando con una batería de 12 voltios, necesitas un
regulador que derroche tan poco voltaje como sea posible. Este voltaje derrochado es
llamado caída. El regulador mostrado abajo recibe 12 voltios nominales desde una
batería. El elemento de regulación activo es un gran transistor MOSFET canal-P. Este
transistor puede ser arbitrariamente grande. El mayor es que menos voltaje derrochará y
de menor caída.
El transistor MOSFET de canal-P se activa (conduce corriente) cuando su voltaje de
puerta es tirado abajo a masa. Así cuando el voltaje de la batería cae, el voltaje de la
puerta debe ser tirado abajo (hacia cero voltios) para volver el MOSFET más activo.
Cuando se eleva el voltaje de entrada de la batería, el voltaje de la puerta debería ser
elevado para volver al transistor mas inactivo y restaurar el ajuste de voltaje de salida.
El control de voltaje de la puerta está hecho con un transistor bipolar NPN. El transistor
compara el voltaje de referencia a través de un Zener de 5 voltios con una fracción del
voltaje de salida que cruza la resistencia sensora en la parte derecha más baja. El cursor
en la resistencia sensora contacta la resistencia a un nivel que produce aproximadamente
0,6 voltios menos de los 5 voltios. Según se eleva el voltaje de salida, el voltaje en la
resistencia sensora crece. Esto de vuelta aumenta el voltaje emisor del transistor. La
diferencia en voltaje entre la base y el emisor cae, causando la conducción para el
transistor NPN a caer. Según se hace menos conductor el transistor, el voltaje de puerta
en el MOSFET aumenta hacia el voltaje de la batería y desconecta el MOSFET y
desciende el voltaje de salida regulado.
206
El trazo púrpura de arriba muestra el comportamiento de esta fuente de alimentación
simple cuando ha sido ajustada para 9 voltios con una carga de 300 miliamperios. La
línea roja muestra el voltaje que la carga debería recibir si no hubiese regulación. Esto
es, Ventrada = Vsalida. La línea verde ilustra el comportamiento de un regulador lineal
perfecto o ideal. Si el transistor tiene infinita ganancia y el diodo Zener siempre produce
con precisión la misma referencia de voltaje de salida, entonces la curva verde es la que
querrías. Tan pronto como el regulador está dando 9 voltios de entrada, debería entregar
exactamente nueve voltios, no importa que carga fuese. Como puedes ver, el regulador
simple no es radicalmente diferente del ideal, pero es mucho menos que perfecto.
Un regulador de baja caída, de precisión, compensado en temperatura
La regulación casi perfecta se puede lograr sustituyendo el transistor NPN con un
amplificador operacional. Los amplificadores operacionales son circuitos integrados
compuestos de muchos o incluso docenas de transistores. Los amplificadores
operacionales actúan como si fuesen transistores casi perfectos. Igualmente la referencia
de voltaje LM336 es un circuito integrado hecho de paquetes de transistores que actúa
como si fuese un diodo Zener casi perfecto. Según varía el voltaje que cruza el
regulador, el voltaje a través del Zener permanece constante dentro de un par de
milivoltios.
207
El amplificador operacional es el triángulo del centro. Este amplificador operacional
tiene 14 patillas y los números mostrados son los números de las patillas. Este chip en
particular contiene 4 amplificadores operacionales. Solo es usado uno en este circuito.
Las patillas 6 y 5 son las entradas. La función de las patillas de entrada es que el
amplificador operacional cambia el voltaje de salida (patilla 7) para "intentar" mantener
las dos patillas de entrada al mismo voltaje. Esto es, tanto como el voltaje en la patilla 6
es idéntico al voltaje en la patilla 5, la salida permanece constante. Cuando la patilla
positiva 5 tiene un voltaje mayor que la patilla negativa 6, la patilla de salida disparará
a positivo tan alto como pueda ir. Cuando la patilla negativa 6 es más alta que la patilla
5, la patilla de salida aumentará a negativo tan bajo como pueda ir. A diferencia de los
transistores simples, el amplificador operacional tiene casi infinita ganancia de
corriente. Son comunes ganancias como 100.000 o un millón. También, las entradas no
arrastran corriente. Casi tienen infinita alta resistencia de entrada. Esto significa que los
amplificadores operaciones son ideales para "monitorizar" algunas condiciones, como
el voltaje de salida de la fuente de alimentación y entonces cambiar el voltaje de la
patilla de salida del amplificador operacional en orden a reponer la fuente en equilibrio.
Mirando al diagrama, la patilla 6, la entrada negativa, siempre resta 5,00 voltios, tanto
como que el voltaje de entrad de la batería sea al menos 5 voltios. El voltaje de salida en
la parte inferior derecha está ajustado para producir el deseado voltaje de salida. El gran
transistor MOSFET permanecerá activo en el grado exacto para entregar el voltaje que
ajustes. Este punto de ajuste es el lugar donde los 5 voltios aparecen en el
potenciómetro. Tan pronto como el amplificador operacional "ve" que las patillas 5 y 6
tienen el mismo voltaje, el voltaje de salida en la patilla 7 se mantiene y detiene el
cambio.
Un diodo de precisión Zener
El diodo Zener de precisión LM336 no solo es extremadamente preciso, mantendrá su
precisión sobre un amplio rango de temperatura. Hablando de cambio de temperatura,
no olvides atornillar tu MOSFET a un gran radiador. A voltajes altos de entrada y
grandes corrientes de carga, puedes esperar que el MOSFET hierva de calor sin un
radiador. Manteniéndolo frío mejora su regulación. La brida metálica del transistor
208
deberá estar aislada del radiador y chasis metálico con un aislador de mica y grasa de
silicona.
Como veremos en el capítulo 10, la construcción de un oscilador de frecuencia variable
que alcance los estándares modernos de deriva de frecuencia requiere el uso de una
fuente de alimentación super-regulada. Esto requiere reguladores hechos con circuitos
integrados. En fin. Por supuesto podrías demostrar que estoy equivocado construyendo
una con elementos discretos.
BATERÍAS COMO FUENTE DE ALIMENTACIÓN
La belleza de las baterías
Como mencioné anteriormente, hago funcionar mi estación completa con energía solar
almacenada en una batería de 12 voltios. Estarás pensando probablemente, ¡Ya! Y mi
abuela va en moto. Se que esto suena estúpido, pero mi estación con alimentación solar
alcanzó a ser totalmente lógica y tuvo muchas ventajas para una estación de
construcción casera. Hay montones de aficionados que hacen esto y no se maravillan.
Una batería de ácido es una maravillosa fuente de alimentación. Saca descomunal
corriente cuando la necesitas y la regulación de voltaje es excelente. Las mejores
ventajas son que las baterías no hacen el ruido de RF de las fuentes de alimentación
conmutadas y no hay derroche de calor de un regulador lineal.
Mi vuelta a la radio afición comenzó hace 5 años cuando arrastré mi transmisor móvil
de construcción casera de 1967 desde el ático y le soplé el polvo. Ya que mi viejo
transmisor móvil corre con 12 voltios, no podía incluso intentar recibir sin una fuerte
fuente de alimentación de 12 voltios. Consideré construir o comprar una fuente pero
después de 10 segundos decidí que era ridículo. Sucedía que tenía algunas baterías de
carros de golf de 6 voltios en el garaje. Arrastré dos de ellas al sótano y las puse en un
cargador de goteo de 12 voltios de automóvil. Después de un día las baterías se
recuperaron y pude encender el transmisor. La fonía AM estaba extinguida, pero no me
detuvo para conseguir CW, lo cual hice con buen éxito. Bueno, eso no fue cierto del
todo. Mis aventuras incluyeron un VFO de deriva y una bomba de carga de 200 vatios
conmutadora, pero esos problemas no tenían nada que hacer con la fuente de
alimentación.
Mi viejo transmisor de válvulas era un berraco poderoso. El receptor arrastraba 3,5
amperios a 12 voltios. ¡Esos 42 vatios solo para escuchar! El transmisor era mucho
peor, por supuesto, pero no era dramáticamente peor que un transmisor transistorizado.
Después de todo, un transmisor no puede radiar gran potencia si no consume gran
potencia. Más aún, un transmisor a transistores, moderno, lineal clase A puede ser
incluso más ineficaz que un viejo transmisor de válvulas clase C. De cualquier modo.
Mi transmisor arrastra de 6 a 18 amperios. Comparado con un carro de golf o el motor
de arranque de un automóvil, un transmisor de aficionado es un dispositivo de baja
potencia. 20 amperios deberías ser suficiente corriente. Una batería de descarga
profunda es mejor, pero no hay razón para que no puedas usar una vieja batería de
coche. Descartamos de forma rutinaria todas las baterías de coche cuando ya no pueden
209
suministrar 400 amperios en una mañana de Enero. Pero incluso una vieja batería
normalmente suministrará 20 amperios durante 5 minutos sin apreciable caída de
voltaje. Todo lo que necesitas hacer es mantenerle un pequeño cargador de un amperio
continuamente. Para cualquier presupuesto una batería usada gratis es una fuente
regulada de alta corriente tan barata que no vale un comino.
Requerimientos de una fuente de 12 voltios, 20 amperios alimentada de red
No planeo construir una fuente de alimentación equivalente alimentada de red. Pero si
lo hiciese, creo que el mejor modo para eliminar el rizado de AC en una fuente de alta
corriente es una combinación óptima de un regulador lineal grande y un banco de
condensadores. Piensa en ello, la batería se comporta justo como un regulador lineal
gigante con enormes condensadores.
No he tenido nada de fortuna haciendo funcionar equipamiento de aficionado con
fuentes de alimentación conmutadas. Si la conmutada no está funcionando justo como
una bomba de carga asíncrona sino que realmente regula el voltaje de salida, entonces la
conmutada hará ruido de RF que escucharás en tu receptor. Alimentando transmisores
encontré la fuente conmutada y las etapas amplificadoras de RF "induciéndose una a
otra". Esto es, cuando la carga aumentó, la fuente aumentó el ancho de modulación del
pulso a compensar, pero no si un ligero retraso. Este sutil rizado era duro de ver en un
osciloscopio, pero no importaba cuanto lo filtraba, el rizado aparecía como una nota
ligeramente ruda en una señal de CW. En términos prácticos, me mantenía recibiendo
reportes de 598 RST. Fue una fuente conmutada elaborada de 12 voltios en la revista
QEX de hace unos pocos años lo que solventó el "problema de inducción". Estaba
encantado de ver que yo no era el único que había notado la "inducción". El problema
es real, pero después de haber visto la solución de Rube Golberg, mi deseo de construir
una se desvaneció.
Yendo a la energía solar
Ya que mi cargador de goteo era débil, estaba recargando sin parar. Incluso entonces,
tenía problemas para mantener la batería cargada con un par de horas diarias de
operación. No obstante yo ya poseía un panel solar de 12 voltios, 12 vatios que había
instalado en el techo.
210
Un circuito cargador solar simple
Las células solares son un tipo de diodos de silicio. Están dispuestos en serie de modo
que la caída progresiva de voltaje de cada diodo se suma para un voltaje algo mayor que
el voltaje de la batería. Por ejemplo, para 0,6 voltios por célula solar, necesitamos al
menos 20 células en serie para elevar el voltaje del panel más alto que los 12 voltios de
la batería. Normalmente, un panel en circuito abierto da una salida de 20 voltios con luz
solar brillante. Esta capacidad extra asegura que continuará cargando una batería de 12
voltios todo el día e implica que hay treinta células de 0,6 voltios en serie. Es
interesante jugar con células solares. Me sorprendí de descubrir que si pones tu mano
simplemente sobre una de las células en serie, se desconecta la cadena entera, algo así
como las luces cableadas en serie del árbol de Navidad. Esto significa que simplemente
una hoja húmeda pegada en tu panel puede desconectar la formación entera.
La corriente de salida del panel es proporcional al seno del ángulo que la luz solar hace
con el panel. Si tu objetivo es producir los máximos kilovatios-hora de promedio a lo
largo del año, entonces el ángulo debe ser igual a la latitud. Yo monté mi panel a 45º, lo
cual a 40º de latitud me da el mejor resultado durante el invierno. La optimización para
el invierno es inteligente porque los días son más cortos y el panel a menudo está
cubierto con nieve. Realmente 50º puede ser mejor aquí en Boulder. La nieve se desliza
por una pendiente inclinada y ángulos más altos son más resistentes al daño por granizo.
En el lado contrario, montándolos en un marco inclinado puede hacerlos sujetos a daño
por viento. No hay método para el viento. Mucha gente simplemente monta los paneles
planos en cualquier techo que se les ocurre. Si quieres sacrificar algo del porcentaje de
salida por conveniencia de montaje o belleza, esa es tu decisión.
El "descargador lunar"
Es una mala condición conectar un panel solar directamente a una batería. Las células
solares son diodos polarizados directamente con respecto a la batería. Por ello, siempre
que la luz solar cae, el voltaje del panel puede caer por debajo del voltaje de la batería y
la corriente de la batería se invertirá y fluirá a través del panel solar. En otras palabras,
en la noche, el cargador solar llega a ser un "descargador lunar". (Nada inteligente). Si
hay suficientes células solares extras, entonces la caída de voltaje en el tiempo nocturno
puede todavía exceder el voltaje de la batería. De cualquier modo, el problema de
descarga se evita típicamente con un diodo de silicio en serie con el panel para asegurar
que a la corriente nunca se le permita fluir desde la batería de regreso al panel. Ya que
este diodo válvula de bloqueo tiene una caída de voltaje directo que derrocha energía,
puedes usar como bueno un gran diodo Shottky que solo te penalizará con 0,2 voltios en
lugar de la pérdida de 0,6 voltios.
Otra precaución sensata es un fusible en serie con la cadena de baterías. Esto limitará la
corriente a un límite práctico tal como 30 amperios. Sin un fusible, un cortocircuito
podría arrastrar literalmente cientos de amperios y causar que se fundan los cables o
incluso fuegos. Otra pequeña norma es la protección de descargas. Mi panel está en el
techo donde, en teoría, le podría atraer un tornillo. No estoy realmente preocupado, pero
tengo un conector en el terminal del panel de modo que puedo desconectarlo desde mi
cuarto cuando me voy de viaje o cuando una tormenta es particularmente espantosa.
211
Panel solar en el techo
La conservación también ayuda
Mi panel solar carga tanto o más como el cargador de goteo alimentado de la red,
aproximadamente 1 amperio. Consecuentemente todavía tenía que usar la línea eléctrica
ocasionalmente para carga cuando permanecía en el aire por tiempo largo. La ruptura
llegó cuando construí un nuevo receptor transistorizado. El nuevo receptor arrastra 120
mA. Esto seguro que triunfa sobre los 3,500 mA. Desde entonces no tengo necesidad de
mi cargador de red.
Distribución de alimentación de 12 voltios
Una batería puede entregar cientos de amperios, de modo que es juicioso aislar la
batería de tu equipo y panel solar con un fusible adecuado. 30 amperios debería ser lo
correcto. Yo tengo un interruptor maestro para aislar la batería del transmisor cuando no
lo estoy usando. Una pequeña luz piloto LED me dice cuando está conectada y un
voltímetro me advierte si la batería no está lista para usar. También tengo amperímetros
de carga y descarga de modo que sé el estado de mi fuente en todo momento. Encontré
el amperímetro de descarga útil para comprobar mis transmisiones. Puedes incluso
sintonizar la antena mientras miras la corriente de la batería. Como diversión también
tengo una pequeña lámpara de 12 voltios para iluminación de emergencia.
El mantenimiento limpio de los contactos de la batería es crítico para mantener el
suministro de voltaje constante bajo carga. Cada pocos meses, limpio los contactos y
mantengo el nivel de agua destilada. Puedo decir que los contactos de la batería
necesitan limpieza cuando la luz piloto de mi transmisor comienza a parpadear
significativamente mientras estoy transmitiendo. Una batería de células de gel no
debería tener estos problemas de corrosión y pérdida de fluido.
En resumen, no tengo ninguna queja de operación como una estación campestre con
alimentación totalmente solar. Ya que la estación funciona totalmente a 12 voltios, en
teoría siempre estoy listo para un día de campo y no hay nada que me pare para hacerlo
en móvil. Uno de mis sueños de retorno a la naturaleza es que, durante un apagón,
puedo operar correctamente y hurgar en la nariz del maligno monopolio corporativo
energético.
212
Dos veces durante apagones he galopado escaleras abajo en la oscuridad para hacer mi
primer 100% realmente independiente contacto de radio. Pero antes incluso de que
sintonizase el transmisor, la *#@%!$ luz regresó ¡malditos esos eficientes colegas del
Servicio Público!
EL LED SERÁ LUZ
Iluminación de emergencia de la estación
Como explique arriba, funciona toda mi estación con energía solar almacenada en una
batería de 12 voltios. Una ventaja de la alimentación con batería es que opero libre de la
red de energía. Esto me ahorra muy poco dinero, pero es bastante romántico. Por
supuesto de noche, incluso con baterías necesito mantener un registro y accionar los
interruptores correctos. El uso de velas o una linterna sujeta a mi dentadura no se ve
muy sofisticado.
Mi primera idea era colgar una bombilla de automóvil de 12 voltios sobre el cuarto. Mi
camarada Bob, N0RN, usa esa luz en su tienda en el Día de Campo. Esta solución es
completamente práctica, pero vista como una vieja y aburrida técnica. También
consume aproximadamente 10 vatios de potencia. Si me estoy tomando la molestia de
construir una lámpara de 12 voltios personalizada, me figuré que al menos debería ser
una lámpara interesante. Los modernos métodos de iluminación producen más luz por
vatio que las bombillas de tungsteno. También es importante la conservación de la
energía si tu estación está alimentada por una batería cargada con un pequeño panel
solar.
Una lámpara de estación de construcción casera de LED y fluorescente
LEDs blancos – una maravilla moderna
Me sucedió que supe de algunos LEDs blancos de rebajas en Radio Shack. (código
#276/320). Pensé cínicamente, "apostaría a que realmente son penumbrosos y no
213
realmente blancos". Compré uno y lo enganché a una fuente de alimentación variable.
Lentamente subí el voltaje hasta obtener el rango de corriente de 20 mA DC. ¡eh, no
está mal! El rayo de luz blanca tenía una apariencia ligeramente azulada, pero de otro
modo, lanzaba un punto de luz a más de medio metro. Tiene un rango para 1100 mcd.
Este es un brillo impresionante si consideras que su ángulo de rayo es de 100º. Un LED
hace una perfecta luz de llavero y muchas linternas diminutas de LED están en el
mercado.
Yo he dicho que estos LEDs blancos están hechos de sofisticadas capas consistentes de
LEDs amarillos y azules y un fósforo que fosforece a blanco. Según van los LEDs, hay
una bastante mayor caída de voltaje, 3,6 voltios. Me figuré que si ponía tres en serie
más una simple resistencia de caída, podría hacerlos funcionar a 12 voltios. La corriente
está limitada simplemente con una resistencia de 91 ohmios. La triple luz resultante
consume solo 0,25 vatios y es adecuada para mantener un libro de registro y operar la
estación. Es maravilloso cuando piensas en ello. Rutinariamente malgastamos cientos
de vatios para iluminar habitaciones enteras cuando todo lo que necesitamos es ¼ de
vatio para leer nuestro periódico o libro.
Iluminación fluorescente
Desgraciadamente "adecuado" no es lo mismo que "iluminación confortable". Por eso
mi siguiente proyecto fue construir una fluorescente compacta alimentada a 12 voltios.
Malgasté un par de horas intentando construir un oscilador de alimentación capaz de
producir los 800 voltios AC requeridos necesarios para encender el tubo fluorescente
miniatura. Tenía varios problemas con transformadores y transistores de conmutación y
las soluciones no se presentaban por si mismas. También freí mi multímetro porque
olvidé cambiar el rango cuando lo puse en alto voltaje. ¡No hay nada como la
maquinaria de prueba muerta para hacer que pienses diferente! Recordé que todavía
tenía una lámpara fluorescente de 6 voltios que había usado para iluminar mi tienda de
cachorro cuando acampaba. Un día enrollé la tienda mientras la linterna todavía estaba
colgando del techo de la tienda. ¡hop! La carcasa de plástico se astilló y los restos del
montaje de la linterna estaban ahora en mi caja de trastos viejos. Encontré las partes de
la linterna y resoldé los cables rotos. Lo conecté a una fuente de alimentación de 6
voltios y todavía trabajaba estupendamente. A continuación construí una
214
pantalla/reflector brillante de lámina de aluminio y produjo gran cantidad de luz.
Desgraciadamente necesitaba una luz de 12 voltios, no de 6 voltios. No tenía una
segunda luz para poner en serie con la primera, de modo que use una gran resistencia de
caída para hacerla funcionar a 12 voltios. Trabajaba OK, pero se veía muy basto.
Además, ya estaba “engañando” porque no había construido la fuente de alto voltaje
fluorescente y enorgullecerme pretendiendo tener una “estación al 100% de
construcción casera”.
Fuente de alimentación conmutada muy buena “tipo-resistencia”
Reemplacé la resistencia de caída con una fuente de alimentación conmutada para
reducir los 12 voltios DC. Conseguí el diseño del libro de datos de National
Semiconductor. Usando el conmutador la luz fluorescente arrastra aproximadamente 2,5
vatios a 12 voltios. El conmutador es aproximadamente un 80% eficaz. Esto es, disipa el
20% de la energía total. En contraste una resistencia tendría que disipar el 50% de mi
energía. Usé este diseño de pequeña fuente para varios proyectos caseros más y la
encontré digna de confianza. Si eres un constructor casero, este simple conmutadorresistencia pertenece a tu saco de trucos. Si estás aburrido con la construcción de una
lámpara de 12 voltios, puede que este pequeño conmutador te anime.
Fuente de alimentación conmutada hecha con un regulador lineal
¿Cómo puede trabajar esto?
Este conmutador usa un regulador LINEAL para generar la modulación de ancho de
pulso necesaria para aplicar a una fuente de alimentación conmutada. Este es el mismo
regulador lineal usado en la fuente de alimentación QRP alimentada de red sugerida.
Apostaría a que si yo hubiese inventado este concepto, no habría trabajado con valía ni
un momento. Pero, cuando pones una sonda de osciloscopio en el inductor, ¡definitivo!
El regulador lineal está conmutando completas conexión y desconexión en pulsos
rectangulares. Aparentemente la resistencia de 15K y el condensador de 300 pF están
acoplando un pulso de realimentación en el regulador para causarle que conmute la
conexión y desconexión completas. El ancho del pulso varía con la carga y responde
justo como un conmutador real. Aparte de mi admiración porque los reguladores
215
lineales pueden trabajar como conmutadores, también estaba sorprendido de que
escuchase muy poco ruido en mi receptor. El ruido de RF que produce está en
apariencia tan suficientemente aislado del receptor que raramente escucho fritura en el
receptor. En raras ocasiones cuando lo escucho, simplemente apago el fluorescente.
Subjetivamente, el fluorescente produce el doble más o menos de luz que los LEDs. En
otras palabras, por diez veces más potencia la luz se ve ser el doble de brillante. Por el
contrario, ilumina un área mucho más ancha que los LEDs, así que simplemente actúo
ambos simultáneamente. Los LEDs iluminan mi libro de registro y tapete mientras la
fluorescente ilumina la estación en un todo. He estado usando esta luz durante horas de
una vez. Tiene suficiente brillo y estoy contento con ella y no pienso en correr a lo largo
de la habitación para encender las luces reales. En resumen, la alimentación por baterías
y la conservación energética son juegos divertidos. Y si somos realmente desdichados,
algún día nuestras aficiones pueden ser incluso útiles en una crisis civil.
216
Capítulo 9
Accesorios
Manipuladores de Morse
“Manipuladores verticales”
Un manipulador telegráfico sencillo.
Un manipulador telegráfico para transmitir código Morse es un proyecto mecánico sencillo. Todo lo
que se necesita es un interruptor fiable con resorte. Los dedos se apoyan en un mando sobre una
palanca. El operador descansa su muñeca y antebrazo sobre la mesa y agarra el mando con 2 dedos
y el pulgar. El operador hace descender el mando, cerrando los contactos del interruptor. Un
manipulador vertical como este se usa para transmitir puntos y rayas.
La temporización de los puntos y las rayas depende por completo del operador. No se usan circuitos
temporizadores ni de ordenador para formar los puntos y las rayas. Los manipuladores verticales
comerciales, especialmente los antiguos, están hechos de piezas y resortes de latón elegantemente
mecanizados sobre bases de baquelita. La tensión y separación exactas pueden ajustarse según las
preferencias del operador. La sofisticación es buena, pero no esencial para un principiante que
transmite a bajas velocidades. Un manipulador vertical es bueno para velocidades de hasta unas 15
palabras por minuto. A velocidades más altas, es más difícil y agotadora la transmisión.
El manipulador vertical que se ve en la fotografía está hecho con 2 piezas de circuito impreso de
una sola cara. La parte superior de la placa de la palanca sirve como resorte y su parte inferior es la
superficie conductora. El contacto del interruptor está hecho con un tornillo que toca la placa
inferior, conectada a masa, cuando se empuja la palanca. 2 tuercas en el tornillo ajustan la distancia
de contacto. La mayoría de operadores prefieren ajustar los contactos del interruptor de manera que
la distancia sea alrededor de 0,8 mm (1/32 de pulgada). La acción de resorte de la palanca debe ser
lo bastante fuerte como para que se interrumpa el contacto rápidamente cuando se suelta la palanca,
pero no tanta que se haga cansado de utilizar. Las 2 piezas de circuito impreso están aisladas entre
sí por un trozo de madera contrachapada. El mando es un tirador de plástico de un cajón.
En los últimos años han aparecido varios artículos en QST describiendo cómo fabricar
manipuladores a partir de chatarra casera. La mayoría de estos manipuladores son paletas
horizontales, en lugar de manipuladores verticales. Las paletas son manipuladores que se empujan
lateralmente en vez de hacia abajo. Tienen 2 contactos y se usan para controlar los manipuladores
automáticos del tipo que hay en los transceptores modernos. Cuando la paleta se empuja a la
izquierda, el manipulador genera puntos perfectos. Cuando se empuja a la derecha, hace una pausa
de duración exacta y luego genera rayas perfectas. No sería difícil adaptar los mecanismos descritos
217
en esas revistas para fabricar un manipulador vertical.
Manipuladores mecánicos
No, no estamos hablando de un ser mecánico que manipula, sino de un tipo de manipulador
telegráfico. El siguiente paso en sofisticación después del manipulador vertical es el mecánico (N.
del T.: en inglés, y en el texto original, se suelen llamar “bug” a este tipo de manipuladores). Este
manipulador se activa con una paleta. Cuando se empuja a la izquierda, genera puntos
automáticamente, mientras el operador mantenga así la paleta. Los manipuladores mecánicos
generan los puntos con una barra contrapesada que lleva un resorte y se mueve de un lado a otro. Se
produce un punto cuando la palanca móvil cierra el “interruptor de puntos”. Cuando la paleta del
manipulador se empuja a la derecha, cierra el “interruptor de rayas”. El operador debe producir cada
raya manualmente. Así que, a diferencia de un manipulador moderno, el operador se encarga de la
temporización de las rayas. Manipuladores mecánicos como éste eran los que usaban los
radiotelegrafistas y radioaficionados durante mucho años. Incluso los telegrafistas de las líneas
férreas los usaban con frecuencia.
Aún puedes comprar manipuladores mecánicos comerciales. En cierto momento había incluso
versiones que generaban automáticamente tanto los puntos como las rayas. Un manipulador
mecánico es un proyecto casero difícil sin un taller mecánico. Exige una buena dosis de paciencia
construir un manipulador mecánico fiable, pero puede hacerse.
Sin embargo, los manipuladores electrónicos con puntos y rayas automáticos son un proyecto
casero bastante común. La mayoría de radioaficionados simplemente compran un kit que tiene un
microcontrolador PIC pequeño preprogramado que hace todas las tareas difíciles de temporización.
Ya que un microcontrolador preprogramado no encaja en mis reglas de construcción casera,
construí un manipulador electrónico que genera automáticamente los puntos pero requiere hacer
manualmente las rayas.
******************************************************************************
Un manipulador electrónico de construcción casera
No importa cómo ajustara los tornillos y limpiase los contactos quemados de mi viejo manipulador
mecánico de hace 40 años, los puntos seguían sonando como estática. Por supuesto, si hubiera
empezado comprando un manipulador mecánico de calidad, aún funcionaría. Mientras trataba de
hacer funcionar el viejo manipulador mecánico, se me ocurrió que el manipulador era la única pieza
de mi equipo que no era de construcción casera. ¡Ajá! ¡Un desafío!
No veía cómo podía construir un manipulador mecánico con mis limitadas herramientas. Sin
embargo, averigüé que un manipulador totalmente electrónico que generase tanto los puntos como
las rayas automáticamente no podía ser tan difícil. Comencé el prototipo de un circuito lógico de un
manipulador en una placa grande de prototipos. Rápidamente descubrí que generar
automáticamente las rayas no era tan sencillo. La temporización de las rayas debía ser relativa a la
de los puntos, y no podía haber solapamientos. Además, los espacios entre puntos y rayas debían
forzarse independientemente de lo inepto que fuera el operador. Pronto acabé teniendo 20 circuitos
integrados CMOS cableados en una maraña de circuitos lógicos que casi funcionaban. Pero no
importa cuántas puertas más añadía, siempre tenía interferencias (N. del T.: la palabra que usa el
autor es “glitch”, que con frecuencia se emplea sin traducir en el contexto de la electrónica digital
para dar a entender que las rápidas transiciones de nivel causan picos en la alimentación y diafonía
en los cables, provocando errores en el funcionamiento). Esto se estaba volviendo frustrante.
Además, mi nuevo manipulador iba a acabar teniendo una placa de circuito de 30 cm. Bajé mis
requisitos a construir un manipulador electrónico con osciladores hechos con amplificadores
operacionales. El nuevo manipulador tendría generación automática de puntos, pero rayas
218
manuales. En otras palabras, sería el equivalente electrónico de un manipulador mecánico.
Un manipulador mecánico electrónico
Las piezas mecánicas
Los requisitos mecánicos eran hacer 2 interruptores con resortes, de contacto momentáneo y
controlados por una sola paleta. Supongo que podría haber usado interruptores de placa de circuito
impreso como en el manipulador vertical que describí antes. Sin embargo, mi solución fue usar 2
interruptores momentáneos miniatura de pulsador. Los interruptores proporcionan tanto la conexión
eléctrica como el efecto resorte. Los monté en las caras opuestas de una pieza hueca de aluminio de
manera que los botones quedasen enfrentados. La parte trasera del brazo de plástico de la paleta
descansa entre los 2 botones y empuja uno u otro según sea necesario. Corté la paleta de una hoja de
plástico que compré en una tienda local de productos de plástico. Por cierto, los plásticos de
desecho son una estupenda fuente de recursos para materiales de construcción para aisladores de
antenas, soportes, cajas, etc.
Monté el manipulador en una caja comercial de aluminio sobre una base gruesa de aluminio. Pegué
un trozo de goma pegajosa de una alfombrilla de ratón en la parte inferior para evitar que se
moviera de un lado a otro.
Después de tener operativo mi manipulador electrónico, tenía problemas para transmitir con
precisión. Es decir, seguía transmitiendo puntos extras o medio formados. El mayor problema
resultó ser que el resorte de retorno tenía poca fuerza, así que lo suplementé con muelles que metí
en la pieza hueca de aluminio a ambos lados de la paleta de plástico. Posteriormente me sorprendió
con qué facilidad se podía transmitir código bien formado. Además, el manipulador seguía
desplazándose sobre la mesa, así que atornillé unos “raíles” metálicos a mi mesa para confinarlo. El
manipulador siguió arrastrándose lejos de mí, así que finalmente lo atornillé a la mesa. Ahora puedo
empujarlo y el manipulador se queda quieto. Transmitir bien ya es difícil. Cualquier ventaja que
puedas darte, merecerá la pena.
219
La parte electrónica
Esquema del manipulador electrónico
Mi manipulador electrónico tiene 2 características poco habituales. Tiene un monitor incorporado
y puede conmutar cualquier tensión positiva a masa hasta 400 voltios. El transistor que hace la
conmutación es un transistor de potencia MOSFET de canal N de 400 voltios. Construí el
manipulador mientras aún usaba un transmisor a válvulas con una 6146 en el paso final. Había una
tensión positiva de cátodo de 300 voltios en el manipulador, así que necesitaba la capacidad de
conmutar tan alto voltaje. Un relé hubiera funcionado, pero quería huir de los contactos mecánicos.
el transistor MOSFET de canal N IRF450 puede manejar cualquier señal lógica positiva de 5 voltios
hasta varios amperios de alto voltaje. Por supuesto, puedes usar el MOSFET del tamaño adecuado
para tu transmisor.
El monitor incorporado consiste en un altavoz pequeño y un oscilador de audio. Cuando estaba en
el aire, escuchaba mi propia señal en el receptor. Desgraciadamente el sonido de mi receptor estaba
distorsionado por la cercanía del transmisor. La distorsión me llevaba a transmitir peor. Demasiado
café puede haber sido otra razón. En cualquier caso, al escuchar los tonos limpios del monitor, mi
“muñeca” puede dar lo mejor de sí. El monitor también se puede usar para practicar sin estar
conectado a un transmisor.
Mi transceptor es más primitivo que los comerciales. Aún tengo que conectar el transmisor y
enmudecer el receptor manualmente. Para hacer esto más rápidamente, instalé un pequeño
conmutador en el manipulador justo a la derecha de la paleta. El conmutador es sólo un contacto a
masa. El conmutador está conectado tanto al transmisor como al receptor con cables blindados. El
cable de masa activa el relé de Transmitir/Recibir en el transmisor y pone la alimentación del
receptor en reposo. No es exactamente QSK (que me puedan interrumpir mientras transmito), pero
está bien.
Descripción del circuito
El manipulador funciona con una pila alcalina de 9 voltios conectada mediante un interruptor de
palanca pequeño. Un LED rojo me recuerda desconectarlo. Cuando es momento de cambiar la pila,
un diodo zéner de 5 voltios en serie con el LED hace que éste se ilumine débilmente cuando la
tensión baja a unos 6 voltios. Cuando no estoy transmitiendo, el manipulador consume 1,2 mA.
Esto significa que la pila alcalina de 9 voltios y 550 mAh durará más de 2 semanas si me olvido de
220
desconectarlo.
Todos los osciladores del circuito están hechos con un cuádruple amplificador operacional LM324.
El LM324 es un viejo gran componente. No funciona a altas frecuencias como los amplificadores
operacionales modernos, pero eso puede ser bueno, ya que no autooscila inesperadamente. Y a
diferencia de casi todos los amplificadores operacionales antiguos, como los LM458, LM741 o
LM301, el LM324 casi siempre actúa como un “amplificador operacional ideal”. Sólo necesita una
fuente de alimentación asimétrica y rara vez te sorprende con “limitaciones prácticas”.
Es necesario quitar los rebotes del interruptor de los puntos. Al principio intenté conectar el
oscilador de puntos con el interruptor de puntos. Dado que mi temporización no siempre
concordaba con la velocidad del oscilador, y ya que los contactos no siempre se cerraban del todo, a
veces los puntos temblaban como en mi viejo manipulador mecánico. Con respecto al esquema, el
conmutador de puntos activa un multivibrador (U1-A). Esto genera un pulso estrecho y repetitivo
que fija la máxima velocidad de puntos. Los puntos generador los forma un segundo multivibrador
hecho con un amplificador operacional (U1-B). Los pulsos de U1-A comienzan un nuevo punto,
dado que el segundo oscilador U1-B esté listo para comenzar uno. La velocidad de puntos es
ajustable en una gama muy amplia usando el potenciómetro de 100K.
La circuitería lógica está hecha con puertas lógicas CMOS de la serie 4000 de la década de 1970.
Esos componentes antiguos son inmunes a las interferencias de RF y toleran picos de hasta 18
voltios. Los circuitos CMOS modernos están limitados a tensiones inferiores y están diseñados para
realizar funciones lógicas a alta velocidad. Aquí no hace falta alta velocidad y sólo serviría para
hacer a los circuitos más vulnerables a las interferencias y autooscilaciones.
Los puntos y las rayas se combinan con una puerta NOR CMOS 4001 para crear una única señal de
manipulación. Es decir, la puerta NOR tiene salida activa tanto si hay un punto o una raya. 2 puertas
NOR más sirven como inversores de polaridad de la señal y amplificadores para el transistor de
conmutación y el oscilador de audio. La salida de la puerta NOR conecta el oscilador de audio (U1C) a través de la resistencia de realimentación de 100K. El oscilador de audio a su vez ataca a un
seguidor de tensión con un amplificador operacional (U1-D) y al amplificador para el altavoz con el
transistor 2N2222. El control de volumen de audio es simplemente un potenciómetro de 100 ohmios
en serie con el altavoz de 8 ohmios.
He usado mi manipulador electrónico durante 3 años. He realizado cientos de QSO con él y he
cambiado la pila unas 2 veces al año. Una vez la paleta empezó a quedarse pegada, así que tuve que
lubricar el tornillo pivotante de la paleta. Por lo demás, el manipulador me ha dado buen servicio y
pocos problemas. Este es un proyecto casero fácil porque no implica RF y está casi garantizado que
va a funcionar.
Cargas resistivas
Las comprobaciones de un transmisor casero comienzan con una carga ficticia de baja inductancia.
Una vez que puedes poner una onda senoidal pura y estable en tu carga resistiva, puedes ascender
de categoría y conectarlo a una antena.
221
Cargas resistivas de construcción casera de 2 a 100 vatios
Una carga resistiva es sólo una gran resistencia que puede aguantar la potencia de tu transmisor sin
echar humo o quemarse. Para que se parezca a una antena bien diseñada, la carga resistiva debe ser
una resistencia pura con poca inductancia o capacitancia residual. Las resistencias grandes no
inductivas son caras y hay que encargarlas especialmente. Por eso la mayoría de los
radioaficionados compran cargas resistivas comerciales para la máxima potencia de sus
transmisores. Las cargas resistivas están casi siempre diseñadas para 50 ohmios porque esa es la
impedancia normal de la mayoría de amplificadores y muchas antenas.
Para un transmisor QRP, una carga resistiva puede ser tan simple como una resistencia de carbón de
47 o 51 ohmios de 2 vatios. Si no emites continuamente, 5 vatios no la dañarán. Pero ten cuidado.
El calor puede no dañar la resistencia, pero puede fundir las puntas de prueba de osciloscopio que
tengas conectadas a los terminales de la resistencia. Para potencias superiores, puedes construir una
buena carga resistiva a partir de una agrupación de resistencias de carbón u otras resistencias de
baja inductancia.
Una carga resistiva es una de los pocos instrumentos simples de calidad de construcción casera que
alguien puede fabricar en pocas horas. Una carga resistiva grande puede hacerse con una
agrupación de resistencias de baja potencia y baja inductancia. Las resistencias de película metálica
y de carbón suelen tener baja inductancia y hacen unas buenas cargas resistivas. Por ejemplo,
resultó que tenía un paquete completo de resistencias viejas de carbón de 150 ohmios y 1 vatio.
Conectándolas adecuadamente en serie y paralelo creé una carga resistiva de 50 ohmios y 10 vatios.
Si necesitas una carga de 50 vatios, puedes hacerlo a partir de una agrupación de 25 resistencias de
2 vatios. Tendrás que ser ingenioso eligiendo las resistencias y combinándolas de modo que la
resistencia final sea 50 ohmios.
Para frecuencias altas, como la banda de 10 metros y superiores, es importante usar una conexión de
baja inductancia con la resistencia. Por lo tanto, los cables que van a la carga resistiva deben ser
coaxiales. Yo he usado placas de circuito impreso con pistas anchas para conectar las resistencias
individuales en una agrupación.
222
Bombillas usadas como cargas resistivas
Una bombilla de filamento convencional puede funcionar como carga resistiva. Distan mucho de
ser ideales y no deben ser tu única carga resistiva. Sin embargo, tienen sus ventajas: son divertidas
de usar y un estupenda forma de enseñar y demostrar. Sin embargo, por debajo de 100 vatios sus
impedancias son mucho más altas de 50 ohmios (N. del T.: recordemos que el autor vive en
EE.UU., donde la corriente de la red es de 115V, por lo que las características de las bombillas
serán necesariamente distintas a las de España, donde tenemos 220V. No obstante, los principios se
aplican de igual manera), y se va elevando conforme aumenta su temperatura. Por otra parte, si
necesitas una carga resistiva que simula una antena de alta impedancia, una bombilla es útil.
Además, si estás comprobando un vatímetro, una bombilla proporciona una indicación evidente de
cuándo la potencia de salida es máxima.
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Construyendo un acoplador de antena en T
Los transmisores modernos están normalmente diseñados para antenas de 50 ohmios. Los filtros de
salida de Chebyshev que hay en los transmisores modernos sólo funcionan a esta impedancia. Si los
cargas con una impedancia distinta, no podrás creer la forma de onda tan distorsionada que saldrá
de ahí. En otras palabras, sólo filtran adecuadamente a 50 ohmios. Desgraciadamente, las antenas
reales tienen normalmente una impedancia mayor o menor y necesitan algún tipo de transformador
de impedancias para hacerlas aparecer como una carga de 50 ohmio al transmisor.
Los viejos transmisores de válvulas tenían normalmente acopladores de antena incorporados, pero
ninguno de los diseños transistorizados de los Handbook llevan acopladores. Así que después de
construir un transmisor transistorizado, necesitaba un acoplador de antena. Los diseños de
acopladores de los Handbook eran complicados, con capacidad multibanda y medidores
incorporados de potencia y ROE. Están bien, pero yo quería salir rápidamente al aire. Le pedí
consejo a Bob, NØRN. Bob había construido varios acopladores y pensó que uno simple de
configuración en T era el mejor. Consistía simplemente en 2 condensadores variables y 1 bobina
variable.
223
Un acoplador de antena en T
Esquema del acoplador de antena en T
Cómo funciona
La idea subyacente al acoplador en T es hacer resonar el condensador variable de la izquierda con la
bobina a masa. Cuando está sintonizado a la frecuencia de resonancia, la oscilación produce
tensiones senoidales a en la L (bobina) y la C (condensador) que pueden ser mucho mayores que la
tensión senoidal que llega a la entrada. Dado que la tensión en la bobina puede ser enorme, el
acoplador puede “adaptarse” a la impedancia de una antena de alta impedancia. Por ejemplo, los
transmisores transistorizados están casi siempre diseñados para conectarse a una carga de 50
ohmios. De hecho, los filtros de salida de Chebyshev funcionarán mal si no se conectan a una carga
de 50 ohmios. Por otra parte, una antena de 300 ohmios necesitará 6 veces más voltaje para entregar
la corriente necesaria para una potencia dada. La L y la C en oscilación funcionan como un
transformador, elevando la tensión.
El condensador variable de la derecha no es crítico. Te darás cuenta de que para la mayoría de las
situaciones, la mejor señal se obtiene con el condensador a su máxima capacidad, 365 pF. A veces
puedo obtener una salida senoidal mejor o algo más de amplitud ajustando este condensador. Pero
lo normal es que lo deje tal cual. Para las bandas bajas, 80 y 160 metros, puedes querer poner algo
más de capacidad en paralelo con ambos condensadores usando conmutadores. Mis condensadores
224
variables son del tipo de 2 secciones de los viejos receptores de radiodifusión. Uso conmutadores de
palanca pequeños para añadir las capacidades de las segundas secciones. Además, el condensador
de la derecha tiene un condensador fijo de mica de 200 pF y 1000V en paralelo con la segunda
sección, así que me sobra capacidad de acoplo para 160 metros.
La caja
Mi amigo Bob me enseñó un acoplador en T que había construido en una caja de madera y plástico.
“¿Por qué no has usado una caja de metal?”, pregunté.
“Bueno, la madera era más fácil de trabajar y no es importante”, explicó Bob. “Quizá tenga más
radiación de RF en el cuarto de radio, pero por lo demás, no hay necesidad de una caja metálica.”
Estaba ansioso por salir al aire, así que busqué entre mi chatarra y encontré 2 condensadores dobles
de 365 pF de una radio. Uno de ellos era de una radio de 1935. Pensé que usar un componente
antiguo tenía un encanto nostálgico. También encontré un gran trozo de bobina abierta “Air Dux”
que podía usar para la bobina. Hice que la bobina fuese variable mediante una pinza cocodrilo para
descartar la longitud de bobina que no me interesa. Como conectores de RF usé SO-239 de UHF,
comprados en Radio Shack. Después de 1 hora de trabajo, ya había atornillado todas las piezas
sobre una tabla de pino y tenía un acoplador en T.
Mejorando el rendimiento en las bandas superiores
Originalmente usé un cable del número 12 (N. del T.: como siempre, según las medidas imperiales,
usadas en el Reino Unido y EE.UU.) para conectar las masas de los conectores de entrada y salida.
Este simple “cable” se comporta como una bobina en 17 metros y frecuencias superiores. Esta
bobina puede hacer que el acoplamiento sea difícil o imposible con algunas antenas. Sustituí el
cable con hoja de metal de 7,5 cm. (3 pulgadas) de ancho y baja inductancia y la dificultad
desapareció. Trata de mantener al menos 1,27 cm. (media pulgada) de distancia entre esta masa y tu
bobina. Otra modificación que ayudó fue montar la bobina verticalmente. Esto minimizó el acoplo
capacitivo entre la bobina y la hoja de metal de la masa. Usé plástico transparente y epoxy para
construir soportes y aislar la parte inferior de la bobina.
Probé el acoplador usando unas pocas bombillas normales como cargas resistivas. La bombillas
tiene una amplia gama de resistencias, dependiendo de la potencia y de cómo de caliente esté el
filamento. El acoplador en T funcionó estupendamente y las bombillas se encendieron con brillo.
Funcionó igual de bien con mis antenas de verdad, así que salí al aire y comencé a operar con
estaciones a diestro y siniestro. Así que si sólo quieres un acoplador que funcione, aquí termina la
historia. Si quieres, puedes dejar de leer.
El acoplador en T como ayuda para la recepción en 80 y 160 metros
Una sorpresa de este proyecto es que mi acoplador en T era vital para recibir señales débiles en las
bandas de radioaficionados de 80 y 160 metros. Estas bandas bajas están bastante cercanas a la
banda de radiodifusión de AM (550-1700 KHz). Como probablemente sabrás, esas estaciones son
extremadamente potentes, hasta unos 50 000 vatios. Si tienes una de esas estaciones a 80 kilómetros
o menos, o una estación menos potente cerca de tu casa, habrá grandes tensiones de RF presentes en
tu antena en todo momento. De hecho, hace unos años hubo un artículo en QST sobre una persona
que usaba una radio de galena sintonizada a una emisora local como fuente de alimentación como si
fuera una placa solar.
Con esos elefantes de la AM bramando en tu vecindad, tu pequeño receptor de construcción casera
puede tener problemas para filtrarlos y oír a estaciones de radioaficionados susurrando a cientos de
kilómetros de distancia. La sección frontal del receptor puede verse fácilmente saturada. Incluso
aunque probablemente no oirás las transmisiones de AM en tus auriculares, oirás estática en las
225
bandas de radioaficionados y puedes creer que no hay otras señales de radioaficionados allí.
Cuando tu receptor usa la misma antena que el transmisor, la intensidad de las señales débiles en las
bandas bajas sube enormemente cuando el acoplador en T está sintonizado adecuadamente al
transmisor. El acoplador en T sirve como filtro de paso alto que reduce en gran medida las
intensidad de las señales de las emisoras de radiodifusión. En mi estación, operar en esas 2 bandas
bajas de HF es imposible a menos que use mi acoplador en T para recibir. No solo estaba de repente
oyendo docenas de estaciones de CW en 80 metros, sino que me hallé trabajando con estaciones de
QRP a medio país de distancia (N. del T.: EE.UU., recordémoslo, es un país muy extenso), cosa que
antes me era imposible.
Usar el acoplador en T en el receptor tiene otra ventaja. Suponiendo que tu receptor está diseñado
para una entrada de 50 ohmios, cuando aumentas la intensidad de la señal recibida usando el
acoplador en T, te darás cuenta de que el transmisor de 50 ohmios está (casi) perfectamente
acoplado. Así que en cualquier banda, antes de tratar de cargar la antena con el transmisor, primero
ajusto al máximo de señal recibida con el acoplador en T.
Añadiendo los bombos y los platillos
La parte interesante de la historia del acoplador en T viene cuando añades los refinamientos; ya
sabes, la caja metálica, el medidor de potencia y todo eso. Después de haber usado mi primitivo
acoplador durante un tiempo, quería algo más impresionante. Ya tenía una caja metálica que tenía
aproximadamente el tamaño adecuado. Me llevó bastante más de 1 hora construir otro acoplador,
pero al final conseguí uno con aspecto profesional en su caja metálica. Lo probé y... no funcionó
una puñeta. No podía acoplar casi nada. Me pareció un estupendo generador de ondas estacionarias,
pero un mal acoplador de antena.
Consulté con Bob mi problema. El asintió comprendiendo. “Pues sí. No funciona en cajas de metal.
Por eso usé madera y plástico.” Y ahora me lo dice. “Pero”, continuó, “puedes convertir el
acoplador en otro en PI. Eso debería funcionar en una caja metálica ya que los condensadores van
directamente a masa y la capacidad residual a la caja de metal será parte del circuito. Además,
puedes usar una bobina con núcleo de ferrita. El flujo magnético está confinado al núcleo, así que
las bobinas de núcleo de ferrita funcionan bien en cajas metálicas pequeñas.”
El acoplador de antena en PI
Probé esas ideas. Sí, conseguí que el acoplador en PI funcionase, pero me dí cuenta de que el
acoplador en T era mejor. Si examinas el circuito del acoplador en PI, verás que es un filtro de paso
bajo. Es decir, el ruido de alta frecuencia se va a masa a través de los condensadores, mientras que
las componentes de baja frecuencia pasan por la bobina. Ya estaba usando un filtro de paso bajo
para suprimir las interferencias en la televisión, así que el acoplador en PI era redundante. Con este
acoplador noté que la forma de onda de salida tenía distorsión de baja frecuencia y modulación
subarmónica que se asemejaba a la modulación de AM. Por contra, el acoplador en T sirve como
226
filtro de paso alto que quita tales distorsiones. De hecho, el filtro de paso bajo y el acoplador en T
operan juntos como un filtro de paso de banda para mantener una onda senoidal pura.
Hallé un núcleo de ferrita en mi caja de la chatarra lo bastante grande como para soportar 100 vatios
y realicé un bobinado con varias tomas sobre él. Sí, la bobina con núcleo de ferrita funcionó, pero
se calentó y era claramente peor que la de núcleo de aire. Ya que no tenía ninguna información
sobre el núcleo que estaba usando, pedí uno nuevo grande a CWS Bytemark con propiedades
conocidas. Compré un CWS (Amidon) T200-6. ¡Por supuesto, también se calentó! ¡Vivan las
bobinas de núcleo de aire!
Mi otro experimento fue con medidores de potencia incorporados. Instalé 2 medidores para la
potencia directa e inversa. ¿Chulo, eh? Lástima que funcionasen tan mal. Los medidores eran
sensibles a la tensión en vez de a la potencia. Por ejemplo, indicaban el doble de “potencia” con una
carga de 100 ohmios que con una de 50. Sabía que los medidores no iban bien porque los demás
datos que obtenía de mi osciloscopio, la entrada de alimentación del paso final, etc., me decían que
la potencia sobre 50 y 100 ohmios debería haber sido la misma. Descubrí que podía compensar este
error colocando los medidores de potencia en el lado del transmisor, el de 50 ohmios, del acoplador
de antena. De esa forma, el voltaje era constante para el mismo nivel de potencia.
Al final retiré el acoplador sofisticado a la pila de la chatarra y aún uso el trozo de madera con el
condensador de 1935. (Ahora ya sabes por qué tengo tanta chatarra.) Para controlar la potencia de
salida y la pureza de frecuencia, monitorizo la entrada a la antena con sondas de osciloscopio que
van a un frecuencímetro y a un osciloscopio. La imagen en el osciloscopio y la lectura del
frecuencímetro son bastante más sensibles a los problemas de un transceptor de fabricación casera
de lo que un medidor de ROE será jamás. En resumen, ¡fabrícate un acoplador en T y sal
rápidamente al aire!
El acoplador en T monitorizado por un osciloscopio y un frecuencímetro
El filtro de paso bajo está a la izquierda. El cable coaxial de antena sale por la derecha. La sonda del
osciloscopio monitorizan la frecuencia y la forma de onda de salida.
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227
Construyendo un filtro de paso bajo
Bajé mis viejos transmisores de válvulas de HF desde el ático y los miré críticamente. Mmm...
etapas de salida de clase C. La clase C significa armónicos. No había salido al aire en 30 años, pero
sabía por haberlo estudiado para mi nueva licencia que las normas de pureza de espectro eran más
estrictas que antes. Como mínimo, si usaba mis antiguos transmisores, me arriesgaría a que los
vecinos se quejaran de interferencias en la televisión (ITV). Por lo tanto mi primer proyecto fue un
filtro de paso bajo para el transmisor.
Me han dicho que hoy casi nadie con un transceptor moderno necesita o usa filtros de paso bajo. Sin
embargo si haces construcciones caseras, especialmente con etapas de salida de clase B o C, un
filtro de paso bajo es una buena idea. Cuando se coloca directamente en la salida del transmisor, he
visto que el filtro no reduce la potencia de salida y no hace que la antena sea difícil de acoplar,
incluso operando en QRP. Pienso en mi filtro de paso bajo como un “seguro” contra vecinos
enfadados y denuncias. ¿Por qué no usar uno?
Tu primera pregunta probablemente es: “¿Necesito uno para mi pequeño transmisor QRP de 5
vatios?” La respuesta es: “Probablemente no”. Sin embargo, en cuanto recibas quejas, tus vecinos te
señalarán siempre como la causa de cada traza de nieve en sus pantallas o cualesquier otro problema
con sus televisores. Una vez que el síndrome de las quejas comience, ser “legal” y “cumplir los
requisitos de Telecomunicaciones” no bastará. Es mucho mejor hacer todo lo que puedas para
asegurarte de que los vecinos nunca piensen que puedes estar interfiriendo en sus televisores.
Diseño eléctrico del filtro
Filtro de paso bajo de 5 etapas
Comencé con un filtro de paso bajo elíptico de 3 etapas de nuestro viejo amigo el Handbook.
Posteriormente compré un programa para “Spice” para analizar circuitos, Electronics Workbench.
Lo apliqué a mi filtro de paso bajo y el resultado fue el circuito que ves arriba. Los condensadores a
masa nos dicen que es un filtro de paso bajo. En otras palabras los condensadores derivan las altas
frecuencias a masa que si no radiarían en las bandas de televisión, mientras que las frecuencias
inferiores de HF pasarán por el filtro a través de las bobinas. Este filtro está diseñado para dejar
pasar todas las bandas de radioaficionados de HF desde 10 metros (30 MHz) e inferiores. Como
verás en breve, atenúa todas las frecuencias por encima de 10 metros.
Date cuenta de que hay condensadores de 33 pF y 18 pF en paralelo con 3 de las bobinas. Cada
bobina es parte de una trampa resonante LC que aparece como una impedancia alta en serie para los
canales de televisión 2 y 4. Sin embargo los canales superiores también quedan atenuados al menos
105 dB. La lección principal que aprendí del Spice era que los valores de los componentes son
sorprendentemente tolerantes. Había usado tablas de filtros de Chebyshev que tienen valores con
una precisión de 4 decimales y unas sofisticadas “curvas de campanas” para los diferentes valores
de los componentes. Esa elegancia me hizo creer que los filtros tenían que ser precisos. ¡Error!
Bueno, eso es lo que Spice y mi experiencia me dicen. Advierte que he hecho todas las bobinas
iguales y sólo he usado 2 valores de condensadores a masa.
Como todos los filtros reactivos complejos, éste está diseñado para impedancias específicas, en este
caso 50 ohmios. Eso significa que el filtro sólo funciona correctamente cuando las impedancias de
entrada y de salida son de 50 ohmios. Por esa razón, se intercala en la línea de antena justo después
228
del transmisor y justo antes del medidor de potencia y acoplador de antena. La antena puede tener
cualquier impedancia desde casi cero hasta cientos de ohmios, así que el acoplador sirve como
transformador par adaptar los 50 ohmios a lo que sea necesario.
Curva de Bode del filtro de paso bajo
Detalles de construcción
El filtro está montado en una caja larga de aluminio delgado. La capacitancia a masa es parte del
diseño. Por lo tanto, suponiendo que la capacitancia parásita entre las bobinas y la caja metálica no
sea excesiva, esta capacitancia parásita no degradará el rendimiento. Simplemente separa las
bobinas al menos 1,27 mm (½ pulgada) de las paredes metálicas a masa y el filtro funcionará bien.
He usado bobinas de núcleo de aire, lo que significa que tuve que remachar 4 pares de particiones
metálicas solapadas en mi caja para evitar el acoplo entre las 5 bobinas. Sin los blindajes metálicos,
las bobinas de núcleo de aire se acoplarían entre sí como devanados de un transformador. Prefiero
el núcleo de aire porque las bobinas no disipan apenas energía. Y así también ahorro.
Vista interior del filtro. Cada bobina está aislada de sus vecinas por particiones
Construí las bobinas con cable de cobre aislado del número 12 sacado de un cable de 3 hilos
Romex. Si sigues las dimensiones de la tabla 1 exactamente, deberías obtener aproximadamente las
mismas frecuencias de resonancia que las mías. Dependiendo de la forma de tu caja, puedes usar o
bien bobinas grandes de 2 espiras o bobinas de menor diámetro de 3 espiras. La inductancia vendrá
a ser la misma. Las cuestiones importantes son que las 3 trampas LC deben resonar bien por encima
de la banda de 10 metros y que no debe haber una atenuación significativa por debajo de 30 MHz.
229
Tabla 1. Especificaciones de las bobinas de núcleo de aire.
espiras
diámetro
longitud
inductancia
2
31,75 mm
12,70 mm
0,28 microhenrios
3
25,40 mm
19,05 mm
0,28 microhenrios
Las bobinas también podrían haberse devanado sobre núcleos de ferrita. Una ventaja de los núcleos
de ferrita es que el flujo magnético queda confinado a los núcleos y puedes meter el filtro en una
caja metálica más pequeña sin blindaje entre sus secciones. Sin embargo, las bobinas con núcleos
de ferrita aún tendrán capacitancias parásitas a masa.
Todos los condensadores deben ser de mica y capaces de soportar tensiones consistentes con tu
nivel de potencia. Si usas más de 100 vatios, sería prudente usar condensadores que soporten
tensiones de trabajo de 1000 voltios o más. Yo he usado condensadores de 500 voltios con mis 100
vatios y hasta ahora no me ha fallado ninguno. 2 condensadores idénticos en serie de 500 voltios
tendrán una tensión de trabajo cercana a 1000 voltios, pero por supuesto la capacitancia efectiva
será la mitad del valor de cada uno. Usa verdaderos conectores de RF en tu filtro, tipo SO-239 de
UHF o equivalente.
Probando el filtro
Yo probé mi filtro terminándolo con una carga de 50 ohmios y alimentándolo con un generador de
señal de RF. No había atenuación o distorsión significativa de la onda senoidal desde 160 a 10
metros. Por encima de 10 metros la señal de salida descendió hasta casi cero. Similarmente cuando
cargué con bombillas y cargas resistivas de 50 ohmios en todas las bandas de HF, de 80 a 10
metros, no pude ver diferencias con o sin el filtro.
Hasta ahora, mis únicas quejas de ITV han sido de mi propia familia. En 15 metros, ven un pequeño
parpadeo en la imagen. No es sorprendente, los 17 metros interfieren en el canal 4 (4 x 18 MHz =
72 MHz) y los 30 metros lo hacen en el canal 6 (8 x 10,1 MHz = 80,8 MHz). Creo que mi mayor
problema aún con la ITV es mi transmisor de chasis abierto con las placas de circuito impreso al
aire. Evidentemente me hace falta una caja.
Cuando compramos un televisor moderno, todos mis problemas de interferencias desaparecieron.
Afortunadamente los diseños de los televisores modernos y el creciente uso de la televisión por
cable, la recepción de televisión por satélite y los teléfonos digitales de 2,4 GHz, hace cada vez
menos probable que molestemos a los vecinos. Considerando que estamos entrando en “La Era
Inalámbrica”, el futuro de nuestros problemas de ITV parece sorprendentemente brillante.
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Respetando la legalidad con los transmisores caseros
En un Día de Campo, observé mientras los radioaficionados preparaban sus transmisores. Me
sorprendió cómo suponían que sus señales estaban perfectamente acopladas a las antenas y que no
sufrían de tono duro en CW, armónicos o deriva de frecuencia. Conectaban antenas direccionales y
230
dipolos directamente a transceptores sofisticados y se ponían a operar inmediatamente. No vi
acopladores de antena, medidores de potencia, filtros de paso bajo, cargas resistivas, osciloscopios,
frecuencímetros o ninguna de las herramientas que los constructores caseros usamos para respetar la
legalidad.
Investiga antes de radiar
Muchos radioaficionados estos días construyen transmisores QRP. Antes de salir al aire con un
transmisor de construcción casera, deben aprender cómo verificarlo. Ahí afuera en las bandas hay
Observadores Oficiales que envían pequeñas tarjetas blancas de radioescucha (N. del T.:
frecuentemente denominado SWL, por Short Wave Listener). Hace 4 años cuando volví al aire con
mi transmisor antiguo de válvulas de construcción casera, recibí rápidamente una tarjeta de un OO
de New Jersey. Las tarjetas de los OO NO son adecuadas para enmarcarlas. ¡Muy embarazosas! No
salgas al aire y simplemente esperes que todo vaya bien. ¡Investiga antes de radiar!
Escucha tu propia señal
Una buena forma de averiguar cómo le sonaría tu señal a otra estación es conectar una carga
resistiva a tu transmisor y luego escucharte en tu receptor. Yo uso habitualmente mi viejo receptor
Collins para este propósito. La parte complicada es desensibilizar el receptor de manera que la
intensidad de la señal simule una señal en el aire. Yo he hecho esto cortocircuitando un conector
coaxial y enchufándolo al conector de antena del receptor. También he puesto filtros de ferrita en
los cables de alimentación y de altavoces para mantener la RF lejos del receptor. Después de hacer
esos cambios, se hicieron evidentes los clics de manipulación, las notas duras y las inestabilidades
de la señal. Ahora puedo comprender de qué se quejaban mis contactos.
Mi transmisor de 1967 era uno móvil con fuente conmutada. No importa cómo filtrase la fuente, no
podía librarme del ruido que hacía. Era extremadamente difícil verlo en el osciloscopio, pero en el
receptor podía oír claramente una nota dura. ¡No me extraña que no dejase de recibir informes de
señal de 598!
Osciloscopios
En mi opinión un transmisor de HF sería difícil de construir sin un osciloscopio de RF de calidad.
Ver las formas de onda en un osciloscopio hace que ajustar una etapa sea fácil, o que al menos se
aproxime al ajuste correcto. Cuando opero, tengo una sonda de osciloscopio de 10:1 en el cable de
antena. De ese modo, no hay dudas sobre lo que se está transmitiendo. Una sonda típica soporta
varios cientos de voltios y tiene una resistencia de carga de 1 megahomio y una capacitancia de 5
pF. Esto no debería influir en el ajuste y tu acoplador puede compensar cualquier pequeño
desajuste.
Una señal de CW de 30 metros bien ajustada en el cable de antena
231
Normalmente en las bandas más bajas de HF, como 80 y 40 metros, verás una onda senoidal
totalmente perfecta en tu antena. Pero cuanto más alta es la frecuencia, probablemente menos
perfecta será la forma de la onda. La señal de 30 metros de arriba está muy enfocada, pero tiene un
poquito de modulación de baja frecuencia. Eso está bien.
Cuidado con las borrosidades
Una señal de CW de 30 metros mal ajustada
Por otra parte, la señal de 30 metros que se muestra justo arriba está mal ajustada. Fíjate en cómo
solamente la primera media onda está sincronizada. Después de eso, las ondas son un borrón de
frecuencias diferentes que se solapan. Además, la lectura de tu frecuencímetro será normalmente
baja y fuera de la banda deseada. Normalmente, ajustando el acoplador se corrige instantáneamente.
Fíjate en los pasos por el cero
En frecuencias incluso superiores, como 15 y 10 metros, tu onda senoidal puede tener más
modulación de frecuencias bajas y estar ligeramente borrosa como se ve abajo. Cuanto más alta sea
la frecuencia más difícil se hace su pureza. Además, por encima de 20 metros se va haciendo más
difícil cada vez saber qué es un defecto del osciloscopio y la sonda y qué va a salir realmente por la
antena. Una indicación fiable de que todo va bien es cuando la imagen se enfoca lo bastante para
ver claramente los pasos por el cero.
Una señal correcta de 10 metros
232
Por el contrario, la señal que se muestra abajo está demasiado borrosa. ¡Ajusta tu acoplador!
Esta señal de 10 metros necesita que la ajusten
Ajustando para el máximo de potencia
Yo ajusto mi acoplador buscando la máxima amplitud en mi cable de antena de una onda senoidal
perfectamente enfocada. Esto me da una medida aproximada de la impedancia de la antena. Por
ejemplo, supón que primero conecto mi carga resistiva en 80 metros y obtengo unos 50 vatios. A
continuación trato de cargar mi dipolo de 40 metros en 80 metros. Usando el acoplador, carga y
produce una onda senoidal limpia. Desgraciadamente, los picos de 300 voltios en el cable coaxial
con una señal de 50 vatios sugieren una impedancia de antena realmente alta, unos 900 ohmios. Si
la antena fuera de 50 ohmios, vería unos 70 voltios de pico. En mi experiencia, con un ajuste tan
malo, puede ser seguro para el transmisor, pero nadie podrá oírme.
Un osciloscopio para trabajar en bandas de radioaficionados de HF debe estar garantizado hasta al
menos 50 MHz. Un osciloscopio nuevo como este costará al menos 2000 $, pero no es un buen
precio. Mi osciloscopio Tektronics 5441 se vendía originalmente por 11 000 $ en 1976. Hoy ese
osciloscopio o sus equivalentes pueden comprarse de segunda mano por 400 $ o menos.
Una radio de FM detectará serias impurezas de frecuencias
Un problema serio de emisiones espúreas causará un rugido de estática en tu radio de FM. Por otra
parte, a veces la radio de FM simplemente enmudece. Puede no ser un problema del transmisor.
Podría ser que la FI de la radio está saturada por tu señal. O también podría haber un armónico de la
frecuencia del transmisor que interfiere con la estación de FM. En cualquier caso la radio de FM
simplemente enmudece.
Amperímetro de la fuente de corriente continua
Siempre está bien saber cuánta corriente consume el transmisor. Además, la corriente consumida es
otra indicación del ROE (Relación de Ondas Estacionarias). Es decir, lo bien que está ajustada tu
antena. Cuando se opera correctamente, 50 vatios de salida deberían consumir unos 8 o 10
amperios. Si consumiera 15 o 20 amperios significaría que estás completamente fuera de sintonía y
el amplificador final se está calentando rápidamente.
233
Un frecuencímetro típico de HF
Frecuencímetros
El problema más persistente al que enfrenta un constructor casero es la deriva de frecuencia. Los
transceptores comerciales usan circuitos de síntesis de frecuencias sincronizados con osciladores de
cristal inusualmente estables. También tienen pantallas incorporadas que indican la frecuencia con
una precisión de una fracción de hercio. Esta cantidad de precisión nunca está justificada por las
especificaciones, pero ¡oye! El tipo con el que estás operando no se ha leído las especificaciones de
su transceptor y cree que esa indicación es sagrada. Como los constructores caseros usamos
osciladores simples, tenemos deriva y nuestros contactos se dan cuenta.
Cuando opero, tengo 2 sondas de osciloscopio en la línea de antena. Uno va al osciloscopio y el
otro va a un frecuencímetro. Un buen frecuencímetro es vital porque la mayoría de las frecuencias
que debes medir están demasiado cerca entre sí para simplemente contar divisiones en la pantalla
del osciloscopio. Cuando el transmisor opera correctamente, la pantalla del frecuencímetro está
estable hasta las decenas de hercios y no va bailando por ahí. Las mismas condiciones que causan
ondas senoidales borrosas en el osciloscopio causan que el frecuencímetro tenga lecturas bajas e
inestables. Por ejemplo, si estás cargando en 15 metros y el frecuencímetro dice algo como
“20,68XXX” con los últimos dígitos cambiando cada segundo, estás desajustado. No te quedes
satisfecho hasta que el frecuencímetro marque lo que debe y se quede ahí. Es decir, debes tener una
lectura estable de una frecuencia legal, como “21,12089”. Los frecuencímetros pueden ser una
ganga si los compras usados. Mi Hewlett-Packard se vendía originalmente por unos 2000 $, pero yo
pagué 60 $ por él.
Filtros de paso bajo
Cuando operas un equipo de construcción casera, se puede afirmar con seguridad que
ocasionalmente generarás armónicos fuera de banda, especialmente mientras cargas tu antena. Un
filtro de paso bajo es un seguro simple contra la generación de interferencias por encima de alguna
frecuencia de diseño. Otra forma en que minimizo el problema de ruido fuera de banda es tener una
tabla de la configuración del acoplador para cada banda pegada a la pared. Así cuando cambio de
bandas el acoplador ya está bastante bien ajustado antes de empezar a transmitir.
Instrumentos no tan útiles
Medidores de potencia No he encontrado los medidores de potencia particularmente útiles. Tengo
uno comercial que ofrece lecturas que se corresponden bien con la luz que produce la bombilla de
una carga resistiva. Mi medidor de potencia de construcción casera no es tan bueno. Lo importante
es que los medidores de potencia sólo te dicen la potencia que se envía a la antena. Necesito saber
más que eso para evitar malos informes de señal y tarjetas de los OO.
Medidores de mínimo de reja En los días de antaño úsabamos “medidores de mínimo de reja”
para medir frecuencias. Un medidor de mínimo de reja mide la frecuencia de una bobina resonante
234
poniendo una bobina secundaria cerca a la bobina de destino. Las corrientes de RF inducidas en la
bobina producen un descenso o “mínimo” en la lectura del medidor cuando el mando de sintonía
del medidor está sintonizado a la frecuencia de resonancia. La frecuencia aproximada puede leerse
entonces en el dial. Los medidores de mínimo de reja no son muy precisos, pero nos llevan a la
banda de radioaficionados correcta. Las bobinas de hoy están devanadas normalmente sobre
toroides de ferrita. Los medidores de mínimo de reja no funcionan bien en los toroides porque el
campo magnético está confinado en el bucle cerrado. Prácticamente no hay fugas afuera del toroide
donde insertar el medidor de mínimo de reja.
Analizadores de espectro Un analizador de espectro sería fantástico para un constructor casero.
Miden la pureza de las señales del transmisor y se habla con frecuencia de ellos en los artículos de
transmisores de construcción casera. Desgraciadamente, incluso un analizador de espectro usado
con suficiente precisión es caro; mucho miles. Ya que no puedo permitirme uno, no me son útiles.
Sin esta herramienta, tengo que “interpretar” lo que veo en el osciloscopio y el frecuencímetro. Por
suerte, eso no es difícil.
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Relés de antena
Conmutando de transmisión a recepción
Si conectas simultáneamente tu receptor y tu transmisor a la antena, puedes quemar las etapas de
entrada del receptor cuando transmitas. Cuando comienzas a salir al aire con tu transmisor QRP, sin
duda te irritará la necesidad de usar una antena separada para el receptor. Una torpe solución sería
montar un conmutador manual para cambiar la antena del transmisor al receptor y viceversa cada
vez que cesas de transmitir. Eso sería ineficiente, cuando menos. Si tienes que operar más de 1
conmutador cada vez que cambias de emisión a recepción, estarás en seria desventaja cuando tratas
de trabajar un DX o en concursos. En realidad, ni siquiera 1 conmutador estaría acorde con las
técnicas modernas.
Los transceptores de hoy día tienen “manipulación interrumpible”. Cuando dejan de emitir, el
receptor entra en funcionamiento automáticamente. Los que no construyen sus equipos pueden no
ser conscientes de que conmutar la antena es un problema. Yo aún no he dominado la manipulación
interrumpible y todavía uso un conmutador para cambiar de emisión a recepción. Incluso así, para
cuando mi receptor entre en acción, generalmente sólo oigo de mi contacto las 3 o 4 últimas letras
de mi indicativo, “... IYE”. El otro operador ya ha comenzado a transmitir y ha emitido “KØ” antes
de que mi receptor vuelva al aire. Como puedes ver, operar con 1 conmutador es lo mínimo que se
puede pedir.
Requisitos de un relé de antena
Un relé de antena es normalmente un conmutador de 1 circuito y 2 posiciones. La línea de antena
externa está conectada al contacto común. Este contacto conecta con el del receptor en su posición
de reposo. Cuando se activa el relé, el contacto móvil cambia y conecta con el del transmisor.
235
Esquema de un relé de antena El inversor opcional con transistor conecta el relé cuando la línea
de alta impedancia se conecta a masa.
Por desgracia, los relés normales tienen demasiada impedancia en 10 metros. Dentro del relé deben
circular corrientes de RF por un cable que puede tener de 2 a 5 cm. Este cable no es una línea de
transmisión coaxial ni una tira ancha de baja inductancia. El resultado es que los relés
convencionales suelen funcionar mal en 10, 12 y 15 metros. Con “mal” quiero decir que no importa
cómo ajustes el acoplador de antena, no puedes llevar una señal perfectamente enfocada a la antena.
(Consulta el artículo anterior sobre cómo se comprueba un transmisor de construcción casera.) De
hecho, el amplificador final puede quedarse en el “modo de ruido” y no producir una onda senoidal
en absoluto. Puedes comprobar si el problema es del relé puenteándolo y conectando el
amplificador final directamente al filtro de paso bajo o al acoplador de antena. Una vez que el relé
esté fuera del circuito, verás con frecuencia que el problema está resuelto y el acoplador de antena
cargará la antena perfectamente.
Relé de antena de construcción casera
Existen, por supuesto, relés comerciales con cable coaxial que resuelven este problema. Yo construí
un relé utilizable a partir de un minúsculo relé de 10 amperios para 120 voltios de corriente alterna
(Radio Shack código # 275248A). Lo importante de todo esto es lo de “minúsculo”. Ya que el relé
es de miniatura, los cables dentro del mismo son muy cortos. Dejé los cables de RF al transmisor lo
más cortos posible haciéndolos con rectángulos pequeños de placa de circuito impreso. Las
conexiones sólo tenían que recorrer unos 16 mm (5/8 de pulgada) desde los conductores centrales
de los conectores de RF SO-239 hasta las patillas del relé.
La conexión a la antena del receptor no es tan crítica. Por lo tanto, fue realizada con un cable
coaxial RG-174 de unos 7 cm. La malla del cable sólo va conectada a masa en uno de los extremos.
Tales precauciones redujeron suficientemente la inductancia de los cables del relé. Ahora, cuando
236
cargo mi antena vertical de 10 metros, funciona igual de bien con o sin el relé intercalado. La
bobina del relé se activa con otro cable corto RG-174 que va al conector RCA de la derecha. Blindé
el cable de 12 voltios porque trataba de alejar la RF de mi fuente de alimentación. Este objetivo era
más fácil para mí usando el inversor lógico para la bobina del relé. No te molestes en construir el
inversor si no lo necesitas.
Conectando la alimentación del transmisor
En muchos diseños de transmisores de construcción casera, el relé de antena tiene otro juego de
contactos para conectar la fuente de alimentación al transmisor. Un transmisor controlado por VFO
es mucho más complejo que uno QRP controlado a cristal. Normalmente hay 1 o más osciladores
activos que hay que desconectar en recepción. Si no, los oirás como silbidos en el receptor. El relé
“doble” que hay en los transmisores antiguos de radioaficionados es normalmente uno de 2
circuitos y 2 posiciones (DPDT). En otras palabras, este relé es un doble SPDT. La línea de
alimentación va a un contacto común. En reposo, este contacto alimenta el circuito de sintonía y
quizá también el receptor. El “conmutador de sintonía” te permite conectar el oscilador de cristal o
el VFO del transmisor para averiguar dónde está tu señal en relación con la del contacto al que estás
escuchando.
Si pones a masa un lado de la bobina del relé, activas tanto el relé de antena como el de
alimentación. En otras palabras, esta línea de control lleva 12 voltios. Cuando la línea se pone a
masa con el conmutador de transmisión-recepción, esta línea activa el transmisor. Este misma señal
puede usarse para silenciar o desactivar el receptor. Alternativamente, el relé de alimentación del
transmisor puede desconectar la energía del receptor y transferirla al transmisor.
He construido 3 transmisores que usan relés de 2 circuitos y 2 posiciones para hacer tanto la
conmutación de antena como la de alimentación. Excepto el problema de los 10 metros que he
explicado antes, esos relés grandes funcionaron bien al principio. Pero al final, el lado de
alimentación acabó funcionando intermitentemente. Por esta razón, si vas a usar un transmisor de
50 o 100 vatios, haz planes para conmutar al menos 20 amperios. Recomiendo usar un relé de 30
amperios y tal vez así el tuyo no se convierta en intermitente. Por supuesto, cuanto más grande sea
el relé, más difícil será usar una de las secciones como relé de antena. Finalmente me rendí y usé
relés separados para la alimentación y la antena. Cuando pulso el pequeño conmutador de
transmisión-recepción en la caja de mi manipulador, activa las bobinas de ambos relés.
Evita los relés de potencia
Otro problema de los relés es que, cuanto más grandes son, más corriente necesitan para activarlos.
La bobina de un relé de 20 o 30 amperios puede consumir de 100 a 200 mA de corriente para
activarse. Aún mejor, ¡no uses relés de alimentación! Usando el manipulador QRP descrito en el
capítulo 6 como modelo a seguir, puedes usar transistores de potencia MOSFET de canal P para
conectar el transmisor o el receptor. Abajo ves el esquema de un conmutador de potencia de alta
237
corriente con MOSFET de canal P.
El conmutador de potencia con MOSFET de arriba usa 4 MOSFET de canal P en paralelo. Cuando
conducen, los MOSFET se asemejan a resistencias pequeñas de 0,15 ohmios o menos. Esto
significa que muy poca tensión se desperdicia en el conmutador. Cuando más grande sea el
MOSFET, menor será su resistencia. Al poner varios en paralelo, la resistencia puede ser aún
menor. Los MOSFET grandes de tipo TO-3 pueden atornillarse a un disipador para mantener la
temperatura lo más baja posible. De lo contrario, según suba la temperatura, subirá la resistencia
interna de los transistores.
Los MOSFET de canal P son los más fáciles de usar porque puedes activarlos simplemente
conectando sus puertas a masa. En mi primer transmisor usé 2 MOSFET grandes de tipo TO-3.
Apenas se calentaban estando atornillados a un disipador grande. En mi segundo transmisor usé 4
MOSFET más pequeños en encapsulado TO-220, tipo RFP30P05 de canal P. (Date cuenta de que
puedes decodificar el número de tipo: 30 = 30 amperios, P = canal P y 05 significa 50 voltios.)
En realidad, para un tamaño y tensión máxima dados, los transistores de canal N son superiores a
los de canal P. Los de canal N tienen normalmente 1/3 de la resistencia de conmutación. Por
deagracia, para activar un MOSFET de canal N necesitarías una fuente de alimentación de 24
voltios para hacer que la puerta estuviera 12 voltios por encima de los 12 voltios de la alimentación.
Cada decisión conlleva su compromiso.
La resistencia de 2,4 Kohmios de puerta a fuente asegura que el transistor queda en corte cuando se
abre el interruptor. El diodo zéner de 15 voltios en las puertas es aconsejable porque, en mi
transmisor, las puertas de los transistores están en paralelo con la bobina del relé de antena. Cuando
el conmutador de transmisión-recepción se abre, puede aparecer una tensión elevada en la bobina
del relé, y podría dañar las puertas de los transistores.
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Tarjetas QSL hechas en casa
No hecho de menos las tarjetas QSL de antaño. Hace 40 años, las tarjetas más comunes se
compraban en World Radio Labs. Tenían un mapa de los EE.UU. con el indicativo de uno impreso
en rojo sobre él. Parecía que el resto tenía tarjetas de Allied Radio. Las tarjetas de Allied eran
simples tarjetas blancas con el indicativo en letras grandes de color naranja con un par de bandas
naranjas. Esos diseños eran bastante atractivos, pero ya que así eran la mayoría de las que recibías,
las tarjetas de QSL eran bastante monótonas. Por aquel entonces, si comprabas tarjetas QSL que
hubieran sido competitivas con las comerciales de hoy día, hubieran costado una fortuna. Dibujar a
mano mis propias tarjetas fue divertido, pero sólo para las 2 o 3 primeras. Después de eso, era un
proceso demasiado lento para ser práctico. Me las arreglé para hacer una plantilla tosca e imprimir
238
algunas tarjetas bastas en blanco y negro que era apenas aceptables, pero desde luego parecían
primitivas.
Desde la era de las fotocopias, los ordenadores, las cámaras digitales y las impresoras en colores,
hacer tus propias tarjetas QSL en colores se ha convertido en un juego. Aparte de saber cómo usar
un ordenador convencional, no es en absoluto técnico. Me atrevería a decir que los típicos jóvenes
de 12 años pueden hacer unas tarjetas estupendas, incluso aunque sus padres no sepan.
Considerando lo fácil que es, me decepciona que tan pocos radioaficionados se hagan las suyas.
Esas tarjetas tiene mucha más “alma” que las comerciales producidas en masa.
Aquí hay unos pocos ejemplos de tarjetas de fabricación casera. Las 2 de la izquierda se han hecho
con Microsoft Paint, Mac Draw o un programa de dibujo similar. Las de la derecha han sido
realizadas con dibujos hechos a mano y luego fotocopiándolas. Se imprimieron en tarjetas de índice
de 5 x 8 pulgadas y luego se recortaron al tamaño de una postal. ¡Realmente, no es tan complicado!
Mi amigo Jack, KØHEH, usó su cámara digital para tomar la imagen de una montaña cercana.
Luego usó un programa gratuito de diseño de QSL para superponer su indicativo sobre la imagen y
acabó teniendo una hermosa tarjeta. Las tarjetas pueden imprimirse en una impresora en colores
usando papel de calidad fotográfica. El resultado es muy elegante.
Arriba puedes ver 4 ejemplos más. La tarjeta del Boulder Amateur Radio Club, WØDK, es la
superior izquierda, y se pudo hacer con una cámara digital tal como he dicho antes.
Alternativamente, uno podría comenzar con una foto normal en colores y un digitalizador. La tarjeta
con foto de abajo a la izquierda es de Paul, WAØNXZ. Esta tarjeta podría haberse hecho con un
digitalizador o una cámara digital, pero esta tarjeta en particular resulta ser una postal con el
239
indicativo escrito a mano en la parte superior. Es una tarjeta bonita, pero comprar postales es
bastante caro. El tipo de la tabla de surf con el transmisor portátil de la parte superior derecha es
Tom, KQ6DV. Él hizo lo mismo, pero redujo costes prescindiendo del color y del papel de calidad
fotográfica. La tarjeta que está abajo a la derecha es de John, KB2JKS. Él hizo un dibujo complejo
a mano y luego lo fotocopió en las tarjetas.
Hay montones de maneras de hacer tarjetas de QSL hoy. Y todas esas tarjetas son más interesantes
que las comerciales. Sí, imprimir tarjetas en tiradas pequeñas es caro. Pero la mayoría de nosotros
no envía millones de tarjetas de todas formas. Hacerlas tú mismo te permite modificarlas con la
frecuencia que quieras. No tienes que quedarte con un error en la tarjeta para las próximas 200
copias. Incluso si sólo se trata de tarjetas de QSL, ¡viva la construcción casera!
240
Capítulo 10
Osciladores de Frecuencia Variable (OFVs)
No tardarás mucho en sentirte frustrado estando limitado en una frecuencia controlada a cristal. Te
gustaría tener un botón de sintonía que cubriera toda la banda y no sólo unos pocos kilohercios. Esto
suena simple, pero no lo es. Es difícil porque, sin la estabilidad de un cristal, un oscilador de RF normal
patinará centenares de hercios mientras estás transmitiendo. El colega con el que estás hablando
probablemente tiene un transceptor moderno con una banda de paso estable y estrecha. Desde su
perspectiva tu señal patina rápidamente fuera de su banda de paso. Su dial digital está calibrado hasta
las décimas de Hercio y se complacerá grandemente en comunicarte TU PROBLEMA.
La deriva es un gran problema de hoy
En los viejos días, como en 1950, las bandas de paso de los receptores eran normalmente enormes,
como 10 o 20 kilohercios. Así que podrías patinar un buen trozo antes de que tu corresponsal llegara a
notarlo, hasta que ya no pudiera oírte. Además, todo el mundo patinaba un poquito en aquellos días, así
que no valía la pena mencionarlo. En los días de los pioneros, hacia 1930, las señales patinaban tanto
que los radioaficionados solían sintonizar sus receptores con una mano mientras copiaban el código
Morse con la otra.
Un OFV de 5 MHz sintonizado con un condensador variable mecánico
Un oscilador de frecuencia variable estable puede sustituir a un oscilador a cristal. Este capítulo resume
lo que aprendí en mi odisea por seis prototipos de OFV. Mis primeros OFVs patinaban centenares de
Hz y tuve muchas quejas. Después de que añadiera una compensación en temperatura, reduje la
inestabilidad hasta 20 Hz de deriva por minuto. Algunas estaciones notaron la deriva de 20 Hz por
241
minuto y unas pocas incluso me lo dijeron. Entonces monté una fuente de alimentación super regulada
para el OFV y reduje la deriva a unos 5 Hz. Te sugiero que evites la vergüenza y vayas directamente a
por los 5 Hz. De acuerdo con el Handbook de la ARRL, +/- 5 Hz es todo lo mejor que puedes
conseguir sin usar bucles de enganche de fase (PLL).
El equipo de medida necesario para montar un OFV es un polímetro de precisión para medir tensión
hasta el milivoltio y un patrón de frecuencia. Un receptor super-exacto y moderno está bien, pero un
frecuencímetro es mejor para esta aplicación. La parte más complicada de montar un OFV estable es
seguir todas las instrucciones detalladas sobre como hacerlo. Si tú eres como yo, tendrás problemas
para creer que todas esas trivialidades son realmente necesarias. Sí, puedes cortar unas pocas esquinas,
pero cuantos más compromisos hagas, más patinará tu OFV.
Los OFVs de frecuencias bajas patinan menos que los de frecuencias altas
Para transmisores de HF que trabajen en 160 metros (1.8 a 2.0 MHz en los USA) o 80 metros (3.5 a 4.0
MHz), es fácil montar un OFV para esas frecuencias. Luego puedes amplificar la señal del OFV
directamente. Por ejemplo, si tú tuvieras un QRP controlado por cristal diseñado para 80 metros, un
OFV para 80 metros podría enchufarse directamente en el zócalo del cristal. Podrías querer atenuar la
señal un poco antes de sustituir directamente un cristal, pero el OFV puede sustituir al cristal y
permitirte desplazarte por toda la banda. Si puedes construir un OFV de los mejores para 40 metros, esa
banda también sería alcanzable. Desgraciadamente, para un nivel dado de sofisticación y precisión, la
deriva de frecuencia es directamente proporcional a la frecuencia. Probablemente encontrarás que en
algún punto sobre 5 MHz hay demasiada inestabilidad para mantener la deriva bajo 5 Hz por minuto.
Para construir un OFV para 40 metros o bandas más altas, un OFV de frecuencias bajas es “convertido”
a la frecuencia alta deseada. Esto se hace mezclando el OFV con un oscilador a cristal de frecuencia
alta y luego filtrando la frecuencia suma. La conversión de frecuencia es tratada en el capítulo 11.
Considerando el tamaño de la mayoría de las bandas de aficionado, un OFV tiene que cubrir al menos
0.5 MHz. Cuanta más alta sea la frecuencia básica del OFV, mayor será el margen que puedas
conseguir. Los proyectos de OFV del Handbook de la ARRL tienen varias frecuencias desde 1.75 a 9
MHz. El OFV de mi transmisor de CW cubre de 3.5 a 4.0. El OFV de mi receptor cubre de 5.0 a 5.5
MHz. Mirando atrás si volviera a empezar habría montado primero el OFV de 5 MHz, puesto que esa
frecuencia resulta ser más versátil. La desventaja de un OFV de 5 MHz es que no puede usarse en
ninguna banda de radioaficionado directamente y cada banda necesita un circuito conversor de
frecuencia.
Transistores JFET
Los transistores de unión de efecto de campo (JFETs) son ideales para construir OFVs. Al contrario de
los transistores bipolares, la corriente principal de drenador a fuente no pasa por ninguna unión PN. Las
uniones PN cambian sus características con la temperatura. Por tanto, los OFVs hechos con transistores
bipolares tienden a patinar más que los hechos con JFETs. Los JFETs trabajan con el mismo principio
que un MOSFET, pero la puerta de control es un diodo de unión PN en vez de un condensador, Los
JFET fueron explicados y usados en el OFV del receptor de conversión directa del capítulo 7.
242
EL CIRCUITO DEL OFV
El oscilador básico
En principio el OFV es casi lo mismo que un oscilador a cristal de cuarzo. El cristal es eléctricamente
equivalente a un circuito LC resonante. Por tanto, para sintonizar un OFV usamos o bien un
condensador variable o una inductancia variable para cambiar la frecuencia de resonancia. Por lo que
yo sé, las bobinas variables apropiadas no pueden comprarse o construirse en un sótano. Eso significa
que el elemento de sintonía tendrá que ser un condensador variable, como el que usaste para ajustar la
frecuencia del cristal en tu QRP.
El circuito de arriba es esencialmente lo que encontrarás en tu Handbook de la ARRL. Usa un transistor
JFET. El oscilador es un Colpitts y puede ser reconocido por el divisor capacitivo de realimentación,
C3 y C4. Siempre que la tensión de fuente sube, parte de este cambio es acoplado a la puerta a través
de C3. Esto activa más al JFET. Esto es, la realimentación es positiva, lo que mantiene la oscilación. El
circuito resonante LC básico que sintoniza la frecuencia es C1 y L1. C2 es un condensador trimer que
ayuda a ajustar el margen de sintonía deseado.
¿Entonces cuáles son los valores de C1, L1, C2, etc.? La respuesta no es fácil. Empezamos con un
condensador variable de calidad para C1 como se describe más abajo. Por varias razones, C1 será de
unos 30 pF. Empezando con este condensador y el margen de sintonía de 0.5 MHz, los otros valores
deben ser determinados por prueba y error. Los valores son tremendamente difíciles de calcular porque
C3, C4 e incluso el diodo 1N914 son parte de la capacidad. No intentes demasiado conseguir los
valores hasta que hayas estudiado este capítulo completo y formulado un plan para tu OFV. Como
verás más tarde, C2, C3 y C4 son parte de la estrategia de compensación de temperatura y tendrán que
ser determinados por esas consideraciones primero. Cuando hayas decidido que hacer con C3 y C4,
entonces podrás trabajar sobre L1 y C2.
El diodo 1N914 en la puerta parece contraproducente, pero se usa como fijador para mantener la puerta
del transistor JFET fuera de la región de conducción directa. Eso es, cuando la oscilación se hace
demasiado fuerte y la unión P-N de la puerta empieza a conducir a los 0.6 voltios, el diodo ayuda a
evitar la operación en ese margen. El OFV es alimentado a 12 voltios. Sin embargo, la etapa del
oscilador y su buffer son alimentados a 5 voltios procedentes de un regulador con diodo Zener (Z). Esto
se hace para disipar tan poca energía como sea posible en el oscilador y evitar que los componentes se
calienten.
243
El circuito del OFV completo
Aquí está el circuito del OFV completo, excluyendo la compensación de temperatura. Como ves, el
OFV también contiene una etapa buffer y un amplificador final. La compensación de temperatura
consiste en circuitos especiales que sustituyen a C2 o C4.
Buffer
La etapa de buffer separa el oscilador del amplificador final. De otro modo habría una sutil conexión
entre la carga a la salida del OFV y el oscilador. Lo creas o no, sin el buffer so cambias la carga
ligeramente, la frecuencia también cambiará. El buffer se conecta a las otras etapas por C5 y C6. Estos
condensadores deberían ser todo lo pequeños posible para reducir la conexión entre el oscilador y el
amplificador final.
Amplificador final
El amplificador final eleva la salida del OFV al nivel necesario para excitar el transmisor. La etapa
excitada en el transmisor es normalmente un mezclador que ya describiremos en el próximo capítulo.
Pero si el OFV está diseñado para la banda de 80 metros, entonces la próxima etapa tras el OFV podría
ser una serie de amplificadores en clase C para aumentar la potencia de salida al nivel final, digamos 5
o 50 vatios. La etapa final del OFV necesitará sacar una onda senoidal de al menos dos voltios de pico.
Puesto que hemos mantenido deliberadamente bajas las señales del oscilador y buffer, el amplificador
final debe ser un amplificador lineal o de clase A para subir el nivel de señal hasta 2 a 5 voltios de pico.
244
La excitación a este transistor es polarizada con una resistencia de 33K de manera que esta etapa esté
siempre en activa.
Filtro pasa bajos
La excitación del transmisor debería ser una senoidal tan pura como sea posible para evitar radiar
armónicos fuera de la banda. Un filtro pasabajos en la salida atenúa la mayoría de los armónicos por
encima del margen de frecuencias deseado. Se muestra un filtro pasabajos de Chebyshev diseñado para
una carga de 500 ohmios. En el capítulo 6 se describieron filtros Chebyshev diseñados para 50 ohmios.
Sin embargo, aquí no necesitamos potencia, sólo tensión. Por tanto el filtro está diseñado para 500
ohmios, lo cual da bastante potencia para esta aplicación. Se dan los valores para tanto un OFV de 80
metros (3.5 a 4.0) o un OFV de 5 MHz (5.0 a 5.5 MHz).
Los 50 secretos para evitar la deriva
Imagina que fueras a montar el OFV de arriba sin leer los detalles que están en los párrafos siguientes.
Cuando lo encendieras por primera vez, te decepcionará encontrar que patina una centena de Hz por
minuto o más. La deriva está causada por la variación de temperatura. Los componentes se dilatan y
contraen con los cambios de temperatura y eso provoca pequeños cambios en la capacidad y la
inductancia de los componentes. El aire que circula por la placa no permite que la temperatura se
estabilice. La deriva es evitada evitando cambios de temperatura y eligiendo componentes que cambien
lo menos posible con la temperatura.
La construcción de OFVs es una forma de arte tan arcana como la receta secreta de tarta de la abuelita
o los puntos adecuados para construir coches para el Cub Scout Pinewood Derby. Como verás, deben
haber 50 maneras para mejorar el problema de la deriva. Nunca he construido un OFV que fuera
completamente estable y probablemente nunca lo haré. Pero quizás sea porque sólo conozco los 14
secretos listados abajo. Si aplicas tantos como sea posible, deberías quedar dentro del objetivo de los 20
Hz – y quizá incluso bajo 5 Hz.
Secreto nº1. Transistores de efecto de campo (JFETs) El primer secreto de un OFV estable es usar
un JFET en lugar de un transistor bipolar. Como se ha descrito antes, un transistor de efecto de campo
es mejor porque es menos sensible a la temperatura. Yo he usado JFETs de canal N 2N3823, 2N5484 y
2N4416 para los osciladores. Mi impresión es que cualquier FET de canal N pequeño funciona bien.
Secreto nº2. Sella el OFV en una caja metálica. Simplemente el proteger el OFV de las corrientes de
aire causa una mejora enorme. Usa una caja pesada y de fundición para que la temperatura cambie
lentamente por lo menos. En contraste, una caja ligera de lámina de aluminio se calentará y refrescará
rápidamente. Por otro lado, CUALQUIER caja es una gran mejora respecto a no tener el circuito
aislado de las corrientes de aire.
Secreto nº3. Usa placa de circuito impreso de una sola cara. Una placa de doble cara es como un
condensador, esto es, láminas finas de metal están pegadas a una capa dieléctrica. Desgraciadamente, el
condensador resultante tiene un coeficiente de temperatura significativo. Cuando la temperatura
aumenta, el material de la placa se dilata (se engrosa) y la capacidad de la placa disminuye. Si el OFV
está construido sobre pistas y nodos que cambian de capacidad respecto a la masa, la frecuencia del
oscilador cambiará ligeramente.
Secreto nº4. Montar la placa del oscilador sobre separadores y lejos de las paredes de la caja.
Usando el mismo principio que antes, no montes la placa de una sola cara pegada a la caja metálica.
Elevando la placa por encima de la caja, la capacidad entre las pistas y la caja metálica se minimiza.
245
Secreto nº5. Elige y monta con cuidado todos los componentes que afecten al circuito LC del
oscilador. Todos los componentes L y C del oscilador deberían ser diseñados para la mínima deriva en
temperatura. Refiriéndonos al diagrama, no solo los condensadores C1 y C2 afectan a la frecuencia.
Los condensadores en serie con el condensador de 220 pF, C3, C4 e incluso C5 afectan a la frecuencia.
Al menos en una pequeña parte TODOS los componentes en contacto con estos condensadores pueden
afectar a la deriva en frecuencia. Estos incluyen el diodo, el choque de RF, el transistor y la resistencia
de 100 K.
Secreto nº6. Los condensadores variables mecánicos deberían ser elegidos con cuidado. Aunque
los condensadores variables mecánicos son difíciles de encontrar, pueden ser la mejor solución para ti.
Elige un condensador de unos 30 a 60 pF, no más grandes. Los condensadores variables de alta
capacidad son demasiado sensibles a los cambios de temperatura. Los menores no cubren lo suficiente.
No usar un condensador con placas de aluminio – varían demasiado con la temperatura. El bronce es el
mejor metal. Intenta encontrar un condensador con placas anchas y ampliamente espaciadas. Las placas
delgadas como hojas de papel son compactas, pero varían mucho con la temperatura. Si la sintonía del
condensador es lineal con los grados de rotación, la frecuencia que generará será un poco no lineal.
Idealmente, las placas del condensador deberían tener una forma no lineal que les permite sintonizar un
circuito LC de manera que la frecuencia sea lineal. Gira el condensador a lo largo de su margen y verás
que los condensadores compensados tienen placas de rotor que no son simples semicírculos. Cuando
giran, no se mezclan con las placas del estator en el mismo punto. La corrección no lineal no es
imprescindible, pero es algo a tener en cuenta.
Secreto nº7. Los varactores son los elementos de sintonía más estables. Es difícil comprar
condensadores variables que sean mecánicamente y termalmente estables. Collins Radio hace años
sintonizaba sus OFVs con bobinas sintonizadas con núcleos de polvo de hierro especiales, pero nunca
he visto ninguno a la venta. Un diodo varicap controlado con un potenciómetro de calidad es una buena
solución a estos problemas. Los varicaps son un tipo de diodos de silicio polarizados con tensión
continua. En mi experiencia los varicaps son de un orden de magnitud más estables termalmente que
los condensadores variables. Y son al menos dos órdenes de magnitud más estables mecánicamente.
Puedes golpear el OFV con tu mano y, aunque otros componentes pueden vibrar, el varactor no
cambiará su capacidad. Desafortunadamente, los varicaps producen una escala no lineal en el botón de
sintonía. Esto significa que tienen mucho recorrido en el extremo alto de frecuencia mientras que el
extremo bajo puede estar comprimido en unos pocos grados de rotación. Para ser usable, el
potenciómetro debe ser no lineal para compensar. Los varicaps son descritos con detalle más adelante.
Secreto nº8. Usa condensadores fijos del tipo NP0. Cuando elijas condensadores, búscalos del tipo
NP0. Estos se supone que tienen el cambio de temperatura mínimo. Úsalos para TODOS los
condensadores fijos del circuito LC.
Secreto nº9. Usar varios condensadores NP0 en paralelo para alcanzar un valor determinado. Si
debes usar condensadores fijos en paralelo con C1 y C2, es mejor usar varios pequeños en paralelo que
un solo condensador grande. La temperatura de un condensador pequeño se estabiliza rápidamente,
mientras que el calor sube más lentamente en un condensador más grande.
Secreto nº10. La compensación de temperatura en el circuito LC es esencial. Me llevó cuatro
prototipos el aceptarlo, pero la compensación de temperatura es tan importante como el poner el OFV
en una caja. Mucha gente afirma haberlo conseguido sin ella, pero yo nunca lo he hecho. El no usar
compensación de temperatura implica que cada condensador e inductancia del OFV deben tener un
coeficiente de temperatura cero. Alternativamente, todos los coeficientes negativos deben ser
compensados precisamente con componentes que tengan coeficientes positivos de temperatura. ¡Buena
suerte cuando lo hagas!. Los circuitos de compensación se describirán más tarde.
246
Secreto nº11. Usar una bobina de núcleo de aire. Como es normal, es muy conveniente usar un
núcleo toroidal de polvo de hierro. Desafortunadamente, el polvo de hierro cambia su permeabilidad
(factor de magnetismo) con la temperatura. Por tanto, no usando el hierro otra variable es eliminada.
Yo he usado con éxito tubos de bolígrafo de plástico viejos como pequeñas formitas para bobinas de
núcleo de aire. Taladré agujeros pequeños en el plástico para meter trozos pequeños de hilo de cobre
rígido que sirvieran como terminales. Si usas polvo de hierro, entre los núcleos de CWS (Amidon), el
tipo 7 se supone que tiene la mejor estabilidad en temperatura. Los núcleos del nº 6 de CWS Bytemark
(Amidon) me han funcionado razonablemente, pero quizás los del nº 7 sean un poco mejores. Si haces
una bobina dando vueltas de hilo de cobre sobre una forma de plástico, el cobre también cambiará
ligeramente sus dimensiones con la temperatura. Y puesto que una bobina de núcleo de aire necesita
más espiras de hilo, hay más oportunidad para que el cobre cambie sus dimensiones, su capacidad entre
espiras y también su resistencia. Finalmente, una bobina de núcleo de aire se acoplará como un
transformador a los componentes cercanos, mientras que un toroide de polvo de hierro se acopla
muchísimo menos. Bueno, nada es perfecto.
Después de que tengas la bobina devanada y trabajando en el margen adecuado de frecuencia, sellarla
con resina epóxica o pegarla a la placa. Sin la resina epóxica, la frecuencia gorjeará con la mínima
vibración. Una vez intenté usar bobinas sobre formita con núcleo. Eran fáciles de ajustar, pero eran
mecánicamente y termalmente inestables.
Secreto nº12. La estabilización de tensión de precisión para la alimentación del OFV es vital para
la estabilidad de frecuencia. La alimentación de 12 voltios para el OFV debe ser estabilizada. Los
estabilizadores de tensión normales como el LM317 o el LM7812 me dieron estabilización hasta 0.1
voltios. Esto era correcto para una estabilidad hasta una deriva de 20 Hz, pero para llevarla a menos de
5 Hz, necesitaba estabilizar mi fuente para el OFV hasta unos pocos milivoltios. Para conseguirlo,
construí una fuente de precisión que sólo alimenta al OFV. Cuanta menos corriente tenga que
suministrar, más contante será su tensión de salida. La fuente será analizada en detalle más tarde.
Secreto nº13. El OFV debería disipada la mínima potencia posible. Cuanta menos potencia disipe,
menos calentamiento ocurrirá dentro de la caja del OFV. También cuanto menor potencia sea disipada,
más fácil será el construir una fuente de precisión para alimentar el OFV. Por eso mi OFV fue diseñado
para una carga de 500 ohmios en vez de 50 como la mayoría de los circuitos RF de radioaficionado. El
OFV completo debería consumir menos de 20 mA, 10 mA sería incluso mejor.
Secreto nº14. Olvidar los osciladores a válvulas. Los radioaficionados de los viejos tiempos pueden
estar tentados a usar un oscilador a válvulas. Primero intenté actualizar un viejo OFV a válvulas, pero
las válvulas se calientan y hacen demasiado difícil la compensación de temperatura. Ya tendrás
suficientes problemas sin esta carga extra. Puedes usar transistores bipolares para el amplificador final
de tu OFV, pero no para el oscilador. Como una buena medida también puedes usar un JFET como
buffer.
Sintonía por dial Vernier e indicación de frecuencia.
Puesto que un OFV debe ser sintonizado precisamente a la frecuencia del corresponsal, es vital usar un
dial vernier entre el botón de sintonía y el condensador variable. En mi opinión, el botón de sintonía
debería girar completamente al menos tres veces para cada vuelta del condensador. Sin dial vernier,
será muy difícil sintonizar tu receptor o transmisor de manera precisa a la frecuencia del corresponsal.
Un mecanismo de desmultiplicación planetario es montado generalmente en el panel frontal. Los
tornillos torneados lo sujetan al eje del condensador variable que sale de la caja del OFV. Los
mecanismos de sintonía se combinan normalmente con diales e indicadores que puedes calibrar. Un
247
dial de papel puede ser marcado con tinta durante la calibración. Una tapa de plástico protege el papel
de la humedad.
En un OFV mostrado arriba usé un dial vernier de marca National Company. El interés reciente en los
QRPs ha hecho que estén disponibles de nuevo tras haber desaparecido algunos años. Busca los
anuncios en las revistas de radioaficionados. Desgraciadamente, estos diales son bastante caros. Para
algunos de mis OFVs usé mecanismos de desmultiplicación de sobrante militar que no tenían dial ni
puntero. Hice el puntero de placa de circuito impreso super fina pintada de negro. La calibración estaba
en cartulina blanca cubierta con un plástico de metacrilato de 1/8 de pulgada de espesor y atornillada al
panel frontal.
Si usas un diodo varactor como condensador variable, podrás encontrar un potenciómetro multivuelta
para tu sistema de sintonía. Esto resuelve el problema de la desmultiplicación, pero no ofrece una
forma para calibrar el dial. Algunos radioaficionados han construido complicados frecuencímetros o
voltímetros digitales como soluciones a la calibración del OFV. Todo lo que puedo decir es cuidado
con la circuitería digital en tus equipos de radioaficionado. Los circuitos digitales caseros casi siempre
generan ruido de RF que interferirá al escuchar señales débiles. Los fabricantes comerciales hacen
parecer fácil la tecnología digital, pero hasta ahora todos mis juguetes digitales han generado un
“soplido” estático del que me he arrepentido.
248
Sintonía por varactor
Cuando construía un nuevo receptor, tuve que construir otro OFV. En este prototipo exploré el sustituir
el condensador variable con varicaps (varactores). Las uniones P-N polarizadas en inversa bloquean el
flujo de la carga eléctrica como si fueran condensadores. No sólo actúan como condensadores, cuando
se polarizan en inversa son condensadores. Lo interesante de este comportamiento es que
polarizándolos con una tensión continua, digamos de 0 a 10 voltios, la capacidad puede ser variada
como en un condensador variable. Cuanto mayor sea la tensión de polarización, los iones del
semiconductor se usan y la carga que puede almacenar disminuye. En otras palabras, los diodos de
unión PN cambian su capacidad inversamente proporcional a la tensión de polarización. Los varactores
son condensadores variables por tensión.
Un OFV sintonizado por varactor. El potenciómetro
redondo ajusta la tensión sobre el varactor.
Los varactores son diodos de unión PN de silicio especializados que fueron diseñados con ese
propósito. Sin embargo, he visto circuitos de VFO que usan diodos de silicio normales como el 1N914
o el 1N4148 para este propósito. Una de las desventajas de los varactores es que a menudo no tienen
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mucha capacidad. De 5 a 20 pF es corriente. Debido a esto, no creía que pudiera conseguir suficiente
margen de sintonía de un varactor. Resultó que podía compensarlo usando dos o más varactores en
paralelo y disminuyendo el valor de los condensadores de realimentación C3 y C4. El margen de
sintonía no era problema.
Después compré un varactor del tipo MV104 de Motorola, que tiene una capacidad de 110 pF (!!!).
Este dispositivo tiene el potencial para dar el gran margen de sintonía que se necesita para cubrir la
banda de 10 metros. Además, puede ser operado en un margen estrecho de tensión de polarización y
por tanto resolver bastante el problema de la no linealidad.
Las ventajas de la sintonía por varactor son:
1. Los varactores son estables mecánicamente. Suponiendo que el potenciómetro que polariza tu
varactor es estable mecánicamente, entonces el OFV resultante será mecánicamente estable. Puedes
golpear la mesa con tu puño y la frecuencia apenas vibrará en el receptor. Con mis OFVs a
condensador variable, dar una palmada en la mesa es casi una manera práctica para cambiar la
frecuencia.
2. Los varactores son más estables en temperatura que los condensadores variables. Probando un
circuito de OFV con condensador variable con un secador de pelo, encontré que el flujo de aire
caliente sobre la placa del circuito hacía derivar la frecuencia cientos de Hz, a veces incluso KHz.
Cuando le doy el mismo tratamiento a mi OFV a varactor, el cambio de frecuencia es mucho
menor.
3. Los varactores son fáciles de conseguir. Los buenos condensadores variables de sintonía son
difíciles de conseguir, aunque a veces RF Parts Co. tiene condensadores usables en stock. En
contraste, los varactores siempre pueden conseguirse de Digikey, Mouser y otras compañías.
4. Los varactores son muy pequeños. Algunos de los que he usado son del tamaño de un grano de
arena. Soldarlos en mi placa de circuito impreso requirió paciencia, pinzas largas y lupa de joyero.
Un módulo de OFV hecho con un varactor puede ser mucho más pequeño que un OFV hecho con
un condensador variable.
5. Los OFVs a varactor pueden ser sintonizados por PLL. Puesto que el OFV a varactor se sintoniza
con una tensión continua variable, puede ser parte de un diseño a PLL moderno. Un OFV casero no
tiene porque estar limitado a tecnología antigua.
El problema con los varactores
Desgraciadamente, los OFVs sintonizados por varactores no son lineales. Sin embargo, puedes
convertir esto en una ventaja. Cuando la tensión del varactor se cambia, el cambio de frecuencia que se
produce no es lineal. Cuando se aplica tensión por primera vez, los electrones y los huecos en la unión
PN se llenan enseguida y disminuyen la capacidad rápidamente. Después del primer gran cambio, cada
vez más tensión debe ser aplicada para llenar mas huecos y agotar los electrones en el semiconductor
de tipo N. En otras palabras, cuanto más amplio sea el margen de sintonía, más no lineal será la
relación entre tensión aplicada y frecuencia. Esto exagera la sintonía del extremo alto de frecuencia de
la banda. Por ejemplo, si se lleva el varactor a su margen máximo de capacidad, el 75% del margen de
tensión de sintonía podría ser necesario para cubrir el 25% más alto de tu margen total de frecuencia.
Imagina que estás especialmente interesado en operar en CW. El segmento de CW de la banda está
siempre en el extremo inferior con la fonía en el extremo superior de frecuencia. El problema de
linealidad puede convertirse en una ventaja diseñando el conversor de frecuencia del OFV de tu
transmisor o receptor de manera que para cada banda el extremo alto de frecuencia del OFV cubra el
250
extremo bajo de CW de la banda. Las señales de CW tienen poco ancho de banda, unos pocos Hz, las
bandas de fonía son varias veces más anchas y las mismas señales de fonía cubren 3 KHz cada una. En
otras palabras, un buen ensanche de banda (poco cambio de frecuencia para mucho giro del botón) es
importante para la banda de CW y no tan importante para la banda de fonía. Sí, sintonizar en fonía
(SSB) requiere sintonía fina, pero encontrarás que para ajustar la calidad de la voz es más fácil hacerlo
con el botón del OFB que con la sintonía del OFV.
Por ejemplo, en un transmisor el margen del OFV podría ir de 5.0 a 5.5 MHz. Para transmitir en 40
metros (7.00 a 7.30 MHz en los USA), el transmisor podría usar un oscilador local controlado a cristal
de 12.5 MHz para cubrir de 7.0 a 7.5. Esto es, 12.5 MHz menos 5.5 MHz = 7.0 MHz. De esta manera,
el extremo alto de la sintonía del OFV cubre el extremo BAJO de la banda. En contraste, si usas un
cristal de frecuencia baja, el extremo alto de frecuencia del OFV cubrirá el extremo alto de la banda
donde el ensanche de banda no es muy importante. Esto es, 5.00 MHz más 2.00 MHz = 7.00 MHz. Si
esto te confunde, los conversores de frecuencia son explicados en detalle en el capítulo 11.
Desvío de frecuencia en transmisión
El OFV de un transmisor tiene un problema sobre el que quizás no hayas pensado. Con un receptor de
CW de banda ancha pasado de moda, cuando sintonizas una señal de CW escucharás un silbido que
cambia de un tono alto a un tono bajo, luego a batido cero y luego vuelve a subir a un tono alto cuando
pasas la señal. Si tu receptor estuviera sintonizado con precisión a la frecuencia del corresponsal,
estaría a batido cero. Su señal de CW tendría un tono tan bajo que no podrías copiarla.
Para solucionar esto, los transceptores modernos añaden automáticamente un desplazamiento de
frecuencia entre recepción y transmisión, normalmente de 700 u 800 Hz. Además, los transceptores de
lujo no reciben la banda lateral inferior de la señal a menos que el operador elija LSB en el panel
frontal. En general, la banda lateral inferior (LSB) se usa en 160, 80 y 40 metros mientras que la banda
lateral superior (USB) se usa en 60 metros, 30 metros y superiores. Con un receptor moderno de banda
estrecha los radioaficionados modernos puede que ni siquiera se den cuenta que hay dos bandas
laterales. El resultado es que cuando contestas a un CQ con tu OFV casero, debes sintonizar en la
dirección correcta unos 700 Hz por encima o debajo de su punto de batido cero. De otro modo ni
siquiera te oirá. Los radioaficionados de los viejos tiempos solían sintonizar alrededor de su frecuencia,
pero los modernos no lo hacen. Yo creo que tuve este problema cuando salí al aire al principio con mi
equipo casero. Pocas estaciones parecían poder escucharme. Sin embargo, cuando hablé con alguien,
obtuve buenos controles de señal. La solución más simple es usar los filtros de banda estrecha de tu
receptor de manera que sólo puedas oír la banda lateral superior o la inferior a la vez. Luego, cuando
haces batido cero sobre el amigo que llama CQ, sólo escucharás tu OFV cuando estés en la banda
lateral correcta. Los filtros pasabanda estrechos para receptores caseros son expuestos en el capítulo 13.
OFVs para transceptores
Si construyes un OFV para un transceptor, el OFV se usará tanto en recepción como en transmisión.
Como se ha explicado antes, puede ser útil añadir un ajuste de desplazamiento de sintonía con varactor
al OFV de manera que puedas emitir y recibir en frecuencias ligeramente diferentes. Para hacer esto,
añadir un varactor auxiliar de baja capacidad en paralelo con la sintonía principal. La tecnología es la
misma que acaba de ser descrita para la sintonía con varactor, pero el margen de sintonía será un KHz o
menos.
251
Una fuente de alimentación de precisión para el OFV
Uno de mis OFVs tenía una deriva constante hacia arriba de 200 Hz por hora. Estaba sin pistas hasta
que noté que mi fuente de alimentación del OFV de 12 Voltios tenía una sutil deriva hacia abajo. Los
reguladores de tensión corrientes son primitivos comparados con los integrados reguladores
compensados en temperatura. Reguladores como el LM317 o el LM7812 patinan centésimas de voltio
por minuto, especialmente si su carga es mayor de 100 miliamperios. Un simple regulador a diodo
zener puede permitir fácilmente un cambio de una o dos décimas de voltio en el oscilador. La solución
es construir un regulador de tensión de precisión. Este regulador de 12 Voltios debería ser puesto fuera
de la caja del OFV. Si es posible, cualquier cosa que genere calor debería ser puesta fuera de la caja del
OFV.
Diodos Zener de precisión
El truco para construir una fuente de precisión compensada en temperatura es una referencia a diodo
Zener de precisión. Los Zeners ordinarios cambian su tensión de regulación con la temperatura. Los
zeners de precisión son circuitos integrados que se comportan como diodos Zener de precisión, pero
tienen circuitería de compensación y pueden ser ajustados a la tensión especificada exactamente. El
diodo Zener LM336-5.0 puede ser ajustado con un potenciómetro de ajuste a exactamente 5.000
Voltios. Está diseñado para tener la mejor compensación de temperatura a la tensión exacta. Quitando
el potenciómetro y los diodos, este componente se usa como un Zener normal.
Una fuente de alimentación de precisión de 12 voltios
El regulador de tensión de precisión mostrado abajo viene del Data Book para circuitos integrados
lineales de National Semiconductor. Este regulador mantendrá la tensión del OFV constante a menos
de 2 milivoltios. Usa un regulador LM317T programable. La salida del regulador grande es modificada
con un regulador Zener de precisión de referencia para mantener la tensión de salida constante. El
LM317 estabiliza la tensión a través de la resistencia de 1.2 K a unos 1.2 Voltios. La referencia de
precisión estabiliza la tensión a través de la resistencia de 620 ohmios a 6.2 Voltios exactamente – esto
es, 1.2 Voltios más 5.000 Voltios. Puesto que el voltaje en bornes de la resistencia de 620 ohmios se
mantiene constante, la corriente que pasa por el potenciómetro de 1K también se mantiene constante.
Por tanto, ajustando el potenciómetro de 1K se puede ajustar la tensión total.
252
Para mantener este alto grado de precisión, el estabilizador de encima sólo alimenta el OFV. Cuando
intenté alimentar otras etapas del transmisor con la fuente de alimentación de precisión, la carga subió a
varias centenas de miliamperios. Aunque los integrados estabilizadores estaban funcionando dentro de
sus especificaciones, la corriente extra arruinó la estabilización con precisión de milivoltios. Le puse a
mi OFV sintonizado por condensador variable el mismo estabilizador de precisión y encontré que la
estabilidad en frecuencia se hizo tan buena como la de mi más nuevo OFV a varactor.
Intento mantener la corriente de alimentación a mi OFV a menos de 10 miliamperios. Si necesitas más
de 3 Voltios de pico de salida, probablemente lo encontrarás difícil. En el circuito completo mostrado
encima, cuando consigues una senoidal pura de 5 Voltios de pico, la corriente absorbida de la fuente es
probable que se aproxime a 20 miliamperios. Una manera de compensar es ajustar la tensión de la
fuente de precisión a lo mínimo necesario para obtener la forma de onda de salida que necesites. Esto
es, en vez de usar 12 Voltios estabilizados, usar 8 o 10 Voltios.
Regulación separada para el oscilador del OFV
Si tu OFV consume más de unos 10 mA, puedes querer compensar el cambio de temperatura dentro de
la caja alimentando el oscilador de dentro de la caja del OFV con 5 Voltios de un Zener de precisión de
5 Voltios separado en vez de usar un Zener normal de 5 Voltios.
Un doblador de tensión para usar con batería.
Si alimentas el equipo conectándolo a la red, el estabilizador descrito encima probablemente funcionará
bien a menos que haya un apagón. Por otro lado, si tu transmisor se alimenta a baterías, su voltaje de
salida caerá bien por debajo de 12 Voltios cuando la batería se descargue. Una solución es alimentar el
OFV a 9 Voltios estabilizados. De esa manera, el estabilizador todavía estará dando 9.000 Voltios
incluso con sólo 10 Voltios en la batería. Sin embargo, si tu OFV usa un varactor (varicap) como el
elemento de sintonía, puedes necesitar al menos 10 Voltios para conseguir el margen de sintonía
máximo del varactor. Mi solución a esta frustración fue primero doblar la tensión sin estabilizar de la
batería. Arrancando de dos veces la tensión de la batería nominalmente, mi OFV tendrá siempre al
menos 12 Voltios. Puesto que el OFV sólo consume de 10 a 20 mA, este doblador de tensión continua
no tiene que ser potente.
253
Un doblador de tensión continua
Generación de onda cuadrada
Siempre que quieras elevar una tensión continua, es necesario usar la fuente actual para generar una
fuente de tensión alterna. Por ejemplo, la tensión alterna podría ser aplicada a un transformador para
producir una tensión alterna tan alta como necesites. La tensión alterna alta sería rectificada entonces a
la tensión alta requerida. En vez de usar un transformador, el doblador de tensión descrito usa una
bomba de carga para subir la tensión. Como verás, esta técnica es una forma especializada de
rectificación.
La primera tarea es convertir la fuente de continua en pulsos de onda cuadrada. Resulta que hay
muchas formas de generar ondas cuadradas usando circuitos integrados. Por ejemplo, yo usé un
amplificador operacional para generar los puntos en el manipulador electrónico del capítulo 9. Puedes
usar un integrado si quieres, pero podrías disfrutar haciéndolo de la forma difícil. Como siempre, si
eres un principiante en electrónica, aprenderás un poco de materia interesante.
Un oscilador multivibrador astable simplificado se muestra encima. Como puedes ver, este circuito
consta de dos amplificadores de emisor a masa cableados de manera que cualquier cambio en el
colector de uno de los transistores se acopla inmediatamente a la base del otro. Asumamos que el
condensador de la izquierda está cargado a una tensión baja, digamos 1 Voltio. El condensador de la
derecha está cargado a casi 12 Voltios. El condensador de la izquierda se carga hacia 12 Voltios a
través de la resistencia de 7.5 K de la derecha. Esto lleva a su colector y a su respectivo condensador
hacia tierra.
Puesto que la tensión en bornes del condensador de la derecha no puede cambiar instantáneamente, la
tensión de la base de la derecha es empujada hacia abajo a unos –12 Voltios. Esta tensión negativa
extrema pone en corte el transistor de la derecha. El condensador de la derecha con sus –12 Voltios se
descargará hacia cero voltios puesto que no hay fuente de tensión ahora para mantener los 12 Voltios
negativos. Esta descarga lleva un periodo de tiempo significativo porque la corriente debe cargarlo a
través de la resistencia de 7.5 K ohmios. En algún instante la tensión de la base del transistor de la
derecha subirá por encima de +0.6 Voltios lo que pondrá el transistor en activa otra vez. Cuando el
transistor de la derecha se activa, lleva el condensador de la izquierda abajo a –12 Voltios, cortando el
transistor de la izquierda.
254
Un multivibrador práctico
El multivibrador simplificado descrito arriba oscila bien, pero no siempre arranca espontáneamente. De
hecho, encontrarás que sólo funciona en un margen específico de tensión de alimentación y debe ser
arrancado bruscamente. Si subes la tensión de alimentación gradualmente, el multivibrador permanece
estable con uno o ambos lados apagados y la oscilación nunca arranca.
La poca confiabilidad del multivibrador simple puede ser arreglada polarizando parcialmente en activa
los transistores con las resistencias de 100 K ohmios. Estas resistencias aseguran que los condensadores
siempre estarán cargándose o descargándose. Ahora el circuito generará ondas cuadradas incluso con
tensiones muy bajas. Cuando la tensión de la fuente de alimentación se sube lentamente, la oscilación
siempre arrancará. Además, el estado activo de cada transistor se mantiene por más tiempo y se obtiene
una onda cuadrada mejor.
Los osciladores biestables son flip-flops RAM
Esto se sale del tema, pero suponed que los dos condensadores del circuito de arriba fueran sustituidos
por resistencias de alto valor. Puesto que no habría reactancia que cargar o descargar, el circuito se
“enclavaría” con un transistor en activa y el otro en corte. Esto se llama un multivibrador estable o
biestable. Si se introduce un pulso en un transistor o el otro, el circuito se hará bascular al estado
estable opuesto en que el transistor en corte pasa a activa y el de activa pasa a corte. Este circuito flipflop es la base de la memoria RAM estática (SRAM). Un flip-flop puede almacenar un bit de
información. Mientras se aplique tensión de alimentación, el circuito “recordará” ese bit de
información indefinidamente o hasta que otro pulso llegue y lo ponga en el estado opuesto. En un
circuito integrado SRAM millones de flip-flops son grabados en un chip y almacenan megabits de
información.
Escuadrando la onda cuadrada de baja potencia para excitar un doblador de bomba de carga
Ahora que tenemos una tensión de onda cuadrada de baja potencia, necesitamos limpiar la forma de
onda y amplificarla de manera que podamos producir una alterna de onda cuadrada de unos 30 mA
para la fuente de alimentación de nuestro OFV. Esto se hace con un simple amplificador buffer para
hacerla cuadrada. Una forma de onda cuadrada es importante porque cuanto menos tiempo pase el
circuito “medio encendido”, más eficiente será la fuente de alimentación.
255
Este buffer de onda cuadrada es sólo un amplificador de tensión de alta ganancia. Durante la tensión de
entrada en aumento con pendiente, la pendiente de subida de esta tensión es exagerada en 10 o 20
veces. Esto disminuye el tiempo de subida hasta hacerlo despreciable.
Doblador de tensión a diodos
¿Cómo podemos “doblar” tensiones de continua usando diodos? La idea es cargar repetidamente el
condensador de 33 µF a +12 Voltios como si ese condensador fuera una batería recargable. Luego el
condensador se saca de su “modo de carga” y se añade como una batería sobre la fuente de 12 Voltios
existente. En otras palabras, 12 Voltios más 12 Voltios más equivale a 24 Voltios. Esta señal pulsante
de 24 Voltios carga el condensador grande de 100 µF de almacenamiento de la derecha a 24 Voltios. Si
la corriente consumida de la fuente de 24 Voltios es pequeña, el condensador de la derecha puede
mantener una tensión relativamente constante cercana a 24 Voltios.
Transistores complementarios en acción
Las labores de conmutación en el doblador son cumplidas con transistores y diodos. El buffer de onda
cuadrada excita a un excitador seguidor de tensión de potencia complementario para el doblador de
tensión a diodos. En este circuito usamos transistores NPN y PNP complementarios. En el capítulo 4
mencioné que era bastante conveniente tener transistores que trabajen con polaridades opuestas.
Cuando la excitación a un transistor lo ponga en activa, la misma polaridad corta su transistor
complementario. La salida se toma de los emisores. En efecto, los transistores complementarios
conectan la salida arriba y abajo entre tierra y la alimentación de 12 Voltios. Estos transistores hacen
una buena conexión a tierra y la línea de 12 Voltios sin resistencias calentándose y desperdiciando
energía.
256
Por cierto, los circuitos lógicos de tu ordenador personal están implementados casi por completo con
circuitos integrados hechos con transistores MOSFETs de canal N y canal P complementarios. Estos
integrados se llaman “CMOS”. Evitando las resistencias de carga en los drenadores de los FETs, se
minimiza el calentamiento y se maximiza la velocidad de conmutación.
Como se mostró antes, los transistores PNP y NPN funcionan juntos para llevar el condensador de la
izquierda arriba y abajo. Cuando el transistor PNP está activado, el borne de abajo del condensador se
conecta a tierra. En estas condiciones el diodo de la izquierda carga el condensador a 12 Voltios.
Cuando el PNP se corta y se activa el NPN, el borne de abajo del condensador de repente se empuja
arriba y se une a la línea de alimentación de 12 Voltios. Puesto que el borne de arriba del condensador
de repente es 12 Voltios más alto que la línea de alimentación, el diodo de la izquierda queda en
inversa y ya no puede cargarlo. Sin embargo, el diodo de la derecha está en directa ahora y descargará
los 12 Voltios en el condensador de almacenamiento de la derecha. El condensador de la derecha se
carga hacia 24 Voltios, creando por tanto dos veces la tensión original.
Usa rectificadores Schottky para la mejor eficiencia.
Ahora tenemos montones de tensión extra, incluso cuando la batería que alimenta el transmisor está
casi agotada, así que todavía hay mucha tensión para que el estabilizador de precisión genere 12.000
Voltios. La fuente funciona mejor si los dos diodos del doblador de tensión son diodos Schottky de
potencia. Estos diodos rectificadores sólo pierden 0.2 Voltios por diodo cuando conducen. Lo malo de
los rectificadores Schottky es que normalmente sólo aguantan hasta 30 Voltios máximo, pero eso es
bastante para esta aplicación. En el circuito de abajo empleé diodos rectificadores de silicio 1N4001
corrientes. Cada uno de estos pierde unos 0.7 Voltios cuando conducen. Como consecuencia mi fuente
de 24 Voltios sólo saca unos 22 Voltios cuando la entrada es de 12 Voltios.
Placa de fuente de alimentación para OFV. Entrada de tensión de
batería variable, salida estabilizada de precisión de 12 Voltios.
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257
COMPENSACION DE TEMPERATURA
Supuestamente, se pueden construir buenos OFVs sin compensación de temperatura. Personalmente,
nunca lo he logrado, pero no os fiéis mucho de mí!!! Seguid adelante e intentadlo. Sólo dejad sitio en la
placa para añadir la compensación más tarde.
La estrategia de compensación es sustituir C2 o C4 por un condensador que tenga un coeficiente de
temperatura positivo y ajustable. Casi todos los componentes de un circuito LC tienen normalmente un
coeficiente de temperatura negativo. Esto es, cuando la temperatura sube, la capacidad baja y la
frecuencia sube. Por tanto poniendo en paralelo con la capacidad un condensador que tenga un
coeficiente de temperatura igual pero positivo y opuesto, el cambio de capacidad se anulará. Yo sugiero
que empieces con este método de compensación de temperatura porque es el más fácil.
Compensación capacitiva con trimer de coeficiente positivo
Si miras en los catálogos de componentes de Digi-Key, Mouser u otros encontrarás de vez en cuando
condensadores trimer con coeficientes de temperatura positivos. Esto es, condensadores que aumentan
su capacidad con la temperatura. Yo usé condensadores variables trimer de 20 a 40 pF fabricados por
Sprague-Goodman, del tipo GCL. Sustituí parte de la capacidad del divisor capacitivo, C2 y C4, por
dos trimers de coeficiente positivo en paralelo. La parte complicada es obtener tanto el coeficiente
positivo correcto y la cantidad correcta de capacidad cambiando positivamente. Esto se hace usando un
trimer similar de coeficiente negativo en paralelo con el trimer positivo. Balanceando el trimer de
coeficiente positivo con el trimer de coeficiente negativo, puedes producir un valor total de coeficiente
positivo que compense el coeficiente negativo real del resto de tu circuito LC.
Ajustando la compensación de temperatura del OFV
Pon una carga de 500 ohmios a la salida del OFV y pon sondas en la carga para tu osciloscopio y
frecuencímetro. Comprueba que tu fuente de tensión está ajustada al valor que tú quieres, digamos
12’000 Voltios. Debería ser completamente estable hasta un milivoltio o dos. Si estás usando un
condensador variable mecánico, pon el condensador a su máxima capacidad. Ahora ajusta los trimers
de coeficiente positivo y negativo a mitad de su recorrido para la frecuencia mínima deseada del OFV.
Por ejemplo, para un OFV de 5 a 5’5 MHz, deberías sintonizarlo a 5’000 MHz (o poco menos).
Comprueba que todavía puedes sintonizar 5’5 MHz usando el condensador de sintonía principal. Si no
258
puedes, puede que tengas que cambiar el C3 o probar con C4 y C2. Recuerda que C2 también puede ser
un trimer de coeficiente positivo o negativo dependiendo de lo que necesites.
Ahora pon la tapa de la caja pero no la atornilles. Observa la deriva de frecuencia en tu frecuencímetro.
Casi seguro que lo verás derivar constantemente hacia arriba o abajo. Si va hacia abajo, supón que esto
está causado por el incremento de temperatura en la caja. Gira un trimer positivo a menos capacidad,
luego ajusta un trimer negativo para restaurar la frecuencia a donde empezaste. Repite esto una y otra
vez hasta que la dirección de la deriva se invierta. Ahora debería estar yendo incansablemente hacia
arriba. Ahora quita un poquito del trimer negativo hasta que la deriva se pare. Cuando los dejas bien
balanceados, la frecuencia todavía cambiará, pero ahora oscilará arriba y abajo pero pronto volverá a la
misma frecuencia. Esto es, la frecuencia no variará más continuamente en la misma dirección. Cuando
llegas a este punto, lo has hecho lo mejor que has podido con tu lista de componentes presente. Con
suerte, durante un minuto dado no patinará arriba o abajo más de 5 Hz.
Compensación de temperatura por termistor
Puede que encuentres que tu compensador trimer capacitivo positivo no te da suficiente compensación
positiva para hacer un buen trabajo. Un circuito de compensación a termistor puede ser lo que tú
necesitas. Yo tuve buenos resultados con el circuito del manual de la ARRL de abajo.
Las resistencias se diseñan normalmente para cambiar lo menos posible con la temperatura. Sin
embargo, los termistores son resistencias hechas de semiconductor que tienen un coeficiente de
temperatura grande. El coeficiente puede ser positivo o negativo, y ambas clases pueden ser usadas en
el circuito de arriba. Los termistores están colocados en un circuito en puente con un termistor en cada
lado del puente. Todo el circuito se alimenta con una fuente estabilizada de precisión de 5 a 10 Voltios.
Ajustando los potenciómetros ajustables de 5K y 500K de arriba y el medio, se puede elegir el grado y
dirección de compensación. Ajustar el potenciómetro hacia la derecha selecciona mayor compensación
259
positiva. Ajustarlo hacia la izquierda introduce menos compensación positiva o incluso compensación
negativa. Si necesitas mayor capacidad, siempre puedes poner dos o más varactores en paralelo.
Regulación de temperatura
Otra alternativa de compensación de temperatura es mantener la temperatura constante calentando el
OFV y estabilizando la temperatura con un termostato. Yo monté un dispositivo así dentro de la tapa de
mi caja de fundición. El calefactor tenía un elemento de calefacción resistivo y un sistema regulador de
temperatura por realimentación controlado por termistor. Las buenas noticias son que reguló la
temperatura de la caja dentro de 0’1 grado Fahrenheit. Las malas noticias son que le llevó al menos 30
minutos el estabilizar la temperatura y que cuando se instaló en el transmisor, el regulador intentaba
calentar todo el transmisor y quizás toda la habitación. En otras palabras, una caja de OFV calentada
necesitará un buen aislamiento de temperatura para que sea práctico. Abandoné esta idea.
En conclusión, la estabilización de tensión de precisión, compensación de temperatura y ajuste
cuidadoso pueden conseguir un OFV que no patina como uno casero. Cuando sales al aire y describes
tu transmisor como “completamente casero” las estaciones que trabajes a menudo te llenarán de
alabanzas. Disfruta cada felicitación. Si necesitaste tantos prototipos como yo para desarrollar un OFV
razonablemente bueno, te mereces cada felicitación. De hecho, las mejores felicitaciones que he tenido
fueron cuando contacté con colegas durante una hora sin ninguna queja sobre mi deriva. Especialmente
si pude evitar describir mi divertido transmisor casero. Para ellos, yo estaba usando un transceptor
moderno de alta calidad.
260
Capítulo 11
Construcción de un VFO para las bandas altas (PMOs)
Arriba se muestra un módulo QRP para 30 metros. De muchas formas este módulo se
asemeja al módulo QRP controlado a cristal descrito en el capítulo 6. Sin embargo, usa un
oscilador premezcla controlado a cristal (PMO) para convertir la frecuencia baja de la onda
del VFO hasta la banda de aficionado deseada. Este módulo en particular recibe una señal
de VFO de 80 metros y la convierte para cubrir la banda de aficionados de 30 metros,
10.100 a 10.150 KHz. La señal VFO y la energía DC vienen por detrás. Los 5 vatios de
salida de RF salen desde la clavija de audio en el frente del radiador. El puerto de la llave
telegráfica está atrás. Podría ser más profesional si estuviese encerrado en una pantalla
metálica pero me gusta que se vean todos los componentes. Con un QRP de CW puedes
salir sin usar apantallamiento.
Posteriormente encontrarás que el apantallamiento es esencial para la SSB.
No puedes multiplicar la frecuencia nunca más
Antiguamente era habitual construir un VFO para 1,8 a 2,0 MHz o 3,5 a 4,0 MHz. Luego
para frecuencias más altas, pasábamos la señal a través de sucesivos amplificadores
multiplicadores de frecuencia para conseguir 7, 14, 21 y 28 MHz. Un multiplicador de
frecuencia era simplemente un amplificador sintonizado al segundo o tercer armónico de la
frecuencia de entrada. Usando un amplificador sintonizado a múltiplos de la frecuencia
base, podía ser seleccionado el armónico deseado. Por ejemplo, los amplificadores
sintonizados con bobina derivada descritos en el capítulo 6 trabajan bien para este
propósito.
Si tu oscilador VFO está controlado a cristal, entonces la multiplicación de frecuencia
todavía es práctica. No obstante, si tu VFO se desliza más de 2 Hz, puedes tener queja en
261
las bandas superiores. Por ejemplo, si tienes un VFO de 80 metros tendrás que multiplicar
la frecuencia 8 veces para alcanzar la frecuencia de 28 MHz. Pero si tu VFO patina 5 Hz,
entonces la señal multiplicada se desplazará 40 Hz para 28 MHz.
Afortunadamente, los osciladores de cristal de alta frecuencia construidos cuidadosamente
pueden ser bastante estables incluso a 30 MHz. La solución para el problema de
desplazamiento es “sumar” un VFO de baja frecuencia a un oscilador de cristal de alta
frecuencia estable. Estos osciladores de cristal son llamados Osciladores de Pre-Mezcla o
PMOs. Un “mezclador” realiza la suma de frecuencia combinando literalmente las dos
señales de onda senoide. La señal compuesta contiene, no solo las señales originales, sino
también la suma y diferencia entre las dos señales de frecuencia. Los filtros siguen al
mezclador para extraer y amplificar la componente de frecuencia deseada. El proceso está
ilustrado por el diagrama de bloque de un transmisor QRP de 20 metros mostrado abajo:
Método de traslación de frecuencia de un oscilador pre-mezcla
En el diagrama de arriba, un VFO de 80 metros es “convertido” a 20 metros. La onda de 80
metros es mezclada con la salida de un oscilador a cristal de 18,000 MHz. Cuando el VFO
se ajusta a 4,0 MHz, la salida desde el mezclador es una forma de onda que se ve
desordenada que contiene varias frecuencias, es decir – 4,0 MHz, 18 MHz, 22 MHz y 14
MHz. Sintonizando las siguientes tres etapas amplificadoras a 14 MHz se va la
“contaminación” y tenemos una onda senoide pura de 14,0 MHz sintonizable hasta 14,5
MHz. El oscilador a cristal puede contribuir uno dos Hz de desplazamiento, pero
básicamente, el desplazamiento en 20 metros es el mismo que estaría en 80 metros. El
mezclador es comparable en función a aquellos usados en los receptores superheterodinos,
pero los mezcladores PMO son mucho menos críticos. El bajo ruido y la cancelación
extrema de imagen no son necesarios porque ambas señales de entrada pueden ser tan
grandes como quieras.
262
¿LOS OSCILADORES DE CRISTAL SON ESTABLES O NO?
Hace unos años pensé que tenía vencido el problema del VFO. Acababa de disfrutar de
unas “vacaciones VFO” de nueve meses. Durante este tiempo mi señal fue tan estable que
ni lo comenté. Estaba bastante orgulloso de mi mismo. Entonces construí módulos QRP
para salir en 17 y 30 metros. De repente las quejas comenzaron de nuevo y estaba
desconcertado. Después de todo estaba usando el mismo VFO. ¿Qué había cambiado?
Comprobé mi VFO. Descubrí que, cuando estaba frío, se deslizaba hacia abajo 20 Hz el
primer minuto. Entonces, después de unos pocos minutos más, se estabilizaba y el
deslizamiento era más o menos unos 2 o 3 hercios. Por supuesto, por definición, siempre
que comienzo el envío el VFO está frío. Por ello, a menos que envíe unos minutos
seguidos, debería siempre estar frío. Pero incluso así, eso no explicaba la queja de 100
Hercios. Repentinamente, ¿podría ser o no los osciladores de cristal del conversor de
frecuencia? ¿Desplazamiento de cristales? ¡¡Me ca…!! Comprobé los osciladores de cristal
de 17 y 30 metros. El oscilador de 30 metros se desplazó hacia abajo 50 Hz en el primer
minuto, 25 Hz el 2º minuto y eventualmente se estabilizó en 150 Hz por debajo de la
frecuencia de arranque.
Usa cristales HC-49 o mayores
El problema con mi conversor de 30 metros tubo que ser el cristal. El cristal era un bote
muy pequeño, aproximadamente un cuadrado de 6 milímetros y 0,8 milímetros de espesor.
Había venido de mi cajón de trastos y no sabía que número de tamaño era. Sin embargo,
determiné que todos los cristales delgados de mi colección no eran tan estables como el
cristal HC-49 o mayores. Los pequeños cristales de sobretono de batido son
particularmente malos. Si, eventualmente se quedan abajo y llegan a ser razonablemente
estables. Pero para entonces has cambiado el QSO encima del otro individuo. Ahora tu
oscilador está enfriando de nuevo, así que estará listo para patinar durante tu nueva
transmisión. No TODOS los cristales delgados son malos. Tengo algunos cristales de
pequeño tamaño medio CH-49 de 9,00 MHz que trabajan extremadamente bien en el BFO
y filtros IF de mi receptor. Supongo que la lección es que necesitas comprobar la
estabilidad de tu oscilador durante ese primer minuto crítico. El desplazamiento después de
5 minutos es interesante, pero no es muy importante para un transmisor de aficionado.
Bloques osciladores TTL
El circuito de 17 metros tenía uno de aquellos bloques osciladores TTL sellados en una lata.
Son como un circuito integrado con el cristal y oscilador encerrados en el mismo paquete.
Usé uno porque era la frecuencia correcta y sucedía que lo tenía en mi famosa colección de
cacharros. Mi oscilador arrancó en la frecuencia correcta, pero sorpresivamente funcionó
caliente. Entonces patinó a 25 Hz por minuto. Aunque el desplazamiento descendió, la
frecuencia nunca paró de hundirse. Tenía un saco de varios bloques osciladores de
263
frecuencia y todos hacían lo mismo. ¡Cada vez que lo intenté era terrible! Todos excepto
los de realmente alta frecuencia como 50 o 100 MHz… Aquello era realmente terrible.
Algunos se movían tanto como 500 hercios por minuto. Las únicas buenas noticias es que
eran consistentes. Todos patinaban hacia abajo.
Soluciones para el desplazamiento de los cristales
Podía dejar los osciladores de cristal corriendo continuamente. Eso significaba trabajar con
los que se estabilizaban, pero entonces pensaba estar forzado a escuchar en un harmónico
de la señal del oscilador en el receptor. ¡No, gracias! Ya tenía un par de artificios pitando
en mi receptor. Ten en cuenta que los osciladores a válvulas realmente pueden tener una
ventaja en el problema del calentamiento. Ya que los filamentos de la válvula funcionan
continuamente, un oscilador a válvula está siempre caliente y unos cuantos miliamperios de
corriente de placa no van a cambiar su temperatura mucho. En los antiguos días, los hornos
de temperatura controlada fueron usados para mantener los osciladores de cristal a
temperatura constante. Yo no se tú, ¡pero eso es demasiado drástico para mi!
No todos los circuitos osciladores son iguales
Dos circuitos comunes de osciladores a cristal
El dibujo de arriba muestra dos circuitos comunes de oscilador a cristal que usé en algunos
de mis primeros conversores QRP PMO. Los condensadores variables son usados para
recortar las frecuencias a los hercios exactos. Ambos osciladores tienen el cristal
conectado a la base o puerta. (Recuerda este rasgo y sabrás de que osciladores ser
cauteloso). En mi experiencia, estos circuitos osciladores de cristal conectados a base
patinan hacia abajo cuando se conectan. Al final, después de un minuto o dos se estabilizan.
Planea tus conversores de frecuencia de modo que los desplazamientos se canceles
Inesperadamente, entendí porqué recibía quejas mientras usaba mis conversores de
frecuencia controlados a cristal de 40, 20 y 15 metros. Usaban osciladores con los cristales
conectados a las bases como esos de arriba. Sin embargo, las frecuencias de cristal eran de
264
4 MHz por encima de la banda objetivo. Como los osciladores patinaban hacia abajo en el
primer minuto, normalmente a 20 hercios por minuto, mi VFO de 4 MHz estaba siempre
desplazándose hacia abajo a la misma relación. Por ejemplo, (25 MHz – 20 Hz
desplazamiento de cristal) menos (4 MHz – 20 Hz desplazamiento de VFO) = 21,000.000
MHz. El resultado fue una frecuencia relativamente constante sin quejas. Después de unos
cuantos minutos el desplazamiento paraba y los osciladores de cristal eran ligeramente más
estables que el VFO.
Nota que si estos conversores de osciladores a cristal hubiesen estado por debajo de la
banda de aficionado objetivo, entonces los desplazamientos deberían haber sido sumados y
no restados. Ello hizo que mi receptor fuese diseñado de este modo. Bueno, ningún
aficionado se quejó de mi receptor durante un QSO. Y por supuesto los osciladores de
receptor pueden funcionar sin parar, de modo que el desplazamiento inicial no es un gran
debate.
El Butler es mejor
Un oscilador a cristal Butler
Comprobé cada oscilador en mi transmisor y descubrí que algunos de ellos no patinaban
cuando se encendía. Los estables usaban el oscilador de cristal Butler de arriba. Nota que el
cristal y su condensador están en paralelo con la resistencia del emisor. El circuito
oscilador equivalente FET trabaja tan bien y puede ser mejor. Realmente no se porque, pero
este circuito es estable en el momento que lo enciendes. Puede ser porque el cristal no está
conectado a la unión base P/N mientras está calentando. De cualquier modo, el Butler
típicamente no patina más de un hercio o dos por minuto. Dos de mis osciladores
mostraban cero hercios de desplazamiento durante el primer minuto. Este es el mismo
oscilador que recomendé en el capítulo 6. Dependiendo de tu aplicación, el Butler también
tiene la ventaja de que el condensador serie puede empujar la frecuencia más abajo que los
osciladores conectados a base de arriba.
265
Un QRP controlado por VFO
Mi “diseño estándar” para un excitador QRP está mostrado arriba. Desgraciadamente cada
excitador QRP solo cubre una banda. Sin embargo, una vez sintonizado y trabajando, cubre
la banda entera sin más sintonía o preocupación. Debería mencionar que el mismo tren de
filtro puede ser diseñado de modo que pudiese ser sintonizado para varias bandas
diferentes, por ejemplo de 20 a 10 metros. Pero por supuesto, el cambio de bandas debería
significar el cambio del oscilador a cristal y resintonizar la cadena entera para la nueva
banda – no conviene exactamente a la conmutación de banda. Más aún, construí ocho
versiones de este diseño cubriendo de 80 a 10 metros. Tomado como un todo, el circuito
mostrado arriba puede ser considerado como un VFO de 14 MHz. En otras palabras, la
consecución de esas partes es para conseguir una onda senoide estable en 14 MHz. Un
simple oscilador a cristal usando cristales a 14 MHz genera el mismo resultado, pero por
supuesto sintonizará todavía unos cuantos KHz mejor. La vida es dura para nosotros los
constructores caseros en el siglo XXI. Así que, ¿por qué no iba a construir un excitador que
trabaja en toda banda? Regresar a los días de la válvula, que fácil era hacerlo. Sin embargo,
el regreso a la pureza espectral y estabilidad de nuestras señales fue horrible. También es
más fácil de trabajar con las válvulas. Si eres un experimentador de equipos ligeros como
yo, encontrarás que conseguir incluso una banda trabajando en los estándares modernos es
mucho más duro de lo que parece. Sospecho que eso es por lo que apenas cualquier persona
hace esta clase de construcción casera chapucera más. Recomiendo encarecidamente que
comiences de modo simple.
Cambiando la dirección de sintonía
En el excitador QRP de 20 metros de arriba, el VFO de 80 metros está mezclado con un
oscilador local de 18 MHz. Nota que el oscilador también podría trabajar a 10,5 MHz.
Como experimento trabajé mi QRP de 20 metros con ambos cristales de 18 MHz o 10,5
MHz. Todo lo que tuve que hacer fue cambiar el cristal y trabajó estupendamente. El filtro
permaneció sintonizado sin ningún ajuste. La diferencia operativa es que la dirección de
sintonía del VFO se invirtió. Como se explicó en el último capítulo, esto puede ser útil si
266
estás usando un VFO varactor y necesitas tener la alta frecuencia final del rango del VFO
sintonizada al extremo más bajo de una banda de aficionado.
El mezclador necesita una señal de excitación grande del oscilador local
La etapa mezcladora en el conversor de arriba es simplemente un amplificador de RF hecho
de un transistor bipolar 2N3904, mucho como los amplificadores en el tren de filtrado. Este
mezclador sencillamente es una etapa de amplificador clase C con una resistencia en
emisor de 550 ohmios. Podemos usar clase C porque las señales de entrada son mucho más
grandes de 0,6 voltios. Una entrada, normalmente el VFO, alimenta en la base del transistor
de la forma habitual. Sin embargo, este nivel de excitado es ajustable con el potenciómetro
de entrada. La entrada del oscilador local es aplicada a través de la resistencia del emisor.
Normalmente inyecto la frecuencia más alta a través de la resistencia, pero lo hecho de
ambos modos. A diferencia de la entrada por la base, la entrada por la resistencia no tiene
ganancia de amplificación ninguna. En orden a que la señal del emisor produzca una gran
señal en el colector, toda la amplitud de señal debe ser impresa en la resistencia de 500
ohmios. Lo que aprendí de modo duro es que, el excitador de oscilador local debe ser
suficientemente fuerte para conmutar a encender y apagar totalmente la etapa del
mezclador como un interruptor, ciclo a ciclo. Yo uso una entrada de onda senoide de al
menos 20 voltios pico a pico. Una señal pequeña de 2 voltios de oscilador a cristal
producirá poca componente de diferencia de frecuencia en la salida y tomará muchas etapas
de filtrado para extraer la frecuencia deseada. Para conseguir la señal excitadora de 20
voltios pico a pico tenía que amplificar la salida del cristal a través de una etapa
amplificadora antes que fuese dentro del mezclador. Tiré dos tarjetas antes de darme cuenta
de esto. (No soy demasiado brillante).
En el lado contrario, la segunda señal de entrada, el VFO, puede ser pequeña porque es
amplificada por el transistor. Posteriormente, cuando estás sintonizando la cadena completa
de filtro/amplificador para la mejor salida, encontrarás que la máxima salida y pureza
ocurre a un ajuste específico del potenciómetro de entrada. El óptimo nivel de entrada del
VFO no es simplemente la máxima entrada. El circuito tanque/filtro LC en el colector
mezclador está sintonizado a la deseada frecuencia suma o diferencia. Usando las fórmulas
en tu literatura CWS (Amidon) T50-6 de núcleo, calcula la inductancia necesaria para ir
con tu condensador de recorte para resonar a la banda deseada, justo como hicimos atrás en
el capítulo 6. Encontré que los núcleos T37 eran demasiado pequeños y no producían la
ganancia por etapa que sacaba de los T50. En contraste, los núcleos T68 eran
innecesariamente grandes.
267
Mezcladores MOSFET de puerta dual
La principal ventaja del mezclador transistor bipolar mostrado anteriormente es que es
barato. Comencé usando etapas de mezclador transistor MOSFET de puerta dual en un
proyecto de receptor y los encontré superiores en varios modos. Un MOSFET de puerta
dual es un pequeño transistor RF con DOS puertas de entrada. De otro modo, en principio
una puerta dual trabaja justo como los MOSFET de potencia descritos en el capítulo 6. Ya
que ambas puertas tienen pérdidas de ganancia de voltaje, señales pequeñas pueden ser
usadas en ambas entradas. Encontré que cada puerta solo necesita 2 voltios pico a pico y la
salida es mucho más fácil para sintonizar y filtrar. Desgraciadamente los MOSFET de
puerta dual cuestan 5€ o más comparado con los 20 céntimos. Esto me salva algo de
complejidad y mis posteriores conversores han usado el costoso mezclador. He usado NTE221, NTE-222 y NTE454. Esta aplicación no es nada crítica y creo que cualquier puerta
dual trabajará bien. Encontrarás que los mezcladores en receptores superheterodinos no son
críticos.
268
El mezclador de puerta dual económico
El “mezclador de puerta dual” de arriba está hecho de dos JFET en paralelo. Dos JFET son
aproximadamente la décima parte del precio del MOSFET y resuelve el problema del coste.
Como el MOSFET de puerta dual, este circuito tiene la ventaja de que ambas entradas
tienen ganancia. Los dos circuitos son intercambiables para esta aplicación PMO. Estás
avisado de que cuando intenté usar éste como un mezclador de receptor, este circuito JFET
dual fue demasiado insensible.
Si realmente lo quieres barato, puedes usar el mismo truco con transistores bipolares en
paralelo. Si ambas señales de entrada son pequeñas, ambos transistores necesitarán balance
269
delantero, las resistencias de 33K. Si una de las entradas es suficientemente grande,
digamos 5 voltios pico a pico o mayor, no necesitarás el balance delantero para esa entrada.
Este circuito debería ser bastante sensible para un mezclador de receptor. No obstante,
debido a que tiene uniones PN, será más ruidoso que el mezclador MOSFET de puerta dual
y no lo recomiendo para receptores.
Sintonía del mezclador
Cuando aplicas por primera vez las dos frecuencias de entrada a la etapa mezcladora, el
osciloscopio mostrará una forma de onda complicada, en amasijo, en el colector (o
drenaje). Será imposible ver que ajuste del condensador de recorte en el drenaje es mejor.
El primer paso es desconectar la frecuencia de entrada que está más alejada de la frecuencia
deseada de salida. Ahora será fácil sintonizar el condensador de recorte para la máxima
ganancia. Por ejemplo, en el tren de filtro de 20 metros de arriba, sintoniza el primer
mezclador/amplificador para la frecuencia de cristal de 18 MHz. Cuando está sintonizado a
18 MHz, mira a ver si el condensador de recorte está cerca o a la máxima o mínima
capacidad. Si la ganancia a 18 MHz es máxima cuando el condensador está sintonizado al
máximo o mínimo, entonces sabes que tu bobina toroide tiene demasiadas o pocas vueltas.
Posteriormente en el capítulo del receptor (13) y el capítulo de la banda lateral (15) hay
ejemplos de mezcladores de banda ancha, no sintonizados, que también podrían ser usados.
Los mezcladores de banda ancha no necesitan sintonía y son menos probables que oscilen.
Sin embargo, tienen menos ganancia y puedes necesitar más etapas para alcanzar el mismo
nivel de potencia.
Filtrando la frecuencia deseada desde la mezcla
En el drenaje (o colector) del mezclador hay cuatro componentes de frecuencia y debes
filtrar la que quieres en una onda senoide pura. Usando las tablas de diseño de un manual
reciente, debería ser posible diseñar un filtro pasabanda Chebyshev u otro diseño para
extraer la frecuencia de aficionad de las otras tres componentes de frecuencia. Encontrarás
que esto toma múltiples toroides y numerosos valores específicos de condensadores fijos.
Mi solución es usar dos amplificadores agudamente sintonizados como filtros, como un
amplificador IF en un receptor.
La facilidad de filtrado depende de lo alejada que está la frecuencia deseada del oscilador
local y otros productos del mezclador. Por ejemplo en 14 MHz, el VFO de 4,0 MHz es el
28% de la frecuencia deseada. 14 MHz comparado con el oscilador a cristal de 18 MHz es
el 77% de la frecuencia deseada. Esto es bastante próximo pero no un problema. Ahora
supón que usamos un cristal de 32 MHz en 10 metros (esto es, 28 MHz). Con un VFO de
4,0 MHz, la frecuencia deseada es el 88% de la frecuencia del cristal. Encontrarás que
sintonizando esto es mucho más “enrevesado” pero todavía práctico. En general, teniendo
el oscilador a cristal POR DEBAJO de la frecuencia deseada hace más fácil la sintonía de
los filtros.
270
“Amplificadores filtro” pasabanda
Cada etapa amplificadora es esencialmente como el mezclador de transistor bipolar
mostrado anteriormente. Sin embargo, la resistencia del emisor está puenteada con el
condensador, de modo que, desde el punto de vista de la RF, el emisor está conectado a
masa. El propósito del RC en serie con el emisor es estabilizar la ganancia y reducir la
corriente DC arrastrada por la etapa. Puedes usar tanto amplificadores clase A como C.
Suelo usar amplificadores clase A, en el sentido que la etapa está balanceada en todo
momento con una resistencia de 33K, como lo que hicimos en el capítulo 6. Los
amplificadores clase A arrastran más corriente que los clase C que son básicamente el
mismo circuito. Sin embargo, manejan componentes de onda de cualquier magnitud. O para
decirlo de otro modo, los de clase A trabajan sobre un rango más amplio de amplitudes de
entrada y no introducen armónicos que deben ser filtrados.
Una etapa amplificador/filtro de RF
Dos etapas de amplificadores filtro están mostradas arriba. Incluyendo la etapa mezcladora
sintonizada, tres etapas de amplificador sintonizado fueron suficientes para cualquier banda
de HF usando un VFO de 80 metros. Sin embargo, como se explicó anteriormente, cuando
estás intentando separar dos frecuencias que son solo el 10% diferente, el uso de solo 3
etapas de filtros es apenas práctico. Si tienes problemas de conseguir una onda senoide
pura, simplemente añade otra etapa sintonizada. (Ver el capítulo 15). Como se mostró
arriba, las etapas son de clase C. Si se desea, podrías balancear adelante estos
amplificadores con resistencias de 33K y convertirlos a amplificadores clase A. De este
modo, podrían manejar niveles de señal más pequeños.
271
Uso de pequeños condensadores de acoplamiento entre etapas
El GRAN SECRETO haciendo trabajar “amplificadores filtro” es usar pequeños
condensadores de acople entre etapas amplificadoras. Nota los condensadores de 2 pF
entre etapas en el diagrama de arriba. El propósito de estas etapas es filtración, no
ganancia de potencia. El circuito LC “toca como una campana” cuando la entrada
contiene una frecuencia que resuena con el circuito. Este toque exagera la componente de la
frecuencia deseada. Si cargas el circuito LC intentando acoplar una potencia significativa a
la siguiente etapa, es como poner tu mano en una campana sonando – el sonido será
amortiguado y el efecto del filtro muere. Para evitar amortiguar el sonido usa
condensadores pequeños de 2 pF. De acuerdo, en 80 metros puede ser que sea aceptable 5
pF. Y en 10 metros 1 pF debería ser lo mejor. Sin embargo, 2 pF trabajará sobre todo el
espectro de HF. Nota que si usas grandes condensadores de acople, digamos 50 pF, esos 50
pF llegan a ser parte de la resonancia LC y dominarán la sintonía. También recuerda que la
sonda de tu osciloscopio contribuye con otros 5 pF o así. Para hacer un ajuste final de una
etapa filtro, debes poner la sonda en la salida de la etapa siguiente a la que estás ajustando.
Con una etapa de filtrado después del mezclador, la forma de onda todavía se verá un
“amasijo” en el osciloscopio. Pero después de dos etapas de filtrado debería ser posible a tu
contador de frecuencia enganchar la frecuencia correcta. Según sintonizas el VFO, la
lectura del contador debería seguir sólidamente sin patinaje ni danza de dígitos. Cuando
está sintonizada adecuadamente, la onda senoide enganchará casi perfectamente en el
osciloscopio después de dos etapas de filtrado. Cuando intentas primero sintonizar las tres
etapas a la vez puedes frustrarte, pero mantén el intento. Cuando tu contador “engancha” la
banda deseada, mira el soniquete del condensador de recorte de la última etapa con el
osciloscopio mientras pellizcas todas las etapas previas para la mejor onda senoide. Nota
que la perfección ocurre cuando recortas el nivel de entrada del VFO en R1. Ahora ves por
qué la entrada es aplicada a través de un potenciómetro de recorte.
Otro método – amplificadores no sintonizados y redes de filtros pasivos
Otro esquema de circuito práctico usa amplificadores de banda ancha no sintonizados y
filtros pasivos LC. Un ejemplo está mostrado en el capítulo 15, donde fue usado un
transmisor simple de banda lateral. Condensando los componentes de sintonía en bloques
separados de los amplificadores, llega a ser práctico conmutar filtros diferentes en el
conversor y con ello cubrir múltiples bandas con un montaje de mezclador/amplificador.
Cada bloque filtro está conectado al conmutador por longitudes de coaxial RG-174
apantallado.
Donde conseguir cristales para tus osciladores locales
Si, necesitas un cristal separado para cada banda. Afortunadamente, los microprocesadores
estándar de frecuencias pueden cubrir las bandas de aficionados principales (por ejemplo,
11 MHz, 18 MHz, 25 MHz, y 32 MHz cubren 40, 20, 15 y 10 metros). Mouser Electronics
y Digi-Key venden estos por aproximadamente 1€ cada uno. Para las bandas WARC y 160
metros puedes tener que gastar algo de dinero o ser creativo. Como se explicó
anteriormente, no uses aquellos bloques osciladores TTL. Los “cristales” resonadores
272
cerámicos también son una pobre idea. El desplazamiento extra no merece salvar unos
pocos céntimos.
Las etapas de amplificador de potencia QRP
Tu VFO sintoniza ahora la banda de HF que elijas. Para incrementar la ganancia de esta
señal de 3 a 5 vatios, necesitarás dos o tres etapas de ganancia de potencia como se
describió anteriormente en el capítulo 6. El chasis de mi transmisor tiene agujeros roscados
que aceptan hasta tres tarjetas QRP diseñadas para diferentes bandas. Para cambiar bandas,
muevo los enchufes de entrada y salida a otra tarjeta. Mis tarjetas QRP usan dos etapas
amplificadoras de potencia. La primera es una etapa sintonizada. La segunda es un
amplificador de banda ancha seguido por un filtro pasabajos Chebiyshev diseñado para 50
ohmios. Este esquema se ve para combinar las ventajas de ambos sistemas. Por ejemplo,
supón que conecto la salida del QRP a una carga ficticia no inductiva de 50 ohmios. Las
siete tarjetas QRP que construí no tienen problema en desarrollar una onda senoide limpia
en una carga ficticia. Esto es, la sintonía es fácil hasta que tengas que conectarlo a una
antena real o a un amplificador final.
Sintonizando la salida del QRP a una antena o amplificador
Supón que después de sintonizarlo con una carga ficticia, conecto el QRP al final o un
sintonizador de antena. Repentinamente descubro que la salida del QRP está malamente
distorsionada. La etapa de salida del amplificador de banda ancha incluso puede irse a
“modo ruido”. Si hubiese diseñado ambas etapas como banda ancha, no tendría nada que
ajustar. Extraño como parece, pellizcar una etapa sintonizada normalmente acoplará la
etapa de salida de banda ancha a mi amplificador final. En general, a frecuencia más baja
más fácil es acoplar las etapas y la antena. Acoplar 80 y 40 metros es como caerse de un
273
registro. 10 metros es correoso y todavía no he conseguido que mi final lineal (descrito en
el capítulo 12) ponga más de 20 vatios en esa banda. Innecesario decir, estoy pasmado de
individuos que construyen transmisores de UHF transistorizados.
En resumen, cuando construyes una entrada de amplificador que nominalmente está
diseñada para “50 ohmios resistivos”, puedes encontrar que tiene montones de reactancia
(inadvertida capacidad y o inductancia) y es bastante diferente de lo planeado. Nota que los
filtros Chebyshev están diseñados para impedancias de entrada y salida específicas. En
otras palabras, los filtros no filtran cuando están desemparejados.
274
Capitulo 12
DISEÑOS SIMPLIFICADOS DE AMPLIFICADORES
La primera vez cuando volví a estar en el aire desde mi retiro construí un QRP que tenía 4 vatios en
15 metros. Estuve dos días contestando y llamando CQ’s. Por desgracia nadie me escuchó.
Gradualmente llegué a la conclusión de que el hobby del QRP es para tipos con antenas direccionales
grandes y caras, no para gente con verticales y dipolos. Sin una ganancia extra de 10 dB me imaginaba
mi señal QRP perdida debajo del ruido. La otra forma de obtener 10 dB de ganancia es utilizar un
amplificador. En este capitulo debo describir mis esfuerzos para construir un buen amplificador lineal.
Ahora que tengo potencia QRO cuando la necesito mi transmisor es un sistema de comunicaciones
fiable. Si tener una señal potente te es importante encontraras que 50 vatios o más es una gran mejora
sobre el QRP.
Actualmente que soy más viejo y experto considero que la baja potencia y las antenas de hilo no
fueron el problema. Antiguamente nuestros receptores tenían filtros pasabandas de varios KHz,
mientras que los modernos receptores suelen recibir unos pocos cientos de hercios. Cuando puse mis 4
vatios en 15 metros no tuve en cuenta que usar la banda lateral superior es el modo habitual en 20
metros y superiores. En 15 metros las otras estaciones estaban sintonizando en USB mientras yo estaba
a veces batiendo a cero en banda lateral inferior. Mi receptor tenía tanto ancho de banda que no era
para mi tan obvio en qué banda lateral estaba. Cuando contestaba a aquellos CQ solía estar desplazado
de su frecuencia sobre 1.5 KHz.
En este capitulo describo tres diseños diferentes de amplificadores que usé exitosamente en el aire. No
recomiendo construir el primero, lo describo aquí porque fue educativo. Era un amplificador clase B
sintonizado. Funcionó y de él aprendí, cubriendo desde 20 a 10 metros.
Desgraciadamente era muy difícil de sintonizar. Más aún, probablemente tengas que pasar mucho
tiempo buscando el condensador mariposa de doble sección que utilicé para sintonizar la salida.
El segundo amplificador es un diseño clase B sin sintonía. Funciona en todas las bandas y es
recomendable solo para CW. Algún día cuando te examines para fonía en banda lateral puedes
actualizarlo al tercer diseño que es un amplificador lineal clase AB toda banda.
Mejor que solo leer las características finales del montaje puedes aprender algunos trucos siguiendo
mi odisea de como conseguí construir un amplificador lineal real.
La aventura de montar un amplificador de 50 vatios
Comencé mi proyecto QRO buscando en mi Handbook ARRL de 1998 proyectos de montaje para
amplificadores lineales. Encontré tres ejemplos de amplificador lineal, uno de ellos “Un amplificador
HF de 50 vatios” tenía un complejo esquema de dos páginas. Los otros dos estaban enterrados en
diagramas de elaborados transceptores que parecían más “ilustrativos” que algo que fuera capaz de
montar. Casi podía oír una gran voz de barítono diciendo “Por su propia seguridad no construya esto
en su casa”.
Estudié cuidadosamente el proyecto del amplificador lineal de 50 vatios, usaba una pareja de
transistores MRF-477 que busqué en mi catalogo de componentes RF. Allí decía “llame para precio”.
Fue ominoso, la contestación fue que la pareja costaba 45€. También estaba preocupado por todos esos
sistemas que protegían los transistores contra sobreexcitación, exceso de SWR, contra excesos de
275
tensión de colector y contra embalamiento térmico. Además tenía al menos tres tipos de compensación
por realimentación de frecuencia. Resumiendo, el esquema parecía decirme que los transistores de alta
potencia de RF eran extremadamente frágiles.
El articulo me dio la impresión de que si todos estos circuitos de protección no funcionaban
correctamente la primera vez que lo pusiera en marcha mis apreciados transistores podrían volverse
tostadas antes de que pudiera decir “borrado expeditivo”. Nunca había construido un amplificador RF
transistorizado antes. Mis proyectos previos comparables solo eran unas fuentes conmutadas de 100 y
300 vatios, y hasta que funcionaron devoré como palomitas de maíz numerosos transistores de 20€.
Tenía muchas dudas con el proyecto.
Lo replanteé con el Handbook de 1979 y encontré un proyecto de amplificador lineal más primitivo,
Este también tenía protección térmica, pero no parecía hacer un buen trabajo con lo concerniente al
sistema de ajuste del medidor de potencia bidireccional. La característica más racional era que los
transistores MRF-454 eran los más baratos disponibles, sobre 13€ la pareja. Estos transistores eran
grandes, fuertes y dispuestos a disipar una gran cantidad de calor. Solo en esta ocasión compré dos
transistores extra.
En este punto puedes pensar,” ¡Aún a 13€ son unos transistores caros! ¿Por qué no usa unos
transistores más baratos adecuados a los niveles frecuencia y potencia?”. La respuesta es que el MRF454 produce alta potencia con 12 voltios de alimentación. Seguro que si estas pensando construir una
fuente de alimentación DC a 48 voltios y 200 vatios podrá encontrar docenas de transistores baratos
que funcionarán.
Características básicas de un amplificador lineal moderno
Un moderno amplificador final “lineal” de radioaficionados tiene seis características básicas:
Primero
Dos transistores de potencia excitados mediante un transformador con toma central. El
transformador está bobinado de manera que activa un transistor con la mitad de la onda senoidal
mientras el otro está inactivo. Durante el siguiente ciclo el primer transistor se apaga mientras el
segundo se activa.
Segundo
Es un diseño clase B trabajando en “push-pull”. Una de las ventajas de la clase B es que
cuando no hay RF en la entrada ambos transistores están casi completamente apagados. Esto significa
que no se calientan y no desperdician energía. Aun trabajando con polarización de “bias” para hacer el
amplificador lineal es necesario muy poca polarización y la eficiencia se aproxima al 50%. También la
clase B tiende a cancelar los armónicos pares.
Tercero
Los transistores deben estar refrigerados con radiadores grandes. Los transistores de
gran potencia están diseñados para ser atornillados en un radiador. Tienen soportes de metal con
agujeros de montaje para este fin. Para un amplificador de 100 W el radiador es un gran perfil de
aluminio quizás de cinco o seis pulgadas de lado. Los radiadores suelen tener múltiples ventiladores de
¾ de pulgada de altos.
Cuarto
La salida de los dos transistores ataca a un segundo transformador de alta inductancia
con toma central y banda ancha. Ya que este segundo transformador no tiene sintonía es posible
amplificar CUALQUIER SEÑAL RF en un rango de frecuencia muy amplio. Dependiendo del diseño
adecuado del circuito y la pureza de la señal de entrada saldrá una onda senoidal pura. La parte
problemática de este diseño es que, si cualquier ruido o “onda compleja” es introducido en el circuito
el amplificador puede distorsionar y producir ruido de banda ancha. Más sobre este problema después.
Quinto
Un amplificador lineal no esta trabajando en “clase B” pero seguro que trabaja en “clase
AB”. Esto significa que una pequeña cantidad de tensión de polarización se inyecta en las bases de
276
ambos transistores para mantenerlos activos siempre. Teniendo los transistores ya activos responden
instantáneamente con una pequeña señal en sus bases. Sin esta polarización “bias” la señal de entrada
debe superar un límite de disparo antes de que el transistor se active.
Sexto
Un filtro pasabajos limita componentes de frecuencia en la onda de salida.
En otras palabras, el filtro suprime armónicos. Con esto si tú estás transmitiendo en 40 metros nadie
será capaz de escucharte en 20 o 10 metros. Cada banda de trabajo necesita un filtro separado que
recorte los armónicos que se podrían radiar a frecuencias más altas. Puedes conseguirlo usando los
mismos filtros para 12 y 10 metros y para 15 y 17 metros.Yo construí mis filtros con trozos pequeños
de circuito impreso que conecté verticalmente en una placa base con conectores para circuito impreso.
Usé varios pines del conector en paralelo para mantener la inductancia de conexión lo más baja
posible.
Parecía más fácil en el Handbook
Cuando comencé mi trabajo construí el lineal tan exacto como pude del dibujo del Handbook 1979,
pero como suele ser habitual tuve que substituir algunas piezas. Después de que había comprobado
cuidadosamente el circuito regulador de la tensión “bias” de la base de los transistores con pies de
plomo conecté los 12 voltios a los transistores de potencia. Sin ninguna excitación de RF a la entrada
los transistores inmediatamente se activaron consumiendo una gran cantidad de corriente. ¡Oooops,
Algo debe estar equivocado en el circuito de polarización! Pronto descubrí que NINGUNA
polarización “bias” causaba la conducción de los transistores. Obviamente el tipo que diseñó este
amplificador usaba MRF-454 y era diferente al mío.
Después desconecté el circuito de “bias” y lo alimenté otra vez. En otras palabras, esperaba que podría
funcionar como un “tipo de lineal” amplificador clase B sin sintonía. Esta vez por lo menos los
transistores no se activaron. Inyecté una señal de RF en la entrada y observé que el amplificador estaba
trabajando en lo que yo llamo “modo ruido”. Como sabes se supone que los lineales funcionan como
un amplificador HI-FI. Sin ningún criterio amplifican cualquier señal y frecuencia que le inyectas. Si
pones en la entrada una señal en 80 metros o en 10 metros supones que a la salida la tendrás en 80
metros o 10 metros amplificada.
Modo Ruido
Un desafortunado modo de operación para un lineal es como “generador de ruido HF de banda ancha”.
Si introduzco una onda limpia senoide de 5 vatios filtrada obtengo una ráfaga de ruido en banda ancha
que hace que mi radio FM ruja como una cascada de agua. Usando un osciloscopio a través de una
resistencia de carga la forma de onda parece hierva bailando en un tornado. Mi nuevo amplificador
tiene una potencia de salida terrorífica, por desgracia muy poca potencia está en la frecuencia deseada.
La clase B es más fácil
Concluí que mi lineal tenía al menos dos problemas fundamentales. Ya había encontrado el “modo
ruidoso” mientras estaba montando mi primer QRP en 15 metros. En aquel tiempo no encontré muchas
curas para este desastre, aun con potencias de milivatios. Por esto no era optimista en solucionarlo con
un nivel de 50 vatios. Estaba cansado de no tener funcionando mi transmisor y decidí comenzar otra
vez construyendo un amplificador SINTONIZADO clase B sencillo. Por supuesto uno clase B
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sintonizado podría trabajar en dos o tres bandas sin cambiar el transformador de salida ni el
condensador de sintonía. De todas formas era mejor que no estar en el aire en meses, posiblemente.
Amplificador #1, un simple amplificador clase B sintonizado, funciona pero no lo recomiendo.
El clase B sintonizado funcionaba de maravilla. El único problema que encontré fue conseguir que el
transformador de entrada adaptara adecuadamente y proporcionara la gran corriente de excitación
requerida. Después de dos fallidos intentos bobinando transformadores de entrada con toroides de
hierro en polvo, probé transformadores de balum en ferrita. ¡Un éxito! Los transformadores con balun
de ferrita son verdaderamente diferentes de los toroides de polvo de hierro. Adaptan la baja
impedancia de los transistores de potencia donde ningún otro puede. Al menos ALGO del lineal
funcionaba.
Transformadores balun de ferrita.
278
Recuerdo el transformador balun de ferrita como dos largas piezas situadas lado contra lado. Las
piezas eran dos cilindros agujereados hechos con ferrita de alto AL, por esto cuando una bobina es
devanada a su alrededor la ferrita produce una gran inductancia con muy pocas vueltas. A veces las
dos piezas están formadas por un simple bloque de ferrita con dos agujeros cilíndricos en paralelo a lo
largo del bloque. En principio el transformador es como los transformadores que hubieras visto antes,
esto es, consiste en dos bobinados en el mismo núcleo de hierro. La impedancia alta; el bobinado de
más voltaje, tiene más espiras, solo son 3 o 4 vueltas de hilo esmaltado pasando por los agujeros de
ambas piezas. De momento esto es bastante normal.
Lo complicado es el bajo voltaje, el bobinado de baja impedancia. Lo que no he mencionado aún es
que por los centros agujerados de las dos piezas esta alineados dos tubos de metal no ferroso. La alta
impedancia, el bobinado de alto voltaje pasa a través de estos tubos. En una punta del montaje los dos
tubos están conectados eléctricamente por eso forman una “U” pasando a través de las dos piezas. Esta
“U” completa es el bobinado de baja impedancia. Como cualquier bobinado de transformador tiene
dos cables de salida y son las dos patas de la “U”. La toma central del bobinado de baja impedancia es
la conexión entre los dos tubos, a la derecha en el dibujo superior. Esto es, la parte de abajo de la “U”
está conectada a la masa de la placa de circuito impreso. Los dos extremos de los tubos van
balanceados a la baja impedancia de las bases de los transistores.
Para el transformador “balun” de entrada, yo hice la “U” de la malla tubular del conductor exterior de
un trozo de coaxial RG-174. Forcé unos agujeros en los lados del cable de malla exterior para permitir
que el cable aislado del secundario entre y salga a través de la malla entubada. Esto es complicado de
hacer y tendrás que probar un par de veces. Yo usé cable multihilo con aislamiento de Teflón para el
bobinado secundario para asegurarme que no pudiera haber cortocircuitos entre primario y secundario.
Compré las pequeñas ferritas del balum de entrada en CWS Bytemark. Estas pequeñas ferritas
consisten en un bloque de ferrita plano con dos agujeros paralelos moldeados a lo largo de la
dimensión más larga.
El clase B funciona pero no lo recomiendo
El esquema de clase B sintonizada lo vimos antes. Dependiendo del rango del variador, condensador
variable dual, puede sintonizarse entre 10 y 20 metros. Estuve en el aire y hablé con mucha gente con
mi clase “B” de 50 vatios. Estaba encantado, pero cuando cambiaba la frecuencia más de 50 KHz tenía
que resintonizar el amplificador. Usando un osciloscopio, mi procedimiento era sintonizar el
amplificador y un Transmatch tipo T a máxima amplitud con mínimos restos de baja frecuencia. En
sintonía producía una clara senoidal de salida y no podía ver ninguna evidencia de defectos en la
polarización “bias” que estuvieran distorsionando la salida. Solo para estar de lado más seguro, pasé la
salida a través del filtro pasa bajos TVI descrito en e l capitulo 9. Este filtro TVI (interferencias en
televisión) está diseñado para trabajar en todas las bandas HF porque corta por encima de 10 metros.
El transmisor trabajada un poco caliente y no quemó ningún transistor, Aunque había omitido todos
aquellos exóticos circuitos de seguridad.
La desventaja de mi clase “B” sintonizada era que era muy engorroso y tendía a irse de sintonía
cuando declinaba el voltaje de la batería. La mejor razón para no construir uno es que el amplificador
clase “B” sin sintonía descrito abajo funciona mejor y no tiene componentes difíciles de encontrar.
279
UN CLASE B, SIN SINTONIA, TIPO-DE-AMPLIFICADOR LINEAL
Episodio dos de la saga amplificadores de potencia
15 metros estaba muerta por las tardes por lo que quería estar en 40 metros. Mejor que construir un
nuevo Clase “B” sintonizado solo para 40 metros volví a trabajar en el lineal. Primero encargué un
manual de características de los transistores RF de Motorola. Cuando tuve el manual, descubrí que el
MRF-454 era el único transistor de su clase que NO ESTABA recomendado para operación lineal. El
manual no decía por qué no lo era, pensé. “No me asombro que el MRF-454 sea tan barato y no me
asombro que no funcionen con polarización de “bias”. Cogí mi catálogo de RF Parts Company y
busqué precio de todos los transistores RF recomendados para trabajo lineal. Eran todos mucho más
caros que el MRF-454, pero cogí el más barato y encargué una pareja pareada de MRF-422. La salida
de los transistores pasa a través de un gran transformador “balun” de ferrita. Montajes de
transformadores “balun” de ferrita también estan disponibles en RF Parts Company. Yo he usado
versiones de una pulgada y de 1,5 pulgada (PN# T1 & T1.5). Ambos parecen trabajar bien sin ningún
síntoma de saturación.
Cuando llegaron mis nuevos transistores, los puse en el lineal... y funcionaron, igual que los MRF454.
Yo añadí resistencias a las bases con menos y menos valor hasta que los transistores dejaron de
funcionar. Por supuesto en ente momento tenía salida RF cero. Aparentemente la polarización “bias”
funcionaba para todos también, pero las leyes de la física eran diferentes en mi casa.
De todas formas, si no estas planeando ir a SSB (voz) realmente no necesitas un amplificador lineal.
Antiguos amplificadores clase B o clase C funcionan bien en CW.
Problemas con filtros de salida Chebyshev
Volví a probar otra vez mi amplificador “lineal” clase B sin sintonía. Como antes, solo producía ruido
de alta potencia. Observé con cuidado mi filtro de salida Chebyshev. ¿Dónde tenía algún tipo de
defecto? Los construí de los esquemas de amplificadores lineales del Handbook 1979. Había seguido
las instrucciones de bobinado exactamente usando el mismo núcleo toroide CWS (Amidon) 106-6.
Para probar el filtro Chebyshev de 15 metros, lo substituí por el filtro pasa bajos TVI de mi
amplificador clase B sintonizada que funcionaba.
Debería funcionar bien, pero inesperadamente, el antiguo Clase B sintonizada entro en modo ruidoso,
exactamente igual que el nuevo. Muy poca potencia llegaba a la carga ficticia y el núcleo del filtro se
calentaba bastante. Algo estaba erróneo en el filtro.
Aparentemente los valores de componentes o las espiras de la bobina listados en la otra tabla estaban
totalmente equivocados. Usé las tablas de diseño Chebyshev del ARRL Handbook 1998 y volví a
diseñar mis filtros conectables. Usé el procedimiento descrito para hacer un filtro paso bajo de 5
elementos que previamente describía en el capitulo seis. La diferencia principal entre el filtro QRP y
filtro del gran amplificador es que para 100 vatios necesitas grandes núcleos de polvo de hierro. Mejor
que el T50-6 usé el T106-6. Para 40 metros e inferiores podrías usar núcleos T106-2.
Volviendo a las instrucciones del manual 1979 donde las tablas de filtros descritos eran más
apropiadas para varias bandas por debajo de cada banda listada. Por ejemplo el filtro de 15 metros
estaba diseñado a la derecha de los 160 metros, y así todos. El filtro de 160 metros podría haber sido
correcto para las frecuencias de transmisión de los submarinos nucleares.
Comprobé el filtro de 15 metros rediseñado en mi viejo amplificador... funcionó perfectamente
¡Progresaba! Después puse el nuevo filtro en el nuevo lineal y contuve la respiración. Fíjate... todavía
funciona en modo ruido. Estaba loco. Cogí la cuchilla de cortar paneles y corté las pistas de circuito
280
impreso de las bases de los transistores. Ahora estaban libres de toda red R-C-L de compensación de
frecuencia traga-todo. Conecté las bases igual que en el lineal sintonizado clase B. Todo lo que puedo
decir funcionó perfectamente. Saca 100 vatios con una preciosa onda senoidal y no queman los
transistores. Solo consigo 50 vatios en 15 metros porque el excitador no es muy potente. Pronto trabajé
docenas de estaciones en 15 y 40 metros consiguiendo excelentes reportes de señal.
Filtro pasa bajos Chevyshev para un clase B sin sintonía. Conectan median un conector borde de tarjeta
Amplificador #2. Un amplificador simple clase B sin sintonía.
¿Por qué no necesito caprichosos lazos de realimentación para compensación en frecuencia? La
respuesta puede ser que estoy excitando mi lineal con transmisores QRP completos que disponen de su
propio filtro de salida Chebyshev. En otras palabras, la señal de entrada es bastante pura. He observado
que cualquier defecto en la señal de entrada es grandemente reproducida a la salida. Aun sin
polarización “bias” para hacer clase AB, es un alto grado HI-FI.
281
Después de toda mi preocupación, nunca quemé ningún transistor. Una vez estaba comprobando mi
lineal a 80 vatios de salida. Estaba mirando felizmente el osciloscopio cuando olí algo quemándose.
Ooops! Había olvidado atornillar el gran radiador detrás. Apagué el lineal y no hubo ningún daño. Los
transistores de potencia RF no son tan frágiles después de todo.
El amplificador lineal completo. El filtro de 15 metros esta conectado a la salida.
Puedes estar usando un filtro pasa bajos adecuado
Ocasionalmente he tenido problemas cargando antenas en 17 metros y superiores. Hasta con el
acoplador T-mach descrito en el capitulo 9, aveces no pude obtener una buena señal senoidal en el
cable de antena. La onda estaba contaminada con modulaciones de baja frecuencia y el frecuencímetro
usualmente leía por debajo y no enganchaba. En ocasiones he sido capaz de corregir el problema
usando el filtro de salida de la siguiente banda más alta que la que le correspondía. Por ejemplo, si no
podía cargar con el filtro de 15 metros correcto, a veces podía cargar bien con el filtro de 10 metros.
Finalmente me sucedió que ya estaba usando el filtro TVI pasa bajos multietapa con corte en 30 MHz
descrito en el capitulo 9.Por lo tanto, para esta banda alta el filtro final de 10 metros era redundante.
Construí un filtro “blanco” que era solo un trozo de RG-58 que unía un extremo con otro el conector
para placa circuito impreso (borde de tarjeta). En suma, usando un filtro TVI de esta forma es otra
alternativa para tu bolsa de trucos.
282
Conmutando el amplificador lineal de 50W
Cuando comencé a usar mis finales, los mantenía conectados todo el tiempo. Esto es, cuando una señal
aparecía en la entrada el final se supone que la amplificaba. Si no había entrada al amplificador, no
debería haber nada en la salida. De esta forma, puedo dejar la alimentación de 12 voltios conectada en
todo momento. Desafortunadamente, en ocasiones todo el lineal podría autooscilar en alguna
frecuencia aleatoria fuera de las bandas de radioaficionado. Solía tener dos o tres exitosos QSO sin
problemas. Entonces inesperadamente, no pude determinar la razón, comenzaban las oscilaciones.
He oído que los profesionales resuelven este problema cargando la entrada del amplificador final con
una resistencia, quizás tan baja como 100 o incluso 50 Ohms. No he experimentado demasiado con
esta opción, pero estoy seguro que esto reduce excitación al amplificador y reduce mi potencia de
salida. Si yo fuera tú, experimentaría algo más con esta opción barata. De todas formas si no deseas
experimentar siempre puedes reconsiderar mi circuito conmutador mostrado arriba.
Mi solución fue construir una versión gigante del mismo conmutador MOSFET que usé para conmutar
mis módulos QRP. Naturalmente tuve que usar MOSFET canal-P homogéneos con baja resistencia de
conmutación. Refiriéndome a la figura superior, el manipulador telegráfico tira de las puertas
MOSFET a masa activándose y alimentando el amplificador. Los MOSFET están montados en una
pequeña y gruesa hoja de aluminio de 1/8 pulgada con un ángulo atornillado al fino chasis de aluminio.
Esto es suficiente para disipar el calor. Aun con gran carga de corriente no he notado que los
MOSFET lleguen a estar calientes al tacto.
¿Que más debo aprender?
1. El ARRL Handbook es excelente pero ocasionalmente tiene errores de impresión. No creas todo lo
que leas en una lista de componentes.
283
2. Entiendo la necesidad de polarización “bias” para la clase A. En la práctica, usada para CW no la
necesitas. De todas formas, era misterioso como los expertos lo hacen sin embalamiento. En mi
experiencia, los transistores se disparaban instantáneamente con el primer miliamperio de
polarización “bias”. Esto ocurría aun con los transistores fríos como piedras. No tenía nada que
hacer con el defecto de realimentación por temperatura, ya que no había tiempo de calentamiento
para que ocurriera. Más aún, el embalamiento no estaba relacionado con la excitación RF, porque
ocurría con o sin entrada RF.
3. Los transformadores “balun” de ferrita son pulcros, producen un acoplamiento ajustado a baja
impedancia real y no necesitan sintonizar.
4. Si tu filtro de salida Chebyshev no funciona a la primera, comprueba cuidadosamente
cortocircuitos por salpicaduras de estaño en la placa de circuito impreso. Si estas seguro que
tendría que funcionar, pero no lo hace, mira la tabla de diseño en un ARRL Handbook reciente y
rediseña el filtro tu mismo comenzando desde el principio. Si todavía no funciona prueba otro
tamaño de núcleo.
5. Un filtro Chebishev en un excitador QRP trabajaba pobremente cuando lo diseñé con núcleos T686. Pero el mismo filtro trabajó de maravilla rehaciéndolo usando núcleos más pequeños T50-6. Lo
siento pero no tengo idea de porqué. A veces ayuda tener la mente abierta y probar cosas que
pueden parecer tontas. ¡La persistencia es tu última arma!
6. Finalmente, me parece que mucha de la complejidad en recientes diseños de QST y QEX es
maravillosa en teoría, pero a veces innecesaria en la práctica. Los tipos que escriben estos artículos
están sobreeducados. Su sofisticación a veces nos disuade. No les dejes “llover sobre tu desfile”.
Diséñalo simple y desde aquí trabaja mejorándolo.
UN AMPLIFICADOR LINEAL, ESTA VEZ... SEGURO
Añadiendo “bias” lineal al amplificador clase B
Como expuse arriba, estaba preparado para conectar mi amplificador final como un Clase B sin
sintonía, pero cuando aplicaba el DC “bias” para hacerlo “lineal” el amplificador se embalaba. Esto
es, consumía gran cantidad de corriente y fundía los fusibles. Al final, lo dejé como amplificador de
banda ancha clase B. Clase B amplifica ambas semiondas de la onda senoidal de excitación, pero hay
una pequeña no-linearidad y cross-over. Pero ¿quién controla si es o no clase AB? Al final de mi
proyecto estaba feliz trabajando gente en CW y siempre usaba un filtro pasabajos para suprimir
armónicos. Por eso ¿cual es el lío sobre amplificadores “lineales”? ¿Seguro que necesitaba uno?
BANDA LATERAL NECESITA LINEALIDAD
Eventualmente llegué a cansarme con la CW en HF y construí un excitador en SSB.Alimenté de voz
inglesa en SSB mi “casi-lineal” clase B. Todo lo que salió fue picos de voz. Sonaba como un lenguaje
Africano click. No podía entender la voz pero finalmente capté el mensaje: La principal virtud de los
lineales para banda lateral es que amplifican igual todas las amplitudes. Si, los lineales también
amplifican todas las frecuencias igual. Son un tipo de “RF HI-FI” pero la parte de banda ancha no es
tan importante. Un amplificador BLU solo tiene que amplificar una señal de 3KHz. de ancho. En
teoría al menos, un clase A sintonizado debería trabajar bien en SSB, aunque tuviera que resintonizarlo
cada vez en QSY cada cien KHz.
284
Cuando amplificadores clase C o clase B operan en CW, una gran señal de excitación entra en las
bases del amplificador final y consigues una gran y constante señal con ganancia de 10 Db sobre la
entrada. La gran señal de excitación sobrepasa el voltaje necesario de polarización de los transistores
de salida en un amplio margen. El amplificador solo trabaja en una amplitud, por eso el problema del
voltaje de disparo no se acusa.
¿Por qué SSB necesita una linealidad cuando con modulación AM era tan fácil?
La banda lateral es diferente. La salida de un excitador SSB tiene un rango de amplitudes y todas
deben ser amplificadas por igual, A primera vista SSB no parece tan distinta de AM. Pero ¿por qué era
la fonía en AM tan sencilla en los viejos tiempos? Los moduladores de amplitud normalmente
modulaban el paso final, no el excitador. Para AM sintonizábamos la lampara final en CW, luego
modulábamos la tensión de alimentación, la reja pantalla o el cátodo de la lampara amplificadora final
con audiofrecuencia. La final actuaba como un mezclador que producía frecuencias suma y diferencia.
Sin un gran esfuerzo de ingeniería produciamos dos bandas laterales de audio frecuencia adicionadas a
la portadora original RF.
La gente que podía conseguir grandes transformadores de modulación AM modulaba la fuente de
alimentación del paso final. Los menos pudientes modulábamos la reja pantalla o el cátodo de nuestra
lampara final.
De cualquier forma, estábamos modulando la ganancia del amplificador final, no la señal de
excitación. Ahora pensando en esto, creo saber que algunos usaban AMPLIFICADORES LINEALES
para elevar la potencia de sus excitadores AM de baja potencia. La niebla se disipa. Sí, puedes
transmitir en AM con clase B o incluso con clase C, pero no puedes amplificar una señal se excitación
de bajo nivel AM o SSB sin un lineal.
Polarizando un amplificador lineal sin embalamiento térmico
Amplificador #3. Un amplificador lineal push-pull
285
Arriba muestro el amplificador lineal completo. Abajo a la izquierda el circuito de “bias” que dejó
resuelto mi problema de embalamiento y me dio la amplificación lineal que necesitaba. Encontré este
circuito de “bias” escondido en un gran esquema describiendo un transceptor comercial en el ARRL
Handbook 1998. Este decepcionantemente simple circuito controla tres funciones:
•
Provee una ajustable y constante corriente DC “bias” a las bases de los transistores
•
Diodos (1N4002) derivan las bases a masa, limitando el nivel que el voltaje de bases puede
alcanzar
•
Los diodos se calientan con el transistor y provee compensación por temperatura.
Un regulador de voltaje LM317 se usa como fuente de corriente ajustable para alimentar con 100
miliamperios estables a las bases de los transistores de potencia. El LM317 es un regulador de 1.2 volt
de tres terminales. La salida del regulador pasa a través de una resistencia para ajustar la corriente. El
voltaje que cae en la resistencia se monitora por la pata “ajuste” del regulador por lo que el voltaje a
través de la resistencia se mantiene constante a 1.2 voltios. El regulador esta aislado de RF por una
gran cuenta de ferrita atravesada por un corto trozo de cable. El resto del circuito es casi idéntico al
final del transceptor SSB del ARRL Handbook 1986. EL condensador de 1000 pF entre los colectores
se haya en todos estos circuitos push-pull. No se que se supone que hace.
Diodos recortando previenen el embalamiento
La parte crítica del circuito “bias” son los dos diodos rectificadores que recortan el voltaje de base
(Vbe) a masa. Su función más importante es que instantáneamente regulan el voltaje de base a menos
de 0.8 voltios, como un diodo zener. Limitan el máximo nivel del voltaje de polarización de los
transistores cuando cae por que todo el montaje comienza a calentarse. Tal como la excitación del
transistor se incrementa, el voltaje DC base-emisor de los transistores de salida sube lo que causa que
el colector consuma intensidades muy muy grandes. Por ejemplo, operando en banda lateral, la
tensión DC de las bases sube sobre los 0.8 voltios en los picos de la voz. Si le dejáramos subir a 0.9 o
1.0 volts puede ocurrir el enbalamiento.
La segunda función de los diodos es que cambian con la temperatura y automáticamente compensan el
incremento de temperatura. Están fijados a sus respectivos transistores por lo que están en contacto
térmico con el cuerpo del transistor. Tal como los transistores y sus diodos apegados se templan, el
voltaje de polarización que atraviesa los diodos decrece con los incrementos de temperatura.En frío,
los picos Vbe pueden comenzar a 0.8 voltios, pero como los transistores se calientan, los picos de voz
en Vbe intentaran subir todavía más. Por eso, bajo el mismo nivel de corriente “bias”, pero a alta
temperatura, el diodo recorta voltaje y típicamente puede caer desde 0.8 a 0.7 o incluso menos. El
decremento de voltaje “tira” de la tensión de base previniendo el enbalamiento .Manteniendo activado
el “key” en transmisión, puedo ver la tensión DC de base caer lentamente mientras la corriente total de
todo el amplificador esta constante.
La diferencia entre este circuito “bias” y los que probé anteriormente es que no tenían diodos de
recorta. Sí, había un diodo de referencia montado en el radiador para la compensación de temperatura,
pero mis transistores de salida se embalaban inmediatamente antes de que la temperatura pudiera subir.
Una fuente de corriente con compensación de temperatura no tiene la función de recorte automático.
286
Construcción mecánica
El amplificador lineal de 50 vatios.
Nótese el gran transformador de salida con “balun” de ferrita en el centro del montaje. El circuito
“bias” está a la derecha atrás. También observa como los diodos de recorte de base están fijados a lo
largo de los transistores de salida por lo que cualquier calentamiento del transistor será pasado al
diodo.
El módulo amplificador completo está hecho en una placa de circuito impreso a doble cara atornillada
por detrás de un gran radiador. Las principales pistas de RF son más anchas, sobre 3/8 pulgada o más,
para mantener la inductancia baja. Este es un simple circuito y todas las pistas fueron recortadas en la
placa con una pequeña cuchilla. Es vital que las pistas de colector y emisor se posicionen de forma
que sean simetricas e iguales en todos los sentidos. De otra manera, un transistor tendría una pista con
más capacitancia e inductancia que el otro. Los transformadores de entrada y salida son tipo “balun” y
han sido descritos anteriormente.
La entrada viene a través de un conector mini-UHF. Los pequeños conectores RF mini-UHF son los
únicos abordables que he encontrado. Un par a 5€ son caros comparados con los conectores de audio.
Pero si pagas a 12€ el par de conectores SMA, SMB o SMC, 5€ parece barato. El conector de salida es
un gran UHF SO-239 que, bastante extraño, han sido siempre asequibles. Para alta potencia, >5 vatios,
sugiero evitar conectores como los usados en audio que no están diseñados para potencia en RF.
Puedes usar ocasionalmente conectores de audio en 20 metros y por debajo, pero las ondas
estacionarias harán dificultoso o imposible la sintonía del amplificador en 10 metros. También, si
planeas amplificar banda lateral con él, es una buena idea construir un blindaje ajustado a la parte
superior de la placa.
Yo construí el filtro Chevyshev para el lineal en una placa de circuito impreso separada que conectaba
en la placa del lineal con un conector borde de tarjeta. Para mantener la inductancia baja, soldé ocho
pines del conector en paralelo en cada extremo del conector y el resto de los pins los usé para masa.
Para cambiar bandas conecto otro filtro pasabajos. Si quieres puedes usar pequeños relés reed para
conmutar los diferentes filtros. Personalmente me gusta el viejo sistema de enchufar bobinas.
En conclusión
Yo hablo con gente en banda lateral y parecen comprender lo que estoy diciendo. Si mi final no estaba
cerca de “lineal”, no podrían tener una comprensión de la palabra. Al final fui capaz de construir un
287
lineal usando transistores MRF-454 baratos, Tal como el Handbook decía-aunque su remendado
circuito “bias” no funcionó.
Cuanta potencia entrega el amplificador lineal depende de cuanta potencia pongo en la entrada y en
qué banda estoy. No todos mis excitadores QRP son igual. En 10 metros solo consigo 20 VATIOS,
mientras que en 40 y 80 metros obtengo más de 120 VATIOS. Como es usual, es más fácil en
frecuencias bajas. La eficiencia es sobre el 50 % .Por ejemplo, para obtener 120 VATIOS necesito
consumir 18 amperios de la batería.
Hummmm… Ahora que funciona, me pregunto ¿qué ocurriría si desueldo los diodos de recorte de la
base? Debería embalarse por supuesto. Después de todo, estos son los mismos transistores que usé
antes. ¡Que se embale!, ya desoldé los diodos. No se embaló. La compensación de temperatura no
funcionaba, pero no se embaló. No tengo idea porqué no lo hizo. ¡A veces la electrónica te lleva a la
locura! Persistencia es tu única arma contra la innata perversidad de los objetos inanimados. Un buen
ingeniero es un ingeniero persistente.
288
Capítulo 13
CONSTRUCCIÓN DE UN RECEPTOR DE HF
Un arte en retirada
El Manual de Radio de la ARRL de 1986 (N. del T.: el conocido “ARRL Amateur Radio
Handbook”, o más coloquialmente, “el Radio Handbook”; o simplemente, “el Handbook”) decía
que prácticamente ya nadie fabricaba receptores caseros de radioaficionados. Desde entonces, las
sucesivas ediciones han tenido cada vez menos detalles prácticos sobre la construcción de
receptores de radio. De cientos de contactos, hasta ahora sólo he contactado con 3 tipos, George
K7DU, Mike NØMF y Biz WDØHCO, que estuvieran usando receptores caseros para el QSO. 2 de
tales receptores estaban hechos con válvulas. El tercero era un diseño superregenerativo a la antigua
usanza. Sin embargo, el superregenerativo estaba hecho con transistores FET y circuitos integrados
modernos. Los 3 debían funcionar bien porque recibían mi modesta señal de CW en 40 metros.
Hablé con otro tipo, Gil N1FED, que me dijo que acababa de construir un receptor a válvulas.
Desgraciadamente, iba tan mal que seguía usando su moderno transceptor para salir al aire. Gil me
dijo que no le gustaban los transistores. Supongo que las placas de circuito impreso y esas molestas
oscilaciones le parecían demasiado problemáticas.
A pesar de su pesimismo, tú PUEDES construir receptores transistorizados que funcionen
razonablemente bien. Yo me hice el mío porque me intrigaban los circuitos misteriosos como los
“mezcladores equilibrados”, “detectores de producto”, “amplificadores cascodo” y “filtros de cristal
en escalera”. Antes de este proyecto, podía recitar los propósitos de esos circuitos, pero no sabía ni
“sentía” cómo funcionaban ni por qué los receptores se diseñan de esa manera. ¿Qué mejor forma
de aprender que construir uno?
¿Qué es un objetivo razonable?
Un receptor de comunicaciones con un “rendimiento adecuado”.
Mi receptor está basado en el “Receptor de comunicaciones de alto rendimiento” diseñado por
W7ZOI y K5IRK descrito en la mayoría de los Handbook de los 80. En mi opinión, “alto
rendimiento” es una calificación optimista, pero ciertamente, “rendimiento adecuado” es realista.
289
Yo defino sensibilidad y cifra de ruido adecuadas para dar a entender que puedo oír los DX y QRP
que están trabajando otras estaciones. Antes de construir el receptor que describo aquí, a menudo
tenía la impresión de que sólo oía las señales más fuertes. Para mí, una selectividad adecuada
significa que es lo bastante buena para hacer QSO en CW por la tarde en 20 y 40 metros. En esas
bandas hay con frecuencia docenas de señales estrechas de CW operando a unos pocos cientos de
hercios de distancia unas de otras. Con una banda pasante de 10 KHz, puedes oír muchas estaciones
simultáneamente y no poder copiar una cualquiera de ellas en concreto.
Una sensibilidad adecuada te permitirá oír la mayoría de señales QRP. Creo que hace 45 años
difícilmente habría alguien que tuviera un receptor que fuera “adecuado” para contactos QRP.
Cuando yo era un novato (N. del T.: el autor hace referencia con este calificativo a la posesión de la
licencia de estación más básica disponible en EE.UU.), mi primer transmisor era uno de
construcción casera de 7 vatios para 40 y 80 metros. Sabía que funcionaba bien, porque hablaba con
mis compañeros también novatos que estaban en la ciudad. Desgraciadamente, difícilmente había
contactado con gente fuera de la ciudad. No fue hasta que compré mi primer kit comercial de 50
vatios, igual que los otros novatos, que pude hablar con las mismas estaciones con que hablaban
mis compañeros. Aún usaba la misma antena dipolo, así que sólo puedo asumir que la mejora era la
potencia extra.
La sensibilidad del receptor descrito en este capítulo está bien por debajo de los 0,5 microvoltios en
80 metros y bandas inferiores que no tienen preamplificador de RF. En las bandas superiores donde
el transceptor tiene preamplificador, pude oír una fuente de señal calibrada de 0,02 microvoltios.
¡Guau! ¡No me extraña que pueda oír a esas estaciones QRP! En aquellos tiempos, una sensibilidad
por debajo de 1 microvoltio se consideraba algo muy avanzado.
Otra cuestión es la estabilidad adecuada. Cuando tu receptor está equipado con filtros de cristal
estrechos, es vital que el VFO y los osciladores de cristal sean lo bastante estables para que las
señales que estás escuchando no se desplacen dentro y fuera de tu banda pasante. Si has construido
un VFO como el descrito en el capítulo 10, no tendrás problemas de deriva (N. del T.: de un
oscilador con este problema se dice que “patina”).
¿Tiene que ser tan complicado?
Mirando al diagrama de bloques anterior, cada uno de los bloques representa de 1 a 3 etapas de
transistores. El conversor frontal tiene 3 etapas de transistores para cada banda de HF. Eso significa
que tienes que construir unas 20 etapas de amplificadores u osciladores transistorizados para que los
conversores cubran todas las bandas. Probablemente te estés preguntando si no hay algún receptor
más simple que puedas construir que haga que estés en el aire rápidamente. Las mejores noticias
son que puedes construir el receptor antedicho por etapas. El núcleo del receptor de HF toda banda
es un receptor de 80 metros de calidad. Puedes construirlo primero, y entonces al menos estarás
listo para los 80 metros. Al principio puedes incluso prescindir del altavoz y múltiples filtros de
cristal. Después de que tengas un receptor operativo, puedes añadirle prestaciones y los conversores
para oír las otras bandas de radioaficionados.
Sí, puedes construir un receptor menos complicado, pero dudo que sea “adecuado”. Mi receptor de
conversión directa del capítulo 7 funcionaba bien, pero no era lo bastante selectivo. Hay diseños
modernos de receptores superregenerativos con 2 o 3 circuitos integrados que QUIZÁ sean bastante
buenos, pero yo no los he construido, así que no estoy convencido. El capítulo 14 describe un
receptor regenerativo a válvulas que fue muy divertido de construir y bastante bueno para escuchar
estaciones de radiodifusión extranjeras de onda corta. Desgraciadamente, NO era lo bastante
selectivo y sensible para las comunicaciones de radioaficionados. En resumen, SÍ, un receptor
decente para radioaficionados tiene que ser complicado.
290
Un receptor de radioaficionados de construcción casera hecho en 1967
Arriba vemos un receptor de radioaficionados de construcción casera hecho hace unos 35 años.
Tiene 11 válvulas, un filtro de cristal simple y cubre de 80 a 10 metros. No cubre las bandas
WARC. Sí, funciona perfectamente. Pero comparado con el receptor completamente transistorizado
descrito en este capítulo, es insensible, ruidoso y tiene poca selectividad.
Siendo realistas, cualquier receptor que construyas probablemente no podrá igualar las prestaciones
de un receptor o transceptor comercial de gama alta. Pero cada vez que tu receptor te traiga un DX
en una banda nueva o cuando conquistes uno de las docenas de fallos que te encuentres, tendrás una
emoción y orgullo que nunca obtendrás de un equipo comercial. Si decides construir tu propia
versión del receptor de W7ZOI y K5IRK, te recomiendo que te consigas una copia del Manual de
Radio de la ARRL de la década de 1980 y copies o fotocopies sus descripciones originales. Te
darás cuenta de que ellos construyen la mayoría de los bloques de circuitos de manera diferente a
como yo lo hago. Volver a la descripción original puede darte algunas ideas útiles. Quizá su versión
te funcione mejor a ti.
PLANIFICANDO TU RECEPTOR
Los receptores superheterodinos ofrecen filtros de cristal para CW
Un superheterodino usa un mezclador para producir una radiofrecuencia intermedia constante. Esta
señal de frecuencia intermedia (FI) es siempre la misma, por lo que puede ser filtrada con filtros de
cristal o mecánicos de frecuencia fija para establecer un ancho de banda pasante para CW y banda
lateral superior e inferior. Antes de que te dediques a cualquier diseño, asegúrate de que puedes
comprar los componentes críticos que necesitas, especialmente los filtros de cristal o mecánicos
para tu FI. Por ejemplo, muchos diseños de receptores usan una FI de 455 KHz. Desgraciadamente,
aún tengo que encontrar una fuente fácil de cristales de 455 KHz para construir los filtros y el OFB.
Consecuentemente, he evitado esta frecuencia. Entre los receptores de radioaficionados de
construcción casera, la frecuencia más común para la FI parece ser 9 MHz.
291
¿Por qué no conversión única?
Siempre me he preguntado, “¿por qué casi siempre los receptores de construcción casera toda banda
de HF son de conversión doble?” Resulta que el desafío fundamental de la construcción casera de
receptores y transmisores es hacer un VFO estable. Sí, puedes construir un VFO razonablemente
estable, pero normalmente los VFO de construcción casera no tienen mucha gama de sintonía. Lo
típico es 0,5 MHz. Y para que la deriva sea de tan pocos hercios como sea posible, el VFO necesita
ser de una frecuencia relativamente baja. Los VFO de construcción casera suelen estar en la gama
de 2 a 7 MHz. La desventaja de un VFO de frecuencia baja es que sus armónicos aparecerán como
1 o 2 silbidos fuertes en algunas bandas superiores de radioaficionados en HF.
Comparado con la gama de VFO práctica de 2 a 7 MHz, el espectro de HF es enorme, desde 1,8
hasta 30 MHz. Enseguida uno puede ver que un receptor casero de conversión directa de 10 metros
es difícil porque necesita un VFO que sintonice de 28 a 29,7 MHz. Este problema se puede resolver
“convirtiendo” el oscilador del VFO hasta 28 MHz usando un oscilador controlado a cristal y un
mezclador más un filtro/amplificador. Esta complejidad estropea la simplicidad de la conversión
directa. Si vas a operar por encima de 40 metros, puedes igualmente construir un sistema de
conversión doble como el resto de nosotros.
¿Cómo lo hacen los receptores modernos?
Los receptores modernos usan sintetizadores de frecuencias con circuitos integrados para generar
las señales del VFO donde les parezca. A veces, los receptores modernos de HF se libran de
frecuencias imágenes y armónicas usando una frecuencia de FI muy alta, ya en la gama de VHF.
Además, después de la etapa inicial de mezcla, algunos receptores comerciales usan conversiones
múltiples para reducir de nuevo la señal a una salida de audio. Por ejemplo, el Yaesu FT1000MP
tiene 4 conversiones descendentes a partir de una FI de 89 MHz (!). Esto incluye el procesador
digital de señales con su entrada en 32 KHz.
En un superheterodino, el VFO interactúa con las señales entrantes de RF para producir una
frecuencia intermedio (FI). Un VFO de 5 MHz implica que la FI va a estar a 5 MHz de la banda o
bandas que cubra. Tal receptor podría cubrir 28 MHz, pero eso implicaría una FI de 23 MHz o
posiblemente 33 MHz. Las banda inferiores estarían fuera de alcance a menos que el VFO pudiera
sintonizar muchos MHz. Consecuentemente, un superheterodino de construcción casera y
conversión única sólo puede cubrir bien 1 banda, y no puede posiblemente cubrir todo el espectro.
En algunos diseños antiguo de aficionados, el VFO sintonizaba de 5,2 a 5,7 MHz. Usaban una FI de
1,7 MHz y o bien restaban o bien sumaban la FI a la frecuencia del VFO para cubrir o bien 80 o
bien 40 metros. Específicamente, 5,7 MHz menos 1,7 MHz = 4,0 MHz, y 5,3 MHz más 1,7 MHz =
7,0 MHz.
292
Receptor de conversión doble multibanda de HF de radioaficionado de construcción casera
Comienza con un receptor superheterodino monobanda de conversión única
Empieza construyendo el mejor receptor monobanda que puedas. El núcleo de mi receptor sintoniza
los 80 metros. Para cubrir las otras 8 bandas de HF, conversores con osciladores controlados a
cristal independientes convierten descendentemente (o ascendentemente) las señales a 80 metros.
Esto hace que el receptor sea de “conversión doble” en todas las bandas excepto en 80 metros. En
los viejos tiempos de las válvulas, cada etapa amplificadora de construcción casera estaba diseñada
para trabajar en varias bandas. Esto significaba que el panel frontal de un receptor de construcción
casera de 1970 tenía normalmente un grupo de mandos de sintonía para ajustar cada etapa. Hoy, un
amplificador o mezclador con 1 transistor es físicamente pequeño, así que es práctico construir
conversores y amplificadores presintonizados para cada banda. Mi experiencia era que construir los
conversores para llevar cada banda a 80 metros era relativamente fácil. Desgraciadamente, construir
un núcleo de receptor decente para 80 metros era mucho más difícil. Quizá con la ayuda de este
capítulo, te será más fácil construir el núcleo del receptor de lo que me resultó a mí.
Mi receptor de 80 metros tiene una FI de 9 MHz. Los cristales de 9 MHz cuestan menos de 1€ en
Digi-Key y Mouser. El bajo precio es importante porque, dependiendo de tus planes con respecto a
los filtros, puedes necesitar 11 o más cristales de 9 MHz. El inconveniente de los 9,00 MHz era que
tuve que esperar meses a que llegasen los cristales.
Una FI de 8 MHz no era tan buena idea
Al principio usé los cristales más comunes de 8,0 MHz. Desgraciadamente, para recibir 4,0 MHz, el
VFO tiene que sintonizar 4,0 MHz. Esperaba que la señal de 4,0 MHz del VFO sería sólo un
“pajarito” (N. del T.: es común llamar así a los pitidos producidos por las señales internas del
propio receptor. También llamados “heterodinos”, se producen al entrar dentro de la banda pasante
del receptor, o de la FI, frecuencias usadas dentro del propio aparato, tanto para la sintonía de las
señales como para otros usos: frecuencias de referencia en sintetizadores, frecuencias patrón de
microprocesadores, etc.) que marcaría el extremo superior de la banda. Pensé que este “marcador de
final de banda” sería hasta cierto punto práctico (N. del T.: el autor tiene razón en su planteamiento,
293
ya que muchos equipos construidos en los 70, incluso comerciales, disponen de este marcador por
armónicos que produce una señal que se repite cada 25 o 100 KHz; y cuyo propósito es
proporcionar una ayuda para la calibración del dial. Un ejemplo lo tenemos en el Yaesu FT-7B, que
dispone de un marcador de 100 KHz que es necesario usar cuando se cambia de banda, a menos que
se disponga del frecuencímetro opcional). En vez de eso, el “pajarito” se parecía más al chillido de
una sirena que saturaba la FI y hacía inutilizable la parte superior de la banda de radioaficionados
de 80 metros. Así que cuando llegaron los cristales de 9,0 MHz, lo rehice todo para 9 MHz. Ahora
el VFO (el mando de sintonía grande en el receptor anterior) sintoniza de 5,0 a 5,5 MHz para cubrir
de 4,0 a 3,5 MHz. Es decir, 5,0 MHz + 4,0 MHz = 9,0 MHz. Por supuesto, la frecuencia del OFB
también tuvo que cambiar de 8 MHz a 9 MHz.
Una aventura infrecuente
Una vez que tu receptor comience a funcionar, tendrás interferencias interesantes. Hasta que tuve
mi filtro preselector de 80 metros funcionando, normalmente oía música rap de mi radio local de
AM en 1190 KHz. También, la banda de onda corta de 31 metros está justo por encima de la FI de 9
MHz. Antes de ajustarla, escuchaba sermones de HCJB en Quito, Ecuador (N. del T.: que nadie se
extrañe de estos fenómenos: basta con poner un dedo en sitios indeterminados de la cadena de
amplificadores de FI para escuchar las emisoras más dispares). Posteriormente, mi conversor de 20
metros estaba saturado por el Dr. Scott, un evangelista de Los Ángeles, que predica en 13,8 MHz.
Una vez que tuve mis módulos sintonizados y sellados, el Dr. Scott y sus amigos se sumieron en el
silencio. En realidad, me divertí con esos problemas.
Construir un receptor reavivó mi interés en la escucha de la onda corta. He tenido radios de onda
corta desde que era un chaval. Algunas de ellas, como mi Collins R-388 de desechos del ejército
(N. del T.: equipos que ya no están a la última pero que siguen funcionando; con frecuencia,
mejores que los equipos comerciales disponibles en ese momento, y siempre a mejor precio o
incluso gratis), eran excelentes. A pesar de esto, raramente escuchaba cuando no estaba practicando
la radioafición. Pero una vez que hice funcionar a mi(s) receptor(es) de construcción casera, me
hallé a mí mismo explorando las bandas como nunca antes. Por ejemplo, en 80 metros me sorprendí
de escuchar a radioaficionados de todo el continente. Había oído de tipos que hacían DX y obtenían
certificados WAS en 80 metros (N. del T.: WAS es abreviatura de “Worked All States”, un diploma
de haber operado con todos los estados de EE.UU.), pero nunca lo había creído realmente. Incluso
había contactado con estaciones QRP en 80 metros. Los 80 metros son normalmente tan ruidosos
que no sabía que fuera posible. Hasta este año, nunca antes había oído “estaciones espía de código”.
Algunas de ellas tienen un locutor leyendo grupos de letras aparentemente aleatorios, pero la
mayoría de ellas son “estaciones espía” de CW que emiten grupos de 5 letras en código Morse,
como las señales Enigma de la Segunda Guerra Mundial (N. del T.: la máquina Enigma era un
sistema desarrollado por los alemanes para cifrar mecánicamente sus mensajes secretos de guerra).
Cuando construí conversores para cada una de las bandas de HF, era como oírlas por primera vez.
Las “bandas WARC” eran interesantes porque estaban cerca de las bandas de radiodifusión de onda
corta que no había escuchado en años.
Construcción con módulos
Además de la necesidad de blindar los bloques de circuitos entre sí, un receptor de construcción
casera con una única placa grande llena de componentes discretos tiene otro problema. Si lo
construyes todo de una vez sin comprar un kit y una placa ya mecanizada, te garantizo que no
funcionará. Para hacer montajes caseros que funcionen, tienes que desarrollar tu propia tecnología
basada en componentes y circuitos que comprendes. Esto era un planteamiento diferente para mí.
En lugar de “construir un receptor”, tenía que descender de nivel y construir un circuito a la vez, p.
ej.: “un oscilador”, “un mezclador”, “un amplificador de audio”, etc. Luego, uno todos los bloques
para completar mi proyecto. Algunos de tales bloques de circuitos no funcionaron la primera vez y
tuve que construir un nuevo bloque. Había varias razones por las que no funcionaban.
294
Normalmente, yo no era capaz de comprar los componentes exactos usados en los circuitos que
estaba copiando. O mi construcción o blindaje no eran los adecuados. A veces nunca llegué a
averiguar por qué una versión de un bloque de circuito era superior a otra.
En raras ocasiones mis circuitos no funcionaban porque había errores en los esquemas de la revista
QST o en los Handbook. Hallé varios errores serios en mi Handbook de 1979 y uno menor en mi
edición de 1998. La edición perfecta no es posible, así que no deberíamos esperarla.
Al construir mi receptor con pequeños módulos independientes blindados para cada bloque de
circuito, podía sustituir un bloque de circuito cuando quiera que me las ingeniase para construir una
versión mejorada del mismo. De otra forma, hubiera estropeado toda la placa. Si la I+D cuidadosa
es nueva para ti, prepárate para una batalla larga. Por otra parte, aprenderás un montón y la victoria
será especialmente dulce.
Construcción mecánica
Los receptores de construcción casera deberían montarse en cajas grandes. De esa manera hay un
montón de sitio para añadir prestaciones y cambiar módulos. La mesa de mi cuarto de radio es
pequeña, así que tuve que meter con calzador mi receptor en un paquete bastante compacto. En
general, las cajas grandes con montones de espacio para el panel son una idea mejor. Mi sueño a
largo plazo es reutilizar mis módulos de receptor en una caja más grande. Eventualmente, quiero
añadir un DSP (N. del T.: Digital Signal Processor, procesador digital de señales; un tipo de filtro
que parte de un muestreo de la señal para luego operar sobre ella como si fueran datos),
frecuencímetro, PLL (N. del T.: Phase Locked Loop, bucle sincronizado en fase; un tipo de
sintetizador de frecuencias que tiene la estabilidad del cristal y la excursión de frecuencia de un
VFO) y otros aditamentos que me intrigan. Con un chasis lo bastante grande, un receptor puede
crecer y mejorar continuamente.
Los módulos del receptor están conectados con conectores tipo RCA y cable coaxial fino (N. del T.:
el autor ha usado la expresión “phono plug”, pero dado que este tipo de conector también recibió la
denominación de la marca RCA, he usado ese nombre, por ser posiblemente más común. En los
equipos comerciales, el tipo de conector empleado internamente es muy similar pero más pequeño,
adaptado al grosor del cable).
295
Una caja metálica blinda cada circuito
Una razón básica para construir un receptor con módulos blindados en metal es que el acoplo
capacitivo de un bloque de circuito a otro puede degradar el rendimiento. Por ejemplo, mi primer
módulo del receptor de 80 metros se construyó en una placa única. Un filtro de cristal determinaba
la selectividad. Construí 2 filtros enchufables así que podía usar filtros diferentes para CW y BLU.
Usando mi conversor de 20 metros, estaba sintonizando los 20 metros un día. Podía oír montones
de radioaficionados, pero me incomodaban la mala sensibilidad y la mala selectividad. Pensé, “¿qué
tiene mal este receptor hoy?” Pronto descubrí que no había filtro conectado a la placa del receptor
de 80 metros. Lo que estaba oyendo era sólo el acoplamiento parásito entre el mezclador y el
amplificador de FI. ¡Asombroso! Así que si necesitas filtros de paso de banda con atenuación de 50
dB, vas a necesitar al menos ese mismo aislamiento entre las etapas. Eso significa que necesitas
blindaje metálico entre todas las etapas, interconexiones con cable coaxial y montones de
condensadores de desacoplo.
Los módulos con blindaje metálico pueden ser placas de circuito pequeñas montadas en cajas
comerciales. Lo que suelo hacer es fabricar cajas rectangulares bajas con trozos de placa de circuito
impreso de doble cara soldadas entre sí. El circuito se talla sobre el suelo de la caja usando cinceles
pequeños para madera. La tapa se encaja a presión, y está hecha con una hoja de aluminio fino
doblada sobre las esquinas de la placa de circuito impreso.
Construcción tipo cartón de huevos de la “placa base” de un receptor de 80 metros
El compartimento de la izquierda es el detector de producto y amplificador de audio. La superficie
grande del centro es el amplificador de FI y el CAG. Los 2 módulos de la derecha son el mezclador
y un preamplificador de RF para los cristales.
Si planeas tener más de 1 bloque de circuito en la misma placa, puedes aislar bloques de circuitos
entre sí usando paredes de placa de circuito impreso soldadas entre ellos. El resultado es una
construcción de “cartón de huevos”. La alimentación puede ir entre compartimentos usando
condensadores de paso. Si sospechas que un bloque de circuito puede no funcionar, cablea tu
circuito en una placa de circuito impreso aparte, y luego móntala sobre la base del compartimento
deseado. Todas esas técnicas se ilustran en la imagen. El amplificador de FI del compartimento
central está sobre una placa de circuito impreso separada.
296
Módulos blindados e interconexiones con cable blindado
Para las conexiones entre etapas yo uso cable coaxial fino RG-174 y conectores RCA. Los
conectores de ángulo recto no están diseñados para la RF y tienen demasiada capacitancia. Sin
embargo, son baratos, fáciles de encontrar, fáciles de cablear y no ocupan demasiado espacio. No
pretendo afirmar que este tipo de conector es válido para 6 metros y VHF. Me di cuenta de su límite
de frecuencia cuando descubrí que al pasar de un conector RCA a un PL-259 de UHF en mi
amplificador de 50 vatios el rendimiento mejoró notablemente en 10 metros. Hasta ahora, no he
visto problemas cuando opero en bajas frecuencias y menores niveles de potencia.
Afortunadamente, los receptores tienen corrientes minúsculas y bajas tensiones. La mayoría de los
conectores tienen carcasas de plástico. Eso significa que 1 centímetro del conductor central no está
blindado. Para mis filtros de cristal usé conectores con carcasa de metal que por lo menos son una
cierta mejora.
Los conectores de cable de TV son eléctricamente superiores a los RCA, pero son espantosamente
intermitentes. Personalmente, los he encontrado inutilizables y ojalá la industria de la TV los
mandase a la chatarra. Los conectores adecuados de RF como los BNC, SMA o TMA cuestan entre
2 € y 6 € la unidad. Algunos de ellos son difíciles de montar y tu receptor podría contener
fácilmente conectores “adecuados” por valor de 300 €. Además, la mayoría de esos conectores son
demasiado largos para encajar debidamente en un receptor pequeño. Los conectores RCA de ángulo
recto son bastante cortos y baratos. ¡Vivan los conectores RCA!
Usa mandos de plástico
Un problema extraño que me encontré era que tocar los mandos de control metálicos o el panel
frontal causaba un ruido rasposo en los auriculares cuando escuchaba en las bandas más altas. Sí, el
panel de metal estaba conectado a tierra y el chasis estaba conectado a la tierra de la estación. La
tierra de la estación es un cable grueso del número 12 que conecta a tierra todos los chasis con una
tubería de cobre cercana a la estación. Realmente no tengo explicación para esto, pero cambié los
mandos de metal por otros de plástico y estos molestos ruidos mejoraron.
Vista inferior del receptor
Conmutación de bandas y fuentes de alimentación
La fuente de alimentación de precisión para el VFO está en la esquina superior derecha. La fuente
regulada de baja caída de tensión para el resto del receptor está en la parte inferior derecha. Estos
son los mismos circuitos usados antes con el módulo del VFO y el transmisor QRP. La
conmutación de bandas es el conmutador de cerámico de múltiples circuitos de la izquierda. Los
297
cables negros de la izquierda son coaxiales finos que interconectan las entradas y salidas de los
conversores para cada banda de radioaficionados excepto 80 metros. Es deseable cubrir la parte
inferior con una placa de metal para evitar que las señales parásitas lleguen a los cables de
alimentación.
Preselector de entrada de 80 metros
El núcleo del receptor es un superheterodino de conversión única de 80 metros. El frontal de este
receptor es un mezclador. No hace falta preamplificador en 80 metros porque, si el receptor
funciona bien, el ruido atmosférico que entra por la antena será más fuerte que el ruido interno del
receptor. En esta situación un amplificador de RF no será de ayuda. Sin embargo, el mezclador sí
que necesita un filtro de preselección agudo de paso de banda para dejar fuera las bajas frecuencias
de las emisiones de radiodifusión de AM y limitar las señales de entrada de 3,5 a 4,0 MHz. Es
especialmente vital filtrar las estaciones de radiodifusión de AM. Tales estaciones ponen en antena
grandes tensiones y tienden a saturar el mezclador a menos que estén bien atenuadas.
El mezclador resta la frecuencia del VFO (5,0 a 5,5 MHz) de la frecuencia de la FI (9 MHz), para
sintonizar 80 metros (3,5 a 4,0 MHz). Las 2 entradas al mezclador son la señal del VFO y la señal
de antena. Cuando examiné la primera vez el diseño de la ARRL de 1986, me decepcionó ver que el
preselector tenía un primitivo condensador variable que se suponía que el operador debía sintonizar
para obtener la máxima ganancia para un segmento particular de la banda. Después de todo, los
filtros de paso de banda para las otras bandas de HF eran fijos y no accesibles desde el panel frontal.
Intenté construir mi propio filtro de paso de banda fijo, pero mis filtros tenían demasiada atenuación
(poca sensibilidad) y a veces dejaban pasar las estaciones de radiodifusión de AM; era como
escuchar una radio de galena.
Filtro de preselección de 80 metros recomendado para la entrada del mezclador del núcleo del receptor.
Así que volví al diseño de la ARRL con el condensador variable de 365 pF. Tenía tanta atenuación
en 80 metros que no podía oír señal alguna. Simulé el circuito de la ARRL en el programa Spice y,
según éste, debería haber funcionado bien. Sin embargo, el mío no lo hacía. Haciendo pruebas,
quité algunos componentes y al final acabé con el circuito que se ve abajo. Mi filtro funciona
bastante bien aunque, según el programa Spice, no debería. En fin...
Mi versión del filtro de preselección para la entrada del mezclador
298
Monté el preselector en una caja blindada en el panel frontal donde el condensador de ajuste estaba
accesible. Algún día, cuando averigüe cómo construir un preselector mejor, sustituiré el módulo
completo. Por el lado positivo, he descubierto que el condensador variable de ajuste es bastante útil
como atenuador para recibir señales fuertes de BLU. Es decir, las señales de fonía de BLU son con
frecuencia mucho más inteligibles cuando el preselector está desajustado y la intensidad de la señal
disminuye.
El preselector está construido en una cajita instalada detrás del panel frontal
El oscilador de frecuencia variable (VFO)
El VFO del receptor es el mismo que el VFO de 5 MHz para el transmisor descrito en el capítulo
10. El mando grande de sintonía controla el VFO. En realidad, en los superheterodinos el VFO se
llama normalmente oscilador local. La excursión y estabilidad del VFO determinan qué VFO y
frecuencias de FI son prácticas. Como el VFO de un transmisor, el VFO de un receptor debería ser
estable hasta una deriva inferior a 5 Hz por minuto, aunque menos de 20 Hz probablemente esté
bien.
Desgraciadamente, si la frecuencia del VFO es demasiado baja, probablemente no se extenderá
bastantes hercios para cubrir las bandas en las que estás interesado. Date cuenta de que la banda de
10 metros es tan enorme, 1,7 MHz, que puedes tener que cubrirla con múltiples conversores. Hasta
ahora, mi receptor sólo sintoniza los primeros 500 KHz de los 10 metros, que incluye toda la
actividad de CW. Supongo que me preocuparé por el resto cuando me meta en BLU en 10 metros.
La frecuencia del VFO y sus armónicos deberían evitar las bandas de radioaficionados tanto como
sea posible. Las frecuencias con números redondos son las mejores porque hacen que la calibración
sea fácil. Junta todos esos factores y te darás cuenta de que tus posibilidades de elección son en
realidad bastante limitadas.
De hecho, una vez que has construido transmisores y receptores separados y los has usado en el
aire, la desventaja de tener 2 VFO hacen que sea obvio el por qué la mayoría de los equipos
modernos sean transceptores. Cuando estés planificando tu receptor y un transmisor de construcción
caseras, podrías considerar el usar módulos de VFO comunes. Un VFO común sería de gran ayuda
en el aire. Pero si sólo usas un VFO, tendrás que dominar el problema de la diferencia de frecuencia
entre emisión y recepción de 500 a 800 Hz. Además, hace falta un amplificador de aislamiento para
evitar que el cable que conecta uno con otro cargue demasiado el VFO del receptor. Y, finalmente,
cuando lo uses en las bandas superiores, cada oscilador a cristal del conversor y cada oscilador de
premezcla del transmisor deben estar en las frecuencias correspondientes para que el receptor
escuche en exactamente la misma frecuencia que use el transmisor. Esto representa un montón de
trabajo.
299
Un VFO de sintonía con varicap. La sintonía se consigue con el potenciómetro redondo grande
La magia del mezclador
El objeto de un mezclador es trasladar la frecuencia de una señal de radio entrante a una frecuencia
intermedia (FI) constante que puede ser amplificada y filtrada más fácilmente. Los mezcladores
combinan una onda senoidal del oscilador local para formar una señal compuesta. La nueva señal
contiene las frecuencias originales, más las frecuencias suma y diferencia. Los mezcladores para
llevar el VFO a una banda alta se describieron en el capítulo 11. Estos mezcladores pueden ser
bastante bastos y funcionarán bien. Desgraciadamente, los mezcladores para recepción son mucho
más difíciles porque la señal puede ser muy pequeña.
Una manera de mirar a los mezcladores es que un oscilador local grande entrecorta la señal de
entrada, ciclo a ciclo. La lección a aprender es que el oscilador local (el mando del VFO) debe ser
una señal grande, mientras que las señales de entrada de RF pueden ser arbitrariamente pequeñas.
El Manual de la ARRL presenta 6 u 8 diseños diferentes de mezcladores hechos con diodos,
bobinas y transistores. Sin embargo, en la mayoría de diseños de receptores de la ARRL desde los
80, el mezclador es un circuito integrado (CI) o un pequeño montaje enlatado y etiquetado
“mezclador”. Supongo que los demás también tenían problemas con los mezcladores, así que
recurrieron a circuitos integrados. El año pasado había un proyecto en la revista QST que usaba un
CI que contenía tanto el mezclador como el VFO. Supongo que esas maravillas funcionan
estupendamente, pero el contenidos de esos CI es un misterio. Usa uno si quieres.
Los mezcladores te darán un montón de ruidos atmosféricos... y chillidos, aullidos y graznidos
Hasta ahora he construido 4 diseños diferentes de mezcladores a partir de componentes sueltos.
Primero construí un mezclador equilibrado clásico con núcleos de ferrita y un anillo de diodos de
portadores calientes. Cuando lo conecté, oía un fuerte rugido de ruidos atmosféricos en los
auriculares. “¡Dios mío!” Pensé, “¡Escucha todo ese ruido atmosférico! ¡Debe estar funcionando!”
Pronto descubrí que el ruido atmosférico venía del mezclador y de los amplificadores de FI y nada
tenía que ver con el mundo exterior. Había aprendido una verdad básica sobre los mezcladores: los
mezcladores no sólo son un poco propensos a generar “un poco de ruido de fondo”. A veces
producen un gigantesco ruido de “cataratas del Niágara” que oculta todo lo que entra por la antena.
Sin embargo, una vez que ajusté lo mejor que pude los niveles de entrada del mezclador y los
circuitos resonantes, el ruido desapareció y comencé a escuchar estaciones. Desgraciadamente,
según iba sintonizando por toda la banda, había fuertes silbidos como balizas cada pocos KHz.
Entre los silbidos, a veces podía apenas oír estaciones fuertes. Ahí quedan los mezcladores de
anillos de diodos.
300
Un mezclador práctico
El único mezclador que me ha funcionado bien es el que se muestra arriba. Todos los demás han
sufrido de ruidos, “pajaritos” y normalmente, falta de sensibilidad también. Mi mezclador con éxito
está hecho con un MOSFET de doble puerta. A diferencia de los mezcladores con diodos, la
operación de este mezclador es obvia. El mezclador de doble puerta es esencialmente un
amplificador de RF sintonizado corriente. Las señales de radio llegan a una puerta de control. Esto
modula la corriente grande que pasa del drenador a la fuente del transistor. La pequeña tensión en la
puerta de control controla el consumo de corriente amplificando por lo tanto la señal original. La
segunda entrada de control amplifica la señal del oscilador local. La señal del oscilador local es tan
fuerte que conecta y desconecta completamente la corriente del drenador a la fuente, “cortando” la
señal de entrada de RF en pequeños segmentos. La salida de corriente grande del transistor se
convierte en una “mezcla” amplificada de las 2 señales de entrada. Originalmente usé una versión
sintonizada de este mezclador en la que el primario del transformador estaba sintonizado con un
condensador para resonar a 9 MHz como se muestra arriba. Eso funciona perfectamente, pero es
bastante lioso y sujeto a ruidos y pajaritos. Ahora prefiero una versión sin sintonizar (que no se
muestra) que tiene ligeramente menos ganancia, pero no se desajusta tan fácilmente. Simplemente
usa un núcleo de ferrita CWS FT50-61 (de Amidon) con 20 vueltas en el primario y 4 vueltas en el
secundario.
Dada la alta ganancia del MOSFET, la señal senoidal del VFO puede ser de baja amplitud, 1 voltio
de pico, y aún así cortar completamente las señales de radio. En contraste, un mezclador de anillo
de diodos necesita una gran señal de oscilador local, 12 o más voltios de pico, para cortar la señal.
Otros diseños de mezcladores con transistores usan FET o transistores bipolares. Esos diseños usan
la resistencia de emisor como puerta de entrada del VFO. El emisor o fuente no tiene ganancia, así
que esos diseños también necesitan señales grandes del oscilador local.
Una señal pequeña del oscilador local es especialmente útil para construir los conversores que
necesitarás para cada una de las otras 9 bandas de HF. Cada uno de esos conversores debe tener su
propio mezclador. Si no se usara también el mezclador de doble puerta en los conversores, cada uno
de los 8 osciladores locales que construirás necesitarían amplificadores separados para que la señal
alcanzara los 12 voltios de pico. También podrías poner un amplificador común de banda ancha
para las entradas de los osciladores a cristal al mezclador común no sintonizado.
No todos los MOSFET de doble puerta son iguales
Vaya, un mezclador con un MOSFET de doble puerta tampoco garantiza el éxito. Cuando construí
mi primer mezclador con MOSFET, no pude comprar ni uno de los transistores recomendados en el
Handbook. Primero probé un componente genérico, el transistor NTE221. Este produjo las
habituales oscilaciones e insensibilidad. Me estaba desanimando, pero probé el similar NTE454 ¡y
301
FUNCIONÓ! La única diferencia obvia en las especificaciones era que la tensión de corte de puerta
era menor. En otras palabras, el NTE454 era más sensible. Desde entonces, he descubierto que el
NTE222 parece funcionar tan bien como el NTE454. El NTE455 parece demasiado sensible En mi
circuito, al menos, producía silbidos, pajaritos y ruidos. Por otra parte, el NTE455 funcionó
estupendamente como detector de producto (capítulo 7).
Primero intenté usar MOSFET de doble puerta en una configuración “semi-equilibrada”. El manual
decía que es superior al mezclador simple que se ve arriba. Se supone que los diseños equilibrados
ayudan a cancelar imágenes, es decir, pajaritos. Mi diseño de mezclador semi-equilibrado produjo
las habituales oscilaciones, pero al menos el ruido y la sensibilidad eran adecuadas y comencé a oír
estaciones débiles en 80 metros con mi receptor. También probé un “mezclador económico” hecho
con 2 transistores FET (N. del T.: a veces, y también por el autor, llamados JFET, por “Junction
FET” o FET de unión, en contraposición a MOSFET, en el que la puerta carece de conexión física
con el sustrato) tal como se describió en el capítulo 11. El truco del doble FET parece estar limitado
a conversores de frecuencia en transmisores.
Leyendo sobre mezcladores, aprendí que los mezcladores sólo son felices cuando reciben los
niveles de entrada exactos. Por eso puse un potenciómetro en mi amplificador del VFO para
inyectar el nivel óptimo. Según subo el nivel de entrada del VFO al mezclador la señal sube
abruptamente y luego se nivela. Mayores niveles del VFO contribuyen sólo ligeramente a una
mayor ganancia, pero mucho más ruido. Ajusto el nivel de entrada del VFO donde la ganancia
comienza a nivelarse. (Nota: mis VFO están diseñados para trabajar sobre una carga de 500 ohmios,
de ahí el potenciómetro de 500 ohmios.)
La sensibilidad de los mezcladores a unos niveles ideales explica por qué la mayoría de
trasnceptores modernos tienen atenuadores de entrada de modo que se puedan ajustar para tolerar
señales fuertes. Recibí una QSL de un tipo que escribió: “Lo siento por el informe de señal de 529.
Después de terminar el contacto, descubrí que tenía conectado el atenuador”. Como dije antes, el
preselector del filtro de 80 metros puede estar deliberadamente desajustado de modo que actúe
como atenuador para limitar la intensidad de la señal.
Nota: la recepción en 80 y 160 metros es mejor con un transformador de impedancias
sintonizado
Por accidente descubrí que la recepción en las 2 bandas más bajas de HF es mucho mejor cuando el
receptor comparte la antena con el transmisor y la antena está sintonizada con el transformador de
impedancias en T (N. del T.: denominado por el autor y por otros con el nombre de “transmatch”)
descrito en el capítulo 9. En mi vecindario, al menos, las señales de las estaciones de radio locales
de AM son tan altas que tienden a saturar el mezclador de 80 metros. Esto resulta en una ausencia
de señales audibles en 80 y 160. Cuando sintonizas el transformador de impedancias, aparecen de
repente numerosas señales de radioaficionados. La conclusión obvia es que mi filtro preselector del
receptor es demasiado poco selectivo. Sin embargo, incluso mi viejo receptor Collins mejora
notablemente con un transformador de impedancias sintonizado.
Filtros de cristal y OFB
Los filtros de cristal de FI te dan la selectividad que necesitas para operar en CW. Eliminan las
interferencias de estaciones cercanas y también eliminan mucho del ruido atmosférico. La salida del
mezclador superheterodino es una señal de FI débil y de banda ancha que necesita amplificación y
filtrado antes de que esté lista para su detección. El filtrado de paso de banda se hace normalmente
justo después del mezclador.
302
Situación de los filtros en un receptor superheterodino
El filtro podría ser mecánico si estás usando una FI de frecuencia baja, pero si tu FI es de 9,0 MHz,
como la mía, necesitarás 1 o más filtros de cristal. Antes de que describa la construcción de filtros,
discutiré el oscilador de frecuencia de batido (OFB) (N. del T.: en inglés, BFO). Probablemente
necesitarás el OFB como herramienta para seleccionar los cristales para tu filtro.
El oscilador de frecuencia de batido (OFB)
Un oscilador de frecuencia de batido es un oscilador de RF que opera sobre la frecuencia intermedia
de un superheterodino. El OFB se mezcla con la señal de FI para hacer audibles o comprensibles las
transmisiones en CW y BLU. Sin el OFB, las señales de CW serían inaudibles o un sonido
golpeante en el mejor de los casos. En fonía de banda lateral única serían ruidos ininteligibles que
recordarían la manera de hablar del pato Donald (N. del T.: este parece ser el ejemplo universal en
la literatura técnica anglosajona para describir el fenómeno). En banda lateral única, el transmisor
filtra la frecuencia básica de la portadora, dejando sólo una de las bandas laterales de modulación.
El OFB sirve para restablecer la onda senoidal de la portadora, devolviendo en efecto la señal de
banda lateral a su modulación de amplitud original.
Durante la detección, la señal de audio pasada al altavoz es la diferencia entre la frecuencia de la FI
y la frecuencia del OFB. Por ejemplo, cuando escuchas señales de CW, la frecuencia de la FI puede
ser 9,000 000 MHz. La frecuencia del OFB puede ser 9,000 700 MHz. Lo que oyes en tus
auriculares es un tono musical de la diferencia de frecuencia, 700 Hz. Si ese tono es demasiado alto
para ti, ajusta la frecuencia del OFB a, digamos, 9,000 500 MHz para producir un tono musical de
500 Hz. Para que el tono musical se mantenga constante, la frecuencia del OFB debe ser bastante
estable. Por lo tanto, usamos un oscilador a cristal y variamos la frecuencia arriba o abajo usando un
condensador variable, como hicimos con el transmisor QRP controlado a cristal del capítulo 6.
303
Este OFB es del receptor de W7ZOI y K5IRK en el Handbook de la ARRL de 1986. Su
característica poco habitual es que su alimentación de corriente continua le llega por el mismo cable
que la salida de RF. Esto hace fácil de instalar el OFB en una cajita metálica sobre el panel frontal
lejos del la placa principal del receptor. Un condensador variable en el panel frontal varía la
frecuencia del cristal del OFB arriba y abajo de su frecuencia nominal. El OFB, junto con el filtro
de cristal, te permite seleccionar las bandas laterales superior e inferior. El OFB está conectado a la
placa principal con un trozo de cable coaxial fino. Si quieres usar este oscilador para emparejar
cristales de 9 MHz para los filtros, te sugiero que instales el cristal del OFB en un zócalo pequeño.
El módulo del oscilador de frecuencia de batido (OFB)
La excursión de sintonía del OFB debería extenderse por encima y por debajo de la banda pasante
del tus filtros de cristal. Cuando la frecuencia del OFB está por debajo del centro de la banda
pasante del filtro, estás escuchando la banda lateral superior. Cuando el OFB está sintonizado por
encima del centro de la banda pasante del filtro, estás oyendo la banda lateral inferior. Sintonizado
a la banda lateral superior, cuando sintonizas una señal de CW bajando en frecuencia, el tono del
pitido de la señal comenzará alto, bajará y luego desaparecerá. Cuando sintonices a la banda lateral
inferior, cuando sintonices hacia abajo la banda, el tono comenzará bajo y luego subirá y
desaparecerá. Cuando el OFB está sintonizado al centro de la banda pasante del filtro, el tono
comenzará como un tono medio, luego bajará, luego subirá de nuevo a un tono medio y luego
desaparecerá. Cuando esté sintonizado a señales de fonía de banda lateral, la señal es más difícil de
hacer comprensible si eliges la banda lateral equivocada. Consecuentemente, será importante
calibrar el mando de sintonía del OFB de manera tal que sepas cuándo estás escuchando la banda
lateral superior o inferior.
Filtros en escalera
Construir filtros de cristal fue fácil, una vez que averigüé cómo. La mayoría de transceptores
comerciales usan filtros de cristal modulares que tienen anchos de banda específicos y están
sellados en pequeñas latas, algo parecido a un circuito integrado. Yo he construido mis filtros con
cristales sueltos.
304
Filtros en escalera con 1, 2 y 3 cristales.
Un filtro en escalera es sólo 2 o más cristales sueltos puestos en serie con condensadores
conectados a masa en las uniones. El ancho de banda pasante es inversamente proporcional al
número de cristales y la capacitancia a masa. En general, cuanto más baja sea la capacitancia en
las uniones, mayor será el ancho de banda. Los condensadores grandes, de unos 50 ohmios de
reactancia, producirán un ancho de banda más estrecho y mayor atenuación. Una escalera larga, por
supuesto, producirá un ancho de banda incluso más estrecho y más atenuación. Si todos los cristales
son idénticos, la atenuación lateral a ambos lados del pico de la banda pasante será más escarpada
según se vayan añadiendo cristales.
Los filtros de cristal con 2 o 3 cristales son lo bastante sofisticados para “CW después de cenar”.
Con eso quiero decir que puedes trabajar las ocupadas bandas de CW al comienzo de la tarde con
una separación adecuada de señales. Un filtro de 1 sólo cristal construido con 1 cristal de 9 MHz es
perfecto para fonía en banda lateral única (BLU). Con 3 o 4 cristales, el ancho de banda es tan
estrecho que la BLU se hace totalmente ininteligible. Con señales fuertes de CW y mucho QRM,
los filtros de 3 o 4 cristales son extremadamente útiles. Si sintonizas la parte inferior de los 20
metros por la tarde, normalmente escucharás tormentas de estaciones de CW intentando todas ellas
trabajar las mismas 5 o 6 estaciones de DX en países exóticos. Con sólo 1 cristal, oirás
prácticamente a todo el mundo a la vez. Cambia a 2 o 3 cristales y de repente, no sólo estás
escuchando 1 estación con nitidez, sino que también ha desaparecido la mayor parte del ruido de
fondo.
¿Cuántos cristales puedes usar en una escalera?
Un límite a cuántos cristales puedes poner en serie depende de la precisión con que puedas
emparejar los cristales. Yo no emparejé mi primer juego para filtro y produjeron más atenuación
que filtrado. Entonces procedí a perder el tiempo obteniendo más ganancia de mi amplificador de
FI. Luego, después de que hubiera conseguido la ganancia, la selectividad no era mucho mejor que
con 1 sólo cristal. Finalmente, probé mis cristales uno a uno poniéndolos en el OFB y midiendo la
frecuencia con un frecuencímetro.
No esperaba que las frecuencia características de filtrado fuera exactamente la misma frecuencia
que cuando se usa un cristal en un oscilador. Sin embargo, averigüé que al menos podía seleccionar
juegos de cristales que fueran similares. ¡Cuando los puse en el oscilador, me sorprendió descubrir
que los cristales tenían diferencias de hasta 2,5 KHz! No me extraña que el resultado fuera tan
pobre. Había puesto cristales de 9,001 MHz en serie con cristales de 9,003 MHz. Había construido
una “barrera de cristal”, en vez de un filtro de cristal.
Afortunadamente, había comprado 20 cristales de microprocesadores de 9,000 MHz. Eso suena
extravagante, pero cuestan menos de 1€ en Digi-Key o Mouser. Como tenía una amplia selección
de cristales de 9,000 MHz, podía emparejar 2 cristales que tuviesen una diferencia de unos pocos
hercios. Y también podía emparejar un grupo de 3 que tuviesen una diferencia de menos de 50 Hz.
Esta vez, cuando puse cristales emparejados en mis escaleras, la mejora fue impresionante. Cuando
pasé de 1 sólo cristal a 2 cristales, la fuerza de la señal apenas disminuyó. Con 3 cristales, la fuerza
de la señal sólo descendió un poco más.
305
En teoría, puedes emparejar perfectamente cristales colocando un condensador de ajuste en paralelo
con cada cristal. A continuación ajustarías el conjunto cristal/condensador en el oscilador, 1 a la
vez, de modo que los conjuntos cristal/condensador oscilaran exactamente en la misma frecuencia.
Otro límite al número de cristales es blindaje y el aislamiento de RF entre el mezclador y el
amplificador de FI. Si el blindaje es insuficiente, tu amplificador de FI “oirá” la señal del mezclador
sin que las señales lleguen a pasar por los filtros de cristal. En mi receptor, no merece la pena
construir filtros de 5 o 6 cristales.
Selecciona tus filtros con un conmutador rotativo
Al principio hice mis filtros enchufables, pero pronto descubrí que era demasiado difícil cambiarlos
en medio de un QSO. Eventualmente, los cableé a un conmutador rotativo en una caja blindada.
Según fui haciéndome más experimentado en el uso de los filtros, comencé a usar el filtro triple
cada vez más. Finalmente, construí un filtro cuádruplo y ahora lo uso habitualmente. He visto que
funciona bien con el medidor de señal (N. del T.: con frecuencia denominado “S-meter”) como
forma de sintonizar el transmisor a la misma frecuencia que la señal de otro radioaficionado (batido
nulo). Sólo barro el VFO del transmisor por la banda hasta que el medidor de señal llega al
máximo. Esto ocurre cuando la frecuencia del VFO convertida a la FI concuerda con la de los 4
cristales emparejados. La diferencia entre el OFB y el tono de la señal de código Morse se cuidan
por sí mismos. Es decir, si tu contacto está en la banda lateral superior, entonces el medidor de señal
sólo responde a mi VFO cuando estoy en la misma diferencia del OFB que él está usando. Esto
ocurre porque sólo es audible una sola banda lateral a la vez con filtros de escalera de 3 o 4
cristales.
Por cierto, 1 de mis 20 cristales se comportaban erráticamente. Mientras observaba, la frecuencia
variaba unos +/- 200 Hz. Consecuentemente, no lo usé. Con sólo mi placa osciladora, hallé que
todos los cristales variaban entre 2 y 5 Hz. Esto implica que idealmente, todos los circuitos
osciladores a cristal deberían ser tratados con el mismo respeto necesario para un VFO estable. En
otras palabras, los osciladores de cristal deberían estar alojados en cajas metálicas con fuente de
alimentación reguladas. Construir un VFO estable ya es bastante difícil. No hay necesidad de añadir
otros 5 Hz de deriva si puede evitarse.
Cristales con corte de tipo serie y de tipo paralelo
Hay 2 clases de cristales, lo de corte de tipo serie y lo de corte de tipo paralelo. Tal como yo lo
comprendo, la diferencia es el circuito oscilador para cuyo uso están diseñados. Por ejemplo, un
cristal de tipo serie está hecho para usarse en serie con una determinada capacitancia en un
oscilador. Cuando se usa esta capacitancia exactamente, el cristal oscilará a la frecuencia
especificada, por ejemplo, 9,000 MHz. En contraste, si usas un cristal de corte tipo paralelo en el
mismo circuito, podría oscilar a 9,004 MHz. Puedes usar cualquier tipo de cristal, pero tu frecuencia
de filtro puede no ser exactamente 9,000 MHz. Si lo prefieres, puedes poner condensadores de
ajuste en serie con el cristal para obtener exactamente 9,000 MHz.
306
No todos los cristales de 9,000 MHz son iguales
En mi experiencia los cristales más grandes, HC49 o mayores, funcionan bien. Los pequeños de
montaje en superficie o de la mitad de tamaño que los cristales HC49 necesitan más señal de la
salida del mezclador para que atraviesen el filtro. El amplificador de banda ancha “opcional” que
ves abajo te dará una ganancia extra si la necesitas. Es el mismo diseño que se usará más adelante
como amplificador de RF para las bandas de HF superiores.
Amplificador de RF de banda ancha Colócalo entre el mezclador de RF y el filtro de cristal.
También he observado diferencias entre diferentes marcas de cristales. Mis cristales del fabricante
ICM eran extremadamente similares entre sí. Para filtros en escalera, esta sería la marca a comprar.
Mis cristales de la marca ECS tenían mucha más variación de un cristal a otro. Esto no ayuda para
construir filtros en escalera, pero si necesitas cristales que sean ligeramente diferentes entre sí para
construir filtros de una banda pasante más ancha, o quizá osciladores de BLU que deben operar a
2,5 KHz por encima y por debajo de la frecuencia nominal, compra cristales ECS. Ambos me han
sido útiles.
Probando he hallado que el transformador reductor de impedancias no sintonizado (T1) en el
circuito anterior hace que éste funcione mejor que sin aquél. En otras palabras, esto implica que los
cristales parecen ser de unos 50 ohmios, pero deben acoplarse a la salida de alta impedancia del
transistor MOSFET. Hay un diseño en mi Handbook de la ARRL que usa transformadores
elevadores de de impedancias para acoplarse al filtro. Me resulta difícil de creer que ese diseño sea
óptimo a menos que los cristales que usaron se comporten diferente a como hacen los míos.
La segunda puerta de entrada en el amplificador de antes se usa para ajustar la polarización de
corriente continua y hacer que el amplificador sea de clase A. Un divisor de tensión lleva unos 4
voltios a la puerta. La “perla de ferrita” es un pequeño inductor (choque de RF) que ayuda a que el
MOSFET no oscile. La perla de ferrita es literalmente un cilindro de 3 milímetros (N. del T.: 1/8 de
pulgada en el original) con un agujero en su centro. Por ejemplo, puedes usar una de tipo CWS
(Amidon) FB43-101. El tipo no es crítico He usado varios tipos diferentes de perlas de ferrita y no
he tenido problemas con las oscilaciones. Si oscila, quita el condensador de 0,01 µF de filtro de la
resistencia de fuente de 100 ohmios. La realimentación negativa resultante debería anular la
oscilación a expensas de una pequeña cantidad de ganancia.
El amplificador de FI
El amplificador de FI es otra parte complicada de un superheterodino. Es un amplificador de alto Q
que debe manejar señales con una gama de 100 dB o más sin oscilaciones ni ruidos. Esa es una
enorme gama dinámica. La ganancia en las etapas del amplificador de FI debería ser ajustable
307
usando un control de ganancia de FI. Demasiada ganancia y tendrás ruidos y silbidos. Muy poca
ganancia y no podrás escuchar esas débiles estaciones de DX.
Además, si has usado cristales HC49 miniatura para construir tus filtros de paso de banda,
necesitarás aún más ganancia para pasar las señales por la significativa atenuación de los filtros. En
la última sección describí un sencillo amplificador de RF que puede situarse entre el mezclador y el
filtro de cristal para solucionar este problema.
Las oscilaciones en un amplificador de FI tienen varios orígenes. Según sintonizas el circuito LC de
una etapa amplificadora de FI oirás silbidos, rugidos, zonas silenciosos y estática. El punto en el
que escuches más fuertes las señales estará sorprendentemente libre de ruidos. La primera vez que
conecté mi receptor, aprendí rápidamente que la mayor parte del ruido del receptor viene del
mezclador y de los amplificadores de FI, no del mundo exterior. El ruido viene de un mezclador
desajustado o de un exceso de ganancia en el amplificador de FI.
Aunque fui capaz de sintonizar mi receptor de 80 metros usando un generador de señal, me fue
mejor con auténticas señales de radioaficionados en 80 metros. No tienen sentido las simulaciones
cuando puedes acceder a lo auténtico. Un problema con el ajuste de la FI en 80 metros es que la
banda puede estar muerta durante el día. En verano, los 80 pueden no estar muy activos por la tarde
tampoco. Por ello, podrías considerar la construcción de un receptor de 20 metros al comienzo del
proyecto. Los 20 metros están habitualmente llenos de señales a cualquier hora, de día o de noche,
durante todo el año. Ya que tu receptor de 80 metros puede no estar aún operativo, puedes ajustar tu
conversor alimentando la salida a un receptor comercial sintonizado a 80 metros. Luego, después de
que tengas el conversor funcionando, tendrás confianza en que tu receptor de 80 metros tendrá
montones de señales reales que oír.
Ajuste de la impedancia del filtro de cristal con el amplificador de FI
Mirando los ejemplos de circuitos de filtros de cristal en los Handbook de varios años, hallé
circuitos que parecen asumir que los filtros tienen una impedancia baja, media o incluso alta. En la
mayoría de mis intentos, me pareció conseguir la mejor ganancia cuando supuse que mis filtros eran
de una impedancia relativamente baja, digamos de 50 a 100 ohmios. Por eso el amplificador
opcional descrito antes usaba un amplificador reductor de impedancia en la salida. Probé con
transformadores de elevación de impedancia, reductor de impedancia y sin transformador, para
alimentar la señal al amplificador de FI que se muestra abajo. La elevación de impedancia fue la
que mejor funcionó, como se muestra.
308
Un amplificador de FI que usa etapas de amplificadores bipolares en cascodo
Amplificadores en cascodo: ganancia variable con Q constante
Había oído hablar de los amplificadores en cascodo pero no tenía ni idea de por qué eran
maravillosos. Construí otras 2 cadenas de FI antes de llegar al circuito que se ve arriba. Las
versiones anteriores usaban amplificadores con MOSFET de doble puerta, similares al
preamplificador para el filtro de cristal descrito anteriormente. La ganancia de cada transistor
MOSFET podía controlarse variando la polarización de corriente continua de una de las 2 puertas
de control. Esta tensión de control podía generarse tanto por el mando de ganancia de FI o por el
circuito de control automático de ganancia. Resumiendo, el MOSFET de doble puerta parece ideal
para las etapas de FI. Desgraciadamente, tuve montones de problemas con silbidos y ruidos y
siempre tenía una ganancia insuficiente.
Leyendo un Handbook antiguo, vi el amplificador de FI que se ve arriba. El libro decía que los
amplificadores con 1 transistor eran escasos para los amplificadores de FI porque cuando tratabas
de cambiar la ganancia de uno de ellos, el Q del circuito tanque de salida cambia, y entonces vienen
los silbidos y ruidos. “¡Sí! ¡Sí!”, grité. “¡Ese es mi problema!” El circuito de arriba usa 2
transistores bipolares en cada etapa en una configuración “cascodo”.
El transistor de entrada está conectado como un amplificador normal en emisor común con su
entrada de alta impedancia. La parte ingeniosa es que el segundo transistor está conectado al
primero en una configuración de base común. Esto le da al amplificador una impedancia de salida
superalta, que supuestamente lo hace inmune a cambiar la polarización de la primera etapa.
Además, la frase “amplificadores en cascodo” suena bien y quería usar alguno. Este amplificador en
cascodo me funcionó bien. Produce más señales y menos ruido y oscilaciones que mis anteriores
esfuerzos.
Es interesante ver lo que pasa cuando uno sintoniza un amplificador de FI con una sonda de
osciloscopio en la salida del amplificador. Como era de esperar, las señales de audio viajan sobre la
señal a la frecuencia de la FI, similarmente a la modulación de amplitud. Cuando el amplificador
está sintonizado para una recepción óptima de señales, el osciloscopio muestra que el amplificador
está produciendo la máxima modulación en la señal de la FI. Pero cuando la salida está sintonizada
de forma ligeramente distinta para producir la mayor señal de 9 MHz, la recepción está bien, pero
no es la mejor. No me había dado cuenta de que tales 2 atributos no eran la misma cosa.
309
El control automático de ganancia (CAG) no es un lujo
(N. del T.: en inglés, el CAG se denomina AGC, siglas de “automatic gain control)
El control automático de ganancia es una característica del receptor que mantiene el nivel de señal
relativamente constante mientras sintonizas señales de intensidad variable. Antes de construir uno,
pensé que el CAG estaba en la misma categoría que los indicadores digitales de frecuencia y las
carcasas bonitas. ¿Por qué necesito uno? ¿Soy demasiado vago para subir y bajar la ganancia de la
FI? Resulta que un CAG tiene muchas ventajas. La principal es que ayuda a conseguir la gigantesca
gama dinámica en la recepción de señales (100 decibelios) que necesitas en un receptor práctico
para radioaficionados. Después de construir un CAG, me di cuenta que era también una gran ayuda
para librarse de ruidos y oscilaciones.
Aunque había estado contento con el rendimiento de mi FI sin CAG, nunca pude librarme del la
“zona de ruido” en mi control de ganancia de FI. Es decir, tenía que mantener la ganancia de FI por
debajo de cierto nivel, o produciría un rugido de estática generada por el receptor. Aparentemente,
las etapas amplificadoras de la FI sólo son felices cuando están procesando señales de una gama de
amplitudes limitada. Hay ruidos y oscilaciones cuando las señales en la última etapa del
amplificador de FI son demasiado grandes. Con un control automático de ganancia era más fácil
sintonizar la FI de modo que el control de ganancia de FI actúa como un “control de volumen” sin
zona de ruido.
El medidor de señal y otros usos del CAG
Una ventaja del CAG es que, cuando selecciono un filtro a cristal de mayor selectividad, el CAG
compensa la atenuación del filtro en mayor medida. También cuando pones un medidor en el nivel
del CAG, tienes un medidor de señal (en otras palabras, un medidor de intensidad de las señales
recibidas). El medidor de señal me enseñó que lo que oyes en los auriculares no siempre se
corresponde con la intensidad de la señal en la FI. En otras palabras, el medidor se señal reacciona a
señales grandes en la frecuencia de la FI, no al nivel de modulación de tales señales portadoras. (N.
del T.: esto se nota particularmente en modulación de amplitud o de frecuencia; menos en CW,
debido a que la diferencia de frecuencia puede no estar favorecida por el amplificador de audio
únicamente si no se ajusta bien el OFB; y muy poco en BLU, dado que es la amplitud de la voz la
que determina la potencia de la emisión.)
Un uso útil del medidor de señal es sintonizar el VFO del transmisor para que coincida con la
frecuencia del receptor. En otras palabras, si estás respondiendo un CQ, puedes sintonizar tu
transmisor justo sobre la estación a la que quieres llamar. Primero, necesitas seleccionar un filtro de
3 o 4 cristales. Luego, según vas ajustando el VFO del transmisor a la frecuencia, el medidor de
señal se irá elevando cuando estés exactamente sintonizado a la frecuencia de tu corresponsal. Sin
usar esta técnica, invertirás mucho tiempo en hacer el “batido cero” del VFO. Los transceptores
modernos no tienen este problema de sincronización porque el receptor y el transmisor usan el
mismo VFO.
Originalmente usé un medidor de señal digital de barra gráfica (N. del T.: se refiere a un tipo de
milivoltímetro que presenta el resultado iluminando una fila de LED) que parece muy bonito.
Desgraciadamente, como casi todo lo digital, produce un silbido radioeléctrico cuando cambia de
nivel, y yo no necesito eso. Hice todo lo que pude para filtrar el circuito de barra gráfica pero, como
es habitual, no pude librarme del silbido. Finalmente, lo sustituí con un medidor analógico a la
antigua usanza y el ruido desapareció.
310
Control automático de ganancia (CAG)
Un CAG funciona muestreando el nivel de salida de la última etapa del amplificador de FI. Las
señales se detectan como en una radio de galena, usando un diodo y promediando con un
condensador para producir un nivel de corriente continua proporcional a la intensidad de la señal de
FI. Este nivel de corriente continua se amplifica y se usa para polarizar los amplificadores de FI.
Por ejemplo, el circuito anterior entrega una tensión positiva de polarización a las etapas del
amplificador de FI formadas por MOSFET de doble puerta. O si los amplificadores de FI están
hechos con transistores bipolares, el mismo circuito puede poner una corriente de polarización de
clase A en las bases de los transistores. Con señales grandes, el CAG desconecta automáticamente
la polarización y pone a los transistores en clase C. Entonces, cuando las señales se debilitan, las
bases están polarizadas para conducir de modo que tales señales no tienen que exceder la barrera de
entrada de 0,6 voltios.
El detector de producto
Mi detector de producto es básicamente el mismo circuito que he usado como mezclador. Los
detectores de producto son “mezcladores de conversión directa” que mezclan una señal de
“frecuencia de batido” de RF (OFB) con la señal de la frecuencia de la FI para producir una
frecuencia diferencia que es la señal de audio. Un choque de RF de 470 microhenrios evita que la
RF pase con la señal de audio. Para decirlo de otra forma, el choque evita que el condensador de 0,1
µF cortocircuite la RF mientras que permite que las frecuencias de audio pasen al amplificador de
AF.
311
Date cuenta de que la alimentación de 12 voltios de continua para el oscilador del OFB pasa por
otro choque y va a la caja del oscilador del BFO que está en el panel frontal. Es decir, la entrada de
alimentación para el OFB y la salida de RF de 9 MHz comparten el mismo cable. El choque de 470
microhenrios evita que la señal de 9 MHz cortocircuite la línea de alimentación.
Un detector de producto es exactamente lo que se necesita para CW o BLU. Sin embargo, cuando
sintonizas una estación de radiodifusión de AM, tendrás un silbido omnipresente hasta que ajuste el
OFB perfectamente para eliminarlo. Si tienes pensado escuchar habitualmente estaciones de
radiodifusión de AM, probablemente querrás puentear el filtro de cristal de la FI. De otro modo, el
ancho de 2 KHz de un sólo cristal será demasiado estrecho y el sonido será de “baja fidelidad”. Otro
cambio que podrías considerar es poner un conmutador para saltarte el detector de producto y usar
un detector ordinario con diodo para las señales de AM. Cualquiera de los 4 tipos de transistores
MOSFET de doble puerta mencionados anteriormente irán bien, incluyendo el NTE221.
Con un detector de producto, todo funciona al menos un poquito
En mi experiencia, los mezcladores de RF del receptor que producen una salida de FI son
extremadamente delicados y con frecuencia están plagados de baja sensibilidad y oscilaciones a uno
y otro lado de la banda. Por contra, un detector de producto es sorprendentemente poco crítico. No
he tratado de hacer uno con virutas de madera o con grava de la carretera, pero no me sorprendería
que aún pudiera oír señales.
Por ejemplo, construí una cadena de FI y un detector de producto nuevos con la esperanza de
mejorar el problema del ruido. Funcionó, pero me decepcionó la sensibilidad. Estaba
inspeccionando mi detector de producto con MOSFET cuando me di cuenta de que había soldado el
MOSFET rotado 90º. En otras palabras, el drenador estaba conectado a la puerta de entrada de RF,
la fuente estaba conectada al circuito del drenador y la entrada del OFB estaba conectada a la
fuente. Encantado de haber descubierto mi problema, soldé correctamente un transistor nuevo.
Cuando lo hice correctamente, funcionó mejor; pero no tremendamente mejor.
En otro experimento desconecté la entrada de RF de modo que la entrada al detector de producto
era sólo el acoplo parásito de la cadena de FI. Las señales eran débiles, ¡pero seguía funcionando
sorprendentemente bien! Finalmente, desconecté la entrada del OFB. Me alivió confirmar que ya no
sintonizaba ni recibía señales en las bandas de radioaficionados. En su lugar, funcionaba como una
radio de galena y recibía las señales más fuertes en, o cerca de, la banda de radioaficionados de
entrada. Por ejemplo, en 17 metros, capté la Deutsche Welle (“La voz de Alemania”) alto y claro.
312
El amplificador de AF
La salida del detector de producto es una señal de audio que necesita ser amplificada antes de que
vaya a los auriculares o altavoz. La mayoría de los diseños de la ARRL usan circuitos integrados
marcados “amplificador de audio”. El LM386 es uno de los típicos amplificadores de audio
monolíticos. Los he usado y normalmente funcionan estupendamente. Pero desde luego que no
aprendí de esa experiencia. Así que esta vez construí mi amplificador de audio con componentes
discretos de un ejemplo de mi Handbook de 1986. Parecía como 2 simples “amplificadores con
acoplo R-C” en serie. Pero el diseño tenía componentes extras de filtro que yo no comprendía.
Quité cada componente que no comprendía. Esa era mi instrucción. El amplificador estaba tan
muerto como una piedra cuando lo conecté.
Un control automático de ganancia de audio (CAG)
Estaba particularmente desconcertado por el enlace de realimentación de baja frecuencia, R1, R2 y
C1. No podía comprender qué clase de “filtrado de baja frecuencia” trataba de conseguir el
diseñador. Pero, cuando el amplificador parecía completamente muerto, puse de nuevo esos
componentes misteriosos en el circuito. ¡Voila! Los auriculares volvieron a la vida. Resultó que ese
bucle polariza el transistor en conducción con señales bajas y en corte con señales grandes. Es una
especie de CAG de audio.
Recuerda que para que un transistor bipolar conduzca, la señal de entrada deber ser mayor de 0,6
voltios o no circulará corriente en la base. En un amplificador de clase A, se añade una señal de
corriente continua a la base. Esto incrementa la tensión de la base por encima de 0,6 voltios de
modo que siempre está conduciendo. De esta manera, un amplificador de clase A puede amplificar
señales mucho menores de 0,6 voltios. La realimentación de baja frecuencia ajusta la polarización
para las señales débiles y fuertes. Cuando las señales son débiles, el segundo transistor se pone en
corte, de modo que su tensión de colector es alta y no cambia. Esta tensión de colector grande llega
a C1 para proporcionar una polarización directa para ese transistor poniéndolo en conducción y
elevando su ganancia. A la inversa, cuando las señales son fuertes, por el colector circula una
corriente grande pero hay una tensión media baja entre el colector y masa. Esta tensión inferior
polariza el transistor más cerca del corte.
313
Protegiendo tus oídos de las señales fuertes
El amplificador es capaz de atronarte los oídos cuando encuentres una señal fuerte. Por lo tanto es
esencial añadir un circuito recortador para limitar la tensión que llega a los auriculares a menos de 1
voltio. Al principio hice esto colocando en paralelo con la salida de auriculares un par de diodos
Zener de 5 voltios opuestos en serie. En la práctica, con auriculares sensibles y modernos de 8
ohmios, encontré que menos de 1 voltio de pico es volumen más que suficiente para mí. Al final,
puse 2 diodos normales de silicio 1N914 en antiparalelo (es decir, en paralelo y en oposición a la
vez) en la salida para los auriculares. Esto limita los picos positivos y negativos a justo +/- 0,6
voltios y mis oídos no se han atronado desde entonces.
¿Cuánta “alta fidelidad” debe tener?
El circuito original también estaba regado de condensadores de desacoplo de 0,1 microfaradios
como si el diseñador estuviera tratando de eliminar todos los sonidos de alta frecuencia y derivar la
mayoría del audio a masa. Ya que yo siempre estaba tratando de obtener más ganancia, quité los
desacoplos. El amplificador funcionó bien sin ellos, pero el sonido de la estática tenía un tono alto
desagradable e hiriente que irritaba mis oídos. Puse de nuevo los desacoplos y, como esperaba, el
audio sonaba más “grave” y se hizo algo más débil. Sin embargo, deshacerse de esa estática tan
molesta e hiriente bien valía la pérdida de ganancia. ¡Experimenta!
El diseño original tampoco tenía condensador de desacoplo de emisor, el condensador de 10
microfaradios en paralelo con la resistencia de 220 ohmios. Sin este condensador se reduce la
ganancia porque parte de la tensión de audio se desperdicia en la resistencia de emisor de 220
ohmios. Dado que necesitaba la ganancia, puse el condensador y mi ganancia subió notablemente.
Este desacoplo no tiene desventajas que yo pueda detectar.
Filtrado de audio
Muchos receptores tienen filtros de audio que limitan la frecuencia de audio de las señales que
llegan a los auriculares. Esto puede ser útil para separar las señales de CW que están en frecuencias
muy próximas. Si no tuviera mi selección de múltiples filtros de cristal, querría filtros de audio.
Pero en la práctica, cuando tengo QRM (interferencias), el tipo que me está interfiriendo tiene
normalmente el mismo tono que el amigo al que quiero oír. Obviamente, en este caso un filtro de
audio no ayudaría. Pero si quieres añadirlo más tarde, nunca es demasiado tarde. A diferencia de los
filtros de cristal de FI, los filtros de audio pueden añadirse más tarde, externos al receptor (N. del
T.: hoy en día existe una amplia gama de estos filtros basados en modernos sistemas de DSP, o
procesadores digitales de señales).
Atacando a un altavoz
Si no necesitas un altavoz, no necesitas una tercera etapa amplificadora. Por el mismo motivo, un
altavoz de 8 ohmios conectado a la salida de auriculares de 8 ohmios sonará muy débil. También,
una señal de 0,6 voltios de pico es insuficiente para excitar un altavoz. En el diseño original del
amplificador de AF del Handbook, la tercera etapa era un seguidor de emisor para excitar tanto un
altavoz como unos auriculares de baja impedancia. La ventaja de este diseño era que el seguidor de
emisor se conectaba directamente al altavoz y no necesitaba un transformador de impedancias. El
altavoz se conectaba entre el emisor y masa mientras que el colector estaba conectado a la
alimentación positiva. Parecía sencillo para mí, así que lo probé. Desgraciadamente, el seguidor de
emisor distorsionaba el sonido y sonaba como el motor de una barca con señales fuertes. Es decir, el
sonido salía en ráfagas. Probé varias modificaciones para resolver estos problemas pero nunca fui
capaz de arreglarlo. Renuncié al seguidor de emisor y usé otro transformador de impedancias para
conectar los auriculares de baja impedancia. Resulta que tengo un puñado de transformadores
pequeños para altavoz en mi caja de chatarra de transformadores, así que para mí esta era una
solución fácil.
314
Un amplificador opcional extra para atacar a un altavoz externo
Hallarás que un altavoz grande suena mucho mejor que uno pequeño. Un altavoz lo bastante
pequeño para caber en el receptor sonará metálico. Al final conecté mi salida de altavoz a uno
remoto de 30 centímetros de diámetro (N. del T.: 12 pulgadas).
Conversores para otras bandas de HF
Diagrama de bloques de un conversor de banda de HF
Usé los amplificadores de RF y osciladores de cristal del receptor de W7ZOI y K5IRK. Construí
esos módulos cerca a lo que estaba en el Handbook y funcionaron directamente. Para mi módulo
mezclador usé el mismo circuito con el MOSFET de doble puerta que desarrollé para el receptor de
80 metros. Tuve algunas dificultades con los filtros de preselección de frecuencias bajas, así que usé
otros diseños que describiré.
En mi receptor, todos los conversores para bandas que no son la de 80 metros comparten el mismo
mezclador con MOSFET de doble puerta. La conmutación de bandas sería más fácil si cada
conversor tuviera su propio mezclador. Por otra parte, esos MOSFET de doble puerta son
transistores caros, así que haz lo que quieras. Cada banda necesita su propio oscilador controlado a
315
cristal y un filtro de paso de banda presintonizado, o “preselector”, para limitar la entrada a la banda
deseada. Las bandas por encima de 30 o 40 metros necesitan un amplificador de RF. Por debajo de
20 o 30 metros, las señales y el ruido son más fuertes y no debería hacer falta un amplificador de
RF en la entrada de antena. Tuve algunos problemas con señales débiles en 30 metros, así que quizá
debí haber añadido un amplificador de RF en 30 metros después de todo. Por otra parte, puede que
las señales sean simplemente débiles.
Cada banda de radioaficionados necesita su propio conversor de HF
En los viejos días de las válvulas, estas eran grandes y hubiera sido extravagante que un constructor
casero usara un conversor separado para cada banda. Mi viejo receptor a válvulas de construcción
casera tenía un único conversor multibanda que tenía que ser sintonizado manualmente para cada
banda superior. Cada vez que sintonizaba una estación débil, tocaba 3 condensadores variables y 3
controles de ganancia separados.
Los transistores y los núcleos bobina de polvo de hierro son pequeños, así que hoy podemos
fácilmente alojar un conversor para toda la HF en unos pocos centímetros cúbicos. Aún más, cada
conversor funciona con una tensión baja de corriente continua. Esta simplicidad significa que la
tensión puede ser dirigida al conversor usando el mismo coaxial que recibe la entrada del conversor.
Ya que cada conversor está optimizado para una única banda, puede ajustarse una vez y olvidarse.
El conversor mezclador que se ve arriba se comparte por todos mis conversores. Un conmutador de
bandas rotativo conecta la señal de RF filtrada y amplificada en la entrada superior. La entrada
inferior recibe la RF del oscilador local a cristal para cada banda. Además, la “entrada” inferior es
también una salida que proporciona la alimentación de 12 voltios al oscilador y al preamplificador
de esa banda.
316
Tabla de valores de componentes para los filtros del conversor preamplificador
Banda
C1
C2
C3
C4
C5
L1
L2
C6
L3
L4
(pf) (pf) (pF)
(pF) (pF) (µH)
(µH)
(µH)
30 m
300 680 33
33
4,1
0,68/13 3,36/29 1,16/17
20 m
220 500 22
27
4
0,58/12 2,50/25 1,16/17
17 m
180 390 nada 22
3,9
0,40/10 1,94/22 1,44/19
15 m
150 330 nada 20
3
0,40/10 1,60/20 1,44/19
12 m
120 200 nada 12
2,1
0,26/8
1,44/19 0,58/12
10 m
110 250 nada 12
1,6
0,26/8
1,16/17 0,40/10
Las bobinas están devanadas sobre núcleos toroidales tipo T50-6 CWS de Amidon, y junto a su
valor en µH, se especifica el número de vueltas de la bobina (p. ej.: 0,40 µH, al que le
corresponden 10 vueltas de hilo sobre el núcleo).
Preselectores para las bandas inferiores de radioaficionados
Como se explicó antes, las bandas de radioaficionados inferiores a los 30 metros no deberían
requerir un preamplificador de RF. El único propósito del preselector es limitar las señales de
entrada a la banda en concreto. Este diseño que se ve más abajo es el recomendado por W7ZOI y
K5IRK.
317
Tabla de valores de componentes para el filtro de preselección (sin amplificador)
Banda
C1
C2
C3
C4
C5
C6
C10
C8
C9
C7
L1
L3
L2
L4
(pF)
(pF)
(pF)
(pF) (pF) (pF) (µH)
(µH)
30 m
300
600
32
180
50
4,1
0,68/13 1,16/17
40 m
430
860
42
180
50
4,6
1,16/17 2,50/25
160 m
1720 3440 nada 250
120
20
4,64/29 30/79
Las bobinas están devanadas sobre núcleos toroidales tipo T50-6 CWS de Amidon (excepto en 160
metros, que son T68-2), y junto a su valor en µH, se especifica el número de vueltas de la bobina
(p. ej.: 30 µH, al que le corresponden 79 vueltas de hilo sobre el núcleo).
Mi filtro de 160 metros es similar al diseño original del Handbook y lo extrapolé de los valores para
40 metros. Para 30 y 40 metros usé el siguiente diseño de filtro que adapté de un artículo de QEX:
Tabla de valores de componentes para el filtro de preselección alternativo
Banda C1, C2 C3, C4, C5, C6 C7, C8 L1, L2, L3 L4
(pF)
(pF)
(pF)
(µH)
(µH)
30 m
710
33
2000
3,5/30
4,6/34
40 m
1000
47
3000
5,0/35
6,6/41
Las bobinas están devanadas sobre núcleos toroidales tipo T50-6 CWS de Amidon, y junto a su
valor en µH, se especifica el número de vueltas de la bobina (p. ej.: 6,6 µH, al que le corresponden
41 vueltas de hilo sobre el núcleo).
El diseño anterior es una serie de 4 circuitos LC en serie, cada uno de los cuales en su propio
compartimento de “cartón de huevos” soldado a la placa de circuito impreso. Las señales pasan de
una pequeña cámara a la otra usando condensadores de 1 nF. Soldé condensadores extras para
acercar sus valores a los de la tabla. Estos filtros se sintonizan bien y no tengo quejas del
rendimiento del receptor en 40 metros y por encima. Los 80 y los 160 metros son más difíciles,
318
como se dijo antes y se dirá ahora.
Los 160 metros son difíciles
Los 160 metros presentan 2 problemas. Primero, las señales de radiodifusión son enormes y están
justo por debajo de 1,800 MHz. Si no atenúas las señales de la banda de radiodifusión, puedes
quedar maldito con las señales más fuertes de AM colándose en tu FI. Puede que encuentres útil el
filtro de radiodifusión de AM descrito en el capítulo 7. Funcionó mejor cuando se puso entre el
preselector de 160 metros y la entrada de la placa del receptor de 80 metros. No era tan útil en serie
con el conector de antena afuera del receptor. Mi preselector de 160 metros era primariamente un
filtro de paso alto.
El segundo problema con los 160 metros es su proximidad a los 80 metros. Al principio de haber
conseguido que mi conversor de 160 metros funcionara, inmediatamente oí radioaficionados y creí
que había tenido éxito. Fue varias tardes después que descubrí que algunos de esos radioaficionados
estaban realmente en 80 metros. ¡Epa! Cuando sintonizaba una estación de radioaficionado, me
pasaba a 80 metros a ver si aún estaba allí. Si había desaparecido, entonces sabía que estaba en 160
metros. Ya que el núcleo de mi receptor está diseñado para 80 metros, el filtrado de paso de banda
en el conversor de 160 metros debe ser bastante selectivo para dejar fuera tanto las señales de
radiodifusión como las de 80 metros. Aún no estoy muy contento con mi filtro actual. Como he
dicho en otro sitio, los 80 y los 160 metros funcionan mucho mejor cuando los escuchas usando el
acoplador de antena en T de tu transmisor.
Puede ser difícil encontrar un cristal adecuado y económico para 160 metros. Los de 5,5 MHz están
disponibles como patrón de frecuencia y parecen ideales. Desgraciadamente, estos producen un
enorme pitido en 2,00 MHz. 5,6 MHz funcionan perfectamente, porque ahora el pitido está en 2,1
MHz, completamente fuera de la banda de radioaficionados de 1,8 a 2,0 MHz (N. del T.: esta es la
cobertura de 160 metros en EE.UU. y los países de la región 2; en la región 1, y en España en
particular, la cobertura de esa banda es mínima).
Una dificultad con los 160 metros es que, si construyes un filtro multietapas como los que hemos
visto para 40 y 30 metros, los condensadores variables serán físicamente bastante grandes. Yo no
tengo espacio para un preselector tan grande, pero si comienzas con un chasis físicamente bastante
grande eso no debería ser un problema. Para reducir el filtro de 40 metros a 160 metros, multiplica
los valores de cada condensador y bobina por 4. ¡Buena suerte!
Osciladores a cristal para los conversores
Estos osciladores son casi idénticos al oscilador del OFB descrito anteriormente. La alimentación
de 12 voltios para cada oscilador le llega por el cable del conmutador de bandas.
319
Tabla de valores de componentes para los osciladores a cristal
Banda
Frecuencia del Primario T1
Toma intermedia Secundario
cristal
vueltas totales vueltas
vueltas
160 m
5,600
39
8
7
40 m
11,000
30
7
6
30 m
13,800
26
6
5
20 m
18,000
28
5
4
17 m
21,900
20
4
4
15 m
25,000
20
4
4
12 m
24,800
17
4
4
10 m
32,000
14
3
3
Todos los toroides son CWS (Amidon) T50-6 de hierro en polvo.
Ya que estoy convirtiendo a 80 metros, mi receptor usa las mismas frecuencias de oscilador local
que usé en mi transmisor de CW, que usa un VFO de 80 metros. Para la mayoría de las bandas usé
cristales cortados para microprocesadores para frecuencias de 4,0 MHz por encima de la banda de
radioaficionados deseada. Por ejemplo, usé 11 MHz para 40 metros, 18 MHz para 20 metros, 25
MHz para 15 metros y 32 MHz para 10 metros.
También podrías usar frecuencias de oscilador local por debajo de la banda deseada. Por ejemplo,
para cubrir 15 metros, podría usar un oscilador a cristal de 17,5 MHz. Esto convertirá la banda de
15 metros a la gama de 3,5 MHz a 3,95 MHz. Date cuenta de que la dirección de sintonía del VFO
está invertida con respecto a usar frecuencias del oscilador por encima de la banda deseada. Hagas
lo que hagas, es bueno ser consistente de modo que coincidan la dirección de sintonía y la
calibración. Además, si las frecuencias del oscilador local son números redondos, como 11, 18, 25 y
32 MHz, las calibraciones decimales en el VFO serán idénticas. Desgraciadamente, para conseguir
cristales de calidad para las bandas WARC que no patinaran, tuve que encargar que fabricaran
cristales bajo pedido para mí. Tal vez, que sea barato no es tan importante después de todo.
320
Construcción mecánica de conversores
Yo he construido mis conversores en placas de circuito impreso de doble cara. Soldé tiras de placa
de circuito impreso sobre la placa principal para hacer paredes y particiones al estilo del “cartón de
huevos”. Las tapas de aluminio plegado rechazan la mayoría de la RF espúrea. El montaje de abajo
contiene 4 conversores para 20, 40, 30 y 12 metros. Parece desalentador, pero construí una banda
cada vez a lo largo de varios meses. Sólo construí otro conversor cuando estaba listo para escuchar
una nueva banda.
Módulos conversores para 20 metros, 30 metros, 40 metros y 12 metros.
Este módulo contiene conversores para 160 metros y 17 metros.
321
Conmutar las bandas
El primer módulo de mi receptor que funcionó adecuadamente fue el conversor para 15 metros. Lo
comprobé usando mi viejo receptor sintonizado en 80 metros. Inmediatamente me di cuenta de que
funcionaba mejor que el viejo receptor sintonizado en 15 metros. Posteriormente, cuando el nuevo
receptor de 80 metros comenzó a funcionar, podía escuchar los 15 metros conectando el receptor de
80 metros al conversor de 15 metros directamente con cables coaxiales con conectores RCA. A
continuación construí un conversor para 10 metros y 40 metros. Cuando cambiaba de banda, movía
mis cables de un lado a otro como las clavijas en un antiguo panel de teléfono.
Eventualmente, según construí más conversores, este proceso se fue haciendo cada vez más
incómodo. Finalmente apreté los dientes y pasé una tarde de sábado cableando el conmutador de
bandas que se ve arriba. Para cambiar de una banda a otra, un conmutador rotativo selecciona el
filtro de entrada/amplificador de RF y el oscilador local deseado para cada banda. Como el diseño
del OFB descrito antes, la alimentación de 12 voltios para cada oscilador local y preamplificador de
RF llega al mezclador por el mismo cable que la señal de RF del oscilador local. En otras palabras,
un sólo circuito de conmutación lleva tanto la señal del oscilador local como la alimentación de 12
voltios. Incluso con esta reducción en complejidad, el conmutador de bandas de 9 posiciones se
convierte en una pila confusa de espagueti de cable coaxial RG-174. Asegúrate de etiquetar cada
conector de cable y de chasis. Yo he usado un poco de cinta adhesiva blanca de plástico en cada
cable y la he etiquetado con un rotulador permanente de punta fina.
Enmudecimiento del receptor
Mientras estás transmitiendo, es molesto oír tu propia señal en el receptor reventándote los oídos.
Incluso con la antena conmutada al transmisor, el receptor aún se saturará por tu propia señal. Una
señal de CW sonará normalmente distorsionada e interferirá con lo que estás manipulando. He
hallado que lo mejor es desconectar totalmente el receptor mientras transmites. Por eso construí un
monitor de código Morse en mi manipulador electrónico de modo que pudiera escuchar un tono
limpio mientras estoy transmitiendo.
Desconectar el receptor a mano es demasiado lento, así que necesitarás construir un circuito de
enmudecimiento. Yo activo el mío con la misma línea de señal transmisión/recepción que uso para
conectar el transmisor. He hallado que la solución más simple es desconectar algunas de las líneas
de alimentación. Intenté sólo bajar los potenciómetros de audio y FI conectando a masa los cursores
usando conmutadores a transistores. Eso no fue adecuado, así que desde entonces me he pasado a
conectar y desconectar la alimentación del receptor, como hice con el transmisor. Dejo la
322
alimentación del VFO del receptor conectada constantemente para evitar la deriva causada por el
calentamiento y enfriamiento repetidos.
Fuentes de alimentación del receptor
¡La alimentación del VFO del receptor es la misma descrita en el capítulo 10! También podrías la
fuente de alimentación regulada en serie descrita en el capítulo 8. Yo opero mi estación con una
batería de 12 voltios, así que sólo necesito el regulador de baja caída de tensión que se ve abajo. Los
requisitos de alimentación del receptor son similares a las etapas de baja potencia del transmisor. He
usado la misma fuente de alimentación que desarrollé para usar con mis módulos de QRP del
capítulo 8. Esta fuente está sobredimensionada para un receptor y puede suministrar al menos varios
amperios.
La posibilidad de enmudecimiento se ha realizado con un amplificador operacional sin usar
configurado como comparador. El cable de entrada de enmudecimiento viene del transmisor. O en
mi caso, la línea de enmudecimiento viene del conmutador de transmisión/recepción en mi
manipulador de construcción casera. Durante la transmisión, la línea de enmudecimiento se conecta
a masa. Durante la recepción, las resistencias de 12K y 47K ponen la línea de enmudecimiento a 12
voltios.
Con respecto al amplificador operacional inferior, cuando la entrada positiva conectada a la
referencia de 5 voltios es mayor que la línea de enmudecimiento, la salida del amplificador
operacional, la pata 14, sube a 12 voltios. Esto causa que la corriente fluya por el diodo a la entrada
positiva del amplificador operacional superior, pata 5. Cuando la entrada positiva (pata 5) es mayor
que la referencia de 5 voltios de la pata 6, la salida del amplificador operacional (pata 7) sube a 12
voltios, desconectando el MOSFET de potencia y cortando la alimentación del receptor.
Luz roja de indicación de enmudecimiento
Mientras el receptor está enmudecido, la base del transistor 2N3906 está conectada a una tensión
baja, haciéndolo conducir e iluminando el LED rojo. Mi LED era uno de alto brillo que sólo
necesita 1 miliamperio para tener una luminosidad adecuada. Puedes necesitar una resistencia
menor de 12 K para que tenga un buen brillo.
323
Usa reguladores lineales en serie, no reguladores conmutados
Intenté usar fuentes conmutadas con este receptor, pero la recepción siempre se deterioraba con el
ruido de la fuente conmutada. El proceso de conmutación de la fuente causa zumbidos y silbidos en
todas las bandas de radioaficionados. Filtrar la RF fue una gran mejora, pero nunca lo bastante
buena. Construir un receptor con poco ruido ya es lo bastante difícil sin tener que luchar con un
generador de ruido incorporado.
Resumiendo
Si ya has construido transmisores caseros, te darás cuenta de que construir un receptor es más fácil
que construir tu transmisor de CW multibanda controlado por VFO. Las partes más difíciles son el
preselector de 80 metros, el mezclador de 80 metros y el amplificador de FI. Después de eso, es
bastante sencillo. Los receptores no necesitan etapas de ganancia de potencia de RF, así que las
corrientes son bajas y la distribución de componentes en la placa de circuito impreso es tolerante.
Para terminar, recuerda que cuando construyes un transmisor, oirás un sinfín de quejas sobre su
señal hasta que le quites todos los problemas. Pero cuando estás en el aire con tu receptor de
construcción casera, tus contactos nunca se quejan de tu receptor. O al menos no puedes oírlos
quejarse.
324
Capítulo 14
Transmisores y receptores a válvulas
Mi proyecto QRP a la vieja usanza comenzó el día que adquirí una antigua válvula tipo
216A. Es un maravilloso aparato tipo Julio Verne con una bola redonda de cristal montada
en una elaborada base de latón niquelada. Es la “tríodo” de tres elementos más simple con
todas sus tripas a la vista. Tiene el filamento en el centro con una “rejilla” de hilo y una
placa a cada lado del filamento. La base tiene impresos varios números de patentes datando
desde 1907 a 1918. Decidí que debería usarla para construir un transmisor controlado a
cristal de una válvula, como en los viejos días. Como verás, había problemas con este
sueño.
El transmisor descrito en este capítulo usa la más antigua tecnología de válvulas que yo
pudiese utilizar, mientras que todavía sonaba bastante bien en el aire. Algunas de las partes
que use eran raras e ilocalizables como partes nuevas. No obstante, si no puedes encontrar
componentes similares en ferias locales, siempre las puedes comprar on-line. También es
posible sustituir más válvulas modernas que todavía están disponibles.
¿Cuán antiguo puedes llegar?
Le di un enorme puntapié a la construcción del transmisor de chispa y el receptor de juegos
de cristal. Mi única pena fue que no podría usarlos en el aire. Estaba maravillado de cómo
un transmisor de la vieja ola todavía podía ser usado hoy. Aproximadamente en 1920 los
325
aficionados comenzaron a reemplazar los transmisores de chispa con osciladores de simple
válvula sintonizados con LC. En principio, estos VFOs no fueron diferentes de los VFOs
descritos en el capítulo 10. Desgraciadamente los viejos VFOs eran bastos y patinaban
varios kilohercios por minuto. Obviamente uno de esos antiguos transmisores no sería
aceptable hoy.
Los transmisores de chispa fueron totalmente prohibidos en 1927 porque salpicaban sobre
toda la banda y malgastaban el espectro. Después de la reorganización internacional de las
bandas de aficionados en 1929, los aficionados fueron confinados a lo que entonces fue
considerado porciones “estrechas” del espectro.
El control a cristal para aficionados fue introducido por primera vez en la revista QST en
1927. La QST de mayo del 2001 tenía un artículo de transmisores de aficionado usados en
la década de 1920. El artículo advertía que estas primeras máquinas no deberían usarse en
el aire. ¡Esto no es divertido! En mi grupo de noticias local de aficionados Yardley Beers,
W0JF, describía un transmisor que construyó en 1930 que parecía prometer. Era un
oscilador de una válvula, de 10 vatios, con un tríodo tipo 210. Me figuré que un oscilador
tríodo con control de cristal debería ser tan vieja tecnología como yo podía alcanzar.
¿Por qué molestarse con válvulas?
Un constructor casero que nunca construyó con válvulas se ha perdido una aventura. Le
dije a mi sobrino ingeniero eléctrico que estaba construyendo un transmisor a válvula.
Hubo silencio en el teléfono. ¿”Por qué”? soltó finalmente. Me sobresalté. Para nosotros los
viejos excéntricos “porque” es obvio. Vamos a usar trenes como analogía: una vez tuve el
privilegio de montar en el TGV francés (Tren de Gran Velocidad) que se traduce a algo
como “El tren realmente rápido”. A 240 kilómetros por hora el TGV ciertamente es rápido.
Cuando pasó otro tren en la vía adyacente, el ruido de paso duró menos de dos segundos.
Cuando el TGV pasa un puente, la tierra desaparece tan rápidamente que sientes como si
despegaras en un cohete. El equipo moderno de aficionados es como el TGV. Sus atractivos
son la sofisticación y alto comportamiento. Cada verano trenes de vapor de vía estrecha
petardean arriba y abajo por los cañones de Colorado. Estos anacronismos de los viejos
tiempos están cargados con turistas. Los trenes de vapor no son populares tanto por su
funcionamiento, sino por su sonido y apariencia. Los transmisores de válvulas,
especialmente los de los años 30 y 40, no tienen un funcionamiento impresionante, ¡pero
sus aspectos son magníficos! Los transmisores de aquellos tiempos tenían unas magníficas
bobinas grandes, condensadores variables en “caja de cuchilla” y pasmosas válvulas de
cristal. Sus medidores de corriente de placa se ven como si perteneciesen a una planta de
energía. Las válvulas tienen la misma función que los transistores. Están construidas como
las bombillas. Dentro de una cámara de vacío, normalmente cristal, tienen filamentos
incandescentes para manejar electrones fuera de su superficie. La malla metálica, llamada
rejilla de control, regula la relativamente gran corriente que pasa a través del vacío entre el
filamento (cátodo) y la placa metálica. La rejilla es análoga a la base de un transistor
bipolar o la puerta de un transistor de efecto de campo. Las válvulas fueros el primer
dispositivo práctico amplificador de señal. Dominaron la electrónica a lo largo de 50 años.
La mayoría de circuitos analógicos sofisticados e incluso circuitos de computadores fueron
primeramente montados con tubos de válvulas. Cuando los transistores llegaron a estar
326
disponibles, fue relativamente fácil para los ingenieros de válvulas rediseñar los viejos
circuitos usando transistores.
¿Si las válvulas son tan fáciles, por qué fallaron mis dos primeros transmisores?
Siempre me preocupó por qué mis primeros dos transmisores caseros no funcionaron hace
45 años. Mi primer transmisor fue uno de 7 vatios para 80/40 metros construido con planos
del manual de la ARRL de 1957. Trabajaba bien alrededor de la ciudad, pero apenas nadie
me escuchaba fuera de la ciudad. Ahora que construyo modernos QRPs y receptores,
confirmo que la media de los receptores de aficionado anteriores era tan pobre que
difícilmente nadie podía escuchar un QRP. Mi segundo transmisor casero se suponía que
ponía 30 vatios de salida pero nunca trabajo adecuadamente. Carecía del equipo de prueba
y conocimiento para encontrar por qué. Eventualmente compré un kit de transmisor
comercial, igual como todos los que estaban usando otros novatos. En el transmisor
descrito abajo, la fuente de alimentación se volvió mi mayor obstáculo. Estoy convencido
que también fue mi mayor problema atrás en 1957. Si, mi fuente era capaz de suministrar la
potencia requerida, pero ahora como entonces, mi fuente de alimentación era demasiado
débil o “blanda” para suministrar la potencia necesaria sin una caída significante de voltaje.
Siempre que el trasmisor arrastraba corriente de la fuente, el voltaje fracasaba causando que
el transmisor corriese a impulsos llamados de “motora”. Ya que no tenía por entonces un
osciloscopio de alta frecuenta, no podía ver que estaba ocurriendo.
La fuente de alimentación
Las válvulas trabajan conduciendo electrones a través de un vacío. Personalmente, estoy
asombrado de que es posible. Pero una vez que pasas por ello, no debería ser una sorpresa
327
que una válvula tiene una relativamente alta resistencia. Así que si quieres pasar grandes
corrientes, necesitas grandes voltajes para empujar la corriente a través del vacío.
Potencia = Voltaje x Corriente
Para conseguir gran potencia necesitas tanto gran voltaje o gran corriente, o ambos. El
transmisor descrito aquí necesita al menos 250 voltios para desarrollar 5 vatios de salida. Y
debido a su baja eficacia de conversión de energía, planea suministrar 15 vatios de potencia
DC en lugar de solo 5 vatios. Por ejemplo,
15 vatios = 250 voltios x 60 miliamperios
Seguridad de fuente de alimentación de alto voltaje
La desventaja principal del alto voltaje es el peligro de quemaduras y descargas. Las
válvulas casi siempre operan a altos voltajes, típicamente por encima de 100 voltios. Para
amplificadores de alta potencia de bandas de aficionado el voltaje de placa puede ser de
1000 voltios o incluso 3000 voltios DC. Las malas noticias es que esto puede causar una
severa sacudida y quemadura cuando tus dedos tocan la fuente de CORRIENTE
DIRECTA. Las buenas noticias es que, aunque el alto voltaje de DC puede derribarte a lo
largo de la sala, te quema malamente y sobresalta los sentidos, el alto voltaje DC raramente
mata a nadie. Puede matar, pero habitualmente no.
Shock
Técnicamente, la palabra “shock” significa electrocución, así que el voltaje DC
normalmente no causa “shock” a los aficionados. Por el contrario, una fuente de
alimentación de 1000 voltios DC tiene 1000 voltios de CORRIENTE ALTERNA en su
rectificador. Si tus manos cruzan eso, la muerte es bastante posible, incluso probable.
Cualquier fuente de alimentación que se enchufa al AC principal tendrá al menos 220
voltios AC y esto es bastante para matarte. Todas las fuentes de alimentación son
potenciales asesinas si tocas el alto voltaje AC. En contraste, cuando el voltaje AC de 50
Hz está por debajo de 20 voltios, alcanza a ser “seguro”. No obstante, si humedeces ambas
manos, sujetas firmemente los dos cables de modo que pasen 20 miliamperios de corriente
AC a través de tu pecho, incluso 12 voltios AC pueden matarte. En resumen, hay que ser
extremadamente cauto con el voltaje AC. Siempre que sea posible, desconecta la fuente de
alimentación antes trabajar en tu equipo alimentado a la red.
Quemaduras de RF
Otra promulgación de seguridad son las quemaduras de RF. El voltaje AC de radio
frecuencia de alto voltaje y alta frecuencia no te causa shock porque tus nervios no pueden
responder con la rapidez suficiente para ser polarizados por el cambio de voltaje. No
328
obstante, el voltaje de RF puede quemar grandes agujeros en tu mano. Si tocas el circuito
placa de tu válvula de transmisión, puedes esperar al menos un pequeño agujero en tu piel.
Y a mayor potencia de RF estés usando, mayor se hará el agujero. En resumen, cualquier
voltaje AC, DC o RF mayor de aproximadamente 50 voltios merece gran respecto. Tu
primera lección trabajando con válvulas debería ser “no toques nada hasta que la
alimentación esté desconectada”. Y después que la alimentación esté desconectada, se
cauteloso de grandes condensadores que pueden estar cargados a alto voltaje DC.
*************************************************************************
La válvula del transmisor QRP
Una vez comencé la planificación de mi QRP a válvula,
comencé realmente a hundirme en ello.
•
Primero, solo tengo una válvula 1918. Aborrezco romperla.
•
Segundo, esta válvula no tiene cátodo. Solo tiene un simple filamento. Esto
significa que los electrones vienen directamente del filamento. Un simple filamento
de tungsteno o carbono da electrones reticentemente, así que estas válvulas primeras
tienen bajas corrientes operativas. Esto significa que mi transmisor QRP podría ser
extremadamente débil, como de unos pocos milivatios. Había una buena razón para
que los aficionados usasen transmisores de chispa hasta 1927. No podían construir
válvulas de potencia hasta los años veinte. Fue duro generar cualquier potencia
significante de salida hasta que las válvulas que fueron desarrolladas pudieron
manejar cientos de miliamperios de corriente, en lugar de solo unos pocos
miliamperios. Apostaría que también las válvulas de entonces costaban una fortuna.
•
De acuerdo a mi manual de la ARRL de 1979, “es casi imposible construir un
transmisor de una válvula que no chispee en algún grado”. Supongo que el
chisporroteo era normal en los antiguos días. Pero hoy tu señal sería duramente
criticada si te atreves a chisporrotear a los modernos aficionados que se mueven por
las ondas hoy día. Más aún para un transmisor de una válvula.
•
Un problema relacionado es que, a mejor suena un oscilador manipulado, menor
será la potencia de salida que conseguirás de él. En otras palabras, un oscilador
manipulado que suena bien saca poca o inservible potencia de RF. Comencé a
entender que mi transmisor de 100 milivatios podía fácilmente finalizar como un
transmisor de 20 milivatios.
En mi opinión la tecnología de la década de l930 es tan temprana como puedas ir y no
atascarte con ella hoy. Eventualmente construí mi transmisor usando válvulas que había
recuperado de viejas radios construidas durante los años 30. Me gustan las válvulas de esa
era porque son grandes y espectaculares. Las válvulas más modernas de los 40 y 50 son
329
solo grandes si manejan alta potencia. Más aún, sus filamentos incandescentes están ocultos
por los manguitos de sus cátodos.
En el diseño descrito abajo usé un simple tríodo como amplificador final. Creo que el
filamento ha sido tratado sin torio de modo que emite electrones con reticencia. Las triodos
tienen relativa baja ganancia no eran muy lineales en sus características de amplificación.
Las válvulas que usé fueron del tipo 68 y 71. Si no puedes recuperar algunas válvulas
viejas, la más moderna 6L& está todavía disponible. Para eliminar el chisporroteo, usaba
dos válvulas más para excitar el final. Así que mi QRP de simple válvula al final era un
transmisor de 3 válvulas. ¡Y todo lo que conseguí de ello es 5 vatios! El oscilador corre a
muy baja potencia y puede ser manipulado con muy pequeño chisporroteo. El oscilador es
seguido por un amplificador “parachoques” que amplifica la pequeña señal del oscilador
hasta el nivel que puede excitar el final. Mi oscilador y buffer son válvulas tipo 41, las
cuales son pequeños pentodos de potencia. Se ven anticuadas pero fueron hechas en los
años 30 y son equivalentes a las más modernas y todavía disponibles válvulas 6V6 o 6K6.
Las 6V6 y 6K6 fueron fabricadas durante las décadas de los 40 y 50 y todavía están
disponibles para ser compradas en RF Parts Company y otras compañías.
Amplificadores a válvula
Un amplificador RF a válvula
La válvula más simple es un dispositivo de tres elementos. La “rejilla de control” es
análoga a la puerta o base de un transistor. La “placa” es análoga al drenaje o colector y el
filamento incandescente es comparable a la fuente o emisor. Las válvulas son dispositivos
principalmente controlados por voltaje, aunque tiene una pequeña corriente que fluye en la
rejilla de control. La rejilla de control modula la corriente más grande que fluye del
filamento a la placa. Así que como deberías esperar, la señal de entrada es colocada en la
330
rejilla y la señal de salida es la corriente que pasa a través de una resistencia de carga o
inductor de carga, como se muestra abajo.
Filamentos – tres circuitos en uno
Refiriéndose al diagrama de arriba, ¿qué es todo ese material cableado al filamento? Este es
el tipo de complejidad que manejan los principiantes en la electrónica en otras líneas de
trabajo. Realmente, una vez desenredas las partes, no es tan malo. La dificultad con el uso
de una antigua válvula es que el filamento tiene tres tareas para hacer simultáneamente.
Función señal de cátodo
Primero, el filamento sirve como “cátodo” para lanzar nuestra
corriente de radio frecuencia desde la masa del chasis a través de la placa. Esto es, sirve de
igual forma como un emisor en un transistor bipolar o una fuente en un FET. La RF
conduce fácilmente a través de condensadores de 0,01 microfaradios, de modo que
conducen RF desde masa al filamento. El choque RF en modo común mantiene la RF fuera
del transformador del filamento.
Función calentador Segundo, el filamento deberá ser calentado para bullir los electrones
del filamento en el vacío. La función de calentamiento del filamento está proporcionada por
una señal AC de alta corriente de 6,3 voltios. Así que es necesario pasar una gran corriente
de bajo voltaje AC a través del filamento para calentarlo, como una tostadora. Por otro
lado, no queremos AC a 50 Hz impresa en la señal que estamos intentando amplificar. Si no
tomamos pasos especiales para evitarlo, los individuos con los que estamos hablando
podrían oír un gran zumbido en nuestra señal.
Para mantener la AC fuera de la señal de radiofrecuencia, el lazo simple del filamento es
alimentado con voltaje AC que está referenciado a masa en el centro del arrollamiento del
filamento. Esto es, una parte del filamento está conectada a 3,15 voltios AC, mientras la
otra mitad está conectada a 3,15 voltios AC con la polaridad opuesta. En el centro del
filamento, el gradiente de voltaje pasa a través de cero voltios. La corriente de filamento de
50 Hz AC balancea la corriente fluyente a través del vacío. Sin embargo, ya que la
derivación a masa del arrollamiento del transformador, la mitad del filamento está
liberando electrones extra, mientras la otra mitad esta liberando menos electrones. Como
resultado, la señal de 50 Hz es cancelada y la señal de RF que produce el amplificador no
está modulada con los 50 Hz. ¡Aja! Toda esta complejidad del filamento es un fastidio, así
que las válvulas más novedosas como la 6V6 y 6L6 tienen un tubo metálico rodeando el
filamento que es calentado por el filamento. Cuando está caliente, es el cátodo el que suelta
los electrones. De ese modo, la función calentados está eléctricamente separada de las
señales del cátodo.
Función balance DC Tercero, toda válvula o circuito transistor tiene un punto de operación
óptima de corriente directa para el tipo de amplificador que estés intentando construir. Por
ejemplo, si quieres una señal de audio de alta fidelidad amplificada con tan pequeña
distorsión como sea posible, el balance de una válvula es activado la mitad del resto. Esto
es, es balanceado para operar en clase A. En clase A, según la señal de audio va a positivo y
negativo desde el punto restante, la amplificación será igual para niveles de subida y bajada
de voltaje. Si el punto de operación estuviese equivocado, la mitad superior o inferior de la
señal podría ser amplificada más que la otra, o si acaso cortadas juntas. Cualquier distorsión
podría arruinar el sonido de la música. A diferencia de los transistores bipolares, la válvula
331
ya está medio girada sin resistencia de seguimiento de balance yendo a la rejilla desde el
voltaje de placa. En el caso de un amplificador de RF transmisor de CW, el balance para
una válvula es simple: solo ponemos a masa la DC en el cátodo para proporcionar el
balance correcto. En el caso de un transmisor de CW a válvula, usamos esta conexión a
masa para encender y apagar el amplificador. Para enviar código Morse la llave telegráfica
es usada como un interruptor entre masa y la derivación central del arrollamiento del
filamento en el transformador.
El oscilador de onda senoide de RF
La radio moderna comenzó con el oscilador de onda senoide de válvula. Un oscilador de
RF consiste de un amplificador de RF que amplifica su propia salida. Esto es, una porción
de realimentación desde la salida es devuelta a la entrada causando que la válvula produzca
una señal de salida de gran onda senoide. Los osciladores de RF a válvula operan con los
mismos principios como los osciladores de RF a transistores tratados en el capítulo 6 y
capítulo 10. Si la construcción adecuada de un VFO transistorizado es difícil, realmente no
querrás usar un VFO a válvula hoy por hoy. Lo intenté y el criticismo no era agradable.
Consecuentemente mi QRP a la vieja usanza usa control a cristal.
Cristales de cuarzo
Mientras construía mi transmisor descubrí que los viejos cristales de mi caja de trastos
viejos ya no oscilaban. Cuando son nuevos, los cristales son tan fiables que nunca se me
ocurrió que los cristales viejos no pudiesen trabajar. Mis cristales tenían desde 20 a 50 años
y no habían sido usados en décadas. Los únicos que aún oscilaban lo hacían solo bajo
extrema estimulación. Afortunadamente para mí eran receptáculos de cristales FT-243
grandes, al viejo estilo, que podían ser desmontados. Los desmonté y limpié con alcohol.
Dos de ellos comenzaron a oscilar de nuevo, pero los otros permanecieron inertes.
Sospecho que la abrazadera de goma suelta un vapor que se condensa en el cristal y
literalmente engoma las vibraciones. En resumen, si intentas usar viejos cristales y el
oscilador no trabaja, o si solo desarrolla una pequeña señal, necesitas limpiar el cristal o
comprar uno nuevo.
Oscilador tríodo y pentodo
Para estar al “viejo estilo” comencé con triodos sin cátodos. Las válvulas de potencia más
viejas que tenía en esa categoría eran las válvulas del tipo 68 y 71. Rápidamente aprendí
que una de las razones por las que los triodos perdieron popularidad es que su señal de
salida varía con el voltaje de la fuente de alimentación. Aquellas otras válvulas tetrodo y
pentodo con rejilla hacen la señal amplificada relativamente independientemente del voltaje
de la fuente de alimentación. Para decirlo de otro modo, una válvula pentodo tiene
características V/I que recuerdan los transistores NPN y canal N. Esto era particularmente
importante para el oscilador a cristal. El voltaje de alimentación se hunde ligeramente
cuando la llave se suelta y causa chirrido. Cuando se usa un tríodo, no podía nunca eliminar
suficientemente el chirrido, así que finalmente usé un pentodo tipo 41. Los pentodos
trabajan estupendamente.
332
Circuitos a la vieja técnica
Usé un circuito genuino a la vieja técnica de un pino. Un tablero de madera me permite
mover componentes dentro del chasis metálico y cambiarlas con poco esfuerzo. Desde que
las bases para las válvulas de 4 y 6 patillas ya no están disponibles, tenía que hacer mis
propias bases de válvulas taladrando agujeros en un circuito preformado de fibra de vidrio.
Para sujetar las patillas de la válvula, enrollaba hilo de cobre alrededor de ellos. Esto
trabajaba mucho mejor de lo que esperaba. Puedo incluso desenchufar y reemplazar las
válvulas.
El mejor circuito oscilador
Hay varios circuitos osciladores de válvulas. El de abajo es el más fácil de entender y
produce la mayor señal de salida. El cristal, el cual es cableado normalmente en serie con
un condensador, está conectado entre la placa (la salida) y la entrada de la rejilla. Esto pone
alto voltaje en el cristal y produce una oscilación extremadamente fuerte. Fui capaz de
conseguir 10 vatios de salida de este oscilador con una fuente de 300 voltios. Podría ser
mayor, pero este oscilador es difícil para manipular para código Morse. El mío arrancaba
tan lentamente que solo era capaz de generar dashes. El oscilador simplemente era incapaz
de arrancar a tiempo de enviar “dots”. Sonaba más como un pájaro enfermo que código
Morse. Su chirrido era más que “malo”.
333
Un mejor oscilador de válvula para CW
El oscilador de abajo es el circuito usado más a menudo en los viejos transmisores a
válvulas. La primera pregunta que probablemente tienes es “¿Dónde está la
realimentación?” No hay una conexión visible entre la entrada de la rejilla y la salida de la
placa. Sin embargo, hay realimentación entre el cátodo y la rejilla por medio de la
resistencia de 100K. También hay realimentación por capacidad extraviada (accidental)
entre la rejilla y la placa. Recuerda que una válvula ya está activada a la mitad incluso
cuando el voltaje de la rejilla es cero. Si hay cualquier cambio aleatorio en el voltaje de
placa (y/o voltaje de cátodo), un voltaje pequeño será acoplado a la rejilla. Cuando aparece
este cambio en el voltaje a través del cristal, el cristal responderá, reforzando por ello una
oscilación a la frecuencia resonante del cristal. La ventaja de este oscilador es que se
manipula bien y hace buen código Morse. Las malas noticias es que la salida de señal es
pequeña. El mío solo pone ondas senoides de 6 voltios de pico. Esto comparado con ondas
senoides de 30 voltios cuando usaba realimentación placa a rejilla. Como se ve en el
diagrama, eventualmente establecí el uso regulado de 150 voltios de voltaje de placa.
334
Regulación de voltaje en los viejos tiempos
Mi oscilador a válvula estaba alimentado por una simple fuente de transformador de alto
voltaje alimentado de la línea de red. Cuando el oscilador estaba en “espera”, el voltaje de
placa en el condensador filtro se elevaba a un nivel proporcional a la altura de las ondas
senoides de la línea de energía. Entonces, cuando pulsaba la llave telegráfica, el voltaje caía
a un estado firme inferior. Esto causaba un notorio “chirrido” en el tono. Para solucionar
esto usé una válvula reguladora de voltaje de 150 voltios. Estas válvulas son el equivalente
de los viejos tiempos a un diodo Zener. Los reguladores son simples viales de cristal
conteniendo gas inerte a baja presión. Tienen dos electrodos. Un hilo central “cátodo frío”
corre abajo por el centro y una placa cilíndrica recolecta los electrones desde el cátodo.
Cuando el voltaje es aplicado a través de los dos electrodos no ocurre conducción hasta que
el voltaje alcanza un voltaje umbral donde el gas inerte se ioniza en un plasma
incandescente. Según aumenta la corriente a través del gas, más y más gas es ionizado y el
voltaje a través de la válvula permanece aproximadamente constante. Mediante el diseño de
válvulas de diferentes dimensiones y usando diferentes mezclas de gases, las válvulas
regulan diferentes voltajes. Para regular mi fuente osciladora usaba una válvula 0D3 la
cual regula a 150 voltios. Ésta recorta el rizado de mi fuente de alimentación y mejora
enormemente el sonido de la CW. El regulador hierve con un color violeta encantador.
El desarrollo de las válvulas
Después de la construcción de mi propio transmisor, ahora sospecho que la calidad
“normal” de la señal realmente era baja por entonces. Era capaz de construir un oscilador
controlado a cristal de una válvula que manipulaba bien y no podría ser criticado por
chirridos de manipulado, chasquidos, desplazamiento, hundimiento o cualquier otro mal de
las válvulas.
335
Desgraciadamente, solo saca 300 milivatios. Como decía el manual de la ARRL, es casi
imposible construir un transmisor de una válvula que no chirríe. Pienso que están en lo
cierto. Necesité al menos un transmisor de dos etapas.
El amplificador final
Todavía buscaba usar el triodo tipo 68 como mi final. La 68 tiene una forma redondeada
simple como las válvulas desde 1920 y tienen un gran filamento abierto que se ve como un
elemento de tostadora de pan con incandescencia naranja. Casi puedes imaginar cayendo
pequeñas tortitas para el desayuno. La tipo 71 trabajaba tan bien como una 68, pero el
cristal tiene la forma más novedosa de doble curvatura.
A diferencia de las válvulas más modernas, todos los tres elementos de esas triodos están
plenamente visibles. En orden a operar un filamento de tríodo como un “cátodo”, el
arrollamiento del transformador del filamento debe estar aislado de masa y la DC tomada a
través de una derivación central. Ya que ambos lados del filamento son entradas DC para la
función de cátodo, el choque de cátodo deberá ser un diseño de modo común. Usé un
moderno toroide de núcleo de ferrita. Bueno, se aproxima bastante. Había bastante buenos
núcleos de polvo de hierro anteriormente a estos.
Mi tríodo final está mostrada arriba. Más que amplificar la señal de entrada, el tríodo
prefería oscilar por si mismo. Cuando no estaba auto-oscilando por si mismo, la excitación
desde el endeble oscilador era insignificante para lograr una salida de potencia útil. Me
maravillaba como los típicos transmisores de novatos de los años 40 se manejaban con solo
dos lámparas. “¡Debe ser aquellos finales de pentodo de alta ganancia!”. Yo tiraba junto a
una 6L6 final y lo intenté. No cambió. La 6L6 tenía la misma ganancia como mis ancianas
triodos. Si esto era lo que trabajaba, necesitaba más excitación de rejilla. Finalmente
336
concluí que aquellos kits de Heathkits, Knight y Viking Rangers simplemente estaban bien
diseñados. Lograban sorprendente actuación con muy pocos componentes.
Chasquidos de llave
Nota el filtro C-R-C en el circuito de manipulado. Esto es lo que tenía que hacer para
eliminar los chasquidos de llave. Los chasquidos de llave son sonidos chasqueantes agudos,
desagradables en el código Morse causados por los dots y las dashes cambiando muy
rápidamente. Aunque mis transmisores de CW transistorizados se ven tener momentos de
subida y caída abruptos, mis transmisores transistorizados no habían tenido problema con
los chasquidos. No entiendo esto, pero el filtro C-R-C enfrente de la llave motiva a las
válvulas a manipular con suavidad y el transmisor de válvula no chirría más.
Amplificadores amortiguadores
Después de forcejear unas cuantas horas, añadí un “amplificador amortiguador” hecho de
otro tipo de pentodo 41 entre el oscilador y el final. Ahora tenía suficiente excitación para
el tríodo final. ¡Así que para esto son los amortiguadores!
Etapas amortiguador y oscilador
La válvula osciladora excita un amplificador amortiguador para aumentar la excitación del
final. Nota que la válvula reguladora 0D3 para la alimentación a la placa del oscilador. Una
resistencia de 7500 ohmios baja la alimentación de 285 voltios a 150 voltios mientras la
válvula reguladora la mantiene a ese nivel.
337
El transmisor de 40 metros completo
El amplificador final está a la izquierda. Las válvulas osciladora, amortiguadora y
reguladora están atrás a la derecha. La bobina de placa es la bobina larga, con derivación, al
fondo. En teoría se suponía que trabajaba en varias bandas, por lo cual es que la bobina
tiene secciones múltiples. Sin embargo, de lejos solo he conseguido que trabaje en 40
metros. Las bobinas de placa para el oscilador y amortiguador fueron arrolladas en bobinas
sintonizadas por placas, lo cual era el modo popular de hacerlo en los días de las válvulas.
Chirridos de triodos
Mientras que hasta mis oídos en válvulas, despertó en mí que aquellos “amplificadores
lineales de kilovatio” caseros en los viejos manuales de la ARRL hechos de triodos no
pueden ser lineales. El voltaje de salida de una tríodo varía con el voltaje de alimentación,
no solo con el voltaje de rejilla. Bueno, podrían ser lineales, pero el rango operativo a lo
largo de la línea de carga tendría que ser realmente estrecho y la fuente debería estar
perfectamente regulada. Dudo que esos diseños conociesen alguno de estos criterios.
LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN
Una fuente de alimentación inadecuada hecha de componentes a la vieja usanza
Antes que pudiese intentar un transmisor QRP, necesitaba una fuente de alimentación.
Primero intenté usar una fuente de alimentación salvada de una radio inservible de 1935.
Desgraciadamente esta fuente de alimentación no desarrollaba suficiente potencia para un
transmisor QRP pero, como siempre, era educativa.
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Una fuente de alimentación hecha de partes salvadas de una vieja radio
Esquema de la fuente de alimentación de 1935
La energía AC de la pared viene a la fuente y primero encuentra un fusible de 5 amperios.
En caso de que la fuente esté cortocircuitada, el fusible puede fundirse y evitar daños
mayores. Cinco amperios es un fusible mayor del que necesita pero está dentro de los
estándares eléctricos para pequeñas aplicaciones. Un interruptor conecta el arrollamiento
primario del transformador de alimentación con la línea AC. El transformador está
equipado con tres arrollamientos secundarios. Un arrollamiento de alto voltaje saca
aproximadamente 300 voltios a 30 miliamperios. Un arrollamiento de filamento saca 5
voltios a casi 2 amperios. Este arrollamiento es usado exclusivamente para funcionar la
válvula rectificadora. Un segundo arrollamiento de filamento saca 6,3 voltios a casi 3
amperios.
339
El arrollamiento de 6,3 voltios está derivado del centro. Esto significa que realmente, es un
arrollamiento de 3,15 voltios en serie con un segundo arrollamiento de 3,15 voltios. La
derivación central es esencial si deseas usar una vieja lámpara que no tiene cátodo separado
y debe usar el filamento como cátodo. La derivación central ofrece acceso balanceado al
circuito del filamento para completar el circuito principal entre la placa y el filamento. Sin
una derivación central, el ruido de la línea de energía de 50 Hz será impreso en la corriente
y aparecerá en la señal transmitida.
Válvulas rectificadoras
Antes de que pueda ser usado el alto voltaje, debe ser rectificado y convertido a DC. Los
rectificadores de válvula son un tipo de diodo y solo conducen electricidad en una
dirección. Específicamente conducen electrones desde el filamento (o cátodo calentado) a
la placa. El símbolo del círculo con el filamento y dos placas es un rectificador dual de
“onda completa”. Convierte ambas mitades de la señal AC en una simple señal DC en la
cual ambas mitades rectificadas de la onda senoide tienen la misma polaridad. Ambos lados
del arrollamiento de alto voltaje están conectados a las dos placas de modo que, en
cualquier momento, un lado siempre está conduciendo mientras el otro no. Los dos voltajes
positivos son sumados juntos en el filamento para una salida única continua positiva.
Filtración del rizado
Para que el código Morse suene claro y puro, el voltaje que excita el transmisor no debe
haber rizado sobre la onda senoide. Esto se hace con un filtro “L”. Un inductor y un
condensador hacen los dos brazos de la “L”. El choque, siendo un gran inductor de 5
henrios, no permite que la corriente fluya a través de él para cambiar rápidamente. Esto
prolonga el periodo de carga del condensador y ayuda a suavizar el rizado. Muchos diseños
añaden un segundo gran condensador filtro en el lado de entrada del choque. Esta práctica
causa grandes corrientes en oleada a fluir en el primer condensador y puede saturar el
transformador. La saturación de vuelta causa que el transformador se caliente y
probablemente no sea tan efectivo como poniendo ambos condensadores en el lado de
aguas abajo del choque. Demasiada teoría. En la práctica un receptor necesita de lejos
menos corriente DC que incluso un pequeño transmisor. Una dificultad fue que la válvula
rectificadora tipo 80 al viejo estilo me costaba 50 voltios de caída por si misma. Otra era
que el filtro L y C era insuficiente para evitar el rizado haciendo que el código Morse
sonase basto y áspero. Pero lo peor de todo, el transmisor arrastraba tanta corriente que el
voltaje caía precipitadamente y tendía a corren en “estallidos” llamados “motora”. Una
cura es usar la entrada más pequeña de capacidad de acoplamiento a la rejilla del
amplificador final. Con suerte, esto puede parar el petardeo y dar aún una buena salida. Sin
una fuente de alimentación suave el condensador de acople puede necesitar ser tan bajo con
5 pF en 40 metros. También intenté usar un viejo tipo 83 de válvula rectificadora de vapor
de mercurio. Esta es una válvula rectificadora que contiene un toque de vapor de gas de
mercurio dentro. Esto disminuye la resistencia de la válvula y eleva la capacidad de
corriente de la fuente de alimentación. La tipo 83 fue una gran mejora, pero todavía no
adecuada para uso en el aire. Yo tenía suficientes reportes de mala señal, gracias.
340
Comprobación de un viejo transformador
Los transformadores de alta potencia han sido siempre caros. Esto es por lo que mi fuente
de alimentación del transmisor de novato de 1957 era tan débil e ineficaz – Pensaba que no
podría conseguir una mayor. Los viejos manuales de radio afición sugerían usar
transformadores de potencia de los juegos de válvulas de TV. Sin embargo, las válvulas de
TV de desecho son raras hoy día. Si tienes tal TV vieja, saca el transformador del chasis
con cuidado asegurándote de etiquetar cada par de cables (normalmente negros) que van a
la línea AC. Supón que algún colega de tu radio club te da un transformador de potencia y
te asegura que es “perfecto” para construir un transmisor. Te pone en la mano un pedazo de
hierro de kilo y medio con un nido de cables negros sin marcar sobresaliendo del fondo del
transformador. Piensas “¿Y ahora qué?”
El primer paso en la comprobación de un viejo transformador es desnudar los extremos de
los cables de modo que puedas medir la resistencia de cada arrollamiento. Si tienes suerte,
encontrarás que una vez hayas limpiado la suciedad y brea, los cables tienen códigos de
colores. Los códigos de colores más comunes son como sigue:
Dos hilos negros – el arrollamiento primario de 220 voltios.
Dos hilos rojos – el secundario de alto voltaje para la fuente de placa, típicamente 1000
voltios con derivación central para un transmisor de 50 vatios.
Un cable desnudo amarillo y rojo – la derivación central del arrollamiento de alto voltaje.
Este cable será puesto a masa en un circuito rectificador de “onda completa”.
Dos hilos amarillos – un arrollamiento de filamento de 5 voltios normalmente es bueno
para 1 o 2 amperios. Este es usado exclusivamente para el filamento del rectificador.
Dos cables verdes – un arrollamiento de filamento de 6,3 voltios. Este suministra la
corriente de filamento para las válvulas de transmisión.
Un cable desnudo amarillo y verde – este es la derivación central para el arrollamiento de
6,3 voltios. Lo necesitarás si usas una válvula amplificadora final tríodo de los viejos
tiempos. Si usas una válvula más moderna con un cátodo separado, entonces simplemente
encinta el extremo del cable de derivación central y sujétalo pulcramente. No lo cortes.
Algún día puedes quererlo.
A menudo no hay pistas visuales que te digan que arrollamiento es cual. O algunas veces
los arrollamientos simplemente están soldados en ojales montados en el borde del
transformador. Usando tu ohmiómetro, mide las resistencias de los arrollamientos
escogiendo uno a uno. Etiquétalos con cinta y escríbele las resistencias. El arrollamiento de
más alta resistencia será el arrollamiento de alto voltaje.
Por ejemplo, se puede leer, digamos, 40 ohmios. Y la derivación central de alto voltaje
tendrá la mitad como mucho de la resistencia completa medida de extremo a extremo. El
arrollamiento primario de 220 voltios tendrá la siguiente más alta resistencia. Los
arrollamientos de resistencia más baja serán los dos arrollamientos de filamentos. Estos
tendrán un ohmio o dos como mucho.
Una vez que piensas que tienes los arrollamientos identificados, necesitas probarlos antes
de atornillar y soldar el transformador en tu transmisor. Si éste no trabaja, querrás saberlo
lo antes posible. Ahora que estás considerando enchufarlo, tienes una gran oportunidad para
341
electrocutarte tu mismo, disparar disyuntores y comenzar incendios. Pero si eres cuidadoso
y procedes concienzudamente, la comprobación de un transformador puede ser hecha con
seguridad. La idea es limitar la corriente que fluye en el transformador. De este modo no
ocurrirá nada terrible incluso si te lanzas o si el transformador está internamente
cortocircuitado.
Probando un transformador de potencia
Para probar el transformador debes conectar el arrollamiento que crees ser el primario a la
fuente de voltaje de 50 Hz. Cuan seguro quieres estar es tu decisión. Pero AL MENOS no
enchufes el transformador a probar en la alimentación principal sin soldar una resistencia
de 10K ohmios (o mayor) en serie con el arrollamiento primario. De este modo, incluso si
el primario tiene un profundo corto, fluirá poca corriente y no ocurrirá nada malo. Mide los
voltajes del circuito secundario abierto con tu multímetro ajustado a voltaje AC. Luego
mide el voltaje AC a través de cada par de arrollamientos que previamente aislaste. Conecta
tu voltímetro a los secundarios del transformador usando pinzas de prueba. No intentes
presionar los cables contra las puntas de prueba. Se te podrían escapar. Vete a lo largo de
los arrollamientos uno por uno y deberás ser capaz de confirmar las suposiciones que
hiciste por las mediciones de resistencia. Cualquier cosa que hagas, no lo conectes
simplemente a un cordón de línea y lo enchufes a la pared. Idealmente, deberías construir
un equipo especial fijo de prueba equipado con un interruptor, transformador de
aislamiento, fusible de protección, terminales de prueba aislados y una impedancia variable
entre la fuente AC y los arrollamientos de prueba que crees ser el primario.
Una adecuada fuente de alimentación QRP de válvula hecha de elementos modernos
Cuando mi primera fuente trabajó pobremente construí otra hecha de transformadores
modernos y semiconductores. Esta fuente era adecuada para hacer trabajar el transmisor de
válvula. Idealmente produce 250 voltios a 200 miliamperios. Esta vez no había significativa
342
caída de voltaje a través del moderno puente rectificador y la moderna cadena de diodos
Zener recortaban el rizado y me daba un tono puro de CW.
Solo necesitaba 60 miliamperios, así que los 140 miliamperios extra la hacían “firme”. Esto
es, esta fuente se comportaba como una buena fuente de voltaje sobre un amplio rango de
corriente. El otro requerimiento de alimentación para las válvulas es una fuente de 6 voltios
para encender los filamentos. Cada filamento de válvula necesita aproximadamente 0,5 a
1,2 amperios de corriente. ¡Nota que casi 5 vatios son gastados solo para calentar cada
válvula! Los transmisores de válvula son inherentemente ineficaces.
Podría encontrar un transformador de triple arrollamiento adecuado, pero hay alternativas.
Magnetek hace un transformador de aislamiento que puede aislar un instrumento de tierra
para protección de shock. (Magnetek/Triad #VPS230-350 se vende por aproximadamente
30€). Tiene cuatro arrollamientos de 120 voltios. Cada arrollamiento está tasado para 350
miliamperios – suficientemente “firme”. Estos dos pares de arrollamientos pueden ser
conectados en serie o paralelo. Para esta aplicación podrías poner dos arrollamientos en
paralelo para un primario de 120 voltios. Los arrollamientos secundarios pueden ser
conectados entonces en serie para darte un secundario de 240 voltios tasado a 350
miliamperios. Nota las marcas de puntos en los arrollamientos. Estos te dicen la dirección
de fase del voltaje senoidal. En el lado primario debes conectar los terminales de modo que
los puntos deberán estar conectados juntos. De este modo, los dos arrollamientos trabajarán
juntos. En el lado del secundario, el extremo punteado de un arrollamiento va al extremo no
punteado del otro arrollamiento. Nota que si conectas los arrollamientos secundarios de
modo que los dos extremos punteados o los dos extremos no punteados están amarrados
juntos, los voltajes se cancelarán uno al otro en lugar de sumarse. En lugar de 240 voltios
tendrás cero voltios.
Yo uso cuatro modernos diodos rectificadores de silicio tasados para 600 voltios pico de
voltaje inverso y dispuestos como un puente rectificador. Ya que no estás usando una
válvula rectificadora, no necesitas un arrollamiento de filamento de 5 voltios como el
mostrado anteriormente en la fuente de alimentación de 1935. Necesitarás un transformador
de filamento de 6,3 voltios separado para tus filamentos de válvula transmisora.
Mi fuente hecha con elementos modernos puede sacar 42 vatios y eso es suficientemente
“firme” para dar mis minúsculos 10 vatios sin hundirse. Usando los modernos
rectificadores de silicio sacaba 4 vatios a mi transmisor. Para regular el voltaje de salida
usaba cinco diodos Zener en serie.
Una fuente de alimentación para el transmisor de válvula construida de componentes
al viejo estilo
Aunque ahora tenía el transmisor trabajando, todavía buscaba usar exclusivamente
elementos viejos. Desgraciadamente, para usar una vieja válvula rectificadora con
rectificación a onda completa necesitaba 480 voltios con derivación central. Así que añadí
un segundo transformador. Esto trabajaba, ¡pero la caída de voltaje extra a través de la
válvula rectificadora tipo 83 me costaba la mitad de mis 4 vatios! Finalmente añadí todavía
otro transformador y conseguí una media de voltaje DC bien regulado de aproximadamente
285 voltios.
343
Intenté usar gigantescos condensadores filtro, pero no estaban disponibles en 1935 y
causaban hundimiento en gran término. Estaba sorprendido de descubrir que un total de dos
condensadores de 40 microfaradios eran suficientes cuando se usaban con reguladores de
alto voltaje. Para regular mi DC de 285 voltios usé una válvula 0A3 (75 voltios) y dos
válvulas 0C3 (105 voltios) reguladoras de voltaje, de gas, en serie. La 0A3 brilla con un
espectacular color naranja mientras la 0C3 brilla violeta.
Para regular mientras el transmisor es manipulado, las válvulas reguladoras de voltaje
deberán estar al menos ligeramente incandescentes en todo momento. Para la mejor
regulación, puedes tener que reducir la resistencia de limitación de corriente de 200 ohmios
a 150, 100 o incluso cero ohmios. Probablemente encontrarás que los reguladores solo
permanecen alumbrando mientras la llave está abajo cuando el transmisor está
perfectamente sintonizado a la antena. Cuando está fuera de sintonía, el transmisor arrastra
demasiada corriente y las válvulas reguladoras se apagarán y esencialmente se van del
circuito. ¡He visto estas viejas válvulas reguladoras a gas ofrecidas a la venta a tanto como
30€ cada una! Afortunadamente puedes encontrar alguna en un mercadillo. Nota que podría
haber usado seis pequeñitos Zeners de 100 miliamperios por menos de 2€ cada uno. De
cualquier modo, cuando todo estaba dicho y hecho tenía 5 vatios de bastante buena sonora
CW. ¡He aquí! ¡Había creado el transmisor más ineficaz del mundo!
Esquema de la fuente QRP regulada hecha con elementos del viejo estilo
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Ello no es que no puedas construir material de alta tecnología con elementos de 1935, es
solo que el montaje llega a ser descomunal y caro. El encuentro de especificaciones con
elementos viejos me recuerda una escena en la película “Regreso al futuro”. “Doc”
sustituyó un circuito integrado quemado con un circuito de válvula del tamaño de un cesto
de lavado. ¡Debió haber sido un chip de baja escala de integración!
QRP de vieja tecnología
Un final feliz
En conclusión, los elementos viejos no son eficaces de ningún modo. No obstante, puedes
conseguir usar montón de ellos para conseguir muy poco y se ven terroríficos. Los
reguladores de voltaje brillan naranja y violeta, pero cuando manipulas el transmisor el
brillo parpadea inversamente con la CW.
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Cuando enciendo por vez primera el rectificador de vapor de mercurio, el mercurio se
condensa en el vidrio en una niebla de plata blanca. Entonces, según se calienta, el vapor se
evapora y la válvula corre en un glorioso brillo azul con los filamentos brillando en naranja.
¡Gran demostración de labor! Olvidé mencionar el “picadillo del rectificador de vapor de
mercurio” que logras escuchar en el receptor. Ah, y otra cosa – no coloques los
transformadores de alimentación del transmisor cerca de tu receptor. El receptor puede
sintonizar un zumbido de 50 Hz. Probablemente tendrás que apagar la fuente de alto voltaje
del transmisor durante la recepción. ¡Hay montones de razones por las que estos viejos
elementos están extinguidos!
Finalmente estoy en el aire trabajando gente con mi QRP al viejo estilo. Estoy sorprendido
de cuanta gente está interesada en esta clase de QRP. Yo llamo CQ, menciono “/QRP” y
consigo respuestas de otros fanáticos. ¿Quién más podría responder un CQ RST 449 de un
área 0 americana? Normalmente podemos apenas escuchar al otro, pero nos divertimos.
¡Sin embargo nunca lo sabrás! Yo tengo un 599 desde Alburquerque. Puede ser que esté
simplemente bromeando. De cualquier modo, ¿hasta dónde puedes llegar con la vieja
técnica?
SUPER-REGENERATIVO DE VIEJA TÉCNICA
¿Cómo puedes usar un receptor al viejo estilo hoy en el aire?
Una vez que tuve mi transmisor de CW al viejo estilo de la era de 1935 trabajando, pensé
que podría ser divertido completar mi antiguo transmisor con un receptor al viejo estilo.
Para ser útil en las bandas de CW, me figuré que necesitaba un superheterodino con un
filtro a cristal. Ya tenía construido un muy buen receptor de CW a válvula de modo que
tenía poco interés en hacer el mismo proyecto de nuevo. Las válvulas de 1930 deberían ser
mayores que las válvulas de 1960, pero de otro modo podría ser el mismo proyecto.
Yardley Beers, W0JF, me habló acerca del receptor regenerativo que construyó en 1930.
Yo dudaba si trabajaría suficientemente bien para las bandas de hoy porque tenía una
experiencia previa con receptores regenerativos. De modo que Yardley no me animó a
construir otro. Unos pocos meses después trabajé a Mike, N0MF. Estaba usando un
receptor súper-regenerativo casero hecho de modernos FETs como se describió en la revista
QEX. Obviamente era sensitivo y selectivo suficiente para escuchar mi QRP en 40 metros.
Puede ser que un receptor súper-regenerativo no fuese tan absurdo.
Válvulas antiguas
Nunca he sido capaz por mi mismo de tirar válvulas. Tengo cajas de ellas en mi ático.
Siempre he estado especialmente fascinado con las válvulas primigenias. Tienen envolturas
como lámparas de cristal, enchufes a bayoneta y números como 201, 216, 224, 227 y 301A.
Ésta era mi oportunidad para construir realmente un receptor al viejo estilo.
Comencé construyendo un amplificador de salida de RF de una válvula tipo 201. No tenía
especificaciones para una 201, pero incrementé suavemente el voltaje del filamento hasta
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que conseguí sacar una estupenda incandescencia naranja del filamento. Eso ocurrió a 2,5
voltios y 0,3 miliamperios. Desgraciadamente no podía amplificar el ruido de RF de la
antena para nada. La señal de la placa era más pequeña que la entrada en la rejilla. Intenté
invertir los cables de rejilla y placa… no hubo suerte. No importaba como balanceaba la
rejilla, la válvula no se activaba. Aumenté la corriente del filamento para producir una
incandescencia amarilla y prontamente se quemó el filamento. ¡Oh! Comenzando de nuevo,
intenté construir un oscilador regenerativo, pero se negó a oscilar o amplificar. Sospechaba
que estas válvulas se los años 20 eran de extremadamente alta impedancia.
Receptor al viejo estilo
Ya que mis viejas válvulas se veían inertes, me fui de los triodos antes de arruinar más de
ellos. Lo reintenté con una tipo 224 de alta tecnología. Esta válvula es un tetrodo. Tiene dos
rejillas e incluso tiene un cátodo. ¿Demasiado moderna? Las 224 son las versiones
tempranas de las válvulas tipo 24 y 24A que fueron comúnmente usadas en la década de
1930. Las 224 trabajaron inmediatamente en los mismos circuitos que había estado
intentando antes y pronto mi súper-regenerativo estaba sintonizando en 40 metros de
aficionado y 31 metros de radiodifusión comercial. Las estaciones de 31 metros eran
principalmente sermones, pero la calidad del sonido era bastante buena. Una de mis
válvulas 224 tenía una etiqueta de prueba en ella de Marshing Radio y Electric Company en
el 246 Main de Longmot, Colorado, fechada el 19 de diciembre de 1932. La etiqueta dice
que la válvula es “dudosa”. ¡Muestra lo que ellos sabían!
Diagrama del circuito del receptor súper-regenerativo al viejo estilo
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Diseño del súper-regenerativo
Cuando piensas acerca de ello, un receptor súper-regenerativo de una válvula es realmente
bastante asombroso. Una válvula está proporcionando amplificación de RF, detección,
amplificación de audio y un BFO todo en una válvula.
Hace esto por la realimentación a la salida, proporcionando mucha más ganancia que un
simple amplificador de RF puede lograr. Da buena sensibilidad para escuchar aficionados
en las bandas de HF. Más aún, la auto-amplificación incrementa enormemente el circuito
Q, haciendo el amplificador mucho más selectivo que lo que podría ser de otro modo. Para
un transformador de salida de audio yo usaba un transformador de hierro de 12 voltios de
filamento, por ejemplo 120 VAC a 12,6 VAC. Trabaja estupendo y era más fácil que
intentar encontrar un transformador de audio real de los viejos tiempos. El lado secundario
va a los audífonos de baja impedancia. El lado primario de 120 voltios va al circuito de
placa de la válvula.
El petardeo puede ser una buena cosa
“súper-regenerativo” significa que el amplificador esta deliberadamente diseñado para
“petardear”. Esto es, la fuente de alimentación está dando deliberadamente una impedancia
alta de fuente con una inductancia en serie (10 mH). Esto causa que la válvula oscile en
cortas explosiones. Esto ocurre típicamente a una relación de 1 KHz. Normalmente, cuando
el petardeo de los circuitos de RF es una molestia leve y persistente para eliminar. Es
irónico que ese petardeo era mi gran problema con el transmisor y aquí es vital par lograr la
sensibilidad del receptor.
En un súper-regenerativo hace dos tareas útiles: máxima sensibilidad y selectividad son
obtenidas durante la realimentación, cerca del pico de cada estallido. El tono lateral
causado por esta oscilación hace un batido de audio que sirve como un BFO. Si estás
escuchando una modulación AM, la regeneración puede ser tirada abajo hasta justo por
debajo del punto donde comienza el batido.
La súper-regeneración difunde lo que estás escuchando
Desgraciadamente, si hoy quieres usar un receptor súper-regenerativo, debe ser un
dispositivo de dos etapas. Un amplificador de RF (u otro dispositivo) debe aislar el
oscilador de la antena. De otro modo estarás difundiendo todo lo que estás escuchando en
tu frecuencia de recepción.
Incluso con un amplificador de aislamiento de RF, estarás radiando unos cuantos milivatios
de señal de RF. Para demostrar esto, desconecta la antena de tu moderno receptor de
comunicaciones de modo que no haya señales audibles en la banda. Ahora sintoniza el
moderno receptor a la frecuenta de tu receptos súper-regenerativo. Repentinamente,
viniendo del moderno altavoz escucharás exactamente lo que estás escuchando en los
audífonos de tu súper-regenerativo. ¡El súper-regenerativo realmente redifunde las señales
que sintoniza!
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La fuente de alimentación
Bob, K6VGA, me habló acerca del receptor casero súper-regenerativo que construyó haya
por 1935. Decía que su peor fallo era el zumbido de AC. Era tan malo que sustituyó la
fuente de alimentación AC con baterías. Después de esa historia me figuré que habría que
filtrar ese infierno fuera de la fuente de alimentación con un gran choque, grandes
condensadores y un regulador de voltaje de la era de 1940. Sin embargo, un regulador de
voltaje se vio ser matar moscas a cañonazos. A diferencia de mi transmisor QRP de vieja
técnica, la fuente de alimentación para el súper-regenerativo se vio ser remarcablemente
fácil. En otras palabras, fuentes de alimentación simples como las que intenté usar para mi
transmisor trabajaron bien para el receptor. Si, el receptor zumba ligeramente, pero
demasiado poco para molestarme.
Una fuente de alimentación de vieja técnica para el súper-regenerativo
Como se explicó primeramente, no puedes comprar un transformador nuevo de válvula de
los viejos tiempos con ambos arrollamientos de alto voltaje y filamento de rectificador
nunca más. Sin embargo, transformadores de filamento de 5 voltios están todavía
disponibles como unidades separadas. Es necesario un transformador de 5 voltios con
derivación central, 2 amperios, para proporcionar el voltaje de filamento de 2,5 voltios para
las válvulas tipo 24. ¡Aquellas viejas válvulas arrastran 1,75 amperios de corriente de
filamento! Mi suposición es que los viejos ingenieros cambiaron de filamentos frágiles de
baja corriente a filamentos de alta corriente para aumentar la emisión del cátodo y hacer los
filamentos más robustos. Los filamentos de la 224 funcionan a un color amarillo brillante.
Esa es la misma intensidad que fríe la vieja válvula 201A. El transformador de filamento de
válvula debe estar separado del transformador usado para el rectificador. De otro modo
todos los filamentos deberían tener +250 voltios DC en ellos.
En mi receptor usaba un viejo transformador de placa que sucedía que tenía. Sin embargo,
tú puedes usar dos de los mismos transformadores que usé en mi transmisor QRP de vieja
tecnología. Para un choque usaba el primario de aún otro transformador de filamento.
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Debido a que la corriente de drenaje es tan baja, una válvula reguladora de voltaje es
innecesaria.
Súper-regenerativo en las bandas de aficionado modernas
En resumen, mi súper-regenerativo trabajaba bastante bien para la escucha de estaciones de
radiodifusión de onda corta en la banda de 31 metros, alrededor de 10 MHz. Estas eran
estaciones extremadamente poderosas como la Deutsche Welle (Radio Alemania) y varias
estaciones religiosas. Para escuchar estaciones AM, el control regenerativo es bajado justo
por debajo del batido. El batido modula el código Morse y lo hace audible.
Desgraciadamente, como temía, mi súper-regenerativo no es sensible y selectivo suficiente
para ser usado hoy en día en el aire. Si, escucho montones de estaciones de aficionado en
CW en 40 metros, incluyendo tipos que yo he trabajado antes. La estabilidad se ve OK una
vez que la señal ha sido sintonizada. Pero esto es porque estoy escuchando al menos 20
KHz de ancho de banda a la vez. En otras palabras, estaba escuchando la mayoría de las
estaciones de CW en 40 metros a la vez. El peor problema es que la recepción es
“quebradiza”. Si simplemente toco un control, la sintonía de la señal de CW salta a
inaudible. O brinca de un estupendo tono a un sonido áspero, como de estática. Cuando
intento sintonizarlo mejor, la señal es probable que se desvanezca del todo. Si, puedo
trabajar a gente con este receptor, pero sería más un despropósito que práctico.
En conclusión, los modernos diseños súper-regenerativos FET aparentemente logran mucho
más alto Q que el que consigo usando componentes de los viejos tiempos, gigantescos, con
su capacidad desviada y fuga de inductancia. Pero el proyecto fue divertido y aprendí un
montón. En el lado contrario, no hay razón para que no pudiese construir un súper350
heterodino usando 6 o 7 válvulas antiguas y cristales de 1927. Eso rellenaría un enorme
chasis y requiere cargas de trabajo. Hasta que revise el entusiasmo, supongo que un
receptor práctico de la vieja técnica permanecerá en uno de aquellos inconclusos proyectos
en mi ático. ¡Pero espera! Tengo una QSL de Biz, WD0HCO. Afirma que cuando me
trabajó, estaba usando un súper-regenerativo hecho de dos válvulas tipo 30. Encontró el
diseño en un manual de la ARRL de 1932. Uhmmm… Puede ser que me esté precipitando.
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(página en blanco)
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Capítulo 15
EL PREMIO NOBEL DE LA BANDA LATERAL
Cómo funciona la banda lateral
Al comienzo del libro describí cómo Glenn Johnson, W0FQK, atraía a los jóvenes del instituto
hacia la radioafición. Caminábamos por la calle pensando en nuestras cosas cuando Glenn salió de
su casa y nos cogió. “¡Venid chicos, y os enseñaré cómo funciona la banda lateral!” La esposa de
Glenn nos servía leche y galletas mientras Glenn contactaba con montones de personas en fonía de
banda lateral en 20 metros. Yo me sentaba en silencio y miraba cómo Glenn operaba sin esfuerzo
un equipo tan grande que costaba como un coche. Estaba fascinado por la radioafición, pero no
aprendí demasiado sobre cómo funcionaba la banda lateral. Tenía la impresión de que la banda
lateral era MODULACIÓN PARA MILLONARIOS y demasiado complicada para un montaje casero.
La descripción oscura del manual de 1957 de los “rotores de fase” y “moduladores equilibrados”
sólo confirmaban mi opinión.
Hoy la BLU es asequible, pero la tecnología es aún exótica para el radioaficionado medio. En una
reunión de mi club local oí de pasada una conversación que decía algo así: “Una vez conocí a un
tipo que se construyó su propio transmisor de banda lateral” “¿EN SERIO? ¡Asombroso! ¿Seguro
que no era un kit?” La implicación de esto es que hacer un montaje casero de banda lateral tenía
más o menos el mismo nivel que un premio Nóbel de Física. Entonces, ¿hay alguien interesado en
el premio Nóbel de banda lateral? Si ya has hecho montajes caseros de transmisores QRP, VFO y
receptores, la banda lateral es el siguiente proyecto lógico. La BLU utiliza los mismos circuitos
básicos. Además, realmente no comprenderás la banda lateral hasta que hayas hecho un montaje.
Comenzamos con el generador de banda lateral
Hay diferentes formas de generar una señal de RF de fonía en banda lateral, pero el más sencillo es
el que se muestra arriba. El diagrama de bloques muestra los 5 bloques necesarios para generar una
señal de banda lateral en 9,000 MHz. Este generador es similar al que se encuentra en el manual de
la ARRL de 1986. Tras generar la señal BLU de 9 MHz, debe llevarse a la banda de
radioaficionados deseada usando un mezclador y un VFO de alta frecuencia de la gama correcta de
frecuencias.
Los circuitos que has usado en los capítulos anteriores son el amplificador de audio, el filtro de
cristal, el oscilador/amplificador de RF y los módulos de conversión para llevar la señal del VFO a
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las bandas de radioaficionados. El diseño del amplificador es similar al del receptor de construcción
casera del capítulo 13. El oscilador/amplificador de RF de 9 MHz usa la misma tecnología utilizada
en el equipo QRP descrito en el capítulo 6. En teoría, el VFO podría ser la señal del VFO de tu
receptor. Cuando comencé este proyecto, supuse que si el generador de banda lateral no funcionaba,
al menos tendría una señal de CW que estaría en la misma frecuencia que mi receptor, de modo que
sería más fácil hacerle el batido cero a la señal del corresponsal con el que quería hablar.
Desgraciadamente, resultó ser más difícil de lo que parecía.
No quemes tus puentes
Si estás pensando en modificar un transmisor de CW que ya está funcionando para usarlo en banda
lateral, no te lo recomiendo. Si ya tienes un amplificador de QRP basado en los capítulos 6 u 11 de
este libro, tales diseños están llenos de amplificadores sintonizados y mezcladores. Los
amplificadores sintonizados tienden a autooscilar cuando se usan para banda lateral. Para tener una
buena posibilidad de que funcione, cada etapa con ganancia debe convertirse a banda ancha. Si
conviertes tu viejo transmisor, es probable que luches durante meses en los cuales no estarás en el
aire. ¡Comienza desde cero! ¡No estropees un transmisor que funciona!
Transmisor BLU de construcción casera
Cómo funciona la banda lateral
Las emisiones de AM en la banda de radiodifusión transmiten 3 señales separadas. Estas son la
señal portadora y 2 bandas laterales de modulación hablada. La banda lateral única comienza con la
AM, pero un proceso de cancelación quita la portadora, y 1 de las 2 bandas laterales se filtra con un
filtro de cristal. Comencemos con el oscilador de cristal:
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Oscilador/amplificador de 9 MHz
Generamos una señal de RF estable y de frecuencia fija con un oscilador/amplificador controlado a
cristal de 9 MHz que se parece al transmisor QRP de 7 MHz descrito en el capítulo 6. El oscilador a
cristal tiene 2 cristales. Cada uno de ellos tiene un condensador de sintonía, de modo que la
frecuencia pueda ser desplazada alrededor de 1 KHz hacia arriba y hacia abajo. Esto permite que
ambas bandas laterales de la señal de AM se puedan alinear adecuadamente con el filtro de banda
lateral en escalera que sigue al modulador equilibrado. El filtro corta la banda lateral (superior o
inferior) no deseada.
Un conmutador permite elegir 2 pares de cristal y condensador para el oscilador, de modo que el
operador pueda cambiar a banda lateral superior o inferior. El filtro de cristal que quita la banda
lateral no deseada está en 9,000 MHz, casi exactamente. Fíjate que la banda lateral superior se
genera mediante una onda senoidal que está 1,5 KHz por debajo de 9,000 MHz. La banda lateral
inferior se genera mediante una onda senoidal que está 1,5 KHz por encima de 9,000 MHz. Para
subir la frecuencia del cristal por encima de 9,000 MHz, el condensador de ajuste está en serie con
el cristal. Para bajar la frecuencia del cristal por debajo de 9,000 MHz, el condensador de ajuste está
en paralelo con el cristal.
Cuánta capacitancia en paralelo o serie se necesita, depende del cristal concreto. El difícil es el del
oscilador del lado bajo. Comienza eligiendo la frecuencia natural de oscilación más baja entre tus
cristales. Para algunos cristales, puede llegarse a 8,9985 MHz con el condensador en serie con el
cristal. Para otros cristales, hace falta el método de la capacidad en paralelo, e incluso puede que
tengas que poner otro condensador en paralelo con el de ajuste. Como siempre, el circuito LC del
colector del oscilador debe estar sintonizado a la región donde se encuentra la frecuencia del cristal.
El amplificador de audio
Un amplificador de audio con entrada de pruebas.
El micrófono necesita un amplificador de audiofrecuencia (AF) de alta ganancia antes de poder
atacar al modulador equilibrado. El amplificador es bastante corriente excepto por el heroico
esfuerzo por aislarlo de la RF. Fíjate en los choques de RF y condensadores de desacoplo en las 2
entradas de audio, el potenciómetro de ganancia de audio y la entrada de alimentación de 12 voltios.
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Dado que los micrófonos de cristal tienen una salida débil, me hicieron falta 2 etapas para llevar la
señal a unos 5 voltios de pico. Mi micrófono de cristal exageraba las altas frecuencias, así que las
atenué con filtros de agudos RC en serie en los colectores de ambas etapas amplificadoras. Quizá
estés tentado de añadir otra etapa más de ganancia de audio. ¡No lo hagas! Es mucho mejor tener la
ganancia de micrófono totalmente abierta que tener amplificación extra y dejar la ganancia de
micrófono baja. La amplificación extra sólo es una invitación al ruido y a la propensión a la
realimentación de RF. Si lo prefieres, puedes sustituir la mayoría de este circuito por un CI pero,
como siempre, será más formativo si construyes tu propio amplificador con componentes discretos.
Después de que tengas el amplificador funcionando, mira la forma de onda de audio de manera
crítica. Puedes encontrarte con que los picos de voz positivos y negativos no son simétricos. Si es
este el caso, puedes tener demasiada polarización, o muy poca, en la segunda etapa. Es decir,
puedes querer aumentar o disminuir la resistencia de 51K que polariza al segundo 2N3904.
Idealmente, el amplificador debería ser capaz de entregar una señal simétrica de 10 voltios de pico.
He añadido el filtro Butterworth de arriba para asegurarme de que el ancho de banda de mi señal sea
menos de 3 KHz. Al igual que los filtros de agudos de los que hablé antes, tu generador puede no
necesitarlo. El filtro Butterworth corta de forma precisa prácticamente toda señal de audio por
encima de 3 KHz. Por contra, el filtro de agudos sólo enfatiza las frecuencias bajas. El filtro usa 2
amplificadores a transistores conectados en seguidor de emisor. Fíjate que la resistencia de carga
(5,1k) de cada transistor está conectada entre el emisor y masa, en vez de entre el colector y la
alimentación positiva.
Las ventajas de los seguidores de emisor
Los seguidores de emisor tienen la ventaja de que su impedancia de entrada es extremadamente alta
y la de salida es muy baja. Una impedancia de entrada alta significa que no va a cargar o afectar a la
fuerza de la señal de entrada. Una impedancia de salida baja significa que proporciona una corriente
alta a una carga resistiva baja. Otra característica de los seguidores de emisor es que la ganancia en
tensión es menor que la unidad. Es decir, que no amplifican la tensión. En este caso es una ventaja
porque asegura que el amplificador no va a autooscilar. Los filtros de Butterworth se suelen hacer
con amplificadores operacionales. Hasta este filtro, yo nunca había hecho uno con transistores. Sí,
con simples transistores también funciona.
No importa el circuito de amplificador de audio que uses, será sensible a interferencias de RF de
cualquier señal de RF de tu cuarto de radio. Por ejemplo, si estás usando un simple acoplador de
antena sin blindaje como el mío, esas señales de RF tenderán a meterse por el cable del micrófono.
Para evitar esto, puse choques de RF, condensadores de desacoplo y una perla de ferrita en serie con
la entrada del micrófono. Ya que el potenciómetro de ganancia de micrófono está lejos del módulo
de audio, los cables de este potenciómetro también tiene choques de RF y condensadores de
desacoplo de filtro. Incluso la salida del amplificador pasa por un condensador de acoplo de camino
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al modulador equilibrado.
El condensador de salida de audio de 0,1 µF
Date cuenta de que el condensador de salida del circuito del filtro no es el típico condensador
grande de 10 µF, sino un condensador de sólo 0,1 µF. Este condensador va a la entrada de audio
del modulador equilibrado. Si pones un condensador más grande aquí, le llevará un tiempo cargarse
cuando se comienza a transmitir y le llega corriente al amplificador de audio. Un condensador
grande puede necesitar 2 segundos o así en cargarse y haría que el modulador equilibrado silbara
brevemente y se emitiese este sonido. La resistencia de entrada al modulador equilibrado es muy
alta, 100.000 ohmios. Por lo tanto, la constante de tiempo para 100K ohmios multiplicada por 0,1
µF es alrededor de 0,01 segundos. Esto permite hasta 100 Hz y es más que suficiente para operar en
BLU de Hi-Fi (N. del T.: una modalidad que consiste en obtener la mejor calidad de sonido de un
canal de BLU, ampliando para ello el ancho de banda ocupado).
Desacoplo del cable de alimentación
El cable de alimentación de 12 voltios para el amplificador de audio también tiene un choque de RF
grande (1 milihenrio) en serie con el cable y pasa por otro condensador de acoplo. Además, el cable
de alimentación está aislado o desacoplado por una resistencia de 51 ohmios y los condensadores
de 220 microfaradios. El propósito de estos condensadores es asegurarse de que la tensión
suministrada al amplificador no puede variar tan rápido como las señales de audio. Todos los
módulos de un transmisor de BLU, excepto el amplificador final, necesitan estar desacoplados de
cambios en el nivel de la alimentación de 12 voltios. Si no, según se hable en el micrófono, la
corriente consumida por el amplificador final de alta potencia variará rápidamente, y la tensión que
recibirá cada módulo subirá y bajará en sincronía con la voz. Según la tensión suba y baje, la salida
de RF de cada módulo subirá y bajará también. Esta realimentación produce picos en la señal de
radio que suenan como ruido sobrepuesto a la voz. De hecho, hace casi el mismo zumbido que las
interferencias de RF.
El amplificador final consume demasiada corriente para que sea práctico desacoplar su
alimentación. De hecho, son los enormes picos de corriente de 10 amperios consumidos por el paso
final los que causan el ruido en el resto del transmisor. En general, cuando menos corriente
consuma un bloque de circuito, más grande debe ser el desacoplo. Por ejemplo, el amplificador de
audio tiene una resistencia en serie de 51 ohmios y un condensador en paralelo de 440
microfaradios. En contraste, el excitador de 5 vatios de RF tiene sólo una resistencia de 1 ohmio y
un condensador de 0,1 microfaradios.
Los micrófonos son importantes
No todos los micrófonos son iguales. Yo he probado 3 micrófonos de cristales. 2 cápsulas pequeñas
de micrófono de Radio Shack tenían un sonido metálico. Pude compensarlo con redes paralelas RC
en los colectores de los 3 transistores para limitar las componentes de altas frecuencias (agudos) de
la voz. Por ejemplo, fíjate en las combinaciones de resistencia de 200 ohmios y condensador de 0,1
microfaradios que van de la masa a los colectores de los primeros 2 transistores. También probé un
viejo micrófono de cristal Hallicrafters diseñado para un transceptor móvil. Funcionó perfectamente
sin las redes RC paralelas. Después probé 2 pequeños micrófonos electret de condensador. Uno
tenía demasiados bajos (graves) y hacía un zumbido de baja frecuencia. El otro, un Radio Shack
código PN # 270-092A, funcionó perfectamente. Para polarizar el electret con unos 4 voltios, usé
una resistencia de 7,5k para reducir la tensión de 12 voltios.
Cuando al fin tuve un generador de BLU operativo, pude usar tanto el antiguo micrófono comercial
como uno hecho en casa con la cápsula electret de Radio Shack. Para blindar la cápsula electret, la
monté en un tubo de cobre de 19 mm (N. del T.: ¾ de pulgada). Soldé discos de cobre (de placa de
circuito impreso) a las partes superior e inferior del tubo, de manera que el micrófono estuviese bien
blindado. La cápsula entró a presión en el orificio superior. Puse un condensador de 1 nF en
paralelo con el micrófono para reducir las interferencias de RF. La cápsula electret está conectada al
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transmisor con 2 trozos cortos de cable coaxial RG-174: 1 para la señal de audio y otro para la línea
de alimentación de 4 voltios de corriente continua para la cápsula electret. Procura que los cables
sean tan cortos como se pueda. Un cable largo es una invitación a las interferencias de RF.
La caja/tubo de cobre del micrófono también contiene un conmutador de transmisión (N. del T.: con
frecuencia llamado PTT, de “push to talk” en inglés) de 1 circuito. Este conmutador conecta el
transmisor igual que el que está montado en mi manipulador. El cable de conexión al conmutador
tiene su propio trozo de cable coaxial RG-174. Así, como puedes ver, mi cable de micrófono tiene
realmente 3 trozos en paralelo de cable coaxial RG-174. Obviamente, mi cable de micrófono
debería ser un cable blindado de 3 conductores, pero ya que no tenía tal cosa, usé los 3 cables
blindados separados. Para conectar el micrófono al transmisor, usé un conector de micrófono
(bastante) normal, de 4 conductores internos y el blindaje externo. Encontré este par de conectores
en Radio Shack y por algún milagro, era el mismo conector de mi viejo micrófono de cristal.
El modulador equilibrado
El modulador equilibrado es el “circuito de supresión de portadora”. Es una especie de mezclador
doble en el que una señal de audio se mezcla con una señal senoidal de 9 MHz para producir una
señal modulada en amplitud, exactamente igual que la radio en AM. Una señal de AM tiene una
portadora como la señal de CW más 2 bandas laterales de RF causadas por la modulación de audio.
Lo que es distinto en un modulador equilibrado es que consiste en 2 mezcladores en paralelo. El
segundo mezclador no tiene entrada de audio, por lo que su salida es sólo otra señal de CW, igual
que su entrada de RF. Ambos mezcladores comparten un transformador de salida común que tiene 3
devanados, 2 primarios y 1 secundario. Hay 1 primario por cada mezclador. La parte ingeniosa es
cuando los primarios generan señales magnéticas en el núcleo de hierro del transformador. Los
devanados están orientados de manera tal que los 2 primarios trabajan el uno en contra del otro. Las
señales de CW en ambos devanados está “equilibrada” con un potenciómetro de ajuste, de modo
que ambas se cancelan. Esto significa que las únicas señales que aparecen en el devanado
secundario son las 2 bandas laterales. En resumen, un modulador equilibrado produce una señal de
doble banda lateral sin portadora.
Los transistores son MOSFET de doble puerta con ambas puertas unidas. La idea es usar
transistores sin uniones P-N de diodo. Según el manual, las uniones P-N actúan como varicaps y
distorsionan ligeramente la voz. Usamos MOSFET de doble puerta simplemente porque son los
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MOSFET pequeños de RF más comunes que hay. Un MOSFET pequeño de RF de una sola puerta
está bien, pero probablemente no podrás encontrarlo. El circuito de arriba ha sido adaptado del
manual de 1986 de la ARRL.
Para usar este modulador para CW, hay un conmutador de CW/BLU que desequilibra el modulador
y permite que pase algo de portadora al filtro. Date cuenta de que cuando el conmutador está en la
posición de BLU, al amplificador de audio del micrófono le llegan 12 voltios, así alimentándolo.
Cuando el conmutador está en la posición de CW, se envía una portadora de CW al filtro.
Desgraciadamente, esta forma de CW será difícil de usar para hacer contactos en CW reales, porque
el filtro de cristal tenderá a quitar la portadora de nuevo. Sin embargo, esta pequeña onda senoidal
de 9 MHz, es útil para ajustar una antena con una señal de prueba o para situar el VFO sobre la
estación a la que quieres llamar. Para operar en CW, puedes saltarte el filtro de BLU o usar un
oscilador de 9 MHz distinto. Este generador de banda lateral también se puede modificar para
generar modulación de amplitud. Eso lo discutiremos en el capítulo 16. También puedes salir al aire
en DBL (doble banda lateral). Muchos constructores caseros toman este camino. Sonará como la
banda lateral, pero la señal será el doble de ancha que una normal.
El filtro de banda lateral
Puedes comprar filtros de banda lateral de una banda pasante de 3 KHz, normalmente de 9.000 KHz
a 9.003 KHz. A veces también hay cristales para osciladores a juego que situarán la señal de RF
óptimamente para adaptarla a ese filtro particular. En el capítulo 13 construimos un filtro en
escalera para un receptor de CW que era bastante similar. La diferencia está en el tamaño de los
condensadores que van en paralelo. En el receptor eran de 220 pF. Sin embargo, cuanto más
pequeños sean los condensadores, mayor será la banda pasante del filtro. El valor de 91 pF del
filtro de la imagen ha sido adaptado del filtro de un transceptor de banda lateral diseñado sobre un
generador de 8,000 MHz que usaba condensadores de 100 pF. Este filtro parece funcionar, así que
no he tenido que experimentar.
El estilo del constructor casero es comprar un lote de cristales de microprocesadores de 9,000 MHz
a Mouser o Digi-Key por 86 céntimos la unidad (N. del T.: estas tiendas también venden
componentes electrónicos a través de Internet, aunque normalmente será preferible tratar de
localizarlos antes en nuestra ciudad o país). Usando el oscilador de RF que hemos visto
anteriormente y un frecuencímetro, mide la frecuencia de cada uno de tus cristales. Cuando se usan
como filtros, sus frecuencias naturales pueden no ser las mismas que en tu oscilador, pero sus
frecuencias RELATIVAS serán comparables. Elige 4 cristales que estén tan próximos como puedas.
Con que las diferencias sean menores de 100 Hz será suficiente. Yo intenté ajustar cada cristal a la
misma frecuencia usando condensadores de ajuste en paralelo con los cristales. Después vi que era
innecesario y entonces quité los condensadores.
Usando un generador de señal como señal de prueba, estos filtros parecen tener su pico muy cerca
de su frecuencia nominal. Por ejemplo, un cristal puede oscilar en 9,0015 MHz en tu oscilador de
prueba, pero el filtro tendrá un pico muy cerca de 9,000 MHz. Hasta ahora he construido 3 de esos
filtros y todos han funcionado bien, centrados más o menos en 9,000 MHz.
359
Los osciladores de cristal están desajustados en CW
El filtro de cristal está hecho para cortar o bien la banda lateral superior o bien la inferior. Cuando
desequilibras el modulador equilibrado para producir una señal de CW, haces que pase una pequeña
señal senoidal por el filtro que puede ser lo bastante grande como para que ajuste el acoplador o el
transmisor. Sin embargo, debido a que el centro del filtro de cristal de BLU (9,000 MHz) está
ajustado a 1,5 KHz de ambos osciladores de cristal (8,9985 MHz y 9,0015 MHz), esta señal de CW
será bastante más pequeña que la máxima potencia que puedes obtener en los picos de voz.
Cuando construí un filtro comparable para 8,000 MHz, el filtro estaba centrado en 7,995 MHz, 5
KHz más abajo. No comprendo por qué este filtro era diferente, porque en un oscilador, las
frecuencias de los cristales estaban bien por encima de 8,000 MHz. Debido a lo bajo que estaba el
filtro, el oscilador de 8 MHz de banda lateral superior tuvo que ajustarse a 7,9935 MHz. Para llevar
tan abajo el oscilador, tuve que poner un condensador enorme de 150 pF en paralelo con el cristal.
La mejor práctica de ingeniería obligaría a usar un cristal cortado específicamente a esa frecuencia.
Una solución más barata sería comenzar con una colección de cristales diferente que estuvieran
debidamente centrados en 8,000 MHz.
CONSTRUCCIÓN MECÁNICA
¡Lo siento! Tienes que blindar los montajes de banda lateral
Cuando construimos transmisores de CW, algunos de nosotros creemos que es bonito tener los
componentes al aire donde podemos verlos. Desgraciadamente, un problema enorme con la BLU es
la realimentación de RF. Para evitarlo, debes encerrar todos los módulos de tu transmisor BLU en
metal. Todas las conexiones deben estar hechas con cables blindados. Yo comencé usando cables de
alimentación blindados para mis módulos de RF, pero al final encontré una manera de montar los
conectores Molex directamente en las cajas blindadas. Así podía conectar el módulo al chasis sin
cables visibles.
Hoy día, aún dejo el amplificador lineal al aire, pero todos los módulos de baja potencia y las
fuentes de alimentación están bien blindadas. Todos mis módulos consisten en una placa de circuito
impreso de doble cara con paredes de placa de circuito impreso soldadas a los extremos para formar
una caja. Luego, doblo una lámina de aluminio sobre la caja para hacer la tapa.
Generador de BLU terminado. Una tapa de aluminio cubrirá la caja.
360
El generador de BLU de 9 MHz visto desde el lado de control
Arriba se puede ver el módulo generador de BLU dual de 9 MHz y 8 MHz
Después de ver que usar un generador de BLU en 9 MHz era poco práctico para usarlo en 17
metros, construí un nuevo generador de frecuencia dual para BLU. Los cristales de 8 MHz están en
una fila en la parte superior izquierda. Los cristales de 9 MHz están en una fila justo debajo de
ellos. Los 2 osciladores de frecuencia están en la parte inferior izquierda. El modulador equilibrado
está en la parte inferior derecha. Date cuenta de que muchos de los componentes están montados
sobre tiras de circuito impreso de 25 mm (N. del T.: 1 pulgada) de alto soldadas verticalmente. Esto
me permitió meter un 50% más de componentes de los que hubiera sido posible de otra manera.
Una ventaja de esta técnica es que los circuitos que no funcionan bien pueden ser fácilmente
quitados y sustituidos. La plaquita suelta a la derecha es un filtro de paso bajo que saqué cuando
pareció ser innecesario. La quité causándole poco o ningún daño al módulo. Como puedes ver,
algunos componentes, especialmente aquellos directamente cableados a los mandos y conectores,
están montados en la base de la caja. Si quieres sustituir la circuitería de la base, puedes desoldar
todos los componentes antiguos y comenzar de nuevo con otra placa que haga un “parche” sobre la
antigua, disponiendo la nueva circuitería sobre la base de la caja como antes.
Ajuste y prueba del generador de banda lateral
Las herramientas esenciales para ajustar tu generador son un frecuencímetro, un osciloscopio y un
361
buen receptor de radioaficionado. Idealmente, necesitas uno de esos receptores modernos para
escuchar tu señal. El generador de BLU de arriba genera una señal de banda lateral de 9 MHz. Ten
en cuenta que cuando escuches la señal de 9 MHz en tu receptor de radioaficionado, a menos que tu
generador esté bien blindado, seguirás oyendo la señal de la portadora y de la banda lateral
suprimida que se escapan de tu oscilador de 9 MHz. Esto se debe a que tales componentes de la
señal están presentes en tu placa de circuito y tu receptor tendrá pocas dificultades para oírlas.
Para comprobar el generador, introduce una señal de audio de una radio portátil en la entrada de
prueba para que te permita ajustar el generador. Sintoniza la radio en una emisora que emita un
programa de voz e inyecta la señal de audio en la entrada de prueba. La voz debe ser no sólo
perfectamente comprensible en tu receptor de radioaficionado, sino que la fidelidad debe ser lo
bastante buena como para reconocer la voz de la persona. Cuando desconectes el OFB y pongas el
receptor en AM, la voz debería ser irreconocible. La música siempre va a sonar horrible. Si la
música suena bien, tu ancho de banda es demasiado grande.
La señal de voz de BLU en 9 MHz vista en un osciloscopio.
Una señal de voz de BLU debe verse en tu osciloscopio tal como se muestra en la imagen. La
modulación de audio es simétrica alrededor del eje cero. Entre sílabas o palabras, la fuerza de la
señal cae casi a cero. Los flancos de los picos de la senoide deben ser razonablemente escarpados,
lo que significa que la frecuencia debe seguir pura con niveles de modulación variables. Cuando no
hay entrada de audio, no debe existir salida de RF.
Comprobar el micrófono y el preamplificador de micrófono puede ser complicado. Es difícil
escuchar tu propia voz de manera crítica. Además, el sonido del altavoz del receptor de
radioaficionado se realimentará por el micrófono. Mi solución fue colocar el micrófono contra unos
auriculares de alta fidelidad de un reproductor de cintas portátil. Luego, rodeé los auriculares con
ropa para atenuar el sonido. Para escuchar cómo sonaba en el aire, escuché la señal del generador de
banda lateral en el receptor de radioaficionado usando auriculares. Desgraciadamente, cuando se
usa con el amplificador de 50 vatios, la RF de la carga resistiva y el acoplador interfirieron con el
reproductor portátil, así que esta técnica sólo funcionaba bien con 5 vatios. Fui capaz de probar el
lineal de 50 vatios al escuchar mi propia voz mientras llevaba los auriculares sin conectar la antena
al receptor. Al menos pude confirmar que no había realimentación de RF.
Prueba del generador de audio
Es instructivo alimentar un tono de un oscilador de audio en el conector de entrada. Según vas
barriendo el espectro de 20 Hz a 3 KHz, observa en el osciloscopio la salida de RF del generador de
banda lateral. A diferencia de la modulación en AM, no debe existir modulación de frecuencia de
audio visible en la señal de radio. Es decir, por cada señal senoidal de audio debes ver una señal
pura, como en CW. Otra forma de pensar en la banda lateral única es como una clase de modulación
362
de frecuencia de banda extremadamente estrecha. Según cambia la frecuencia de audio, la
frecuencia de la señal sube y baja en proporción directa. A diferencia de la modulación en AM, la
amplitud de la señal transmitida no debe cambiar cuando introduces una frecuencia de audio de
amplitud constante. Es decir, en BLU no debes ver rizados en la amplitud de la señal proporcionales
a la frecuencia. La amplitud sólo debe cambiar con la amplitud de la voz, no con la frecuencia de la
voz. En contraste, la FM pura no cambia su amplitud con la de la voz, o con la frecuencia de audio.
Supresión de realimentación de RF y acoplo de baja frecuencia en la fuente de alimentación
Mi primer contacto de banda lateral dijo: “¡Lo siento, compañero! Oigo algunos ruidos siseantes,
pero no comprendo ni una palabra de lo que dices”. Resultó que los cables de la fuente de
alimentación en el generador y otros módulos del transmisor necesitaban desacoplo de baja
frecuencia. En el generador de banda lateral esto consistió en la resistencia de 51 ohmios y los 2
condensadores de 220 microfaradios en la línea de 12 voltios. Sin el desacoplo, el audio se
convierte en ruido y el generador compite con los amplificadores por conseguir su tensión de
trabajo. Es decir, los 12 voltios de la fuente suben y bajan con la voz y los amplificadores lo
exageran.
Después de estas mejoras mi siguiente contacto podía comprenderme, pero dijo que mi voz era
“áspera y con crujidos”. Yo no tenía laringitis, así que le pregunté a Jack Quinn, KØHEH, sobre la
crítica. Él diagnosticó el problema instantáneamente: “Es realimentación de RF. Mejora los
blindajes del micrófono y del amplificador de audio”. Coloqué el condensador de 1 nF directamente
en paralelo con el micrófono, el condensador de desacoplo de 430 pF y las bobinas de 470
microhenrios en serie con las entradas y la alimentación. Además, la alimentación y la salida de
audio pasan por condensadores en paralelo para atenuar aún más la RF. Cuando la realimentación
de RF es realmente mala, la señal se convierte en un ruido que puede sonar similar a problemas de
desacoplo de baja frecuencia en la fuente de alimentación.
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La parte difícil: llevar la señal de BLU a una banda de
radioaficionados
¿Son los 9 MHz una banda de radioaficionados?
Para salir en el aire necesitas amplificar la señal de banda lateral de 9 MHz hasta 50 o más vatios.
Desgraciadamente, al menos la última vez que lo miré, los 9 MHz no son una banda de
radioaficionados. La parte más difícil de este proyecto resulta ser llevar la señal de 9 MHz a la(s)
banda(s) de tu elección. O bien, podríamos escribir al WARC para pedirles que establezca una
banda de radioaficionados de 6 KHz centrada en 9,000 MHz. Mejor que no.
Llevar la BLU a una banda de radioaficionados es con mucho la parte más difícil de la construcción
de equipos de banda lateral. Sin embargo, si no cometes los errores que yo cometí, tal vez no sea tan
complicado. Los 6 principios que aprendí por la vía difícil fueron:
●
●
Convierte tu señal de banda lateral sólo una vez. Hacer una doble conversión puede parecer
oportuno, pero es extremadamente difícil de hacer sin distorsión. En otras palabras, no hagas la
parte más difícil 2 veces.
En la conversión entre los 9 MHz y tu banda de HF, asegúrate de que las frecuencias de entrada
del mezclador están lejos de la frecuencia final. Por ejemplo, para convertir a 20 metros, es
práctico sumar un VFO de 5 MHz para conseguir 14 MHz. Por otro lado, hallé que no era
factible llevar una señal de BLU de 4 MHz a 21 MHz usando un oscilador de cristal de 25 MHz.
Cada vez que dejaba de hablar, una señal de 25 MHz bastante notable se escapaba directamente
hacia los filtros de salida del amplificador.
363
●
●
●
●
Planea tus frecuencias de VFO y banda lateral de modo que sus armónicos (múltiplos) no
caigan en la banda deseada. Por ejemplo, el segundo armónico de 9 MHz es 18 MHz. Este
hecho hace extremadamente difícil usar un generador de BLU de 9 MHz o un VFO de 9 MHz
para generar una señal de 17 metros (18 MHz). Date cuenta de que 6 MHz también es difícil
porque su tercer armónico es 18 MHz.
No uses amplificadores y mezcladores sintonizados. Cuando dejas de hablar, los amplificadores
sintonizados tienden a autooscilar a frecuencias similares a las que están sintonizados. De hecho,
librarse de los ruidos y oscilaciones cuando NO estás hablando es más difícil que hacer que la
voz sea inteligible. A diferencia de la CW, es mejor usar mezcladores y amplificadores de banda
ancha y poner todo el filtrado para la banda de radioaficionados en 2 redes de filtros pasivos. ¡La
banda lateral es diferente de la CW!
Cuidado con tener demasiada ganancia en tu generador de BLU y tu conversor de frecuencia.
Originalmente yo ponía amplificadores de banda ancha extras a la salida del generador y también
justo después del mezclador de conversión. Estos amplificadores extras amplificaban el ruido.
Cuando yo no hablaba, a menudo comenzaban a autooscilar.
A veces ayuda conectar todas las masas a la cara exterior de las placas de circuito impreso. Las
conexiones a masa de todas las etapas de RF de alto consumo deben tener una inductancia
extremadamente baja. En caso contrario, si tu distribución de componentes en la placa no está
bien diseñada, las tensiones de RF en todas las conexiones a masa dentro de la caja de circuito
impreso “rebotarán arriba y abajo” con las corrientes en las etapas amplificadoras de potencia.
Esta realimentación introduce ruido en la etapa mezcladora y hace que el módulo QRP sea difícil
o imposible de ajustar. Si estás usando placas de circuito impreso de doble cara, se pueden añadir
masas sólidas taladrando cada placa en las conexiones de masa y soldando un cable a través del
orificio a la superficie de cobre intacta que está en el lado exterior.
Salir en 20 y 80 metros
Conversor heterodino para el generador de BLU
Cuando partimos de una señal de BLU de 9 MHz, la banda de radioaficionados más fácil de obtener
es la de 20 metros. Para esta banda, mezclamos una señal de un VFO de 5,000 a 5,350 MHz con los
9 MHz para conseguir de 14,000 a 14,350 MHz. La diferencia entre 9 MHz y 14 MHz es de un
36%. Por lo tanto, construir un filtro para extraer la componente de 20 metros y eliminar la señal de
9 MHz es relativamente fácil.
364
Ahora supongamos que quieres llevar la señal de BLU de 9 MHz a la banda de 80 metros. 9 MHz
menos 5 MHz son 4 MHz. La banda de fonía abarca hasta 4,0 MHz. Así, la señal de salida de 80
metros (75 metros) puede tener una diferencia de sólo 20% con respecto a la del VFO. Filtrar la
señal de 80 metros es casi el doble de difícil que en 20 metros. ¿Qué ocurre si tu filtrado es
inadecuado? Cada vez que dejes de hablar, tu amplificador lineal transmitirá una portadora senoidal
en la frecuencia de tu VFO, 5 MHz. Como veremos, cuando partes de una señal de banda lateral de
9 MHz, todas las demás bandas de HF son más difíciles que los 20 metros.
Autooscilación
Cuando construyes una etapa amplificadora o de filtro de alto Q, tiende a autooscilar por sí misma
cuando no tiene señal en la entrada. Esto significa que, entre palabras, tu módulo de QRP puede
autooscilar en alguna frecuencia aleatoria en la misma o cerca de la banda de radioaficionados que
estés usando. A veces esta autooscilación puede suprimirse poniendo una resistencia de 50 o 100
ohmios en la entrada de la etapa afectada. Otro método es colocar una resistencia de entre 1k y 2k
en paralelo con el primario del transformador de RF en el colector, o también puedes añadir una
resistencia pequeña (de unos 10 a 20 ohmios) en serie con el emisor del transistor (y sin
condensador en paralelo). Desgraciadamente, estos trucos no bastan habitualmente. ¡La mejor
solución es usar amplificadores de banda ancha! Incluso con amplificadores de banda ancha
tendrás que usar algunos o muchos de estos trucos para evitar que autooscilen.
No es de extrañar que la mayoría de equipos sean transceptores
Hay gran similitud entre un receptor y un transmisor de banda lateral. Una vez que has construido
un receptor, te das cuenta de que la mayoría de módulos del transmisor son iguales y que estás
construyendo los mismos circuitos 2 veces. Por otra parte, usar los mismo módulos de circuitos para
ambas tareas requiere delicadeza. Desgraciadamente, los constructores caseros ya tenemos bastantes
problemas sin esa complejidad extra.
Idealmente, lo mejor sería usar el VFO de 5,0 MHz de tu receptor. De ese modo las frecuencias del
transmisor y del receptor estarán en perfecta sincronía. Cuando contestes un CQ, no vas a querer
gastar tu tiempo sintonizando el VFO del transmisor. Cuando salí al aire con mi VFO separado de 5
MHz, me encontré con que, para cuando había sintonizado correctamente a quien estaba llamando
CQ, con frecuencia ya estaba hablando con otra persona.
Desgraciadamente, usar el VFO del receptor no es fácil. Si simplemente lo conectas al transmisor
con un cable largo, el receptor tendrá de repente intermodulación, ruido y pitidos que no tenía antes.
Para solucionarlo, la señal del VFO debe aislarse del receptor mediante un amplificador de
separación. Además, el OFB de 9,000 MHz y el oscilador del generador de banda lateral deben
estar exactamente en la misma frecuencia. Hummm... Más aún, los osciladores de conversión de
bandas del VFO en el receptor y el transmisor deben tener una diferencia de 1 o 2 Hz. No es tan
fácil después de todo. Los transceptores resuelven este problema usando los mismos osciladores
para ambas tareas, de modo que la sincronización no sea un inconveniente. Como solían decir mis
365
libros de texto del instituto, estos problemas se dejan como ejercicios para el estudiante interesado.
Un excitador de banda lateral QRP para 80 metros
Tal como expliqué antes, un mezclador de banda ancha debe ir seguido por un filtro totalmente
pasivo. Es decir, el filtro debe ser sólo una red de circuitos LC. No debe tener transistores. En su
lugar, la ganancia la proporcionan 2 o 3 etapas en serie sin sintonizar. 3 amplificadores de banda
ancha y alta ganancia en serie pueden funcionar sin autooscilar, siempre que en su entrada haya
muy poco ruido. El diseño básico que muestro más adelante tiene la ventaja de que puede usarse en
cualquier banda de HF. Para cambiar de banda, conectas diferentes secciones de filtro que se ven en
los rectángulos verdes del esquema.
Todas las etapas de transistores son de banda ancha, incluso el mezclador. Fíjate en la resistencia de
2K (N. del T.: yo veo una de 1K, pero no la de 2K que menciona el texto) en el primario del primer
transformador de núcleo de ferrita. Sin esta u otra realimentación, los amplificadores de banda
ancha tienden a generar una señal incontrolada cuando la entrada de BLU cae a cero entre palabras
o pausas de la voz. Las resistencias de emisor de 4,7 y 10 ohmios sin condensadores en paralelo en
dos de los amplificadores también ayudan a evitar oscilaciones. Para reducir picos y realimentación
de RF al módulo excitador, filtré mis cables de alimentación con choques de RF, condensadores
grandes y condensadores cerámicos pequeños.
A diferencia de los módulos de CW en QRP, la etapa de salida del módulo de BLU necesita
corriente de polarización directa para funcionar en modo lineal. La fuente de corriente con LM317
proporciona la corriente necesaria. Este circuito compensado en temperatura se usó en el
amplificador lineal de 50 vatios del capítulo 12 y es excesivo para este amplificador final de 5
vatios, pero ¡qué demonios! Experimentando hallé que sólo 20 miliamperios de polarización directa
son más que suficientes para operar linealmente y dar buena calidad de voz. En teoría, una
resistencia de 560 ohmios y 1 vatio puede proporcionar esta polarización de forma mucho más
económica. Sin embargo, no lo he probado.
366
El filtro pasivo de 80 metros está entre el mezclador y el primer amplificador de banda ancha. El
filtro de salida es el típico Chebyshev de paso bajo excepto que los condensadores se han puesto en
paralelo con las bobinas. Esto hace que las bobinas resuenen en 5 MHz y proporcionen una
atenuación extra para librarse de los 5 MHz de la señal del VFO. Fíjate en que he usado el
equivalente de 5 circuitos LC serie y paralelo para limpiar la señal de 80 metros. En contraste, como
verás más adelante, un equipo QRP de 20 metros (5 MHz + 9 MHz) puede hacerlo con sólo 2
circuitos LC y un filtro de salida de paso alto.
Cuidado con la señal residual del VFO
Una vez que tuve mi excitador de 80 metros funcionando correctamente, lo conecté a mi
amplificador lineal descrito en el capítulo 12. Con el amplificador producía de unos 60 a 100 vatios
en los picos de voz. Sin embargo, cada vez que dejaba de hablar, el frecuencímetro volvía a la
frecuencia del VFO de 5 MHz incluso aunque la amplitud de la señal en la pantalla del osciloscopio
parecía despreciable. Cuando subí la amplitud del osciloscopio, entonces sí, había una señal
senoidal de 5 voltios de pico en la salida. Eso representaba unos 0,25 vatios de onda senoidal de 5
MHz. Para eliminarlas, reconstruí el filtro de salida de paso bajo del amplificador final de 80 metros
usando otro diseño de filtro “elíptico”. Fíjate en que cada bobina tiene un condensador en paralelo
que resuena en 5 MHz y evita que la señal de 5 MHz salga a la antena. He usado los valores que se
muestran en la imagen. Después de ese cambio, la señal residual sin modulación era de sólo 1 voltio
de pico y el frecuencímetro midió correctamente la frecuencia de salida de 3,9 MHz.
Si eres como yo, tendrás serios problemas para que tus excitadores de BLU produzcan una
modulación inteligible sin pitidos ni ruidos ni problemas. Todo lo que te puedo decir es que sigas
reflexionando sobre las dificultades. Blinda y filtra tu prototipo hasta que esa maldita cosa funcione.
¡La persistencia ganará al final!
Oír el VFO del transmisor en el receptor
Una consecuencia de blindar y filtrar cada módulo de baja potencia de mi transmisor de BLU era
que no podía oír la señal de mi propio VFO. Esto hizo imposible sintonizar el VFO a una estación
con la que yo podría querer hablar. Al final solucioné el problema conectando un condensador
pequeño, de 10 pF, al terminal de antena del receptor en el relé de la antena. Este condensador está
conectado a un cable blindado que va hasta mi módulo de QRP y se enchufa en un conector
blindado en ese extremo. Dentro del módulo de QRP hay un cable abierto que va al primero de los
3 amplificadores de banda ancha y pasa por dentro del núcleo de ferrita. Este cable sonda no es una
espira completa. NO está conectado a masa o a ningún otro sitio. Este cable sirve como si fuera un
condensador pequeño que capta un poco de la señal del VFO para el receptor. Durante la
transmisión el relé de antena desconecta el cable sonda del transmisor para evitar que cause
realimentación de la antena al transmisor.
367
Cuando pulso el botón “Sintonía” en mi transmisor, todos los módulos de baja potencia del
transmisor reciben 12 voltios de alimentación. En este modo de “sintonía”, la tensión de 12 voltios
NO llega a las últimas 2 etapas de amplificador de potencia del transmisor QRP. Los 12 voltios
llegan al VFO de 5 MHz, el generador de BLU, el conversor de frecuencia del VFO (si se usa en
esa banda particular), y el mezclador y primer amplificador de banda ancha del módulo de BLU del
transmisor QRP. El primer amplificador es el primer lugar del transmisor donde la verdadera
frecuencia de emisión está presente para poder tomar una muestra. Dado que la frecuencia final de
emisión depende de la señal de 9 MHz del generador de BLU, no habrá señal del generador de BLU
a menos que estés hablando o el generador esté en el modo de “CW”. Resumiendo, para oír el VFO
sin transmitir, el generador de BLU debe estar en el modo de “CW”, el botón de “Sintonía” debe
estar pulsado, y la antena del receptor necesita un pequeño acoplo capacitivo con el primer
amplificador de banda ancha. En BLU, incluso las cosas sencillas son complicadas.
Adición de la banda de 20 metros al módulo QRP de 80 metros
En el módulo de 80 metros anterior hay 2 redes de filtros. Puedes llevar el módulo de QRP a los 20
metros conmutando un filtro de 14 MHz después del mezclador y sustituyendo el filtro de paso bajo
de la salida con un filtro de paso alto. En 80 metros, las señales problemáticas de 9 MHz y 5 MHz
están por encima de 4 MHz. Por lo tanto, el módulo QRP de 80 metros tiene un filtro de paso bajo.
En contraste, en 20 metros las componentes de frecuencias indeseadas están por debajo de 14 MHz.
Por lo tanto, es deseable un filtro de paso alto para 14 MHz. Los filtros a poner el módulo en 20
metros se muestra abajo. Mi módulo usa 2 conmutadores de 2 posiciones y 2 circuitos para elegir
entre ambas bandas.
Realimentación y distorsión. ¡No sobrecargues!
Un problema frecuente con el que me he encontrado era usar demasiada señal en una etapa. Por
ejemplo, construí mi prototipo para 20 y 80 metros. Después de muchos cambios y problemas
conseguí que funcionara. Entonces reproduje el circuito para 17 y 12 metros. Sin embargo, la
segunda vez sabía lo que estaba haciendo y el circuito fue mucho más “limpio”. El resultado de mi
cableado compacto y bonito era más eficiencia y más potencia en cada etapa amplificadora. En
lugar de 3 vatios de salida, ahora tenía 6 u 8 vatios o más, y estaba sobrecargando el amplificador
lineal final. El exceso de excitación le dio a mi señal un sonido duro y áspero que hacía que la voz
368
fuera difícil de comprender. Para arreglar esto, tuve que reducir la señal por diversos métodos.
Reduje el número de espiras de los transformadores que atacaban a las bases de los transistores,
puse más realimentación negativa (resistencias de emisor), etc. Finalmente puse un potenciómetro
de 500 ohmios delante del segundo amplificador de banda ancha. Esto me permitió obtener justo lo
que necesitaba y nada más. Al fin la calidad de la voz era aceptable. El potenciómetro funcionaba
tan bien, que lo instalé en mi módulo excitador de 80/20 metros.
Llevar la señal de BLU a las bandas de radioaficionados “difíciles”
Como he explicado antes, las bandas de radioaficionados más fáciles de conseguir con tu generador
de BLU son 20 y 80 metros. Desgraciadamente, los fines de semana la banda de 20 metros es la
más ocupada. Está llena de tipos emitiendo con picos de 2000 vatios y antenas Yagi a 15 metros del
suelo. Por si eso no fuera lo bastante malo, sus transmisores de banda lateral están exquisitamente
diseñados para sacar el máximo de modulación de cada vatio. Si entras en 20 metros con tu pequeño
transmisor casero, probablemente llegarás a 20 o 40 vatios en los picos de voz. Combina eso con tu
antena dipolo y va a ser difícil que esos tipos de oigan. Por otra parte, una banda como 15 metros, o
posiblemente 17 metros, está menos saturada de gente y es más probable que hayas contactos
interesantes y agradables en ellas.
Salir en 15 metros
¿Cómo llevamos los 9 MHz a 21 MHz con un VFO de 5 MHz? Mi solución fue llevar el VFO de 5
MHz a 12 MHz. Luego sumé mi VFO de 12 MHz a 9 MHz para conseguir 21 MHz (12 MHz + 9
MHz = 21 MHz). Después de la mezcla, la señal de 21 MHz era un 43% diferente de la componente
de frecuencia más cercana, y el filtrado fue relativamente fácil. Desgraciadamente, llevar el VFO a
12 MHz suena realmente complicado. Sin embargo, usa tecnología que ya dominas. Así que,
mirando atrás, creo que cambiar la frecuencia del VFO es la manera más fácil de conseguirlo.
Generar una señal de VFO de 12 MHz
La señal del VFO es simplemente una onda senoidal así que, comparada con trasladar la señal de
banda lateral, llevarla a 12 MHz es relativamente fácil. No hay componente de modulación de
amplitud o frecuencia, de modo que la señal de 12 MHz se puede filtrar y purificar fácilmente. Para
llevar los 5 MHz a 12 MHz, mézclalo con una señal de 7,00 MHz de un oscilador a cristal. Piensa
en el conversor del VFO como si fuera un sintetizador de frecuencia primitivo.
Un conversor de VFO de 5 MHz a 12 MHz
El conversor de frecuencia contiene los mismos circuitos que usé en mis placas QRP de HF en las
369
que empleé un VFO de 80 metros para generar una señal de CW en todas las bandas de HF. Usé un
mezclador de doble puerta porque era más simple que los mezcladores con transistores bipolares
que usé en mis primeras placas de QRP. Si partes de un VFO de 80 metros, se puede combinar con
una onda senoidal de 8,5 MHz para conseguir 12 MHz. Pillas la idea, ¿verdad?
El conversor del VFO lleva la señal del VFO de 5 MHz a 12 MHz.
Antes de que lo construyas, te sugiero que mires todos los conversores de VFO para 17 y10 metros
que describo más tarde. Creo que esos diseños de conversores de VFO más modernos son más
estables, más versátiles y más fáciles de ajustar.
El conversor de VFO de 12 MHz. He dejado espacio para
un segundo conversor de VFO para alguna otra banda.
Un “QRP” lineal de banda lateral para 15 metros
Una vez que has generado un VFO estable de 12 MHz, hay que mezclarlo con la señal de banda
lateral de 9 MHz para salir en 21 MHz. Usando el mismo diseño que el transceptor QRP de 80
metros descrito anteriormente, ahora todo lo que necesitas son los 2 filtros pasivos que van en el
370
módulo de QRP. El filtro de paso de banda tiene el mismo diseño que antes, pero he usado un filtro
de paso alto de 5 elementos en la salida para eliminar las señales por debajo de 15 metros que
tienden a aparecer cuando no estoy hablando. Ambos filtros se muestran abajo.
Date cuenta de que la salida del excitador QRP descrito anteriormente tiene un filtro de PASO
ALTO diseñado para una impedancia de 50 ohmios que funciona mejor cuando ataca a un
amplificador final. Si quieres usar el excitador “a pelo” y salir al aire con sólo 5 vatios de pico,
también te hará falta un filtro de paso bajo, como los que acabas de construir para los excitadores
QRP de CW. Las frecuencias indeseadas más problemáticas son el segundo armónico del VFO de
12 MHz (24 MHz) y el segundo armónico del generador de BLU, 18 MHz.
Un módulo excitador de 21 MHz. La tapa de la caja está sobre la placa.
Date cuenta del cable de alimentación trenzado en el excitador de la foto. Este cable era una
invitación a interferencias de RF, ya que actúa como antena. Posteriormente, modifiqué el conector
de modo que quedase montado en la cara inferior de la caja del módulo. Ahora, el módulo se
conecta directamente al chasis metálico del transmisor, sin cables expuestos a la RF. Las
realimentaciones de RF no han sido problema.
Los 17 metros pueden ser realmente difíciles
Mi primer problema con los 17 metros era que el oscilador de barrido de mi osciloscopio genera
una señal de 18 MHz que mi receptor capta justo en medio de la banda de 17 metros. Otro problema
extraño con los 17 metros es que interfiere con mi teléfono inalámbrico y mi equipo de música. Las
otras bandas no causan estas interferencias, por lo que son un misterio para mí. Y lo que es más
importante, me pone nervioso pensar lo que puede estar ocurriéndole a mis vecinos.
Incluso sin esos problemas, la banda de 17 metros es también particularmente problemática cuando
se parte de un generador de BLU de 9 MHz. 18 MHz es el segundo armónico de la señal de BLU de
9 MHz. Por lo tanto, el conversor de frecuencia de 17 metros también amplificará el segundo
armónico de la señal de banda lateral. Esto significa que aunque puede haber una buena señal en 17
metros, donde se supone que tiene que estar (por ejemplo, 18,130 MHz), también habrá una señal
pequeña similar a la de banda lateral en 18,000 MHz. Por supuesto, la desviación de frecuencia de
la señal indeseada tendrá el doble de la frecuencia moduladora de audio. Antiguamente era habitual
llevar los VFO de baja frecuencia a las altas frecuencias usando amplificadores multiplicadores de
frecuencia. Es difícil evitar el construir aquí un multiplicador/amplificador, y será difícil librarse de
371
las señales indeseadas de 18 MHz con simples filtros.
Además, si generas una señal de VFO de 9,130 MHz para sumarla a la señal de BLU de 9,000
MHz para obtener 18,130 MHz, también estarás transmitiendo el segundo armónico de la señal del
VFO de 9 MHz. Es decir, si la frecuencia deseada es 18,130, habrá también otra pequeña onda
senoidal transmitida en 18,260.
Enfoques prácticos para salir en 17 metros
A pesar de esos problemas con los armónicos, insistí en usar los 9 MHz. Para evitar el segundo
armónico de un VFO de 9 MHz, sumé mi VFO de 5 MHz a un oscilador de 22 MHz para producir
una señal de VFO de 27 MHz. Luego resté los 9 MHz de los 27 MHZ para obtener 18 MHz. Date
cuenta de que cuando restas una señal de BLU de una frecuencia superior, la banda lateral
superior se convierte en la inferior y viceversa. El VFO funcionó bien, pero descubrí que
ocasionalmente emitía en 18,000 MHz, el segundo armónico de la señal del generador de BLU, no
la componente de frecuencia correcta. Abreviando, el comportamiento de un generador de BLU de
9 MHz era demasiado errático para confiar en él.
La mejor manera de salir en 17 metros es comenzar de nuevo con una frecuencia del generador de
BLU diferente, digamos 8,0 MHz. Entonces puedes combinarla con un VFO de 26 MHz e irá bien.
En otras palabras, 26,13 MHz - 8 MHz = 18,13 MHz. Con este enfoque no usas componentes de
frecuencia de 9 MHz y es muy improbable que haya emisiones fuera de banda provenientes del
segundo armónico. Recomiendo vivamente este enfoque. Realmente no creo que un generador de
BLU de 9 MHz sea fiable en 17 metros sin primero llevar la señal de 9 MHz por encima de 18
MHz. Mi filtro de cristal de 8 MHz era como el de 9 MHz, pero con los condensadores de 91 pF
incrementados proporcionalmente a 100 pF.
Hay montones de maneras de fastidiarla en 17 metros. Por ejemplo, comienza con una señal de
BLU de 6 MHz y el tercer armónico de la señal estará en 18,000 MHz y será igual de malo que con
los 9 MHz. También puedes fastidiarla con 8 MHz. Por ejemplo, la señal de BLU de 8 MHz puede
sumarse a un VFO de 10,15 MHz para obtener 18,15 MHz. Desgraciadamente, el segundo
armónico de 10,15 MHz es 20,30 MHz. Esta onda senoidal continua está lo bastante cerca de 18
MHz para salir al aire cuando dejas de hablar.
17 metros con un generador de BLU de 8 MHz:
372
Como muestro más adelante, eliminé el problema del armónico del VFO generando un VFO de 26
MHz. El segundo armónico de un generador de BLU de 8 MHz es 16 MHz. Afortunadamente, no
fue difícil evitar sintonizarlo accidentalmente a 16 MHz. Date cuenta de nuevo de que estamos
restando la señal de BLU de una frecuencia superior y, por lo tanto, debemos poner el generador de
BLU en banda lateral inferior para salir en 17 metros en banda lateral superior.
La salida del excitador de 5 vatios necesita tanto un filtro de paso bajo para eliminar la componente
de 26 MHz como un filtro de paso alto para evitar el problema de los “impulsos “de baja frecuencia.
En vez de elegir entre paso alto o paso bajo, usé un segundo filtro de paso de banda de 18 MHz que
atenúa enormemente tanto 9 MHz como 26 MHz. Este filtro de paso de banda de respuesta plana
está diseñado para 50 ohmios. En contraste, el filtro de paso de banda de sintonía afilada que sigue
al mezclador está diseñado para alta impedancia, 500 ohmios en la entrada y en la salida. El filtro de
500 ohmios es más fácil de diseñar, pero no puede aguantar una señal de potencia y la impedancia
es incorrecta para la salida del transmisor QRP.
El filtro de la derecha tiene una respuesta plana desde alrededor de 16 MHz hasta 20 MHz. Para
obtener la respuesta plana, los 3 circuitos resonantes LC tienen valores distintos. Y, por supuesto,
los 3 circuitos LC interactúan, así que un cálculo sencillo no iba a funcionar de todos modos. Derivé
este circuito mediante prueba y error usando el programa Spice. Los valores de los componentes
deben ser bastante precisos porque si no, la respuesta tendrá picos afilados. Date cuenta de que en
los núcleos hay vueltas que no son completas. Estas deberían ayudarte a ser consciente de que
bobinar un poco más o un poco menos puede suponer una diferencia. He hallado que hacer el
condensador más pequeño variable es útil para el ajuste final. Unos pocos picofaradios pueden
constituir una gran diferencia. En cualquier caso, fue una lucha, pero funcionó. El ajuste del
condensador variable en serie permite obtener el pico del filtro en 18 MHz.
Filtros para 12 metros
En contraste con 17 metros, los 12 metros fueron mucho más fáciles. Generé una señal de VFO de
15,9 MHz sumando mi VFO de 5 MHz a un oscilador a cristal de 10,700 MHz. El transmisor QRP
combina la señal de BLU de 9 MHz con el VFO de 15,9 MHz para producir 24,9 MHz. El filtro de
paso de banda que sigue al mezclador está sintonizado a 24,9 MHz. En la salida del módulo QRP,
todas las frecuencias indeseadas están muy por debajo de 12 metros. Por lo tanto, el filtro de salida
de baja impedancia es un sencillo filtro de paso alto.
373
El excitador para 12 y 17 metros se puede ver abajo. Date cuenta de cómo este módulo tiene el
conector Molex para alimentación en la parte inferior. Se conecta directamente al chasis del
transmisor y evita cables expuestos. Este excitador QRP también tiene una tapa de aluminio para
blindar de la RF el circuito.
Salir en 40 metros en BLU
Los 40 metros también fueron fáciles. Generé una señal de VFO de 16 MHz a 16,5 MHz sumando
el VFO de 5 MHz a un oscilador a cristal de 11,000 MHz. Luego resté la señal de BLU de 9 MHz
para obtener de 7,00 a 7,50 MHz. Debido a la resta, la señal de BLU de 9 MHz de banda lateral
superior producía la señal de banda lateral inferior en 40 metros. El filtro del mezclador del módulo
QRP de 40 metros usa casi los mismos filtros sintonizados de paso de banda usados en el receptor
de conversión directa del capítulo 7. Ya que todas las componentes de frecuencia están muy por
encima de 7 MHz, puse a la salida un filtro de paso bajo de baja impedancia. Como es habitual, los
40 metros me fueron bien y funcionaron directamente. En seguida fui capaz de entrar en la red
estatal matutina de 40 metros.
374
BLU en 10 metros
La parte complicada de los 10 metros es que tiene un ancho de 1,7 MHz, de 28,0 a 29,7 MHz. Mi
VFO sólo sintoniza una gama de 0,5 MHz. Por lo tanto, se necesitan 4 osciladores de premezcla
para cubrir toda la banda. Resolví el problema con un oscilador de 4 cristales. Con un conmutador
rotativo de 6 posiciones y los cristales adecuados cubrimos los segmentos de 28, 28,5, 29 y 29,5
MHz. Mi oscilador usa las otras 2 posiciones para cubrir las bandas de 12 y 40 metros. En lugar de
conmutar directamente los cristales, conectamos a masa el que necesitemos por medio de diodos
que son polarizados directamente con una señal de 12 voltios de corriente continua que pasa a
través de una resistencia de 4,7K. La ventaja de este método de conmutación mediante corriente
continua es que el conmutador rotativo puede estar físicamente lejos del oscilador, en el panel
frontal.
Asegúrate de minimizar las capacitancias entre el emisor del oscilador y la masa. Todos esos
cristales conectados al emisor se verán afectados por la capacitancia extra. Esto tenderá a alejar la
frecuencia de oscilación de cada cristal de su valor nominal. Demasiada capacitancia, y no habrá
oscilación alguna.
El oscilador multicristal cubre una gama muy amplia, así que no podía ser sintonizado y tuvo que
ser de banda ancha. Por lo tanto, la frecuencia del oscilador está completamente controlada por la
frecuencia del cristal. Obviamente, cada cristal debe oscilar espontáneamente en esa frecuencia y no
en otra primaria inferior. Y ya que la etapa del oscilador no está sintonizada, su señal de salida es
minúscula, décimas de voltio. Por lo tanto, tuve que pasar la señal del oscilador por un amplificador
de banda ancha para amplificarla lo bastante, unos 2 voltios de pico, para llevarla al mezclador y
mezclarla con el VFO de 5 MHz.
Después del mezclador, cada señal del VFO debe filtrarse para seleccionar la componente de
frecuencia deseada. Mi conmutador rotativo de 6 posiciones tiene otro circuito que me permite
insertar un filtro para cada frecuencia. Hallé que con sólo 2 filtros sintonizados podía cubrir toda la
banda de 10 metros. Al final no necesité 4 filtros.
375
Los filtros sintonizados son de alta impedancia y están conectados al mezclador con condensadores
de 10 pF. Como todos los filtros están conectados a un bobinado de baja impedancia de un
transformador, el mezclador puede alimentarlos a todos ellos a la vez. Tal como se ve, la carga total
es de sólo 40 pF. El conmutador rotativo a la derecha elige la salida del filtro deseado. Otro
amplificador de banda ancha amplifica la señal antes de que llegue al excitador QRP de BLU donde
se combina con la señal BLU de 9 MHz. Por cierto, intenté usar el truco del diodo de conmutación a
masa para elegir los filtros, pero no fue bien. Para 10 metros, este conversor de VFO genera señales
de VFO de 19 a 21 MHz.
Sinceramente, mi transmisor QRP sólo parece funcionar bien hasta 29 MHz. No funciona
debidamente por encima de esa frecuencia porque mi mezclador QRP no tiene una banda
suficientemente ancha. Supongo que necesito 2 filtros sintonizados de alta impedancia. Además, ya
que los 10 metros llevan muertos más de 1 año (N. del T.: dicho en 2003; esto es debido a la caída
de la propagación, que se irá recuperando en el futuro, siguiendo el ciclo solar de 11 años), aún
tengo que hacer 1 contacto de BLU en 10 metros. No hace falta decir que mi transmisor de BLU de
10 metros está aún en construcción.
Salir en 60 metros: ¡ni te molestes!
Antes de que la banda de 60 metros en BLU estuviera disponible para los radioaficionados
americanos el 4 de julio de 2003 (N. del T.: esta banda, que ha sido dividida en canales, no está
disponible para los radioaficionados de todo el mundo), creí que sería divertido salir en el aire antes
de que existieran equipos comerciales en el mercado. Pensé ingenuamente que los constructores
caseros serían dueños de la frecuencia durante un tiempo. Lo que no sabía es que algunos de los
transceptores más modernos podían reprogramarse para operar en cualquier frecuencia de HF con
sólo pulsar unos botones. En cualquier caso, la banda se encontró inmediatamente atiborrada de
transceptores comerciales. Aún peor, 2, 3 o 5 de las frecuencias estaban siempre ocupadas con
radioteletipo. Como resultado, sólo quedaban libres 2 o 3 de los canales para que todos en el país
los intentaran usar a la vez.
Comprobación del módulo de QRP
Tendrás que experimentar con la manera de escuchar tu señal de banda lateral a un nivel de señal
que simule cómo sonaría si estuvieras recibiendo una señal remota por la antena. Yo conecto mi
transmisor QRP a una carga resistiva de 50 ohmios. Luego desconecto la antena del receptor y dejo
el cable de la antena sobre la mesa a unos decímetros del generador de banda lateral. Si eso no es lo
bastante intenso, conecto el cable de una punta de prueba a la masa del transmisor y luego conecto
el otro extremo al conductor central del conector coaxial de antena del receptor.
376
Empiezo a alimentar una señal senoidal de 9 MHz (CW) a mi placa de QRP y luego sintonizo los
filtros para producir la mayor señal senoidal estable sobre la carga resistiva. Monitorizo la
frecuencia con un frecuencímetro para estar seguro de que el VFO está controlando la frecuencia
adecuadamente en toda la banda de radioaficionados. Ajusto el nivel de entrada del VFO para que
produzca la máxima señal de salida. Sin embargo, sólo uso el mínimo nivel del VFO de 5 MHz que
logra esto. Cuando NO estás hablando, una señal excesiva del VFO tenderá a inducir señales en
frecuencias no deseadas. Incremento la polarización de corriente continua del transistor de salida
hasta que consume unos 20 miliamperios más que con la polarización al mínimo.
Después de que funcione correctamente el modo de CW, paso a BLU y uso una señal de audio
inyectada en la entrada de prueba del generador. Uso una señal de voz de una emisora de radio tal
como sale de una radio portátil. Si tienes suerte, la voz debe sonar bastante bien en tu receptor de
radioaficionado. Si no, reduce el nivel en las 2 últimas etapas del transmisor QRP usando el
potenciómetro de 500 ohmios. Puede que también necesites reducir el número de vueltas en el
secundario del transformador de acoplo del transistor de salida. Por ejemplo, en vez de 3 vueltas, 2
(o incluso 1) pueden ser el óptimo para tu placa QRP particular.
Atacar a un amplificador lineal
Un transmisor de banda lateral QRP está muy bien para comunicar en la ciudad. 1 o 2 vatios son
más que suficiente para hablar a unos cuantos kilómetros. Pero a menos que tengas una buena
antena y unas buenas condiciones, no hablarás con muchas estaciones con sólo unos pocos vatios.
Para estaciones lejanas, un amplificador lineal será una gran mejora. En el capítulo 12 se explica la
construcción de un amplificador lineal de 50 vatios. Si vas a tener problemas con realimentación de
RF e insuficiente desacoplo en la alimentación, un amplificador lineal grande pondrá en evidencia
esos problemas. La RF de mi acoplador de antena se realimenta en mi radio portátil y
(normalmente) hace que no se pueda usar como fuente de voz para las pruebas. Normalmente
escucho el receptor con auriculares y el volumen muy, muy bajo. ¡No te quedes sordo! Cuando
hablo en el micrófono, mi voz debe sonar clara, como si estuviera hablando por un sistema de
megafonía. No debe sonar áspera o dura.
Observa la forma de onda de salida en la carga resistiva. La forma de onda debe ser tal como salió
del generador de 9 MHz. Probablemente verás que al principio la voz suena horrible. Pueden ser
sonidos explosivos, abruptos.
Ajuste de la polarización de corriente continua en el paso final
Tendrás que ajustar la polarización de corriente continua en el paso final para una calidad óptima de
la modulación. Según vayas incrementando la corriente de polarización, observa el consumo total
del transmisor. No debería ser más de 2 amperios cuando no estés hablando. Cuando hables, la
corriente debería aumentar a unos 6 a 12 amperios, dependiendo de los niveles de excitación, la
banda en la que estés, etc. Como siempre, cuanto más alta la frecuencia, más difícil será obtener una
modulación clara. La polarización de corriente continua que es adecuada para una banda no tiene
por qué serlo para otra. Esa pequeña perla de sabiduría me costó días de frustración.
Si la voz sigue sonando mal, puede ayudar filtrar la alimentación de cada módulo con choques de
RF y filtros RC de desacoplo. También filtra la alimentación que entra al chasis del transmisor y la
línea de “enmudecimiento” remoto que va al receptor. Si los problemas persisten, filtra todos los
cables que entran en el transmisor.
Finalmente, la BLU funciona mejor con una buena antena
Lo más deseable es una antena direccional de alta ganancia. Cuando escuches a las otras estaciones
de BLU, verás que la mayoría de señales fuertes vienen de una antena direccional. Las antenas
direccionales mejoran la señal al enfocar la mayor parte de la energía de RF hacia el tipo con el que
estás hablando. Piensa en las antenas direccionales como algo comparable con el espejo reflector de
una linterna. El espejo concentra la energía en una sola dirección.
377
En conclusión
Mi primer contacto real en banda lateral fue con W9WFE, un compañero a unos miles de
kilómetros de distancia. Cuando le expliqué que mi transmisor era de construcción casera, dijo:
“Bueno, desde luego a mí me suena como banda lateral. ¡Parece que funciona!” Dulce éxito.
Mis transmisores de banda lateral aún están en la categoría de experimentales. Verás que hay
muchos compromisos y problemas para que la BLU quede bien ajustada de modo que suene bien y
no radie en frecuencias no previstas. ¡No te creerás la cantidad de dolencias que se inventará tu
transmisor de BLU para que las venzas! La banda lateral no es un proyecto para impacientes.
Poco después de tener mi transmisor de banda lateral funcionando, traté de quedar en el aire con
Doug KD6DCO de California. No pudimos hace el contacto. En ese momento de debilidad, pensé
en dejar de enredar con chatarra de fabricación casera y comprarme un transmisor moderno. No,
espera. Si lo que quiero es comunicar con Doug, lo único que tengo que hacer es escribirle un
correo electrónico o llamarlo por teléfono. Ya estoy conectado y las conferencias son baratas. Si
quisiera usar radio, podría incluso hablar con él por teléfono móvil. No, para mí era volver al
tablero de diseño.
Después de un rediseño importante, mi siguiente cita con Doug tuvo éxito, pero mi señal era
bastante débil en California. Eso está bien. Tengo que seguir recordándome que, mientras mi
estación se quede corta en lo que es técnicamente posible, mi afición continúa. ¡Ay de mí si alguna
vez termina! ¡Vivan los montajes caseros!
378
Capítulo 16
LA ANTIGUA MODULACIÓN
Y otros tópicos
Cuando regresé a la radio, hace cinco años, mis amigos radioaficionados me dijeron que la
AM estaba extinguida. Tenía la impresión que la SSB era el único modo permitido de fonía
en HF. Más tarde supe que la AM realmente no era ilegal y había unos pocos
tradicionalistas usando AM en las bandas de fonía de 80 y 10 metros. Incluso escuché
estaciones en AM en 15 y 160 metros. De hecho, puedes encontrar un uso para ello.
Además, es un reto interesante un transmisor transistorizado modulado en AM.
AM casera
En los días de las válvulas de vacío muchos de nosotros construimos nuestros propios
transmisores AM. Mi primer transmisor AM fue un Heathkit DX-20. Era un transmisor a
válvulas de 50 vatios en CW, de construcción en kit, al cual añadí un modulador casero de
AM. A diferencia de la SSB, la AM podía ser añadida a un transmisor de CW existente. En
lugar de generar una señal AM de baja potencia y luego amplificarla con un amplificador
lineal, en los viejos días el método usual era modular con AM el amplificador final del
transmisor de CW.
En un osciloscopio, el distintivo de la AM es que, cuando no estás hablando, la onda
portadora de RF sale continuamente a una potencia media. Esto es, en AM el pico de
potencia más alto y la potencia cero solo ocurren en los picos de voz más altos. Aunque no
podía ver estos picos transitorios en el osciloscopio, cuando intenté capturar uno con un
379
osciloscopio con memoria, eran estadísticamente raros y no pude capturar un nivel de
potencia cero. La forma de onda de abajo era típica de lo que veía.
En contraste con la AM, la amplitud de salida de RF en SSB siempre es cero mientras no
estés hablando. Nota en la foto de SSB del osciloscopio de abajo que cada bache de RF
representa el comienzo de audio desde cero. No arranca desde el punto medio de un nivel
de portadora continua.
Moduladores de placa, pantalla y cátodo
Primeramente había tres métodos comunes de modulación AM. El método “Mercedes” era
usar un “transformador modulador de placa”. El transformador imprimía la señal de audio
en la corriente DC de alimentación. Esto es, según hablabas la corriente DC de entrada se
elevaba y caía alrededor del nivel del que podía ser para una onda senoide de CW. Para un
transmisor de 100 vatios, este transformador era aproximadamente del tamaño de un balón
de voleibol, pesaba una tonelada y costaba una locura. El transformador era excitado con un
gran amplificador de audio que ponía al menos el 50% de potencia de portadora de CW. En
otras palabras, el modulador de placa era casi tan grande y caro como el resto del
transmisor.
380
Las aproximaciones “Ford” y “Skoda” para la modulación AM eran modular la ganancia de
la válvula amplificadora final inyectando el audio en la pantalla o cátodo respectivamente.
Los moduladores de pantalla generalmente sonaban bastante bien. La modulación de
cátodo, llamada algunas veces modulación Heizing, tendía a producir “bajada de
modulación” lo cual significaba que la potencia disminuía mientras estabas hablando.
Sonaba bien, pero tenía un uso ineficaz de la potencia de salida de RF. Estos métodos
requerían menos potencia de audio que la modulación de placa y eran fáciles para un chico
de instituto encararlo y construirlo.
Construcción de una moderna AM
Ahora en el 2003. La mayoría de los modernos transceptores de SSB tienen la capacidad de
generar modulación AM. Para ir a este modo, lee tu manual durante 20 minutos, vete al
menú #26, pulsa los botones número 14, 7 y 12 y ya lo has hecho. No era difícil, supongo.
Pero ¿has aprendido algo?
Vamos a suponer que eres un fanático de la construcción casera y quieres construir tu
propio transceptor AM usando transistores. ¿Es difícil? Uhmmm. Bueno, por una cosa, los
transistores no tienen cátodos y rejillas de pantalla. Los emisores son análogos a los cátodos
pero, como se explicó arriba, la modulación de cátodo no era del todo estupenda. Otra
diferencia entre las válvulas y los transistores es que, para los mismos niveles de potencia,
el transistor amplificador final tiene corrientes DC 50 veces mayores. De modo que para
la modulación de alimentación DC, debes inyectar 10 o 15 amperios de señal de audio en la
línea de alimentación de 12 voltios DC. El transformador de modulación tendrá que ser
solo así de grande pero necesitará un arrollamiento de salida de super baja impedancia.
381
Modulando un transmisor de CW transistorizado de 50 vatios
Tengo un transformador “modulador de placa” de 25 vatios desde 1960, diseñado para usar
con un modulador transistorizado. Ya que tenía arrollamientos primarios de baja
impedancia, pensé que podría reutilizarlo y suministrar suficiente corriente excitadora de
audio para construir un “modulador de colector” de AM. Usé una vieja válvula
amplificadora de Hi-Fi de 10 vatios y se la uní. Definitivamente, incluso con música sonaba
estupendo cuando la radiaba en una carga ficticia. Sin embargo solo modulaba
aproximadamente el 30% de la amplitud portadora. Esto es, estaba gastando la mayoría de
mi potencia de RF. Podría haber construido un amplificador de audio de 25 vatios, pero
tenía una idea más moderna. ¿Por qué no usar mi manipulador CW MOSFET como
modulador de audio?
El manipulador de arriba fue diseñado originalmente para encender y apagar la potencia
DC a mi final con una llave telegráfica. Mi esquema de modulación AM era medio activar
los MOSFET con un simple potenciómetro DC, luego modular las puertas con una señal de
audio P-P de 12 voltios. Este esquema simple trabajaba bastante bien, pero era
extremadamente enrevesado. Era fácil tener o demasiado balance o demasiado poco, o
demasiada modulación o demasiada poca. El problema es que la característica de
transferencia del voltaje de puerta contra la corriente de drenaje es bastante no lineal. Con
realimentación y un circuito de excitación más sofisticado, creo que este método puede ser
hecho para que trabaje bien.
La aproximación SSB para AM
En este punto de mi I+D no había logrado construir un transmisor SSB práctico. Así que en
lugar de invertir más tiempo en “modulación obsoleta” volví a trabajar en SSB. Me figuré
que si conseguía que la SSB trabajase, podría ser fácil modificar mi generador de SSB a
AM.
382
Esto resultó ser cierto. Intenté varias variaciones. Sin embargo, el método que fue más
simple y trabajo mejor fue cuenteando el filtro de cristal de SSB con un interruptor y
desbalanceando el circuito modulador balanceado usando un circuito que recuerda el
interruptor de CW.
La AM se parece a la CW en que es generada continuamente una portadora senoide. Sin
embargo, el mismo interruptor “desbalanceado” usado como un interruptor de modo
SSB/CW no puede ser usado para AM. Cuando es aplicada modulación, la potencia
instantánea debe elevarse arriba y abajo del nivel de portadora no hablado. La modulación
ideal de