22ª Sesión (30 de Noviembre)

Durante esta clase finalizamos el estudio y diseño del oscilador de 27MHz.

Retomamos el final de la sesión anterior, continuando con la descripción del diseño de un oscilador, llegando finalmente al montaje definitivo que usaremos en nuestro emisor en banda ciudadana.

La idea más importante de la parte teórica de la clase fue que debido al comportamiento inductivo del cristal de cuarzo entre su frecuencia serie y su frecuencia paralelo (a la que se comporta como cortocircuito y a la que se comporta como circuito abierto, respectivamente) podemos sustituir la inductancia del circuito (no la del autotransformador) por uno de estos cristales.

Esto es posible debido a que en el intervalo de frecuencias que va de la serie a la paralela, la inductancia equivalente del cristal adquiere todos los valores posibles; de esta forma, si la resonancia del circuito se produce en una frecuencia contenida en dicho intervalo (que es especialmente estrecho, a lo sumo unos pocos centenares de hercios), no nos hará falta colocar una bobina.

Justo después de concluir la explicación de nuestro diseño final del oscilador, pasamos al laboratorio para montarlo y visualizar el espectro de la salida con la ayuda del analizador de espectro.

Como particularidad, destacar que cuando estábamos realizando las primeras medidas, vimos que el armónico principal se encontraba en 45MHz (el 5º sobretono de nuestro cristal, cuyo tono fundamental se halla en 9MHz, siendo el que nos interesa el tercero, de 27MHz), de manera que tuvimos que recurrir al condensador variable, ajustándolo hasta que el armónico fundamental apareciese a 27MHz (desapareciendo el de 45MHz, no desplazándose, debido al funcionamiento del cristal).

De vuelta al aula, se empezó a introducir la incorporación de información a la portadora, el tono que sale del oscilador que hemos estado estudiando, nombrando el mezclador, y dando una breve introducción al funcionamiento del interruptor automático encargado de realizar la modulación ON-OFF (presencia/ausencia de portadora).

Como añadido, sintonizamos estaciones marítimas griegas, viendo como transmiten en morse tonos de 1kHz (la frecuencia a la que nuestro oído es más sensible).

21ª Sesión (25 de Noviembre)

Esta sesión tuvo como gran protagonista los cristales de cuarzo.

Empezamos destacando la necesidad de crear un oscilador cuya frecuencia de resonancia sea lo más estable posible, ya que, por ejemplo, el dispositivo que intentamos emular, una radiobaliza, se hallará bajo duras condiciones atmosféricas durante años en el casco de un barco; de manera que no podemos depender ni de un condensador ajustable ni de una bobina cuyas espiras son fácilmente deformables.

Como una buena solución a estos problemas empezamos por estudiar el cristal de cuarzo, un material piezoeléctrico, que cuando se excita con una tensión, vibra a una frecuencia fija (o a múltiples de una fundamental), determinada por su geometría. La ventaja de este elemento es que es realmente estable (tanto frente a variciones térmicas como resistente a deformaciones físicas y erosiones).

A continuación nos dirigimos al laboratorio, donde quitamos el circuito de control por tensión y ubicamos estratégicamente el cristal, comprobando que, en caso de estar ajustado correctamente el condensador variable, el armónico fundamental sólo lo encontraremos en 27MHz (exactos).

Volviendo al aula, profundizamos en las propiedades del cristal de cuarzo, como por ejemplo su comportamiento inductivo a frecuencias ligeramente superiores a la de resonancia. Esto nos permite prescindir de bobinas en el circuito, haciendo que la oscilación se encuentre sólo unas decenas o centenas de hercios por encima de los 27MHz.

También echamos un ojo a los cristales que trabajan con sus sobretonos (como el que utilizamos en el laboratorio), que permiten trabajar a frecuencias múltiples de la fundamental (en nuestro caso 9MHz) teniendo como ventaja un cristal de un mayor grosor, haciéndolo más resistente, y como desventaja el tener que vigilar que el resto del circuito sea capaz de eliminar el resto de armónicos que no nos interesan.

Por último, para mayor completitud del estudio, se no mostró un montaje típico basado en un inversor y un cristal de cuarzo utilizado habitualmente en la electrónica digital para generar la señal de reloj (clock).

20ª Sesión (23 de Noviembre)

Retomamos la línea de la clase anterior, donde acabamos con la idea de que si a la salida de nuestro oscilador la salida no es un tono puro, para medir la potencia de la señal nos hará falta utilizar el analizador de espectro (aparte de la necesidad de asegurarnos que los armónicos secundarios tienen poca potencia, ya que sino emitiremos para rangos de frecuencia en los cuales no tenemos permiso para transmitir).

Inmediatamente, pasamos a describir este aparato, el analizador de espectro, cuyo funcionamiento se podría explicar de la siguiente forma: tenemos un filtro paso banda muy estrecho, a una frecuencia fija, y pasamos por éste la señal de entrada, desplazándola a lo largo de todo el rango frecuencial que soporta el dispositivo, midiendo la potencia en cada punto, representando dichos valores en pantalla (ya sea propia o a través de un osciloscopio, como el analizador del laboratorio).

Una vez explicados los principios del funcionamiento del analizador de espectro, pasamos al laboratorio y comprobamos la potencia de los armónicos de la señal de 27MHz, ubicados a múltiplos enteros de dicha frecuencia.

Con este experimento verificamos que, sin sorpresa, dichos armónicos presentan una potencia demasiado grande, haciendo que su uso para transmitir nos quede vedado.

A continuación, volviendo al aula, para aumentar nuestros conocimientos en materia de osciladores, se nos presentó una forma de hacer osciladores controlados por tensión por medio de diodos varicap (montajes con diodos polarizados en inversa, utilizándolos como capacidades variables controladas por voltaje).

Por último, volvimos al laboratorio y comprobamos el funcionamiento de nuestro oscilador siendo controlado mediante tensión (variando un potenciómetro).

19ª Sesión (18 de Noviembre)

Durante esta sesión continuamos con el estudio de los osciladores, analizando los elementos más comunes que lo componen, y las diferentes maneras de afrontar su diseño.

Unas vez hecha una primera propuesta para nuestro oscilador de 27MHz, pasamos al laboratorio para comprobar su funcionamiento.

El experimento consistía en un montaje de amplificador (hecho en base a un transistor) más un filtro pasobanda, haciendo uso de realimentación positiva. Cabe mencionar que la adición de un condensador más de los estrictamente necesarios nos permitió desligar el ajuste de la amplificación en el pico del ajuste de la frecuencia de resonancia.

Una vez el circuito estaba listo, lo alimentamos y luego ajustamos el condensador variable hasta visualizar en el osciloscopio una señal de 27MHz con un aspecto, teniendo en cuenta que la resolución en tiempo del aparato no era suficiente para una visualización cómoda, aproximadamente sinusoidal.

Suponiendo que la señal fuese sinusoidal, calculamos su potencia, consiguiendo valores de alrededor de la decena de miliwatts.

Por último, pasamos al aula a reflexionar sobre lo que acabábamos de ver en el laboratorio, destacando la imprecisión  de la medida utilizando un osciloscopio y señalando la necesidad de utilizar el analizador de espectro, dispositivo que veríamos en la siguiente sesión.

16ª, 17ª y 18ª Sesión (9, 11 y 16 de Noviembre)

Durante la clase nº 15 y 16, retomando el estudio de los elementos dinámicos de la anterior sesión, nos dedicamos a estudiar los filtros paso banda, centrándonos tanto en su caracterización como en las maneras de afrontarlos (trucos para la simplificación, equivalencias útiles entre elementos, etc.)

De esta forma, lo que se pretendía, en especial, era facilitarnos el estudio de los circuitos que pasaríamos a ver a partir de la siguiente sesión, la 17.

En esta clase comenzamos con el estudio de los osciladores, dispositivo fundamental de la radio baliza que tenemos por objetivo diseñar en este segundo bloque del curso.

Un oscilador es un circuito que se caracteriza que, sin necesidad de excitarlo (sólo de alimetarlo), ofrece a su salida una señal periódica, que para el caso que nos ocupa, nos interesa un tono de 27MHz (banda ciudadana).

Rescatamos el concepto de realimentación positiva, que en nuestro receptor OM debía manejarse con cuidado, para evitar la oscilación, pero que sin embargo ahora manipularemos para conseguir exactamente eso, la oscilación.

Por último, se hizo notar la importancia del ruido en nuestro circuito, que sería la pequeña señal encargada de arrancar la oscilación.

15ª Sesión (22 de Noviembre)

Esta clase transcurrió enteramente en el aula, donde nos dedicamos a repasar el funcionamiento general del receptor regenerativo OM al que dedicamos la primera parte del curso.

Al terminar esta parte de la sesión, para dar por finalizado el estudio del receptor y para prepararnos de cara a las siguientes clases, dimos un otro repaso a los condensadores y bobinas, viendo nuevamente sus características y su funcionamiento dentro de un circuito.

14ª Sesión (2 de Noviembre)

El grueso de esta clase estuvo dedicada al estudio del bloque detector de envolvente.

Se empezó por plantear teóricamente el circuito, el cual está formado por un diodo, un condensador y una resistencia, mostrando cómo éste debía de ser capaz de extraer la envolvente de una señal modulada en amplitud.

A continuación pasamos al laboratorio para poner a prueba un montaje con valores dados por el profesor, con el propósito de extraer una tensión continua de un tono de amplitud constante.

A través de esta experiencia pudimos comprobar cómo afecta la elección del diodo al nivel medio de la señal de salida, que es aproximadamente la amplitud del tono menos la tensión umbral del diodo. También pudimos comprobar la fidelidad de la predicción teórica del rizado, dependiente de la frecuencia, la resistencia, la capacidad y la tensión umbral del diodo.

Así pues concluímos que el diodo de Germanio era mejor que el de Silicio, ya que, aunque  el rizado era mayor, su tensión umbral era menor, permitiéndonos trabajar con señales de entrada algo menores y tener a la salida un mayor voltaje.

Después volvimos al aula, donde vimos cómo los cambios en la pendiente de la envolvente podían ser un problema para nuestro detector, ya que su pendiente está condicionada por el producto R·C (resistencia por capacidad). Siguiendo esta línea llegamos un rango de valores adecuados y a continuación pasamos al laboratorio.

En esta segunda parte de laboratorio el objetivo fue demodular un tono sinusoidal probando el circuito con dos resistencias distintas, cada provocando haciendo que el valor de R·C estuviera fuera o dentro de los límites establecidos. De esta forma pudimos apreciar la llama «distorsión diagonal», que tiene lugar cuando el montaje RC no puede seguir la pendiente de la envolvente.

Finalizamos la sesión afinando un poco más la expresión que determina los valores límite del parámetro R·C e introduciendo la problemática asociada a conseguir a la salida del receptor una potencia suficiente para hacer funcionar correctamente un altavoz de 8 Ohms (apareciendo nuevamente el transformador como posible solución).

 

13ª Sesión (28 de Octubre)

Durante prácticamente toda esta clase nos centramos en el estudio y diseño del receptor regenerativo, es decir, de la adición a las etapas ya realizadas un circuito auxiliar que nos permita realimentar la entrada del amplificador con su salida.

Empezamos por buscar la forma adecuada de llevar una parte de la salida a la entrada del amplificador mediante acoplo magnético.

Una vez conseguido esto, pasamos a estudiar la función de transferencia del circuito en su totalidad para asegurarnos del rango de valores adecuado para sus componentes, ya que corremos el riesgo de desestabilizar el sistema y hacer que éste oscile.

Una vez caracterizado nuestro circuito, pasamos a analizar los posibles problemas de carga derivados de conectarla a la siguiente etapa, el demodulador.

Vimos un par de soluciones, el uso de transformadores de núcleo de ferrita y el uso de un A.O. como etapa separadora, siendo esta última solución la más simple y reducida.

Por último, se nos introdujo la etapa demoduladora, un detector de envolvente, el cual aprovechando un diodo y un montaje RC consigue extraer la envolvente de la señal modulada que sale de la última etapa estudiada.

12ª Sesión (26 de Octubre)

Esta clase empezó directamente en el laboratorio, donde continuamos con el estudio del circuito que habíamos diseñado durante la anterior sesión.

Tomamos diversas medidas y llegamos a conseguir una aproximación de la gráfica de amplificación-frecuencia de nuestro circuito, viendo que la ganancia disminuía mientras más grande hacíamos la frecuencia de nuestra señal de entrada.

Esto era realmente importante ya que en el rango de frecuencias OM no conseguíamos una amplificación uniforme.

Entonces incluimos una de las mejoras que habíamos previsto para nuestra etapa amplificadora: la inclusión de una bobina.

Una vez añadido este componente repetimos las medidas y comprobamos que la curva de amplificación que conseguíamos tardaba más en decrecer, y era mucho más plana en el rango frecuencial que nos interesa.

Por último, pasamos al aula. Allí se nos enseñó  y discutió que, aunque si bien con la etapa que habíamos construido conseguíamos amplificar de manera efectiva, no era suficiente para que nuestros demoduladores  funcionaran bien teniendo en cuenta el nivel al que normalmente nos llega la señal a la etapa de antena-sintonía.

Para finalizar, se nos adelantó que realimentar positivamente la entrada del amplificador con su salida podría dar resultados muy buenos.

11ª Sesión (21 de Octubre)

En esta clase seguimos con el estudio del circuito incremental, viendo distintos modelos y equivalente circuitales, algunos más convenientes que otros para el análisis que estamos realizando.

Así pues continuamos con el estudio y desarrollo de nuestra etapa amplificadora basada en un transistor polarizado (es decir, que disponemos de un circuito auxiliar que se encarga de «mantenerlo» en zona activa).

También vimos el incremento de voltaje y potencia en el resistor que hemos añadido para distintos valores de su resistencia. Por otro lado estudiamos ciertas mejoras que garantizarían un funcionamiento real más próximo al calculado, como por ejemplo el uso de condensadores de acoplo/desacoplo.

Una vez terminada esta parte teórica, para finalizar, pasamos al laboratorio para montar nuestro circuito amplificador. Con el tiempo disponible sólo pudimos asegurarnos de que la señal amplificada se encontraba centrada en el punto de trabajo del transistor.