Radios Comunitarias: Eleccion de un buen transmisor

3ra Parte: Etapas de amplificacion de potencia


Ya he mencionado en los capitulos anteriores, los pasos necesarios para obtener un  transmisor FM, como lo es la entrada de BF y codificacion stereo, el oscilador y el aspecto teorico de un PLL.

Asi tambien la potencia suministrada por un oscilador es muy baja para propositos de propagacion para distancias superiores a los 100 metros, y en esta tercera y ultima parte, tratare acerca de la etapa de potencia en RF, con la cual, podremos lograr cientos de metros o kilometros.

La etapa de potencia, para cualquier circuito, tiene su grado de complicación, debe tener mucho cuidado su diseño, ya que  hablar de potencia, es sinonimo de mas requerimiento de voltaje y de corriente de alimentacion.


El oscilador, posee un bajisimo consumo, del orden de unos 10mA, mientras que potencias de 100W, trabajando a 12 voltios, requeriran por lo menos, uno 16 Amper.


Debemos tener en cuenta, que por lo general, la etapa de potencia es de Clase C, por lo que su rendimiento, o eficiencia energetica, es de un 50%, esto quiere decir, que dicha etapa, requiere para obtener su maxima potencia efectiva de 100W en antena, consumira 200W de energia electrica.
La mitad de esa energia, se perderá en forma de calor, por lo que se requiere la implementacion de un sistema de refrigeracion por medio de disipadores termicos, o incluso, para etapas superiores, el uso de ventilacion forzada o por circulacion de agua o aceite.


Trabajar en potencia, para amplificadores de audio, no es tan complicado, pero todo cambia radicalmente frente a trabajar en RF, ya que las señales de radiofrecuencia, tienden a fugarse por los cables de alimentacion y/o en el gabinete, como tambien pérdidas asociadas al diseño y materiales de confeccion de las placas impresas, pérdidas que pueden ser minimizadas, pero nunca eliminadas en un 100%. Esto se acrecienta muchisimo mas, a medida que trabajamos en frecuencias mas altas.
Por lo tanto, a la hora de diseñar una etapa de potencia, debe ser siempre sobre dimensionada, para obtener la potencia efectiva deseada. Mas vale que sobre, a que falte, ya que si obtenemos potencia de sobra, es mas facil disminuirla, que aumentarla.

El esquema superior, representa un transmisor de 1  Watt de potencia, esquema sacado por google. Aqui explicare la gran diferencia de este esquema, con respecto al primer diagrama que expuse en el primer y segundo capitulo entregado.


En el esquema del supuesto transmisor de 3 Watts, ambos transistores, el 2N4427, formaban parte del oscilador modulador y supuesta etapa de potencia, lo cual jamas lograriamos los 3W a su salida.
Esto es, debido que para lograr que el transistor 2N4427, tenga   a su salida 1W efectivos, requiere de por lo menos 0.1W a su entrada. Dicho transistor, tiene una ganancia tipica de 10dB, que nos indica, que puede amplificar 10 veces en potencia la señal de entrada.

Analizando entonces, el esquema superior, vemos que de izquierda a derecha, la entrada de audio que modulara el oscilador conformado por T1, por medio de un diodo varicap. El mismo diodo, esta siendo alimentado por medio del potenciometro de 10K, que nos permitiria, cambiar la frecuencia de transmision al girarlo para un lado o para el otro.


Como ya mencione, los osciladores pueden entregar una potencia bajisima, e imaginemos que en este caso, hay 1mW de salida. Si conectasemos directamente, este oscilador al 2N4427, al poseer una ganancia de 10dB, solo podriamos obtener una potencia teorica de 10mW, aunque en la practica, para que el 2N4427, comienze a "trabajar", requiere como minimo, alrededor de 25mW a su entrada.
Entonces, debemos amplificar previamente el oscilador, para que logremos 0.1W y asi exitar apropiadamente al transistor de potencia final.
Alli entra en juego T2, el cual esta trabajando en clase A, y segun el tipo de trnasistor, podria tener una ganancia a 100MHz, de 10dB, por lo que a la salida obtendremos 10mW.
Se debe prestar atencion a la correcta polarizacion de este transistor, ya que si no esta en su punto ideal, la señal amplificada podria encontrarse recortada, lo que provocaria, una cadena de amplificacion muy rica en distorsión, empeorando la calidad de audio, generando señales impureas que convertiran este transmisor, en un generador de interferencias, en vez de uno de radiodifusion.
Entonces, debemos recurrir a todos los calculos existentes, para que logremos en teoria, una etapa limpia y decente para trabajar, y lo ideal, poseer un osciloscopio que cubra esa gama de frecuencias, para verificar la integridad de la señal.
Lo mismo puede ocurrir con la etapa siguiente, con T3, que trabaja en la misma clase, y si posee una ganancia de 10dB, ya obtendremos los 100mW requeridos por el transistor T4 (2N4427), y asi obtener a la salida, nuestro deseado 1W de potencia.


Aunque la verdad no me gusta la polarizacion de  T4 del esquema, por lo que me da a entender, que el diseño no fue muy prolijo, y es muy probable que no obtengamos 1W sino 800mW o menos.


En vista de todo lo anterior, un diseño con mas transistores, nos ayuda a tener mayor preamplificacion de la señal, y no es necesario usar transistores caros, ya que trabajan mejor aquellos de poca señal, que abundan en las tiendas de electronica que utilizando equivocadamente, transistores caros de potencia, esperando obtener buenos resultados con menos etapas, que no es asi en la practica.


Todas las etapas de preamplificacion, trabajan en clase A, a diferencia de la etapa final, que por lo general, la mayoria trabajan en clase C. La clase C, es la mas eficiente de todas, pero posee un grave problema; como solo utiliza un semiperíodo de la señal, provoca la aparicion de espúreos (generacion de frecuencias armonicas), cuyas amplitudes, estan reguladas por ley, y deben ser acatadas.


Al generar frecuencias armonicas, interferiremos señales de TV u otros servicios de telecomunicaciones, los cuales estan penados por ley.


El esquema en discusion, posee 2 trimmers capacitivos, que tienen la funcion de adaptar la impedancia de salida del transistor, con la de antena.

Se ha tomado como standard, una impedancia de 50 Ohms, aunque no es imperativo, podremos utilizar 75 Ohms. 
Si vamos a trabajar con 75 Ohms de impedancia, debemos utilizar cables coaxiales RG59 o cualquiera otro apto para la frecuencia y que presente una impedancia de 75 Ohms, y una resistencia de carga de la misma impedancia.
Pero como el standard, es de 50 Ohms, utilizaremos cables coaxiales de 50 Ohms y una resistencia de carga de la misma impendancia.

Utilizando un medidor de potencia o wattimetro, como el de la foto o similar, acondicionado para RF, se debera ajustar los trimmers a la salida del transistor final  T4, hasta obtener la maxima potencia posible.


Con ello, hemos calibrado la impedancia de salida de nuestro transmisor, pero aun quedan varias cosas por hacer.


Imaginemos que hemos medido 1.4 Watts, lo que supera en un 40% nuestras expectativas, y nos sentimos orgullosos de un excelente trabajo. Espero que sea asi, pero no siempre lo es.


Si medimos mas potencia, del orden de 2 watts o mas, es muy probable que tengamos autooscilaciones, y la potencia medida es falsa, a tal punto, que el nivel de  interferencia que crearemos, pertubara a todas las radios y TV de nuestra cuadra.


Como mencione antes, un transistor que trabaja en Clase C, genera mucho armonicos. Lamentablemente, los wattimetros son por lo general de banda muy ancha, por lo que no son selectivos a la potencia que queremos medir, sino que sumara todas la potencias, aunque sean de distinta frecuencia.


Para minimizar estas frecuencias armonicas, debemos crear un filtro pasabajos, que posea una frecuencia de corte en los 109 o 110 MHz, a modo que solo deje pasar las frecuencias de radiodifusion, y que atenue los armonicos.

Este circuito pasa bajos, no se contempla en el diseño, por lo que se debe implementar si o si.
Se debe garantizar, que el primer armonico tenga una potencia inferior a 1mW. 

El primer armonico de una frecuencia de 100 MHz estara en los 200MHz, y debemos garantizar, que ese armonico deba ser menor a 1mW.

¿Como podremos determinar eso?

La unica forma de determinarlo, es con el uso de un analizador de espectro para RF, que por increible que sea, son pocos los fabricantes de transmisores que lo poseen, siendo un equipo tan indispensable en esta disciplina, como lo es un multimetro.

El analizador de espectro, nos ayuda a determinar el ancho de banda de transmision, ademas de medir la amplitud de la frecuencia central , asi como tambien determinar la amplitud de los armonicos, asi determinando la accion de los filtros pasabajos, ajustes varios y la determinacion de otros parametros si el equipo lo permite.


El filtro pasabajos es de vital importancia, para no tener problemas con otras estaciones, que incluso nos puede provocar serios problemas legales, y tambien, debe considerarse, el uso de este filtro con la impedancia caracteristica de trabajo, para no tener perdidas de potencia.


Entonces, al medir 1.4 Watts, como en el ejemplo citado mas arriba, y luego instalamos el filtro pasabajos, podremos notar una baja en la potencia medida. Por ejemplo, puede estar en 1 Watt, entonces, esos 400mW que tuvimos en exceso, provienen de señales que no son de la frecuencia central, y que si o si, deben ser eliminadas.


Antena

Muchos de nosotros, hemos batallado con circuitos, y hemos dejado al final de nuestro trabajo la antena.

 Debemos ser concientes, que si bien el transmisor es importante, la antena lo es mucho mas. No se deben escatimar en gastos para una buena antena, de otra manera, no vale la pena invertir en buenos equipos.
Existen multiples tipos de antena, omnidireccionales o direccionales, cada una tiene una funcion especifica de acuerdo a nuestras necesidades.
Existe en internet, una infinidad de temas con respecto al diseño de ellas, y mas que nada, solo quiero entregar informacion a grandes rasgos.

Asi como en el transmisor y las lineas de transmision son de 50 Ohms, nuestra antena tiene que tener la misma impedancia. Caso contrario, poco nos serviria las mejoras efectuadas en el diseño del equipo.

Hay que darse cuenta, que la antena es el paso mas importante, que puede hacer una gran diferencia, ya que es un filtro pasabanda radiante, soportar las inclemencias del tiempo, y asegurar la integridad del transmisor.

Se debe contar, con un transmisor capaz de medir la relacion de ondas estacionarias (SWR), para monitorear la integridad de la antena, ya que estas ondas en exeso, nos hace perder potencia, sobrecalentar los pasos finales de potencia y pueden dañarse irremediablemente, aumentando los costos posteriores de reparacion.
Tambien, las antenas poseen una propia ganancia. Las del tipo dipolo, poseen ganancia de 0db, esto quiere decir que no atenua ni aporta nada nuevo.

Si transmitimos con 5 Watts de potencia, con una dipolo, la potencia efectiva de transmision será de 5 Watts, pero, si usamos una antena cuya ganancia es de 3dB, la potencia efectiva se veria incrementada en un factor de 2, esto quiere decir, que estariamos transmitiendo con 10 Watts. 
Ahora,  si usamos antenas direccionales, como las Yagui, las cuales pueden sobrepasar los 12dB, signifca un incremento de potencia con un factor de casi 16 veces, que traducido a 5 Watts, equivaldria a transmitir con 80 Watts de potencia!. Logicamente, las yagui son antenas direccionales, por lo que transmiten en una sola direccion, pero permite con facilidad, los radioenlaces a largas distancias o para el uso en radioaficion.


Con ello damos termino a estos capitulos, destinados a la construccion o eleccion de un buen transmisor, para las radios comunitarias.

Si lo deseas, puedes hacer tus consultas, y en cuanto me permita el tiempo, las ire contestando.


De igual forma, si buscas un transmisor, atento a las novedades, ya que en un tiempo mas, tendre novedades a la venta.

 

 

Radios Comunitarias: Eleccion de un buen transmisor

2da Parte : Oscilador y modulador FM


 Si pudiesemos relacionar, los organos de los seres vivos, en un transmisor de radio, sin duda alguna, el oscilador y modulador de FM, es el equivalente al corazon.


El corazon es quien nos da la posibilidad de vivir, y por medio de sus movimientos ciclicos nos permite desenvolvernos en el mundo. El oscilador es exactamente lo mismo, si deja de funcionar, el transmisor no serviria de nada.

El rango de frecuencia para la radiodifusion, se ubica entre los 88 y 108MHz de  la banda VHF. La unica excepcion, es la radiodifusion japonesa,  asignada entre los 76 a 90 Mhz. 
Gracias a Dios, tenemos 20MHz de exploracion, por lo que la cantidad de radioemisoras que se pueden elejir, es muy superior que en Japon.


El oscilador, entonces debera generar una frecuencia fija, comprendida entre las asignadas para la radiodifusion.
Dicha frecuencia, debe ser muy estable, y dentro de la reglamentacion de cada pais.


Por lo general, la frecuencia central debe tener un error maximo de +/- 2Khz, solo conseguible por circuitos de lazo cerrado, como los PLL, los cuales presentan un error tipico de 500Hz, muy por debajo de las exigencias, por lo que lo convierte en la mejor opcion de estabilidad, si no consideramos el uso del ya mencionado DDS, que puede ser mucho mejor.

Utilizaremos la misma imagen del diagrama esquematico de la primera parte. En este circuito, el oscilador lo forman los 2 transistores 2N4427, a traves del tanque oscilatorio compuesto por la bobina, los condensadores, el trimmer capacitivo (para modificar la frecuencia de oscilacion), y un diodo varicap, el cual recibe la señal de audio, para modular el oscilador en frecuencia.


El modulador, no es mas que la funcion, y asi como lo indica su nombre, la de modular la frecuencia generada por el oscilador. Podriamos decir, que el modulador es el responsable de enviar la informacion que deseamos sea transmitida. Dicha informacion, puede ser de datos, o una señal de audio como lo es la radiodifusion.

Un trasmisor de frecuencia modulada (FM), debe modularse en frecuencia. Si bien esto parece ser logico, para algunas personas puede parecer algo complicado, pero simplemente, el oscilador debe variar su frecuencia en algunos KHz frente a las señales de audio.
Entonces, un oscilador FM, necesariamente debe poseer un modulador, a diferencia de un oscilador AM, el cual mantiene su frecuencia fija, y la señal de audio, debe modularse por otro procedimiento,  y que es variar su amplitud. En FM la aplitud de la señal se mantiene estable.


En el esquematico mostrado,  el diodo varicap  frente a variaciones de voltaje, puede modificar su capacidad interna. logrando variar la frecuencia del oscilador, siendo éste el componente de la modulacion.

Pero, dicho circuito esta mal diseñado, ya que los componentes del oscilador son caros, y estan siendo sub utilizados.
Como mencione anteriormente, dichos transistores pueden generar una potencia muy interesante de 1 Watt o un poco mas. Pero uno cae en el error, que al utilizarlos como oscilador, obtendremos esa potencia, y segun su diseñador, ese transmisor puede obtener 3 Watts a la salida.
Pero, siempre un oscilador genera poca potencia a su salida, no importando mucho las caracteristicas del transistor. Aunque logremos hacer oscilar un transistor de 100Watts, con suerte , y como mucho, podria darnos 1 Watt a su salida, e insisto, con suerte.


Un oscilador, como tipico, puede darnos 1mW de potencia (0.001 Watts), o en un rango comprendido entre 10mW o 1nW.


Eso dependera de la ganancia del transistor, siendo lo tipico, como el BF199 o el 2N2222, alrededor de una ganancia de 100 a 150, pero un transistor de mayor ganancia, se traduce finalmente en un par de decibeles mas.

Recordemos que las hojas de datos, muestran su ganancia tipica a una frecuencia de 1MHz, y nosotros queremos trabajar en un rango de 100MHz, por lo tanto, la ganancia seria muchisimo menor, ademas que no es lineal, por lo que es en la practica quien nos da un valor correcto de la potencia obtenida.

He realizado un sin fin de osciladores de prueba, y aparentemente, no hay mucha diferencia de uno con otro.

En este esquema encontrado en google, aparece uno muy simple, igual de eficaz, solo que muchisimo mas economico, y eso es un factor importante: cada componente debe ser elegido segun la funcion que se desea, y es ahi en donde el que sabe, hace la diferencia.
El primer transistor (BC108 o cualquier NPN), es la etapa de preamplificacion de audio, y el 2N2369 es la etapa osciladora.
Este circuito carece de varicap como modulador, pero se produce el mismo efecto, al llevar la señal de audio a la base polarizada de T1. 
Con esto quiero decir, que en el esquema del supuesto transmisor de 3 Watts, el varicap esta siendo sub utilizado.


¿Cuando es necesario el uso de un varicap?

Si substituimos el trimmer capacitivo C2 del esquema superior, por un varicap, nos permitiria modificar la frecuencia de oscilacion, utilizando un potenciometro, lo que es mucho mas comodo de utilizar que un trimmer capacitivo, ademas que nos permite dejar dicho potenciometro en un lugar alejado del oscilador, asi esta al alcance nuestro si queremos modificar la frecuencia de transmision.


Pero resulta imperativo utilizar un varicap, si deseamos implementar un PLL. Por medio del PLL la frecuencia puede ser modificable digitalmente, y sera el PLL quien mantenga la frecuencia fija.


Un oscilador sin PLL, puede variar constantemente su frecuencia, en algunos kilohertz, y alcabo de unas horas, desplazarse mas de1 MHz, invadiendo el espacio de alguna emisora adyacente.
Esta variacion, es inevitable en un oscilador, ya que las junturas de las uniones del transistor, son extremadamente dependientes de la temperatura, y entra en juego la ambiental, pero tambien la que producen los elecrones, siendo imposible su estabilidad, sumado a las capacidades de los componentes pasivos en su estapa osciladora.
Entonces, la unica alternativa es la utilizacion de un PLL. el cual utiliza un cristal de cuarzo, que tiene una mejor estabilidad que cualquier otro componente electronico.

Diagrama en bloques de un PLL

Nuestro oscilador, al poseer un varicap, se convierte en un VCO, el cual es un oscilador controlado por voltaje. Como ya habia mencionado, el diodo varicap modifica su capacidad dependiendo del voltaje aplicado entre sus terminales, por lo tanto, el oscilador cambia su frecuencia a dependencia del voltaje suministrado al varicap, convirtiendose en un VCO, el cual corresponde al ultimo bloque.

Imaginemos que deseamos transmitir  a 100MHz, por lo que el VCO esta en 100MHz. Parte de la señal del oscilador, ira a la etapa de deteccion de fase.

Dicha etapa, no es mas que una compuerta logica, una XOR , una Or exclusiva, cuyo otro terminal va al oscilador de referencia, que sera en este caso, un cristal de 100MHz.

Si analizamos la tabla logica de la XOR, nos daremos cuenta, que si ambas señales estan en fase, esto quiere decir, que ambas esten en el mismo instante en un 0 o 1 logico, la salida de la XOR es 0, o sea, 0 voltios.

Cuando se da la condicion que tanto la frecuencia de referencia como la del VCO estan en fase, no existe control del PLL. Esto quiere decir,  que la frecuencia del VCO esta exactamente en 100MHz, y el oscilador deja de recibir voltaje de correccion.

Cuando el VCO baja o aumenta su frecuencia, con respecto a la referencia, ya no estarian en fase, por lo que la salida de la XOR estara en 1 logico, aplicando voltaje a nuestro varicap, para que aumente o disminuya su frecuencia, hasta llegar a la condicion de fase,  repitiendo todo el ciclo.

Muchos esquemas de transmisores con PLL, son viejos. Funcionan, pero carecen de actualizacion de nuevas tecnologias. Es como aun andar por las calles con un Ford T.

Como esos diseños son viejos, cada vez que se requiere modificar la frecuencia, se debe desarmar y modificar segun una tabla, los dip switch que poseen. 

Muchos de esos circuitos, poseen una pesima respuesta en frecuencia, debido a que la señal de control esta unida a la de modulacion. Esto quiere decir, que la modulacion en 88MHz , es completamente distinta al llevarla a los 108MHz. En otras palabras, al transmitir en 108 MHz , uno debe sobremodular el transmisor, para compensar una baja de potencia y la respuesta en frecuencia empeora muchisimo.

Eso lo digo con cabalidad, ya que muchos diseñadores o copiadores de circuitos, carecen de instrumentos, tales como osciloscpios y analizadores de espectro, por nombrar algunos, de los cuales poseo, y los he analizado.

En el diagrama en bloques del PLL mostrado, aparece un filtro pasabajos, que muchos no le dan importancia, pero es vital para disminuir los ruidos propios del PLL, y que da ademas la constante de tiempo, para estabilizar la frecuencia.

Si dicho tiempo es muy rapido, el transmisor tendria una pesima respuesta en frecuencia, para las señales bajo los 300Hz por decir algo, y si es muy lento, ya no tendria buena estabilidad en frecuenciael VCO.

Llegado a este punto, uno podria pensar, ¿para que usar un pll si puedo utilizar un oscilador a cristal de 100Mhz?.

Es posible modular la frecuencia de un cristal, utilizando incluso un varicap, pero, tiene un limite. La variacion por lo general no supera los 10KHz, por lo que no cumple para la radiodifusion.

Por lo demas, las puertas logicas, o muchos dispositivos a nuestro alcance, rara ves supera los 20MHz, entonces, se requiere de divisores de frecuencia, para tansformar por ejemplo, la señal del VCO de unos 100MHz, se utiliza un prescaler que divida la frecuencia x20,  y asi obtendremos 5MHz, una frecuencia mucho mas facil de trabajar.

Tambien, en la referencia, se puede utilizar un cristal de 5MHz, y ya tenemos listo gran parte del PLL.

Aunque en la practica, se trabajan con señales de comparacion del orden de algunos KHz, para efectos practicos tanto en el diseño del filtro pasabajo.

El BH1404, posee internamente un PLL, pero como indique en el capitulo anterior, la supuesta alta fidelidad de audio no estan asi como se cree, pero es un buen punto para comenzar y explorar.

La experimentacion con osciladores sin PLL es muy didactica, y puede cumplir muchas expectativas, pero queda en evidencia algunos inconvenientes, tales como al tocar la antena, la frecuencia puede variar, pero el alcance de un oscilador, puede ser de hasta unos 100 metros en campo abierto.

Debo dejar en claro, que hay circuitos esquematicos de osciladores, en los que se dice, que es tan estable que no requiere PLL. Me imagino que aquel que asegura eso, no debe tener un frecuencímetro o tambien conocido como contador de frecuencia. 
Al analzar cualquier oscilador, el frecuencimetro delatara que hay una deriva de varios kilohertz, cuyos valores bailaran, subiendo o bajando, y no se cumple con la normativa de estabilidad del orden de los +/- 2KHz.
Aun asi, pueden pasar horas, y nuestro sintonizador no dará indicios que hubo corrimiento en frecuencia, pero ello no es motivo para celebrar un oscilador estable, ya que todos los receptores, poseen circuitos destinados al control automatico de frecuencia (AFC), y ello quiere decir, que frente a la deriva de una estacion de radio, el sintonizador tratara de "regularse", dentro de ciertos limites, siendo como maximo, una variacion del orden de los +/- 50KHz.
Sin instrumentos de medicion, es imposible determinar con precision, que tan bueno es un circuito realizado por nosotros.

Otro punto importante, es que todo oscilador genera un ruido intrinseco, y ojala, este debe ser lo mas bajo posible, entonces, debemos elegir transistores con la menor tasa de ruido, pero los otros componentes, tales como resistencias tambien aportan lo suyo, y alli no podemos hacer mucho.

Lograr el oscilador perfecto, es imposible en nuestros dias, pero estamos cerca de ello.

Proximo capitulo 3ra Parte Etapas de amplificacion de potencia

Radios comunitarias: Eleccion de un buen transmisor

Gracias a internet, existe la gran posibilidad de aprender, sin la necesidad de moverse de su escritorio, siendo tal diversidad, que uno es finalmente quien escoje sobre lo que quiere aprender, basta buscar y encontraras.

Muchas generaciones que no nacieron en una epoca como la nuestra, no tenian mayor opcion que acudir a bibliotecas, y tratar de saciar sus conocimientos alli. Eso no era malo, pero hay que reconocer que hay bibliotecas y bibliotecas, como tambien bibliotecarios y bibliotecarios.

Si bien leer nunca ha sido contraproducente, muchas veces ellos terminaban con mas dudas, y si no sabian buscar bien, jamas lograrian satisfacerlas a cabalidad.
Debemos sentirnos privilegiados, de tener toda la informacion del mundo en nuestras manos gracias a internet, pero tambien, debemos ser cautelosos, ya que mucho de lo que uno encuentre, es un vil engaño, mentira o lo que sea, que solo produce confusión, por lo que al igual que en la television, todo lo que veas, puede no ser cierto.

Por lo demas, nuestros ojos no estan y no estaran nunca acondicionados, de leer un libro por una pantalla, por lo que (espero), los libros no desaparezcan

¿Por qué esta gran introduccion para un tema como las radios comunitarias?

Gracias a internet, podemos encontrar un sinnumero de esquemas electronicos, para iniciarnos en la fabricacion de nuestros propios circuitos, desde pequeños y eficientes osciladores de FM, moduladores, etapas de codificacion stereo, asi como tambien a la necesaria etapa de potencia y lo mas importante,  el diseño de las antenas.

Pero no todo lo que brilla es oro. Algunos diseñadores de circuitos, o mas bien dicho, aquellos divulgadores (ya que el diseño es de otro), aseguran cualidades inexistentes d aquellos prototipos.

Basta buscar en google por "transmisor fm", para que aparezca una infinidad de equipos  y circuitos, como por ejemplo el de la fotografia superior.

Dicho esquema, posee un amplificador operacional, como paso preamplificador de audio, ya sea para un microfono o señal de audio proveniente de una cadena de sonido. A continuacion, el circuito posee 2 transistores del tipo 2N4427, conocidisimo por la propiedad de tener una potencia maxima de radiofrecuencia, superior a 1 Watts, lo que es una potencia muy interesante, y nada de despreciable.
Segun la informacion que acompaña este circuito, se indica que la potencia de emision es de 3 Watts. 
La configuracion del circuito, parece ser push-pull, por lo que cada transistor, aporta 1.5 Watts, cuya suma entonces quedaria en 3 Watts.


Quien se aventure en implementar este circuito, no le puedo segurar que funcione, pero si lo llega a hacer, les aseguro que jamas lograran 3Watts a la salida.

Antes de tratar sobre este esquema, hare un pequeño resumen de las etapas que se requiere para poder crear u obtener un transmisor comunitario de FM, si pretendes hacerlo tu mismo.




1ra Parte: Entrada de Baja Frecuencia (Audio) y Codificacion Stereo

 El circuito superior, tambien sacado de google, buscando por "preamplificador de audio", nos muestra la utilizacion de un amplificador operacional, TL081 o LM741, junto con los componentes asociados, cuya funcion es la de preamplificar la señal de un microfono electret, que es un microfono a condensador.
En ese esquema, se puede variar la ganancia de amplificacion, al girar el potenciometro de 1Mohm.


Facilmente, se puede substituir el microfono, por un conector que permita la entrada de audio, pero en ese caso, se debe trabajar con menor ganancia de amplificacion, para no saturar los pasos siguientes.


La preamplificacion de audio, no debe ser tomada a la ligera. Para un transmisor experimental que trabaje monofonicamente, puede utilizar cualquier amplificador operacional existente, ya que solo requiere un ancho de banda de hasta unos 19Khz, que cubre todo el espectro auditivo del ser humano.
Dicho circuito, no requiere necesariamente de un amplificador operacional, sino puede utilizarse uno a transistor, por lo que no es imperativo, pero para muchos, es mas facil de implementar.
No me quiero detener en la configuracion o polarizacion de los amplificadores operacionales, ya que existe en internet, mucha informacion y calculos para los que desean aventurarse en dichos dispositivos.
Ahora, si lo que se desea es trabajar en un transmisor stereo, debe necesariamente utilizarse 2 circuitos identicos, pero, debe garantizar un ancho de banda mínimo de 100 KHz. 

A diferencia de un transmisor monofonico, el stereofononico requiere de un ancho de banda varias veces superior, ya que la señal codificada stereo, utiliza rangos de frecuencia por sobre el rango auditivo.
Antiguamente (y todavia quedan esquemas en internet), se utilizaba la codificacion stereo, por medio de multiplexacion, esto es, enviar en un lapso de tiempo, informacion del canal izquierdo de audio (L), y luego enviar la informacion del canal derecho de audio (R) en la otra unidad de tiempo.  Si bien este metodo es efectivo, induce demasiado ruido a la señal, producto de los cortes ,y que se utiliza para ello una señal cuadrada y no senoidal.
Por lo que siempre, un esquema sencillo de multiplexacion stereo, contendra este metodo COMPLETAMENTE en desuso. De nada sirve tener una buena etapa de radiofrencuencia, si ya estamos induciendo ruido en baja frecuencia.

 Esta representacion del ancho de banda no esta hecha por mi, sino que la saque prestada de google. 
Para explicar el fundamente de la transmision Stereo, es necesario comprender ese esquema.


Alli aparece en el recuadro de la izquierda expresada como "señal suma", la mezcla entre el cana derecho e izquierdo. Esto es, un simple paso mezclador de audio, que nos permita unir ambos canales en una sola señal, entonces esta señal es monofonica, pero contiene informacion de ambos canales. Eso es asi, para compatibilizar la escucha en radios que no son stereo, y no perder la informacion de algunos de los canales R o L.
La modulacion Stereo, no debe sobrepasar el 45%, a diferencia, que si el transmisor es monofonico, puede llegar al 90%. Sobrepasando este indice de modulacion, el receptor de radio presentara alta distorsion sonora, lo que afectara a la calidad de nuestra transmision.


Debido a ello, la señal monofonica tendra mejor relacion de señal/ruido que una stereofonica.

Siguiendo entonces en la primera parte de la mezcla de los canales R y L, se limita la frecuencia de audio hasta los 15Hkz.  Si no se respeta esa banda pasante, alterara la separacion de los canales R y L en el receptor, ademas de aumentar el ancho de banda de la transmision con su irremediable aumento de la distorsion. Luego de una zona de "silencio" comprendida entre los 15 y 18 Khz, se debe mezclar una señal de 19KHz, con un indice de modulacion de un 10%. Esta señal, tiene 2 funciones; indicar a un receptor stereo que la señal esta acondicionada para decodificar, y ésta se debe encuentrar en fase a la de 38Khz que aparece mas arriba.


La señal de 38KHz, es una portadora dentro de la frecuencia de transmision, la cual contiene como informacion, la substraccion de los canales R y L, del mismo modo en que lo hacen los equipos con la posibilidad de hacer karaoke.


Esta señal portadora, posee doble banda lateral, cuya banda inferior comienza en los 23 Khz y finaliza en los 38Khz, y la banda lateral superior entre los 38KHz y culmina en los 53KHz.


De igual manera, de pueden agregar señales de otro tipo, como la RDS o similares, como complemento opcional a la transmision.


Acualmente existen circuitos integrados que ofrecen la codificacion Stereo y ademas de su etapa de RF, como el famosisimo BA1404 y tambien el BH1404.


Ambos hacen ese trabajo con mucha facilidad, pero jamas debe pensarse, que aun tengamos la percepcion que poseen una gran calidad de sonido, la verdad es que cumple las expectativas de una radio comunitaria o experimental, pero jamas la calidad sonora de una estacion de radiodifusion. Si usted compra un transmisor con estos integrados, revise efectivamente cuanto esta pagando. El costo de compra debe ser inferior a uno que posea mayor cantidad de componentes.


La razon de ello, es que los fabricantes reducen la calidad de los productos, a medida que estos se hacen mas pequeños y multifuncionales, y se dirigen hacia el consumo masivo pero no profesional.


Un transmisor para FM comercial, actualmente esta utilizando la tecnologia de sintesis directa digital (DDS), la cual representa una nueva tecnologia, pero de caracteristicas poco envidiables a un buen diseño de un transmisor analogico. Lo que si, los analogicos tendran sus dias contados, si la radiodifusion digital se convierte en un standard, y en ningun caso estoy de acuerdo en la radiodifusion digital, ya que solo resulta en incomodidades para quienes estamos viajando, o tenemos una zona donde es dificil la propagacion de las ondas de radio.


Prefiero mil veces, que se mantenga el romanticismo de la radiodifusion analogica, y en cuanto a la television, me da exactamente lo mismo.


Luego de este paréntesis, los circuitos monoliticos encargados de la codificacion stereo, no tienen la calidad para la radiodifusion profesional, tiene las siguientes razones:


- Ancho de banda insuficiente
- Alto nivel de ruido.


Si bienn el ancho de banda para la radiotransmision, es de 75Khz, y nuestro codificador debe tener un ancho de banda de 53Khz, se requiere que la etapa de preamplificacion, sea lo mas lineal posible, entonces, se debe asegurar por lo menos un ancho de banda de 100KHz.


Esta familia de monoliticos, no indica en sus hojas de datos el ancho de banda pasante de la etapa de BF. Se presume que deberia ser de 53KHz, pero podria tener una atenuacion de unos 3dB, lo que ya no corresponde a alta fidelidad. 
Su ancho de banda esta reducido. Por lo tanto, la mejor solucion para un codificador Stereo de calidad profesional, debe estar constituido por todas las partes necesarias


- Etapa de suma de canales R+L
- Generacion de señal patron de 19KHz senoidal
- Generacion de señal de 38KHz senoidal
- Modulador balanceado o tecnicas similares


Al poseer señales senoidales, se reduce enormemente la distorsion armonica de la etapa de BF, pero tambien se debe considerar de amplificadores operacionales que nos garantizen como minimo 100KHz de ancho de banda sin atenuacion, que sean de bajo ruido y de alto slew rate, como primera medida.


Se deben utilizar filtros pasabajos, idealmente del tipo digital, para que el corte sea lo mas cercano a lo ideal, asi como la etapa de preenfasis, una fuente de poder de bajo nivel de ruido, y cableria resistente al ruido electrico.


Esquemas de este tipo ya no existen, o son escasos, debido a que se requiere mucho trabajo e inversion,ya que se requiere de otro PLL para mantener la señal patron y subportadora lo mas estable posible,  y que el pll de igual forma puede inducir ruido en el sistema.


Para que hablar del costo de amplificadores operacionales para uso profesional, los cuales son dificiles de conseguir y caros.


Por lo tanto, jamas se desprecie o se no se tome en cuenta, la etapa de BF, que es sin lugar  a dudas, el responsable que nuestra radio suene bien, o que sea Hi-Fi.


Proximante, tendre un producto de calidad profesional para radioemisoras comunitarias.


Nos vemos en el otro capitulo : Oscilador y modulador FM,