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
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