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.
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.
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