Semana XI - 29/11/2016

El día de hoy ha sido bastante ameno.

Hemos ido al laboratorio a montar nuestro bloque modulador ASK, es decir, nuestro generador de señal ON OFF con un circuito basado en un 555. Agregando correctamente este módulo a nuestro circuito de oscilación, hemos visto que la señal se iba interrumpiendo cada segundo gracias a un LED. Agregando una antena monopolo a nuestra salida, y con el uso de un receptor comercial prestado por el profesor, hemos podido transformar esa señal interrumpida de manera periódica a 27 MHz a un tono audible. Para hacer nuestro transmisor un poco más característico, hemos sustituido el condensador electrolítico conectado al 555 por otro de capacidad aún menor. Eso ha provocado que la frecuencia ON OFF aumentará, por lo que el pitido era mucho más rápido.

La semana que viene seguiremos avanzando en nuestros conocimientos de radio aprendiendo a realizar el receptor.

Semana XI - 28/11/2016

Empezamos la nueva semana repasando los conceptos adquiridos la semana anterior. Remarcamos la gran importancia del cristal de cuarzo dentro de un circuito oscilador.

Una vez puestos en materia, recapitulamos un poco para recordar los problemas de nuestra propuesta para el circuito oscilador. Vimos que gracias al uso del cristal de cuarzo en cortocircuito nuestro circuito mantiene invariable la frecuencia de oscilación. El problema radica a que además de a 27 MHz, el circuito también está oscilando a frecuencias múltiples, tales como 9 MHz por ejemplo. Esto es un grave problema, ya que si conectáramos una antena a la salida del oscilador, estaríamos inundando el espacio con luz a varias frecuencias, y eso está completamente prohibido. Hay que buscar, pues, una solución.

La solución propuesta es sustituir la combinación RC por un circuito tanque. La idea de este circuito es que si conseguimos que resuene a una frecuencia por debajo a la de la oscilación, para 27 MHz tendremos un circuito equivalente RC, y el circuito podrá oscilar. Para los otros armónicos el circuito tanque no se comportará como un RC y el circuito no podrá oscilar.

Llegados a este punto, hay que comprobar como efectivamente esta solución arregla el problema de los armónicos. Para probarlo, fuimos al laboratorio a montar nuestro oscilador y ver como efectivamente solo oscila a 27 MHz.

Nos vemos mañana añadiendo un modulador ASK para emitir una señal On Off a 27 MHz. Mañana ya seremos capaces de transmitir algo!

Semana X - 22/11/2016

Volvemos a clase para analizar los resultados obtenidos con nuestro oscilador. Como ha quedado claro, ahora mismo nuestro diseño no es válido, puesto que conectar el oscilador a una antena provocaría que radiáramos potencia en múltiples frecuencias. La solución la conseguiremos con un dispositivo llamado cristal de cuarzo.

Este componente es utilizado en absolutamente todos los circuitos con osciladores, puesto que tiene unas características increíbles. Imaginemos que nuestro circuito se encuentra en condiciones extremas. Un golpe o la contracción y dilatación debidas al frío y al calor varían el valor de nuestro inductor y el circuito, en lugar de resonar a Fr resonaría a Fr +/- Fs. Y esto no lo podemos permitir, puesto que podemos perfectamente perder la comunicación. Para fijar esa frecuencia de oscilación usaremos un cristal de cuarzo.

Según el espesor de las capas del cristal de cuarzo, este dejará pasar una frecuencia u otra. En síntesis, las capas del cristal de cuarzo de doblegan cuando aparece una diferencia de potencial en sus terminales. Según el espesor de las capas, resonará a una frecuencia u a otra. El quid de la cuestión es que, correctamente diseñado, a nuestra frecuencia de operación se comporta como un cortocircuito y en todas las demás como un circuito abierto. De esta manera, pase lo que pase, solo radiaremos a la frecuencia a la que el cristal de cuarzo se comporta como un cortocircuito.

Finalmente, para comprobar este comportamiento hemos ido al laboratorio y hemos añadido a nuestro circuito un cristal de cuarzo para ver como, efectivamente, nuestro circuito solo oscila a 27 MHz.

Nos vemos la semana que viene reinventando la radio.

Semana X - 21/11/2016

Empezamos esta nueva semana volviendo al laboratorio a configurar el circuito de la semana pasada. Una vez lo tenemos operativo, volvimos a clase para ver como analizar correctamente la salida del circuito.

Como vimos la semana pasada, el señal de salida no es perfectamente sinusoidal, sino que tiene una forma aproximadamente triangular. Para ver correctamente qué componentes frecuenciales y con que potencia están formando esa señal, es preciso utilizar el analizador de espectros.

En este caso, no usaremos el analizador de espectros visto en otras asignaturas, sino que usaremos un analizador capaz de interpretar la señal y que extrae una salida para ser entendida por el osciloscopio. Básicamente, este dispositivo consta de un teórico filtro sintonizable. Decimos teórico porque no es realmente así. Consta de un filtro paso banda a una frecuencia fija intermedia, y lo que variará es la frecuencia del señal de entrada. Este tipo de dispositivos se les conoce como receptores heterodinos. La salida del analizador de espectros irá directamente conectada a una de las entradas del osciloscopio en modo XY.

Volvemos al laboratorio a poner en práctica lo visto hasta ahora y vemos como efectivamente aparecen armónicos cada (2N+1) * 9 MHz. Recordemos además que esto lo estamos construyendo con un filtro pasa banda sintonizable mediante un condensador variable. Para automatizarlo, hemos sustituido ese circuito por un divisor de tensión con una resistencia variable y un diodo polarizado en inversa, que cambia su capacidad en función del valor de tensión de entrada. Con esto somos capaces de variar la frecuencia de resonancia mediante el resistor variable.

Nos vemos mañana intentando minimizar el efecto de los armónicos.

Semana IX - 15/11/2016

Continuamos la semana justo donde lo dejamos ayer. Vimos como construir un sistema oscilador bastante simple pero eficaz. El problema es que éste necesita ser alimentado por una sinusoide igual a la que queremos generar. Para arreglar esto, partiremos de la siguiente hipótesis: oscilar a partir del ruido.

El ruido blanco es, como dice su nombre, un señal muy débil, pero con componentes frecuenciales en todo el espectro. Esto quiere decir que podemos tomar como entrada una fuente de ruido (y eso lo será cualquiera de nuestros circuitos por el simple hecho de no encontrarse a 0ºK). Con esto, es evidente que dicha señal hay que amplificarla puesto que es excesivamente débil. Para acabar, realizaremos un filtro con frecuencia de resonancia a la deseada para seleccionar solo esa frecuencia.

La idea es que si conseguimos que el circuito tenga una ganancia superior a la unidad, ese señal se irá amplificando más y más hasta llegar a saturar el amplificador. Cosa que tampoco nos importa mucho, al contrario, nos permitirá tener una sinusoide de amplitud considerable. 

Una vez conocido el principio de funcionamiento de nuestro oscilador, nos dispusimos a ir al laboratorio a comprobar como efectivamente esto funcionaba y no era producto de la magia. Evidentemente, fuimos al laboratorio con el correspondiente esquema y una planificación de la distribución de los elementos en la placa protoboard. Sintonizando correctamente el osciloscopio vimos como efectivamente el resultado era una sinusoide. Pero ojo, en realidad no es una sinusoide como tal, sino que tiene una forma triangular. Esto quiere decir que nuestra señal no solamente tiene una única componente frecuencial a 27 MHz, sino que su espectro es más complejo que esto. Y esto es un problema. Para poder analizar bien el comportamiento del oscilador sería preciso utilizar el analizador de espectro para ver como efectivamente aparecen productos de intermodulación a frecuencias múltiplo de 27 MHz.

La semana que viene seguimos analizando el circuito diseñado y buscaremos posibles mejoras para generar una sinusoide correcta.

Semana IX - 14/11/2016

Empezamos esta nueva semana cambiando el rumbo de nuestra explicación. Dejamos de lado el destacado y útil mundo de los transformadores para adentrarnos en los osciladores.

La idea principal del curso era realizar un transmisor y receptor radio a 27 MHz, simulando el procedimiento usado en las radiobalizas para detectar naufragios. Esto implica que además de construir un receptor, hay que tener un transmisor. Hemos aprendido a hacer un receptor en onda media que, aunque no aplique para este caso, nos da una idea general sobre como se construyen este tipo de dispositivos. Entonces, hay que entender y posteriormente diseñar el transmisor para tener el enlace completado.

Para entender qué vamos a construir, nos ponemos en el caso más simple. Un oscilador conectado a una antena ya es un transmisor. Aunque es cierto que ese transmisor no está emitiendo ninguna información útil, si el circuito esta correctamente diseñado estaremos radiando esa oscilación por todo el espacio. Construir estos dispositivos es completamente nuevo para nosotros, por lo que veremos un recurso muy útil y a su vez muy extendido.

La idea para diseñar el oscilador es disponer de dos etapas, una amplificadora y otra de filtro. La etapa amplificadora amplifica el señal senoidal de la entrada y el filtro nos selecciona solo esa frecuencia a la cual queremos que funcione nuestro oscilador. Para que este circuito tenga sentido, el conjunto de amplificaciones (tanto del circuito amplificador como la etapa de filtrado) tiene que tener ganancia unidad. Si esta fuera inferior, la señal se atenuaría hasta desaparecer. Por otro lado, queremos que la fase en el pico sea nula. El problema a esto es el siguiente. Estamos construyendo de manera muy acertada nuestro oscilador, pero hay un problema. Necesitamos excitar nuestro oscilador mediante la sinusoide que queremos generar, lo cuál no tiene mucho sentido.

Mañana veremos como superar este importante bache realizando el circuito amplificador mediante un circuito en lazo cerrado.

Semana VIII - 08/11/2016

Seguimos la semana adentrandonos en el mundo de los transformadores.

Antes de nada, hacemos un breve repaso sobre lo explicado en la clase anterior, viendo que es relativamente fácil pasar del modelo real del transistor al model equivalente de inductor + transformador ideal.

Descubrimos además que el parámetro n propio de cada transformador está relacionado directamente con las inductancias de los devanados de la siguiente forma: n = sqrt(L1/L2).

Una vez sabido lo básico, nos dispusimos a ver un ejemplo real. Si tenemos nuestro receptor en una habitación, como es lógico, y deseamos instalar una antena de dimensiones considerables, se nos ocurre ponerla en el tejado. Pero, ¿cómo llevo la señal de la antena hasta el receptor? Pues bien, usaremos una línea de transmisión. Y no una línea de transmisión qualquiera, sino aquella que tenga impedancia característica igual a la resistencia de la antena, que en lambda cuartos es de 72 ohmios. Con esto conseguiremos hacer transparente nuestra línea de transmisión, pero para máxima tranferencia de potencia la carga que vea la LT también ha de ser de 72 ohmios. Un receptor habitual tiene una Rin de 1k5 ohmios, por lo que no cumplimos el requisito: hay que adaptar. Y adaptaremos mediante un circuito transformador que a su vez hace de filtro paso banda.

Nos vemos la semana que viene acabando de perfilar los transformadores y iniciandonos en el mundo de los osciladores.