jueves, 5 de enero de 2012

TRANSMISORES POR DESCARGA DE CONDENSADOR

 

    TRANSMISORES POR DESCARGA DE CONDENSADOR

 

Juan Morros EA3FXF

 

 

Este tipo de transmisores fueron la primera maquina capaz de convertir CC en CA de alta frecuencia. Su simplicidad es proverbial y es muy fácil reproducir en el taller uno de aquellos aparatos utilizados por los Radioaficionados primitivos.

Sin embargo, desde la década de los 40 del s XX, esta prohibido terminantemente su puesta en el aire. Que a nadie se le ocurra conectar una antena exterior a los aparatos que aquí se describen.

 

 

 

En 1873 , James Clerk Maxwell publico sus famosas Leyes, después de 10 años de duro trabajo, demostrando que la electricidad, el magnetismo y la luz son manifestaciones del mismo fenómeno: el campo electromagnético, prediciendo la existencia de las ondas electromagnéticas. Sin embargo, durante los siguientes años, nadie dio en la forma de generarlas.

La sociedad de la época, estaba convencida del "poder de la electricidad". Se podía hacer cualquier cosa con electricidad, producir luz, calor... trabajo mecánico, etc.. Pero no había forma de conseguir las misteriosas ondas electromagnéticas por mas que los científicos "Maxwelianos" se esforzaron, hasta que en 1885, H.R. Hertz  dio con la manera de hacerlo, después de un intenso estudio teórico y experimental que le llevo mas de cuatro años en los que experimento la descarga de condensadores sobre inductancias y al estudio de las ondas de BF producidas, por lo que cuando construyo su aparato sabia de antemano a lo que iba a enfrentarse.

 

EL EXPERIMENTO DE HETZ.

 

Aventajado estudiante, conocía los experimentos de Henrry y de Faraday sobre la descarga de condensadores a través de inductancias (las resistencias eran bobinas mas o menos grandes.). Por lo que sabia que se producían ondas amortiguadas, que se podían medir. Supuso acertadamente que al disminuir el tamaño de los condensadores y de las inductancias implicadas, estas oscilaciones aumentarían en frecuencia, por lo que quedaron reducidas a la mínima expresión, dos esferas (o placas) eran las armaduras del condensador,  unidas a unas delgadas varillas que terminaban en una separación de algunos milímetros. (Figura1)


¿Como se cargaba y descargaba el condensador así constituido?, no hay duda de que al principio las conexiones se hicieron a mano, pero esto era engorroso e inconveniente Un interruptor electromecánico fue seguramente utilizado, pero, a pesar de que ahora sabemos que funcionaba perfectamente, la potencia en juego no era suficiente para que el detector que había ideado funcionase. Necesitaba mas potencia.

La solución vino de un fenómeno llamado autoindución,  que había sido descubierto por Henrry unos años antes y, de la perspicacia de un técnico llamado Rumkorff que había construido un  transformador que, aprovechando la sobretensión producida por la apertura de un contacto en el  primario, correspondía   un pico de elevada tensión en el secundario, del orden de miles de voltios (exactamente igual que en una bobina de encendido de coche). Figura 2

 


Un discreto mecanismo, parecido a un relé, conectaba y desconectaba la CC de alimentación a un ritmo de unos 100 pulsos x segundo (o menos). Estos pulsos de alta tensión tenían dos cometidos, por una parte cargaban las armaduras  del condensado a un valor muy alto y, por otra, actuaban de interruptor automático de descarga ya que, al alcanzar el voltaje un valor crítico, se producía una chispa en el descargador previamente calibrado.

Una vez implementada toda la parafernalia de su maquina de convertir CC en AF pudo por fin, Hertz, comenzar su experimento cuyos resultados todos conocemos (figura 3) y que podemos leer en Wikipedia.


 

COMO FUNCIONABA.

 

La maquina prodigiosa se compone de dos partes, por un lado esta el utillaje capaz de producir pulsos de alto voltaje (Figura 4).Ya sabemos que la bobina de auto inducción o bobina Rumkoff fue utilizada.

 


La segunda parte es la antena propiamente dicha, que no es otra cosa que un circuito L,C,R,  (ver figura 5)

La disposición adoptada por Hertz era la un dipolo de media onda, formado por dos varillas de ¼ de onda cada una, con lo que la Z sabemos que era de 75 Ω. La capacidad era la de las varillas (aumentada por las bolas del extremo).  Al saltar la chispa se cortocircuitaban las dos armaduras del condensador y la corriente atravesaba la inductancia que representaban las propias varillas, creando una oscilación amortiguada, a la frecuencia de resonancia de L C, de altísima  potencia de pico. El siguiente impulso, producía otro pico, de forma que era posible poner en el aire del orden de un centenar de impulsos de alta potencia cada segundo.

 


 

IMPORTANCIA DEL DETECTOR.

 

El receptor (detector) usado por Hertz era simple e ingenioso. Un aro (o cuadrado) de alambre, de dimensiones que lo hacían resonante a la frecuencia del emisor, cortado por un extremo con una separación de 1/10 de mm, ajustable con un micrómetro.  Al saltar una chispa en el emisor se emitía un tren de ondas que se correspondía con una chispa en el aro receptor, separado unos metros

El hecho  de que el receptor estuviera sintonizado con el emisor demuestra que Hertz sabia muy bien lo que hacia y que esperaba obtener. Las frecuencias de sus experimentos fueron de los 6 metros a los 30 cm.

El descubrimiento de las ondas electromagnéticas no fue fruto de un experimento casual.

 

SIMULANDO EL APARATO DE HERTZ.

 

En la figura 6 podemos ver que el circuito se ha simplificado bastante y a pesar de ser todo valores estimados, excepto la inductancia y capacitancia de las varillas y sus cargas terminales que han sido calculados. Los resultados son sorprendentes por el tamaño de las cifras.

 


Durante la carga del condensador de antena circulan un promedio de 5 A de CC durante 1,5 milésimas de segundo, mientras que durante la descarga circulan +/- 2 kA sobre Rr, produciéndose una potencia instantánea de 170 MW, todo el tren de ondas amortiguadas dura unos 2 u segundos.

(ver figura 7), la frecuencia es 58 Mhz.

No es de extrañar que el sabio Hertz recibiera chispas en un circuito sintonizado, a unas decenas de metros y pudiera hacer experimentos cuasi ópticos con las ondas.. Su primitivo instrumento no fue superado hasta 1902 como generador de Ondas de Radio, pero eso ya es otra historia.

 


 

CONSTRUCCIÓN CASERA DE UN TRANSMISOR POR DESCARGA DE CONDENSADOR.

 

En contra de lo que pudiera parecer, no son necesarias altas tensiones y peligrosos aparatos que, aun y cuando pueden utilizarse, pero con el debido respeto.

Por fortuna la sensibilidad de nuestros receptores actuales es tan alta que (con la debida antena) puede detectarse señales con una mil millonésima parte de la energía de la que utilizo Hertz. Así que, para estos experimentos, utilizaremos pilas secas o una fuente de alimentación, preferiblemente regulable.

 


En la figura 8, puede verse el esquema de partida. La frecuencia escogida es la  de 10-11 metros, para ello la bobina puede ser una sola espira de hilo plateado de 1 mm de grueso y 10 cm de diámetro. El condensador debe tener 100 pF y debe ser de alto voltaje. Puede valer el recurso de poner varios en serie o en paralelo. Se aconseja utilizar condensadores MKT, de mica plateada o estiroflex. Evitar los condensadores cerámicos viejos.  Yo utilice 10 condensadores de  10 pF / 400 V dispuestos en paralelo, como puede verse en la figura 9.

 


 

El relé, de un circuito, puede ser de cualquier tipo aunque es mejor que sea robusto. Cuando esta en reposo el contacto móvil cierra el circuito de alimentación del propio relé, que se activa momentáneamente y hace que el circuito oscilador de AF se cierre a masa.. El valor de C1 reduce la frecuencia de oscilación del relé  y minimiza las chispas.

Cuando se conecta la sonda del osciloscopio (x 10) es posible ver las ondas producidas, de unos 10 Vpp (ver figura 10).


 

A 12 V, consume 1,5 mA. La potencia de salida esta limitada a la energía que es capaz de manejar un condensador de 100pF cuya carga es igual a : ½ C * V^2, lo que nos da 7200 pico Julios  que dividido por el tiempo que dura la descarga, 1uS según el simulador, nos da la potencia del impulso que es de 7,2 mW.

 

RESULTADOS  Y  MEJORAS.

 

Poco se puede mejorar un aparato tan minimalista, simplemente me di cuenta de que no hacían falta tantos condensadores en paralelo. Un solo condensador de 100p, es suficiente. (no cerámico).

Con una antena de media onda acortada para interior de unos 4 metros el transmisor parecía funcionar perfectamente, sin chisporroteo apreciable.

El mejor receptor para esta maquina es un radio galena sintonizado a 10 metros, que puede construirse fácilmente siguiendo el esquema de la figura11.

 


La bobina consiste en 10 espiras de hilo sobre toroide T37-6. Con un eslabón de 1 espira puede conectarse una antena dipolo. El condensador de 100p puede ser de cualquier tipo. Los auriculares deben ser de alta impedancia (> 1000 Ω ).

Con la antena receptora en el tejado y la emisora en el taller, a mas de 30 metros, se oye una fantástica señal, un ronco rugido de unos 200 Hz, nada musical pero perfectamente distinguible que sigue el ritmo de la manipulación: VVV DE EA3FXF.

Con un moderno Scaner portátil salí a dar una vuelta por el barrio y pude ver que en las  inmediaciones de mi casa las bandas de 12 a 6 metros resultaban interferidas, por lo que decidí desconectar la antena y, en adelante, trabajar solo con carga artificial.

Uno de los inconvenientes, ya conocido, de estos aparatos es el gran ancho de banda ocupado por sus transmisiones y que llevo de cabeza a Marconi y sus colegas hasta que se invento la onda continua en 1902.

 

Si alguien tiene alguna duda o quiere compartir experiencias, puede escribirme a ea3fxf@lleida.org

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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