AMPLIFICADOR A VALVULAS

 

 

CALCULO Y CONSTRUCCION DE UN

AMPLIFICADOR A VALVULAS

EA3FXF

 

En 1904 pocos eran los receptores de telegrafía  sin hilos (TSH) que usaban el poco fiable sistema del cohesor de Brandly. Inventores y empresas de todo el mundo pugnaban por patentar un sistema definitivo para recibir las ondas de los, cada vez, mas numerosos transmisores utilizados, tanto en el mar como en tierra. Las armadas de todo el mundo estaban equipando sus buques con las mas modernas tecnologías de la época, vistos los buenos resultados que el invento de la radio estaba reportando en el coetáneo conflicto Ruso-Japones .

No es de extrañar que los inventores / científicos de aquellos tiempos sufrieran fuertes presiones para poner apunto un sistema  que mejorara las características del novedoso detector a galena inventado pocos años antes por el científico indio Chandra Bose, que era  lo mas sensible de que se disponía, pero que en el mar resultaba muy inestable y se desajustaba fácilmente.

Mientras en EEUU Fessenden experimentaba con la conversión directa, a este lado del atlántico el ingles Fleming investigaba las antiguas válvulas de Edison y descrubrio que rectificaban una señal de RF tan bien como la "moderna galena" y, por supuesto, resultaron ser detectores muy fiables y estables, patentándose en 1904 con el nombre de "válvula oscilante". Era un tubo de alto vacío con un filamento de caldeo que era el cátodo y una placa tubular que era el ánodo. No hay constancia de que Fleming investigara con mas de dos electrodos cosa que si hizo su coetáneo , el americano, Lee DeForest, aunque por razones completamente distintas.

Unos años antes, en Boston, DeForest había podido recibir las señales de los buques de la bahía por medio de un  detector hecho con la llama de un mechero de gas (figura 1) concibiendo la idea de que las señales de RF influyan en la ionización de los gases de la llama, por lo que construyo un ampolla de cristal, la lleno de aire a baja presión  y la caldeo con un filamento eléctrico.

Tras muchos experimentos dio en situar el electrodo  de antena entre el cátodo emisor de electrones y la placa positiva constituyendo el primer prototriodo. Sin embargo este triodo no iba bien del todo, el aire a baja presión se ionizaba fácilmente y hacia inestables las corrientes que circulaban por el tubo. Su ganancia era muy baja, tan baja que en 1906  patenta como detector, no como amplificador, el "audion". Su sensibilidad  era la de un buen detector de galena o la de un diodo de Fleming pero ni el mismo inventor sabia exactamente como funcionaba. No fue hasta 1913 que el ingeniero americano Irving Langmuir dio con la descripción matemática del funcionamiento del audion de alto vacío (triodo moderno), originándose la electrónica.

 

Un triodo moderno tiene los mismos elementos que el audion  pero está lleno de un gas inerte, que no se ioniza  Durante una época existieron válvulas duras de alto vacío pero pronto las válvulas blandas de gas inerte demostraron ser mejores y mas fáciles de construir.

El audion funcionaba exactamente como un moderno triodo que consta de un elemento calefactor unido (figura 2.) directa o indirectamente al cátodo que es por donde se emiten los electrones por efecto de la corriente calefactora. Si nada lo impide estos electrones llegan a la placa o ánodo donde cierran un circuito eléctrico con una pila B+ y se establece un flujo de corriente medible con un instrumento. Al intercalar una reja en el flujo de electrones  que va del cátodo hasta el ánodo podemos variar la corriente del circuito de B+ variando la polaridad de la reja, si esta tiene tensión negativa repelerá los electrones que salen del cátodo y pocos o ninguno llegaran a la placa, por lo que la corriente sera muy baja (o ninguna). En cambio, si la tensión aplicada a la reja es positiva los electrones se verán acelerados y llegaran a la placa. Esta propiedad del triodo es la que hace que las corrientes alternas de alta frecuencia sean rectificadas cerrándose el circuito solo en los semiperíodos positivos de la señal (efecto válvula).

 

Cuando mas intensa sea la nube de electrones K-A mayor sera la corriente de B+ que, a caballo de estos electrones, podrá pasar de ánodo a cátodo cerrando el circuito y, como esta nube es muy sensible a la polaridad de la reja, pequeños cambios en la tensión de reja provocaran grandes cambios proporcionales a la intensidad que circula por B+. Una válvula puede verse como una resistencia variable instantánea.

Hay que diferenciar claramente entre la Corriente Electrónica que es siempre en dirección K-A, de la corriente eléctrica del circuito asociado a B+ que circula en dirección contraria (A-K).

Como algunos electrones rebotaban en la placa, se dispuso otra reja conectada a positivo para minimizar cualquier emisión secundaria, se la llamo reja pantalla y nació el tetrodo (cuatro electrodos), de características diferentes al triodo, pero como aun llegaban algunos electrodos de la placa se añadió una quinta reja, conectada a potencial de cátodo que se llamo reja supresora, dando lugar al pentodo.

 

CALCULO DE UN AMPLIFICADOR PARA UN RADIORECEPTOR.DE COMUNICACIONES

 

Hay una serie de detalles que hemos de saber de la válvula que vamos a emplear. Lo mejor es conocer previamente el tipo de tubo, zócalo, alimentación de placa, alimentación de filamentos y disponer de los gráficos de características del fabricante, que podemos obtener fácilmente por Internet.

Utilizaremos un  doble tubo triodo pentodo PCL86 por el sencillo motivo que son baratos y aun se encuentran con facilidad en tiendas y mercadillos. Su tensión de filamento es 13,7V (12V) / 0.5A y la tensión de placa  del pentodo 250V / 0,075A. Su zócalo es tipo noval y es fácil de localizar.

Un amplificador de alta ganancia  debe disponer de por lo menos dos pasos , uno previo amplificador de tensión (triodo) y otro amplificador de corriente capaz de mover el cono de un altavoz.(pentodo).

 

FUENTE DE ALIMENTACIÓN.

 

Se ha escogido una tensión de alimentación de 220V por ser la mas próxima que tenemos en  nuestros hogares. No es una buena idea rectificar directamente la tensión de la red ya que puede resultar peligroso para el operador, lo mejor es utilizar un transformador separador, de relación 1 / 1, de venta en los comercios del ramo o, si no lo encontramos,  utilizar un par de transformadores de 220V / 12V(1A) montados espalda contra espalda, según se ve en la figura 7.

 

Un rectificador de onda completa, discreto o encapsulado y un somero filtro RC, aseguran un bajo rizado a la salida que será, con carga, de unos 220V aproximadamente. Andar con mucho ojo con la tensión B+ porque puede darnos un disgusto. Hay que desconectar de la red y descargar los condensadores de filtro antes de manipular nada.

Puede montarse en un pequeño chasis metálico con conectores y puede servir para otros experimentos con válvulas.

 

CALCULO DEL PREAMPLIFICADOR TRIODO

 

El triodo de la PCL86 es de baja potencia y alta ganancia, puede trabajar tanto audiofrecuencia como radiofrecuencia hasta 15 Mc. sin ningún problema. Los mejores resultados se obtienen en clase A.

Para calcular su polarización en continua se trabaja sobre la gráfica que da las curvas de la corriente anódica en función de la tensión anódica y la tensión de polarización de reja (figura 3). Se escoge un punto  en la zona mas lineal de la curva de polarización de reja de -0.5V, lejos de la curva de máxima disipación y se traza una recta que una este punto con la tensión de alimentación , en el eje X, que sera de 220V. Prolongando esta recta hasta el eje Y sabremos la corriente de placa (2,5 mA) que circulara, una sencilla operación:  220V / 2.5 mA = 88 kΩ, nos permitirá conocer el valor de la resistencia de placa (Rp) para la que utilizaremos una resistencia de 82 KΩ en serie con una de 5,6 kΩ. Esta resistencia garantiza que en reposo la tensión de placa sera de 105 V y su corriente de 1,3 mA.

Ademas, podemos apreciar el efecto que tendrá una señal de 1V (+/- 0.5V) sobre la reja, veremos que la tensión en la placa de la válvula variara entre 80 y 140 voltios, cifras perfectamente

admisibles para la tensión de alimentación de que disponemos y que dan idea de la ganancia en continua del dispositivo.

Para calcular la resistencia de cátodo (Rk) del triodo aplicamos de nuevo la ley de Ohm y dividimos la caída de tensión negativa de polarización de reja que deseamos, en nuestro caso 0.5V, por la corriente de reposo de placa, que es 1,3 mA,  según puede leerse en el gráfico. El resultado es 0,5V / 1,3 mA = 0,38 kΩ , osea 390Ω redondeando. Una resistencia de 1/2W es mas que suficiente.

 

Ya hemos decidido el punto de funcionamiento del triodo y su polarización en continua. La técnica utilizada es la llamada de recta de carga y permite aproximaciones muy buenas si se utilizan los gráficos correspondientes a cada tubo, pudiéndose obtener información sobre las características dinámicas de la válvula (cosa bastante compleja y que el fabricante suele dar en sus datashets).

Para el resto de componentes (figura 4) solo es necesario "aproximar" su valor con un poco de sentido común.

El condenador de desacoplo de cátodo (Ck) debe ser de un valor tal que no atenúe las señales mas graves por lo que se escogerá un condensador electrolítico de 100 a 200 uF. Un sencillo cálculo  permitirá comprobar que su reactancia es muy baja a pocos Hz. Su voltaje pueden ser  12V.

La resistencia de reja (Rr) también llamada resistencia de escape, sirve para que circule la micro corriente generada por el paso de electrones secundarios de la placa a la reja. Cada fabricante suele aconsejar un valor determinado, que en nuestro caso es de 1MΩ . La tolerancia es bastante alta y cualquier valor por encima de 100 kΩ puede resultar aceptable.

El condensador de entrada de reja y de salida de placa pueden ser modelos cerámicos corrientes que aguantan 500V, de un valor de 100nF. El condensador electrolítico que desacopla la resistencia de placa puede ser de 33 a 100 uF / 350V y debe situarse muy próximo al lado frío. Un truco es situarlo entre la resistencia de 82kΩ y la de 5k6, que forman Rp.

Los triodos tienen una muy alta impedancia de entrada por lo que para fuentes de baja impedancia es necesario, para reducir perdidas, transformar la señal. Idealmente, deberíamos emplear un transformador de audio comercial, diseñado para mantener plana la curva de respuesta, estos dispositivos existen en el mundo de la alta fidelidad, pero resultan onerosos y difíciles de encontrar. En su lugar puede utilizarse un transformador de alimentación de 220V / 12V, normal y corriente, utilizando el devanado de baja tensión como entrada de baja impedancia. La respuesta de audio no es plana y tiene una fuerte atenuación  a partir de 3 kHz, lo cual es una ventaja para un receptor de comunicaciones. La ganancia en tensión obtenida con el transformador se multiplica por la ganancia del tubo siendo el resultado una elevada amplificación.

La escucha puede hacerse por medio de unos auriculares de alta impedancia (500Ω / 2000Ω) o conectándolo a la entrada line del PC. Un potenciómetro logarítmico de 500 kΩ puede regular la amplitud de la señal aplicada al siguiente paso.

 

 

 

CALCULO DEL AMPLIFICADOR PENTODO. (Figura 5.)

 

 

 

La principal limitación de los  amplificadores a válvulas es el transformador de impedancias (T) que es el que determina la resistencia de carga de placa y, por ende, el valor del resto de los componentes.

El pentodo de la PCL86 tiene su máximo rendimiento con una resistencia de carga de 7k. Es recomendable no disminuir mucho este valor so pena de sobrepasar la disipación máxima del tubo y acelerar su destrucción.

Como la relación espiras / tensión es proporcional en un transformador de alimentación, podemos tomar la relación de tensiones como la relación de espiras y calcular, aproximadamente, la relación de impedancias con la formula (V1 / V2)^2 = Z1 / Z2, por lo que para un transformador de 220V / 6V,  una impedancia de secundario (6V) de 8Ω   se transformara en una Z de 10,7kΩ en el primario, que sera la resistencia de carga (Rcarga).

Como en el caso del triodo el calculo de la polarización del pentodo se aplica la técnica de la recta de carga, para ello son necesarios los gráficos del fabricante donde la corriente de placa aparece como función de la intensidad de placa.(Figura 6).

Por medio de la Ley de Ohm podemos conocer la intensidad de placa: Ip = Vmax / Rcarga = 500V /  10,7 kΩ = 46mA, solo hemos de marcar esta cifra en el eje Y y tendremos un punto de la recta de carga. El otro punto viene dado por el fabricante y es la tensión máxima (Vmax.) que puede soportar la placa, que es de 500V. Si trazamos una linea entre estos dos puntos veremos que quedamos bastante lejos de la hipérbola de máxima potencia, es el precio que hay que pagar por usar una R de carga mayor de lo estipulado por el fabricante, pero sin riesgo alguno para la válvula. Una carga menor dará mas  potencia pero puede hacernos pasar rápidamente a la zona de peligro.

Seguidamente trazamos una linea perpendicular al eje X en el punto coincidente con la tensión de alimentación (220V) y en su intersección con la recta de carga establecemos el punto de trabajo. A partir de aquí podemos conocer la corriente de reposo (Ipr), que sera de 25mA.

El punto de trabajo, nos indicara también la tensión negativa (Vg) a la que hay que mantener la reja de mando del pentodo que es de -6V, con lo que podremos calcular el valor de la resistencia de cátodo (Rk) aplicando la formula: Rk = I Vg I / Ipr = 6V / 25mA = 240Ω que podemos redondear a 220Ω, tranquilamente.

 

 

En estos cálculos y, para simplificar, se ha omitido la corriente de la reja pantalla por influir poco en el resultado, aunque en pentodos de potencia es importante tenerlo presente. En nuestro caso, la potencia dista mucho de ser la máxima especificada, también distan mucho los parámetros de fidelidad, que no son en absoluto recomendables para oír música pero si muy convenientes para un receptor de comunicaciones.

Los condensadores se eligen según los criterios dados para el triodo, evitándose conexiones largas en su montaje. Los cables del potenciómetro de volumen (Rr) deben ser apantallados.

 

CONCLUSION

 

Hemos visto como deducir los componentes de polarización en corriente continua de las gráficas de una válvula con algunos sencillos procedimientos de calculo. Hay otras formulas y reglas para operar esas tablas y los resultados solo deben considerarse aproximados

Este amplificador de un solo  tubo es muy sencillo de alambrar en un pequeño chasis de aluminio o de placa de CI. . Resultando ideal como complemento de alguno de los esquemas publicados de receptores a reacción con válvulas o de un sencillo receptor  de conversión directa. El Factor Q del montaje es importante y la limpieza del conexionado redundara en un funcionamiento estable y sin problemas. Su ganancia es parecida a la de un LM386 en montaje clásico.

 

Prometo visitar asiduamente el ning del club y responder todas las cuestiones que sobre el tema se planteen. A pesar de ello, me podéis escribir a radiofrecuencia@googlegroups.com

Quedo QRV.

 

 

 

 

LINEAL DE CORTESIA 509

 

 

NUEVA VIDA PARA UN CACHARRO

LINEAL DE CORTESIA 509

EA3FXF

 

 

En los años 80, mi difunto padre saco sus letras, EA3FZW, después de mucho esfuerzo, con un equipo de decamétricas formado por una "Stalker Superstar 360" con cobertura de 26 a 29,2 Mc, un conversor de 20, 40 y 80 metros italiano marca  LB3  y un lineal de 100W hecho en casa. Las antenas eran dipolos para 80, 40 , 20 y una vertical de 5/8 de CB acortada  para 10 metros.

Aquel equipo nos dio grandes satisfacciones, en aquella época se podía hablar con América del Norte o del Sur cada tarde en 10 metros.

En aquellos tiempos apenas se oía habar del QRP, pero los que veníamos de la banda de CB estábamos acostumbrados a utilizar unos escasos 12W en SSB, con resultados excelentes (incluso en AM, con 4W, era posible hacer DX) y cientos de tarjetas QSL lo confirmaban. Por eso, ni a mi padre ni a mi nos pareció extraño que con potencias similares se pudieran hacer buenos contactos en bandas decamétricas. El amplificador lineal apenas lo usábamos, solo cuando queríamos aparecer en una "rueda" y no hacer sufrir a nadie. Ademas, tenia un funcionamiento ruidoso por el ventilador

 

EL AMPLIFICADOR LINEAL 509

 

Después de mas de 30 años en la buhardilla, solo he tenido que sacarle el polvo y el molesto ventilador de 220V y a vuelto a funcionar como el primer día.

A diferencia del viejo conversor, que tenia una potencia de salida distinta en cada banda, la moderna FT817 garantiza una potencia uniforme en todas las bandas de unos 5W. Es una emisora que tiene la medida justa para trabajar con este lineal de una forma suave y uniforme. La falta de ventilador no se nota porque hay grandes aberturas de ventilación y porque la válvula trabaja muy descansada.

El siguiente paso fue medir la ROE de entrada /salida y la potencia entregada. Resulto que a igual excitación la potencia de salida se mantenía cerca de los 80W en todas las bandas, excepto en 10 metros donde no se pudo conseguir mas de 40W. La ROE fue de 1/1 en todas las frecuencias.

 

ALGUNOS DATOS.

 

La válvula empleada es una clásica de los primeros tiempos de la TV en color, La 509 fue pensada para trabajar con tensiones de 500V o 600V, aunque para servicio de amplificación intermitente con reja a masa, se alimentan con 1000V sin problemas. Aplicar mas tensión acorta sustancialmente la vida de la válvula y produce luz azul (ionización).

La tensión de filamentos varia según la válvula sea EL (6,3V / 2A) o PL (40V / 0.3A).

El zócalo es de porcelana y se puede encontrar por Internet y las patillas que corresponden a las rejas están soldadas al chasis.

El transformador de alta tensión fue hecho a medida en una época en que podían encargarse trabajos así. Tiene una salida de 750V en alterna y 200 mA (potencia 150W). Si no se quiere tener disgustos con este lineal hay que procurar dotarle de una fuente de alta robusta, empezando por el transformador que deber ser algo sobre dimensionado, esto ademas de garantizar un funcionamiento estable en RF, evita sobrecalentamientos y averiás.

La fuente de alta AT consta de 4 diodos (capaces de una tensión inversa de 2000V), filtrada por un conjunto de condensadores electrolíticos en serie que dan una capacidad de 50 uF / 1200V. Cada condensador tiene su resistencia de descarga en serie, precaución que puede evitar algún disgusto.( la AT es mortal). En este circuito no se aplica voltaje a la válvula si no hay señal de RF a la entrada del aparato, sin embargo un interruptor permite desconectar todo el sistema a voluntad y se deben esperar 30 segundos entre la desconexión y cualquier posterior la manipulación. En vacío, es decir, sin modulación, cabe esperar una tensión continua de unos 1060V a la salida del filtro. Una resistencia de 0,12 Ohm. en el lado de masa sirve como sensor de corriente, puede estar formada por 4 resistencias de 1 Ohm./1W en paralelo

La fuente de filamentos es un transformador aparte que suministra 12W en el secundario. Es bueno tener dos transformadores separados porque se evita tener que sobre dimensionar el primario y da mayor elasticidad cuando no sabes exactamente que válvula vas a encontrar.

Lo de alimentar los filamentos en continua es una manía que, en este caso, no sirve para nada, pero  es una buena solución para alimentar los relés con C.C.. En caso de utilizar una EL los relés deberán ser de 6V y estar en paralelo y si es una PL deberán ser de 24V y estar en serie.

El choque de RF (CH1) debe tener 100 uH aproximadamente. Se construye devanando sobre un soporte de PVC o porcelana de 2 cm de diámetro unas 150 espiras de hilo esmaltado., se necesita cerca de 10 metros de hilo de 0.5 mm.  El condensador C9, de 1500V, debe conectarse lo mas cerca posible del lado frío del choque.

El condensador C4 aísla la AT del circuito de sintonía que consta de dos condensadores variables (C5-C6). Si no se tiene suerte en la búsqueda de componentes, C5 puede ser una sección de un CV de musiquero, cuanta menor capacidad residual tenga mejor trabajara en 10 metros, la capacidad máxima puede ser tan pequeña como 100 pF siempre que se puedan añadir capacidades fijas con otra sección del conmutador.

El conmutador S2 debería ser robusto, de los de antes de galletas, aunque es posible que un conmutador rotatorio moderno también funcione. Hay que probarlo. La salida del sintonizador debe ser una carga artificial de 50 Ohm. Para el correcto ajuste de los dos CV.

La bobina L6 se monta sobre un trozo de tubo de PVC de 30 mm de diámetro y consta de 39 espiras de alambre desnudo de cobre, sin esmaltar de  1.5 mm^2 de sección, espaciadas su diámetro. Serán necesarios unos 4 metros. Las tomas  se hacen con trozos del mismo alambre y se sueldan a la espira correspondiente. Lo mejor es hacer el ajuste de las tomas con la ayuda de un grip-dip, pero para empezar, pueden escogerse las del esquema y tantear espira arriba, espira abajo, buscando siempre la resonancia en la banda o la máxima salida de RF para la mínima corriente de placa.

La sintonía de cátodo es obligada si se quieren estacionarias de 1/1, aunque como la impedancia del cátodo es de unos 100 Ohm. puede ensayarse algún tipo de transformador de banda ancha, pero a mi no me ha dado buenos resultados.  Para ajustar este paso hay que aplicar tensión de RF a la entrada con la AT desconectada y los filamentos en marcha e ir ajustando cada bobina hasta leer ROE = 1/1 en cualquier medidor de antenas. Los valores  del esquema son reales, cada bobina tiene una toma indicada en nH

 

PUESTA EN MARCHA.

 

Solo hay que conectar la emisora y una antena con pocas estacionarias, se selecciona la banda tanto en la entrada como en la salida (dos conmutadores dan mas juego que uno de varios circuitos), luego se pone en marcha el interruptor de filamentos y tras un minuto de caldeo se activa el interruptor de alta tensión. Ajustar los CV a maxima salida de RF, luego conmutar el medidor a mA y ajustar C5 para el minimo de corriente de placa, un reajuste de C6 y el lineal esta listo para funcionar. Los ajustes se hacen en CW.

 

Ahora puedo trabajar fonia en QRP y, en un momento dado, dispongo de 80W para facilitarle la vida al corresponsal.

Si alguien esta interesado o tiene alguna duda pude dirigirse al FORO del Club.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fw: RECEPTOR MULTIBANDA MINIMALISTA R-EX

 

 

 

EL CESTO DE LAS IDEAS

RECEPTOR EXPERIMENTAL

R-EX

(RECEPTOR MULTIBANDA MINIMALISTA)

by:

EA3FXF

EA3GHS

 

 

Este aparato se basa en la generación de armónicos de un oscilador controlado a cristal para obtener recepción multibanda en las bandas de aficionado de 40, 20 y 15 metros. Se utiliza la forma de bobina de 7 x 7 mm, ajustable de 1,6 uH, de venta en la Tienda del Club e inductancias preformadas sobre una PCB de 55 x 60 mm, por lo que su montaje es rápido y los resultados inmediatos.

 

En el esquema puede verse que se trata de un detector oscilante formado por un oscilador Colpits controlado por un cristal de cuarzo de 7.030 kHz. En el colector del oscilador coinciden las señales procedentes de la antena, previamente filtradas, con la salida de audio, que es de muy baja impedancia y debe adaptarse y amplificarse por Q2.. CH1 y C14 impiden que la RF alcance el amplificador de audio

Se precisa un  bajo ruido de amplificación para poder recibir en 15 metros ya que es la banda en la que hay mas perdidas (ya que la energía del 3er armónico esta -20 dB por debajo de la fundamental.)

Se ha dispuesto el diodo D1 como "reforzador" de armónicos Es un motivo de discusión. Ya comentareis vuestras experiencias con y sin diodo.

El bloque de sintonía deseado se selecciona por medio de un par de pequeños conmutadores deslizantes, propios de la electrónica digital pero con muy bajas perdidas en RF.

Es necesario conectar la salida de audio del R-EX a un amplificador externo de audio, que puede hacerse con un LM386, cuidando de que la alimentación este bien desacoplada, o bien utilizar unos altavoces amplificados de CD, aunque su conexión natural es a la entrada LINE del PC  operando sobre uno de los múltiples programas de radio SDR que existen gratuitamente en la Red.

 

AJUSTE.

 

La resistencia R3 permite una  gama de tensiones de alimentación, entre 5 y 9 V, se recomienda, una vez establecida la alimentación, aumentar su valor hasta el inmediatamente inferior a la extinción de la oscilación. Ello garantiza la mínima radiación del oscilador local.

Una vez el oscilador en marcha podemos utilizar un generador ajustable de RF para, banda a banda, ajustar la señal que aparece en la pantalla del ordenador de forma que obtengamos la máxima relación señal ruido.

Si no se tiene instrumental lo mejor es lo siguiente: Conectar una resistencia de 47 Ω de la toma de antena del R-EX a masa, después soldar un cable coaxial que llevaremos a nuestro receptor habitual y que sintonizaremos a 7.030, 14.060 y 21.090 kHz buscando, en cada caso, la máxima señal (deflexión del s-meter) en el ajuste de cada una de las bandas. De esta forma quedara la sección frontal sintonizada a las frecuencias de interés. Un atenuador en serie puede ser necesario, ademas del del equipo.

Si es el primer receptor y no se tiene nada, lo mejor es ajustar la bobinas para el mejor nivel de ruido que aparezca en la pantalla del ordenador, banda a banda. Es muy fácil.

 

 

ANTENA

 

Un simple dipolo es suficiente para una eficiente escucha de las bandas de 40 y 20 metros, aunque en 15 metros se agradece un preamplificador. (el dipolo de 40 metros sirve perfectamente para 15 metros)

 

CONCLUSIÓN

 

Es un diseño minimalista que puede convertirse en un sencillo transceptor, si alguien tiene alguna idea o ha hecho experimentos al respecto que escriba a ea3fxf@lleida.org . o al Foro del Club.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fw: potencia acústica

 

 

EL AURICULAR DE  RADIO GALENA Y EL OIDO.

 

 

 

Los auriculares rescatados de viejos aparatos de "la Telefónica" son excelentes y tienen una Z aproximada de 500 Ω y poniendo dos en serie, en una carcasa reciclada, se obtienen unos "cascos" de alta Z caseros, baratos y muy cómodos.

 

 

Normalmente los "cacharreadores" no le damos mucha importancia al auricular, en el sentido de que siempre se puede aumentar el volumen de la señal. Los auriculares de hoy en día son un problema menor para el Radio aficionado y el Melómano medios ya que la mayoría funcionan de forma excelente y satisfactoria.

Cuando el montaje solo tiene 4 o 5 componentes, cada una de ellos se vuelve crítico. Un ejemplo de montaje minimalista es una radio galena, que puede resultar una maravilla si se tienen en cuenta una serie de detalles constr

uctivos que, creo, están quedando la mar de claros en los artículos divulgativos que aparecen en esta prestigiosa publicación.

 

 

En todos los esquemas de Radio Galena aparece al auricular como un elemento que debe tener una impedancia (Z) lo mayor posible, la explicación es muy sencilla.

En un Receptor a Galena el detector a diodo (metal – silicio) presenta una alta impedancia cuando es atravesado por corrientes oscilatorias de poca amplitud (detección cuadrática) Cuando aumenta la amplitud de la señal , su impedancia  disminuye. Digamos que es un dispositivo de impedancia variable que une un circuito de antena de alto Q y, por lo tanto, con una alta resistencia en paralelo (Rpa), con un circuito transductor (auricular) que debe presentar la mayor impedancia posible ya que su Rpb quedara en paralelo con la Rpa del circuito sintonizado, variando el valor ohmico total a la baja y estropeando el Q del circuito. (Ver figura 1).

Cuando mayor sea la Z del auricular menores serán las perdidas por des adaptación.

 

QUE ES UN AURICULAR Y UN POCO DE HISTORIA

 

Todos sabemos que se trata de un transductor electroacústico, es decir, que transforma señales eléctricas en señales mecánicas audibles. Si estas señales son ondas de audio, el resultado es la reproducción de la palabra y de la música. Su diagrama es de la figura 2 que, en lineas generales a variado poco en los últimos 150 años.

 

 

Una delgada membrana de acero era atraída o repelida de su punto de reposo, fijado por un imán permanente, según la corriente que circule por los electro imanes y que procede de una fuente de señal. Estos electro imanes son los responsable de la Z del auricular.

Aunque hay constancia de que estuvieron presentes en la mesas de los experimentadores y científicos desde hacia ya algunos años, su popularización  devino de la invención del Teléfono en la década de 1870. No existe una patente histórica del auricular

En los primeros años de la Radio se utilizaron intensivamente los auriculares que demostraron tener una gran sensibilidad ya que permitían recibir, a larga distancia, las débiles señales hertzianas una vez detectadas. (sin ninguna amplificación)

El auricular era  un aparato de uso común a principios del siglo XX y, características como la impedancia, eran bien conocidas. Se usaban auriculares , con una impedancia tan baja como 50 Ω, en los detectores magnéticos de Marconi y en algunos detectores primitivos de carbón – acero. En los detectores electrolíticos y, sobretodo con la galena y otros cristales, se usaban auriculares de alta impedancia. En 1910 la Marina Inglesa utilizaba auriculares de 1000 + 1000 Ω. Para sus detectores a cristal "Perikon". Los Radioaficionados de la época usaban "auriculares de apartamento", que podían tener hasta 4000 Ω. En aquel tiempo importaba mas la respuesta a bajas potencias que la calidad del sonido que era crudo y con pocos matices. (Figura 3)

 

 

Los que tengan alguna de estas joyas en casa que la disfruten. Actualmente podemos conseguir en "Ebay" magníficos y modernos auriculares de alta impedancia, por unos pocos cientos de Euros, pero si queremos ahorrar debemos dirigirnos al cajón de los trastos y rescatar los auriculares que utilizamos para nuestra primera Radio Galena, o recogidos en mercadillos y rastros.

 

COMO MEDIR LA  IMPEDANCIA DEL AURICULAR.

 

La reactancia de una bobina (electro imán) consta de dos partes, una real formada por la resistencia  propia del hilo del arrollamiento y, otra, imaginaria, que es la resistencia que presenta el bobinado al paso de determinada frecuencia., en este caso y por consenso, 1 kHz.. La impedancia seria la suma de estas dos resistencias.

Una vez reunidos unos cuantos auriculares de galenas, teléfonos viejos, o porteros automáticos. lo mas importante es identificar la impedancia que suele venir impresa o grabada en la carcasa, pero si no es así tendremos que averiguarla por nuestra cuenta. Es decir, tenemos que averiguar que resistencia (Z) presenta el auricular a la frecuencia de 1 kHz

Para ello necesitaremos, ademas del generador de audio frecuencia, que puede ser de bajo coste o casero, (o un PC) un osciloscopio o un voltímetro de alta Z.(otro PC) Montándose un circuito con una resistencia v
ariable en serie (ver figura 4)

 

 

De esta forma y ajustando el generador para una salida de 1V medido en el punto (a), debemos ir bajando el valor de R, de 5 kΩ,   hasta que en el punto (b) se lea ½ V. en este momento, desmontar R y medirla. Su valor es aproximadamente el valor de la Z de la bobina a 1 kHz..

El transformador es uno corriente de alimentación de 12 V a 220 V. La señal de baja impedancia se introduce por el lado de baja tensión y en la salida  tendremos la misma señal pero con una alta Z, capaz de trabajar con el más variado número de auriculares.

 

MIDIENDO LA SENSIBILIDAD DEL AURICULAR

 

Conocida o estimada,  la Z del auricular, nos permitirá saber  la sensibilidad del mismo si montamos el siguiente circuito (ver figura 5).

 

R1 y R2 forman un divisor 1 / 10.000. Como R2 es de bajo valor, el voltaje a su través a penas cambia al conectar la Z del auricular en paralelo.

Si utilizamos un osciloscopio o un voltímetro de alta Z, mediremos los voltajes pico a pico, de modo que hay que dividir por 2,82 para obtener el valor RMS o eficaz.  Los pasos a a seguir son los siguientes:

 

1)      Poner en marcha el generador y escuchar fuerte en los auriculares la señal. Sintonizar el generador a 1 kHz. Ajustar el volumen del generador hasta oír un sonido apenas perceptible, en el umbral de la audición

2)      Medir el voltaje RMS del generador. V1

3)      Calcular el voltaje sobre el auricular. V2 = V1 / 10.000.

4)      Calcular la potencia en W que disipa el auricular.. P = V2^2 / Z

 

Nos sorprenderá ver que la potencia necesaria para excitar algunos auriculares se situara en el rango de los pico W (pW), es decir 1*10^-12 W., esto es una sensibilidad de 23 uVrms sobre 500 Ω., es decir unos – 90 dBm o 27 dB/uV, lo que esta muy bien, porque demuestra la extremada sensibilidad del humilde y modesto auricular. Pero mas sensible es el oído, pensar que solo del 1 al 10 % de esta energía va a transformarse en energía mecánica útil., El resto se disipara en forma de  calor por el efecto Joule.

 

EL OIDO HUMANO.

 

Nuestro oído es un transductor electromecánico capaz de detectar ondas sonoras y convertirlas en señales eléctricas. Su sensibilidad es extrema, se ha demostrado que el umbral de la audición humana esta en una variación de presión de 0,0002 uBares esto es lo mismo que 20 uPascales lo que seria una potencia de 10^-12 W/m^2, es decir 1 pico W por metro cuadrado, que se considera el patrón de cero (0) dB audiometricos y, para que nos entendamos, corresponde al silencio absoluto. El ruido de una respiración tranquila serian 10 dB audiometricos y el murmullo de una biblioteca serian 25 dB, etc. (ver figura 6).

La sensibilidad del oído varia con los años, pero si no hay enfermedades importantes,  el rango de

1 a 5 kHz se mantiene mucho tiempo, (aunque se va perdiendo). Desde el punto de vista médico, se considera una audición normal la que situá su umbral en 0  dB audiometricos.

 

JUSTIFICACION.

 

Al buscar el umbral auditivo del auricular estamos también testando nuestro oído que, dependiendo de las espiras que que llevemos dadas en la vida, puede ser mas o menos sensible, por lo que los resultados de estos experimentos no pueden ser considerados absolutos, si bien valen para cada caso particular. Excepto, claro, que tengamos una audiometria reciente.

Por otra parte, si bien un telegrafista bien entrenado puede decodificar señales en el umbral de audición, lo normal  es que para   escuchar       palabra y música. en un Radio Galena  se precisen por lo menos 3 pVrms. (-85 dBm) Ademas el ruido de la banda puede llegar a superar la señal..

 

CONSTRUCCION DE UNOS AURICULARES CASEROS DE 1000 Ω.

 

Compre, por 5 E en un mercadillo, dos microtelefonos surplus de la Telefónica, cuyos auriculares eran iguales, pero sin identificación alguna. (Ver figura 7). Una vez medidos resultaron tener una Z idéntica de 500 Ω.

La sensibilidad resulto ser de 0.5 pW, muy parecida en ambos casos, así que  busque unos auriculares viejos muy cómodos y aislados, los desguace y embutí los auriculares de teléfono en el lugar de los altavoces baratos de 8 Ω originales,  conectándolos en serie con una sensibilidad conjunta de 0,1 pWrms para 0 dB audiometricos.

El resultado puede verse en la figura 8 y da gusto decir que funcionan estupendamente, tanto en Radio Galenas, como en receptores a reacción. Curiosamente también funcionan con  reproductores MP3.

 

Quedo QRV, para cualquier consulta o corrección escribir a ea3fxf@lleida.org

 

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