FM Estereo

Transmisor de FM estéreo
– PLL

• Introducción.
• Un poco de historia.
  
• Funcionamiento del circuito.
  
• Montando el transmisor
  
• Ajustes y Ensayos del Transmisor
  
• Instalación final
  
• Usando el transmisor
  
• Mejorando la Potencia del transmisor
  
• Algunas sugerencias.
  
• Lista de materiales.
  

Proyecto publicado en la revista ELECTRONICS NOW,
junio de 1997

Autores : William Sheets
– Rudolf Graf

Versión en Portugués http://www.flpcosta.hpg.com.br/pll_fm.htm:
Rodrigo R. Ribero

Traducción y adaptación al Español (del documento en Portugués):
Ing. Julio Cocco

Nota: El proyecto aquí expuesto es un circuito de alta calidad y performance.
En él, son utilizados circuitos integrados modernos, de precisión, que requieren
cuidados especiales; aparte de esto, están las etapas de radiofrecuencia 
que generalmente  representan algunas dificultades para aquellos
que no tienen experiencia en este tipo de montajes. Si Ud. es principiante
en electrónica o hasta ahora no tiene experiencia en el desarrollo de placas
de circuitos impresos, montaje y calibración de circuito complejos, no monte
este transmisor, pues los riesgos de errores y mal funcionamiento son grandes;
aparte de esto, algunos componentes como el PLL tienen un costo elevado y
Ud. podrá tener gastos innecesarios. Es preciso evaluar muy bien, sobre montar
o no este circuito. El circuito realmente funciona muy bien y es de óptima
calidad, pero como todo, requiere alguna experiencia, habilidad y conocimiento
por parte de quien lo va a montar.

Introducción

Actualmente los Transmisores de
FM de baja potencia, se han tornado en un hobby. Ellos son generalmente osciladores
libres de RF, que son modulados en frecuencia por una señal de audio para
ser usados en múltiples aplicaciones, desde micrófonos inalámbricos hasta
pequeñas estaciones transmisoras, permitiendo que Ud. reciba su señal desde
cualquier lugar de su casa o jardín, a través de un receptor de radio portátil.
Una transmisión en estéreo también es posible, pues hay un gran número de
chips desarrollados para esta función; con todo, a pesar de los recientes
avances en la tecnología de radio, existirán algunos problemas que no eran
importantes antiguamente.

Los Receptores con sintonía digital
son comunes actualmente. Esos receptores están siempre en la frecuencia correcta,
tornando muy simple, la búsqueda de una estación. Las radios tradicionales
de sintonía analógica irán siendo reemplazadas  por modelos digitales con Display de
LED de cristal líquido. El CAF (Control automático de frecuencia) o el ajuste
fino de la sintonía, ahora no son mas necesarios, dado que estas unidades
no pueden ser sintonizadas fuera de frecuencia. Por esta situación cualquier
transmisión debe estar en una frecuencia exacta, de lo contrario no podría
ser recibida o presentaría algún tipo de distorsión. Este no es un problema
de las emisoras comerciales. La frecuencia de transmisión en esas, es controlada
por un cristal, siendo la tolerancia para los desvíos extremadamente baja.
Las derivas de frecuencia, en los usuarios de transmisores de baja potencia
representan un grave problema porque ellas son muy frecuentes en este tipo
de emisoras.

Es difícil conseguir osciladores
LC con una estabilidad mejor que 0,1% frente a las variaciones de temperatura
o tensión de la fuente de alimentación. En 100 MHz, zona media de la banda
de FM comercial, esta tolerancia representa unos 100 KHz. Un receptor analógico
no presentaría grandes problemas ante las variaciones de frecuencia porque
el CAF corrige automáticamente la sintonía, según la necesidad. Un receptor
con sintonía digital, cuya frecuencia es sintetizada por medio de un PLL (Phase
Locked Loop) no puede realizar esto sin el uso de circuitos especiales.
Los receptores comerciales no requieren de eso, a causa de la estabilidad
de frecuencia de los osciladores utilizados para las emisoras comerciales,
construidos dentro de cámaras térmicas. Además, la banda de FM, en zonas o
áreas populosas está aglomerada de emisoras, luego, encontrar un canal o frecuencia
libre, hoy en día, es bastante difícil, sin tener las interferencias de un
canal adyacente.

Una solución para estos problemas
es realizar transmisores con frecuencia controlada por cristales. Pero eso
no es simple, porque para una modulación en frecuencia, es necesario conseguir
un barrido de frecuencia de 75 KHz; valor normalizado para los canales de
FM comerciales; desviación difícil de obtener en osciladores a cristal. Así
mismo, una desviación de 7,5 KHz (1% del valor normal de barrido), en la frecuencia
de trabajo del oscilador a cristal, da origen a una distorsión de audio importante,
cercana al 1%.

Las estaciones comerciales utilizan
o utilizaban etapas multiplicadoras y/o mezcladores. La señal es generada
por un oscilador de baja frecuencia, luego, multiplicando y/o pasando por
etapas de mezcla, se logra el factor necesario de multiplicación. En este
caso es posible lograr un barrido de frecuencia de 75 KHz; partiendo de un
oscilador de baja frecuencia con una tolerancia baja. Este método tradicional
requiere de muchos componentes, además de ser complejo, caro y nada práctico
para un hobby, donde se pretende  realizar
algunas experiencias con un transmisor de FM, simple, pequeño y de baja potencia.

Felizmente, la solución es factible
gracias al uso de algunos circuitos integrados modernos. En este trabajo se
describe un simple transmisor de FM estéreo de baja potencia, donde la frecuencia
es sintetizada por un circuito PLL en conjunto con algunos amplificadores
operacionales, que permiten obtener una señal limpia, estable y de calidad
para un canal de FM comercial. Este equipo es un circuito completo, para transmitir
audio estéreo en un canal comercial y puede ser operado desde 76 a 108 MHz.
El espaciamiento entre canales es de 100 KHz lo que garantiza su uso dentro
de las reglas de cualquier país. Ambas frecuencias, la portadora de FM y la
señal múltiplex, son controladas por cristales, evitando los corrimientos
de frecuencia que ocurren en los osciladores LC comunes, permitiendo así el
uso de receptores de sintonía digital. El ajuste de frecuencia se realiza
a través de una llave selectora de 10 posiciones, con un código binario correspondiente
a la frecuencia de transmisión deseada. Esa frecuencia puede ser cualquier
canal de FM que esté libre en su área. Una vez seleccionada ésta permanecerá
controlada través del circuito PLL que tiene su referencia controlada por
un oscilador a cristal. La entrada de audio puede venir de cualquier fuente
entre 0,5 y 1 voltio eficaz. Todos los circuitos integrados están disponibles
en el mercado. El ajuste del circuito es simple, siendo necesario un multímetro,
un generador de audio y un osciloscopio. La fuente de alimentación necesaria
para alimentar en transmisor, puede ser de unos 12 a 15 voltios, con un consumo
de corriente de unos 150 mA. La salida de RF es de unos 10 mW sobre una impedancia
de 50 ohms. Con estas especificaciones se encuentra dentro de los transmisores
que no requieren licencia, usando una antena de unos 60 cm y un resistor limitador
de 56 ohms. La potencia puede ser incrementada a 150 mW con una pequeña modificación
al circuito. Este equipo puede utilizarse como sistema interno de radio- difusión
en escuelas , empresas, etc.

Un poco de historia

Un proyecto de transmisor fue publicado
en la edición de marzo de 1988 de la revista RadioElectronics. Ese
proyecto usaba varios Circuitos Integrados para generar la portadora. Poco
después de ese proyecto aparecen el escenario los Circuitos Integrados BA1404/BA1405
simplificando mucho el trabajo de montar un transmisor de FM estéreo. El BA1405
era similar al BA1404, mas no tenía una sección de RF incorporada. Originalmente
concebidos para transmitir la señal de un CD Player hacia un radio
estéreo para automóvil,  estos circuitos integrados fueron muy útiles en el desarrollo de
transmisores de FM estéreo simples. El BA1404 tenía muy poca estabilidad,
también las desventajas de necesitar una alimentación de 3 voltios y un cristal
de 38 KHz.

El transmisor aquí presentado es
un versión simplificada del circuito anterior, adicionando algunas mejoras,
como también simplificando el ajuste al haber quitado algunos de ellos. Dos
circuitos integrados son los responsables de la generación de la señal Múltiplex
(MPX) y un circuito controlado por un cristal sustituye una gran cantidad
de bobinas utilizadas originalmente. El cristal de 38 KHz usado por el BA1404
para generar la señal piloto y la subportadora de 38 KHz fue sustituido por
un cristal de 4.864 MHz junto a dos Circuitos Integrados (CI)  comunes del tipo CMOS. El costo total es bajo
y al contrario de los BA1404/BA1405, todo los componentes para la generación
de la señal MPX están disponibles en el mercado.

Funcionamiento del circuito
 

El proyecto usa 8 (ocho) circuitos
integrados y 5 (cinco) transistores para obtener un completo transmisor de
FM estéreo sintetizado por PLL. El transmisor puede ser dividido en diversas
secciones. Esas secciones son:

·       

El generador MPX

·       

El generador de reloj (clock)

·       

PLL (Phase Locked Loop)

·       

Amplificador de RF

El circuito esquemático de la figura
resultará un asunto fácil de entender.

La sección de audio está formada
por el LM1458, doble amplificador operacional y el modulador balanceado LM1496.
Las entradas de audio están denominadas con J1 y J2 para las señales izquierda
y derecha respectivamente. Estas dos señales, son entregadas a sendos filtros
del tipo RC (pasa altos), que cumplen la función de pre-énfasis; estos filtros
están formados por R1/R3/C1 y R2/R4/C2. Estos filtros tiene una frecuencia
de corte superior a los 2 KHz para una mejor relación señal-ruido. Esta misma
técnica es utilizada en transmisores profesionales o de emisoras para radiodifusión
de FM estéreo. Los capacitores de acoplamiento C3 Y C4, entregan la señal
a un circuito matriz (Sumador Algebraico) constituido por ½ LM1458 – IC1 A,
junto a los componentes asociados R5, R6, R7, R8, R9, R10 y C5. Las entradas
Izquierda y Derecha son combinadas para formar la señal suma (I+D) a través
de R7 y R8. Esta señal así obtenida es entregada al otro ½ LM1458 – IC1 B,
donde se combina con otras dos señales. Una de esas señales es la subportadora
de 38 KHz que contiene la señal diferencia (I-D) que modula en amplitud y
portadora suprimida. Debemos notar que si las señales izquierda y derecha
son iguales, esta información es nula, por ser la diferencia cero.

Para ver
el grafico seleccione la opción ¨Bajar trabajo¨ del menú
superior

El amplificador operacional IC1
A, está configurado como amplificador diferencial o lo que es lo mismo como
sumador algebraico (restador), con una ganancia  próxima a 2 (dos). La configuración constituida por R11, R20, C6
y C26 proveen una alimentación fija de la mitad de la tensión de alimentación
para ambas entradas de IC1 A e IC1 B; eso evita el uso de una fuente simétrica
o partida. La relación entre R6 y R9 ajustan la ganancia. Los resistores R5,
R6, R9 y R10, fueron escogidos de manera que la ganancia sea igual para ambas
entradas de audio.

Las dos señales de audio ahora
pueden ser combinadas, pero no habría forma de separarlas; la manera de resolver
este problema es primero modular una subportadora que esté por encima del
límite superior de la respuesta de audio. La respuesta de audio se extiende
desde los 20 Hz hasta los 15 KHz. Con la portadora de 38 KHz y la información
diferencia (I-D), se produce una señal de doble banda lateral, portadora suprimida.
Las bandas laterales de esta subportadora se extenderán desde 23 hasta 53
KHz. La subportadora es modulada en el circuito integrado LM1496 (Modulador
Balanceado); la señal de audio se ingresa al pin 4 del CI, la portadora se
ingresa al pin 8 del mismo, siendo la salida el pin 12. Este circuito integrado
es lo que denominamos multiplicador de cuatro cuadrantes (también Modulador
balanceado), sus componentes asociados son: R12 hasta R19, R21 y R22. El preset
R15 es usado para asegurar el equilibrio exacto entre las corrientes internas
del LM1496. Cuando está ajustado apropiadamente la portadora entregada al
pin 8 puede ser removida completamente de la salida, pin 12, dejando solamente
los productos de modulación, es decir las bandas laterales.

A la salida del pin 12 sigue el
amplificador operacional IC1 B (½ LM1458 ), que actúa como sumador, de manera
de obtener la señal compuesta MPX. A través de C8, R23 y R24, se tiene un
control de nivel. El modulador balanceado tiene una ganancia 2 (dos) y el
circuito restador también 2 (dos), lo que en conjunto provoca una ganancia
global de 4 (cuatro) para la señal diferencia (I-D). Para mantener la ganancia
de las señales (I-D) e (I+D) iguales, la resistencia combinada formada entre
R23 y R24, debe ser cuatro veces el valor de R7 o R8. Debido a la tolerancia
de los resistores y las diferencias que pueden ocurrir en los circuitos integrados
es que aparece R24 ajustable, a fin de obtener el equilibrio correcto.

Para
ver el grafico seleccione la opción ¨Bajar trabajo¨ del menú
superior

La señal piloto de 19 KHz  y la subportadora de 38 KHz, son obtenidas
por medio de un oscilador construído en base al circuito integrado IC3 (74C00),
el cristal Xtal 1, R31, C14 y C15. La señal de salida se obtiene en el pin
6 del IC3, que continúa hacia el pin 10 del IC4, CD4040, que va dividir la
frecuencia para entregar al pin 8 del modulador balanceado, la frecuencia
subportadora de 38 KHz, a través de R32 y C7. La señal piloto de 19 KHz es
entregada al IC1 B por medio de R29 y C12.

Ahora que las señales de audio,
piloto y subportadora fueron debidamente procesadas y combinadas, son acopladas
a la siguiente etapa, a través de C11, R35,R36 y 37.

El circuito integrado IC6 y los
componentes asociados, son los responsables de la correcta modulación del
audio y la correcta frecuencia del VCO, junto con el PLL.

El VCO está constituido por Q1
y sus componentes asociados R45, L1, D3 y C4. Él es el responsable de la generación
de la portadora (RF). Esta portadora es derivada desde L1, hacia los transistores
Q2 y Q3, por medio del capacitor de acoplamiento C37. Los transistores mencionados
junto a su circuito asociado forman respectivamente un Buffer/Schmitt-Trigger.
Al final de estos circuitos se obtiene una onda cuadrada, con el nivel de
tensión adecuado para que funcione el IC8. El IC8 (74F160) divide la frecuencia
por 10 (diez) para entrarla al PLL, IC7 (MC145151-2). Esa división es necesaria
dado que el PLL no trabaja con frecuencias superiores a los 20 MHz. El PLL
compara la frecuencia con la de referencia; obteniendo una tensión de corrección,
se acopla al IC6 (CA3420) y posteriormente al VCO.

Para entender el funcionamiento
del PLL, vamos a tomar como ejemplo la frecuencia de 89,7 MHz. Primeramente,
la señal al pasar por el IC8 es dividida por 10 (diez); tenemos ahora en la
salida del IC8 pin 11, una frecuencia de 8,97 MHz, que será llevada a la entrada
del PLL, pin 1 del circuito integrado IC7. Estando programada la llave S1
en el número binario equivalente a 897, el divisor programable del IC7 dividirá
la frecuencia por 897 obteniendo 10 KHz. Esto en cuanto a que el detector
de fase del PLL usa una frecuencia de referencia de 10 KHz, que es generada
por un oscilador y divisor interno, que usa los componentes externos R40,
C17, Xtal 2 y C16. Esos componentes establecen la frecuencia del oscilador.
Esa debe ser exactamente de 10,240 MHz; esto se consigue mediante el ajuste
de C16. Un divisor interno, divide la frecuencia por 1024, para lograr la
referencia de 10 KHz. La frecuencia de referencia debe ser de precisión, en
consecuencia, se requiere de un cristal de 10,240 MHz en el oscilador a cristal.

Un detector de fase genera un tren
de pulsos, cuya área será proporcional a la diferencia de fase entre ambas
ondas, la frecuencia de referencia  y
la señal derivada, luego dividida, del VCO. Esto nos dirá a que frecuencia
debe ser desviado el VCO. El detector de fase produce una secuencia de pulsos
(onda cuadrada), que alimenta un filtro pasa bajos (circuito integrador),
formado por  R41 y C20, donde se obtiene
una tensión continua, proporcional a la diferencia de fase. El amplificador
de tensión CMOS de alta impedancia, formado por IC6, R42, 
R43, R38, R37 y C19, producen una salida positiva creciente, cuando
el área de los pulsos, es mayor en estado alto que en bajos,  que, luego aplicada a D3, por medio de R39,
R44 y C22, fuerza el aumento de frecuencia del oscilador. En el caso contrario,
donde el área en alto sea menor que el área en bajo, tendremos una tensión
positiva decreciente (en disminución) que aplicada a D3 obtendremos una baja
de frecuencia del VCO. De este modo la frecuencia del oscilador es controlada
por la señal de referencia. Ella será exactamente (en KHz) 100 veces el valor
programado en el divisor del PLL. Por ejemplo: el divisor está programado
en 897, la frecuencia será: 897 x 100 = 89700 KHz (89.7 MHz).

La modulación se realiza inyectando
la señal MPX –proveniente del amplificador-sumador, conformador de dicha señal–
a través de R35 y R37, en IC6; la señal Múltiplex se combina en este amplificador,
con el nivel de continua antes mencionado, procedente del PLL e integrador.
La composición de tensiones controla el diodo D3 (varicap). Las variaciones
de tensión (continua + audio), provocan las variaciones de frecuencia del
VCO. Si los cambios de frecuencia son rápidos (mayores a 20 ciclos) el PLL
no podrá corregir o compensar estos cambios, de ese modo ninguna variación
de corriente continua será inyectada; así las variaciones de frecuencia, en
base a la modulación, estarán dentro de los patrones. La modulación resultante
es limpia y de baja distorsión.

 Una salida de 10 mW es conseguida amplificando una porción de la
señal del VCO. La señal del VCO es acoplada al amplificador de salida formado
por Q4 y Q5, y sus componentes asociados R49, R54, R55 y C36. En esta etapa,
la señal es amplificada al nivel final, después sigue el circuito de acoplamiento
y filtro de armónicas constituido por L4, C33, C34, L5 y C35. La impedancia
de salida es de 50 ohms y es recomendable conectar un resistor (R56), junto
a una antena telescópica, de unos 60 cm de largo, para que la señal se restrinja
al área necesaria.

Alimentación: La tensión
de alimentación para IC6, IC7 e IC8 y el amplificador de salida es regulada
por IC5. La alimentación de la etapa de salida se encuentra desacoplada por
C28 y L3. L2, C18 y C21, filtran y desacoplan la alimentación de los integrados.
Una protección adicional contra transitorios es obtenida por medio de C29
y C30. Las secciones de audio y reloj, IC1 hasta IC4, operan directamente
con 12 voltios. En cuanto al VCO e IC6 son alimentados con 9 voltios regulados
por el zener D2 y filtrados por los capacitores C9 y C25. La alimentación
general de 12 voltios es desacoplada por D1, C31 y C32. La alimentación de
entrada puede variar entre 11 y 15 voltios. Si fueran excedidos los 15 voltios
podrían ser dañados algunos componentes del circuito; tensiones inferiores
a 11 voltios provocarán un mal funcionamiento del PLL. Ruidos excesivos en
la alimentación, inducirán ronquidos o interferencias en la señal transmitida.

Montando el transmisor

El transmisor debe ser montado
en una placa de fibra de vidrio, debido a las señales de RF. El lay-out
de la plaqueta está disponible para aquéllos que pretendan montar el transmisor.
Con excepción de C21, todos los componentes son montados en la parte superior
de la plaqueta. Ese capacitor, como todas las bobinas serán montadas por último.

Si Ud. lo desea puede usar el lay-out
 sugerido, éste se encuentra en
la figura 2. Siempre que sea posible, no soldar los terminales hasta que el
mayor número de componentes haya sido insertado. Los componentes deben ser
instalados lo mas próximo posible a la placa de circuito impreso, para evitar
capacidades parásitas o captación de ruidos.

Nota:
en el proyecto original C21 es del tipo SMD, con todo, debido a las dificultades
en obtener este componente, él puede ser substituido por uno convencional
del tipo cerámico, sin problemas.

Comience insertando los resistores.
Como norma de montaje, chequear dos veces los valores de los componentes antes
de soldarlos. Una cuenta de ferrite será colocada en uno de los terminales
(lado del transistor Q3). R34 será montada en forma de pie (vertical), será
insertado un solo terminal en el único orificio de la placa a tal fin; después
de soldar R34 , moldear en forma de “J” el terminal suelto, él será el punto
de prueba TP1 (Test Point). Soldar todos los componentes primero al
lado base, después soldar los otros puntos, que serán unidos a masa (Tierra,
Común o GND) en el lado superior (lado componentes). Es recomendable utilizar
un soldador de buena clase, de ser posible, con punta de soldar de cerámica,
a los efectos de efectuar soldaduras libres de problemas y de buena calidad.
Utilizar alambre de soldadura, diámetro 1 mm, al 60% de Estaño y 40% de Plomo
con 5 almas de Resina; esta recomendación es al efecto de optimizar las soldaduras.

Para
ver el grafico seleccione la opción ¨Bajar trabajo¨ del menú
superior

Figura
2. Lay-out de la plaqueta de circuito impreso. Como sugerencia, la plaqueta
de circuito impreso debe ser del tipo doble faz, donde uno de los lados será
conectado a tierra. Pueden ser elaborados diseños en placas de simple faz,
en el caso de tener dificultades para obtener  una de doble faz. En este caso, se deben extremar
los cuidados del diseño, debido a que pueden aparecer capacidades parásitas
indeseables entre pistas del circuito; este problema puede derivar en auto
oscilaciones difíciles de solucionar. Es muy importante que la plaqueta sea
de fibra de vidrio.

Los diodos serán los próximos en
ser instalados y a continuación los capacitores. La orientación de los diodos 
y de los capacitores debe ser observada con bastante cautela. Cualquier
componente polarizado que fuera instalado del lado opuesto, causará mal funcionamiento
del circuito y probablemente ocasionará la quema de otros componentes. Quedarán
por montar los transistores, moldear apropiadamente los terminales, para que
ellos encajen correctamente en la plaqueta. La posición de los componentes
debe obedecer a la disposición que se muestra en la 
figura 3. Tenga cuidado, con Q2 y Q3, verifique correctamente la disposición
de sus terminales, a fin de permitir una correcta ubicación y orientación.

Instale el trimer C16 y
los pre-set  R15, R24 y R35.
Antes de instalar los cristales, ajuste la separación entre terminales con
sumo cuidado, las perturbaciones mecánicas pueden causar daños en estos componentes.
Los circuitos integrados serán montados en zócalos apropiados  soldados a la plaqueta. La orientación de los
circuitos integrados debe ser observada cuidadosamente.

Chequear con atención, todo el
trabajo efectuado, a fin de verificar si los componentes fueron soldados correctamente,
como también su orientación. Ahora, corte los terminales.

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La figura 4, ilustra como construir
las bobinas. L1 debe ser hecha de 6  vueltas
y media de alambre esmaltado Nº 22, usando como forma un tornillo 8 mm de
diámetro. Remueva el esmalte del alambre en los terminales para ser correctamente
soldados. Lijar el esmalte del hilo, un poco, a una espira y tres cuarto (1
¾), en donde se efectuará la derivación de la bobina. Usando el tornillo como
forma, instale L1 en la plaqueta y suelde las conexiones. Tenga cuidado, para
que la soldadura de la derivación no se desprenda cuando suelde la división
de la bobina en la plaqueta. L1 es instalada de pie; después de montar la
bobina retire el tornillo que ha servido de forma y coloque una barra ajustable
de ferrite en su lugar.

El mismo procedimiento es usado
para realizar L4 y L5, excepto que ellas no poseen derivación. L4 formada
por 5 vueltas y L5 formada por 4 vueltas. Después de montadas las bobinas,
retire los tornillos. Estas bobinas L4 y L5 serán ubicadas horizontales y
además no llevan núcleo.

La figura 5, muestra como deben
ser hechos los choques de RF, L2 y L3. Los choques de RF, son simplemente
terminales de componentes que pasan por dentro de una cuenta de ferrite. Esas
cuentas de ferrite deben ser para RF en particular para ser usadas en VHF
o UHF. Suelde los choques en la plaqueta. Terminales en forma de “J” pueden
ser usados en los puntos de prueba TP4 y TP5. Finalmente  instale C21 en el lado cobre, bajo la plaqueta.

Para
ver el grafico seleccione la opción ¨Bajar trabajo¨ del menú
superior

Nota:
Fueron utilizados choques de RF obtenidos de placas de computadoras o video
juegos, obteniendo perfecto resultado.

Ajustes y Ensayos del Transmisor

Los ajustes y pruebas del transmisor para la puesta en marcha son simples
y objetivos. Los elementos necesarios para la prueba y puesta en marcha del
transmisor son:

·     

Un MULTÍMETRO (voltímetro, amperímetro y óhmetro), digital
o analógico, será necesario como instrumento de prueba.

·     

La fuente de alimentación debe ser del tipo regulada
estabilizada, con una tensión de 13,2 voltios. También pueden ser utilizadas
9 (nueve) pilas alcalinas, en el caso de no disponer de una fuente de alimentación
como la especificada.

·     

Un receptor de FM estéreo, con un vúmetro para analizar
el nivel de audio.

·     

Un reproductor de CD o reproductor de casetes.

·     

Cables necesarios para unir los elementos con el trasmisor
a calibrar.

Antes de unir la alimentación con el transmisor, inspeccione la plaqueta
con el fin de encontrar posibles errores de montaje, como circuitos integrados
invertidos, lo mismo que diodos o capacitores electrolíticos, inspeccione
también las soldaduras, pueden estar frías o mal hechas, puntos faltando soldar
o cualquier tipo de error que pueda ocasionar el mal funcionamiento del circuito.
Si todo es correcto, conectar el multímetro en el modo amperímetro de continua
entre la fuente de alimentación y el circuito transmisor, con el negativo
de la fuente de alimentación puesto a tierra o masa. El instrumento debe estar
ajustado en un escala entre 0,5 y 2 (A) [Amper] de corriente continua. Estando
la fuente unida, el consumo de corriente deberá encontrarse próximo a los
120 (mA) [miliamper]. Si la lectura del instrumento es menor que los 100 (mA)
o mayor que los 140 (mA), desconecte la alimentación y efectúe un nuevo chequeo
del montaje, puede que algo esté equivocado. Nada deberá estar calentando,
IC5 tenderá a calentar algo después de unos minutos. Si todo estuviera correcto,
puede quitar el amperímetro y conectar directamente el positivo de la fuente
de alimentación al diodo D1.

Con el multímetro (tester) en una escala superior a los 15 voltios
DC [(Direct Current) = Corriente Directa o Continua]; el valor nominal
habitualmente es de 20 voltios (en los multímetros digitales); confirme las
tensiones en los puntos mas abajo indicados. Las tensiones listadas están
basadas en una alimentación de 13.2 Voltios. Si está usando una fuente con
tensión de salida diferente, las lecturas pueden variar algo.

Variaciones de hasta un 10% en la lectura de esos valores son aceptables.
Es importante tener en cuenta la precisión del multímetro utilizado. Si encuentra
una distorsión mayor en los valores de tensión medidos, revea su trabajo.

Ajuste S1 para una frecuencia de 88,1 MHz o el canal mas próximo, si esta
frecuencia está ocupada en su área. Si Ud. prefiere usar canales pares, instale
un “jumper” en el Pin 7 del IC7; luego Ajuste el transmisor para una
frecuencia de 88,0 MHz. Estos valores (pares) no están dentro de la reglamentación
adoptada en la República Argentina. Conectar el  multímetro en una escala de voltios de continua,
entre los Pines 1 y 4 del IC2 (no importa la polaridad) luego ajustar R15
hasta obtener una lectura de 0 (cero) voltios, usar la escala menor disponible.

Sintonizar el receptor en la frecuencia del transmisor, él debe estar a
una distancia de unos 3 (tres) metros. Monitorear los ajustes según se van
realizando. Ajuste C16 a un 25% de su recorrido, R24 y R35  a 1/3 de su recorrido, NO en el centro. Ajuste
el núcleo de L1 para que esté completamente insertado. Conecte el multímetro
en el TP5 (pin 6 de IC6). Escuche Ud. el receptor y comience a ajustar el
núcleo de L1 con un calibrador no metálico. La lectura del instrumento debe
estar entre los 8 y 9 voltios. Conforme se mueva el núcleo de L1 encontrara
un punto donde la tensión comienza a disminuir, en ese momento el receptor
de FM debe denotar la presencia de la portadora. Conforme Ud. actúe sobre
el núcleo de L1 se escuchará mejor la presencia de la portadora. Ajustar el
núcleo de L1 hasta que la tensión en el TP5 se encuentre entre 3 o 4 voltios.
La indicación de estereofonía debe aparecer en el receptor, caso contrario,
ajuste R35 hasta que aparezca. La señal del receptor debe ser limpia. Desconectar
la alimentación, en ese momento se apagará la indicación de estereofonía y
escucharemos el ruido característico del receptor fuera de sintonía de alguna
emisora. Si todo estuviera correcto hasta ahora el próximo paso sería ensayar
el transmisor con un tono de audio.

Conectar una antena telescópica de unos 60 (cm) en la salida de RF del
transmisor y aplique una señal de audio (aproximadamente 1,2 KHz) en las entradas
J1 (Izquierda) y J2 (Derecha). Reconectar la alimentación del transmisor y
escuchar el receptor. Deberá escuchar el tono de audio. Ajuste el pre-set  R35 de manera que la señal recibida tenga mas
o menos el mismo nivel que otras emisoras de su área. Este ensayo debe realizarlo
conectando el TP1 con las entradas de audio individualmente, utilizando solo
un alambre. El tono de audio debe ser oído en los canales izquierdo y derecho
respectivamente. Ajuste R24 para una mejor separación de ser necesario. El
ajuste básico está completo.

Si Ud. tiene acceso a instrumentos como:

·       

Un frecuencímetro

·       

Un osciloscopio

·       

Un generador de señales de audio.

Podrá proceder como se detalla a continuación.

Conecte el frecuencímetro en la salida de RF y ajuste C16 hasta obtener
exactamente 88,1 MHz.

Conectar el frecuencímetro y el osciloscopio en el TP1 para verificar que
la onda cuadrada de salida es de 1187,5 KHz; eso indica que las señales piloto
y subportadora se encuentran exactamente en 19 y 38 KHz respectivamente.  Estos valores los puede comprobar también en
los pines 13 y 4 respectivamente del IC4.

Con el osciloscopio conectado en el TP4, ajuste R15 para que se obtenga
el menor nivel posible de salida de subportadora; anule temporalmente la señal
piloto de 19 KHz conectando a masa (tierra) la unión de R28, R29 y C12, para
favorecer la calibración .

Usando un generador de señales de audio, ajustado en una frecuencia de
1000 Hz con 1,5 voltios de salida, chequear en el TP4 la forma de onda. Esta
coincidirá con las que se muestran a continuación, figura 6, según se encuentre
la señal de audio aplicada a la entrada izquierda, derecha o ambas simultáneamente.

Para
ver el grafico seleccione la opción ¨Bajar trabajo¨ del menú
superior

Ajuste R24 para la mejor observación de las figuras. Algunas diferencias
son aceptables, teniendo en cuenta las diferencias en el diseño de la plaqueta
y también la tolerancia de los componentes. Divida las diferencias entre canal
izquierdo y derecho, así la relación de error será igual en ambos.

Ajustar L1 hasta obtener 3 voltios en el TP5 a la frecuencia de operación
de 88,1 MHz. Ajustar S1 a 94,5 MHz y verifique que la tensión en el TP5 se
encuentre por encima de los 7 Voltios. Esta es una comprobación dinámica del
Sintetizador. No hay problemas si el núcleo de ajuste estuviera fuera de L1.
Pintar la posición del núcleo a fin de fijar la calibración. Programe la frecuencia
de transmisión deseada, el transmisor está completamente listo para ser usado.

Instalación final

El transmisor podrá ser instalado dentro de cualquier caja donde quepa
la plaqueta, éstas pueden ser metálicas o plásticas; ya que el circuito no
presenta calentamiento, la ventilación no es crítica, de cualquier manera,
sería conveniente algún gabinete que permita algo de ventilación. Si fuera
utilizada una caja de plástico es necesario revestir el fondo con un papel
metálico o una chapa delgada, que actuaría como plano de tierra para la antena.
Use conectores del tipo RCA hembra, para las entradas de audio y un conector
del tipo BNC hembra, para la salida de RF. Suelde los terminales de tierra,
tanto de las fichas RCA, como BNC a la placa metálica de la base. En el caso
de ser el gabinete metálico, esto no es necesario, ya que el montaje se efectuaría
sobre el metal, pero si es importante asegurar una conexión firme, para evitar
malos contactos. La conexión de RF debe ser los más corta posible. Los cables
de conexión de audio deben ser del tipo blindados o mayados de buena calidad,
para evitar la captación de ruidos. Soportes-separadores de plástico, junto
a tornillos metálicos o de plástico, pueden ser utilizados para fijar la plaqueta
en la caja.

Para la antena existen muchas posibilidades. Una sugerencia sería el uso
de una antena telescópica  de 60 cm,
montada con epoxi en un conector BNC macho. Los detalles de construcción se
pueden encontrar en la figura 7.

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superior

Usando el transmisor

Para mejores resultados es necesario elegir una frecuencia libre. En las
grandes ciudades será bastante difícil poder encontrar un canal liberado.
En ese caso intente usar canales intermedios, o sea canales pares.

En la República Argentina están establecidas las frecuencias impares para
la radiodifusión, por ejemplo 103.1 MHz, 105.5 MHz, es raro encontrar receptores
digitales que tengan habilitados los canales pares. Los receptores analógicos
pueden recibir esas frecuencias sin problemas.

No ajuste R35 para un nivel muy alto, pues esto provocaría distorsión e
interferencia en los canales adyacentes, normalmente R35 debe ser ajustado
al 75 % de su curso, cuando se usa una fuente de audio típica, cuya señal
de salida se encuentre entre 0,5 y 1 voltio RMS. Si se exceden estos parámetros
habrá distorsión y una mala separación de canales.

Mejorando
la Potencia del transmisor

Para incrementar la potencia de salida del transmisor, se puede aumentar
la tensión de alimentación hasta 15 voltios, con esto, la potencia aumenta
hasta 150 (mW). R56 deberá ser retirada, para permitir una completa irradiación
de la señal. En este caso, también deberán instalarse disipadores de calor
en los transistores de salida Q4 y Q5. También es necesario el uso de una
antena apropiada, calibrada a la frecuencia de trabajo y con una impedancia
de 50 ohms. Las espiras de L4 pueden ser comprimidas o expandidas para mejorar
el acoplamiento a la antena, permitiendo así una completa transferencia de
energía. La calibración de L4 y la antena, es conveniente realizarla con la
ayuda de un vatímetro de RF. Con la ayuda de ese instrumento podemos lograr
la máxima potencia de salida con el menor ROE (ondas estacionarias
reflejadas). Esta modificación y el ajuste apropiado, mejoran la performance,
y, el alcance del transmisor puede llegar a unos 1500 metros, dependiendo
del terreno y del emplazamiento de la antena. Mantenga la antena a una distancia
de por lo menos 6 metros [fundamentalmente si la caja o gabinete utilizado
no es metálico], pues es posible que la señal emanada, interfiera en el sintetizador
del transmisor, causando alguna inestabilidad en el PLL. Esta conexión mejorada,
requiere el uso de cable coaxial de bajas pérdidas, para VHF o UHF, en el
acoplamiento hacia la antena.

Este circuito pude ser usado para excitar amplificadores lineales de RF,
logrando potencias que pueden variar entre los 5 y 100 vatios, permitiendo
así su uso en radios comunitarias. En este caso consulte las reglamentaciones
vigentes a tales efectos, la trasgresión de dichas reglamentaciones pueden
acarrear procesos penales y el secuestro del equipamiento.

Algunas sugerencias

Es posible que a la hora de montar
este transmisor se encuentre con algunas dificultades, por ejemplo: la realización
del circuito impreso o la adquisición de algunos componentes. Aquí van algunas
recomendaciones que ayudarán a solucionar esos problemas.

Plaqueta de
Circuito Impreso. Una de las mejores alternativas para la confección de la
plaqueta y de la máscara es trabajar con films de transferencia, para
lo cual se requiere fotocopiar el diseño propuesto anteriormente, en el mismo,
con una fotocopiadora láser. Tenga cuidado para que el tamaño de los componentes
coincida perfectamente con el lay-out de la placa, principalmente los
circuitos integrados. Ambos lados de la plaqueta deben coincidir.

Circuitos integrados.
En algunos casos puede tener dificultades en conseguir el 74F160 y el  MC145151-2 (PLL). Ambos circuitos integrados
pueden ser hallados en comercios importantes del ramo o bien pueden ser adquiridos
vía INTERNET. El 74F160 puede
ser reemplazado por el 74AS160.

Cristales: el cristal de
10,24 MHz puede ser encontrado en muchos modelos de teléfonos y el cristal
de 4,864 MHz puede ser encontrado en muchas computadoras personales fuera
de uso. Existen en Buenos Aires algunas empresas especializadas en cristales
y componentes piezoeléctricos donde también puede encontrar los cristales
o realizarlos a pedido. También queda el recurso de la compra por INTERNET.

Generador alternativo, de Señal Piloto y Subportadora. Como variante al circuito propuesto se  presenta una probabilidad de simplificación
muy eficiente, también muy estable. En este caso el esquema utiliza un resonador
cerámico de 456 KHz, que conectado a un Buffer, tipo CD4007, permite
construir el oscilador. La salida de este oscilador se conecta a un divisor
tipo CD4520. Este circuito integrado es un doble contador progresivo, el primer
contador dividirá la frecuencia por 6 (seis), obteniendo 76 KHz, en la salida
de la compuerta del tipo “and” CD 4081, que se conecta al reset del
mismo y a la entrada de reloj del segundo contador. En la salida Q0 del propio
contador, tendremos la frecuencia de entrada dividida por 2 (dos) vale decir
38 KHz y en la salida Q1 se tiene la señal piloto de 19 KHz.

En las figuras siguientes se muestran, el circuito esquemático y las ondas
observadas en un osciloscopio.

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Este circuito reemplaza a los circuitos integrados 74C00 (IC3) y CD4040
(IC4), junto a sus componentes asociados. La señal piloto de 19 KHz se obtiene
del pin 12 del CD4520 y se conecta al extremo de R29 (47K) que queda libre
al desconectarse el CD4040. La subportadora de 38 KHz se consigue del pin
11 del mismo circuito integrado, debiendo conectarse al extremo de R32 (22K).

Las formas de onda que se pueden ver en la figura del osciloscopio, son
iguales (frecuencia y amplitud) a las observadas en los pines 13 y 4 respectivamente,
del CD4040 anterior; salidas de la señal piloto y subportadora del circuito
original.

En cuanto a la alimentación, este circuito, utiliza la misma que la empleada
por el CD4040 y se conecta a los pines 16 del CD4520 y 14 del CD4007.

¿Cuáles son las ventajas y desventajas? – Seguramente, encontraremos en
el mercado, mas fácil el resonador cerámico de 456 KHz (usado en muchos controles
remotos de TV y VCR), que el cristal de 4,864 MHz y a un costo mucho menor.
Como contrapartida, tiene el problema, de necesitar un rediseño del circuito
impreso, para reemplazar el modelo anterior. La compuerta tipo “and”, parte
de un CD4081; con un poco de creatividad puede ser sustituida por dos diodos
1N4148 y una resistencia de 22K. Queda a criterio del técnico o del aficionado,
evaluar su montaje y en general evaluar la construcción de toda esta propuesta.

FOTO.

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Lista de materiales

Trabajo
enviado por:

Ing.
Cocco, Julio César

ROSARIO
– República Argentina.

juliococco[arroba]tutopia.com