Concepto de
Inductancia
El campo magnético creado por una bobina
depende linealmente de la corriente aplicada. Cuando se
incrementa esta corriente, el flujo aumenta y viceversa, Como
resultado, se genera entre los terminales de la bobina un voltaje
que se opone a la variación del flujo. La capacidad de una
bobina, para oponerse a ese cambio, se
denomina auto inductancia y es una característica intrínseca del
dispositivo.
La inductancia se representa por el
símbolo L y su unidad es Henry o Henrio.
Calculo de la
inductancia
La inductancia de una bobina depende principalmente de
sus características geométricas,
él numero de vueltas o espiras de alambre que constituyen
el devanado y del material del núcleo sobre el cual se
realiza el arrollamiento de la misma. Teóricamente, la
inductancia de una bobina helicoidal larga, de sección
transversal arbitraria y de espiras muy juntas, se puede evaluar
a partir de la formula
L = mN A/S
Siendo A el área de la sección
transversal, S la longitud axial de la hélice, N el
número de espiras del alambre y m un parámetro
propio del material situado en el interior de la hélice
llamado permeabilidad. Para el aire, m =m =
4p*10 H/m. Para cualquier otro material m=m m , siendo m la
permeabilidad relativa del mismo.
Los materiales
ferromagnéticos de los núcleos de las bobinas
tienen siempre valores de m
muy superiores a 1. La tabla relaciona uno de los ejemplos
típicos.
Resonancia
Paralelo
Un circuito paralelo constituido por una rama
capacitiva en paralelo con una rama inductiva ofrece una
impedancia.
A frecuencias muy bajas, la rama inductiva entrega
una corriente en atraso mientras que la corriente en la rama
capacitiva, adelanta con respecto a la de la tensión y es
pequeña lo que resulta en una corriente total atrasada y
de gran magnitud y una impedancia de circuito baja e
inductiva.
A frecuencias altas, la inductancia tiene una
impedancia elevada en comparación con la capacitiva,
resultando una corriente total intensa y en adelanto y una
impedancia de circuito baja y en adelanto. Entre estos dos
extremos, existe una frecuencia para la cual la corriente de
atraso que circula la rama inductiva y la corriente en adelanto
que circula por la rama capacitiva son iguales, pero como
están desfasadas 180º se neutralizan, dejando
únicamente una corriente resultante pequeña y en
fase que circula por la línea de alimentación.
La impedancia del circuito paralelo resulta muy
elevada.
El aumento de la resistencia de un
circuito achica y ensancha la cresta de la curva de impedancia
sin alterar apreciablemente los lados, los cuales son
relativamente independientes los cuales son relativamente
independientes de la resistencia del
circuito.
La frecuencia de resonancia de un circuito
paralelo puede ser considerada como la misma frecuencia para la
cual el mismo circuito está en resonancia serie, es
decir:
Fo = 1 / 2pÖ LC
en la que L y C son la inductancia y la capacidad
del circuito respectivamente. Cuando el Q del circuito es
apreciablemente grande, las frecuencias correspondientes al
máximo de impedancia del circuito y a un factor de
potencia
unidad coinciden, para todos los usos prácticos, con la
frecuencia de resonancia definida en esta
forma.
Sin embargo, cuando el Q del circuito es bajo, no
cumple esto, según se verá
continuación.
Análisis de la resonancia
paralelo
E = Tensión aplicada al
circuito
Zc = Rc – ( j / wC ) = Impedancia de la rama
capacitiva
Zl = Rl + jwL = Impedancia de la rama
inductiva
Zs = Zc + Zl = Impedancia serie del
circuito
Z = Impedancia paralelo del
circuito
Rs = Rc + Rl = Resistencia serie
total del circuito
w. = 2p veces la frecuencia
Wo = 2p veces la frecuencia de resonancia
Q = – wL / Rs = Q del circuito
Qo = Valor del Q a
resonancia
Las relaciones fundamentales de un circuito
resonante paralelo se desarrollan en libros de
introducción a la teoría
de los circuitos de
corriente
alterna, t son,
Impedancia paralelo = Z = Zc Zl = Zc
Zl
Zc + Zl Zs
Corriente de línea =E / Z
Corriente en al rama inductiva = E / Zl = E / ( Rl
+ jwL)
Corriente de la rama capacitiva = E / Zc =
E
Rc – ( j / wC )
Cuando el Q del circuito es razonablemente
elevado, como sucede en general, la expresión exacta de la
ecuación puede ser simplemente simplificada despreciando
las componentes resistivas de las impedancias Zl y Zc en el
numerador. Cuando se realiza esto
Impedancia paralelo = Z = ( Wo L )² / Zs
A resonancia Zs = Rs, con lo que
resulta
Impedancia paralelo a resonancia = ( WoL )² /
Rs
Se observara de la ecuación que la
impedancia de un circuito paralelo a resonancia es una resistencia Q
veces mayor que la impedancia de una de las ramas. En
consecuencia puede decirse que la disposición en
derivación de una rama inductiva y una capacitiva provoca
un aumento de la impedancia que es Q veces mayor que al que se
obtendría en cualquiera de las ramas correspondientes. Se
ve así que puede desarrollarse una impedancia muy alta con
la resonancia paralela y esta es una de las propiedades
más importantes de la resonancia
paralelo.
Curva de resonancia de circuitos
paralelos
Al examinar la ecuación se ve que, las
condiciones en que se emplean estas formas aproximadas de la
impedancia, la impedancia paralelo es igual a una constante
dividida por la resonancia serie del circuito. Resto significa
que la curva de resonancia de la impedancia paralelo de un
circuito tiene exactamente la misma forma que la curva de la
intensidad de la corriente serie del mismo circuito, mientras que
la ecuación expresa que la corriente de un circuito serie
es una constante dividida por la impedancia serie. En
consecuencia la curva de resonancia y las reglas practicas que se
utilizaron para la estimación de agudeza de resonancia de
un circuito serie, también se cumplen para el caso de la
resonancia en paralelo. La única diferencia es que los
signos de la fase en este caso están invertidos,
resultando en adelanto para frecuencias mayores que la de
resonancia y en atraso para frecuencias menores a la de
resonancia.
El proceso
correcto para calcular la impedancia de un circuito paralelo es
el siguiente: El primer paso consiste en determinar la frecuencia
de resonancia y la impedancia de resonancia, utilizando las
ecuaciones
correspondientes. Esto da una idea de resonancia y es suficiente
para muchos fines.
El verdadero comportamiento
depende no solo del Q del circuito sino también de la
distribución de la resistencia entre
la rama inductiva y la rama capacitiva como se muestra en el
gráfico.
Transistores de efecto de
campo
Los transistores de
efecto campo representan una categoría importante y
especializada de dispositivos electrónicos. Estos
dispositivos combinan muchas de las ventajas de las
válvulas de vació, como el pequeño
tamaño, bajo consumo de
potencia, rigidez
mecánica y otras ventajas de los
componentes de estado
sólido. Por ejemplo, estos transistores
pueden dar características de transferencia
cuadráticas especialmente adecuadas para
amplificación de señales múltiples en
amplificadores de RF con muy bajo nivel de distorsión por
ínter modulación.
Características
-La resistencia de entrada al FET es mucho mas
elevada que la de un transistor
bipolar, ya que la única corriente que circula por la
puerta es inversa de fuga y del orden de nanoamperios. Dicha
resistencia suele ser de algunas decenas a centenares de
megaohmios.
-La ganancia de tensión de un FET es mucho
menor que la de un transistor
bipolar, ya que las variaciones de Vgs, para conseguir la
máxima variación de Id y, por lo tanto, de Vds han
de ser del orden de algunos vatios.
-Al igual que los transistores
bipolares, se pueden distinguir tres regiones de
trabajo:
-Saturación, que es la determinada por
los valores de
Vds comprendidos entre el origen y el correspondiente al codo de
la característica.
- Activa, que comprende la porción
horizontal de la característica - Corte, determinada por los valores
de Vgs £ V(p)gs
-Un parámetro importante del FET es la
llamada transconductancia y se define
como:
g.m = DId / DVgs sí Vds constante
La bobina
Las bobinas también llamadas inductancias
o inductores, son componentes pasivos que almacenan energía
eléctrica en forma de campo magnético y
responden linealmente a los cambios de corriente. Por lo tanto,
en presencia de una corriente continua constante se comportan
como cortocircuitos.
En su forma más simple, una bobina esta
constituida por un alambre de cierta longitud enrollado en forma
de hélice sobre un núcleo. Algunas veces incluyen
también un carrete aislante intermedio llamado formalleta
que aloja el arrollamiento y lo separa eléctricamente del
núcleo.
La operación de las bobinas se basa en un
principio de la teoría
electromagnética, según el cual, cuando circula una
corriente a través de un alambre, este produce a su
alrededor un campo magnético.
Observe que las líneas de fuerza que
representan el campo magnético son perpendiculares a la
dirección del flujo de la corriente. Si
doblamos en algún punto el alambre para formar un bucle o
espira, el campo magnético en esa parte del alambre se
concentra dentro de la espira puesto que todas las líneas
de fuerza apuntan
en la misma dirección y convergen hacia el
centro.
Por lo tanto, si continuamos agregando espiras,
formando una bobina propiamente dicha, los campos
magnéticos creados por cada una se reforzaran mutuamente,
configurando así un campo de mayor intensidad en el
interior del sistema, El
conjunto se comporta entonces como un
electroimán.
El campo magnético creado por una bobina
de núcleo de aire como la
anterior puede ser intensificado aumentando la corriente aplicada
o llenando el espacio vacío dentro de la misma con un
núcleo de material magnético, que concentre mejor
las líneas de fuerza. Otra
es construyendo la bobina en múltiples capas, es decir
realizando un nuevo devanado encima del primer arrollamiento, uno
encima del segundo, y así sucesivamente.
Amplificador Emisor
Común
Entendemos por amplificación el hecho
mediante el cual una variación ocurrida a la entrada de un
circuito, aparece ampliada a la salida.
Aplicando este concepto al
transistor, si
provocamos una variación de la polarización de
base, obtendremos una variación mucho mayor de la
corriente de colector y, por tanto, de la tensión colector
– emisor.
Generalmente, empleando el transistor como
amplificador, las variaciones de la polarización de base
vienen provocadas por la aplicación de una pequeña
señal de C.A. a la entrada, que se desea aparezca a la
salida aumentada de valor, siendo
un fiel reflejo de la entrada. Llegado este punto es necesario
definir nuevos conceptos:
-Entrada: Malla a la cual se aplica una
señal proveniente de una fuente para ser amplificada.
-Salida: Circuito del cual se obtiene una señal
amplificada.
-Distorsión: Deformación en
la señal de salida que entrega el generador de
señal para amplificar.
-Tensión de Entrada: Voltaje que
entrega el generador de señal para
amplificar.
–Corriente de Entrada:
Corriente que absorbe el amplificador del
generador.
–Impedancia de Entrada:
Resistencia que se observa en el generador al conectarlo a la
entrada del amplificador.
Zo = Vo
Io
-Tensión de Salida:
Tensión alterna que se manifiesta en extremos de la
carga.
–Corriente de salida:
Corriente alterna que circula por la carga.
–Impedancia de salida:
Resistencia interna que presenta Vo si se emplea como generador
para otro dispositivo.
Zo = Vo
Io
–Ganancia de tensión:
Expresa la relación entre las tensiones de salida y de
entrada.
Av = Vo
Vi
–Ganancia de Corriente:
Expresa la relación entre las corrientes de salida y de
entrada.
Ai = Io
Ii
-Ganancia de Potencia: Es el
cociente entre la potencia
absorbida por la carga y la absorbida por la entrada del
amplificador.
Ap = Po o bien Ap = Vo*
Io
Pi Vi * Ii
Impedancia de
entrada
Como la fuente de señal entrega una Vi que
se aplica al circuito paralelo formado por R1, R2 y el transistor,
debemos conocer por tanto la resistencia que presenta el
transistor a dicha fuente.
Al aplicarse Vi al circuito base – emisor,
deberiamos estudiar este para saber que resistencia ofrece. Por
lo tanto podriamos decir que:
Re = DVbe = Vbe
DIe ie
Hasta aquí hemos obtenido la resistencia de
emisor, se aprecia que el transistor solo absorbe del generador
una corriente Ib y, estableciendo la aproximación ie = ic,
tenemos que:
Ib = Ie
hfe
con la impedancia de entrada al transistor
cuantificada, la entrada del circuito
será
Zi = R1//R2//hfe re
La impedancia de salida podría describirse
como:
Zo = Vce
Ic
Detección de ondas moduladoras
en amplitud:
La detección a veces también
llamadas desmodulación, es el proceso de
recuperar la inteligencia
transmitida en una onda de radio moduladora.
En el caso de las ondas moduladas
en amplitud, la detección se realiza
rectificando la onda, obteniéndose
así una corriente continuo pulsante que vario de amplitud
en concordancia con la modulación que lleva la inteligencia.
Los detectores se los describe comúnmente con expresiones
tales como de potencia, de
señales débiles, de la ley
cuadrática y lineales. Un detector es el tipo de potencia o de
señales débiles según que se trate de
rectificar uno tensión de radiofrecuencia grande o
pequeño, siendo la amplitud de la portadora del orden de 1
volt lo que define la clasificación de señales
tuertes y débiles. Un detector lineal desarrolla una
tensión de sólido rectificada proporcional a la
amplitud de la tensión de entrado, mientras que un
detector cuadrático desarrolla uva v de salida
proporcional al cuadrado de la amplitud. Los rectificadores de
señales débiles son siempre del tipo
cuadrático, mientras que los detectores de potencia son
generalmente, aunque no imprescindiblemente, rectificadores
lineales.
Detectores a diodo poro ondas moduladas
en amplitud:
La detección de ondas moduladas
en amplitud se realiza ordinariamente por medio de un diodo
rectificador operando como un detector lineal de potencia. Un
circuito simple paro un detector o diodo de este tipo es el que
se muestra en la
figura, en la que C es un pequeño copacitor, R una
resistencia relativamente alta y la combinación RC es la
impedancia de carga a través de la cual se desarrolla la
salida útil del diodo. Con esta disposición, en
cada ciclo positivo de la tensión de excitación de
radiofrecuencia la capacidad C se carga hasta adquirir un
potencial que difiere de la cresta de la tensión aplicada
en uno pequeño magnitud debido a la caída de
tensión que se produce en el diodo por la corriente de
carga que circula o través de la válvula. Entre las
crestas, parte de lo cargo del capocitor C se pierde por circular
a través de la resistencia R, y vuelve a ser reintegrada
por uno carga apropiado que circulo durante la cresta del
próximo ciclo de radiofrecuencia
Detectores a
cristal:
Puede realizarse la rectificación
aprovechando la relación no lineal que existe entre la
tensi6n y la corriente en el punto de contacto de ciertas
superficies cristalinas.
Una unidad a cristal típica para este fin
se ilustro esquemáticamente en la figuro. En ello un
delgado alambre de tungsteno hace un contacto de área muy
reducida sobre un cristal adecuado, tal como de silicio o de
germanio y el conjunto se sello con cero o fin de darle
cualidades
mecánicas sólidas y hacerlo
eléctricamente estable.
El cristal utilizado en dicho sistema pertenece
o uno clase de materiales
conocidos como semiconductores,
los que se caracterizan por poseer uno resistencia
eléctrica suficientemente alta como paro ser de un
valor
intermedio entre la de los metales y lo de los
aisladores.
Cuando se hace contacto con un semiconductor sobre
una pequeña superficie por medio de un metal adecuado, se
obtiene una acción rectificante similar a lo existente en
una válvula diodo, actuando el semiconductor como
cátodo y el extremo del alambre metálico actuando
como ánodo. El verdadero mecanismo por el cual se logro la
rectificación es muy complicado, dependiendo de la
diferencia de la función trabajo de los materiales que
están en contacto, el comportamiento
de la barrera de potencial que existe un gradiente de
tensión relativamente alto, en el semiconductor del punto
de contacto, como resultado de la reducida superficie de
contacto.
Circuito eléctrico
Listado de
Componentes
Capacitores:
C1 = 10 nF
C2 = 4.7 nF
C3 = 47 nF
C4 = 220 pF
C5 = 22 mF x 25v
C6 = 0.1 mF
C7 = 2.2 nF
C8 = 10 mF x 16v
C9 = 47 nF
C10 = 220 mF x 16v
C11 = 0.1 mF
C12= 20 m F
Cv = Tandem plástico tipo
spica
Semiconductores:
T1 = MPF102
T2 = BC548
D1 = 1N60
IC1 = LM386
Resistencias:
R1 = 4K7 W
R2 = 470 KW
R3 = 10 KW
R4 = 4K7 KW
R5 = 1 KW
R6 = 470 KW
R7 = 5K6 KW
R8 = 10 KW
R9= 1 KW
P1 = Pote miniatura tipo spica 10KW con llave
Inductor:
L = Bobina antena de radio AM
c/ferrite (3 cables)
Principio de
Funcionamiento
La señal proviene de la antena ingresa a un
circuito tanque compuesto por la bobina de antena L y el
capacitor variable Cv. Este circuito tiene un elevado Q y resuena
a una frecuencia determinada por el valor de la
inductancia de L y el valor ajustado
en el tandem.
A frecuencia de resonancia la impedancia del
circuito aumenta a su valor máximo, con lo cual disponemos
de una entre los extremos del circuito tanque cuya frecuencia
central coincide con la frecuencia de
resonancia.
Esta señal de muy bajo nivel y se la aplica
a la compuerta de un transistor FET. La razón principal
por la cual se emplea una FET es su elevadísima impedancia
de entrada, factor principal para no cargar al circuito tanque de
entrada y por lo tanto no disminuir su Q. Además los FET
son muy aptos para manejar bajísimos niveles de
señal.
T1 trabaja en configuración de surtidor
común, ya que el valor de C1 representa casi un
cortocircuito a la señal de RF. R1 se encuentra colocado
con fines de polarización. R4 es la resistencia de carga
del drenador.
La señal amplificada qe se toma del
drenador de T1 es rectificada por D1 a fines de extraer la
modulación que es el producto de la
información transmitida. C2 deriva a masa
la señal de RF mientras que tiene la información de audio. R2 permite la
descarga de C2.
La señal de audio obtenida ingresa mediante
R3 y C3 a la base del transistor T2, que es un transistor bipolar
de baja señal. T2 trabaja en emisor común con
realimentación negativa colector- base a fin de mejorar el
nivel de audio ruido y
disminuir la distorsión. Esta realimentación corre
por parte de R6 y C4. R7 polariza al colector de T2 circule por
el potenciómetro P1.
Actuando sobre el cursor de P1 regulamos el nivel
de audio conveniente para aplicarle a la pata 2 del integrado que
actúa como amplificador de ganancia fija. C7 desacopla los
eventuales vestigios de Rf, la señal de salida del
integrado se acopla capacitivamente mediante C10 al parlante a
utilizar. C11 es un capacitor de filtro de alimentación. R5 y C5
forman una red de estabilización
de tensión para alimentar a T1, de esta forma la etapa de
RF queda estabilizada frente a las variaciones de tensión
de alimentación debidas al consumo de la
etapa de salida.
Armado del
circuito
Para armar el circuito se utiliza una plaqueta ya
diseñada por plaquetodo o si no un diseño
propio, luego se sueldan los diversos componentes, resistencias,
transistores,
capacitores
etc. Se bobina la barra de ferrite y a continuación se
inserta en un gabinete.
Problemas
La plaqueta posee un error de diseño
ubicado en el selector de volumen. Los
extremos del potenciómetro de volumen
están invertidos; por lo tanto al encender la radio el
volumen esta
al máximo y luego comienza a disminuir a medida que se
gira el pote.
La solución es cortar las pistas
defectuosas y cruzar las pistas por medio de
puentes.
Otro de los problemas que
se puede encontrar es una oscilación producida por el
acoplamiento a través de la fuente entre el BC548 y el
amplificador LM386, el cual se resolvió colocando una
red de desacople
RC.
Otras de las dificultades que presenta es la
sintonización de estaciones, si no se construye en forma
adecuada la bobina.
Costo Total: 5,95
- El Grafico del costo se
encuentra en el archivo
costo.xls - La información sobre el CI Lm386 se
encuentra desde el archivo
LM386-1.mp LM386-6.bmp
- La información sobre el transistor BC548 se
encuentra desde el archivo
BC548-1.bmp BC548-3.bmp - La información sobre el MPF102 se encuentra
en el archivo
MPF102.bmp
Autor:
Juan D. Batipalla