TRANSMISOR DE RADIO AM PARA ONDA CORTA

Fernando Valcarce Codes

Físico, exProfesor del Laboratorio de Electrónica de la

FACULTAD de C. FÍSICAS. U. COMPLUTENSE, MADRID. ESPAÑA.



CIRCUITO PROBADO
Ciencia en Poesía

Enero de 2021

Muchas veces se oye hablar a los locutores de las emisoras de radio de "la magia de la radio" y es verdad que el hecho de poder enviar nuestra voz, música, imágenes y otras señales a kilómetros de distancia de donde nos encontramos tiene algo de "mágico", aunque naturalmente ya sabemos que detrás de ese fenómeno está una ciencia bien desarrollada, como es la teoría de las ondas electromagnéticas y una tecnología de dispositivos electrónicos que nos permite utilizarlas para esos fines.
El experimentador busca y a veces consigue enviar ondas electromagnéticas con dispositivos relativamente sencillos, pero el resultado es a veces frustrante porque la distancia a la que se consigue enviar estas ondas es de tan solo unos pocos metros.
En ciertas aplicaciones, como por ejemplo los coches de radio-control o los drones de uso cercano, es suficiente con que la distancia a la que se puedan enviar y detectar las señales de radio para controlarlos sea de unas cuantas decenas de metros o centenas en los casos mas exigentes. Pero cuando se busca una comunicación de larga distancia, aunque sea con un sencillo "walky-talky", los requisitos aumentan y se espera poder alcanzar distancias de al menos unos cuantos kilómetros.

Los dos aspectos que limitan el alcance que se puede conseguir en una transmisión de ondas electromagnéticas son, a grandes rasgos, la sensibilidad del receptor que se utiliza para detectarlas y la potencia que se consigue enviar con la antena del transmisor. Si tenemos un transmisor que envia una gran potencia de radiación pero tenemos un receptor incapaz de detectarla, bien sea por falta de sensibilidad o de selectividad en las ondas sintonizadas, el resultado será un alcance escaso e inversamente si tenemos un receptor con alta sensibilidad y selectividad pero nuestro transmisor consigue poner poca potencia de radiación en la antena, el resultado será también precario y no conseguiremos buen alcance.
Por eso en este texto presentamos un transmisor de radio, modulado en amplitud, que sin ser de gran potencia permite con una antena adecuada radiar una potencia de 1 watio aproximadamente, que permite con un  receptor adecuado  alcanzar distancias del orden de 1 o 2 Km en campo abierto.
La frecuencia de la onda portadora transmitida se ha elegido en este caso en la banda ciudadana (CB), pero el transmisor puede funcionar perfectamente en toda la banda de onda corta (OC), con solo pequeñas modificaciones de algunos de los componentes del circuito que se presenta a continuación.

El circuito se puede considerar constituido por tres partes, el oscilador que genera la onda portadora, un preamplificador-modulador de la portadora y el amplificador de potencia acoplado a la antena de radiación.
El oscilador en este circuito se construye alrededor del transistor NPN del tipo BC107, que incorpora en su colector el circuito resonante formado por el primario del transformador T1 y C2, un condensador cerámico de 12pf. La señal de oscilación se realimenta a la base del transistor a través del cristal de cuarzo de 27MHz que proporciona la estabilidad en frecuencia de la onda generada.
De esta forma se genera una onda de frecuencia fija y muy estable, pero si se desea se puede sustituir este oscilador por otro que permita variar la frecuencia de la onda generada, como puede ser un  oscilador estabilizado de frecuencia variable.

La onda generada por el oscilador se acopla a través del secundario de T1 y el condensador C4 de 10nf a la base del transistor Q2, del tipo 2N2222, polarizado en la región activa y cuya ganancia se modula al hacer variar su tensión de emisor de acuerdo con la variación de la tensión emisor-colector del transistor Q3, otro NPN del tipo 2N2222 en cuya base se introduce la señal de baja frecuencia (BF) con la que se quiere modular la onda portadora.
Esta BF se introduce a través del condensador C8, un electrolítico de 47uF y la profundidad de la modulación se puede controlar por medio de la resistencia variable R10, que controla la tensión de corriente continua aplicada a la base de Q3.
La salida del colector de Q2 se lleva a través del condensador C6 de 10nf a la base del transistor Q4, otro 2N2222 que se utiliza como preamplificador de la señal ya modulada para acometer al amplificador de potencia. Incorpora un choque de 100uH en su colector y una pequeña resistencia de 47 ohmios en el emisor, por lo que este transistor debe contar con un disipador de calor para no resultar dañado ya que su disipación de potencia máxima es de 0.5 watios.

La salida de colector de Q4 acomete a través del condensador C10 de 10nf las bases de dos transistores NPN del tipo 2N2219, que funcionan en paralelo con el objeto de obtener la potencia de salida deseada, sin sobrepasar su capacidad máxima de disipación que es de 0.8 watios para cada transistor. Cada transistor debe contar con un disipador térmico, y el hecho de utilizar dos transistores en lugar de solo uno de mayor capacidad de disipación se debe a que estos son de uso corriente y más asequibles que algunos otros tipos, que además trabajando en solitario lo harían mas forzados.
En el colector de Q5 y Q6 se incorpora un choque de 12uH y sus emisores se conectan directamente a tierra. La señal amplificada que se obtiene en los colectores ha de enviarse a la antena para lo cual, con el objeto de conseguir la máxima transferencia de potencia, hay que acoplar las impedancias de salida del amplificador y la de entrada de la antena, que podrá variar en función del tipo de antena que se utilice y las condiciones de utilización de la misma.

Por ello es adecuado incorporar un acoplador cuya impedancia se puede variar a través de los elementos L4 y C14 que pueden sintonizarse para obtener el efecto deseado. El condensador C14 es variable entre 5 y 22 pf y la inducción L4 está formada por 10 espiras de hilo de cobre esmaltado de 0.3 mm de diámetro, arrolladas sobre una forma cilíndrica de 7 mm de diámetro que incorpora un núcleo de ferrita ajustable en su interior.
Las antenas más usuales en estas frecuencias suelen estar constituidas por un hilo conductor de una longitud de la mitad o un cuarto de la longitud de onda, por lo que en este caso se utiliza una antena consistente en un hilo de unos dos metros y medio de longitud, pudiéndose utilizar longitudes menores a costa de conseguir resultados algo degradados.

Todos los componentes utilizados son de uso corriente, las resistencias de 1/4 de watio, los condensadores cerámicos y electrolíticos de 16v, el cristal de cuarzo puede elegirse dentro de toda la gama de la CB p.ej. 27.405Mhz estaría en el canal 40 y el único componente que requiere un poco de cuidado en su realización es el transformador T1, cuyo primario consta de 13 espiras de hilo de cobre esmaltado de 0.6 mm de diámetro arrolladas juntas sobre una forma cilíndrica de 6.5 mm de diámetro, y el secundario son dos espiras del mismo hilo, arrolladas sobre el primario a media altura.
Para la conexión entre el amplificador de salida y el acoplador de antena se utiliza cable coaxial RG58 de 50 ohm de impedancia.

El circuito se alimenta con una fuente de corriente continua, con valor de tensión de entre 9 y 13v aproximadamente, por lo que puede utilizarse una bateria recargable o también la tensión de una fuente de corriente continua regulada desde la red de energía eléctrica, tensión que se filtra adicionalmente con un condensador de 100 uF a la entrada del circuito. El consumo es de 120 mA aproximadamente con una tensión de entrada de 10v.
Para montar el transmisor se realizará un circuito impreso sobre una placa de fibra de vidrio con lámina de cobre por una de sus caras, teniendo cuidado al montar los componentes de respetar las polaridades y esquemas de conexión de los elementos que lo requieran.
Para su puesta a punto es conveniente utilizar un osciloscopio de al menos 20Mhz de ancho de banda y un receptor sintonizado a la frecuencia de emisión, en el que podremos estimar la potencia de la onda emitida y el correcto acoplamiento de la antena emisora utilizada.

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