Reinventando la Radio. Semana 10.

Esta semana hemos seguido con el tema del diseño del emisor radio, los conceptos aprendidos esta semana se exponen a continuación:

- Una vez implementado el oscilador a 27 MHz, para medir la potencia suministrada a la carga se puede usar la amplitud pico a pico de la senoide creada. A pesar de su aparente viabilidad, el osciloscopio a esa frecuencia trabaja al límite de su capacidad y las medidas pueden verse distorsionadas.

- A partir de altas frecuencias el intrumento adecuado para analizar las ondas electromagnéticas es el analizador espectral, un dispositivo capaz de escanear todo el rango de frecuencias denotando la amplitud de la señal para cada una. Por lo tanto consiste en un filtro paso banda sintonizable con un detector de envolvente a continuación.

- La realización de un filtro paso banda con esas características presenta verdaderos problemas así que se obta por una solución más práctica: un filtro paso-banda con una frecuencia central fijada combinado con un multplicador que multiplica la señal entrante con la proveniente de un oscilador. Si suponemos que la frecuencia central del filtro es Fi y la frecuencia del harmónico que se desea potenciar Fh, al sintonizar el socilador a frecuencia Fh+-Fi se obtendrá un filtro equivalente paso banda a Fh. Dicha frecuencia de oscilación podrá ser controlada mediante un oscilador controlado por tensión y mediante una señal diente de sierra se podrá escanear el rango frecuencial completamente.

- Ahora el problema se centra en como crear un oscilador de frecuencia controlable por tensión. Una opción es la incorporación de una capacidad variable en el diseño del oscilador a 27 MHz. Dicha capacidad variable puede ser implementada por un "varicap" que consiste en una combinación de R-Diodo-C que se puede modelar como un condensador variable con la tensión que se le aplica.

- El circuito varicap, una vez implementado, puede ser aplicado en el emisor del transistor o junto con Cv. En la primera opción la capacidad variable actua sobre C2 provocando un ajuste fino y en la segunda actua sobre Cv provocando una ajuste intenso de la frecuencia de oscilación.

- A pesar de la viabilidad del diseño presentado, contiene elementos de alta fragilidad (como el inductor) que van a variar la frecuencia de transmisión. Este hecho es impensable y hay que buscar una solución más reforzada.

- El cristal de quarzo es un material que por sus propiedades piezo-eléctricas es capaz de proveer oscilacions muy estables a frecuencias bien determinadas. Mediante el espesor del corte de dicho material se determina la frecuencia de oscilación y esta se mantiene absolutamente invariable. Dicho dispositivo presenta el siguiente comportamiento: existe una cierta fs a la que su impedancia es nula, existe una cierta fp a la que la impedancia es infinita, entre fs y fp (un pequeño intervalo) el comportamiento del material es el de un inductor y fuera de dichos intervalos se comporta como una capacidad.

- Para iniciar el movimiento oscilatorio en este material se debe aplicar una tensión de polarización, la cual generará un desequilibrio de cargas y una deformación. Mediante el análisis se llega a modelar como un inductor y una capacidad en serie que estan en paralelo con una capacidad, en base a dicho modelo se obtienen expresiones de fs y fp.

- En base a este dispositivo la idea básica para generar un oscilador es la de colocar la etapa amplificadora seguido del filtro paso-banda con amplifciación 1 y desfase 0 y realimentado mediante un lazo con un cristal de quarzo en serie. Si el circuito trabaja a fs, dicho cristal se comportará como un cortocircuito y oscilará.

- Aplicando este diseño al circuito del oscilador a 27 MHz, si se conecta el cristal de cuarzo en terminales del emisor del transistor obtendremos la oscilación a dicha frecuencia estable.

- En relación con el comportamiento del cristal de quarzo, se observa que, debido a su comportamiento inductivo entre fs y fp, es posible sustituirlo por el inductor del diseño (recordando que se trata de un elemento frágil). Habrá que tener cuidado con el tipo de cristal de quarzo usado, pues muchos se diseñan para que trabajen en OVER-TONE (harmónicos de la frecuencia fundamental) debido a su mejor resistencia y precio económico, por lo cual si se coloca en el lugar del inductor, al no ser filtrados los diferentes harmónicos, el cristal trabajará en un harmónico fundamental que será 9 MHz.