TRANSCEPTOR BLU PARA LA BANDA DE 80 METROS. Por LW3DYL

INTRODUCCION: En el transcurso de las últimas notas traté de llevar un hilo conductor, que es el del armado y fabricación de los propios equipos de comunicaciones para el radioaficionado. Comenzamos con un par de instrumentos (frecuencímetro e inductámetro) que están pensados para calibrar osciladores y circuitos sintonizados, para superar el escollo más importante que tiene el aficionado a la radiofrecuencia: el sintonizar correctamente una etapa. Una vez armados estos instrumentos se puede trabajar en el montaje de un transmisor-receptor de baja potencia (QRP) que opera en Banda Lateral Unica entre los 3,62 MHz y los 3.73 MHz, que es la zona en que se opera en ese modo habilitada para los aficionados con categoría Novicio.

DOCUMENTACION, CIRCUITO y ESQUEMATICO DEL FRECUENCIMETRO 'LW3DYL'

DOCUMENTACION, CIRCUITO y ESQUEMATICO DEL INDUCTAMETRO 'LW3DYL'

Hace algunos años, en el Radio Club al que pertenezco (LU3DY, Radio Club Alte. Brown) nos comentaba un muchacho que recién había estrenado la señal distintiva, su dificultad de conseguir un equipo de HF que estuviera al alcance de su presupuesto (escaso) porque los equipos nuevos eran inaccesibles y los usados eran muy caros y no siempre estaban en buen estado. Surgió entonces la pregunta inevitable: ¿porqué tengo que pagar más de U$S 1.000 por un equipo con 100 memorias, RIT, XIT, SHIFT,  SPLIT , 10 bandas y 5 modos si sólo quiero comunicar un rato a la noche en 80 metros y en BLU solamente? ¿Se podrá armar algo que sea barato y funcione bien?

Fue así que empecé a experimentar con los QRP monobanda. Hice una serie de equipos, de 80, 40 y 20 metros, en telegrafía (modo que me ha dado enormes satisfacciones, como trabajar Japón con 5 Watts) y en banda lateral. Al principio busqué bibliografía, básicamente de la ARRL, como el QRP Classic o los QRP Design Notebook de Doug De Maw W1FB (SK) y  un amigo, también entusiasta QRPista (LW4DZC, Guille, que merece un párrafo aparte, dado que ha construído un montón de equipos, tanto a válvulas como a transistores, manipuladores y varios inventos más sin ser del gremio electrónico, lo que demuestra que con ganas y voluntad de hacer cosas el aspecto técnico no es un impedimento), me obsequió el Technical Topics, de la RSGB, que les aseguro que no tiene desperdicio y las revistas QEX.   Todo este material me hizo ver que hay una legión de aficionados que trabajan y experimentan con sus propios transmisores, logrando hacerse de invalorables conocimientos y también de divertirse  un montón realizando estos montajes.

En este tiempo y luego de hacer por diversión muchos aparatos, pude adquirir suficiente experiencia como para hacer diseños “propios” en base a los aciertos y errores cometidos en anteriores montajes y fue así que me animé a preparar un equipo que es el más pedido por los aficionados novicios y que reuniera las siguientes condiciones: 1) ser simple: carece de circuitos integrados (salvo el amplificador de audio), está hecho totalmente con elementos discretos, lo que garantiza la sencillez de comprensión de su funcionamiento y posterior ajuste. 2) ser económico: los elementos que utiliza son los más baratos del mercado, pudiendo incluso utilizar componentes de surplus o desarme. 3) ser efectivo: ¿de qué sirve que sea barato y sencillo si no funciona? Este equipo me ha sorprendido gratamente, tiene una recepción muy buena y con su potencia de salida se pueden cubrir más de 600 Km con una modulación muy consistente. Es así que lo presento en sociedad, habiéndolo denominado “3DY” por las letras de la señal distintiva del Radio Club Almirante Brown, que es donde surgió la iniciativa de fabricarlo.

Diagrama en bloques del Transceptor.

Etapa receptora:

La señal ingresa por la antena a un BPF (Band Pass Filter) o Filtro Paso de Banda, que es un conjunto de bobinas y capacitores que deja pasar las frecuencias que nos interesan (entre 3,6 MHz y 3,75 MHz) para evitar interferencias de otras estaciones, de radiodifusión, por ejemplo. De aquí va a un preamplificador de recepción, que tiene una ganancia de tensión de 20 dB (10 veces). Hay que tener en cuenta que en la antena hay señales del orden de los 100 µV (sobre 50 ohm) y hay que llevarlas a por lo menos 1 V (sobre 8 ohm) para poder escuchar algo en el parlante, lo que equivale a necesitar una ganancia de 80 dB. En este tipo de equipos de frecuencias bajas la mayor amplificación se logra en el integrado de audio, porque si damos mucha ganancia en la parte radiofrecuencia lo que conseguimos es aumentar el ruido, que en esta banda es muy intenso.

La salida del preamplificador de recepción ingresa a un mezclador balanceado a anillo de diodos, que mezcla la señal de entrada con la de un VFO (Variable Frequency Oscillator) u oscilador de frecuencia variable que trabaja entre los 4,38 MHz y los 4,27 MHz, logrando así una frecuencia intermedia de 8 MHz (4,38 + 3,62=8 y 4,27 + 3,73=8)

Tenemos ahora un filtro escalera de cristal de 8 MHz, hecho con cristales de microprocesador, que tiene la particularidad de dejar pasar un rango muy estrecho de frecuencias, sólo las de la voz humana, atenuando enormemente el resto. El filtro trabaja entre 7.997.300 Hz y 8.000.000 Hz. y el resto es eliminado.

Para compensar las pérdidas introducidas por el filtro, luego de éste hay otro preamplificador de recepción de 20 dB, cuya salida está conectada a un detector de producto, que es el encargado de recuperar el audio. Recordemos que en un receptor de banda lateral única hay que reinyectar la portadora que se suprimió en el transmisor y para eso utilizamos un BFO (Beat Frequency Oscillator) u oscilador de frecuencia de batido, que trabaja en el valor de la frecuencia intermedia, esto es: 8 MHz.

Ahora ya tenemos audio, pero antes de amplificarlo al parlante previamente lo filtramos, eliminando todas las frecuencias superiores a 3 KHz y luego ingresamos la señal al amplificador de potencia.

Etapa transmisora:

Aquí empezamos del micrófono hacia la antena. Las palabras captadas por el micrófono se amplifican e ingresan a un modulador balanceado (que no es otra cosa que el detector de producto trabajando al revés), que nos elimina la portadora (generada en este caso por el BFO) y genera las dos bandas laterales (BLI y BLS). Estas son amplificadas por un preamplificador de transmisión en 10 dB y entran al filtro de cristales que selecciona la Banda Lateral Inferior y rechaza el resto.

Esta banda lateral inferior es mezclada en el mezclador balanceado con la señal del OFV donde obtenemos dos productos: 8 + 4,38 = 12,38 MHz y 8 – 4,38 = 3,62 MHz que son amplificados en otros 10 dB y entran al Filtro Paso Banda que selecciona las frecuencias entre 3,62 MHz y 3,73 MHz y previo un divisor resistivo (para evitar oscilaciones indeseadas) son amplificadas nuevamente y se encaminan hacia la etapa de salida, que pondrá en el aire la señal de BLI con una potencia de alrededor de 10 Watts.

Notarán en el diagrama en bloques que hay tres tensiones: +12V permanentes, que alimentan al VFO y al BFO, dado que estos trabajan tanto en recepción como en transmisión. +12V de recepción y +12V de transmisión. Al aplicar, por ejemplo los +12VRX hay unas llaves de conmutación a diodo que derivan la señal de recepción por el camino que le corresponde. Lo mismo en el caso de +12VTX, los diodos harán que la señal siga el camino correcto.

LISTA DE MATERIALES:

Filtro paso de banda:

En todo equipo de radio es necesario seleccionar  la porción de frecuencias en la que va a trabajar, tanto en recepción como en transmisión, dado que si no lo hacemos, supongamos en un receptor, no podríamos escuchar la información de audio que nos interesa del resto de las emisoras que están en el aire en ese momento. Se conoce como selectividad y es la capacidad de un receptor para discriminar entre señales que difieran con respecto a la señal deseada. Esta sintonía inicial se logra con un circuito sintonizado en la etapa de entrada.

En el “3DY” tenemos lo que se denomina un filtro paso de banda, que es un circuito que deja pasar una porción de frecuencias deseadas y rechaza el resto de las señales. El filtro se compone de dos circuitos sintonizados acoplados entre sí por un capacitor de bajo valor. La sintonía de los circuitos se hace a frecuencias levemente distintas, una por debajo y otra por encima de la mitad de la banda de 80 metros lo que provoca una sintonía con dos “picos” y el “valle” que queda en el medio es alto y casi plano. Esto se conoce como sintonía escalonada. (ver fig 1)

Tenemos que para realizar el filtro hace falta hacer dos circuitos sintonizados. Estos se pueden fabricar con la ayuda del inductámetro (ver Saber Electrónica Nº 186) y constan de una bobina enrollada en un material que puede ser  preferiblemente un toroide  (pero no los que se encuentran en fuentes de computadora) que debe ser específico para radiofrecuencia (tipo T 50 -2) o si no puede fabricarse con trozos de varilla de ferrite. En este último caso cortamos un trozo de varilla de ferrite de antena de radio de aproximadamente unos 3 cm. Buscamos entonces alambre de transformador fino, preferiblemente de 0,30 a 0,50 mm² de sección. Arrollamos unas cuantas espiras y vamos tomando medidas con el inductámetro hasta llegar lo más cerca posible a los 8,7µHy. Una vez que sabemos cuántas espiras lleva hacemos el bobinado definitivo con una derivación a la cuarta parte del lado de masa (ver figura 2). Esta forma de fabricación sirve también para los toroides.

Para ajustar el filtro de entrada también utilizamos el inductámetro. ¿Recuerdan que tenía dos fichas, una que era la salida del oscilador y otra que era la entrada del medidor y una llave que estaba cerrada para medir una bobina pero que el abrirla quedaban los dos bloques separados? Bien, ahora lo utilizaremos de este modo, de acuerdo a la figura 3. Lo que haremos es colocar el oscilador en 3.630 KHz y tocar uno de los trimmers haciendo que la aguja deflexione lo más posible. Luego llevamos el oscilador a 3.710 KHz y repetimos el procedimiento con la otra bobina. Ahora tomamos la perilla de sintonía del oscilador y la desplazamos de un lado al otro, barriendo entre, digamos 2 y 5 MHz. Debemos retocar los trimmers hasta lograr que entre los 3,62 y los 3,73 MHz la aguja del medidor se mantenga lo más arriba posible. Recuerden que hay que ajustar con paciencia, dado que al ajustar un circuito sintonizado se desajusta levemente el otro.

El DBM (Double Balanced Mixer):

Para mezclar la señal del OFV (Oscilador de Frecuencia Variable) con la señal de la Frecuencia Intermedia, tanto en recepción como en transmisión, utilizamos el popular anillo de diodos, o mezclador doble balanceado, que presenta la particularidad de ser reversible, con lo que eliminamos complejos circuitos de conmutación y de eliminar las frecuencias de entrada, tanto del OFV como de la FI, dejando solamente la suma y la resta de ambas, seleccionando la que deseamos con el filtro paso banda.

Este dispositivo se arma con dos toroides,  en el modelo original se trata de balunes binoculares de entrada de sintonizador de TV, pero se puede utilizar cualquiera de radiofrecuencia, tipo T50-2, T68-2 o como en el filtro de entrada, dos pedacitos de varilla de ferrite.

El bobinado se realiza en uno con tres y en otro con cuatro alambres de transformador de 0,30 mm² de sección arrollados entre sí. Se cortan unos 30cm de esta trenza y se enrolla entre los agujeros del balun si es binocular o en el toroide o la varilla, según la figura 4. Recuerden respetar las fases, esto es los puntos donde empieza y donde termina el bobinado. Del mismo modo se prepara el transformador del detector de producto.

El modulador balanceado:

En los equipos de banda lateral única la portadora es suprimida, siendo el encargado de esta función el modulador balanceado, que es un anillo de diodos solidario a un preset de 500 ohms que dice CANCELACION DE PORTADORA. Pues bien, para calibrarlo hay que poner el equipo en transmisión y a la salida conectar una sonda como la de la figura 5 y regular este preset hasta que no haya ninguna salida en la antena. Con esto nos aseguramos que la portadora ha sido suprimida. 

El filtro de banda lateral y el oscilador de batido:

Recuerdan que para que pase una sola banda lateral había que utilizar un filtro paso de banda con la característica de ser muy estrecho, en este caso deja pasar solamente la voz humana. Para lograr semejante agudeza se utiliza un filtro escalera de cristal de microprocesador, que junto a las capacidades adecuadas pueden lograr este propósito bastante aceptablemente. La calidad del transceptor depende de la calidad del filtro. Si desean que el filtro sea lo mejor posible deben comprar varios cristales y hacerlos oscilar, utilizando para el filtro los que tengan la frecuencia de oscilación más parecida entre sí, pero, por experiencia, si compran los cristales todos juntos, de la misma marca y de la misma partida no creo que tengan ningún problema, pues tienen una tolerancia muy pequeña.

Otro punto a tener en cuenta es la calibración del oscilador de batido, o de reinyección de portadora. Como vamos a trabajar en la banda lateral inferior, el oscilador debe estar por encima de la frecuencia de corte del filtro, para que éste deje pasar las frecuencias que están por debajo (o sea la BLI), la figura 6 nos da detalles de este proceso.

Para calibrar este oscilador es necesario tener un amigo (un radioclub u otro radioaficionado con tiempo y paciencia) que posea un equipo de radio, preferiblemente sintetizado. Tenemos que colocar el oscilador en 8.000.600cs para empezar a calibrar (pueden usar el frecuencímetro digital de Saber Electrónica Nº 184). Lo que haremos es pedirle al amigo que hable y lo sintonizamos. Luego hablamos nosotros y le preguntamos si está en batido cero (esto es que se escuche bien). Debemos retocar la sintonía del oscilador de frecuencia de batido (con el trimmer que está al lado del cristal) hasta que transmita y reciba en la misma frecuencia. Con esto tenemos calibrado el equipo. Si los equipos están uno al lado del otro la cosa es mucho más fácil, sino se puede hacer un enlace por VHF para escuchar cómo salimos del otro lado.

Un detalle a tener en cuenta:

En un par de equipos hemos descubierto que el audio salía sucio y distorsionado. Investigando la causa descubrimos que saturaba la etapa amplificadora que viene inmediatamente después del filtro de audio (ver figura 7) y lo solucionamos aumentando el valor del resistor de realimentación del emisor, llevándolo de 22 a 100 ohms en un caso y a 220 ohms en el otro. Esto se debe a la diferencia de ganancia que pueden tener los transistores que usamos.

¡Manos a la obra!

Algunos amigos a los que les he presentado el equipo en sociedad me han dicho “es muy difícil”, y es cierto, en la época en que todas las plaquetas se compran armadas pareciera que armar un equipito sencillo y elemental como éste es una labor faraónica. Pero no es así, ¿adónde están los electrónicos sino? ¿Cómo aprendemos si tenemos todo servido? Otros cuantos se han entusiasmado y, pese a tener costosos equipos comerciales han disfrutado del montaje y puesta a punto de este diseño, brindándoles la satisfacción de hacer radio con un transceptor hecho con sus manos.

Estoy seguro que este proyecto avivará el fuego que muchos “viejos radioaficionados” creían tener apagado y que armarán o ayudarán a armar a los más nuevos aportando sus valiosas experiencias. Les deseo lo mejor y cualquier consulta visiten el sitio http://www.amsat.org.ar/lu3dy.

ETAPA DE POTENCIA DE 10 WATTS PARA TRANSCEPTOR BLU 80M “3DY”    

En un número anterior presenté la “placa madre” del transceptor de Banda Lateral Unica para la banda de 80 metros (3,5 MHz) para radioaficionados novicios que quieran hacer radio con un equipo fabricado por ellos mismos o incluso algún colega experimentado que quiera entretenerse un rato soldando componentes.

En este número presento la etapa de salida correspondiente al “3DY” que, depende de los componentes utilizados y de la tensión de alimentación puede darnos 5 o 10 Watts de salida.

Muchos pensarán que es muy poco, pero con una buena antena dipolo y 5 Watts llego normalmente a unos 500Km. Y en días de buena propagación los supero con comodidad.

Este circuito les parecerá extraño, pero está pensado para evitar el uso de toroides, que son elementos difíciles de conseguir. Los dos que usa como choques de carga son comunes, sacados de una fuente de computadora en desuso.

Podemos ver que la señal entra a un transistor tipo BC 548 por medio de un preset que sirve para regular la ganancia de la etapa, es decir, para que pueda entregar toda su potencia sin autooscilaciones. Este transistor gana unos 10 dB y se acopla capacitivamente a un convertidor de impedancia formado con tres transistores, dos NPN y un PNP en una disposición que asemeja a la salida de un amplificador de audio. Como vemos, en la entrada tenemos alta impedancia y la salida (los emisores de los transistores) presenta una impedancia muy baja, necesaria para excitar la base del transistor BD 139.

Este es el transistor excitador (o driver) y como vemos, tiene una pequeña polarización en su base, con un diodo 1N4007 tocando el disipador, pues necesita contacto térmico para mantener constante la corriente de reposo (si el calor aumenta, la caída de tensión del diodo disminuye, por lo tanto baja la polarización y la corriente en el transistor decrece). El transistor debe estar polarizado, dado que la salida debe ser lineal, de lo contrario distorsionaría, como un amplificador de audio sin corriente de reposo.

En el colector de este driver tenemos una red adaptadora con un capacitor de .001uF a masa y una inductancia de 1,8 uHy que adapta la impedancia del colector del BD 139 a una resistencia de 100 ohms 2 Watts, entregando sobre la misma una potencia de 0,75 W. Esta resistencia se coloca para que el FET de salida vea una baja impedancia, de lo contrario autooscilaría con facilidad. El choque de radiofrecuencia marcado CHRF es un toroide común de fuente conmutada bobinado en toda su circunferencia con alambre esmaltado de 0,70mm².

La potencia obtenida sobre la resistencia de 100 ohm 2 W entra al gate del  FET de salida, que en el caso de alimentar la plaqueta con 12V se deberá usar un IRF 520, entregando 5 W y si alimentamos la salida con 24V utilizaremos un IRF 540, entregando en este caso 10 W. La señal ingresa por un preset, que regula la excitación del FET. Este es polarizado por medio de otro preset, dado que como el caso del driver, debe trabajar linealmente, para evitar distorsiones.

El Drain del FET se conecta a una red adaptadora formada por una serie de inductancias y capacidades que hacen que la impedancia del drain (unos 7 u 8 ohm) se adapten a los 50 ohm de la antena y de paso se obtenga una buena atenuación de las frecuencias armónicas.         

Ajuste y calibración:

Comenzamos girando todos los preset en sentido contrario a la agujas del reloj (al mínimo) y conectamos un amperímetro en serie a la alimentación de los transistores de salida. Deberemos girar lentamente el preset de 10K hasta que obtengamos una lectura de 10mA.

Recuerden conectar a la salida una carga de 50 ohms (se puede hacer con dos resistencias de 100 ohm 2W o cuatro resistencias de 220 ohm 2 Watt en paralelo).

Conectamos un oscilador (puede ser el del medidor de inductancias descrito en el Nº 186) sintonizado en 3,68MHz en la entrada y abrimos un poco el preset de 500 ohm de entrada. La corriente debe aumentar, típicamente hasta 1,5 o 2 Amper.   Giramos ahora el preset de 100 ohm en el gate del FET hasta que la corriente sea máxima.

Conectemos ahora la etapa de salida a la placa madre del transceptor. Retocaremos el preset de entrada a máxima salida hablando ante el micrófono. Cuando dejamos de hablar la corriente debe disminuír  a casi 10 o 20 mA. Si queda “colgada”  entre 500 a 700 mA es que el FET está oscilando. Hay que retocar el preset de 100 ohm del gate hasta que deje de hacerlo. Si persiste aún con el preset al mínimo hay que disminuír la entrada con el preset de 500 ohm. Recuerden que estos dos preset interactúan entre sí, por lo que aconsejo un poco de paciencia.

Con respecto a los FET de salida recomiendo no reemplazarlos, pues si uso un IRF 520 con 24V oscilaría permanentemente y si uso un IRF 540 con 12V no daría más de 2 Watt.

Recuerden blindar la etapa de salida cuando armen el equipo. Esta no debe “ver” la placa madre, y mucho menos el OFV, de lo contrario interaccionarían y tendríamos una salida distorsionada y modulada en frecuencia.