El Electrón es divertido: Una práctica emisora de bolsillo – 2ª parte

<– Viene de la primera parte 

En la primera parte de este artículo has conocido algunas características interesantes de unos componentes peculiares, la bobina y el condensador, que van a ser la base para la construcción de nuestra pequeña emisora. Ahora, toca la parte teórico-práctica, así que nos vamos a sumergir en el esquema electrónico de nuestro circuito.

Lista de material necesario

T1 = Transistor tipo 2N2222, o también 2N2219
R1 y R2 = Resistencias de 10.000 ohmios (10 K), 1/4 de vatio.
R3 = Resistencia de 100 ohmios, 1/4 vatio.
C1 = Condensador electrolítico de 5 microfaradios y 25 voltios.
C2 y C3 = Condensadores de 470 picofaradios (cualquier material).
C4 = Condensador de 3 picofaradios (disco o cualquier otro material).
P1 = Potenciómetro o resistencia ajustable de 25 Kilohmios, logarítmico.
1 Trozo de hilo rígido de 1 mm de sección para construir la bobina
1 Soporte plástico de bobina de 8 mm de diámetro con núcleo de ferrita.
1 Placa Uniprint para el montaje de los componentes.
1 Caja de aluminio de unos 4x8x8 cm.
1 Conector RCA para la toma de señal de audio del aparato de video.
1 Antena helicoidal de 10 cm., o en su defecto un cable rígido aislado.
1 Alimentador de corriente o una pila de 9 voltios.
1 Trimador para ajustar el núcleo de la bobina.
Suficiente cable de montaje en colores rojo y negro.
Estaño y soldador de 25 vatios máximo.
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El circuito del esquema es un típico oscilador denominado Colpitts, pero en este caso ligeramente modificado. Como se puede observar, el circuito se alimenta a través de las conexiones marcadas con los signos más (+) y menos (-). La tensión de alimentación es amplísima, pues este aparato puede trabajar con cualquier voltaje entre 9 y 25 voltios (en realidad, yo lo probé hasta con 4,5 voltios y seguía funcionando perfectamente), así que no tendrás problema en encontrar alimentador para él.

Aunque el esquema parece muy simple, y de hecho lo es, tengo que decirte que si el aparato está bien sintonizado, con una caja bien aislada, y la antena correctamente ajustada, te sorprenderá recibir la señal de esta miniemisora en campo abierto a varios kilómetros de distancia. Lo afirmo, porque lo he comprobado por mi mismo: dejé mi emisora funcionando con un canal cualquiera de televisión, y me alejé con el coche y la radio sintonizada en aproximadamente 106 Mhz. (donde no había emitiendo ninguna emisora de radio); a 3 km. en línea recta seguía recibiendo la señal con toda claridad.

Sobre la marcha, voy a explicar qué función realiza cada componente del circuito, y a la vez los datos necesarios para su identificación y adquisición en la tienda de electrónica:

En el esquema podemos identificar nuestro famoso circuito tanque, que está compuesto por la bobina B1 y el condensador variable C5. Antes de seguir, he de aclarar que en nuestro esquema final vamos a usar el condensador C5, pero podríamos prescindir de él si utilizamos una bobina variable, o sea que tenga soporte con núcleo de ferrita, con lo cual podríamos variar la frecuencia ampliamente sin necesidad de contar con un condensador para variar la capacidad. En la práctica, la ausencia del condensador es suplida por el transistor, que puede hacer sus mismas funciones, siguiendo sin ningún problema las cargas y descargas de la bobina a frecuencias incluso superiores a 200 Mhz.

La bobina de sintonía B1 hay que construirla, pero no tiene ninguna ciencia. Se trata simplemente de bobinar unas pocas vueltas de hilo esmaltado de 1 mm. de sección sobre un soporte. Lo más seguro es que no lo vendan por metros, y tengas que comprar un pequeño carrete, aunque al final sólo utilizarás unos centímetros. Yo tengo mis trucos para ahorrar, y te aconsejo que hagas lo mismo: te diriges a una casa de electricidad y compras cable eléctrico rígido de 1 mm, que lo venden por metros; lo  despojas del plástico y ya tienes un flamante hilo de bobina; es cierto que no está barnizado, pero en nuestro caso no tiene importancia, ya que las espiras o vueltas de hilo van a ir separadas entre si, y por tanto no se producirán cortos entre ellas.

Nuestra emisora puede montar una bobina al aire o una variable; si quieres que sea variable necesitarás comprar un soporte de plástico de 8 mm de diámetro con núcleo de ferrita. Para empezar, probaremos bobinando 4 espiras de hilo sobre el soporte, separándolas ligeramente unos 2 ó 3 mm. Más adelante, tendrás que hacer pruebas, juntando o separando las espiras hasta conseguir que el oscilador cubra la banda de frecuencias de FM que nos interesa.

La variación de la inductancia de la bobina se consigue introduciendo el núcleo de ferrita más o menos en el interior del soporte, mediante un pequeño destornillador llamado «trimador» que tendrás que adquirir también en el comercio de electrónica.

El circuito tanque o resonante B1-C5 (o la bobina B1 por sí sola) serían el corazón de la emisora, pero el transistor T1 sería el marcapasos de ese corazón, o sea, el que le dará el empujón adecuado cuando comience a debilitarse cada latido.

T1 es un transistor tipo 2N2222, también sirve uno de tipo 2N2219 o equivalente.

Para identificar los terminales, tienes que tomar el transistor por su capuchón con dos dedos y colocarlo con las patillas mirando hacia ti, de manera que el triángulo que forman las tres patillas tenga su vértice hacia la izquierda. Así dispuesto, la patilla de la izquierda es la base, la de abajo es el emisor, y la de arriba el colector.

Pero, como todo aparato mecánico o electrónico, necesitará ser arrancado en algún momento, y esa función de arranque lo va a realizar el condensador C4.
Este condensador C4 es físicamente muy pequeño, y también de bajísima capacidad, pues sólo tiene un valor de 3 picofaradios, o lo que es lo mismo, 3 x 10 elevado a -12 ceros (0,000000000003 faradios). Pero sin él, el circuito no funciona, pues es el «arrancador», el que lo pone a oscilar, el que provoca la reacción del transistor. Su función es la de obtener una pequeñísima cantidad de corriente del circuito tanque o la bobina, e inyectarla al transistor para que éste lo «realimente» de nuevo.

Este condensador, al ser tan pequeño y frágil, hay que tener cuidado cuando se vaya a montar, pues podría dañarse al abrir las patillas. Su material y forma no es crítico, y puede ser de cualquier tipo, por ejemplo de disco.

Las resistencias R1 y R2, que son del mismo valor (10.000 ohmios, o 10 Kohmios), tienen una función de polarización del transistor T1. Lo que hacen es dividir la tensión de la fuente a partes iguales (ya que ambas resistencias son iguales), con objeto de aplicar la mitad de esa tensión en la base del transistor T1. Así, sea cual sea el valor de la fuente, en la base siempre habrá la mitad de la tensión como polarización; si la fuente fuese de 12 voltios, en la base habría siempre 6 voltios.
Por su baja disipación de potencia, estas resistencias se pueden adquirir de 1/4 de vatio.

El valor de una resistencia se puede leer a simple vista sin necesidad de polímetro, observando los colores que tienen dibujados sobre el cuerpo. Mirando de izquierda a derecha, el primer y segundo valor son las unidades y decenas, el tercer valor el multiplicador, y el cuarto la tolerancia (5% o 10%).

Dos resistencias de 10.000 ohmios, una de 1/2 vatio y la otra de 1/4 de vatio.

Los colores para identificar resistencias son los siguientes: 1-marrón, 2-rojo, 3-naranja, 4-amarillo, 5-verde, 6-azul, 7-violeta, 8-gris, 9-blanco. Para la tolerancia son 5% dorado y 10% plateado.

Así, en el caso de estas resistencias de 10.000 ohmios, tendrían dibujados los colores: Marrón (1), negro (0) y naranja como multiplicador x 3 (000). El cuarto color (dorado) indica que tendrían una tolerancia máxima del 5%, es decir, que dentro del circuito y en funcionamiento, las diferencias de valor arriba o abajo de las marcadas no deberían variará más allá de +/- 500 ohmios.

La resistencia R3, que está situada en el emisor del transistor T1, tiene como función reducir y estabilizar la corriente que debe circular por él. Si no existiese esa resistencia, el transistor se quemaría, ya que toda la tensión de la fuente caería en la resistencia interna de la unión del transistor, creando una alta corriente que lo achicharraría a la primera ocasión en que cerrásemos el circuito. Aún así, tanto el transistor como la resistencia R3 alcanzarán una temperatura, que puede ser apreciada si los tocamos con los dedos. En este sentido, si vamos a utilizar tensiones de alimentación superiores a 12 voltios, sería aconsejable dotar al transistor con un disipador de calor.

Los condensadores C2 y C3, que también son del mismo valor, tienen una función de desacoplo de la radiofrecuencia. Me explico: cuando el circuito comienza a oscilar, a través de él se desplazan unas corrientes alternas que podrían entrar a través de la base del transistor, y afectar al funcionamiento del todo el conjunto. Lo que hacen estos condensadores es «filtrar» esas corrientes para que no pasen al transistor, y en cierto modo también estabilizarlo.

Estos condensadores son 470 picofaradios, pero si no los encontrases del valor exacto, no resulta crítico utilizar otros con +/- 100 picofaradios arriba o abajo. El tipo de condensador tampoco es crítico, y puede ser de disco, cerámico, poliéster, etc. (los de disco son más baratos).

Prácticamente, el circuito oscilador ya está visto, pues si ahora conectásemos la alimentación comenzaría a oscilar en la frecuencia en que resuena el circuito tanque formado por B1-C5. Pero, esa oscilación produciría una señal sin modular, es decir, si estuviese emitiendo en la frecuencia de 100 Mhz, lo único que escucharíamos al pasar el dial del receptor por ese punto es el silencio absoluto, ya que el soplido o ruido típico de fondo de la FM desaparecería al sintonizar la frecuencia en que emite el oscilador.

Por tanto, necesitamos modular el oscilador, es decir, insertarle una información para que pueda ser escuchada en el receptor de radio. Los demás componentes que nos quedan por ver, pertenecen precisamente a la parte de audio del circuito; son el condensador C1 y el potenciómetro P1.

El condensador C1 de 5 microfaradios, es electrolítico, y eso quiere decir que está polarizado. Por tanto, cuando lo vayamos a montar hay que fijarse en que la patilla marcada con el signo más (+) lo conectamos en el sentido correcto, es decir, la parte positiva hacia la base del transistor, y la parte negativa hacia el brazo giratorio del potenciómetro. La función del condensador es acoplar la señal de audio que llega del potenciómetro a la base del transistor, permitiendo que pasen las corrientes alternas de audio, pero no las continuas. De esta forma, el circuito del transistor queda aislado de cualquier corriente continua que pudiese llegar de alguna fuente externa.

Este condensador debe adquirirse para una tensión mínima de 25 voltios. Puede ser de voltaje superior a 25 voltios, pero no inferior, porque si llegásemos a utilizar el oscilador con un voltaje de ese valor, y el condensador fuese por ejemplo de 10 voltios, sencillamente estallaría. Cuanto más alto sea el voltaje de un condensador electrolítico, más voluminoso es y también más caro, por tanto es mejor comprar uno de valor superior lo más cercano posible a 25 voltios. Estos condensadores se pueden adquirir de tipo radial o axial; el radial es para montarlo de pie sobre la placa, y el axial para montarlo acostado; teniendo en cuenta que se va a utilizar una placa Uniprint para el montaje, yo te aconsejo que lo compres de tipo axial.

Por su parte, el potenciómetro R1, no es más que una resistencia variable, como cualquier otra de las que utilizas normalmente para subir o bajar el volumen de un aparato de música, radio, etc. Lo ideal para nuestro circuito, es que se trate de una resistencia ajustable, es decir, que pueda montarse en el circuito y mediante un agujero en la chapa, acceder a él externamente con un destornillador y ajustarlo a su nivel definitivo. Mientras que el potenciómetro es más bien para colocar sobre un panel con un botón de mando.

Su valor es de 25 Kilohmios, y logarítmico (todos los potenciómetros para audio son logarítmicos, mientras que los de ajuste de corriente son lineales).

Este potenciómetro, o resistencia ajustable, nos permitirá fijar el nivel de señal de audio (voz) que entra en la base del transistor. Esa señal «modulará» el oscilador, es decir, mezclará el voltaje de audio (de la voz, música o cualquier otro sonido que inyectemos) con la frecuencia del oscilador, creando un «estiramiento» o «acortamiento» de las ondas de frecuencia que emite por la antena. En definitiva, lo que hace es generar una modulación de la frecuencia, lo que es popularmente conocido como «frecuencia modulada» o FM.

En este gráfico, una señal de modulación cuadrada (por ejemplo unos pitidos emitidos a intervalos), es mezclada con la frecuencia fija del oscilador. La resultante es una variación de la frecuencia acorde con la señal de modulación.

Otros componentes y utensilios que necesitamos para el montaje

Placa Stripboard (antes conocida como Uniprint): Es una placa de baquelita, o fibra de vidrio, que ya lleva las pistas de cobre y los agujeros hechos, con lo cual nos ahorramos mucho trabajo de diseño, e incluso la utilización de insoladoras de placas fotosensibles, ácidos y otros productos químicos para su elaboración.

Ejemplo de una placa uniprint, antes y después de insertar los componentes, vista por el lado del cobre, y después al trasluz.

Los hay de muchos tamaños y formas; se puede comprar una grande y cortarla a medida. Hay que hacer un diseño del circuito sobre la placa (que veremos en la 3ª parte de este artículo), teniendo en cuenta que los componentes encajen bien en los agujeros y no se estorben entre ellos, y cortar las pistas con una pequeña lima en aquellos puntos en que el circuito deba quedar interrumpido.

Conector RCA: Se necesita para conectar la entrada de audio del oscilador a la salida de audio del aparato de video (en la imagen de abajo se ve la caja de la emisora asomando un cable con un conector RCA de color rojo). La mayoría de aparatos de video llevan detrás este tipo de conectores, aunque incorporen también el euroconector. Si la fuente de audio que le vas a introducir a la emisora no proviene de un video, entonces deberás adquirir aquel conector que se adapte al tipo de fuente. Por ejemplo, si se trata de un micrófono, podrías utilizar un miniconector para audio de auriculares.

Alimentador: Para la alimentación se necesita una fuente de corriente continua (vale cualquier alimentador que suministre de entre 9 y 25 voltios). Yo recurrí a otro método: abrí el video y saqué una toma de alimentación desde un punto que me suministraba un voltaje de unos 10-12 voltios, lo apliqué al oscilador y al encender el video se encendía también la emisora; le coloqué también un diodo LED como indicador luminoso, y así saber cuando la emisora estaba encendida (con el mando a distancia podía apagar el video y la emisora a la vez).

Trimador: Se trata de un pequeño destornillador especial (con el cuerpo todo de plástico o baquelita, o con una pequeña plaquita metálica en la punta), que se compra en las casas de electrónica, y que sirve para ajustar los núcleos de las bobinas, o los pequeños condensadores variables (los llamados trimers, de ahí el nombre de trimador). Es importante comprar este utensilio, ya que no sirve cualquier destornillador aunque sea miniatura, pues su cuerpo metálico influiría en la bobina, y sería absolutamente imposible ajustar la sintonía.

Caja de montaje de aluminio: Todos los componentes se pueden meter en una caja bastante pequeña, de tan solo 4x8x8 cm., o incluso menor, pero tiene que ser metálica forzosamente (no sirven las cajas de plástico), pues el circuito debe estar totalmente aislado de factores externos, que alterarían la frecuencia de emisión. Después, se puede practicar un agujero en la chapa, justo encima del núcleo de la bobina, para variar la frecuencia desde el exterior con la caja ya cerrada.

En la imagen se puede ver la caja de la emisora, y asomando por detrás los cables alimentación y de audio (RCA). La antena está aprovechada de un viejo walkie-talkie, pero valdría un simple cable rígido de 10 ó 15 cm. En la parte superior hay dos agujeros, uno para acceder a la resistencia variable que regula el nivel de audio de entrada, y otro para ajustar el núcleo de la bobina de sintonía.

Otros: También es necesario adquirir suficiente cable de montaje, rojo y negro. Disponer de estaño y un soldador de 25 vatios máximo.

En la tercera parte de este artículo veremos el diseño del circuito impreso, cómo montar los componentes y el ajuste final del aparato.

Continúa en la 3ª parte (pincha en el enlace de abajo para acceder)