Sesión 16

En la sesión anterior, se estudió un circuito para evitar la degradación por efecto carga con muchas posibilidades, únicamente utilizaba dos condensadores en serie:

Para comprender el funcionamiento de este circuito, se estudia un método para realizar transformaciones serie-paralelo y viceversa:

Aplicando la transformación paralelo-serie de C2 y Ro, se obtiene una rama donde C1, C2 y una nueva resistencia (que llamaremos Rs) están en serie, y por lo tanto C1 y C2 se pueden sustituir por uno sólo de capacidad: el producto de ambos dividido por la suma. La nueva rama tiene un condensador en serie con Rs, aplicando una conversión serie-paralelo llegamos al siguiente resultado:

Como se puede observar en el dibujo anterior, en el circuito equivalente el condensador del filtro estará formado por la combinación de valores de C1 y C2 y la resistencia de carga (vista desde el filtro) estará multiplicada por un factor cuadrático, que también dependerá de los valores de C1 y C2.

La respuesta en frecuencia de los filtros paso-banda comentados, consiste típicamente en una curva con un pico en la frecuencia de resonancia y con un determinado ancho de banda. Cuando se quiere tener una respuesta más parecida a un filtro ideal (respuesta plana en todo el ancho de banda) se utiliza el acoplamiento inter-etapas, que consiste en concatenar diferentes filtros (típicamente 3) con frecuencias consecutivas. Este tipo de circuito es fácil de identificar en un receptor ya que habitualmente se implementa con tres tanques que suelen estar agrupados en la placa.

Una tercera alternativa para evitar la degradación por efecto carga, consiste en utilizar un autotransformador. Se trata de una solución parecida a la del transformador, con la diferencia de que, en lugar de un segundo devanado sobre el núcleo de la bobina, se realiza una toma intermedia en ésta. La relación de transformación se crea a partir del número de espiras entre los dos extremos de la bobina y la toma intermedia.

Todos los métodos vistos hasta el momento para evitar la degradación por efecto carga, permiten también adaptar la impedancia de entrada de un circuito, para así adecuarla a la línea y la antena que se les conecta.

Emisor de la radiobaliza.

El propósito de este nuevo bloque es el de construir la parte del emisor de una radiobaliza que funcionará a 27MHz, en el bloque siguiente se llevará a cabo la construcción del receptor.

Para construir una radiobaliza que transmita a 27MHz es imprescindible disponer de una señal de dicha frecuencia, es por ello que empezamos haciéndonos una pregunta transcendental: ¿Como se construye un oscilador de 27MHz?

Un primer planteamiento nos lleva a un circuito LC:

Idealmente este circuito se comporta como un oscilador de frecuencia 1/SQRT(LC), sin embargo la energia inicialmente almacenada en el condensador se disipará en la resistencia parásita de la bobina, por lo que la tensión de salida se anulará rápidamente.

Elaborando un poco más la idea del oscilador, nos planteamos un circuito con un generador sinusoidal, un amplificador y un filtro pasobanda sintonizado a la frecuencia del generador. Si la cadena amplificador+filtro tiene una ganancia que hace que la tensión de salida sea igual a la de entrada y que ambas señales estén en fase (condiciones de Barkhausen: ganancia = 1 y diferencia de fase = 0), entoces si se cambia el generador por una conexión entre salida y entrada, el funcionamiento del circuito no debería alterarse.

¿Que ocurre si la ganancia no es exactamente 1?

• K < 1 - La señal de salida se va atenuando cada vez más hasta anularse.
• K > 1 - La oscilación crece indefinidamente hasta saturar el circuito y entonces deja de ser senoidal.
  

Esta particularidad obliga a un ajuste preciso de la ganancia, lo cual complica en exceso la puesta en marcha del circuito. En la próxima sesión veremos como solucionaron este problema en su día los señores Hewlett y Packard.

Aun nos queda pendiente una cuestión:

¿Como hacer funcionar el oscilador sin un generador de arranque?.

Pues bien, la respuesta está en el ruido. En ausencia de entrada, un circuito amplificador presenta en su salida una señal débil de ancho de banda infinito, se trata del ruido térmico propio de los componentes que lo forman, dicho ruido es proporcional a la temperatura.

Si se filtra paso-banda el ruido, se obtiene únicamente la componente frecuencial de interés. Si el resultado del filtrado se realimenta a un amplificador de ganancia mayor que la del filtro, el resultado es una señal creciente que aumenta hasta saturar la salida del amplificador.

Al estar saturado, el contenido espectral de la salida del amplificador estará repleto de armónicos, sin embargo a la salida del filtro estas componentes no existirán, por lo que tendremos una señal sinusoidal bastante aceptable.

A continuación pasamos al laboratorio, donde se realiza la demostración del circuito que se acaba de describir. Se observa la dificultad en el ajuste de la ganancia y el aspecto de las señales antes y después del filtro.

Nota: Las imágenes mostradas en este post han sido extraídas de los apuntes de la asignatura Diseño de Radioreceptores.