© Libro N° 10906. ABC Del Joven Radiotécnico. Borisov, V. G. Emancipación. Febrero 18 de 2023
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Del Joven Radiotécnico. V. G. Borisov
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y Colección Biblioteca Emancipación: Guillermo Molina Miranda
LEAMOS SIN RESERVAS, ANALICEMOS
SIN PEREZA Y SOMETAMOS A CRÍTICA TODA LA CULTURA
V. G. Borisov
ABC Del Joven Radiotécnico
V. G. Borisov
CONTENIDO
Prólogo a la edición en español
Joven amigo
1. Orígenes de la radio
2. Primeros conocimientos acerca de la
radiotransmisión y la radio recepción
3. Tu primer receptor
4. ¿Cómo funciona el receptor?
5. Excursión a la electrotecnia
6. Dispositivos semiconductores
7. Primer receptor de transistores
8. Técnica de medición de primera necesidad
9. Tu taller
10. Fuentes de corriente
11. Amplificador de audiofrecuencia
12. Receptores de transistores de amplificación
directa
13. Del receptor de amplificación directa al
superheterodino
14. Conocimiento con la automática
15. Tu laboratorio de medidas
16. Multivibrador y su aplicación
17. Primer encuentro con los microcircuitos
integrales
18. Estereofonía
Conclusión
Prólogo a la edición en español
En nuestro país, es decir, en la Unión Soviética, se llama jóvenes
radioaficionados a la enorme multitud de muchachos y muchachas que se interesan
por los fundamentos de la radiotecnia y la electrónica, por la construcción de
diversos aparatos y dispositivos radiotécnicos y por las aplicaciones
deportivas de la radio. A ellos, alumnos de las escuelas de enseñanza media,
miembros de los numerosos clubs y circuitos de radio organizados en aquéllas,
en las Casas y Palacios de pioneros y escolares y en los centros de jóvenes
técnicos, se dedicó este libro.
Su primera edición vio la luz en 1951 e inmediatamente se hizo popular
entre niños y jóvenes. Durante los más de treinta años transcurridos desde
entonces el libro se ha ido renovando y reeditando hasta seis veces, siendo
siempre bien acogido por sus jóvenes lectores. En cada nueva reedición se han
tenido en cuenta las novedades de la radioelectrónica y de su base elemental en
desarrollo. En conjunto esta obra es la generalización de la experiencia
adquirida en los círculos y clubes de jóvenes radioaficionados, con los que el
autor, gran entusiasta del movimiento de radio-afición juvenil mantiene
permanente relación activa.
Esta edición, dedicada a los jóvenes de habla española ávidos de saber,
es la séptima de el “ABC del joven radiotécnico", en ella se ha conservado
la terminología, los símbolos gráficos convencionales, los nombres y los
parámetros de los elementos de la radio adoptados por la literatura
radiotécnica popular en la URSS. Esperamos que esto no alarme al lector, ya que
la técnica de diseño de los circuitos en que se basan las descripciones que se
dan aquí de los aparatos y dispositivos es internacional y, por lo tanto
comprensible en todos los rincones de nuestro planeta. En cuanto a los
instrumentos a semiconductores, resistores, condensadores y demás elementos de
amplia utilización recomendados son, en principio, iguales en todos los países
y, por consiguiente, intercambiables. En lo fundamental sólo difieren en la
forma, lo que prácticamente no influye en los resultados finales de la creación
de los radioaficionados. No obstante, la parte final del libro se consagra a
indicar las posibles sustituciones de dichos elementos.
Tanto la editorial “MIR” como el autor esperan que en vuestro país el
“ABC del joven radiotécnico” se haga tan popular como en el nuestro entre los
escolares amantes de la radio.
Joven amigo:
Mi libro sólo es un abecedario que te ayudará a dar los primeros pasos
hacia el conocimiento de la Gran radiotecnia y de su compañera de viaje, la
electrónica. Pero en este corto tramo de camino hacia el fin deseado te esperan
dificultades, que tendrás que vencer, y, cómo no, las alegrías de los éxitos.
Empezaré por darte a conocer algunos acontecimientos relacionados directamente
con la historia de la radio, construiré y ajustaré receptores sencillitos, que
nos servirán de ejemplo para comprender las verdades evidentes básicas de la
electro y radiotecnia.
No te desanimes si en esta etapa te sientes tan párvulo como cuando pisaste por
primera vez el umbral de tu escuela. Pronto empezarás a estudiar y construir
los instrumentos de medida sin los cuates es simplemente imposible asimilar
aparatos de radio más complicados.
Luego…
Bueno, mejor será que no nos adelantemos. Todo a su debido tiempo. Ahora
recuerda lo principal si quieres ser un radioaficionado de verdad, y no sólo de
palabra, acumula conocimientos, experiencia, y aprende a ser perseverante,
tenaz, en la persecución objetivos. No flaquees ante las dificultades. Sólo así
se abrirá a tu deseo de saber el amplio cauce de las maravillas de la
radiotecnia, irás sintiendo seguridad en tus fuerzas y ella te reportará la
satisfacción de poder crear.
Te deseo los mejores éxitos en este empeño.
Charla 1
Orígenes de la radio
Contenido:
§. Desde tiempos
remotos
§. Una ojeada al micromundo
§. Conductores, no conductores y semiconductores
§. Corriente eléctrica
§. Electricidad y magnetismo, ¿qué relación hay entre ellos?
§. La corriente alterna engendra ondas electromagnéticas
§. Nacimiento de la radio
* * * *
El invento de este medio de comunicación inalámbrico fue lógica
continuación y el desarrollo de la ciencia de la electricidad, cuyos orígenes
se pierden en la noche de los tiempos. Pero en esta primera charla no pienso
iniciarte en todos los descubrimientos, investigaciones y etapas de la
aplicación práctica de los fenómenos magnéticos y eléctricos que constituyen la
base de la radiotecnia. Eso sería demasiado largo e incluso aburrido para ti
ahora. Solo te voy a hablar de la más importante, a mi parecer, de esta
historia y de fenómenos principales de la naturaleza, sin cuyo conocimiento es
imposible que puedas valorar y comprender ni siquiera el más sencillo de los
aparatos radiotécnicos.
§. Desde tiempos remotos
El descubrimiento de los fenómenos eléctricos lo atribuye la leyenda a Tales de
Mileto, el más sabio de los pensadores de la antigua Grecia, que vivió hace más
de dos mil quinientos años.
Ya por aquellos años, en las cercanías de la antigua ciudad griega de
Magnesia, encontraba la gente a orillas del mar piedrecitas que atraían objetos
de hierro ligeros. Por el nombre del lugar en que se encontraban, a estas
piedrecitas las llamaban “magnetis” (de aquí la palabra magnetismo).
Tales, sin embargo, encontró otras piedrecitas no menos misteriosas,
bellas y livianas. Estas llamativas dádivas del mar no atraían, como la piedra
imán, pedacitos de hierro, pero poseían una propiedad no menos interesante: si
se frotaban con un trapo de lana atraían plumillas y trocitos pequeños de
madera o de yerba seca. Estas piedrecitas traídas por las mareas y las olas del
mar son las que ahora conocemos con el nombre de ámbar. Los antiguos griegos al
ámbar le llamaban élektron. De aquí, mas tarde, se derivó el
término electricidad.
Este interesante fenómeno de la naturaleza, llamado electrización de los
cuerpos por frotamiento, puedes observarlo sin tener que ir a la playa a buscar
trocitos de la resina petrificada de arboles fósiles que denominamos ámbar
Frota un peine de plástico con un trapo de lana y acércalo después a unos
pedacitos de papel delgado (Figura 1.a): éstos serán atraídos inmediatamente
por el peine electrizado y al cabo de cierto tiempo se separarán de él y caerán
sobre la mesa.
Figura 1. El peine electrizado atrae pelusas, cabellos y pedacitos de papel
(a); debajo del vidrio que se electriza, los trocitos de papel “bailan” (b)
Acerca el peine electrizado a tus cabellos y verás como también son
atraídos por él, hecho que a veces suele ir acompañado de desprendimiento de
chispas, verdaderos rayos extraordinariamente diminutos.
Haz otro experimento. Pon sobre dos cajas de cerillas un vidrio limpio
seco y debajo de él esos mismos trocitos de papel delgado. Frota con el trapo
de lana plegado la cara superior del vidrio (Figura 1b).Veras como empiezan a
saltar y bailar debajo de aquél, los pedacitos de papel. Aunque esto parezca un
truco no tiene nada de misterioso: el peine y el vidrio frotados con el trapo
de lana adquieren carga eléctrica y, en virtud de eso, de un modo semejante al
imán, atraen los trocitos de papel, pelitos, etc.
Pero ni los antiguos griegos ni otros pensadores y filósofos pudieron en
el transcurso de muchos siglos explicar esta propiedad del ámbar y del vidrio.
En el siglo XVII el científico alemán Otto Guericke consiguió hacer una máquina
eléctrica que hacía saltar de una esfera de azufre fundido, frotada, grandes
chispas cuyos “pinchazos” llegaban a producir dolor. No obstante, el secreto
del “fluido eléctrico”, como se llamaba entonces a este fenómeno eléctrico,
tampoco fue descubierto entonces.
A mediados del siglo XVII en Holanda unos científicos de la universidad
de Leyden hallaron el procedimiento de acumular las cargas eléctricas.
Figura 2. Botella de Leyden (condensador)
El condensador de electricidad o “botella de Leyden” era un recipiente
de vidrio a cuyas paredes se pegaban por fuera y por dentro hojas de papel de
plomo (Figura 2).
La botella de Leyden, con sus armaduras conectadas a una máquina
eléctrica, podía acumular y conservar durante mucho tiempo una cantidad de
electricidad bastante grande.
Sí sus armaduras se unían entre sí por medio de un trozo de alambre
grueso, en el punto de contacto saltaba una fuerte chispa y la carga eléctrica
acumulada desaparecía instantáneamente.
En cambio, si las armaduras del aparato cargado se unían con un alambre
delgado, éste se calentaba rápidamente, se inflamaba y se fundía. De esto sólo
podía sacarse una conclusión: por el alambre pasaba corriente eléctrica cuya
fuente era la botella de Leyden cargada eléctricamente.
Ahora a estos aparatos se les da el nombre de condensadores eléctricos y
a sus hojas metálicas planas, separadas entre sí, el de armaduras de los
condensadores.
Una fuente más moderna y, lo que es más importante, casi constante, de
corriente eléctrica es la inventada a finales del siglo XVIII por el físico
italiano Alessandro Volta. Entre unos discos no muy grandes de cobre y zinc
colocó un paño mojado en una solución ácida (Figura 3).
Mientras el paño conservaba la humedad entre los discos y la solución,
se producía una reacción química que creaba en el conductor, que unía los
discos, una débil corriente eléctrica.
Figura 3. Pila de Volta
Formando una batería de pares de discos se podía obtener una corriente
mucho mayor. Estas baterías se llamaron “pilas de Volta”. Con ellas dio
comienzo la electrotecnia.
En honor de Luigi Galvani, descubridor del fenómeno de la corriente
eléctrica, estas fuentes de corriente se llaman también elementos galvánicos, y
los elementos conectados en paralelo o en serie, baterías de elementos
galvánicos.
La práctica ha demostrado que existen dos clases de electricidad. Una de
ellas, correspondiente a la carga eléctrica de la lámina de cobre, se empezó a
considerar convencionalmente positiva, y la otra, correspondiente a la carga de
la lámina de zinc, negativa. De acuerdo con esto, la primera lámina comenzó a
llamarse polo positivo de la fuente de corriente y a designarse por “+” y la
segunda, polo negativo y a designarse por “-”, También convencionalmente se
empezó a suponer que la corriente va del polo positivo del elemento o balería
al negativo.
Aquí me veo obligado a adelantarme un poco para poder responder a una
pregunta que quizá ya te hayas hecho: ¿qué es la corriente eléctrica?
§. Una ojeada al micromundo
La corriente eléctrica es el movimiento ordenado de las cargas eléctricas. Para
comprender este fenómeno de la naturaleza tendremos que penetrar mentalmente en
el micro-mundo de la substancia.
Se llama substancia o materia todo aquello de que están formados todos
los objetos o cuerpos que existen en la naturaleza: sólidos, líquidos y
gaseosos. Éstos están constituidos por átomos. Los átomos son
extraordinariamente pequeños. El milímetro, como unidad de longitud, no sirve
para medirlos: es demasiado grande. Tampoco sirven para estas mediciones la
micra, o milésima parte del milímetro, ni la milimicra, milésima parte de la
micra. Sólo es utilizable la décima de milimicra. Los diámetros de los átomos
de las distintas substancias miden de 0,1 a 0,4 nm (0,1 nm =10-10 m).
En otras palabras, en un segmento cuya longitud sea de 1 cm pueden caber
libremente, de 25 a 100 millones de átomos.
En tiempos pasados se supuso que el átomo era la partícula más pequeña,
indivisible, de la substancia. La palabra “átomo” significa en griego
“indivisible”. Pero más tarde descubrieron los científicos que el átomo está
formado por partículas más pequeñas. En el centro del átomo de toda substancia
hay un núcleo cuyas dimensiones son aproximadamente 100 mil veces menores que
las del propio átomo. Después se supo que el núcleo también está constituido
por partículas aún menores, llamadas protones y neutrones. En la actualidad los
científicos han aprendido a destruir o, mejor dicho, desintegrar los núcleos de
los átomos y obtener la enorme energía que ellos encierran, la energía atómica.
En las centrales nucleoeléctricas esta energía se transforma en energía de la
corriente eléctrica. La energía atómica se utiliza también para mover buques,
por ejemplo, rompehielos y submarinos.
El átomo se puede representar como un mundo de partículas microscópicas
que giran alrededor de su eje y una en torno a otra. En el centro de este
micromundo se encuentra el denso y pesado núcleo, alrededor del cual giran
partículas muchísimo menores que él, llamadas electrones. Los electrones forman
la envoltura del átomo.
¿Qué tamaño tienen los electrones? Extraordinariamente pequeño. Si la
cabeza de un alfiler se agrandara mentalmente hasta tener las dimensiones de la
Tierra, cada átomo del metal de que está hecho el alfiler tendría las
dimensiones de una esfera de 1 m de diámetro. En el centro de este átomo tan
fantásticamente aumentado, veríamos su núcleo, una esferita del tamaño de un
punto de imprenta, y alrededor de él girarían unas partículas apenas
perceptibles, los electrones.
Si quieres saber el tamaño de un electrón, divide el número 3 por la
unidad seguida de 12 ceros. Obtendrás el diámetro aproximado del electrón,
expresado en milímetros.
Los electrones suele decirse que son “partículas”. Pero esto no debe
entenderse en el sentido de que el electrón sea una especie de bolita o
esferita sólida. De acuerdo con las ideas modernas, los electrones pueden
compararse con nubes que rodean el núcleo del átomo y que giran en torno a él.
El electrón está como “difuminado” en la envoltura del átomo. No obstante, para
hacer más clara la explicación de los fenómenos físicos de la naturaleza, los
electrones suelen representarse convencional o simbólicamente en las figuras en
forma de esferitas que giran alrededor del núcleo del átomo lo mismo que los
satélites artificiales de la Tierra giran en torno a ésta.
Figura 4. Estructura esquemática del átomo de hidrógeno (a), helio (b) y
oxigeno (c). Las órbitas de los electrones se han representado en un plano.
Nosotros nos atendremos a esta representación.
En el átomo de cada elemento químico el número de electrones está
rigurosamente determinado, pero no es igual para elementos químicos diferentes.
La estructura más simple es la del átomo del gas hidrógeno, cuya
envoltura sólo tiene un electrón (Figura 4.a). La envoltura del átomo de helio
(con este gas se llenan los tubos de los anuncios luminosos que emiten luz
roja) tiene dos electrones (Figura 4.b). Los átomos de los otros elementos
químicos tienen más electrones y sus envolturas son de varías capas. El átomo
de oxígeno, por ejemplo, tiene ocho electrones situados en dos capas: en la
primera capa, interna, más próxima al núcleo, se mueven dos electrones, y en la
segunda, exterior, seis (Figura 4.c) Cada átomo de hierro tiene 26 electrones y
cada átomo de cobre, 29. Un los átomos de hierro y de cobre las envolturas
electrónicas son de cuatro capas: la primera tiene dos electrones, la segunda y
la tercera, ocho cada una, y todos los demás electrones se encuentran en la
capa exterior, es decir, en la cuarta.
Los electrones que están en la capa exterior de la envoltura se llaman
electrones de valencia. Acuérdate: de valencia. De estos
electrones hablaremos más de una vez sobre todo al tratar de los
semiconductores.
El número de electrones que hay en los átomos de las distintas
substancias puedes saberlo consultando la tabla (sistema periódico) de los
elementos químicos construida por el gran científico ruso Dmitri Mendeléiev.
Esta tabla la hay en los gabinetes de física y química de todas las escuelas.
Por ahora conviene recordar que el número de protones del núcleo atómico es
siempre igual al número de electrones que debe haber en la envoltura
electrónica del átomo de la substancia dada. Cada protón del núcleo atómico es
portador de carga eléctrica positiva (+), y cada electrón de la envoltura del
átomo, portador de una carga negativa (-) igual a la carga del protón. Los
neutrones que entran en la composición del núcleo atómico no portan carga
alguna.
Tú, como es natural, te habrás entretenido alguna vez con imán en
herradura. El fenómeno de la atracción por él de los objetos de hierro sólo
puede explicarse por la existencia de un campo magnético invisible que penetra
el espacio que rodea sus polos. En virtud de este campo se puede conseguir, por
ejemplo, que un clavo se mantenga vertical sobre la mesa sin tocarlo con el
imán. ¿Y si probáramos a juntar dos imanes por sus polos de un mismo signo? ¡Se
repelerán! ¿Y si los juntamos por los polos de signos opuestos? En este caso
los polos de los imanes se pegarán uno a otro. De un modo semejante se
comportan las cargas eléctricas: las cargas de igual signo se repelen y las de
signos contrarios se atraen.
Si los electrones tienen carga de signo contrario a la carga de los
protones, entre ellos actúan constantemente en el átomo fuerzas eléctricas que
mantienen los electrones junto a su núcleo.
“¿Y por qué los electrones no caen en el núcleo?” me preguntarás. Porque
giran alrededor de él con una velocidad enorme. La Luna tampoco cae sobre la
Tierra, a pesar de que ésta atrae a su eterno satélite.
En el átomo la suma de las cargas negativas de todos los electrones es
igual a la suma de las cargas positivas de todos los protones, por eso
exteriormente el átomo no pone de manifiesto propiedades eléctricas algunas. De
este átomo se dice que es eléctricamente neutro. Esta propiedad intraatómica
puede compararse con el fenómeno siguiente: si en los dos platillos de una
balanza se pone igual número de monedas del mismo valor, la balanza estará en
equilibrio. Los electrones de valencia, que son los que están más lejos del
núcleo, son retenidos por éste con menos fuerza que los más próximos a él. Por
la acción de algunas influencias exteriores, por ejemplo, calentamiento,
frotamiento o incidencia de luz, los electrones de valencia de ciertas
substancias pueden abandonar sus átomos e incluso los límites de los cuerpos en
que se encuentran. Estos electrones que han abandonado sus átomos se
llaman libres.
¿Y qué ocurre con el átomo que ha perdido uno o varios electrones? Su
equilibrio eléctrico interno se altera. En el átomo empieza a predominar la
carga positiva del núcleo y el átomo en conjunto se hace positivo. Este átomo
recibe el nombre de ion positivo. En estas condiciones, él,
como un imán, tiende a atraer hacia sí los electrones libres más próximos o a
“arrancarlos” de los átomos vecinos para llenar los huecos y volver a ser
eléctricamente neutro. ¿Y si en la envoltura electrónica del átomo aparece un
electrón de más? Este átomo pondrá de manifiesto las propiedades de la carga
negativa. Será, pues, un ion negativo. En la primera
oportunidad que tenga expulsará al electrón excedente y de nuevo se convertirá
en eléctricamente neutro.
Los átomos “parientes” o los de elementos químicos distintos, al
juntarse, forman moléculas. El hidrógeno, por ejemplo, está formado de
ordinario por moléculas, en cada una de las cuales entran dos átomos de
hidrógeno. En este caso las envolturas electrónicas de ambos átomos se
confunden (Figura 5). En esta molécula los dos electrones se mueven alrededor
de dos núcleos atómicos. Aquí es ya imposible distinguir cuál de los electrones
pertenece a cada átomo. Si dos átomos de hidrógeno se, unen con un átomo de
oxigeno se obtiene una molécula de agua. Todos los cuerpos se construyen sobre
la base de las moléculas. El papel en que está impreso este libro, por ejemplo,
está “tejido” de moléculas de celulosa, en las cuales entran átomos de
hidrógeno, de oxigeno y de carbono.
La molécula, como el átomo, es eléctricamente neutra si en ella el
número total de electrones es igual al número total de protones que hay en sus
núcleos atómicos.
Figura 5. Cuando dos átomos de hidrógeno se unen en una molécula, sus
envolturas electrónicas se confunden
Si el número de electrones que hay en la molécula es menor que el de
protones, la molécula será portadora de carga positiva, y si es mayor que el de
protones, su carga será negativa. Si por un procedimiento cualquiera parte de
los electrones de los átomos o moléculas de un cuerpo se traslada a otro,
alrededor de dichos cuerpos y en el espacio entre ellos surgen fuerzas
eléctricas o, como suele decirse, se crea un campo eléctrico.
Ahí tienes la explicación del “secreto” del peine frotado con el trapo
de lana o de seda. Al ser frotado con la lana, el peine cede a ella, parte de
sus cargas eléctricas y como resultado él mismo se electriza. Alrededor del
peine electrizado surge un campo eléctrico y, como consecuencia, él adquiere la
propiedad de atraer objetos livianos. El campo eléctrico actúa también entre
las dos partes de un mismo cuerpo, por ejemplo, en un trozo de metal, si en una
de sus partes hay exceso de electrones y en la otra deficiencia de ellos, se
crean las condiciones para que los electrones sobrantes en la primera se
trasladen a la segunda.
La carga eléctrica de un electrón es insignificante. Pero si los
electrones son muchos y puede hacerse que se muevan dentro del cuerpo hacia una
parte, se origina una corriente de cargas negativas, resultando lo que se llama
corriente eléctrica.
§. Conductores, no conductores y semiconductores
No en todo cuerpo se dan las condiciones para que pase la corriente eléctrica.
Esto se debe a que las propiedades de los átomos y las moléculas de distintas
substancias no son iguales. En los metales, por ejemplo, los electrones
abandonan con facilidad las envolturas y se mueven desordenadamente,
caóticamente, entre los átomos. En los metales hay muchos electrones libres. En
esencia, los metales están formados por iones positivos dispuestos en un orden
determinado, entre los cuales queda un espacio totalmente ocupado por
electrones libres (Figura 6).
Figura 6. En un metal el espacio entre los átomos está ocupado totalmente
por electrones libres
En un metal es imposible distinguir qué electrón pertenece a cuál de los
átomos, los electrones se confunden en una “nube” electrónica única. La enorme
cantidad de electrones libres que hay en los metales crea en ellos las
condiciones más favorables para la corriente eléctrica. Sólo hace falta ordenar
el movimiento caótico de los electrones, es decir, hacer que se muevan en una
dirección.
En algunos cuerpos y substancias casi no hay electrones libres, ya que
éstos son fuertemente retenidos por los núcleos. A las moléculas y los átomos
de estos cuerpos es difícil “quitarles” o “añadirles” electrones. En estos
cuerpos no es posible crear corriente eléctrica.
Los cuerpos v las substancias en que es posible crear corriente
eléctrica se llaman conductores, y aquéllos en los cuales es
imposible crearla, dieléctricos o no conductores de comente. A
los conductores, además de los metales, pertenecen el carbón, las soluciones
salinas, los ácidos, los álcalis, los organismos vivos y otros muchos cuerpos y
substancias. En las soluciones salinas la corriente eléctrica la crean no sólo
los electrones, sino también los iones positivos. Son dieléctricos el aire, el
vidrio, la parafina, la mica, las lacas, la porcelana, la goma, los plásticos,
diversas resinas, los líquidos oleosos, la madera seca, los tejidos secos, el
papel y otras substancias. De porcelana, por ejemplo, se hacen los aisladores
para los tendidos eléctricos: las lacas se utilizan para recubrir los
conductores y aislarlos entre si y de otros objetos.
Hay también un gran grupo de substancias llamadas semiconductoras. A
éstas pertenecen en particular, el germanio y el silicio. Por su
conductibilidad eléctrica, los semiconductores ocupan un lugar intermedio entre
los conductores y los no conductores. Estas substancias, consideradas antes
como inservibles para fines prácticos, son ahora el material básico para
fabricar los modernos dispositivos a semiconductores, por ejemplo, los
transistores con los cuales estará relacionada una gran parte de tu creación.
§. Corriente eléctrica
¿Qué hacer para que la abundante cantidad de electrones libres se mueva
ordenadamente en una dirección, por ejemplo, en el filamento de una lámpara
eléctrica? Hay que crear en el conductor un campo eléctrico, conectándolo a una
pila o a una batería de elementos galvánicos.
La estructura del elemento voltaico más simple, que es una fuente
química de corriente, se muestra en la Figura 7. La pila consta de una lámina
de zinc y otra de cobre, llamadas electrodos, sumergidas en electrólito o
solución de una sal o de un ácido, por ejemplo, el sulfúrico. Como resultado de
la reacción química entre los electrodos y el electrólito, en el electrodo de
zinc se origina un exceso de electrones y adquiere carga negativa, y en el de
cobre, al contrario, se produce una deficiencia de electrones y adquiere carga
positiva. Al ocurrir esto, entre las cargas de signos opuestos de esta fuente
de corriente surge un campo eléctrico y actúa una fuerza electromotriz (en
abreviatura f.e.m.) o tensión. De la diferencia entre f.e.m. y tensión te
hablaré más adelante, durante nuestra excursión a la electrotecnia.
Ya sabes que los polos de las pilas y de las baterías se designan por
“+” y por “-”. Estos signos los habrás visto, por ejemplo, en las láminas de
hojalata que hacen de bornes de las pilas que sirven para alimentar la
lamparita de las linternas de bolsillo. Estas pilas también están formadas por
elementos galvánicos, sólo que éstos no son húmedos, como el que muestra la
Figura 7, sino secos. Cada pila tiene tres elementos.
Figura 7. Estructura de la pila de Volta más simple y representación
esquemática del circuito eléctrico cerrado
Varios elementos o pilas unidos entre sí para formar una fuente única de
corriente reciben el nombre de batería.
Acuérdate de esto:
en los esquemas, el polo negativo de una pila o batería se acostumbra
representar par una recta corta. El positivo por una cruz.
En cuanto un conductor se conecta a los polos de una pila o batería, en
él surge un campo eléctrico bajo cuya acción los electrones como por un puente
tendido sobre un barranco, se moverán hacia donde faltan, es decir, del polo
negativo, a través del conductor, al polo positivo de la fuente de energía
eléctrica. En esto consiste el movimiento ordenado de los electrones en el
conductor o sea, la corriente eléctrica. La corriente pasa por el conductor
porque en el circuito que se forma (polo positivo de la pila, conductor, polo
negativo y electrólito) actúa una fuerza electromotriz. Este simplísimo
circuito eléctrico se puede dividir en dos partes fundamentales: una exterior y
otra interior. A la parte exterior del circuito pertenece todo lo que se
conecta a los polos de la fuente de corriente (en la Figura 7, la lámpara de
incandescencia y los conductores de conexión), y a 1a interior, la parte del
circuito comprendida dentro de la propia fuente de corriente.
Acuérdate de esto: para que exista corriente en un circuito eléctrico es
condición indispensable tiñe dicho circuito esté cerrado.
A dos cuerpos aislados se les pueden comunicar cargas de signos
distintos, por ejemplo, a dos bolitas pendientes de hilos de seda. En este caso
las bolitas se atraerán pero entre ellas no pasará corriente, porque están
separadas por un dieléctrico, el aire.
Ha quedado establecido que ¡os electrones se mueven en el conductor del
polo negativo (en el que hay exceso de ellos) al positivo (en el que hay
deficiencia), pero ahora, lo mismo que en el siglo pasado, se acostumbra
considerar que la corriente va del más al menos, es decir, en sentido contrario
al del movimiento de los electrones. Tú me puedes preguntar: ¿y por qué no se
rompe ahora esta tradición? Porque para eso habría que rehacer todos los libros
de texto y toda la literatura técnica relacionada directa o indirectamente con
la electrotecnia y la radiotecnia. Además, este sentido convencional de la
corriente ha sido tomado por los científicos como base para una serie de reglas
para determinar muchos fenómenos eléctricos. Por otra parte, esta convencionalidad
no crea dificultad alguna si se recuerda con firmeza que el sentido de la
corriente en el conductor es inverso al del movimiento de los electrones. En
aquellos casos en que la corriente la crean las cargas eléctricas positivas,
como, por ejemplo, en los electrólitos de las fuentes químicas de corriente
continua o en la corriente por “huecos” en los semiconductores (sobre esto se
hablara en la sexta charla), dicha contradicción no existe, puesto que el
sentido del movimiento de las cargas positivas coincide con el sentido de la
corriente.
Mientras que una pila o batería funciona, en la parte exterior del
circuito eléctrico pasa corriente en un mismo sentido. Esta corriente se llama
continua y se simboliza por la letra latina I. La corriente
continua se puede representar gráficamente como muestra la Figura 8.
Figura 8. Representación gráfica de la corriente continua.
El punto de intersección 0 de los ejes horizontal y vertical sirve de
referencia para representar gráficamente el tiempo t y el
valor cuantitativo de la corriente en el circuito eléctrico.
¿Qué nos puede decir esta gráfica? Que al principio (durante el tiempo
0, a) por el circuito no pasa corriente (la corriente era nula), ya que la
parte exterior del circuito no estaba conectada a la fuente de corriente. La
corriente se produjo cuando se cerró el circuito (punto a). Creció rápidamente
hasta cierto valor (punto b) y no varió más mientras el circuito estuvo cerrado
(hasta el punto c). Cuando se abrió el circuito, la corriente se interrumpió en
el acto (punto d). Si el circuito eléctrico volviera a cenarse, por él volverla
a pasar corriente. Así es, poco más o menos, la gráfica de la corriente que
pasa por la lamparita de incandescencia de una linterna de bolsillo cuando se
conecta por un corto intervalo de tiempo.
A través de los conductores de conexión y del filamento de la lamparita
de incandescencia representados en la Figura 7, los electrones se mueven de
izquierda a derecha, del menos al más. Pero si los polos de la pila se cambian
de sitio entre sí, los electrones pasarán de derecha a izquierda en el mismo
trozo exterior de circuito, puesto que en este caso el menos se encuentra en el
extremo derecho del trozo de circuito y el más, en el izquierdo. Habrá variado
el sentido del movimiento de los electrones pero la corriente también ahora
será continua.
¿Y si los polos de la fuente cambian de sitio entre sí rítmicamente muy
de prisa? En este caso en la parte exterior del circuito los electrones también
cambiarán alternativamente el sentido en que se mueven. Al principio pasarán en
un sentido, después, cuando los polos se intercambien, lo harán en el otro,
opuesto al anterior, luego otra vez en el sentido directo y de nuevo en el
inverso y así sucesivamente. Por el circuito exterior no pasara ya corriente
continua, sino alterna.
Acuérdate de esto:
por los conductores de la red de alumbrado eléctrico la corriente es
alterna y no continua como en el circuito de la linterna de bolsillo.
Esta corriente se produce en unas máquinas llamadas generadores de
corriente alterna o alternadores. Los signos de las cargas eléctricas en los
polos de los alternadores cambian continuamente, pero no a saltos como en
nuestro ejemplo, sino suavemente. La carga del polo del generador que en cierto
instante fue positiva, empieza a disminuir y al cabo de una fracción de segundo
se convierte en negativa: la carga negativa crece al principio, después
comienza a disminuir hasta que vuelve a hacerse positiva y así sucesivamente.
Al mismo tiempo cambia de signo la carga del otro polo. Con esto la tensión y
el valor de la corriente en el circuito eléctrico también cambian
periódicamente.
Figura 9. Representación gráfica de la corriente alterna
La corriente alterna se representa gráficamente como la línea ondulada
sinusoide que se muestra en la Figura 9. Aquí el eje vertical con la flechita
dirigida hacia arriba, indica un sentido de la corriente, al que yo llamo “de
ida”, y con la flechita dirigida hacia abajo, el otro sentido de la corriente,
inverso al primero.
¿Qué puede decirnos esta gráfica? Que la corriente surge en el circuito
en el instante señalado en la gráfica con el punto a. Aumenta suavemente y pasa
en un sentido, el “de ida”, hasta llegar al valor máximo (punto b), y
disminuye, también suavemente, hasta cero (punto c). La corriente después de
desaparecer por un instante, vuelve a surgir, a crecer suavemente y a pasar por
el circuito, pero en sentido contrario, “de vuelta”. Una vez que alcanza el
valor máximo (punto d), disminuye de nuevo hasta cero (punto e). Y
seguidamente, aumentando y disminuyendo alternativamente, la corriente cambia
de sentido y valor durante todo el tiempo.
Con la corriente alterna los electrones se mueven en el conductor como
si oscilaran de un lado al otro. Por eso la corriente alterna se llama también
oscilaciones o vibraciones eléctricas. Una oscilación completa de la corriente
se acostumbra definir como el movimiento ordenado de los electrones en el
conductor correspondiente a la parte de la gráfica comprendida entre los puntos
a y e o entre los b y g (Figura 9). El tiempo durante el cual se realiza una
oscilación completa se llama Periodo, el que tarda en
efectuarse media oscilación, semiperiodo, y el valor máximo de
la corriente en cada semiperiodo, amplitud.
La corriente alterna se diferencia ventajosamente de la continua en que
es fácil de transformar. Así, por ejemplo, por medio de un dispositivo
especial, llamado transformador, puede elevarse o reducirse la tensión de la
corriente. La corriente alterna puede también rectificarse, es decir,
transformarse en corriente continua. Estas propiedades de la corriente alterna
las vas a utilizar mucho en tu práctica de radioaficionado.
Todo lo que acabo de decirte lo saben todos los alumnos de los últimos
grados de la escuela secundaria y, como es natural, todos los aficionados a la
radio. Tú le sirves de los bienes que proporciona la electricidad, y a veces
incluso los malgastas, sin pensar que hace tan sólo unos 100 años los
científicos apenas empezaban a tantear las vías de aplicación práctica de esta
generosa dádiva de la naturaleza.
§. Electricidad y magnetismo: ¿qué relación hay entre ellos?
La relación directa entre la electricidad y el magnetismo fue descubierta en
1819 por el profesor de física danés Hans Oersted. Haciendo experimentos, este
científico descubrió que cada vez que él conectaba la corriente, una aguja
magnética que estaba cerca del conductor con corriente giraba y tendía a
orientarse perpendicularmente al conductor, y cuando la desconectaba, la aguja
magnética retornaba a su posición inicial. El científico llegó a la conclusión
siguiente: alrededor del conductor con corriente surge un campo magnético que
actúa sobre la aguja magnética.
Tú puedes comprobar esto haciendo un experimento semejante Para eso
necesitas: una batería de elementos voltaicos, por ejemplo, la 3336Λ una
lamparita de incandescencia de linterna de bolsillo, un alambre de cobre de 0.2
... 0.3 mm de diámetro, con aislamiento de esmalte, algodón o seda, y una
brújula. Con unos trozos de alambre, después de quitar el aislamiento de sus
extremos, conecta la lamparita a la batería. La lamparita se encenderá porque
se ha formado un circuito eléctrico. En este caso la batería es la fuente de
alimentación del circuito. Acerca uno de los conductores de conexión a la
brújula (Figura 10) y verás que su aguja magnética se coloca inmediatamente en
dirección transversal al conductor. La aguja indica la dirección de las líneas
de fuerza magnéticas, circulares, engendradas por la corriente.
Figura 10. Cuando cambia la dirección de la corriente en el conductor cambia
también la dirección de las líneas del campo magnético.
El campo magnético de dicha corriente tendrá su intensidad máxima junto
al conductor mismo. A medida que aumenta la distancia al conductor el campo
magnético se va dispersando y debilitando.
¿Y si se invierte el sentido de la corriente en el conductor, cambiando
entre si los extremos que se conectan a la batería? En este caso varía también
el sentido de las líneas de fuerza magnéticas y la aguja se vuelve hacia el
otro lado. Es decir, el sentido de las líneas de fuerza del campo magnético
excitado por la corriente depende del sentido de ésta en el conductor.
¿Qué papel desempeña en estos experimentos la lamparita? El de indicar
que por el circuito pasa corriente. También limita la corriente en el circuito.
Si a la batería sólo se conectara el conductor, el campo magnético de la
corriente seria más intenso, pero la batería se descargaría pronto.
Si por el conductor pasa corriente continua de valor constante, su campo
magnético tampoco variará. Pero si la corriente disminuye, su campo magnético
se debilitará; si la corriente aumenta, se intensificará, y si la corriente
desaparece, el campo magnético también desaparecerá. Es decir, la corriente y
su campo magnético son inseparables y su dependencia es mutua.
El campo magnético de una corriente es fácil de intensificar arrollando
en forma de bobina el conductor con corriente. Las líneas de fuerza del campo
magnético de semejante bobina se pueden condensar introduciendo en ella un
clavo o una varilla de hierro. Esta bobina con núcleo es un electroimán capaz
de atraer objetos de hierro relativamente pesados (Figura 11).
Esta propiedad de la corriente se utiliza en muchos aparatos eléctricos.
¿Y si la aguja magnética se acerca a un conductor con corriente alterna?
En este caso la aguja no se moverá incluso si el conductor se enrolla en forma
de bobina. ¿Significa esto que alrededor del conductor con corriente alterna no
existe campo magnético? No. El campo magnético existe, pero también es alterno.
La aguja no se desvía por culpa de la inercia, es decir, porque no tiene tiempo
de reaccionar a las rápidas variaciones del campo magnético.
Figura 11. Un conductor con corriente arrollado en forma de bobina se
convierte en un electroimán
El primer electroimán, cuyos rasgos fundamentales se conservan en muchos
aparatos eléctricos modernos, entre ellos los relés electromagnéticos y los
radiadores de los auriculares, fue inventado por el científico inglés Sturgeon
en 1821. Dos decenios más tarde el físico francés Andrés Ampère hizo un nuevo
descubrimiento de extraordinaria importancia en aquel tiempo. Por vía
experimental estableció que dos conductores paralelos, por los cuales pase
corriente, son capaces de realizar trabajo mecánico: si la corriente pasa por
ambos conductores en el mismo sentido, éstos se atraen, y si pasa en sentidos
opuestos, se repelen.
¿Sabes por qué ocurre esto? En el primer caso, cuando el sentido de la
corriente es el mismo en ambos conductores, sus campos magnéticos también
tienen el mismo sentido, de manera que se concentran en un campo único y
arrastran consigo a los conductores. En el segundo caso los campos magnéticos
alrededor de los conductores tienen sentidos opuestos, se repelen y, por
consiguiente, hacen que se separen los conductores.
Figura 12. La energía del campo magnético crea el movimiento de electrones,
es decir, corriente eléctrica.
En la primera mitad del siglo pasado hizo una aportación valerosísima a
la ciencia el Tísico autodidacta inglés M. Faraday. Estudiando la relación
entre la corriente eléctrica y el magnetismo, descubrió el fenómeno de la
inducción electromagnética. Su esencia consiste en lo siguiente. Si
dentro de una bobina de alambre aislado se introduce rápidamente un imán, la
aguja indicadora de un aparato eléctrico de medida conectada a los extremos de
la bobina se desvía por un instante del cero de la escala del aparato (Figura
12a). Moviendo con igual rapidez el imán dentro de la bobina, pero en sentido
opuesto, la aguja del aparato también se desviará rápidamente en sentido
contrario al de antes (Figura 12b) y retornará después a la posición inicial.
De esto puede sacarse una conclusión: el campo magnético atraviesa el conductor
y excita (induce) en él un movimiento de electrones libres, es decir, corriente
eléctrica. También se puede proceder de otra forma: desplazando no el imán
dentro de la bobina, sino la bobina a lo largo del imán en reposo. El resultado
será el mismo. El imán puede sustituirse por una bobina por la cual pase
corriente continua. El campo magnético de esta bobina, producido por la
corriente, al atravesar las espiras de la segunda bobina también excitará en
ella una fuerza electromotriz y creará en el circuito corriente eléctrica.
El fenómeno de la inducción electromagnética sirve de base al
funcionamiento del generador de corriente alterna, que consiste en una bobina
de alambre conductor que gira entre los polos de un potente imán o electroimán
(en la Figura 13 la bobina se muestra en forma de una sola espira rectangular
de alambre conductor). Al girar, la bobina corta las líneas de fuerza del campo
magnético y en ella se induce (produce) corriente eléctrica.
En 1837 el académico ruso Boris Yakobi descubrió un fenómeno cuya acción
es inversa a la del generador de corriente. Este científico, haciendo pasar
corriente eléctrica por una bobina situada dentro de un campo magnético,
observó que ésta empezaba a girar. Éste fue el primer motor electromagnético
del mundo.
Faraday, descubridor de la ley de la inducción electromagnética, hizo
experimental- mente otro descubrimiento muy importante, la posibilidad de
transmitir la corriente alterna de una bobina a otra separada de la primera sin
que entre ellas hubiera contacto eléctrico directo alguno. La esencia de este
fenómeno consiste en que una corriente alterna o intermitente (pulsante) al
pasar por una bobina se transforma en campo magnético alterno que atraviesa las
espiras de la segunda bobina y con esto excita en ella una f.e.m. alterna. En
esto se basa el magnífico aparato llamado transformador, que desempeña un papel
muy importante en la electrónica y radiotecnia.
§. La corriente alterna engendra ondas electromagnéticas
Los experimentos de Michael Faraday y de su compatriota y continuador Clerk
Maxwell condujeron a los científicos a la conclusión de que el campo magnético
alterno, generado por una corriente continuamente variable, crea en el espacio
circundante un campo eléctrico, el cual, a su vez, excita un campo magnético,
este nuevo campo magnético excita otro eléctrico y así sucesivamente. Los
campos magnético y eléctrico mutuamente relacionados, que se crean el uno al
otro, forman un único campo electromagnético alterno que continuamente, como si
se separara y alejara del punto en que fue excitado, se propaga por todo el
espacio circundante con la velocidad de la luz igual a 300.000 km/s.
El fenómeno de la excitación de un campo electromagnético por la
corriente alterna se llama radiación de oscilaciones electromagnéticas
o radiación de ondas electromagnéticas.
Figura 13. Esquema de un generador de corriente alterna
Sí éstas encuentran en su camino conductores, las componentes magnéticas
de las oscilaciones electromagnéticas excitan en ellos un campo eléctrico
alterno que crea en los conductores una corriente alterna como la que excitó
las ondas electromagnéticas pero incomparablemente más débil. En este magnífico
fenómeno se basa la técnica de radiotransmisión y radio recepción.
La igualdad de la velocidad de propagación de las ondas
electromagnéticas creadas por la corriente alterna y la velocidad de la luz no
es casual, ya que los rayos luminosos, y los térmicos, son también por su
naturaleza oscilaciones electromagnéticas.
La idea de la afinidad de los fenómenos luminosos y eléctricos fue
expresada por el científico ruso Mijaíl Lomonósov a mediados del siglo XVIII.
La teoría de las ondas electromagnéticas las desarrolló Clerk Maxwell en
la primera mitad del siglo IX.
Figura 14. Dispositivo experimental de H. Hertz para excitar y detectar las
ondas electromagnéticas y representación gráfica de las ondas electromagnéticas
amortiguadas
Sin embargo, solo en 1888 el científico alemán Heinrich Hertz consiguió
demostrar experimentalmente la existencia de las ondas electromagnéticas y
halló la posibilidad de descubrirlas. En su dispositivo experimental (Figura
14) el emisor de ondas electromagnéticas era un oscilador o dipolo (dos
varillas con esferas metálicas en los extremos), de fuente de tensión de
alimentación del oscilador hacía un carrete de inducción de Ruhmkorff (como los
que hay en los gabinetes de física de las escuelas) y de detector de la energía
electromagnética, un resonador, consistente en una espira de alambre no
cerrada, también con esferas metálicas en los extremos. Las mitades del
oscilador se cargaban hasta una tensión tan alta que entre las esferas
interiores saltaba a través del aire una chispa eléctrica, especie de rayo
artificial en miniatura, es decir, se producía una descarga eléctrica. En este
instante, cuya duración era de pequeñas fracciones de segundo, el oscilador
emitía una corta serie de ondas electromagnéticas amortiguadas, es decir, de
amplitud decreciente, rápidamente variables. Al atravesar el conductor del
resonador, situado a poca distancia, la energía electromagnética excitaba en él
oscilaciones eléctricas que se ponían de manifiesto por una débil chispa que se
producía entre las esferas del resonador. Otra descarga, y una nueva serie de
ondas electromagnéticas amortiguadas excitaba en el resonador otra débil
corriente alterna.
Así halló Heinrich Hertz el procedimiento de excitar las ondas
electromagnéticas y de detectarlas. Pero él no pudo imaginarse las vías de
aplicación práctica de su descubrimiento.
§. Nacimiento de la radio
Uno de los primeros que supo apreciar justamente los trabajos de H. Hertz y de
otros científicos investigadores de las oscilaciones electromagnéticas fue
Aleksandr Popov, profesor de la escuela de oficiales minadores de Kronstadt.
Aleksandr Stepánovich Popov
En sus conferencias sobre los fenómenos electromagnéticos, con
demostración de los aparatos construidos por d mismo. A. Popov expuso la idea,
intrépida en aquel tiempo, de la posibilidad de utilizar las ondas
electromagnéticas para transmitir señales a distancia sin necesidad de
alambres.
Esto fue en la última década del siglo XIX. En aquella época la flota de
guerra rusa se estaba equipando con nueva técnica militar. Para salvar los
espacios marítimos la flota renovada necesitaba medios de comunicación más
perfectos y el científico ruso los buscaba. Después de hacer muchos
experimentos y pruebas, A. Popov construyó un aparato, nuevo en principio, que
reaccionaba a las ondas electromagnéticas a bastante distancia. La fuente de
ondas electromagnéticas era un oscilador igual que el de la instalación
experimental de Hertz, al cual se adicionaban unos trozos de alambre para
mejorar la emisión. La recepción se efectuaba con otro trozo de alambre unido
al aparato construido por Popov. En cuanto el oscilador comenzaba a emitir
energía electromagnética, el aparato receptor respondía haciendo sonar un
timbre. El 7 de mayo de 1895 presentó Popov un informe a la Asamblea de la
Sociedad fisicoquímica rusa de Petersburgo (hoy Leningrado)[1] sobre el
procedimiento inventado por él para la recepción inalámbrica de las ondas
electromagnéticas. Aquel día histórico de finales del siglo XIX en que A. Popov
expuso al mundo la nueva dirección en la ciencia y la técnica, se celebra
anualmente en la URSS como día del nacimiento de la radiotecnia o Día de la
radio.
El diseño esquemático del histórico aparato de Popov puedes verlo en la
Figura 15.
Míralo atentamente, procura descifrarlo y comprender como funciona el
receptor. Excluida la batería, el receptor consta de tres aparatos un cohesor
(inventado en 1890 por d científico francés Eduard Branly), un timbre eléctrico
y un relé electromagnético (un electroimán que atrae la armadura cuando por el
devanado pasa corriente)
Figura 15 Diseño esquemático del receptor de A Popov
El cohesor es un tubo de vidrio con finas limaduras metálicas dentro.
Por medio de unas tiras finas de metal, este está suspendido entre los apoyos 1
y 2. Una de las láminas de contacto del cohesor está conectada, a través del
devanado del relé, al polo positivo de la batería; la otra lo está con el polo
negativo. Este es el circuito eléctrico primario del receptor. Si la armadura
del relé se aprieta al núcleo del electroimán, para que su extremo toque el
tornillo, se forma el circuito eléctrico secundario del receptor, es decir, el
circuito del timbre eléctrico.
La conductividad del cohesor es diferente en distintas condiciones. Las
limaduras metálicas que hay en él, en las condiciones ordinarias ofrecen gran
resistencia a la corriente, es decir, la conducen mal. En estas condiciones, la
corriente que pasa por el circuito primario, en que está intercalado el
devanado del relé, es tan débil que la armadura del relé no es atraída por el
núcleo. Pero en cuanto vibre el cohesor empiezan a actuar las ondas
electromagnéticas, disminuye la resistencia de la capa de limaduras y la
corriente que pasa por el circuito primario crece bruscamente. En este instante
la armadura del relé es atraída por el núcleo y al tocar el tornillo 3 cierra
el circuito del timbre eléctrico. Inmediatamente es atraída la armadura del
electroimán de este circuito y el macillo golpea la campana del timbre. Pero la
armadura del electroimán del timbre se separa del muelle de contacto y corta el
circuito secundario. Ahora el macillo del timbre, soltado por el electroimán,
golpea al cohesor y sacude las limaduras, restableciendo así su gran
resistencia. Si las ondas electromagnéticas continúan actuando sobre el
cohesor, el macillo golpea automáticamente, ora la campana del timbre, ora el
cohesor.
Cuando Popov conectaba la antena al cohesor, la sensibilidad del aparato
aumentaba notablemente, en este caso el receptor reacciona también a las
descargas que producen los rayos a distancias de hasta 30 km. Y como el
receptor reaccionaba no sólo a las ondas electromagnéticas creadas
artificialmente, sino también a las que se producen en la atmósfera antes de
las tormentas. A. Popov dio al receptor el nombre de “marca tormentas”
(grozootmetchik).
Poco menos de un año después de la histórica asamblea de la Sociedad
fisicoquímica, el 24 de marzo de 1896 ocurrió un nuevo gran acontecimiento en
la historia de la radio. Este día, A. Popov, informó a los científicos de la
posibilidad de transmitir y recibir las señales de radio inscribiéndolas en la
cinta de un aparato telegráfico. Se hizo el silencio y en el auditorio se dejó
oír el golpeteo del aparato telegráfico conectado al receptor: Aleksandr Popov
recibía un radiograma transmitido por su colaborador más próximo, Petr Ribkin.
Era el primer radiograma del mundo.
Este mismo año de 1896, durante el verano, publicó la prensa la noticia
de que el ingeniero italiano Guglielmo Marconi había patentado en Inglaterra un
aparato de telegrafía sin hilos. Pero hasta un año después no se conocieron los
detalles del aparato de Marconi. Resultó entonces que su aparato transmisor era
análogo al transmisor de H. Hertz y el receptor, totalmente idéntico al de A.
Popov. Como Marconi era emprendedor, supo interesar por la radiotelegrafía a
los hombres de negocios de Gran Bretaña y en 1897 organizó la gran Sociedad
Anónima Marconi y Compañía. Las grandes posibilidades materiales de ésta y la
colaboración de numerosos científicos e ingenieros destacados permitieron a
Marconi alcanzar en adelante grandes éxitos en la realización práctica de la
radiotelegrafía.
Popov siguió perfeccionando sus aparatos y aumentando el radio de acción
de los mismos. Durante la primavera del año 1897 fueron transmitidas señales de
radio desde un buque, que se encontraba a 640 m a la costa.
Estación radiotelegráfica de A. Popov en la isla de Gogland
Y dos años después, en 1899, una vez descubierta la posibilidad de
recibir las señales por medio de auriculares, a oído, la distancia de
comunicación por radio alcanzó ya 35 km. Esto constituyó un nuevo y brillante
éxito del inventor de la radio, éxito que sirvió de impulso para el ulterior
desarrollo de la radiotelegrafía en Rusia.
Sin embargo, sólo una casualidad ayudó a Popov a demostrar la vital
necesidad del nuevo medio de comunicación. En noviembre de 1899 el acorazado
“Almirante general Apraksin”, durante una tempestad de nieve, encalló en unos
arrecifes cerca de las desiertas costas de la isla de Gogland, en el golfo de
Finlandia. Desde la isla hasta la ciudad costera más cercana, Kotka
(Finlandia), había 44 km.
Los trabajos de salvamento se demoraban a causa de las dificultades del
tendido de un cable de comunicación entre la isla y el continente. La radio
vino a resolver esta dificultad.
A. Popov y P. Ribkin, para asegurar una buena comunicación bilateral,
instalaron en la isla y en el continente sendas estaciones
transmisoras-receptoras. Esta línea de radiocomunicación estuvo funcionando
desde febrero hasta abril de 1900, mientras duraron los trabajos de salvamento.
Durante este tiempo fueron transmitidos y recibidos 440 radiogramas. Uno de
ellos prestó un servicio inapreciable.
Esto ocurrió el día 6 de febrero de 1900. P. Ribkin, que se encontraba
en la isla de Gogland, recibió de Popov, desde Kotka, el siguiente radiograma:
“Comandante del “Ermak”.
Cerca de Lavensaari se ha desprendido de la costa un banco de hielo con
pescadores. Socórralos.
El rompehielos “Ermak” se hizo inmediatamente a la mar en busca de los
siniestrados y recogió del banco de hielo a 27 pescadores. Su salvación la
debieron a la radio.
Así funcionó la primera línea de radiocomunicación del mundo y así
conquistó la radio su derecho a la existencia.
Hoy todos los países de nuestro planeta están cubiertos de una tupida
red de estaciones de radiodifusión y de radiocentrales. Los receptores de radio
se han convertido en aliados de primera necesidad en nuestra vida. De medios de
radiocomunicación están equipados todos los tipos de naves aéreas, marítimas y
fluviales, las expediciones científicas, los satélites artificiales de la
Tierra, las naves cósmicas y las estaciones automáticas interplanetarias.
Pero, joven amigo, la radiodifusión y la radiocomunicación no son los únicos
dominios de la radiotecnia moderna. La radiotecnia de hoy son la televisión, la
radiolocalización, la radionavegación, la radioastronomía, la telemecánica, la
grabación del sonido y muchas otras esferas y ramas de la ciencia y la técnica.
De algunas de ellas pienso hablarte en las charlas siguientes. Empezaré, no
obstante, por la rama más extendida de la radiotecnia, la técnica de la
radiodifusión.
Charla 2
Primeros conocimientos acerca de la radiotransmisión y la radio recepción
Contenido:
§. Oscilaciones y ondas
§. Periodo y frecuencia de las oscilaciones
§. Otra vez sobre las ondas radioeléctricas
§. Gamas de ondas de radiodifusión
§. Radiotransmisión
§. Propagación de las ondas de radio
* * * *
La palabra “radia” proviene del latín radiare, que significa radiar o
emitir rayos. Una estación de radiodifusión, por ejemplo, irradia, como el Sol,
ondas de radio en todas las direcciones radiales. Sólo algunas estaciones de
radio especiales emiten radioondas en una sola dirección determinada.
Si entras en el territorio de una estación de radiodifusión lo primero que ves
es una torre metálica de celosía o conductor vertical que se eleva hasta muy
alto sobre la superficie de la tierra. Esta es la antena. Junto a ella o no muy
lejos venís un edificio en el que se encuentra el transmisor, el cual produce
las oscilaciones eléctricas de alta frecuencia que la antena transforma en
energía de las radioondas.
Desde el estudio de radio, que puede estar lejos del transmisor, llega a éste
un cable subterráneo bien aislado por un recubrimiento resistente. En el
estudio está instalado el micrófono. En él se transforma instantáneamente no
sólo la voz del locutor, las conversaciones, los sonidos musicales, sino hasta
los cuchicheos y susurros, en oscilaciones eléctricas de frecuencia sonora que
por el cable antedicho llegan al transmisor para “introducir” en él
oscilaciones de alta frecuencia. ¡Cuántas transformaciones ha de sufrir aún la
corriente alterna de frecuencia sonora antes de que el receptor las vuelva a
convertir en sonidos!
El receptor será tu primer paso práctico en el estudio de la radiotecnia. Para
que este paso sea seguro hay que comprender bien la esencia de aquellos
fenómenos físicos que sirven de base a la técnica de la radiodifusión y la
radio recepción, hablar de la naturaleza del sonido y de la corriente alterna y
de sus propiedades algo más extensamente que en la primera charla.
§. Oscilaciones y ondas
Alrededor nuestro se generan y amortiguan constantemente fenómenos
oscilatorios. Oscila la rama de que voló un pájaro. Oscilan el péndulo del
reloj y el columpio. Bajo la acción del viento oscilan los árboles, los cables
tendidos entre postes, el agua de los lagos y los mares.
Si liras una piedra sobre la superficie tersa de un lago, por ella
empezarán a “correr” ondas (Figura 16). ¿Qué es lo que ocurre? Las partículas
de agua, en el lugar en que cayó la piedra, se hunden bajo la presión de ésta,
hacen que se desplacen las partículas vecinas y en la superficie del agua se
forma una cresta anular. Después, donde cayó la piedra sube el agua, pero hasta
más arriba del nivel que tenía al principio, y detrás de la primera cresta
surge una segunda y, entre ellas, un valle. Luego las partículas de agua
continúan desplazándose alternativamente hacia arriba y hacia abajo, es decir,
oscilando, y arrastran tras si cada vez más partículas vecinas. Se forman ondas
que, desde el punto en que surgen, se van alejando en ondulaciones concéntricas.
Subrayo esto: las partículas de agua solamente oscilan, pero no se
alejan junto con las ondas. De esto es fácil convencerse echando sobre la
superficie oscilante del agua una astilla. Si no hace viento ni hay corriente
de agua, la astilla bajará y subirá sobre el agua sin desplazarse con las
ondas.
Las ondas de agua pueden ser grandes, es decir, fuertes, o pequeñas,
débiles. Solemos entender por fuertes las ondas cuya amplitud de oscilación es
grande. Las ondas débiles tienen crestas pequeñas, es decir, poca amplitud.
Cuanto mayor es la amplitud de las ondas que se forman, tanto mayor es la
energía que transportan.
Figura 16. Cuando la piedra choca con la superficie del agua se forman ondas
La energía de las ondas que se producen cuando se tira una piedra al
agua es relativamente pequeña, pero puede hacer que oscilen los juncos y la
hierba que crece en el lago. Sabemos, sin embargo, que las ondas (olas) del
mar, cuyas amplitudes son grandes y, por consiguiente, tienen mucha energía,
pueden causar graves destrozos en la costa. La causa de estos destrozos es
precisamente la energía que las olas transmiten continuamente a la costa.
Las ondas pueden ser frecuentes o infrecuentes. Cuanto menor es la
distancia entre las crestas de las ondas móviles, tanto más corta es cada onda
por separado. Cuanto mayor es la distancia entre las ondas, tanto mayor es la
longitud de éstas. Llamamos longitud de onda en el agua a la distancia entre
dos crestas o valles móviles vecinos A medida que las ondas se van alejando del
punto en que surgieron, su amplitud va disminuyendo poco a poco, es decir, las
ondas se amortiguan, pero la longitud de onda permanece invariable.
En la superficie del agua las ondas se pueden crear también, por
ejemplo, sumergiendo en el agua un palo y moviéndolo rítmicamente hacia arriba
y hacia abajo al compás de las oscilaciones del agua, sin sacarlo de ella. En
este caso las ondas también serán amortiguadas, pero existirán hasta que
dejemos de excitar la superficie del agua.
¿Cómo se producen las oscilaciones de los columpios ordinarios? Todos lo
sabemos bien: se les empuja y empiezan a oscilar de un lado a otro. Cuanto más
fuerte sea el empujón, mayor será la amplitud de las oscilaciones. Estas
oscilaciones se amortiguarán si no se las mantiene empujando de vez en cuando.
Tanto estas oscilaciones mecánicas como otras semejantes podemos verlas. Pero
en la naturaleza hay más oscilaciones que no vemos, sino que oímos, es decir,
que percibimos en forma de sonido. No siempre se pueden ver las oscilaciones
(vibraciones) de las cuerdas de un instrumento musical, sin embargo oímos cómo
suena. Cuando sopla el viento, en la chimenea se produce un sonido. Éste se
debe a los movimientos oscilatorios del aire dentro de ella, que no podemos
ver. Suenan el diapasón, el vaso, la cuchara, el plato, la pluma de escribir o
la hoja de papel, porque también oscilan (vibran).
Sí, mi joven amigo, vivimos en un mundo de sonidos, porque muchos de los
cuerpos que nos rodean oscilan, suenan.
¿Cómo se originan las ondas sonoras en el aire? El aire está formado por
partículas invisibles para el ojo humano. Cuando hace viento estas partículas
pueden desplazarse a grandes distancias. Pero, además, pueden oscilar. Por
ejemplo, si en el aire se agita violentamente un palo, sentimos un soplo ligero
de viento y, al mismo tiempo, oímos un débil sonido. Este sonido es el
resultado de las oscilaciones de las partículas del aire excitadas por las
oscilaciones del palo.
Haz el siguiente experimento: tira, por ejemplo, de la cuerda de una
guitarra y suéltala después. La cuerda empezará a temblar, o sea, a oscilar en
torno a su posición inicial de reposo. Las oscilaciones (vibraciones)
suficientemente fuertes de la cuerda podrás verlas. Las débiles sólo podrás
sentirlas como un ligero hormigueo si tocas la cuerda con un dedo. Mientras la
cuerda oscila (vibra) oímos el sonido. En cuanto la cuerda entra en reposo, el
sonido deja de oírse.
El sonido se origina en este caso como resultado de condensaciones y
enrarecimientos de las partículas de aire. Al oscilar de un lado a otro, la
cuerda comprime por delante de ella las partículas de aire, originando en
cierto volumen de este una región de presión elevada, y por detrás de ella, al
contrario, una región de presión reducida. Esto son las ondas sonoras.
Propagándose en el aire a la velocidad de 340 m/s, aproximadamente, son
portadoras de cierta cantidad de energía. En el instante en que hasta nuestro
oído llega la región de presión elevada de la onda, esta presiona sobre la
membrana del tímpano y la comba un poco hacia dentro. Cuando hasta el oído
llega la región enrarecida de la onda sonora, la membrana del tímpano se curva
hacia fuera La membrana oscila durante todo el tiempo al compás de las
sucesivas regiones de presión elevada y reducida del aire. Estas oscilaciones
son transmitidas por el nervio auditivo al cerebro y nosotros las percibimos
como sonido. Cuanto mayores son las amplitudes de las ondas sonoras, tanto
mayor es la energía que llevan y tanto más intenso es el sonido que percibimos.
Las ondas sonoras, lo mismo que las del agua o que las oscilaciones
eléctricas, se representan por medio de una línea ondulada, la sinusoide. Las
crestas de esta línea corresponden a las regiones de presión elevada, y los
valles, a las regiones de presión reducida del aire. Una región de presión
elevada y la región de presión reducida que la sigue forman una onda sonora.
Nosotros vivimos también en un mundo de ondas electromagnéticas,
emitidas por los aparatos eléctricos y por todos los conductores de corriente
alterna, por la enorme cantidad de amenas de estaciones de radio, por tas
descargas eléctricas atmosféricas, por las entrañas de la Tierra y por el
Cosmos infinito. Estas ondas solo se pueden descubrir y registrar con ayuda de
aparatos creados por el hombre.
§. Período y frecuencia de las oscilaciones
El parámetro más importante para caracterizar las oscilaciones mecánicas,
sonoras, eléctricas, electromagnéticas y de todos los demás tipos es el periodo
o ciclo, tiempo durante el cual se realiza una oscilación completa. Si, por
ejemplo, el péndulo de un reloj de pesas efectúa dos oscilaciones completas en
1 s, el periodo de cada oscilación será igual a 0.5 s. El período de las
oscilaciones de un columpio grande es, aproximadamente, de 2 s, y el período de
las oscilaciones (vibraciones) de una cuerda de instrumento musical, desde unas
décimas hasta diezmilésimas de segundo.
Otro parámetro característico de las oscilaciones es la frecuencia o
sea, el número que indica cuántas oscilaciones completas o ciclos realiza por
segundo el péndulo de un reloj, un cuerpo sonando, la corriente en un
conductor, etc. Las frecuencias de las oscilaciones se miden con la unidad
llamada hertzio (abreviado Hz):
1 Hz es igual a un ciclo por segundo. Si una cuerda realiza 440
oscilaciones completas en 1 s (produciendo en este caso la nota “la” de la
tercera octava), se dice que la frecuencia de sus oscilaciones (vibraciones) es
de 440 Hz o ciclos por segundo. La frecuencia de la corriente alterna de la red
del alumbrado eléctrico, en la URSS, es de 50 Hz. Con esta corriente, los
electrones pasan alternativamente por los conductores de la red 50 veces en un
sentido y 50 veces en el opuesto cada segundo, es decir, realizan 50
oscilaciones completas por segundo.
Unidades mayores de frecuencia son el kilohertzio o kilociclo (que se
escriben kHz o kc), igual a 1000 Hz y el megahertzio o megaciclo (que se
escriben MHz o Mc), igual a 1000 kHz o a 1.000.000 Hz.
Por la frecuencia de las oscilaciones de un cuerpo sonoro puede
apreciarse el tono a altura del sonido. Cuanto mayor es la frecuencia, tanto
más alto es el tono del sonido y, viceversa, cuanto menor es la frecuencia, más
bajo es el tono de éste. Nuestro oído sólo es capaz de reaccionar a una banda
relativamente pequeña de frecuencias de oscilaciones sonoras, comprendida,
aproximadamente, entre 20 Hz y 20 kHz. No obstante, esta banda de frecuencias
comprende toda la amplia gama de sonidos que produce la voz humana o una
orquesta sinfónica: desde los tonos más bajos, parecidos al zumbido de un
abejorro, hasta el alto, apenas perceptible, de un mosquito. Las oscilaciones
de hasta 20 Hz, llamadas infrasonoras, y las de más de 20 kHz, denominadas
ultrasonoras, no se oyen. Si la membrana del tímpano de nuestro oído fuera
capaz de reaccionar a las oscilaciones ultrasonoras podríamos oír el alto tono
del sonido que emiten los murciélagos y la voz del delfín. Los delfines emiten
y oyen oscilaciones sonoras de hasta 180 kHz de frecuencia.
Pero, mi joven amigo, no debes confundir la altura, es decir, el tono
del sonido, con su intensidad. La altura del sonido no depende de la amplitud
de las oscilaciones, sino de su frecuencia. Una cuerda gruesa y larga de
instrumento musical, por ejemplo, crea un sonido de tono bajo, es decir, oscila
(vibra) más despacio que otra cuerda delgada y corta, que crea un sonido de
tono alto. La Figura 17 te ayudará á comprender esto.
En electrotecnia y radiotecnia se utilizan corrientes alternas de
frecuencias comprendidas entre varios hertzios y millares de gigahertzios. Las
antenas de las estaciones de radio de amplia difusión se alimentan, por
ejemplo, de corrientes de frecuencias comprendidas entre 150 kHz y 100 MHz.
Estas oscilaciones de alta frecuencia son el medio con el cual se realiza la
transmisión inalámbrica de los sonidos a grandes distancias.
Figura 17. Cuanto mayor es la frecuencia de las oscilaciones de la cuerda,
tanto más cortas son las ondas sonoras y más alto el tono del sonido
Toda la enorme gama de corrientes alternas se acostumbra dividir en
varios intervalos o subgamas. Las corrientes de frecuencia desde 20 Hz hasta 20
kHz, correspondientes a las oscilaciones que percibimos como sonidos de
distinto tono, se llaman corrientes (u oscilaciones) de audiofrecuencia, y las
corrientes de frecuencia mayor de 20 kHz, corrientes de frecuencia ultrasonora
Las corrientes de frecuencia comprendida entre 100 kHz y 30 MHz se denominan
corrientes de alta frecuencia, y las de frecuencias mayores de 30 MHz,
corrientes de frecuencia ultra o extraalta.
Acuérdate bien de los límites y de los nombres de las subgamas de
frecuencia de las corrientes alternas.
§. Otra vez sobre las ondas radioeléctricas
Supongamos que coges el teléfono y marcas o dices el número necesario. En
seguida escucharás tú la voz de tu amigo y él la tuya. ¿Qué fenómenos
eléctricos ocurren durante vuestra conversación por teléfono?
Las oscilaciones sonoras del aire creadas por ti, las transforma el
micrófono en oscilaciones eléctricas de audiofrecuencia, las cuales son
transmitidas por los conductores al aparato de tu interlocutor. Allí, al otro
extremo de la línea, por medio del auricular, se transforman en oscilaciones
del aire que tu amigo percibe como sonidos. En la telefonía el medio de
comunicación de la red son los conductores, en la radiodifusión, las ondas de
radio.
El “corazón” del transmisor de toda estación de radio es el generador,
dispositivo que produce oscilaciones de alta frecuencia, rigurosamente
constante para la estación dada. Estas oscilaciones de radiofrecuencia,
amplificadas hasta la potencia necesaria, llegan a la antena y excitan en el
espacio que la circunda oscilaciones electromagnéticas de frecuencia
exactamente igual, o sea, ondas de radio. La velocidad con que se alejan las
ondas de radio de la antena de la central es igual a la velocidad de la luz:
300.000 km/s, es decir, casi un millón de veces mayor que la de propagación del
sonido en el aire. Esto quiere decir, que si en la estación de radiodifusión de
Moscú se conecta en cierto instante el transmisor, sus ondas de radio llegan a
Vladivostok en menos de 1/30 s, mientras que el sonido sólo puede recorrer en
este tiempo 10 u 11 m.
Las ondas de radio se propagan no sólo en el aire, sino también donde
este no existe, por ejemplo, en el espacio cósmico. En esto se diferencian de
las ondas sonoras, para las cuales es absolutamente necesaria la existencia de
aire o de cualquier otro medio denso, por ejemplo, de agua.
Cuando una estación de radiodifusión comienza a transmitir, el locutor
suele decir que dicha estación trabaja con ondas de tal o cual longitud. La
onda que se mueve sobre la superficie del agua la vemos y con cierta habilidad
podemos medir su longitud. En cambio, la longitud de las ondas de radio sólo
puede medirse con aparatos especiales o calcularse matemáticamente si se conoce
la frecuencia de la corriente que las excita.
La longitud de una onda de radio es la distancia a que se propaga la
energía del campo electromagnético durante el periodo de oscilación de la
corriente en la antena de la estación de radio. Esto debe entenderse como
sigue. En el tiempo que dura un periodo de la corriente en la antena del
transmisor, en el estadio que la rodea surge una onda de radio. Cuanto mayor es
la frecuencia de la corriente, tanto mayor es el número de ondas de radio
consecutivas que radia la antena en cada segundo. Supongamos que la frecuencia
de la corriente en la antena de la estación de radio es de 1 MHz. En este caso
el período de la corriente y del campo electromagnético excitado por ella es
igual a una millonésima de segundo. En 1 s la onda de radio recorre 300.000 km
o 300.000.000 m de distancia. En una millonésima de segundo recorrerá una
distancia un millón de veces menor, es decir, 300.000.000:1.000.000. Por lo
tanto, la longitud de onda de la estación de radio dada será de 300 m.
Así pues, la longitud de onda de una estación de radio depende de la
frecuencia de la corriente en su antena: cuanto mayor sea la frecuencia de la
corriente, tanto más corta será la onda y, al contrario, cuanto menor sea la
frecuencia de la corriente, tanto más larga será la onda. Para conocer la
longitud de onda de una estación de radio hay que dividir la velocidad de
propagación de las ondas de radio, expresada en metros, por la frecuencia de la
corriente en su antena. Y, al contrario, para conocer la frecuencia de la
corriente en la antena de una estación de radio hay que dividir la velocidad de
propagación de las ondas de radio por la longitud de onda de dicha estación.
Para reducir la frecuencia en megahertzios de la corriente de un
transmisor a longitud de onda en metros y, viceversa, resulta cómodo utilizar
las fórmulas siguientes:
λ(m) = 300/f (MHz) y f (MHz) = 300/λ (m),
en las que λ (letra griega “lambda”) es la longitud de onda; f la
frecuencia de las oscilaciones, y 300, la velocidad de propagación de las ondas
de radio, expresada en millares de kilómetros por segundo.
Quiero advertirte que: no debes confundir el concepto de longitud de
onda, con que trabaja una estación de radio, con su alcance, es decir, con la
distancia a la cual las emisiones de dicha estación pueden ser captadas. El
alcance de una estación de radio depende, efectivamente, de la longitud de
onda, pero no es identificable con ella. Así, las emisiones de una estación que
funciona con longitud de onda de varias decenas de metros pueden ser oídas a
varios millares de kilómetros de distancia, pero no siempre se oyen a
distancias más próximas. En cambio, las emisiones de una estación que trabaja
con ondas de centenares e incluso millares de metros de longitud, suelen no
oírse a distancias tan grandes como aquellas a que se oyen las emisiones de
estaciones de onda corta.
Resumiendo, cada estación de radiodifusión trabaja con una
frecuencia determinada, que le ha sido asignada, y que se llama frecuencia
portadora.
Las longitudes de onda de distintas estaciones de radio son diferentes,
pero rigurosamente constantes para cada una de ellas. Esto da la posibilidad de
oír las emisiones de cada estación por separado, es decir, no de todas al mismo
tiempo.
§. Gamas de ondas de radiodifusión
La banda, bastante ancha, de ondas de radio asignada a las estaciones de
radiodifusión se divide convencionalmente en varias gamas: de ondas largas
(abreviado OL), de ondas medias (OM), de ondas cortas (OC) y de ondas
ultracortas (OUC). En la URSS, por ejemplo, la gama de ondas largas abarca las
ondas de radio de longitud desde 735.3 hasta 2000 m, a las cuales corresponden
las frecuencias de 408 a 150 kHz: la de ondas medias, las ondas de radio de
longitud desde 186.9 hasta 571,4 m (radiofrecuencias de 1605 a 525 kHz); la de
ondas cortas, las ondas de longitud desde 24,8 hasta 75,5 (radiofrecuencias de
12,1 a 3.95 MHz), y la de ondas ultracortas, las ondas de longitud desde 4.11
hasta 4.56 m (radiofrecuencias de 73 a 65.8 MHz).
Las ondas de la gama OUC se llaman también métricas; en general se da el
nombre de ondas ultracortas a todas las ondas cuya longitud es menor de 10 m.
En esta gama se llevan a cabo las emisiones de televisión y funcionan las
estaciones de radiocomunicación de los coches del servicio de bomberos, de los
taxis, de los servicios médicos de urgencia y de la policía de tráfico.
Las radiofrecuencias de las estaciones de radiodifusión de onda corta no
están distribuidas uniformemente por toda la gama: la mayoría de dichas
estaciones trabajan con ondas de cerca de 25, 31, 41 y 50 m. De acuerdo con
esto, la gama de ondas cortas de radiodifusión se subdivide en las subgamas de
25, 31. 41 y 50 metros.
Por acuerdo internacional la onda de 600 m (500 kHz) de longitud se
reserva para transmitir las señales de socorro SOS de los barcos en el mar. Con
esta onda funcionan todos los transmisores de radio marítimos de alarma y a
esta onda están sintonizados los receptores de las estaciones de salvamento y
los radiofaros.
§. Radiotransmisión
Si el complejo equipo técnico de una estación de radiodifusión se representa,
simplificadamente, en forma de signos convencionales y de rectángulos, se
obtiene su esquema estructural en la forma que se ve en la Figura 18.
Figura 18. Esquema estructural de una estación de radiodifusión
Aquí hay cinco aparatos y dispositivos fundamentales: el micrófono del
estudio, el amplificador de audiofrecuencia (AF), el generador de oscilaciones
de radiofrecuencia (RE), el amplificador de potencia de las oscilaciones de
radiofrecuencia y de antena, que radia la energía electromagnética de las ondas
de radio. Mientras el micrófono del estudio no está conectado, a la antena
llega corriente de alta frecuencia (portadora) y amplitud rigurosamente
constantes (véanse las partes izquierdas de las gráficas en la Figura 19).
Figura 19. Al actuar el sonido sobre el micrófono, la amplitud de la
corriente de alta frecuencia en la antena del transmisor, varía.
En estas condiciones la antena emite ondas de radio de longitud y
potencia invariables. Pero en cuanto conectan el micrófono, los radio-oyentes
que se encuentran a decenas, centenares y hasta millares de kilómetros de la
estación de radio empiezan a oír la conocida voz del locutor.
¿Qué ocurre durante este tiempo en el transmisor de la estación de
radio? Las oscilaciones de audiofrecuencia creadas en el micrófono y
amplificadas en el amplificador (AL) del estudio, llegan al llamado modulador,
que forma parte del amplificador de potencia del transmisor y allí, actuando
sobre la corriente de alta frecuencia del generador, hacen que varíen las
amplitudes de las oscilaciones. A causa de esto varia la energía
electromagnética que radia la antena del transmisor (véanse las partes derechas
de la gráficas en la Figura 19).
Cuanto mayor es la frecuencia de la corriente que llega del estudio al
transmisor, tanto con mayor frecuencia varían las amplitudes de la corriente en
la antena.
De esta forma el sonido, transformado por el micrófono en oscilaciones
eléctricas de audiofrecuencia reciben su “pasaporte” para el éter.
El proceso de variación de la amplitud de las oscilaciones de alta
frecuencia bajo la influencia de la corriente de frecuencia sonora se
llama modulación de amplitud (MA), y las corrientes de alta
frecuencia cuya amplitud varía en la antena y las ondas de radio que ésta
emite, reciben el nombre de oscilaciones moduladas de
radiofrecuencia.
Además de la modulación de amplitud existe la llamada modulación
de frecuencia (MF). En esta forma de modulación varía la frecuencia, y
la amplitud de las oscilaciones de radiofrecuencia en la antena de la estación
de radio permanece invariable. La modulación de frecuencia se utiliza, por
ejemplo, para emitir el sonido de acompañamiento en televisión y para la
radiodifusión es OUC. En la radiodifusión en OL, OM y OC sólo se utiliza la
modulación de amplitud.
Las ondas de radio son imposibles de descubrir por nuestros órganos
sensitivos, Pero si encuentran a su paso un conductor, le ceden parte de su
energía. En este fenómeno se basa la recepción de las transmisiones por radio.
La energía de las ondas la recoge la antena del receptor. Al ceder a la antena
parte de su energía electromagnética, las ondas de radio inducen en ella
oscilaciones moduladas de radiofrecuencia.
En el receptor tienen lugar procesos inversos a los que ocurren en el
estudio y en la estación transmisora. Si allí el sonido se transforma
sucesivamente primero en oscilaciones eléctricas de audiofrecuencia y después
en oscilaciones moduladas de radiofrecuencia, durante la recepción se resuelve
el problema inverso: las oscilaciones moduladas de radiofrecuencia, excitadas
en la antena, las transforma el receptor en oscilaciones eléctricas de
audiofrecuencia y luego en sonido. En el receptor más simple, que sólo funciona
en virtud de la energía captada por la antena, las oscilaciones moduladas de
radiofrecuencia se transforman en oscilaciones de audiofrecuencia en el
detector, y estas últimas, en sonido en los auriculares.
Pero la antena del receptor la atraviesan ondas de radio de muchas
estaciones, que excitan en ella oscilaciones moduladas de radiofrecuencias muy
diversas. Si todas estas señales las transformásemos en sonido, escucharíamos
centenares de voces hablando distintas lenguas. ¿De qué nos serviría esta
recepción? De nada. Lo que interesa es escuchar las emisiones de las distintas
estaciones, pero no a la vez, sino por separado.
Para esto, de las oscilaciones de todas las frecuencias excitadas en la
antena hay que seleccionar aquellas que tienen la frecuencia de la estación de
radio que queremos escuchar. Este problema lo resuelve el circuito
oscilante, que obligatoriamente forma parte tanto de los receptores de
radiodifusión más simples como de los más complejos. Precisamente por medio del
circuito oscilante tú mismo, en la charla siguiente, vas a sintonizar tu primer
receptor a las señales de estaciones de radio de distinta longitud de onda.
§. Propagación de las ondas de radio
Para terminar esta charla, que espero te habrá ayudado a comprender la esencia
de la radioemisión y la radio recepción, debo hablarle de algunas
peculiaridades de la propagación de las ondas de radio. Es el caso que las
ondas de diferentes gamas tienen distintas propiedades que influyen en la
distancia a que se propagan. Las ondas de una longitud pueden franquear grandes
distancias, mientras que las de otra se “pierden” fuera de los límites del
horizonte. Suele ocurrir que una señal de radio se oiga perfectamente en algún
sitio del lado opuesto de la Tierra o en el Cosmos, pero sea imposible
detectarla a unas decenas de kilómetros de la estación emisora.
¿A qué se debe esto? ¿Qué influye en el alcance de las ondas de radio de
distinta longitud? La Tierra y la atmósfera que la rodea.
La Tierra es un conductor de corriente, aunque no tan bueno como,
digamos, los alambres de cobre. La atmósfera terrestre consta de tres capas. La
primera, cuyo límite superior se encuentra a 10 ó 12 km sobre la superficie de
la Tierra, se llama troposfera.
Figura 20. Caminos que siguen las ondas de radio
Sobre ella, hasta llegar a 50 kilómetros de la superficie de la Tierra,
está la segunda capa, la estratosfera. Y más arriba, hasta,
aproximadamente, 400 km sobre la superficie de la Tierra, se extiende la
tercera capa o ionosfera (Figura 20). La ionosfera desempeña
un papel decisivo en la propagación de las ondas de radio, sobre todo de las
cortas.
En la ionosfera el aire está muy enrarecido. Bajo la acción de las
radiaciones solares, en ella se separan de los átomos de los gases muchos
electrones libres, como resultado de lo cual surgen iones positivos. Se
produce, como suele decirse, la ionización de la capa superior de la atmósfera.
Esa capa ionizada es capaz de absorber las ondas de radio y de torcer sus
trayectorias. En el transcurso del día, en dependencia de la intensidad de la
radiación solar, la cantidad de electrones libres que hay en la capa ionizada y
el espesor y la altura a que está ésta, varían. Eso hace que cambien las
propiedades eléctricas de dicha capa.
Las antenas de las estaciones de radio emiten ondas a lo largo de la
superficie de la Tierra y también hacia arriba, formando diversos ángulos con
ella. Las ondas que van siguiendo la superficie de la Tierra se llaman
terrestres o superficiales, y las que forman distintos ángulos
con ella, espaciales o indirectas. Para emitir señales de OL,
las estaciones utilizan principalmente la energía de las ondas superficiales,
las cuales contornean bien la superficie de la Tierra. Pero como la Tierra es
un conductor, absorbe la energía de las ondas de radio. Por eso, a medida que
las OL se alejan de la estación, la intensidad con que se reciben sus emisiones
va disminuyendo continuamente y, por fin, la recepción cesa por completo.
Las ondas medias contornean peor la Tierra y son absorbidas más
intensamente por ésta que las largas. Eso explica que el “alcance” de las
estaciones de radiodifusión de OM sea menos que el de las de OL. Así, por
ejemplo, las señales de una estación que trabaja con ondas de 300 a 400 m de
longitud pueden captarse a distancias dos o tres veces menores que las señales
de una estación de la misma potencia que funcione con ondas de 1500 a 2000 m de
longitud. Para aumentar el alcance de las estaciones de OM hay que elevar su
potencia.
Por la tarde y por la noche las emisiones de las estaciones de OL y OM
se pueden oír a mayores distancias que durante el día. Esto se debe a que la
parte de energía de las ondas de radio que estas estaciones emiten hacia
arriba, durante el día se pierde en la atmósfera. Pero después de la puesta del
Sol, la capa inferior de la ionosfera desvía la trayectoria de estas ondas de
manera que vuelven a la Tierra a distancias a las cuales la recepción de dichas
estaciones por medio de las ondas superficiales es imposible.
Las ondas de radio de la gama de ondas cortas son intensamente
absorbidas por la Tierra y circunvalan mal su superficie. Por eso, a distancias
de varias decenas de kilómetros de las estaciones emisoras sus ondas
superficiales se amortiguan. En cambio, sus ondas espaciales pueden captarse
por los receptores a distancias de varios millares de kilómetros de ellas e
incluso en el punto opuesto de la Tierra. La desviación de la trayectoria de
las ondas cortas espaciales se produce en la ionosfera. Al penetrar en la
ionosfera estas ondas pueden recorrer en ella un camino muy largo y volver a la
Tierra lejos de la estación emisora. Pueden dar la vuelta a la Tierra y ser
captadas en el mismo punto en que se encuentra dicha estación. Esto explica el
secreto de la buena propagación de las ondas cortas a grandes distancias
incluso si el emisor es de poca potencia.
Pero al propagarse las ondas cortas pueden producirse zonas en las
cuales las emisiones de la estación de OC no se oyen en absoluto. Estas zonas
se llaman zonas muertas o “zonas de silencio” (véase la
Figura 20). La extensión de la zona muerta depende de la longitud de la onda y
del estado de la ionosfera, que depende a su vez de la intensidad de la
radiación solar.
Las ondas ultracortas son por sus propiedades las que más se parecen a
los rayos luminosos. Fundamentalmente se propagan en línea recta y son
intensamente absorbidas por la tierra, por el reino vegetal, por algunos
edificios y objetos. Por eso la recepción segura de las señales por onda
superficial de las estaciones de OUC sólo es posible, en general, cuando entre
las antenas del transmisor y del receptor se puede trazar mentalmente una recta
que no encuentre en toda su longitud obstáculo alguno en forma de montaña,
colina o bosque. Para las OUC la ionosfera es como el vidrio para la luz,
“transparente”. Las ondas ultracortas pasan sin dificultad a través de ella.
Por eso esta gama de ondas de radio se utiliza para la comunicación con los
satélites artificiales de la Tierra y con las naves cósmicas.
Charla 3
Tu primer receptor
Contenido:
§. Antena y toma de tierra
§. Primer radiorreceptor
§. Esquema eléctrico básico de tu receptor
§. Estructura del receptor
§. Defectos posibles
* * * *
El conocimiento práctico de la radiotecnia suele empezarse construyendo
el receptor de radiodifusión más simple, el receptor de cristal detector. Te
aconsejo que no rompas esta tradición de los radioaficionados.
Pero el receptor de cristal detector, como otros sencillos receptores de
transistores, no funciona satisfactoriamente sin antena y toma de tierra. Por
esa razón, tus primeros pasos prácticos en radiotecnia debes empezar a darlos
con ellas.
§. Antena y toma de tierra
La palabra “antena” viene del latín “antenna”, nombre que se daba a los
tentáculos o vigolillos que tienen los insectos. La antena receptora es también
el “tentáculo” que “captura” en el espacio la energía de las ondas de radio.
Cuanto mayor es la energía que el receptor recibe de su antena, tanto mayor es
la intensidad con que funciona. Esto tiene especial importancia para el
receptor de cristal detector, que funciona exclusivamente a expensas de la
energía de las ondas de radio.
Existen muchas y muy variadas estructuras de antenas. La mayor parle de
ellas consiste en largos conductores que se elevan a gran altura sobre la
superficie de la tierra. Las antenas de este tipo se llaman exteriores, ya que
se encuentran fuera de los edificios. Antenas semejantes, pero dispuestas
dentro de los edificios reciben el nombre de interiores. Las antenas exteriores
tienen mejores condiciones de recepción que las interiores.
Las señales de una estación de radiodifusión local, o lejana pero
potente, se pueden captar utilizando una antena interior. Para construir esta
antena hay que atornillar a los rincones de la habitación, cerca del techo,
unos aisladores de polea, de porcelana, y tender entre ellos un alambre
conductor desnudo o con aislamiento. Este alambre puede tenderse a lo largo de
una, dos, tres o cuatro paredes de la habitación. Uno de los extremos del
conductor debe bajar hasta el receptor. Esta antena será tanto mejor cuanto más
largo sea el alambre y más alta sobre la tierra esté la habitación.
Figura 22 Antena interior helicoidal
También se puede hacer una antena interior helicoidal (Figura 22) para
lo cual un alambre aislado o desnudo de 10 a 15 m de longitud se arrolla a una
barra redonda y luego se saca de ella. La antena helicoidal hay que suspenderla
de un cordón o de un sedal de caprón entre las paredes de la habitación. La
bajada al receptor puede hacerse desde cualquiera de los extremos o espiras de
la antena.
Figura 21. Toma de tierra
Para la toma de tierra pueden servir las tuberías de conducción del agua
o de la calefacción central, puesto que tienen buen contacto eléctrico con la
tierra. En la parte del tubo más próxima a tu sitio de trabajo debes limar,
hasta que quede brillante, un trozo al cual arrollarás fuertemente el extremo,
también limado, de un alambre de cobre cuyo otro extremo irá al receptor. Para
que el contacto del alambre con el tubo sea mejor, se puede asegurar con una
abrazadera de fijación (Figura 21).
§. Primer radiorreceptor
Te propongo empezar por el montaje de un receptor de cristal detector
experimental. La principal ventaja de esta modalidad de radiorreceptor simple
consiste en que en ella es fácil hacer cualquier variación o adición y corregir
los errores conmutando los conductores de conexión, ya que todos sus elementos
los tendrás desplegados ante ti.
Los experimentos con él te ayudarán a comprender los principios
fundamentales en que se basa el funcionamiento de todo receptor de
radiodifusión y a adquirir cierta práctica de construcción radiotécnica.
Figura 23, Bobina de inductancia hecha por un aficionado (a), barra de
ferrita (b), diodo de punta de contacto (c), condensadores (d) y auriculares
(e) necesarios para el receptor experimental.
Para hacer este receptor se necesita (Figura 23); una bobina de
inductancia, una barra de ferrita (marca 400 HH o 600 HH) de 7 u 8 mm de
diámetro y de 120 a 140 mm de longitud (estas barras se utilizan para hacer las
antenas magnéticas de los receptores de transistores), un diodo semiconductor
de punta de contacto, que hará de detector, varios condensadores de capacidad
constante y unos auriculares. La bobina de inductancia debes hacerla tú mismo,
los demás elementos puedes conseguirlos hechos. El diodo puede ser cualquiera
de los de las series D9 o D2. Los condensadores también pueden ser de cualquier
tipo (de mica, de cerámica o de papel), de capacidad desde varias decenas hasta
varios millares de picofaradios (abreviado; pF) Los auriculares deben ser de
alta resistencia óhmica, es decir, con devanados de 1500 a 2200 ohmios (Ω), por
ejemplo, del tipo TOH-1 o TA-4. Más tarde, cuando empieces a hacer
experimentos, necesitarás otros elementos y materiales.
Para la bobina se necesita hilo de bobinado marca ПЭВ-1 (hilo con
aislamiento de esmalte en una capa, de alta resistencia mecánica. ПЭВ-2 (ídem,
pero con dos capas de aislamiento) o ПЭЉ (hilo esmaltado con barniz resistente)
de 0,15 a 0,2 mm de diámetro. Los hilos de estas marcas y sus diámetros se
designan así: ПЭВ-1: 0,15”; ПЭВ-2: 0,18” y ПЭЉ: 0,2” También pueden servir
hilos de bobinado de otras marcas, por ejemplo, ПБД, con aislamiento de hilo de
algodón en dos capas o ПЭЉ-ШО, esmaltado con barniz resistente y envuelto en
una capa de seda natural. Lo importante es que el aislamiento no esté
deteriorado, de lo contrario entre las espiras de la bobina puede producirse un
corto circuito, lo cual es intolerable.
El diámetro interior de la armazón de la bobina, que se hace de papel de
escribir encolado, formando 3 ó 4 capas, debe ser tal, que dentro de él pueda
entrar con poco rozamiento la barra de ferrita. Con vistas a esta condición, te
aconsejo que utilices la barra de ferrita como horma para hacer la armazón de
la bobina. Haz esto así: envuelve previamente la barra de ferrita con una o dos
capas de papel fino, para que luego la armazón no se sujete a ella. Después
envuelve la barra una vez en una tira de papel de escribir de aproximadamente
100 mm de anchura. Sobre la parte de dentro del resto de la tira de papel
extiende una capa delgada y uniforme de cola БФ-2, haz rodar la barra,
apretándola, sobre la tira de papel y deja que la armazón se seque un poco antes
de sacarla de la barra. Cuando se haya empezado a secar, sácala de la barra,
quítale la capa de papel fino y termínala de secar en un sitio templado. La
armazón terminada debe ser dura.
Antes de arrollar el hilo, introduce la barra de ferrita en el armazón.
No aprietes mucho el hilo o al enrollarlo porque de lo contrario la armazón se
comprimirá y será difícil sacar de ella la barra. Sobre la armazón hay que
enrollar en fila 300 vueltas de hilo, haciendo cada 50 vueltas derivaciones en
forma de bucles. Así se obtiene una bobina de inductancia de una capa con seis
secciones, dos terminales extremos y cinco derivaciones. Para evitar que las
expiras extremas del hilo de la bobina terminada se salgan de la armazón,
sujétalas a ella con anillos cortados de tubos de goma o de policloruro de
vinilo o atándolos con hilos. Las espiras de la bobina se pueden fijar también
con una capa delgada de cola БФ-2.
Los extremos de la armazón córtalos cuidadosamente con un cuchillo bien
afilado.
Ocurre a veces que al hacer la bobina se rompe el hilo, o que un trozo
de él es insuficiente para toda la bobina. En este caso a los extremos de los
hilos que hay que unir, les quitas el aislamiento, se retuercen fuertemente y
se sueldan y se protegen con una cinta aisladora fina. Si la junta cae cerca de
una derivación es preferible no escatimar varias vueltas de hilo y hacer el
empalmo en el bucle.
Y ahora, mi joven amigo, puedes empezar a montar tu primer receptor de
radio (Figura 24).
Quita de los extremos de los terminales y de las derivaciones de la
bobina el aislamiento, pero hazlo con cuidado para que no se rompan los hilos.
A uno de los terminales extremos le llamaremos principio de la bobina y lo
designaremos con la letra p.
Figura 24. Conexión de los elementos del receptor experimental
Une este terminal al diodo. El otro extremo de la bobina, es decir, el
final, f, únelo a una de las clavijas de contacto del cordón de los
auriculares. El otro terminal del diodo únelo a la otra clavija de los
auriculares. Al conductor que va del principio de la bobina al diodo, retuerce
fuertemente el alambre que baja de la antena, después de quitarle el
aislamiento. A este conductor del receptor le llamaremos conductor de antena.
Al conductor que une el final de la bobina con los auriculares retuerce el alambre
de toma de tierra. Dicho conductor será el conductor de fierra. Durante los
experimentos este conductor habrá que conmutarlo de una derivación de la bobina
a otra; en la Figura 24 se indica esto con una línea de trazos y una flechita),
sin que varíe la unión de la toma de tierra con los auriculares.
Démonos un “paseo” por los circuitos del receptor rocíen hecho. Del
principio p de la bobina, pasando por el conductor de antena,
llegamos al diodo, y desde él a los auriculares.
A través de éstos y siguiendo por el conductor de tierra y las espiras
de la bobina, volvemos al punto de partida p. Resulta un circuito
eléctrico cerrado que consta de una bobina, un diodo y unos auriculares. Este
circuito se llama detector. Si en algún punto de este circuito se produce un
corte, un mal contacto entre los elementos o los conductores de conexión, por
ejemplo, por estar mal retorcidos, el receptor naturalmente no funcionará.
El camino más corto desde la antena hacia la tierra es la que pasa por
la bobina. Este es el camino que sigue la corriente de alta frecuencia que
exista en la antena las ondas de radio. Está corriente crea en los extremos de
la bobina a una tensión de alta frecuencia que produce una corriente de igual
frecuencia en todo el circuito detector.
El circuito formado por la antena, la bobina y la toma de tierra, se
llama circuito de antena. Presta atención, la bobina del circuito oscilante del
receptor forma parte tanto del circuito de antena como del circuito detector.
Después de este “paseo” por los circuitos del receptor puedes empezar a
probarlo. Ponte los auriculares, ajústatelos bien a los oídos, y escucha. Es
posible que de momento no oigas nada, incluso si la antena y la toma de tierra
son buenas, y el diodo y los auriculares han sido probados previamente. Esto
puede deberse a que el receptor no está aún sintonizado a la frecuencia
portadora de la estación de radiodifusión cuya señales se oyen bien en tu
región o a que dicha estación no transmite a esa hora. Este receptor se puede
sintonizar variando el número de espiras de la bobina que se incluyen en el
circuito de la antena.
En la Figura 24, en el circuito de la antena, están incluidas las 300
espiras de la bobina. Pero si el conductor de tierra se desconectó en el
extremo de la bobina y se conecta, por ejemplo a la desviación 5, en el
circuito estarán incluidos no las 300 espiras, sino sólo 250. Si este mismo
conductor se conmuta a la derivación 4, en el circuito estarán incluidas 200
espiras. Si se conmuta a la derivación 3 ahora serán 150 espiras y así
sucesivamente. En este caso las secciones inferiores están excluidas del circuito
y no participarán en el funcionamiento del receptor.
De este modo conmutando el conductor de tierra puedes incluir en el
circuito distinto número de espiras de 50 en 50.
Acuérdate de esto:
cuanto mayor sea la longitud de onda de la estación de radiodifusión a
la que se puede sintonizar el receptor, tanto mayor debe ser el número de
espiras de la bobina intercalada en el circuito de antena
Tu receptor experimental puede sintonizarse tanto a una estación de
radiodifusión de la gama de ondas media como de la gama de ondas largas, pero
claro está que no podrás captar las emisiones de cualquier estación. El
receptor de cristal detector no puede reaccionar a las débiles señales de las
estaciones lejanas porque su sensibilidad es pequeña
Empieza ahora a sintonizar el receptor uniendo el conductor de tierra
primeramente a la derivación 5, después a la 4 y así hasta llegar a la 1. Al
mismo tiempo ten cuidado de que las derivaciones de la bobina y los conductores
de conexión no se toquen y de que los contactos y los retorcimientos no fallen.
De lo contrario el receptor no funcionará o en los auriculares se oirán
chasquidos y susurros que dificultarán la recepción. Los contactos eléctricos
serán más seguros si los puntos de unión de los conductores y los elementos se
sueldan.
Una vez que hayas sintonizado el receptor a una estación, acuérdate del
número de espiras intercaladas en el circuito con el cual la estación se oye
mejor. Luego intenta “hallar” por el mismo procedimiento, otra estación.
Espero que consiga cierto éxito. Prueba, sin embargo, a mejorar el
funcionamiento del receptor. Sin cambiar su sintonización conecta en paralelo a
los auriculares (entre su clavija de contacto) un condensador. La capacidad del
condensador que en este caso se llama condensador de bloqueo puede ser de 1000
a 3000 pF. Con esto la intensidad del sonido en los auriculares debe aumentar
un poco si las estaciones de radiodifusión se hayan a mas de 150 o 200 km de tu
casa y intercala el condensador de bloqueo al empezar el experimento
Este procedimiento de sintonización del receptor con solo variar a
saltos el número de espiras de la bobina es muy simple, pero no siempre permite
sintonizarlo exactamente a la frecuencia portadora de la estación. La
sintonización exacta puede lograrse por un procedimiento adicional, por
ejemplo, valiéndose de un clavo ¡Haz la prueba!
Sintoniza el receptor como ya sabes a la onda de una estación de radio y
después introduce dentro de la armazón de la bobina un clavo grueso o una
varilla de hierro de diámetro apropiado, ¿Qué ocurre? La intensidad del sonido
recibido aumentará un poco o, al contrario, disminuirá. Saca el clavo de la de
la bobina y la intensidad volverá a ser la misma que al principio.
Ahora introduce nuevamente el clavo en la bobina y sácalo también con la
misma lentitud, la intensidad del sonido variará poco, pero suavemente variará
Así, por vía experimental, se puede hallar la posición del clavo o la varilla
dentro de la bobina con la cual la intensidad del sonido será la mejor.
Este experimento permite sacar la siguiente conclusión: la varilla de
hierro introducida en la bobina influye en la sintonización del circuito. Con
este procedimiento de sintonización del receptor, aunque, naturalmente,
utilizando no un clavo, sino un núcleo ferromagnético, te encontrarás en esta
misma charla Mientras tanto, te propongo que hagas el experimento siguiente:
sintoniza el receptor por medio de un condensador de capacidad variable.
Para que te resulte más cómodo hacer este experimento y algunos otros
posteriores con el receptor de cristal detector, monta, en una tabla de madera
contrachapado cuyos dimensiones sean 30×70 mm, una regleta con enchufes hembras
para los auriculares, dos bornes y un condensador de bloqueo, conectándolos
como muestra la Figura 25.
Figura 25. Sintonización del receptor por medio de un condensador
improvisado de capacidad variable
La regleta con los enchufes hembras móntala en la tabla así: taladra en
ella dos orificios de 6 a 8 mm de diámetro, a 20 mm de distancia entre sus
centros, e introduce en ellos los manguitos de contacto. La regleta sujétala a
la tabla con dos tirafondos o dos tornillos con tuercas. El principio de la
bobina y la antena conéctalos a borne con que está unido el diodo y el segundo
borne al cual está unido el enchufe hembra de los auriculares, conecta el final
de la bobina y la toma de tierra.
El condensador de capacidad variable puede ser tanto con dieléctrico
sólido como de aire. Pero la función del condensador de capacidad variable la
pueden desempeñar dos láminas metálicas de dimensiones de 150 × 150 mm, cortada
por ejemplo, de hojalata. Suelda a estas láminas en dos conductores de 250 a
300 mm de longitud. Por medio de estos conductores conecta una de las láminas
con el borne de antena y la otra con el borne de derivación a tierra. Pon las
láminas sobre la mesa una al lado de la otra pero de forma que no se toquen y
sintoniza el receptor a una estación de radio, solamente conmutando las
secciones de la bobina con el conductor de tierra. Ahora acerca la lámina
puesta a tierra a la lámina conectada con la antena. Si la intensidad del
sonido aumenta acerca más las láminas, y por fin pon una sobre otra,
interponiendo entre ellas una hoja de papel seco (para que no haya contacto
eléctrico). Encuentra la colocación mutua de las láminas con la cual la
sintonización sea exacta. Si al aproximar las láminas la intensidad del sonido
disminuye conmuta el conductor de tierra a la derivación de la bobina más
próximo al principio de la misma y vuelve aproximar las láminas hasta lograr la
intensidad máxima.
Figura 26 El condensador conectado al circuito de antena mejora la
selectividad del receptor
En este experimento la sintonización del receptor a la frecuencia
portadora de la estación de radio se ha realizado por dos procedimientos: uno,
aproximado, variando la inductancia de la bobina mediante la conmutación de sus
secciones, y otro, exacto, variando la capacidad del condensador de láminas.
Acuérdate de esto:
la inductancia de la bobina y la capacidad del condensador, cuando, el
receptor se sintoniza a una estación emisora, están en relación mutua.
La misma estación de radio se puede oír intercalando en el circuito de
antena del receptor un número mayor de espiras, es decir, mayor inductancia de
la bobina, pero con menor capacidad del condensador, o, al contrario, con menor
inductancia de la bobina, pero con mayor capacidad del condensador.
Figura 27. Receptor con sintonización por barra de ferrita
Vuelve ahora a sintonizar el receptor a cualquier estación de radio,
recuerda la intensidad con que recibes la emisión y después, sin cambiar el
ajuste, intercala entre la antena y el borne de antena un condensador
de 47 a 62 pF (Figura 26). ¿Qué ocurre? Que la intensidad de la recepción
disminuye un poco. Esto se debe a que el condensador
intercalado en el circuito de antena hace un cambio en los parámetros de todo
el circuito. Reajusta el circuito con el condensador de capacidad variable
hasta que los auriculares suenen con la misma intensidad que antes. Si antes de
intercalar al circuito el condensador adicional, durante la recepción de una
estación, se oía a la vez otra estación cualquiera de frecuencia próxima, ahora
esta última se oirá más débilmente o dejará de oírse. El receptor empieza a discriminar
mejor las señales de la estación a que se sintoniza o, como suele decirse, su
selectividad habrá mejorado.
En vez de un condensador de capacidad constante, intercala entre la
antena y el receptor un condensador de capacidad variable. Con su ayuda podrás
no sólo variar la selectividad del receptor, sino también, posiblemente,
sintonizarlo a distintas estaciones.
El siguiente experimento consiste en sintonizar el receptor por medio de
una barra de ferrita (Figura 27). Quita d condensador de láminas y en su lugar,
entre los bornes de antena y de tierra, es decir, en paralelo a la bobina,
conecta un condensador de mica o cerámico de 120 a 150 pF de capacidad.
Ajústate bien los auriculares a los oídos, concéntrate y muy lentamente ve
introduciendo la barra de ferrita dentro de la armazón de la bobina. A medida
que penetra la barra en la bobina irás escuchando las emisiones de las
distintas estaciones de radiodifusión cuya recepción es posible en tu localidad
con el receptor de cristal detector. Cuanto mayor sea la longitud de onda de la
estación, tanto mas habrá que introducir la barra en la bobina. Haciendo
pruebas, haya las posiciones de la barra dentro de la bobina con las cuales se
oyen más intensamente las señales de las estaciones y haz con lápiz, sobre
dicha barra, las indicaciones correspondientes. Utilizando estas indicaciones,
como divisiones de una escala podrás sintonizar rápidamente el receptor a la
onda de la estación que desees.
Siguiendo los experimentos con la barra de ferrita, conecta en paralelo
a la bobina otro condensador de 390 a 470 pF de capacidad
¿Cómo influye eso en la sintonización del receptor? La intensidad
permanece como antes, pero para sintonizar la misma estación hay que introducir
menos la barra en la bobina. Quita el condensador y deja conectada únicamente
la bobina. ¿Qué ocurre? Que para sintonizar el receptor a la misma estación has
que introducir más la barra en la bobina.
¿Qué conclusiones se pueden sacar de los experimentos realizados con
esta modalidad de receptor de cristal detector? Dos principales. Primera, que
la barra de ferrita influye con mucha más intensidad que el clavo o la varilla
de hierro en la inductancia de la bobina y por la tanto la sintonización del
receptor. Segunda, que saliéndose de la barra de ferrita se puede sintonizar
suavemente y con exactitud el circuito del receptor a la estación de radio
deseada.
Otro experimento más. Desconecta del receptor la antena y la toma de
tierra, conecta entre ellas el diodo y, en paralelo, los auriculares sin
condensador de bloqueo. Ese es todo el receptor. ¿Cómo funciona? ¿Apenas se
oye? Además es posible que se escuchen a la vez las emisiones de dos o tres
estaciones de radiodifusión. De este receptor no se puede esperar nada mejor.
Tú, seguramente, habrás notado que cuando tocas con la mano los
elementos o los conductores de conexión, la intensidad del sonido varía algo.
Esto se debe al desajuste que introduce en el circuito de antena la capacidad
eléctrica de tu cuerpo.
§. Esquema eléctrico básico de tu receptor
Para conectar correctamente los elementos del receptor has empleado dibujos. En
ellos la bobina, los auriculares, el diodo detector y los demás elementos,
aparatos y conexiones los has visto tal como son en realidad. Eso resulta muy
cómodo al principio, mientras se trata de receptores de radio de estructura muy
simple, formada por un pequeño número de elementos. Pero si se intentara
representar por este procedimiento la estructura de un receptor moderno,
resultaría una maraña de elementos y conductores imposible de descifrar. Para
evitar eso, todo aparato eléctrico o de radio se representa esquemáticamente,
es decir, por medio de un dibujo simplificado o esquema.
Hay tres tipos fundamentales de esquemas: estructurales y eléctricos
básicos de conexiones eléctricas.
El esquema estructural es un dibujo simplificado en el
cual los grupos de elementos y aparatos, que desempeñan funciones determinadas
en el dispositivo radiotécnico, se representan convencionalmente por medio de
rectángulos u otros símbolos. El esquema estructural sólo da una idea de cómo
funciona el dispositivo, de su estructura y de la relación entre sus grupos
funcionales. De ejemplo de esquema estructural puede servir la Figura 18, que
utilicé para explicarte el principio en que se basa el funcionamiento de una
estación de radiodifusión. ¿Se puede representar por este procedimiento la
estructura de un receptor de cristal detector? Claro que sí. Dibuja cuatro
rectángulos en fila y únelos entre sí con rectas provistas de flechitas que
vayan de izquierda a derecha. En el rectángulo extremo izquierdo escribe la
palabra “Antena”, en el rectángulo siguiente a él, “Circuito oscilante”, en el
tercer rectángulo. “Detector” y en el cuarto. “Auriculares”. Así se obtiene el
esquema estructural del receptor de cristal detector. Este esquema puede
“leerse” como sigue: las oscilaciones moduladas de radiofrecuencia excitadas en
la antena, llegan al circuito oscilante del receptor y después al detector,
este último separa de la señal recibida las oscilaciones de audiofrecuencia las
cuales son transformadas en sonido por los auriculares.
El esquema eléctrico básico también suele llamarse sólo
básico o simplemente esquema. En él todos los elementos del aparato
radioeléctrico y el orden de sus conexiones se representan por signos
convencionales, que simbolizan dichos elementos, y por líneas. “Leyendo” el
esquema básico como si fuera un mapa geográfico o el dibujo de un mecanismo
cualquiera, no es difícil distinguir los circuitos y el principio que sirve de
base al funcionamiento del aparato. Pero este esquema no da idea de las
dimensiones del aparato ni de la colocación de sus elementos en las placas de
montaje.
El esquema de las conexiones, a diferencia del básico,
informa de cómo están colocados y conectados entre sí los elementos del
aparato. Al montar un receptor, un amplificador o cualquier otro aparato, el
radioaficionado coloca los elementos y los conductores aproximadamente como
están en el esquema de conexiones que se recomienda.
Pero el montaje de todas las conexiones de los elementos se comprueban
por el esquema básico del aparato.
Saber dibujar y leer correctamente los esquemas de radio es condición
indispensable para todo el que quiera ser radioaficionado.
En la Figura 28 puedes ver los elementos y dispositivos que ya conoces y
algunos otros que tendrás que utilizar en adelante y al lado de ellos, dentro
de circunferencias, sus representaciones gráficas simbólicas en los esquemas
básicos.
Cualquier bobina de inductancia sin núcleo, independientemente de su
estructura y número de espiras, se representa en el esquema básico en forma de
una línea ondulada.
Figura 28. Algunos elementos y dispositivos radiotécnicos, sus
representaciones gráficas convencionales en los esquemas básicos.
Las derivaciones de la bobina se indican por medio de rayitas. Si la
bobina tiene núcleo ferromagnético (barra de ferrita) fijo, que aumenta su
inductancia, esto se simboliza por medio de una recta a lo largo de la
representación de la bobina. Si con el núcleo se sintoniza el circuito del
receptor, como hiciste en el receptor experimental, en el esquema se simboliza
por la misma recta, pero tanto ella como la bobina se cruzan con una flecha. El
núcleo ferromagnético de ajuste de una bobina se representa por una rayita
gruesa y corta cruzada por un símbolo en forma de T.
Todo condensador de capacidad constante se representa por dos rectas
cortas paralelas, que simbolizan dos placas aisladas entre sí Si el condensador
es electrolítico (de estos condensadores hablaremos más adelante), su armadura
positiva se indica con un signo “+“ adicional. Los condensadores de capacidad
variable se representan lo mismo que los de capacidad constante, pero cruzados
oblicuamente por una flechita, que simboliza la variabilidad de la capacidad de
dicho aparato. Los enchufes para conectar el conductor de antena, los
auriculares o cualesquiera otros dispositivos o elementos se representan por
signos en forma de horquillas, y los bornes, en forma de circulitos.
Es nuevo para ti el conmutador. En vez de, al sintonizar el receptor,
tener que retorcer y enderezar los conductores como hiciste durante los
experimentos con el receptor detector, los terminales y las derivaciones o
tomas de la bobina se pueden conmutar por medio de un simple conmutador de
corredera, de cursor o de cualquier otro tipo.
Los conductores que unen entre si los elementos se representan por
líneas rectas. Si estas líneas convergen y en el sitio en que se cruzan hay un
punto, quiere decir que los conductores están unidos. Si el sitio en que se
cruzan no está marcado con el punto, los conductores no están conectados entre
sí.
En los esquemas básicos, junto a las representaciones simbólicas de los
elementos, aparatos, dispositivos de conmutación y otros, se escriben las
letras latinas correspondientes. Así, por ejemplo, a todos los condensadores,
independientemente de su estructura, peculiaridades y utilización, se les
atribuye la letra C; a los resistores, la letra R; a las bobinas, la L; a los
diodos, transistores y otros muchos dispositivos semiconductores, la V; a las
antenas, la W; a los enchufes y demás dispositivos de conexión, la X; a los
auriculares, altavoces, micrófonos y demás transformadores de oscilaciones
eléctricas o acústicas, la B; a las pilas y acumuladores, la G: a las baterías
de pilas o de acumuladores, las letras BG: a las lámparas de incandescencia, la
In y así sucesivamente. Además, en los esquemas básicos se numeran los
elementos, es decir, al lado de la letra atribuida al elemento se escribe una
cifra, por ejemplo, C1, L1, L2, R1, V1, etc. Para simplificar, en los esquemas
básicos no se representan a veces la antena ni los auriculares, sino únicamente
los enchufes o bornes para conectarlos, pero en este caso al lado de estos
últimos se escriben las letras y cifras correspondientes: W1, B1.
Ahora, conociendo ya los símbolos convencionales de los elementos,
puedes representar los esquemas básicos de los receptores detectores con los
cuales hiciste los experimentos.
El esquema básico de la primera modalidad de receptor experimental se
muestra en la Figura 29a, lo sintonizabas variando el número de secciones de la
bobina intercaladas en el circuito, mediante la conmutación del conductor a
tierra. Por eso, en el esquema se introduce el conmutador S1. Recuerda nuestro
“paseo” por los circuitos del receptor y repítelo ahora, pero por el esquema
básico. Desde el principio de la bobina L1, indicado en el esquema por el
punto, vas a parar al diodo V1 y a través de él a los auriculares B1. Después,
pasando por estos, por el conductor a tierra, el conmutador S1 y las espiras de
la bobina L1, se vuelve al punto de partida. Éste es el circuito detector. Para
las corrientes de alta frecuencia el camino desde la antena hasta tierra pasa
por las secciones de la bobina y el conmutador
Figura 29. Esquemas básicos de las modalidades del receptor experimental con
sintonización por conmutación de las derivaciones de la bobina (a); con
condensador de capacidad variable (b); con barra de ferrita (c)
Este es el circuito de antena. El receptor se sintoniza con la estación
emisora variando, a saltos, el número de espiras que se intercalan en el
circuito. En paralelo a los auriculares está conectado el condensador de
bloqueo C1.
En el mismo esquema, con líneas de trazos, se muestra condensador C. En
el receptor no figuraba de este elemento. Pero la capacidad eléctrica que lo
simboliza estaba presente, se forma por la antena y la toma de tierra y como sí
se conectara el circuito a sintonizar.
El esquema básico de una de las modificaciones posteriores del receptor
experimental puede verse en la figura 29b. Su circuito de entrada sintonizable
consta de una bobina L1 con una derivación, el condensador de la capacidad
variable C2 introducido por ti, el dispositivo de antena y el condensador de
antena C1. Si en el circuito solo se intercala la acción la sección superior
(según el esquema) de la bobina, el receptor capta las estaciones de radio de
la gama de OM y si se intercalan las dos secciones, las estaciones que emiten
en la gama OL. De esta forma, en el receptor el paso de una gama a otra efectúa
con el conmutador S1 y la sintonización suave en cada una de las gamas con el
condensador de capacidad variable C2.
La última modificación fue la del receptor que se sintoniza valiéndose
de la barra de ferrita. Su esquema básico lo puedes ver en la figura 29c, el
circuito oscilante lo forman las bobinas L1 y el condensador de capacidad
constante L2, la bobina no tiene derivaciones, de decir el receptor es de una
sola gama; para la recepción de estaciones de otra, nada más hay que intercalar
en el circuito otra bobina calculada para dicha recepción. Para conectar los
auriculares se han previsto enchufes B1.
§. Estructura del receptor
En principio, el receptor de cristal detector ha perdido la importancia
práctica que antes tenía. Hoy a nadie le asombra. Tales son las exigencias del
tiempo. Pero para ti, como para todos los nuevos aficionados, tiene valor como
material de estudio de las bases de la radiotecnia, con el cual, además, se
puede adquirir cierta práctica en trabajos de montaje. Por eso es de suponer
que te será útil terminar el receptor dándole una estructura simple acabada.
La estructura de la primera modalidad del receptor según el esquema de
la Figura 29a, puede ser la que muestra la Figura 30. El diodo V1 que desempeña
la función de detector, puede ser cualquiera de los de las series Д 2 o Д 9. La
capacidad del condensador C1 que bloquea los auriculares Bl, puede ser de 2200
a 6000 pF. El conmutador S1 de corredera puedes hacerlo tu mismo.
El receptor montado sobre un tablero de madera contrachapada de 60 × 60
mm. Debajo del tablero, en dos de los bordes opuestos, clava dos listones de 10
a 15 mm de altura cada uno, que sirven de patas.
Encima del tablero estarán el conmutador, el clavijero de dos enchufes
para conectar los auriculares y los bornes para la antena y la toma de tierra.
Debajo del tablero, el diodo VI, el condensador de bloqueo C1 y la bobina del
circuito oscilante L1. Las derivaciones y tos terminales de la bobina se
conectan a los contactos del conmutador y al borne para la antena.
Figura 30. Receptor con sintonización por conmutación de todas las secciones
de la bobina del circuito oscilante.
Cuando termines el montaje, comprueba si las conexiones son sólidas y
están bien hechas, de acuerdo con d esquema básico, enchufa los auriculares,
conecta la antena y toma de tierra y empieza a probar el receptor.
Puede ocurrir que la estación de onda más larga se oiga débilmente
incluso cuando en el circuito oscilante estén intercaladas todas las secciones
de la bobina. En este caso, entre los bornes de la antena y de la toma de
tierra hay que conectar un condensador adicional de 100 a 270 pF de capacidad.
Y si al mismo tiempo se escucha las emisiones de dos estaciones de radio, para
mejorar la selectividad del receptor, intercala en el circuito de antena un
condensador de 47 a 62 pF de capacidad.
Figura 31. Receptor con sintonización por barra de ferrita
En la estructura que muestra la Figura 31 debes reconocer la tercera
modificación del receptor experimental, con sintonización por medio de la barra
de ferrita (según d esquema de la Figura 29c). Sólo que entonces la bobina del
circuito oscilante se encontraba sobre la mesa y tú conectabas sus terminales
al dispositivo detector, mientras que ahora está pegada por los extremos de la
armazón a unos orificios que tienen los listones, que hacen de pies de un
dispositivo análogo. El receptor se sintoniza únicamente con la barra de
ferrita. En dicha barra se han hecho las señales correspondientes a las
posiciones que ocupa dentro de la armazón de la bobina al sintonizar las
distintas estaciones.
Si donde vives las estaciones que se oyen bien son principalmente las
que transmiten en la gama de OL, emplea en el receptor la bobina que hiciste
para el experimental. Pero si se escuchan mejor las estaciones de la gama de
OM, debes hacer otra bobina, calculada para la recepción de las estaciones de
esta gama.
La estructura de la bobina para la gama de OM es la misma. La longitud
de su armazón, también de papel encolado sirviéndose de la barra de ferrita
como horma, puede ser de 80 a 90 mm. La bobina debe tener de 80 a 90 espiras de
hilo ПЭВ 1 y ПЭВ 2 de 0.2 a 0.3 mm de diámetro, pero espaciadas (con poca
distancia entre ellas, de de modo que la longitud de arrollamiento sea de 60 a
70 mm.
Con este tipo de arrollamiento puede sintonizarse con mayor precisión et
circuito oscilante a la onda de la estación emisora. Sobre todo si funciona en
la parte de las ondas más cortas de esta gama De esto te convencerás tú mismo.
El diodo V1 como en el receptor anterior, puede ser de Д 2 o Д 9 con
cualquier índice literal. La capacidad del condensador C1 puede ser de 47 a 62
pF y la del condensador C3 de 2200 a 6800 pF. El condensador C2 elígelo
experimentalmente (en el esquema se indica con un asterisco): su capacidad (de
100 a 470 pF) debe ser tal que la estación de onda más larga se sintonice con
la barra de ferrita casi totalmente introducida en la armazón de la bobina. El
manejo de este receptor ya lo conoces.
Si en tu localidad sólo se oyen bien las transmisiones de una estación
de radio, por ejemplo, la local, puedes hacer un receptor de cristal detector
aun más simple, con sintonización fija, según el esquema de la Figura 32 Este
receptor carece de botones de sintonización Se sintoniza una vez a la estación
elegida y siempre está dispuesto para la recepción de dicha estación.
La sintonización del emisor a la emisora local se puede hacer valiéndose
del núcleo de ajuste de la bobina L1 (en el esquema el núcleo de ajuste se
representa por una rayita gruesa y corta cruzada por un símbolo en forma de (T)
y eligiendo la capacidad del condensador C1 desde 100 hasta 300 pF. Puedes
utilizar la bobina con barra de ferrita que ya tienes en la cual dicha barra
desempeña la función de núcleo de ajuste. Pero, naturalmente, puedes hacer otra
bobina nueva, más corta, y emplear como núcleo de ajuste un trozo de barra de
ferrita de longitud igual a la de la armazón de la bobina. El núcleo hay que
sujetarlo, de manera que quede fijo al tablero del receptor, y la sintonización
a la onda de la emisora se hace desplazando la bobina a lo largo de él. Una vez
sintonizado el circuito por este procedimiento, fija la armazón de la bobina al
núcleo con una gola de cola.
Al utilizar este receptor debes tener presente que de su circuito
oscilante forman parte la capacidad y la inductancia de la antena. Por eso, si
le conectas otra antena, tendrás que sintonizarlo de nuevo.
§. Defectos posibles
El receptor de cristal detector es el aparato radiotécnico más simple. Sin
embargo, tanto en él como en un receptor complejo pueden existir defectos que
hay que saber hallar y corregir.
Figura 32. Esquema básico de un receptor de cristal detector con
sintonización fija a una emisora
El receptor que tiene menos defectos suele ser aquel cuyos elementos
están sólidamente sujetos, el montaje está hecho cuidadosamente y las
conexiones bien soldadas.
Pero si a pesar de todo el receptor deja de funcionar o lo hace con
interrupciones, quiere decir que en alguna parte hay una interrupción en el
circuito, un contacto poco seguro o malo, o se ha producido un cortocircuito.
En primer lugar hay que ver si la bobina está deteriorada exteriormente, si la
antena y la toma de tierra están bien conectadas y si el conmutador funciona
bien. Comprueba si la antena, la toma de tierra y sus entradas están en buen
estado y si el conductor de antena está en contacto con algún objeto a través
del cual pueda existir una fuga de corriente de la antena a tierra fuera del
receptor. Si no ves deterioros externos en el receptor, en la antena ni en la
toma de tierra, por lo visto falla algún contacto dentro del receptor mismo. Lo
más probable es que los malos contactos se produzcan en los conmutadores,
debido a que las tuercas y los tornillos se aflojan al hacer los ajustes de
sintonización o a que el conductor de conexión no tiene limpios los puntos de
unión. En este caso el receptor no funciona o durante la recepción se oyen
muchos chasquidos.
El desperfecto puede encontrarse también en la bobina misma, si su
devanado no se hizo con un solo trozo de hilo y los empalmes no se soldaron.
Éstos son los casos más frecuentes si el receptor lleva mucho tiempo en un
sitio húmedo, porque con la humedad se oxidan las uniones y se pierde el
contacto eléctrico.
¿Qué otros defectos puede tener el receptor?
Mira el esquema de tu receptor y responde a las preguntas siguientes: si
el condensador de bloqueo está “perforado” (existe contacto entre sus
armaduras), ¿funcionará el receptor? Si los hilos conductores del cordón de los
auriculares se tocan, ¿qué pasará? ¿y si, por casualidad, se juntan los
extremos de la bobina del circuito oscilante o se quiebran sus derivaciones?
Hazte una serie de preguntas semejantes y responde a ellas. Así te será
más fácil encontrar los defectos y subsanarlos.
En la charla octava te daré a conocer los probadores y los aparatos que
se utilizan para hacer más fácil la apreciación de la calidad de los elementos,
contactos y conexiones. Con ellos se pueden buscar también los desperfectos en
el receptor de cristal detector.
En esta charla sólo he tratado la parte práctica de la construcción del
radiorreceptor más simple y de los principios en que se basa el dibujo y la
“lectura” de su esquema. Pero no he dicho casi nada de lo más importante, de lo
esencial del funcionamiento del circuito oscilante, del detector, de los
auriculares y del receptor en conjunto, de aquellos fenómenos y
transformaciones que tienen lugar en sus circuitos. De todo esto me propongo
hablar en la charla siguiente.
Charla 4
¿Cómo funciona el receptor?
Contenido:
§. Circuito oscilante
§. Detector y detección Auriculares
§. Recepción con altavoz
* * * *
En todo receptor de radiodifusión, independientemente de su complejidad,
hay indispensablemente tres elementos que aseguran su funcionamiento. Estos
elementos son; el circuito oscilante, el detector y los auriculares o, si el
receptor tiene amplificador de frecuencia acústica (FA), el altavoz dinámico de
radiación directa. Tu primer receptor, montado y probado durante la charla
anterior, sólo constaba de estos tres elementos. El circuito oscilante, del que
formaban parte la antena con la toma de tierra, aseguraba al receptor la
sintonización a la onda de la estación emisora, el detector transformaba las
oscilaciones moduladas de radiofrecuencia de las oscilaciones de frecuencia
acústica, las cuales, a su vez, eran transformadas por los auriculares en sonido,
Sin estos elementos o sin cualquiera de ellos, la recepción sería imposible.
¿En qué consiste esencialmente la acción de estos elementos indispensables en
el receptor?
§. Circuito oscilante
La estructura del circuito oscilante más simple y su esquema se han
representado en la Figura 33. Como puedes ver consta de la bobina L y el
condensador C, que forman un circuito eléctrico cerrado. En ciertas condiciones
en este circuito pueden producirse y existir oscilaciones eléctricas. Por eso
se llama circuito oscilante.
Tú quizá hayas tenido ocasión de observar el fenómeno siguiente: en el
instante en que se desconecta la alimentación de una lámpara del alumbrado
eléctrico, entre los contactos del interruptor que se abre salta una chispa.
Si, por casualidad, se unen los terminales de los polos de una batería de
linterna de bolsillo (cosa que hay que evitar), en el instante en que se
separan también salta entre ellos una pequeña chispa. Y en las fábricas y
talleres, donde con interruptores de cuchilla se cortan circuitos eléctricos
por los cuales pasan corrientes de gran intensidad, las chispas pueden ser tan
grandes que hay que tomar medidas de seguridad para que no dañen a la persona
que desconecta la corriente. ¿Por qué se producen estas chispas?
En la charla primera aprendiste ya que alrededor de un conductor con
corriente existe un campo magnético, que puede representarse en forma de líneas
de fuerza magnéticas cerradas, que atraviesan el espacio que rodea al
conductor. Este campo, si es continuo, se puede descubrir valiéndose de la
aguja magnética de una brújula. Si el conductor se desconecta de la fuente de
corriente, su campo magnético al extinguirse, dispersándose en el espacio,
inducirá corriente en los conductores más próximos a él. La corriente se induce
también en el conductor que creó este campo magnético. Y como dicho conductor
se encuentra donde es mayor la densidad de sus propias líneas de fuerza
magnéticas, en él se induce una corriente más intensa que en cualquier otro
conductor. El sentido de esta corriente será el mismo que tenía en el instante
de desconectar el conductor. En otras palabras, el campo magnético, al ir
extinguiéndose, mantiene la corriente creada por él hasta que desaparece, es
decir, hasta que gasta toda su energía. Por consiguiente, la corriente sigue
pasando por el conductor después de haber desconectado la fuente de corriente,
aunque claro está, sólo durante una pequeñísima fracción de segundo.
Figura 33. Circuito eléctrico oscilante simple
Pero, dirás tú, en un circuito abierto es imposible que se muevan los
electrones. Efectivamente, así es. Sin embargo, inmediatamente después de abrir
el circuito la corriente eléctrica puede seguir pasando durante cierto tiempo a
través del espacio de aire que queda entre los extremos desconectados del
conductor, es decir, entre los contactos del interruptor. Esta corriente a
través del aire es precisamente la que origina la chispa eléctrica.
Este fenómeno recibe el nombre de autoinducción (no lo
confundas con el fenómeno de la inducción que conociste en la charla primera),
y la fuerza eléctrica que bajo la acción del campo magnético en extinción
mantiene en él la corriente, se llama fuerza electromotriz autoinducida o,
en abreviatura, f.e.m. autoinducida. Cuanto mayor es la f.e.m. autoinducida,
tanto más intensa puede ser la chispa en el punto de ruptura del circuito
eléctrico.
El fenómeno de autoinducción no sólo se observa al desconectar la
corriente, sino también al conectarla. En el espacio que rodea al conductor
surge el campo magnético en cuanto se conecta la corriente. Al principio es
débil, pero se intensifica con mucha rapidez. El campo magnético de la comente,
al intensificarse, también excita corriente autoinducida, pero el sentido de
esta corriente es opuesto at de la corriente principal. La corriente
autoinducida impide que la corriente principal aumente instantáneamente y
crezca el campo magnético. Pero al cabo de un pequeño intervalo de tiempo la
corriente principal vence en el conductor a la corriente autoinducida de
sentido contrario y alcanza su valor máximo, el campo magnético se hace
continuo y la acción de la autoinducción cesa.
El fenómeno de autoinducción puede compararse con el de inercia. Un
trineo, por ejemplo, es difícil de mover de su sitio mientras está parado, pero
cuando toma velocidad y adquiere energía cinética o de movimiento, es difícil
pararlo instantáneamente. Al ser frenado, e) trineo sigue deslizándose hasta
que la energía do movimiento adquirida se gaste en vencer el rozamiento con la
nieve.
¿Tienen la misma autoinducción todos los conductores? ¡No! Cuanto más
largo es un conductor, tanto mayor es su autoinducción. En un conductor
arrollado en forma de bobina el fenómeno de la autoinducción se manifiesta con
más fuerza que en otro recto, ya que el campo magnético de cada espira de la
bobina induce corriente no sólo en esa espira, sino también en las contiguas de
la bobina. Cuanto mayor es la longitud del conductor en la bobina, durante más
tiempo existirá en él corriente autoinducida después de desconectar la
corriente principal. Y, al contrario, se necesitará más tiempo después de
conectar la corriente principal para que la corriente en el circuito aumente
hasta un valor determinado y se establezca un campo magnético de intensidad
constante.
Acuérdate de esto:
la propiedad que tienen los conductores de influir sobre la corriente en
el circuito al variar el valor de esta, se llama inductancia, y las bobinas, en
las cuales se manifiesta más intensamente esta propiedad, reciben el nombre de
bobinas de autoinducción o inductancias. Cuanto mayor es el número de espiras y
las dimensiones de la bobina, tanto mayor es su inductancia y la influencia que
ejerce sobre la corriente en el circuito.
Así, pues, la bobina de inductancia dificulta tanto el aumento como la
disminución de la corriente en el circuito eléctrico. Si la bobina se encuentra
en un circuito de corriente continua su influencia sólo se manifiesta al
conectar y desconectar la corriente. En cambio, en un circuito de corriente
alterna, en el cual cambia continuamente la corriente y su campo magnético, la
f.e.m. autoinducida de la bobina actúa durante todo el tiempo que pasa la
corriente. Este fenómeno eléctrico se utiliza en el primer elemento del
circuito oscilante del receptor, en la bobina de inductancia.
El segundo elemento del circuito oscilante del receptor es el
“almacenador" de cargas eléctricas, es decir, el condensador. El
condensador más simple consiste en dos conductores de corriente eléctrica, por
ejemplo, dos placas metálicas, llamadas armaduras, separadas entre sí por un
dieléctrico, por ejemplo, aire o papel. Un condensador así lo has empleado tú
en los experimentos que hiciste con el receptor más simple. Cuanto mayor sea la
superficie de las armaduras del condensador y más cerca estén una de otra,
tanto mayor será la capacidad eléctrica de este dispositivo.
Si a las armaduras de un condensador se conecta una fuente de corriente
continua (Figura 34, a), en el circuito que se forma se produce una corriente
de poca duración y el condensador se carga hasta una tensión igual a la de la
fuente de corriente.
Figura 34. Carga y descarga del condensador
Tú puedes preguntarme: ¿cómo es posible que en un circuito, en el cual
hay un dieléctrico, se produzca corriente? Es posible porque, cuando conectamos
al condensador la fuente de corriente continua, los electrones libres de los
conductores que forman el circuito empiezan a moverse hacia el polo positivo de
la fuente, originando un flujo de electrones de poca duración en todo el
circuito. Como resultado, tu armadura del condensador que está unida con el
polo positivo de la fuente se empobrece en electrones libres y se carga
positivamente, y la otra armadura se enriquece en electrones libres y, por
consiguiente, se carga negativamente. En cuanto el condensador se carga, la
corriente de corta duración en el circuito, llamada corriente de carga del
condensador, se interrumpe.
Si la fuente de corriente se desconecta del condensador, éste permanece
cargarlo (Figura 34b). El paso de los electrones sobrantes de una armadura a
otra lo impide el dieléctrico, entre las armaduras del condensador no habrá
corriente y la energía eléctrica almacenada en ellas se concentrará en el campo
eléctrico del dieléctrico. Pero en cuanto las armaduras del condensador cargado
se ponen en contacto por medio de un conductor cualquier (Figura 34c), los
electrones “sobrantes" de la armadura negativamente cargada pasan por
dicho conductor a la otra armadura, en que existe carencia de ellos, y el
condensador se descarga. En este caso en el circuito que se forma también se
produce una corriente de poca duración, llamada corriente de descarga del
condensador. Si la capacidad del condensador es grande y está cargado hasta una
tensión considerable, su descarga va acompañada de una chispa bastante grande y
de un chasquido
La propiedad del condensador de almacenar cargas eléctricas y de
descargarse a través de un conductor puesto en contacto con él, se aprovecha en
el circuito oscilante del receptor de radio.
Ahora, mi joven amigo, recuerda lo que ocurre en un columpio ordinario.
E! balanceo puede llegar a ser '‘vertiginoso”. ¿Qué hay que hacer para
conseguir esto? Primero, empujar un poco el columpio para sacarlo de su estado
de reposo y después, aplicar cierta fuerza, pero de forma que coincida con el
ritmo de sus oscilaciones. Sin gran esfuerzo se puede conseguir que las
oscilaciones del columpio adquieran grandes amplitudes. Hasta un niño pequeño
puede columpiar a una persona mayor si sabe cómo hay que aplicar la fuerza.
Si después de conseguir que las oscilaciones del columpio sean de gran
amplitud dejamos de empujarle, ¿qué ocurrirá? Que, a expensas de la energía
acumulada, seguirá balanceándose libremente durante cierto tiempo, la amplitud
de sus oscilaciones irá disminuyendo o, como suele decirse, las oscilaciones se
irán amortiguando y, por fin, el columpio se parará.
Durante las oscilaciones libres del columpio, lo mismo que durante las
de un péndulo libremente colgado, la energía acumulada, o energía potencial, se
convierte en energía cinética, o energía de movimiento, la cual, en el punto
superior máximo, vuelve a convertirse en potencial y, al cabo de unas
fracciones de segundo, otra vez en cinética. Y así hasta que se gasta la
reserva de energía en vencer el rozamiento de las cuerdas en tos puntos de
suspensión del columpio y la resistencia del aire. Por muy grande que sea la
reserva de energía, las oscilaciones libres siempre son amortiguadas: en cada
oscilación su amplitud disminuye y las oscilaciones se van amortiguando hasta
que el columpio se para. Pero el periodo, es decir, el tiempo durante el cual
se efectúa una oscilación, y por consiguiente, la frecuencia de las
oscilaciones, permanecen constantes.
Ahora bien, si al columpio se le empuja a! ritmo de sus oscilaciones y
de esta forma se compensan las pérdidas de energía en vencer las diversas
fuerzas que lo frenan, las oscilaciones no se amortiguarán. Éstas no serán ya
oscilaciones libres, sino forzadas y duraran mientras siga actuando la fuerza
exterior de empuje.
Me he referido aquí al columpio porque los fenómenos físicos que ocurren
en ese sistema oscilante mecánico son muy parecidos a los fenómenos que tienen
lugar en el circuito oscilante eléctrico.
Figura 35. Oscilaciones eléctricas en el circuito
Para que en el circuito se produzcan oscilaciones eléctricas hay que
comunicarle una energía de "empuje" a los electrones que hay en él.
Esto puede hacerse, por ejemplo, cargando su condensador.
Abramos el circuito oscilante con ayuda del interruptor S y conectemos a
las armaduras de su condensador una fuente de corriente continua. El
condensador se cargará hasta la tensión de la batería BG. Desconectemos después
la batería del condensador y cerremos el circuito con el interruptor S. Los
fenómenos que ocurrirán en estas condiciones en el circuito se han representado
gráficamente en la Figura 35, a la derecha.
En el instante del cierre del circuito por el interruptor, la armadura
superior del condensador tiene carga positiva y la inferior, negativa (Figura
35a). En este momento (punto O de la gráfica) no hay corriente en
el circuito y toda la energía almacenada en el condensador está concentrada en
el campo eléctrico de su dieléctrico Al cerrar el condensador a la bobina,
aquél empieza a descargarse. En la bobina aparece corriente y alrededor de sus
espiras, campo magnético. En el instante en que el condensador se descarga por
completo (Figura 35b), señalado en la gráfica con la cifra I, cuando la tensión
en sus armaduras disminuye hasta cero, la corriente en la bobina y la energía
del campo magnético alcanzan sus valores máximos. Al parecer, en este instante
debería interrumpirse la corriente en el circuito. Pero eso no ocurre, ya que
en virtud de la acción de la f.e.m. autoinducida, que tiende a mantener la
corriente, el movimiento de tos electrones en el circuito continuará, pero sólo
hasta que se gaste toda la energía del campo magnético. Por la bobina pasará
durante este tiempo una corriente inducida de intensidad decreciente, pero de
sentido inicial. En el instante que se indica en la gráfica con la cifra 2, en
el cual la energía del campo magnético se agota, el condensador resulta estar
cargado de nuevo, sólo que ahora en su armadura inferior estará la carga
positiva y en la superior, la negativa (Figura 35c). En este momento los
electrones empezarán a moverse en sentido contrario, es decir, de la armadura
superior del condensador, a través de la bobina, a la inferior. En el instante
3 (Figura 35d) el condensador se habrá descargado y el campo magnético de la
bobina habrá llegado a su valor máximo. Y, de nuevo, la f.e.m. autoinducida
“empuja" por el hilo de la bobina a los electrones y con ello vuelve a
cargar el condensador.
En el instante 4 (Figura 35e) el estado de los electrones en el circuito
será el mismo que en el instante inicial 0. Ha terminado una oscilación
completa. Es natural que el condensador cargado volverá de nuevo a descargarse
en la bobina, y se recargará otra vez, y se cumplirá una segunda oscilación y
luego una tercera cuarta y así sucesivamente.
Figura 36. Gráfica de las oscilaciones de un péndulo simple
En otras palabras, en el circuito se produce una corriente alterna,
oscilaciones eléctricas Pero este proceso oscilatorio no es infinito. Persiste
hasta que toda la energía recibida por el condensador de la batería se gasta en
vencer la resistencia del hilo conductor de la bobina del circuito. Las
oscilaciones en dicho circuito son libres y, por lo tanto, amortiguadas.
¿Qué frecuencia tienen estas oscilaciones de los electrones en el
circuito? Para que comprendas mejor esta cuestión, te aconsejo que hagas el
experimento siguiente con un péndulo simple Cuelga de un hilo de 100 cm de
largo una bolita hecha de plastilina o cualquier otro cuerpo que pese de 20 a
40 g (en la Figura 36 la longitud del péndulo se ha designado por la letra
latina L). Saca el péndulo de su posición de equilibrio y, valiéndote de un
reloj que tenga aguja segundera, calcula cuántas oscilaciones completas realiza
en I min. Supongamos que son 30. Por consiguiente, la frecuencia de las
oscilaciones de este péndulo es igual a 0.5 Hz, y su periodo. 2 s. Durante un
periodo la energía potencial del péndulo se transforma dos veces en cinética y
la cinética en potencial. Acorta el hilo hasta la mitad. La frecuencia de las
oscilaciones del péndulo aumentará vez y media, aproximadamente, y en la misma
cantidad disminuirá el periodo de las oscilaciones.
Esta experiencia permite sacar la conclusión siguiente a! disminuir la
longitud del péndulo aumenta la frecuencia de sus oscilaciones naturales o
propias y el periodo disminuye proporcionalmente.
Variando la longitud de la suspensión del péndulo, haz que la frecuencia
de sus oscilaciones sea igual a 1 Hz. Esto ocurrirá cuando la longitud del hilo
sea aproximadamente, de 25 cm. Entonces el periodo de las oscilaciones del
péndulo será igual a 1 s. Cualquiera que sea la amplitud inicial del péndulo
que desees crear la frecuencia de sus oscilaciones permanecerá invariable. Pero
en cuanto acortes o alargues el hilo, la frecuencia de las oscilaciones variará
inmediatamente. Con una misma longitud del hilo siempre será la misma la
frecuencia de las oscilaciones. Ésta es la frecuencia natural o propia del
péndulo. Una frecuencia dada de las oscilaciones se puede conseguir regulando
convenientemente la longitud del hilo.
Las oscilaciones del péndulo simple son amortiguadas. Pueden convertirse
en no amortiguadas o mantenidas únicamente en el caso de que el péndulo sea
empujado ligeramente al ritmo de sus oscilaciones, compensándose de esta forma
la energía que él invierte en vencer la resistencia que le opone el aire, la
energía de rozamiento y la atracción de la Tierra.
La frecuencia natural es también característica para el circuito
oscilante eléctrico. Depende en primer lugar, de la inductancia de la bobina.
Cuanto mayor es el número de espiras y el diámetro de la bobina, tanto mayor es
su inductancia y mayor la duración del período de cada oscilación y,
respectivamente, menor la frecuencia natural de las oscilaciones en el
circuito. Y, viceversa, si disminuye la inductancia de la bobina, se acorta el
periodo de las oscilaciones y crece la frecuencia natural de éstas en el
circuito. En segundo lugar, la frecuencia natural de las oscilaciones en el
circuito depende de la capacidad de su condensador. Cuanto mayor es la
capacidad, tanto mayor es la carga que puede almacenar y el tiempo que necesita
para volver a cargarse y menor la frecuencia de las oscilaciones en el
circuito. Si disminuye la capacidad del condensador, aumenta la frecuencia de
las oscilaciones en el circuito. Así pues, la frecuencia natural o propia de
las oscilaciones amortiguadas en el circuito se puede regular variando la
inductancia de la bobina y la capacidad del condensador.
Pero en e! circuito eléctrico, lo mismo que en el sistema oscilante
mecánico, se pueden obtener oscilaciones no amortiguadas, es decir,
oscilaciones forzadas, si en cada oscilación se añaden al circuito porciones
adicionales de energía eléctrica de una fuente cualquiera de corriente alterna,
¿Cómo se excitan y mantienen las oscilaciones eléctricas no amortiguadas
en el circuito del receptor? Las oscilaciones de radiofrecuencia son excitadas
en la antena del receptor. Estas oscilaciones comunican al circuito la primera
carga y ellas mismas mantienen las oscilaciones rítmicas de los electrones en
el circuito. Pero las oscilaciones no amortiguadas más intensas surgen en el
circuito del receptor únicamente cuando se produce la resonancia de la
frecuencia natural del circuito con la frecuencia de la corriente en la antena.
¿Cómo hay que entender esto?
Según antiguas referencias, parece ser que en Petersburgo (hoy
Leningrado), al pasar una formación de soldados llevando el paso, se hundió el
puente egipcio. Esto pudo deberse, por lo visto, a las circunstancias
siguientes. Las pisadas de los soldados al cruzar el puente eran rítmicas. Esto
hizo que el puente empezara a balancearse, es decir, a oscilar. Por pura
casualidad, la frecuencia natural de las oscilaciones del puente coincidió con
la frecuencia de las pisadas de los soldados y el puente, como suele decirse,
entró en resonancia. El ritmo de la formación comunicaba al puente cada vez
nuevas porciones de energía. Como resultado, el balanceo llegó a ser tan grande
que el puente se hundió: el buen orden de la formación militar perjudicó al
puente. Si la resonancia de la frecuencia natural de las oscilaciones del
puente con la frecuencia de las pisadas de los soldados no se hubiera
producido, al puente no se habría derrumbado. Por eso, cuando una unidad
militar va a pasar un puente poco sólido, suele darse la orden de no llevar el
paso.
Haz el experimento siguiente: acércate a un instrumento musical de
cuerda y grita “a”: una de las cuerdas responderá empezando a sonar. Aquélla de
ellas que resulte estar en resonancia con la frecuencia de este sonido, vibrará
más intensamente que las demás, precisamente ella responderá al sonido.
Otro experimento con un péndulo. Tensa horizontalmente una cuerda
delgada. Ata a ella el extremo del hilo del péndulo de plastilina que hiciste
antes (Figura 37). Suspende de la misma cuerda otro péndulo igual, pero con un
hilo más largo, de forma que su longitud pueda variarse tirando con la mano del
extremo libre del hilo.
Figura 37. Experimento ilustrativo de) fenómeno de la resonancia
Haz que este segundo péndulo oscile. Con esto el primer péndulo también
empezará a oscilar, pero con menor amplitud. Sin detener las oscilaciones del
segundo péndulo ve acortando la longitud de su suspensión, verás que la
amplitud de las oscilaciones del primero van aumentando.
En este experimento, que ilustra la resonancia de las oscilaciones
mecánicas, el primer péndulo es el receptor de las oscilaciones que excita el
segundo péndulo. La causa que obliga a oscilar al primer péndulo son las
oscilaciones periódicas de la cuerda tensada horizontalmente, cuya frecuencia
es igual a la de las oscilaciones del segundo péndulo. Las oscilaciones
forzadas del primer péndulo tendrán la amplitud máxima únicamente cuando su
frecuencia natural coincida con la frecuencia de las oscilaciones del segundo.
Estos fenómenos u otros semejantes, sólo que, naturalmente, de origen
eléctrico, se observan también en el circuito oscilante del receptor. Por la
acción de las ondas de muchas estaciones de radio, en la antena del receptor se
excitan corrientes de las frecuencias más diversas, de todas las oscilaciones
de radiofrecuencia hay que seleccionar únicamente la frecuencia portadora de la
estación cuyas transmisiones queremos oír. Para eso hay que elegir el número de
espiras de la bobina y la capacidad del condensador del circuito oscilante de
modo que su frecuencia natural coincida con la frecuencia de la corriente que
crean en la antena las ondas de radio de la estación que nos interesa. En este
caso en el circuito se producirán las oscilaciones de mayor intensidad con
frecuencia portadora de la estación a cuya onda está sintonizado. En esto
consiste la sintonización del circuito oscilante del receptor en resonancia con
la frecuencia de la emisora. En estas condiciones las señales de las otras
estaciones no se oirán en absoluto o si se oyen será muy débilmente, ya que las
oscilaciones que ellas excitan en el circuito serán muchísimo más débiles.
De esta forma, sintonizando el circuito del primer receptor en
resonancia con la frecuencia portadora de una estación de radio, tú, con su
ayuda, elegías, es decir, discriminabas las oscilaciones de la de la frecuencia
de dicha estación únicamente.
Figura 38. La antena y la toma de tierra en un circuito oscilante abierto
Cuanto mejor discrimine el circuito las oscilaciones necesarias de la
antena, cuanto mayor será la selectividad del receptor y tanto más débiles, las
interferencias por parte de otras estaciones.
Hasta ahora te he venido hablando del circuito oscilante cerrado, es
decir, de un circuito cuya frecuencia natural depende únicamente de la
inducción de la bobina y de la capacidad del condensador que lo forman. Pero
del circuito de entrada del receptor forman parte también la antena y la toma
de tierra. Este ya no es un circuito oscilante cerrado, sino abierto. Es el
caso que el conductor de antena y la tierra son las “armaduras” de un
condensador (Figura 38), que posee cierta capacidad eléctrica. En dependencia
de la longitud del conductor y de la altura de la antena sobre la superficie de
la tierra. Esta capacidad puede ser de varios centenares, de picofaradios. Este
condensador C se representó ya en la Figura 29a con líneas de trazos. Pero la
antena y la tierra pueden considerarse también como una espira incompleta de
una bobina grande. Por consiguiente, la antena y la tierra, conjuntamente,
poseen también inductancia; y una capacidad junto con una inductancia forman un
circuito oscilante.
Este circuito, que es un circuito oscilante abierto, también tiene
frecuencia natural de las oscilaciones. Conectando entre la antena y la tierra
bobinas de inductancia y condensadores podedlos variar su frecuencia natural y
sintonizarlo en resonancia con las frecuencias de distintas estaciones. Tú ya
sabes cómo se hace eso en la práctica.
Si digo que el circuito oscilante es el "corazón" del receptor
de radio, no me equivoco. Y no sólo del receptor. De esto te convencerás
pronto. Por esa razón le he prestado mucha atención.
Paso ahora a ocuparme del segundo elemento del receptor, es decir, el
detector.
§. Detector y detección
En tu primer receptor el papel de detector lo desempeñó un diodo. De su
estructura y funcionamiento hablaremos detenidamente en la charla sexta. Ahora
sólo diré que se trata de un dispositivo semiconductor de dos electrodos, que
posee conductibilidad eléctrica unilateral, o sea, que conduce bien la
corriente en un sentido y mal en el sentido opuesto. Para simplificar la
explicación de cómo funciona el dipolo como detector vamos a suponer que en
sentido contrario no conduce la corriente en absoluto y es, para ella, como un
aislador.
Figura 39. «El diodo transforma la corriente alterna en pulsatoria
Esta propiedad se ilustra con la gráfica de la Figura 39: el diodo deja
pasar sin dificultad a través de él las semiondas positivas de la corriente
alterna y no permite el paso de las semiondas negativas. Las semiondas
negativas son como cortadas por el diodo. Como resultado de esta acción del
diodo, la corriente alterna se convierte en pulsatoria, o sea, en corriente en
un solo sentido, pero de magnitud que varía con la frecuencia de la corriente
que pasa a través de él. Este proceso de transformación, llamado rectificación de
la corriente alterna, sirve de base para la detección de las señales de radio
recibidas.
Observa las gráficas representadas en la Figura 40. Son la ilustración
de los procesos que transcurren en el circuito detector del receptor simple que
conoces.
Figura 40. Gráficas ilustrativas de la detección de las oscilaciones
moduladas de radiofrecuencia
Bajo la acción de las ondas de radio, en el circuito oscilante del
receptor se excitan oscilaciones moduladas de radiofrecuencia (Figura 40a), Al
circuito oscilante está conectado el circuito formado por el diodo y los
auriculares. Para este segundo circuito el oscilante es una fuente de corriente
alterna de radiofrecuencia. Como el diodo sólo deja pasar la corriente en un
sentido, las oscitaciones de radiofrecuencia moduladas que llegan a su circuito
son rectificadas por él (Figura 40b) o, dicho de otra forma, detectadas. Si se
traza una línea de trazos que envuelva los vértices de la corriente rectificada
se obtiene el dibujo de la corriente de frecuencia acústica que llega a la
antena de la estación emisora durante la transmisión.
La corriente obtenida como resultado de la detección consta de impulsos
de radiofrecuencia, cuyas amplitudes varían con frecuencia acústica. Esta
corriente se puede considerar como una corriente compuesta y descomponerla en
sus dos componentes: una de alta frecuencia y otra de baja frecuencia. Estas
componentes se llaman respectivamente componente de alta frecuencia y
componente de frecuencia acústica de la corriente pulsatoria. En el receptor
más simple la componente de frecuencia acústica pasa por los auriculares y en
ellos se transforma en sonido.
§. Auriculares
Los auriculares son el tercer y último eslabón del receptor simple, el cual, en
expresión metafórica, “da el producto acabado", es decir, el sonido. Éste
es uno de los aparatos electrotécnicos más antiguos, que casi sin variación ha
conservado sus rasgos fundamentales hasta nuestros días.
Para los receptores de cristal detectores y muchos receptores simples de
transistores se utilizan los auriculares de casco, por ejemplo, de los tipos
TOH-1, TГ-1 o TA-4. Éstos consisten en dos auriculares unidos en serie, que
mediante un fleje se sostienen en la cabeza. Destornillemos la tapa de uno de
ellos (Figura 41b).
Figura 41. Estructura de un auricular electromagnético
Debajo de ella hay una plaquita redonda, de hojalata, la membrana. Si
quitamos con cuidado la membrana veremos dos bobinas montadas sobre las piezas
polares de un imán permanente ajustado a presión en la caja. Las bobinas están
unidas en serie y sus terminales soldados a unos pasadores, a los cuales, por
la parte de fuera y mediante tornillos de apriete va conectado el cordón con
las clavijas unipolares de enchufe.
¿Cómo funcionan los auriculares? La membrana creadora del sonido se
encuentra cerca de las piezas polares del imán y se apoya en el borde de la
caja (Figura 41b). Bajo la acción del campo del imán se comba un poco en el
centro, pero sin llegar a tocar las piezas polares del imán (línea continua en
la Figura 41b). Cuando por las bobinas del auricular pasa corriente, ésta crea
alrededor de las bobinas un campo magnético que interacciona con el del imán
permanente. La fuerza de este campo magnético unificado y por lo tanto, la
fuerza de atracción de la membrana hacia las piezas polares, depende del
sentido de la corriente en las bobinas.
Figura 42. Gráficas ilustrativas del funcionamiento de un auricular: a)
corriente alterna en el auricular; b) sin el imán permanente; c) con el imán
permanente
Cuando el sentido de la corriente es tal que el de las líneas de fuerza
de las bobinas y del imán coinciden y sus campos se suman, la membrana es
atraída con más fuerza hacia los polos del imán (línea de trazos inferior en la
Figura 41b). Cuando la corriente pasa en sentido contrario, las
líneas de fuerza de las bobinas y del imán tienen sentidos opuestos y el campo
común se hace más débil que el campo del imán solo. En este caso la membrana es
atraída con menos fuerza por las piezas polares y, enderezándose, se aleja un
poco de ellas (línea de trazos superior en la Figura 41b.
Si a través de las bobinas del auricular se hace pasar corriente alterna
de audiofrecuencia, el campo magnético total se intensificará y debilitará
sucesivamente y la membrana se acercará o se alejará sucesivamente de las
piezas polares del imán, es decir, oscilará con la frecuencia de la corriente.
Al oscilar la membrana crea en el espacio circundante ondas sonoras.
A primera vista parece que el imán permanente no hace falta en el
auricular, las bobinas podrían colocarse sobre una herradurita de hierro no
imanado. Pero eso no es así. He aquí por qué. Si la herradurita de hierro se
imantara únicamente por la corriente en las bobinas, atraería a la membrana
tanto cuando la corriente pasara por ellas en un sentido como en el otro. Por
consiguiente, en un período de la corriente alterna la membrana seria atraída
hacia el electroimán durante el primer semiperiodo, después se alejaría de él y
luego volvería a ser atraída durante el segundo periodo, es decir, en un
periodo de la corriente alterna (Figura 41a) realizaría dos oscilaciones
(Figura 42b). Si, por ejemplo, la frecuencia de la corriente fuera de 500 Hz,
la membrana del auricular en 1 s efectuaría 500×2 = 1000 oscilaciones y el tono
del sonido se alteraría, es decir, sería dos veces más alto. Como es natural,
ese auricular no nos satisfaría.
Con el imán permanente la cuestión se plantea de otro modo: durante un
semiperiodo se produce la intensificación del campo magnético y la membrana,
que ya era atraída, se comba un poco más; durante el otro semiperiodo el campo
se debilita y la membrana, después de enderezarse, se aparta más de los polos
del imán. Así, pues, en presencia del imán permanente, la membrana, en un
periodo de la corriente alterna, realiza una sola oscilación (Figura 42) y el
auricular no deforma el sonido. El imán permanente, además, eleva la intensidad
del sonido en el auricular.
Ahora vamos a examinar el problema siguiente; ¿para qué se conecta en
paralelo con los auriculares el condensador de bloqueo? ¿Qué papel desempeña
este condensador?
La capacidad eléctrica del condensador de bloqueo es tal, que a través
de él pasan libremente las corrientes de alta frecuencia, mientras que a las
corrientes de frecuencia acústica les opone una resistencia considerable. Los
auriculares, al contrario, dejan pasar bien la corriente de audiofrecuencia y
oponen gran resistencia a las de alta frecuencia. En esta parte del circuito
detector la corriente pulsatoria de alta frecuencia se divide (punto a en
la Figura 43) en sus componentes, las cuales en adelante van: la de alta
frecuencia, a través del condensador de bloqueo Cb1, y la de frecuencia
acústica, a través de los auriculares B. Después las componentes se vuelven a
unir (punto b en la Figura 43) y en adelante siguen juntas.
Figura 43. En el punto a del circuito detector las componentes de la
corriente pulsatoria se separan, y en el punto b, se juntan
El papel del condensador de bloqueo se puede explicar también como
sigue. El auricular, debido a la inercia de la membrana, no puede reaccionar a
cada impulso de la corriente de alta frecuencia en el circuito detector. Por lo
tanto, para que el auricular funcione hay que “alisar” de algún modo los
impulsos de alta frecuencia, es decir, "rellenar" los baches de
corriente entre ellos. Este problema se resuelve con el condensador de bloqueo
de la forma siguiente: los impulsos aislados de alta frecuencia cargan el
condensador. En los intervalos entre los impulsos el condensador se descarga a
través de los auriculares y de este modo “rellena los baches” entre los
impulsos. Como resultado, a través de los auriculares pasa corriente de un sólo
sentido, pero cuya magnitud varia con la frecuencia acústica, la cual es
transformada por ellos en sonido.
Más brevemente, del papel del condensador de bloqueo se puede decir que
filtra la señal de frecuencia acústica discriminada por el diodo, es decir, la
"depura" de su componente de radiofrecuencia.
¿Por qué, entonces, funcionaba el receptor detector durante el primer
experimento (véase la Figura 24) sin condensador de bloqueo? Porque era
compensado por la capacidad concentrada entre los conductores del cordón y las
espiras de las bobinas de los auriculares. Pero esta capacidad es mucho menor
que la del condensador conectado especialmente. En este caso la corriente que
pasa por el detector es menor que en presencia del condensador de bloqueo y la
transmisión que se oye es más débil. Esto se nota más en la recepción de
estaciones lejanas.
La calidad del funcionamiento de un auricular se aprecia principalmente
desde el punto de vista de su sensibilidad, o sea, de su capacidad para
reaccionar a las oscilaciones débiles de la corriente eléctrica. Cuanto más
débiles son las oscilaciones a que responde el auricular, tanto mayor es su
sensibilidad.
La sensibilidad del auricular depende del número de espiras de sus
bobinas y de la calidad del imán. Dos auriculares con imanes exactamente
iguales, pero con bobinas de distinto número de espiras, tienen diferente
sensibilidad. Será más sensible aquél en que se emplean bobinas con mayor
número de espiras. La sensibilidad de un auricular depende también de la
posición de la membrana respecto de las piezas polares del imán. La
sensibilidad será mayor en el caso en que la membrana esté más cerca de dichas piezas,
pero si al vibrar no toca en ellas.
Los auriculares se suelen dividir en dos clases: de gran resistencia
óhmica, con gran número de espiras en las bobinas, y de poca resistencia
óhmica, con un número de espiras relativamente pequeño. Para el receptor de
cristal detector sólo sirven los auriculares de gran resistencia óhmica. Las
bobinas de cada auricular tipo TOH-1, por ejemplo, tienen 4000 espiras de hilo
esmaltado de 0,06 mm de diámetro. Su resistencia a la corriente continua es de
cerca de 2200 Ω. Este número, característico de los auriculares, va marcado en
sus cajas. Como los dos auriculares van unidos en serie, su resistencia total a
la corriente continua es de 44000. La resistencia a la corriente continua de
los auriculares de poca resistencia óhmica, por ejemplo, del tipo TA-56, puede
ser de 50 a 60 Ω. Estos auriculares se pueden utilizar en algunos receptores de
transistores.
¿Cómo se puede comprobar el buen funcionamiento y la sensibilidad de los
auriculares de casco? Ajústate los auriculares a los oídos. Moja con saliva las
clavijas de contacto que hay en los extremos del cordón y haz que se toquen una
a otra. En los auriculares debe oírse un débil chasquido. Cuanto más fuerte sea
este chasquido, tanto más sensibles serán los auriculares. Los chasquidos se
deben a que el contacto entre las clavijas metálicas mojadas es una débil
fuente de corriente.
Los auriculares se pueden probar burdamente valiéndose de una batería de
linterna de bolsillo. Cuando los auriculares se conectan a la batería y se
desconectan de ella deben oírse chasquidos bruscos. Si los chasquidos no se
oyen, quiere decir que en algún punto de las bobinas o del cordón hay un corte
o un mal contacto.
§. Recepción con altavoz
La potencia de las oscilaciones eléctricas que se excitan en el circuito
oscilante del receptor es muy pequeña. Suele ser suficiente sólo para el
funcionamiento de un aparato tan sensible como es un auricular
electromagnético. Únicamente en casos excepcionales, cuando la emisora está
cerca del punto de recepción, a la salida del receptor de cristal detector
puede funcionar un altavoz de la red de radiotransmisión por cable.
Figura 44. Esquema estructural de un receptor de amplificación directa que
proporciona la radiorrecepción con altavoz.
En las condiciones ordinarias la recepción con altavoz sólo es posible
si se amplifican las señales de las estaciones de radio, para lo cual se
utilizan transistores, microcircuitos integrales y lámparas electrónicas.
Hay amplificadores de radiofrecuencias (ARF) y amplificadores
de audiofrecuencias (AAF). Como su propio nombre indica, los primeros
se emplean para amplificar las señales moduladas de las emisoras de radio, es
decir, antes de ser detectadas, y los segundos, para amplificar las señales de
frecuencia acústica, o sea, después de pasar por el detector. Si entre el
circuito oscilante y el detector se intercala un amplificador de
radiofrecuencias y después del detector un amplificador de audiofrecuencias,
entonces el elemento de salida del receptor puede ser un convertidor de
oscilaciones de frecuencia acústica en sonido más potente que un auricular, es
decir, un altavoz dinámico.
El esquema estructural de este receptor se muestra en la Figura 44. Las
funciones del circuito oscilante de entrada, del detector y del altavoz B en
este receptor son las mismas que las que los elementos análogos desempeñaban en
el receptor de cristal detector. Sólo que aquí, después del detector actúan
oscilaciones más potentes de frecuencia sonora que, además, son amplificadas
adicionalmente en el AAF. Así se obtiene un aparato que permite la recepción
con altavoz incluso de emisoras lejanas. La sensibilidad de este receptor es
muchas veces mayor que la del receptor de cristal detector.
En un receptor de semejante estructura sólo tiene lugar una
transformación de las oscilaciones de radiofrecuencia, la detección. Antes del
detector está el amplificador de RF y después de él, el amplificador de AF. Los
receptores en los cuales sólo ocurre esta transformación de la señal recibida
se llaman receptores de amplificación directa. Para
caracterizarlos se utiliza una fórmula convencional en la cual el detector se
simboliza por la letra V, el número de etapas de amplificación de las
oscilaciones de radiofrecuencia, por una cifra colocada delante de dicha letra,
y el número de etapas de amplificación de las oscilaciones de frecuencia
acústica, por otra cifra colocada detrás. Así, por ejemplo, en un receptor
1-V-1, además del detector hay una etapa de amplificación de oscilaciones de
radiofrecuencia y una etapa de amplificación de oscilaciones de
audiofrecuencia.
Los receptores simples de transistores pueden no tener amplificadores de
RF o de AF. Pero en los más complejos... Bueno, no corramos. Ya tendremos
tiempo de hablar de eso.
El receptor de amplificación directa va a ser tu siguiente etapa en el
dominio de los aparatos de recepción pero antes tienes que profundizar más en
el estudio de la electrotecnia elemental y de sus leyes y conocer la estructura
y el funcionamiento de algunos elementos y dispositivos sin los cuales es
inconcebible la recepción con altavoz.
Charla 5
Excursión a la electrotecnia
Contenido:
§. Corriente eléctrica y su valoración
§. Resistencia eléctrica
§. Tensión eléctrica
§. Ley de Ohm
§. Inductancia
§. Potencia y trabajo de la corriente
§. Transformación de la corriente alterna
§. Resistores
§. Condensadores
§. Unas palabras sobre los cortacircuitos fusibles
§. ¡Cuidado, alta tensión!
* * * *
Al hablar en las charlas anteriores de la historia de la electrotecnia y
la radiotecnia, de lo esencial de la radiotransmisión y del funcionamiento del
receptor, me he valido solamente de explicaciones superficiales de unos u otros
fenómenos eléctricos recurriendo a analogías y ejemplos. Y además, tu receptor
sólo tenía unos cuantos elementos.
Para proseguir el aprendizaje de la radiotecnia y del montaje de aparatos y
dispositivos radiotécnicos más complejos se necesitan conocimientos más amplios
de electrotecnia y de algunas de sus leyes y saber calcular por lo menos
circuitos eléctricos simples. Por otra parte, tendrás que habértelas con
elementos y aparatos nuevos que aún no conoces, cuya estructura y principios
básicos de funcionamiento debes conocer. Por eso te propongo que en esta charla
realicemos una especie de "excursión" a la electrotecnia.
§. Corriente eléctrica y su valoración
Para caracterizar la importancia cuantitativa de una corriente eléctrica he
utilizado algunas veces términos como, por ejemplo, "corriente
pequeña" o "corriente grande". Al principio esta forma de
valorar la corriente podía servirte en cierto modo, pero para caracterizar la
corriente desde el punto de vista del trabajo que puede realizar es totalmente
inservible.
Al hablar del trabajo de la corriente entendemos por eso que su energía
se convierte en otra forma cualquiera de energía: calor, luz, energía química o
mecánica. Cuanto mayor es el flujo de electrones, tanto más importante es la
corriente y su trabajo. Unas veces se dice “intensidad de la corriente",
otras, simplemente “corriente". Por lo tanto, la palabra
"corriente" tiene dos significados: uno se refiere al fenómeno mismo
del movimiento de las cargas eléctricas en el conductor y otro, al valor de la
cantidad de electricidad que pasa por el conductor.
La corriente (o intensidad de la corriente) se aprecia por el número de
electrones que pasa por el conductor en 1 segundo. Este número es enorme. A
través del filamento incandescente de la lamparita de una linterna de bolsillo,
por ejemplo, pasan cada segundo cerca de 2.000.000.000.000.000.000 de
electrones. Está absolutamente claro que caracterizar la corriente por el
número de electrones sería muy incómodo, ya que manejar números grandísimos.
Por eso, como unidad de corriente eléctrica se toma el amperio (cuyo símbolo es
A), así llamado en honor del físico y matemático francés A. Ampère (1775-1836),
que estudió las leyes de la interacción mecánica de los conductores con
corriente y otros fenómenos eléctricos. Una corriente de 1 A es aquella con la
cual en 1 segundo pasan a través de la sección transversal de un conductor
6.250.000.000.000.000.000 de electrones.
En las fórmulas matemáticas la corriente (o intensidad de la corriente)
se designa por la letra I o i. Por ejemplo, se escribe: I = 2 A ó i = 0,5 A.
A la vez que el amperio se utilizan unidades más pequeñas de intensidad
de la corriente, como son: el miliamperio (mA), igual a 0,001 A, y el
microamperio (μA), igual a 0,000001 A ó 0,001 mA. Por consiguiente, 1 A es
igual a 1000 mA o 1.000.000 μA.
Los instrumentos que sirven para medir la corriente se llaman amperímetros,
miliamperímetros y microamperímetros respectivamente.
Se conectan al circuito eléctrico en serie con el consumidor de corriente, es
decir, en un corte del circuito exterior (Figura 45). En los esquemas estos
instrumentos se representan por medio de circunferencias dentro de las cuales
figuran las letras que se les asignan: A (amperímetro), mA (miliamperímetro) y
μA (microamperímetro), y jumo a ellas se escribe PA, que significa medidor de
corriente.
Figura 45. El amperímetro (miliamperímetro o microamperímetro) se
conecta al circuito eléctrico en serie con el consumidor de corriente
Cada instrumento de medida está calculado para una corriente no mayor
que la de valor límite para él y no debe conectarse a un circuito por el cual
pase corriente que supere dicho valor, de lo contrario se estropeará.
Se te puede plantear la pregunta ¿cómo se puede valorar la corriente
alterna si su sentido y magnitud cambian continuamente? La corriente alterna se
aprecia de ordinario por su valor eficaz, es decir, por el
valor que corresponde al de la corriente continua que realiza el mismo trabajo.
El valor eficaz de la corriente alterna aproximadamente igual a 0,7 de la
amplitud, es decir, del valor máximo.
§. Resistencia eléctrica
Al hablar de conductores nos referimos a las substancias, materiales y, ante
todo, metales que conducen relativamente bien la corriente. Sin embargo, no
todas las substancias llamadas conductoras conducen igual de bien la corriente
eléctrica o, como suele decirse, poseen la misma conductibilidad de la
corriente. Esto se explica porque, durante su movimiento, los electrones libres
chocan con los átomos y las moléculas de la substancia, con la particularidad
de que en unas substancias los átomos y las moléculas dificultan más el
movimiento de tos electrones y en otras, menos. De todos los materiales que se
utilizan en electrotecnia y radiotecnia, el cobre es el que ofrece menor
resistencia a la corriente. Por eso los conductores eléctricos se hacen en la
mayoría de los casos de cobre. Menos resistencia aún ofrece la plata, pero este
metal es demasiado caro. El hierro, el aluminio y diversas aleaciones metálicas
poseen más resistencia, es decir, peor conductibilidad eléctrica.
La resistencia de un conductor depende no sólo de las propiedades del
material de que está hecho, sino también de las dimensiones del propio
conductor. Un conductor grueso ofrece menos resistencia que otro delgado del
mismo material, y un conductor corto tiene menos resistencia que otro más
largo, del mismo modo que un tubo ancho y corto ofrece menos dificultad al paso
del agua que otro estrecho y largo. Además, la resistencia de un conductor
metálico depende también de su temperatura: cuanto más baja es su temperatura,
tanto menor es su resistencia.
Como unidad de resistencia eléctrica se toma el ohmio (Ω) llamado así en
honor del físico alemán G. Ohm. La resistencia de 1 Ω es una magnitud eléctrica
relativamente pequeña. Esta resistencia al paso de la corriente la opone, por
ejemplo, un trozo de alambre de cobre de 0,15 mm de diámetro y 1 m de longitud.
La resistencia del filamento incandescente de una lamparita de linterna de
bolsillo es de cerca de 10 Ω, y la del elemento de caldeo de una cocinilla
eléctrica de varias decenas de ohmios. En radiotecnia es más frecuente
encontrarse con resistencias mayores que el ohmio o varias decenas de ohmios.
La resistencia de un auricular de gran resistencia óhmica es, por ejemplo, de
más de 2000 Ω y la de un diodo semiconductor, en el sentido en que no deja pasar
la corriente, de varios centenares de millares de ohmios. ¿Sabes qué
resistencia opone a la corriente eléctrica tu cuerpo? De 1000 a 20.000 Ω. Y las
resistencias de los resistores (elementos especiales de los cuales te hablaré
en esta misma charla) pueden ser de hasta varios millones de ohmios y mayores.
Estos elementos, como ya sabes (por la Figura 28), se representan en los
esquemas en forma de rectángulos.
En las fórmulas matemáticas, la resistencia se designa con la letra R.
Esta misma letra se pone junto a la representación gráfica de los resistores en
los esquemas.
Para expresar las grandes resistencias de los resistores se emplean
unidades más grandes que el ohmio, como son el kiloohmio (kΩ), igual a 1000 Ω y
el megaohomio (MΩ), igual a 1.000 000 o 1000 Ω.
Las resistencias de los conductores, circuitos eléctricos, resistores y
otros elementos se miden con instrumentos especiales llamados ohmímetros. En
los esquemas se representa el ohmímetro por medio de la letra griega Ω (omega)
dentro de una circunferencia.
§. Tensión eléctrica
Como unidad de tensión eléctrica y de fuerza electromotriz (f.e.m.) se toma el
voltio (en honor del físico italiano A. Volta). En las formulas se designa la
tensión por medio de la letra U y la unidad misma de tensión, o sea, el voltio,
por la letra V. Por ejemplo, se escribe: U = 4,5 V; U = 220 V. La unidad voltio
caracteriza la tensión en los extremos de un conductor, en un trozo, de
circuito eléctrico o en los polos de una fuente de corriente. La tensión de 1 V
es la magnitud eléctrica que en un conductor cuya resistencia sea de 1 Ω, crea
una corriente igual a 1 A.
La batería 3336Л, que se utiliza en las linternas de bolsillo planas,
como tú sabes, consta de tres pilas unidas en serie. En la etiqueta de esta
batería puede leerse que su tensión es de 4,5 V, es decir, la tensión de cada
una de las pilas de la batería es de 1,5 V. La tensión de la batería
“Krona" es de 9 V y la de la red del alumbrado eléctrico puede ser de 127
ó 220 V.
La tensión se mide con un voltímetro, conectando los
polos del instrumento a los de igual signo de la fuente de corriente o en
paralelo con el trozo de circuito, el resistor o cualquiera otra carga sobre la
cual se desee saber la tensión que actúa (Figura 46). En los esquemas el
voltímetro se representa por medio de una letra V dentro de una circunferencia
al lado de la cual se escribe PU. Para valorar la tensión se utilizan también
una unidad más grande que el voltio, el kilovoltio (kV) igual a 1000 V, y otras
más pequeñas que él, el milivoltio, igual a 0,001 V y el microvoltio (μV),
igual a 0,001 mV. Estas tensiones se miden respectivamente con un
kilovoltímetro, un milivoltímetro o un microvoltímetro.
Estos instrumentos, lo mismo que el voltímetro, se conectan en paralelo
con las fuentes de corriente o los trozos de circuitos cuya tensión se desea
medir.
Aclaremos ahora qué diferencia hay entre los conceptos de
"tensión" y "fuerza electromotriz".
Figura 46. El voltímetro se conecta en paralelo a la carga o a la fuente que
alimenta al circuito eléctrico
Se llama fuerza electromotriz la tensión que actúa entre los polos de
una fuente de corriente mientras a ellos no está conectado el circuito
exterior, es decir, la carga, por ejemplo, una lamparita de incandescencia o un
resistor. En cuanto se conecta el circuito exterior, pasa por él la corriente y
la tensión entre los polos de la pila voltaica nueva, sin estrenar, tiene por
lo menos 1.5 V de f.e.m. Cuando a ella se conecta una carga, la tensión en sus
polos se hace igual aproximadamente, a 1.3 o 1.4 .V. En la medida que se va
gastando la energía de la pila en alimentar el circuito exterior, su tensión va
disminuyendo.
Una pila se considera descargada y por consiguiente, inútil para seguir
usándola, cuando su tensión disminuye hasta 0,7 V y aunque si se desconecta del
circuito exterior su f.e.m. sea mayor que dicha tensión.
Y ¿cómo se valora la tensión alterna? Cuando se habla de tensión
alterna, por ejemplo, de la tensión de la red del alumbrado eléctrico, se tiene
en cuenta su valor eficaz, que como en el caso del valor eficaz de la corriente
alterna, constituye 0,7 del valor de la amplitud de la tensión.
§. Ley de Ohm
En la Figura 47 se muestra el esquema del circuito eléctrico más simple, que tú
ya conoces.
Figura 47 Circuito eléctrico simple
Este circuito cerrado consta de tres elementos: una fuente de tensión,
la batería GB, un consumidor de corriente, la carga R, que puede ser, por
ejemplo, el filamento incandescente de una lámpara eléctrica o un resistor, y
los alambres conductores que unen la fuente de corriente con la carga. A
propósito, si a este circuito se le añade un interruptor, se obtiene el esquema
completo de una linterna eléctrica de bolsillo.
La carga R que posee cierta resistencia, es una parte del circuito. El
valor de la corriente en esta parte del circuito depende de la tensión que
actúa sobre él y de su resistencia. Cuanto mayor sea la tensión y menor la
resistencia tanto mayor será la corriente que pasa por la parte del circuito.
Esta dependencia de corriente respecto de la tensión y de la resistencia se
expresa por medio de la fórmula siguiente:
I = U/R
en la que I es la corriente, expresada en amperios. A; U la tensión en
voltios. V; y R, la resistencia en ohmios Ω. Esta expresión matemática se lee
así: la corriente en un trozo del circuito es directamente proporcional a la
tensión en él e inversamente proporcional a su resistencia.
Esta es la ley fundamental de la electrotecnia, llamada ley de Ohm (en
honor de G. Ohm) para un trozo de circuito eléctrico.
La ley de Ohm también se puede escribir así;
U = IR o R = U/I
Aplicando la ley de Ohm se puede, conociendo dos magnitudes eléctricas,
hallar la tercera, desconocida. He aquí varios ejemplos de aplicación práctica
de la ley .de Ohm.
Ejemplo primero. Sobre un trozo de circuito cuya resistencia es de
5 Ω actúa una tensión de 25 V. Se desea saber el valor de la corriente en este
trozo de circuito.
Solución: I = U/R = 25/5 = 5 A.
Ejemplo segundo. Sobre un trozo de circuito actúa una tensión de
12 V, creando en él una corriente igual a 20 mA. ¿Qué resistencia tiene este
trozo de circuito?
En primer lugar, la corriente de 20 mA hay que expresarla en amperios.
Tendremos 0,02 A. Entonces. R = U/I = 12/0.02 = 6000.
Ejemplo tercero. Por un trozo de circuito cuya resistencia es de
10 kΩ pasa una corriente de 20 mA. ¿Qué tensión actúa en dicho trozo de
circuito?
Aquí, lo mismo que en el ejemplo anterior, hay que expresar la corriente
en amperios (20 mA = 0.02 A y la resistencia, en ohmios (10 kΩ = 10.000 Ω. Por
consiguiente. U = IR = 0.02×10 000 = 200 V.
En el casquillo de la lamparita de incandescencia de una linterna de
bolsillo plana va marcado: 0.28 A y 3.5 V. ¿Qué nos dicen estos datos? Que la
lamparita alumbrará normalmente con una corriente de 0,28 A, la cual puede
crearse con una tensión de 3,5 V. Aplicando la ley de Ohm, es fácil calcular
que la resistencia del filamento incandescente de la lamparita es R = U/I =
3,5/0,28 = 12,5 Ω.
Esta, subrayo, es la resistencia del filamento incandescente de la
lamparita. La resistencia de dicho filamento frío será mucho menor.
La ley de Ohm es correcta no sólo para un trozo de circuito, sino
también para todo el circuito eléctrico. En este caso, como valor de R se toma
la resistencia total de todos los elementos del circuito, incluso la
resistencia interna de la fuente de corriente. Pero en los cálculos más simples
de circuitos se suele omitir la resistencia de los conductores de conexión y la
resistencia interna de la fuente de corriente. En relación con esto voy a poner
otro ejemplo. La tensión de la red del alumbrado eléctrico es de 220 V. ¿Qué
corriente pasará por el circuito si la resistencia de la carga es igual a 1000
Ω?
Solución: I = U/R = 220/1000 = 0,22 A.
Esta es la corriente que, aproximadamente, consume un soldador
eléctrico.
Todas estas fórmulas, deducidas de la ley de Ohm se pueden utilizar
también para calcular circuitos de corriente alterna, pero a condición de que
no haya en ellos bobinas de inductancia ni condensadores.
Veamos ahora la siguiente cuestión: ¿cómo influye en la corriente un
resistor conectado en el circuito en serie con la carea o en paralelo con ella?
Analicemos el ejemplo siguiente. Tenemos una lamparita de linterna
eléctrica redonda, calculada para una tensión de 2,5 V y una corriente de 0.075
A. ¿Puede alimentarse esta lamparita con una batería 1336 Л cuya tensión
inicial es de 4.5 V? Es fácil calcular que la resistencia del filamento
incandescente de la lamparita es algo menor que 30 Ω. Si se alimentara esta
lamparita con una batería 3336 Л nueva, a través del filamento de
incandescencia pasaría, según la ley de Ohm, una corriente casi dos veces mayor
que aquella para la cual está calculado. El filamento no resistiría esta
sobrecarga y se fundiría. No obstante, esta lamparita puede ser alimentada por
la batería 3336 Л si en serie con ella se intercala en el circuito un resistor
adicional cuya resistencia sea de 25 Ω, como se muestra en la Figura 48.
Figura 48. Un resistor adicional, intercalado en el circuito, limita la
corriente en él
En este caso la resistencia total del circuito exterior será igual,
aproximadamente, a 55 Ω, es decir. 30 Ω de resistencia del filamento de la
lamparita en más 25 Ω de resistencia del resistor adicional R. Por el circuito
pasará, pues, una corriente igual, aproximadamente a 0.08 A, o sea, casi igual
a aquélla para la cual está calculado el filamento de incandescencia de la
lamparita. Esta misma lamparita puede alimentarse de una batería con tensión
aún mayor y hasta de la red del alumbrado eléctrico si se elige
convenientemente la resistencia del resistor adicional.
En este ejemplo el resistor adicional limita la corriente en el circuito
hasta el valor necesario. Cuanto mayor sea su resistencia, tanto menor será la
corriente en el circuito. En este caso al circuito se conectaron en serie dos
resistencias: la del filamento de la lamparita y la del resistor. Y cuando las
conexiones son en serie, las resistencias a la corriente son iguales en todos
los puntos del circuito. Puede conectarse un amperímetro en cualquier punto del
circuito y en todas partes marcará el mismo valor. Este fenómeno puede
compararse con la corriente de agua en un rio. El cauce del rio en distintos
tramos puede ser más ancho o más estrecho, más profundo o menos profundo, pero,
en un intervalo de tiempo determinado, a través de la sección transversal de
cada tramo del cauce, siempre pasará la misma cantidad de agua.
El resistor adicional conectado al circuito en serie con la carga (como
por ejemplo, en la Figura 48) se puede considerar como “supresor" de parte
de la tensión que actúa en el circuito. La tensión que suprime el resistor
adicional o, como suele decirse, que cae en él, será tanto mayor cuanto mayor
sea la resistencia de éste.
Sabiendo cuál es la corriente y conociendo la resistencia del resistor
adicional, es fácil calcular la caída de la tensión en él por la fórmula que ya
conoces: U = I× R, aquí U es la caída de tensión en V, y la corriente en el
circuito en A, y R, la resistencia del resistor adicional en Ω.
Figura 49. Regulación de la corriente en el circuito valiéndose de un
resistor
Aplicando a nuestro ejemplo, el resistor R (Figura 48) suprimió el
exceso de tensión: U = IR = 0,08 × 25 = 2V. El resto de la tensión de la
batería, igual a, aproximadamente a 2,5 V, recaía sobre el filamento de la
lamparita.
La resistencia que debe tener el resistor se puede hallar por otra
fórmula que también conoces R = U/I en la que R es la resistencia que se busca
del resistor adicional, en Ω; U la tensión que hay que suprimir en V e I, la
corriente en el circuito en A. Para nuestro ejemplo la resistencia del resistor
adicional debería ser R = U/I 2/0,075 igual 27 Ω.
Variando la resistencia se puede disminuir o aumentar la tensión que
recae sobre el resistor adicional y, de esta forma, regular la corriente en el
circuito.
El resistor adicional R conectado a este circuito puede ser variable, es
decir, un resistor cuya resistencia se puede variar (Figura 49). En este caso
con el cursor del resistor se puede variar suavemente la tensión que se aplica
a la carga I y, por consiguiente, regular con suavidad la corriente que pasa
por dicha carga. Un conector variable, conectado de esta forma recibe el nombre
de reóstato. Por medio de reóstatos se regula la corriente en los circuitos de
los receptores y de los amplificadores. En muchos cines se utilizan reóstatos
para apagar la luz paulatinamente en la sala.
Figura 50. Regulación de la carga R2 del circuito, valiéndose de un resistor
variable R1
Pero existe otro procedimiento de conectar la carga a una fuente de
corriente con tensión excesiva, valiéndose también de un resistor variable
conectado como potenciómetro, es decir, como divisor de la tensión (Figura 50).
Aquí R1 es el resistor conectado como potenciómetro, y R2, la carga, que
puede ser la misma lamparita de incandescencia o cualquier otro dispositivo. En
el resistor R1 tiene lugar la caída de la tensión de la fuente de corriente,
que parcial o totalmente puede ser suministrada a la carga R2. Cuando el cursor
del resistor se halla en la posición extrema inferior, a la carga no llega
tensión (esto es, la lamparita no se encenderá). A medida que el cursor del
resistor se desplaza hacia arriba, se irá suministrando cada vez más tensión a
la carga R2 (en el caso de la lamparita su filamento se pondrá incandescente).
Y cuando el cursor del resistor R1 se encuentre en la posición extrema
superior, a la carga R2 se le suministrará toda la tensión de la fuente de corriente
(si R2 es la lamparita y la tensión de la fuente de corriente es grande, el
filamento se fundirá). Por medio de pruebas puede hallarse una posición tal del
cursor del resistor variable con la cual se le suministrará a la carga la
tensión necesaria.
Los resistores variables, conectados como potenciómetros, se utilizan
mucho para regular el volumen en los receptores y amplificadores de AF.
El resistor puede conectarse también directamente en paralelo con la
carga. En este caso la corriente, en esta parte del circuito, se bifurcará y
seguirá dos caminos paralelos: uno a través del resistor adicional y otro, a
través de la carga principal. La corriente será mayor en la rama que tenga
menos resistencia. Pero la suma de las corrientes en ambas ramas será igual a
la corriente consumida en alimentar el circuito exterior.
A la conexión en paralelo se recurre en aquellos casos en que hay que
limitar la corriente no en todo el circuito, como cuando se conecta en serie el
resistor adicional, sino solamente en una cualquiera de sus partes. Los
resistores adicionales se conectan, por ejemplo, en paralelo con los
miliamperímetros, para medir grandes corrientes. Estos resistores se llaman
resistencias en derivación o “shunt". La palabra “shunt" significa
derivación
§. Inductancia
En un circuito de corriente alterna influye sobre la intensidad de la corriente
no sólo la resistencia del conductor conectado al circuito, sino también su
inductancia. Por eso en los circuitos de corriente alterna se distinguen la
llamada resistencia óhmica, determinada por las cualidades del
material del conductor, y la resistencia inductiva o inductancia, determinada
por la inductancia del conductor. Un conductor recto tiene una inductancia
relativamente pequeña. Pero si este mismo conductor se enrolla en forma de
bobina, su inductancia aumenta. Al mismo tiempo aumenta la resistencia que él
ofrece a la corriente alterna y la corriente que pasa por el circuito
disminuye. Si aumenta la frecuencia de la corriente, la resistencia inductiva
de la bobina también aumenta.
Acuérdate de esto:
la resistencia de una bobina de inductancia a la corriente alterna
aumenta al aumentar su inductancia y la frecuencia de la corriente que pasa por
ella.
Esta propiedad de las bobinas se aprovecha en diversos circuitos de los
receptores cuando es necesario limitar la corriente de alta frecuencia o
discriminar las oscilaciones de alta frecuencia en rectificadores de corriente
alterna y en otros muchos casos, con los cuales te encontrarás constantemente
en la práctica.
La unidad de inductancia es el henrio (H). Una bobina tiene la
inductancia de 1 H, si la corriente varía 1 A durante 1 segundo, se desarrolla
una f.e.m. autoinducida igual a 1 V. Esta unidad se utiliza para determinar la
inductancia de las bobinas que se conectan en los circuitos de corriente de
frecuencia acústica. La inductancia de las bobinas que se emplean en los
circuitos oscilantes se mide en milésimas de henrio, denominadas milihenrios
(mH) o en unidades mil veces más pequeñas, microhenrios (μH).
§. Potencia y trabajo de la corriente
El calentamiento del filamento de incandescencia de una lámpara eléctrica, de
un soldador, de una cocinilla o de cualquier otro dispositivo eléctrico,
requiere el gasto de cierta cantidad de energía eléctrica. La energía que cede
la fuente de corriente (o que recibe de ella la carga) durante 1 segundo, se
llama potencia de la corriente. Como unidad de potencia de
corriente se toma el vatio (W). Un vatio es la potencia que desarrolla una
corriente continua de 1 A, a la tensión de 1 V. En las fórmulas, la potencia de
la corriente se designa por la letra P. La potencia eléctrica en vatios se
obtiene multiplicando la tensión en voltios por la corriente en amperios, es
decir. P = U × I
Si, por ejemplo, una fuente de corriente continua de 4,5 V de tensión
crea en el circuito una corriente de 0,1 A, la potencia de esta corriente será:
P = U × I = 4,5 × 0,1 = 0,45 W.
Aplicando esta fórmula se puede, por ejemplo, calcular la potencia que
consume la lamparita de una linterna de bolsillo plana, multiplicando 3,5 V por
0,28 A. Resulta cerca de 1 W.
Escribiendo esta fórmula así: I = P/U se puede hallar la corriente que
pasa por un dispositivo eléctrico si se conoce la potencia que éste consume y
la tensión que se le suministra.
Por ejemplo, ¿qué corriente pasa a través de un soldador eléctrico, si
se sabe que con 220 V de tensión consume 40 W de potencia?
I = P/U = 40/220 ≈ 0,18 A.
Si se conocen la corriente y la resistencia del circuito, pero no se
conoce la tensión, la potencia se puede calcular por la fórmula P = I2 × R.
Cuando se conocen la tensión que actúa en el circuito y la resistencia de este
último, para calcular la potencia se utiliza la fórmula P = U2/R.
Pero el vatio es una unidad de potencia relativamente pequeña. Cuando se
trata de dispositivos, aparatos o máquinas eléctricas que consumen corrientes
de decenas o centenares de amperios, se utiliza como unidad de potencia el
kilovatio (kW), igual a 1000 W. Las potencias de los motores eléctricos de las
máquinas herramientas, por ejemplo, pueden ser de varias unidades o varias
decenas de kilovatios.
La cantidad de energía que se gasta se valora en vatios-segundo,
magnitud que equivale a la unidad de energía llamada julio (J). El gasto de
energía eléctrica se calcula multiplicando la potencia que consume el aparato
por el tiempo durante el cual funciona, expresado en segundos. Si, por ejemplo,
la lamparita de una linterna eléctrica de bolsillo plana (cuya potencia ya
sabes que es de cerca de 1 W) ha estado encendida durante 25 segundos, la
energía gastada por ella será igual a 25 vatios-segundo.
Pero el vatio- segundo es una magnitud muy pequeña. Por eso se utilizan
en la práctica unidades de grado de energía eléctrica más grandes cómo son el
vatio-hora, el hectovatio-hora y el kilovatio-hora.
Para expresar el gasto de energía en vatios-hora o en kw-hora hay que
multiplicar respectivamente, la potencia en vatios o kilovatios por el tiempo
en horas. Si por ejemplo, un aparato consume 0,5 kW de potencia durante 2 horas
con el gasto de energía es de 0,5 × 2 = 1 kW-hora; un kW-hora de energía
también se gastarán si un circuito consume (o gasta) 2 kw de energía de
potencia en media hora o 4 kW-hora en un cuarto de hora, etc.
El contador de electricidad que hay en la casa o en el apartamento en
que tú vives, cuenta el gasto de energía eléctrica en kw-hora. Multiplicando
las indicaciones de contador por el precio de un kw-hora, (que en la URSS es de
4 kopeks) puede saber lo que cuesta la energía que se gasta en una semana o en
un mes.
Cuando se trabaja con pilas voltaicas o con batería se suele hablar de
su capacidad eléctrica en amperios por hora la cual se expresa por el producto
del valor de la corriente de descarga por la duración del funcionamiento en
horas.
La capacidad inicial de una batería 3336Λ por ejemplo es de 0,5 A-hora.
Calcula cuánto tiempo seguido funcionará esta batería si se descarga con una
corriente de 0,18 A (corriente de la lamparita de la linterna). Aproximadamente
será una hora y tres cuartos; si la misma batería se descarga más intensamente
por ejemplo con una corriente de 0,5 A, funcionará menos de una hora. Por lo
tanto conociendo la capacidad de la pila voltaica o de la batería y las
corrientes que consumen sus cargas se puede calcular aproximadamente el tiempo
durante el cual trabajará esta fuente químicas de corriente. La capacidad
inicial de la corriente de descarga que se recomienda o la resistencia del
circuito exterior que determina la corriente de descarga de la pila o batería
se indican algunas veces la etiqueta de esta o en los manuales de consulta.
§. Transformación de la corriente alterna
La corriente alterna se distingue ventajosamente de la corriente continua en
que puede transformarse con facilidad, es decir, convertirse de una corriente
de tensión relativamente alta en corriente de tensión más baja y viceversa. Los
transformadores permiten la transmisión de corriente alterna por cable a
grandes distancias con pérdidas de energía pequeñas. Para esto la tensión
alterna que producen los generadores de las centrales eléctricas se eleva, por
medio de transformadores, hasta cientos de miles de voltios y se envía por
líneas de transporte de energía (LTE) en diversas direcciones. En las ciudades
y pueblos que se encuentran a centenares o millares de kilómetros de la
estación eléctrica esta tensión se reduce, también con la ayuda
transformadores, a otra más baja, de la cual se alimentan las lámparas del
alumbrado y los motores eléctricos y demás dispositivos eléctricos.
Figura 51. Transformador con circuito magnético de acero. (a) dispositivo
simplificado. (b) representación esquemática.
Los transformadores se utilizan mucho en radiotecnia.
La estructura esquemática de un transformador elemental se muestra en la
Figura 51. Consta de dos bobinas de hilo conductor aislado, llamadas devanados,
que se arrollan sobre un circuito magnético, formado por láminas de acero
especial para transformadores. Los devanados de los transformadores se
representan en los esquemas lo mismo que las bobinas de inductancia, y el
circuito magnético, por una recta entre ellos. La acción del transformador se
funda en el fenómeno de la inducción electromagnética. La corriente alterna que
pasa por uno de los devanados del transformador crea a su alrededor y en el
circuito magnético un campo magnético alterno. Este campo corta las espiras del
otro devanado del transformador e induce en él tensión alterna de la misma
frecuencia. Si a este segundo devanado se conecta una carga cualquiera, por
ejemplo, una lamparita de incandescencia, por el circuito cerrado que se
obtiene pasa corriente alterna y la lamparita se enciende.
El devanado al cual se aplica la tensión alterna que se quiere
transformar, se llama primario y el devanado en el cual se
induce la tensión alterna, secundario.
La tensión que se obtiene en los extremos del devanado secundario
depende de la relación entre los número de espiras que tienen los devanados; si
los número de espiras son iguales, la tensión en el devanado secundario será
aproximadamente igual a la tensión que se le suministra en el primario; si el
devanado secundario del transformador tiene un número de espiras menor que el
primario, la tensión en el también será menor que la suministrada al devanado
primario. Y al contrario, si el devanado secundario tiene más espiras que el
primario, la tensión que se desarrolla en él será mayor que la que comunica
primario. En el primer caso, el transformador reduce la tensión alterna y en el
segundo, eleva. La tensión que se induce en el devanado secundario se pueden
calcular con bastante exactitud por la relación entre los números de espiras de
ambos devanados del transformador; la tensión en el devanado secundario será
tantas veces mayor o menor que la tensión que se suministran primario como
veces el número de espiras de aquél sea mayor o menor que el número de espiras
de éste.
Así por ejemplo, si un devanado del transformador tiene 1000 espiras y
el segundo 2000 conectando el primero a la red de corriente alterna de 220 V,
obtendremos en el segundo devanado 440 V, es decir, el transformador será
elevador. En cambio, si la tensión de 220 V se comunica al devanado de 2000
espiras, en el que tiene 1000 se obtendrán 110 V, o sea, el transformador será
reductor. El devanado con 2000 espiras, en el primer caso, hace de secundario,
y en el segundo, de primario.
Pero al utilizar un transformador no debes olvidar que la potencia de la
corriente (P = U × I) que se puede obtener en el circuito del devanado
secundario nunca es mayor que la potencia de la corriente que pasa por e
primario. Esto significa que en el secundario sí puede obtener la misma
potencia elevando la tensión y reduciendo la corriente o consumiendo de él
tensión más baja con mayor corriente. Por lo tanto, al elevar la tensión
perdemos intensidad de corriente. Y si ganamos intensidad de corriente, perdemos
necesariamente tensión.
Para alimentar los aparatos de radio de la red de corriente alterna se
suelen utiliza transformadores con varios devanados secundarios de distinto
numero de espiras. Con esto transformadores, llamados de red o de alimentación,
se obtienen varias tensiones para alimentar distintos circuitos
La potencia máxima de la corriente que puede ser transformada depende de
las dimensiones del circuito magnético del transformador y del diámetro del
hilo conductor del cual están hechos los devanados. Cuanto mayor sea el volumen
del circuito magnético, tanto mayor puede ser la potencia de la corriente
transformada. En la práctica siempre se pierde inútilmente parte de la
potencia, por eso la potencia en el circuito del devanado secundario (o la suma
de las potencias obtenida de todos los derivados secundarios) es siempre algo
menor que la potencia que consume el primario.
Pero acuérdate, el transformador no transforma la corriente continua. No
obstante si en el devanado primario pasa corriente pulsatoria, en el secundario
se induce tensión alterna de frecuencia igual a la de las pulsaciones de la
corriente en el primario. Esta propiedad del transformador se aprovecha para el
acoplamiento inductivo entre distintos circuitos, para descomponer la corriente
pulsatoria en sus componentes y para una serie de otros fines de los cuales
hablaremos más adelante.
Todos los transformadores con circuitos magnéticos de acero o de
aleaciones de ferroníquel (permalloy) se llaman transformadores de baja
frecuencia ya que solo sirven para transformar tensiones alternas de la gama
baja frecuencia.
Figura 52. Transformadores de alta frecuencia sin núcleo a la izquierda, a
la derecha las bobinas tienen armazones separados, al centro, representación
gráfica de transformador en los esquemas
En los esquemas los transformadores de baja frecuencia se identifican
con la letra T y sus devanados con números romanos. El principio de
funcionamiento de los transformadores de alta frecuencia destinados para
transformar oscilaciones de alta frecuencia, también se fundan en la inducción
magnética, pueden tener núcleos o carecer de ellos, sus devanados o bobinas se
encuentra en un armazón o en distintos armazones pero necesariamente próximos
entre sí (Figura 52) cuando por una bobina pasa corriente de alta frecuencia,
alrededor de ella surge un campo magnético rápidamente variable que induce la
segunda tensión de la misma frecuencia.
Como los transformadores la baja frecuencia, la tensión en la bobina
secundaria depende de la relación entre los números de espiras de las bobinas.
Para reforzar el acoplamiento entre las bobinas, en los transformadores
de alta frecuencia se utilizan núcleos en forma de barras o de anillos (Figura
53) hechos de una masa prensada de materiales no metálicos, llamados núcleos
magneto-dieléctricos o de alta frecuencia.
Figura 53. Transformadores de alta frecuencia con núcleos magneto-eléctricos
(a la izquierda, con núcleo en forma de barra; a la derecha, con núcleo anular
(toroidal)).
Los núcleos más difundidos son los de ferrita. Con uno de estos núcleos
(barra de ferrita) tuviste ya relación en la charla segunda. El núcleo de
ferrita no sólo refuerza el acoplamiento entre las bobinas, sino que además
eleva su inductancia, por lo cual éstas pueden tener menos espiras en
comparación con las bobinas del transformador sin núcleo.
El núcleo magneto-dieléctrico del transformador de alta frecuencia,
independientemente de su estructura y forma, se representa en los esquemas lo
mismo que el circuito magnético del transformador de baja frecuencia, es decir,
por una recta entre las bobinas; y los devanados, como las bobinas de
inductancia, por medio de la letra L.
Los elementos que en mayor número intervienen en los receptores y
amplificadores quizá sean los resistores. En un receptor de transistores de
complejidad media, por ejemplo, puede haber de 20 a 25 resistores. Estos se
utilizan para limitar la corriente en los circuitos, para crear, en algunas
partes de los circuitos, caídas de tensión, para descomponer la corriente
pulsatoria en sus componentes, para regular la intensidad y el timbre del
sonido, etc.
Para hacer los resistores de resistencia relativamente pequeña,
calculados para corrientes de varias decenas de miliamperios, se utilizan hilos
delgados de niquelina, nicromo y algunas otras aleaciones metálicas. Estos son
los denominados resistores bobinados. Para los resistores de resistencias
grandes, calculados para corrientes relativamente pequeñas, se emplean diversas
aleaciones de metales y carbono, las cuales se depositan en capas delgadas
sobre materiales aisladores. Estos resistores se llaman no bobinados.
Tanto los resistores bobinados como los no bobinados pueden ser de
resistencia fija, es decir, no regulable, y de resistencia variable, cuya
resistencia puede variarse desde ciertos valores mínimos hasta los máximos,
durante el proceso de funcionamiento.
Las características fundamentales de un resistor son: la resistencia
nominal, es decir, que se indica en su cuerpo: la potencia nominal de
disipación y la desviación máxima posible de la resistencia efectiva respecto
de la nominal. Se llama potencia de disipación la potencia máxima de la
corriente que el resistor puede soportar largo tiempo y disipar en forma de
calor sin perjuicio para su funcionamiento. Si, por ejemplo, a través de un
resistor de 100 Ω de resistencia pasa una corriente de 0,1 A, aquél dispersa
una potencia de 1 W. Si el resistor no está calculado para esa potencia puede
fundirse pronto. La potencia nominal de disipación es en realidad la
característica de rigidez eléctrica del resistor.
Se fabrican resistores de resistencia fija y variable de distintas
estructuras y valores nominales: desde varios ohmios hasta centenares de
megaohmios. De los de resistencia fija los más difundidos son los de capa
metálica MЛT (metalizados barnizados termoestables). La estructura de un
resistor de este tipo se muestra algo aumentada en la Figura 54a.
De base le sirve un tubo cerámico sobre cuya superficie se ha depositado
una capa de aleación especial que forma una película, conductora de la
corriente, de 0,1 μm de espesor.
Figura 54. Resistores fijos
En los resistores de alta resistencia óhmica esta capa puede tener forma
espiral. En los extremos de la barrita con recubrimiento conductor de la
corriente se ajustan a presión sendos casquetes metálicos a los cuales van
soldados los terminales de contacto del resistor. El cuerpo del resistor está
cubierto de un barniz de color resistente a la humedad.
Los resistores MΛT se fabrican para potencias de disipación de 2, 1,
0,5, 0,23 y 0,125 W. Respectivamente llevan las marcas MΛT-2, MΛT-1, MΛT-0,5,
MΛT-0,25 y MΛT-0,125. La vista exterior de estos resistores y las
representaciones convencionales de sus potencias de disipación en los esquemas
básicos se muestran en la Figura 54.
Con el tiempo aprenderás a distinguir las potencias de disipación de los
resistores por su aspecto exterior.
Figura 55. Estructuras y representación gráfica de los resistores variables
en los esquemas
La desviación máxima posible de la resistencia efectiva de un resistor
respecto de la nominal se expresa en tantos por ciento.
Si, por ejemplo, la resistencia nominal del resistor es de 100 kΩ con
una tolerancia de ± 10%, esto significa que su resistencia real puede ser desde
90 hasta 110 kΩ.
La estructura de un resistor variable no bobinado es la siguiente (en la
Figura 55 el resistor CП-1 se muestra sin la tapa protectora): a una base
redonda de plástico va pegado un arco de perlina recubierto de una tenue capa
de negro mezclado con barniz. Esta capa, que posee resistencia, es precisamente
el resistor. De los dos extremos de la capa salen terminales. En el centro de
la base va ajustado a presión un casquillo. En él gira un eje y,
solidariamente, una plaquita de pertinax perfilada. Sobre el extremo exterior
de la plaquita va sujeta una escobilla (corredera), de toma de corriente,
formada por varios alambres flexibles que están en contacto con el
"pétalo" medio de salida. Al girar el eje, la escobilla se desplaza
por la capa de negro sobre el arco, como resultado de lo cual varía la
resistencia entre los terminales medio y extremos. Por arriba se cierra el
resistor con una tapa metálica que lo protege contra deterioros.
Así, o aproximadamente así, están construidos casi todos los resistores
variables, entre ellos los de los tipos СП (resistencia variable), resistores
variables de disco, por ejemplo, del tipo СП13-3b.
Se fabrican resistores no bobinados variables con resistencias nominales
desde 47 Ω y desviaciones tolerables de la nominal de ± 20, 25 y 30%.
En los esquemas básicos, con objeto de no recargarlos, se utiliza un
sistema de designaciones abreviadas de las resistencias de los resistores con
la cual no se escriben junto a las cifras los símbolos de las unidades de
resistencia (Ω, kΩ, MΩ). Este mismo sistema de designación de las resistencias
nominales de los resistores se utiliza también en este libro.
Las resistencias de los resistores desde 1 hasta 999 Ω se indican en los
esquemas básicos por medio de los números enteros correspondientes a los
ohmios, y las de los resistores desde 1 hasta 999 kΩ, con las cifras que
indican el número de kilohmios con la letra "k". Las resistencias
grandes de los resistores se indican en megaohmios con la letra "M".
He aquí varios ejemplos de cómo se designan las resistencias de los resistores
en los esquemas: R1 270 corresponde a 270 Ω; R2 6.8 k, a 6800 Ω; R3 56 k a 56 kΩ
(56.000 Ω); R4 220 k, a 220 kΩ (0,22 MΩ); R5 1,5 M a 1.5 MΩ.
Inmediatamente hago una advertencia: en la inmensa mayoría de los
aparatos que construyen los radioaficionados, sin perjuicio para su
funcionamiento, pueden tolerarse desviaciones de las resistencias nominales de
los resistores indicadas en los esquemas, dentro de los limites de hasta el ±
10 ó 15%. Esto quiere decir que un resistor de 5.1 kΩ de resistencia, por
ejemplo, puede ser sustituido por el resistor de resistencia nominal más
próxima a él, o sea, por el de 4.7 kΩ de resistencia nominal por el de 5,6 kΩ.
Figura 56. Acoplamientos en serie (a) y en paralelo (b) de los resistores
Figúrate el caso siguiente. Te hace falta un resistor de resistencia
determinada. Tú no lo tienes, pero si tienes otros con distintas resistencias
nominales. ¿Se puede componer con ellos un resistor de la resistencia que
necesitas? Claro que se puede. Pero para eso hay que saber hacer el cálculo
elemental de la conexión en serie y en paralelo de las resistencias de los
circuitos eléctricos y de los resistores. Cuando los resistores se conectan en
serie (Figura 56a) su resistencia total Rtot es igual a la suma
de las resistencias de todos los resistores conectados en cadena, es decir.
Rtot = R1 + R2 + R3 + …
Así por ejemplo, si R1 = 15 kΩ y R2 = 33 kΩ su resistencia total
Rtot = 15 + 33 = 48 kΩ
Cuando los resistores se conectan en paralelo (Figura 56b), su
resistencia total Rtot disminuye y es siempre menor que la
resistencia de cada uno de ellos por separado. La resistencia resultante de un
circuito de resistores unidos en paralelo se calcula valiéndose de la fórmula:
Rtot = R1× R2/(R1 + R2)
Supongamos que R1 = 20 kΩ y R2 = 30 kΩ. La resistencia total de la parte
del circuito formada por estos dos resistores será:
Rtot = R1× R2/(R1 + R2) = 20 × 30/(20 + 30) = 12 kΩ
Cuando se conectan en paralelo dos resistores con resistencias nominales
iguales, su resistencia total es igual a la mitad de la resistencia de cada uno
de ellos.
§. Condensadores
Los condensadores, lo mismo que los resistores, son unos de los elementos más
numerosos de los dispositivos radiotécnicos. De algunas propiedades del
condensador, ‘‘almacenador’* de cargas eléctricas, ya te he hablado. Entonces
también te dije que la capacidad del condensador será tanto mayor, cuanto mayor
sea el área de sus armaduras y más delgada la capa de dieléctrico entre ellas.
La unidad fundamental de capacidad eléctrica es el faradio (F), llamada
así en honor del físico inglés M. Faraday. Pero 1 F es una capacidad muy
grande. La capacidad eléctrica de la esfera terrestre, por ejemplo, es de menos
de 1 F. En electrotecnia y radiotecnia se emplea una unidad de capacidad igual
a una millonésima de faradio, cuyo nombre es microfaradio (μF). En un faradio
hay 1.000.000 μF, es decir, 1 μF = 0.000001 F. Esta unidad de la capacidad
también es con frecuencia demasiado grande. Por eso existe otra unidad aún más
pequeña, el picofaradio (pF) igual a la millonésima parte de un microfaradio,
es decir, a 0.000001 pF: 1 pF = 1.000.000 pF.
Todos los condensadores, sean de capacidad fija o variable, se
caracterizan en primer lugar por sus capacidades expresadas en picofaradios o
microfaradios.
En los esquemas básicos, la capacidad de los condensadores desde 1 hasta
999 pF lo indicaremos por los números enteros correspondientes a sus
capacidades en estas unidades sin la designación pF, y la capacidad de los
condensadores desde 0,01 μF (10000 pF, y mas, en fracciones de microfaradio o
en microfaradios sin la designación μF. Si la capacidad del condensador es
igual a un número entero de microfaradios, a diferencia de cómo se indica la
capacidad en picofaradios, después de la última cifra significativa pondremos
una coma y un cero.
Ejemplos de cómo se indicarán las capacidades de los condensadores en
los esquemas: C1 47, corresponde a 47 pF; C2 3300, a 3300 pF; C3 0.047, a 0.047
pF (47 000 pF); C4 0.1 a 0,1 pF: CS 20,0 a 20 pF.
Ya sabes que el condensador más simple consiste en dos láminas
conductoras separadas por un dieléctrico. Si un condensador se conecta en un
circuito de corriente continua, la corriente dejará de pasar por el circuito.
Esto es comprensible: a través de un aislador como lo es el dieléctrico del
condensador no puede pasar la corriente continua. La conexión de un condensador
en un circuito de corriente continua equivale a cortarlo (no tenemos en cuenta
el instante de la conexión, en el cual se produce la corriente de carga del
condensador, que dura muy poco). Otro es el comportamiento del condensador en
un circuito de corriente alterna. Recuerda: la polaridad de la tensión en los
bornes de la fuente de corriente alterna varia periódicamente. Por lo tanto, si
se intercala un condensador en un circuito alimentado por una fuente de
corriente de este tipo, sus armaduras se recargarán alternativamente con la
frecuencia de esta corriente. Como resultado, por el circuito pasará corriente
alterna.
El condensador, de un modo semejante al resistor y a la bobina, ofrece
resistencia a la corriente alterna, pero diferente a las corrientes de distinta
frecuencia. Puede dejar pasar bien las corrientes de alta frecuencia y al mismo
tiempo, ser casi aislador para las de baja frecuencia.
Acuérdale de esto:
la capacitancia de un condensador a la corriente alterna disminuye al
aumentar su capacidad y frecuencia de la corriente y, viceversa, aumenta al
disminuir su capacidad la frecuencia de la corriente
La propiedad de los condensadores de no dejar pasar la corriente
continua y de conducir de distinto modo las corrientes alternas de diferentes
frecuencias se aprovecha para descomponer las corrientes pulsatorias en sus
componentes para detener las corrientes de unas frecuencias y dejar pasar las
de otras. De esta propiedad de los condensadores te servirás a menudo en tus
construcciones.
¿Cómo están hechos los condensadores de capacidad fija?
Todos los condensadores de capacidad fija tienen armaduras conductoras
de corriente y entre ellas un dieléctrico de cerámica, mica, papel u otro
sólido. Por el tipo de dieléctrico que se usa los condensadores reciben,
respectivamente, los nombres de condensadores de cerámica, de mica, de papel,
etc. El aspecto exterior de algunos condensadores de cerámica de capacidad
fija, se muestra en la Figura 57.
En ellos sirve de dieléctrico una cerámica especial, de armaduras, capas
delgadas de metal plateado depositadas sobre las superficies de la cerámica, y
de terminales, unos alambres, o tiras de latón, también plateados, soldados a
las armaduras. Los cuerpos de los condensadores se recubren por arriba de
esmalte.
Figura 57. Condensadores cerámicos de capacidad fija
En la URSS los condensadores de cerámica más difundidos son los de los
tipos КΛК (condensador de discos de cerámica) y KTK (condensador tubular de
cerámica).
En el condensador KTK una armadura va depositada sobre la superficie
interior y la otra, sobre la superficie exterior de un tubito de cerámica de
paredes delgadas.
Los condensadores de cerámica tienen capacidades relativamente pequeñas,
de hasta varios millares de picofaradios. Se utilizan en aquellos circuitos por
los cuales pasa corriente de alta frecuencia (circuito de antena, circuito
oscilante), para acoplarlos entre sí.
Para conseguir que las dimensiones del condensador sean pequeñas, pero
que su capacidad sea relativamente grande, éste se hace no de dos placas, sino
de varias apiladas, separadas entre sí por el dieléctrico (Figura 58).
Figura 58. Condensadores de mica
En este caso cada par de placas contiguas forma un condensador. Uniendo
estos pares de placas en paralelo se obtiene un condensador de más capacidad.
Así están construidos todos los condensadores con dieléctrico de mica. En ellos
hacen las veces de placas-armaduras hojas de papel de aluminio o capas de plata
depositadas directamente sobre la mica, y de terminales, trozos de alambre
plateado.
Figura 59. Condensadores de papel y papel metalizado de capacidad fija
Los conductores de mica, lo mismo que los de cerámica, se utilizan en
los circuitos de alta frecuencia, en calidad de condensadores de bloqueo para
acoplamiento entre circuitos de alta frecuencia.
En los condensadores de papel (Figura 59) sirve de dieléctrico un papel
fino impregnado en parafina, y de armaduras, hojas de papel metálico. Las hojas
de papel, junto con las armaduras, se enrollan y se colocan dentro de una
cajita de cartón o de metal. Cuanto más anchas y largas son las armaduras,
tanto mayor es la capacidad del condensador.
Los condensadores de papel se emplean principalmente en los circuitos de
alta frecuencia y para bloquear las fuentes de alimentación. Hay muchas clases
de condensadores con dieléctrico de papel. Todas ellas tienen en su designación
la letra Б (inicial de la palabra “bumaga", papel). Los condensadores БM
(de papel y pequeñas dimensiones) tienen caja tubular metálica sellada por sus
extremos con una resina especial. Los KБ tienen cajas cilíndricas de cartón.
Los del tipo KБГ-И, cajas de porcelana con casquetes metálicos en los extremos
soldados a las armaduras, de las cuales parten estrechas lengüetas terminales.
De dieléctrico de los condensadores del tipo MБM (de papel metalizado y
pequeñas dimensiones) sirve panel barnizado para condensadores, y de armaduras,
una capa de metal, de menos de una micra de espesor, depositada sobre una de
las caras del panel. La particularidad característica de este grupo de
condensadores es su capacidad para autorestablecerse después de la perforación
eléctrica del dieléctrico.
Un grupo particular de condensadores de capacidad fija lo constituyen
los electrolíticos (Figura 60).
Figura 60. Condensadores electrolíticos
Por su estructura interior el condensador electrolítico recuerda en algo
al de papel. Tiene dos cintas de hoja de aluminio. La superficie de una de
ellas está recubierta de una capa delgadísima de óxido. Entre las dos cintas de
hoja de aluminio se encuentra una de papel poroso impregnada en un líquido
espeso especial, el electrólito. Esta tira de cuatro capas se enrolla y se
introduce en una caja o cartucho cilíndrico de aluminio.
De dieléctrico de este condensador sirve la capa de óxido. La armadura
positiva (ánodo) es la cinta que tiene la capa de óxido. Esta cinta se une a
una lengüeta terminal aislada del cartucho. La armadura negativa (cátodo) es el
papel impregnado en electrólito, el cual, a través de la cinta metálica sin
capa de óxido, se une al cartucho. De esta forma el cartucho es el terminal
negativo de la armadura del condensador electrolítico y la lengüeta aislada de
él, el terminal positivo. Así, en particular, están construidos los
condensadores de los tipos KЭ, K50-3. Los condensadores KЭ-2 se diferencian de
los KЭ en que tienen un casquillo de plástico roscado y una tuerca para
sujetarlos al panel. Las cajas de aluminio de los condensadores K50-3 tienen
forma de cartuchos de 4,5 a 6 mm de diámetro y de 15 a 20 mm de longitud. Los
terminales son de alambre. Análoga estructura tienen los condensadores del tipo
K50-6. Pero en ellos los terminales de los electrodos (armaduras) están
aislados de las cajas.
En los esquemas básicos los condensadores electrolíticos se representan
lo mismo que los otros condensadores de capacidad constante, es decir, por dos
cortas rectas paralelas, pero junto a la armadura positiva se pone el signo
“+”.
Los condensadores electrolíticos tienen capacidades «rundes, desde unas
fracciones de microfaradio hasta vanos millares de ellos. Se Utilizan en los
circuitos de corriente pulsatoria, por ejemplo, en los filtros de los
rectificadores de corriente alterna y para el acoplamiento cutre circuitos de
alta frecuencia. El electrodo negativo del condensador se conecta al polo
negativo del circuito y el positivo, al polo positivo. Si la polaridad se
infringe, el condensador electrolítico puede estropearse.
La capacidad nominal de los condensadores electrolíticos se indica en
sus cajas-cartuchos. La capacidad real puede ser mucho mayor que la nominal.
Una característica muy importante de todo condensador, además de su
capacidad, es su tensión nominal, es decir, la tensión con la cual el
condensador puede funcionar durante mucho tiempo sin perder sus propiedades.
Esta tensión depende de las propiedades y del espesor de la capa de dieléctrico
del condensador. Los condensadores de cerámica, mica, papel y papel metalizado
de diversos tipos están calculados para tensiones nominales de 150 a 1000 V y
mayores. Los condensadores electrolíticos se fabrican para tensiones nominales
desde varios voltios hasta 30-50 V y desde 150 hasta 450-500 V. En vista de
esto se subdividen en: condensadores para baja tensión y
condensadores para alta tensión. Los del primer grupo se
emplean en circuitos con tensiones relativamente pequeñas, y los del secundo,
en circuitos con tensiones relativamente grandes.
Cuando tengas que elegir condensadores para tus construcciones, presta
siempre atención a sus tensiones nominales. En circuitos con tensiones menores
que la nominal se pueden conectar los condensadores, pero en circuitos con
tensiones mayores que la nominal, no. Si la tensión en las armaduras de un
condensador es mayor que la nominal, el dieléctrico se perfora. Un condensador
perforado ya no sirve para seguir funcionando.
Figura 61. Condensador simple de capacidad variable
Hablemos ahora de los condensadores de capacidad variable. La estructura
del condensador de capacidad variable más simple puede verse en la Figura 61.
Una armadura (estator) es fija y la otra (rotor) va sujeta a un eje. Cuando
gira el eje, el área de superposición de las armaduras y, a la vez, la
capacidad del condensador, varía.
Los condensadores de capacidad variable que se utilizan en los circuitos
oscilantes sintonizables de los receptores, constan de dos grupos de placas
(Figura 62a) de aluminio laminado o de latón. Las placas del rotor van unidas
al eje.
Las del estator están también unidas entre sí, pero aisladas del rotor.
Al girar el eje, las placas del grupo rotor entran paulatinamente en los
espacios de aire que hay entre las placas del grupo estator, con lo cual la
capacidad del condensador varía suavemente. Cuando las placas del rotor están
completamente fuera de los espacios entre las placas del estator, la capacidad
del condensador es mínima y se llama capacidad inicial del condensador. Cuando
las placas del rotor están completamente introducidas entre las del estator, la
capacidad del condensador es la máxima que este puede tener. La capacidad
máxima de un condensador será tanto mayor; cuanto más placas tenga y menor sea
la distancia entre las móviles y las fijas.
En los condensadores que se muestran en las Figura 61 y Figura 62a,
sirve de dieléctrico el aire. Pero en los condensadores de capacidad variable
de pequeñas dimensiones (Figura 62.b) el dieléctrico puede ser de papel, de
película de plástico o de cerámica. Estos últimos reciben el nombre de
condensadores de capacidad variable con dieléctrico sólido.
Figura 62. Un condensador de capacidad variable con dieléctrico de aire (a)
y con dieléctrico sólido (b).
A pesar de tener menor tamaño que los de dieléctrico de aire, estos
condensadores pueden tener capacidades máximas grandes. Precisamente éstos son
los condensadores que se utilizan para sintonizar los circuitos oscilantes de
los pequeños receptores de transistores.
Los condensadores de capacidad variable más difundidos tienen una
capacidad inicial de varios picofaradios y una máxima de 240-490 pF. No excluyo
la posibilidad de que uno de estos condensadores lo hayas utilizado ya para
sintonizar tu primer receptor de radio.
Figura 63. Una de las posibles estructuras de bloque de condensadores de
capacidad variable
En los receptores con dos circuitos oscilantes sintonizables se emplean
condensadores gemelos de capacidad variable (KПE). El KПE representado en la
Figura 63 consta de dos condensadores cuyos rotores tienen eje común. Al girar
el eje varían a la vez las capacidades de ambos condensadores.
Tanto los condensadores de capacidad variable simples como gemelos con
dieléctrico de aire requieren trato cuidadoso. Incluso deformaciones
insignificantes o cualquier otro deterioro de las placas ocasionan contactos
entre ellas. La corrección de las placas del condensador deterioradas es
difícil.
A los condensadores con dieléctrico sólido pertenecen también los de
ajuste (trimmeres), que son una variedad de los de capacidad variable. El uso
más frecuente de estos condensadores es el de ajuste de los circuitos en
resonancia, de ahí su nombre.
Figura 64. Condensadores de ajuste y su representación esquemática
Las estructuras de algunos condensadores de ajuste se muestran en la
Figura 64. Cada uno de ellos consta de una base de cerámica relativamente
maciza y de un disco delgado también de cerámica. En la superficie de la base
(debajo del disco) y sobre el disco hay depositadas capas metálicas en forma de
sectores, que son las armaduras del condensador. Al girar el disco alrededor de
su eje varía el área de superposición de los sectores-armaduras y la capacidad
del condensador.
La capacidad de los condensadores de ajuste se indica en el cuerpo de
los mismos en forma de número quebrado, en el cual el numerador es la capacidad
mínima y el denominador, la máxima Si, por ejemplo, en el condensador se indica
6/30, esto significa que su capacidad mínima es de 6 pF y la máxima, 30 pF. Los
condensadores de ajuste tienen, por lo general, una capacidad mínima de 2 a 5
pF y una máxima de hasta 100-150 pF. Algunos de ellos, por ejemplo, los KПK-2,
se pueden utilizar en calidad de condensadores de capacidad variable para
sintonizar receptores simples de un sólo circuito.
Los condensadores, lo mismo que los resistores, se pueden conectar en
paralelo o en serie. En la mayoría de los casos se recurre a estos
acoplamientos cuando no se dispone de un condensador de la capacidad nominal
que se necesita, pero sí de otros con los cuales se puede componer dicha
capacidad. Si los condensadores se acoplan en paralelo (Figura 65a), su
capacidad total será igual a la suma de lascapacidades de todos los
condensadores acoplados, es decir:
Ctot = C1 + C2 + C3 + ….
Así por ejemplo, si C1 = 33 pF y C2 = 47 pF, la capacidad total de estos
dos condensadores será Ctot = 33 + 47 = 80 pF.
Si los condensadores se acoplan en serie (Figura 63b), su capacidad
total será siempre menor que la más pequeña de las de los condensadores
incluidos en la cadena. Para calcularla se emplea la fórmula:
Ctot = C1× C2/(C1 + C2).
Por ejemplo, supongamos que C1 = 220 pF y C2 = 330 pF; entonces Ctot =
220 × 330 (220 + 330) = 132 pF.
Figura 65 Acoplamientos en paralelo («/) y en serie (6) de los condensadores
Cuando se acoplan en serie dos condensadores de igual capacidad, la
capacidad total será igual a la mitad de la de cada uno de ellos.
§. Unas palabras sobre los cortacircuitos fusibles
Un cortacircuitos fusible o simplemente, un fusible es un dispositivo
constituido por un trozo de alambre, cuyo espesor está calculado para el paso
de una corriente de intensidad determinada, por ejemplo, 0.25 A. Este
dispositivo protege contra sobrecargas la fuente de corriente. Tienen
cortacircuitos todas las redes eléctricas y, a veces, los enchufes de toma de
corriente y los aparatos de radio que se alimentan de la red del alumbrado
eléctrico.
El fusible se intercala en un corte del circuito eléctrico, para que a
través de él pase toda la corriente que consume dicho circuito. Mientras la
corriente no supera la norma tolerable, el alambre del cortocircuito se
mantiene templado o frío. Pero en cuanto en el circuito surge una carga de
magnitud intolerable o se produce un cortocircuito, la corriente crece
bruscamente, el alambre se funde y el circuito se corta automáticamente. El
casquillo portafusible que se emplea en la red del alumbrado es igual que el
portalámparas.
Figura 66. Cortocircuito fusible
A él se atornilla el “tapón" de porcelana (Figura 66, a la
izquierda) dentro del cual se encuentra un alambre de plomo. Uno de los
extremos de este alambre está soldado al fondo metálico del tapón y el otro, al
cilindro metálico roscado que sirve para atornillar el fusible al portafusible.
El alambre de los fusibles de los aparatos de radio (Figura 66, a la
derecha) está dentro de un tubito de vidrio y sus extremos los tiene soldados a
sendos casquetes metálicos que hacen las veces de contactos. Por medio de estos
contactos se encaja el fusible en un portafusibles especial o entre dos
pequeños montantes metálicos a los cuales llegan los conductores de la red que
se desea proteger contra las sobrecargas.
La causa que hace que se funda un cortocircuito debe buscarse,
eliminarse y sólo después de esto, y teniendo cuidado, se puede poner un nuevo
fusible en el circuito eléctrico.
§. ¡Cuidado Alta tensión!
Sí, mi joven amigo, siempre que tengas que tratar con la red eléctrica, pon
mucha atención, ten cuidado y no olvides jamás el peligro que encierra la alta
tensión que en ella actúa.
A veces, jugando o por alardear, hay muchachos que tocan con la mano un
alambre conductor desnudo o los contactos de un enchufe de toma de corriente
como si no existiera peligro. Pero puede ocurrir lo irreparable, porque la red
eléctrica no soporta bromas. El ''efecto" de "experimentos"
semejantes depende totalmente de la resistencia eléctrica del cuerpo humano, de
su aislamiento de la tierra y de la humedad del suelo que pisa.
La resistencia eléctrica de distintas personas, dediferentes
edades y diversos estados del organismo, esdistinta y puede variar entre mil y
varias decenas de millares de ohmios. Y si un individuo cuyo cuerpo tenga una
resistencia realmente baja toca los conductores de la red eléctrica, a través
de él puede pasar una corriente considerable, la cual puede causarle un trauma
eléctrico.
Hagamos un simple cálculo: si la tensión en la red es de 220 V y la
resistencia del cuerpo humano de 22 kΩ, la corriente que pasa por este, según
la ley de Ohm, será de 220/22000 = 0.01 A. Esta corriente, aunque peligrosa, no
es mortal para el hombre. Pero, ¿y si la resistencia del cuerpo es pequeña, por
ejemplo, de 2.2 kΩ? En este caso la corriente será de 220/2200 = 0,1 A y el
peligro, mortal.
¿Cómo evitar los contratiempos que puede ocasionar la red eléctrica?
En primer lugar, cualesquiera que sean las circunstancias, no toques
jamás con las manos trozos desnudos de los conductores de la red del aluminado
ni de los montajes o conexiones de contacto de los aparatos que se alimentan de
ducha red, ya sea durante su montaje o su regulación. Y si tienes que aislar un
conductor o mejorar los contactos de una toma de corriente, hazlo después de
cortar la corriente desconectando el interruptor de entrada a tu apartamento,
el cual se encuentra en el cuadro de distribución.
Cuando regules un receptor o un amplificador que se alimente de la red
del alumbrado, la sonda del instrumento de medida sostenla con una sola mano,
para no tocar con ambas los conductores con corriente. Antes de sustituir un
elemento estropeado o de hacer algún cambio en el montaje, desconecta
totalmente de la red el receptor, el amplificador o el rectificador que los
alimenta.
Aquí interrumpo mi charla. Pero la "excursión" a la
electrotecnia aún no ha terminado. Nos esperan otros fenómenos eléctricos y
otros dispositivos de los cuales tengas que valerte.
Charla 6
Dispositivos semiconductores
Contenido:
§. Semiconductores y sus propiedades
§. Conductibilidad eléctrica de un semiconductor
§. Diodos y sus aplicaciones
§. Estabilizador (regulador) de tensión y su aplicación
§. Transistores
§. Transistor -amplificador
§. Esquemas de conexión y parámetros fundamentales de los transistores
bipolares
§. Algo sobre el transistor de efecto-campo
* * * *
Tú, mi joven amigo, eres contemporáneo de la revolución técnica en todas
las ramas de la radioelectrónica. Lo esencial en ella consiste en que a
sustituir las lámparas o tubos electrónicos vinieron los dispositivos
semiconductores- y éstos van siendo desplazados cada vez más por los
microcircuitos.
Para poder comprender la esencia de los fenómenos que tienen lugar en
los dispositivos semiconductores modernos tendremos que "echar una
ojeada" a la estructura del semiconductor, comprender las causas por las
cuales se origina en él la corriente eléctrica. Pero antes de esto sería
conveniente recordar la parte de la charla primera en que te hablé de la
estructura de los átomos.
§. Semiconductores y sus propiedades
Recordarás que, por sus propiedades eléctricas, los semiconductores ocupan una
posición intermedia entre los conductores y los no conductores de la corriente.
A lo antedicho añado que al grupo de los semiconductores pertenecen muchas más
substancias que a los grupos de los conductores y no conductores juntos. I ni i
o los semiconductores que se utilizan prácticamente en la técnica figuran el
germanio, sodio, silicio, oxido cuproso y algunas otras substancias. Para los
dispositivos semiconductores >c emplean principalmente el germanio y el
silicio.
¿Cuáles son las propiedades más características de los semiconductores
que los diferencian de los conductores y no conductores de la corriente? La
conductibilidad de los semiconductores depende mucho de la temperatura del
medio que los rodea. A temperatura muy baja, próxima al cero absoluto (- 273º),
se comportan respecto de la corriente eléctrica como aisladores. En cambio, la
mayoría de los conductores a esta temperatura se hacen superconductores, es
decir, casi no ofrecen resistencia al paso de la corriente. A medida que se
eleva la temperatura de los conductores, su resistencia a la corriente
eléctrica aumenta, mientras que la resistencia de los semiconductores
disminuye. La conductibilidad de los conductores no varía si sobre ellos actúa
la luz, la de los semiconductores, por el contrario, cuando se someten a la
acción de la luz, aumenta. Este fenómeno recibe el nombre de
fotoconductibilidad. Los semiconductores pueden transformar la energía de la
luz en corriente eléctrica. Esta propiedad no la tienen en absoluto los
conductores. La conductibilidad de los semiconductores aumenta bruscamente si
se introducen en ellos átomos de algunos otros elementos. La de los
conductores, por el contrario, si en ellos se introducen impurezas, disminuye.
Estas y algunas otras propiedades de los semiconductores eran conocidas desde
hace relativamente mucho tiempo, pero hasta hace poco no empezaron a
utilizarse.
El germanio y el silicio, materias primas de muchos dispositivos
semiconductores modernos, tienen en las capas exteriores de sus envolturas
cuatro electrones de valencia cada uno. El átomo de germanio tiene en total 32
electrones y el de silicio, 14. Pero 28 electrones del átomo de germanio y 10
del de silicio se encuentran en las capas interiores de sus envolturas,
fuertemente sujetos por los núcleos, y no se desprenden de ellos de ningún
modo. Sólo los cuatro electrones de valencia de los átomos de estos semiconductores
pueden, aunque no siempre, convertirse en libres. Recuérdalo: ¡cuatro! Pero si
un átomo del semiconductor pierde, aunque sólo sea un electrón, se transforma
en un ion positivo.
En el semiconductor los átomos se encuentran en perfecto orden: cada
átomo está rodeado de cuatro átomos iguales a él.
Figura 67 Esquema que muestra la relación mutua de los átomos en un cristal
semiconductor (a) y esquema simplificado de su estructura (b)
Además, se encuentran tan próximos entre sí que sus electrones de
valencia forman órbitas comunes que pasan alrededor de todos los átomos vecinos
y los enlazan en una substancia única. Esta relación mutua de los átomos en el
cristal del semiconductor podemos figurárnosla en forma de esquema plano, como
se muestra en la Figura 67a. En él los círculos grandes con signo
"+” representan convencionalmente los núcleos de los átomos con las capas
electrónicas interiores de la envoltura (es decir, los iones positivos), y los
círculos pequeños, los electrones de valencia. Cada átomo, como puedes ver,
está rodeado por cuatro átomos iguales a él. Todo átomo está ligado con cada
uno de sus vecinos por dos electrones de valencia, uno de los cuales es
"suyo" y el otro tomado al “vecino", este es el enlace por dos
electrones o de valencia: ¡el más fuerte de los enlaces!
A su vez, la capa exterior de la envoltura electrónica de cada átomo
tiene ocho electrones; cuatro propios y uno de cada uno de los cuatro átomos
vecinos. Aquí ya es imposible distinguir cual de los electrones de valencia es
“propio” y cuál "extraño”, ya que se han convertido en electrones comunes.
Con este enlace de los átomos, en toda la masa del cristal de germanio o de
silicio se puede considerar dicho cristal semiconductor como una gran molécula.
El esquema de la relación mutua entre los átomos en el semiconductor se
puede simplificar para mayor claridad, representándolo como se hace en la
Figura 67b. Aquí los núcleos de los átomos con las capas electrónicas internas
se muestran en forma de círculos con el signo más, y los enlaces interatómicos,
por dos líneas que simbolizan los electrones de valencia.
§. Conductibilidad eléctrica de un semiconductor
A temperatura próxima al cero absoluto el semiconductor se comporta como
perfecto no conductor de la corriente, porque en él no hay electrones libres.
Pero al elevarse la temperatura, el enlace de los electrones de valencia con
los núcleos de los átomos se debilita y algunos de ellos, en virtud del
movimiento térmico, pueden abandonar sus átomos. El electrón escapado del
enlace interatómico se convierte en libre (en la Figura 67b, el punto negro), y
allí, donde éI estuvo hasta entonces, se origina un sitio libre. Este sitio
libre en el enlace interatómico del semiconductor se llama
convencionalmente hueco (en la Figura 67b), la línea
electrónica rota).
Cuanto más alta es la temperatura del semiconductor, tanto mayor es el
número de electrones libres y de huecos que surgen en él. De este modo, la
formación de un hueco en la masa del semiconductor se debe a la salida de un
electrón de valencia de la envoltura del átomo y corresponde a la aparición de
una carga eléctrica positiva igual a la carga negativa del electrón.
Figura 68. Esquema del movimiento de los electrones y de los huecos en un
semiconductor
Ahora fijémonos en la Figura 68. En ella se representa esquemáticamente
el fenómeno de la aparición de la corriente en el semiconductor. La causa de
que se produzca la corriente es la tensión aplicada al semiconductor (en la
Figura 68, la fuente de tensión se simboliza por medio de los signos “ + ” y
"-“ Como consecuencia de los fenómenos térmicos, en toda la masa del
semiconductor se libera de los enlaces interatómicos cierta cantidad de
electrones (en la Figura 68 se representan por medio de puntos con flechas).
Estos electrones, liberados cerca del polo positivo de la fuente de tensión,
son atraídos por dicho polo y salen de la masa del semiconductor, dejando tras
sí huecos. Los electrones desprendidos de los enlaces interatómicos a cierta
distancia del polo positivo también son atraídos por é! y se mueven en ese
sentido. Pero al encontrar en su camino huecos, los electrones “saltan" a
ellos (Figura 68.«) y llenan algunos enlaces interatómicos. Y los huecos más
próximos al polo negativo se llenan con otros electrones escapados de átomos
aún más próximos a dicho polo (Figura 68,6). Mientras sobre el semiconductor
actúa el campo eléctrico, este proceso continúa: se rompen unos enlaces
interatómicos (de ellos se escapan los electrones de valencia, surgen huecos) y
se restablecen otros enlaces (a los huecos “saltan" electrones que se
liberan de otros enlaces interatómicos) (Figura 68b-d).
. Observando estos esquemas te habrás dado cuenta de que los electrones
se mueven del polo negativo de la fuente al positivo, y los huecos se trasladan
del polo positivo al negativo. Este fenómeno podría compararse con lo que
ocurriría en una formación militar si varios soldados saliesen de ella dejando
vacíos sus puestos, es decir, "huecos”. Cuando el jefe diera la orden de
cerrar la formación, los soldados se desplazarían sucesivamente hacia la
derecha e irían ocupando los sitios vacíos. ¿Qué habrá ocurrido en definitiva?
Que los soldados, uno tras otro, se habrán ido corriendo hacia el flanco
derecho y los sitios vacíos se habrán ido desplazando hacia la izquierda.
A temperatura superior al cero absoluto, en el semiconductor surgen y
desaparecen continuamente electrones libres y huecos incluso en ausencia de
campos eléctricos externos. Pero los electrones y los huecos se mueven
caóticamente en distintas direcciones y no salen de los límites del
semiconductor. En un semiconductor puro (intrínseco) el número de electrones
que se liberan en cada instante es igual al número de huecos que se forman en
el mismo tiempo. Su número total a la temperatura ambiente es relativamente
pequeño. Por eso la conductibilidad eléctrica de este semiconductor,
denominada intrínseca, es pequeña. En otras palabras, este
semiconductor ofrece a la corriente eléctrica una resistencia bastante grande.
Pero si a un semiconductor intrínseco se le añade aunque sólo sea una cantidad
insignificante de impureza en forma de átomos de otros elementos, su
conductibilidad se eleva bruscamente. En este caso, en dependencia de las
estructuras de los átomos de los elementos de impureza, la conductibilidad del semiconductor
será por electrones o por huecos.
¿En qué se diferencian estas dos formas de conductibilidad?
Si un átomo cualquiera del cristal semiconductor se sustituye por un
átomo de antimonio que tiene en la capa exterior de su envoltura electrónica
cinco electrones de valencia, este átomo "advenedizo" enlaza por
medio de cuatro electrones con los cuatro átomos vecinos del semiconductor.
Pero el quinto electrón de valencia del átomo de antimonio "sobra" y
queda libre. Cuanto más átomos de antimonio se introduzcan en el semiconductor,
tanto más electrones libres habrá en su masa. Por consiguiente, el semiconductor
con impureza de antimonio se aproxima por sus propiedades a un metal: para que
a través de él pase corriente eléctrica no es necesario que se destruyan sus
enlaces interatómicos. Los semiconductores que poseen estas propiedades reciben
el nombre de semiconductores con conductibilidad tipo n o
simplemente, semiconductores tipo n, aquí la letra n es
la inicial de la palabra "negativo". En este caso debe entenderse por
el término "negativo" que en el semiconductor tipo n los
portadores de corriente mayoritarios son las cargas negativas., es decir, los
electrones.
Algo totalmente distinto ocurre si en el semiconductor se introducen
átomos con tres electrones de valencia, por ejemplo, de indio. Cada átomo del
metal indio, con sus tres electrones, enlaza solamente con tres de los átomos
vecinos del semiconductor. Para enlazar con el cuarto átomo le falta un
electrón. Es decir, se origina un hueco. Éste, como es natural, puede ser
llenado por un electrón cualquiera desprendido de un enlace de valencia entre
otros átomos del semiconductor. Sin embargo, independientemente de donde se
encuentren los huecos, en la masa del semiconductor con impureza de indio no
bastarán electrones para llenarlos. Y cuanto más átomos de impureza de indio se
introduzcan en el semiconductor, tanto más huecos se formarán en él.
Para que en este semiconductor puedan desplazarse los electrones es
absolutamente necesario que se rompan enlaces de valencia entre los átomos. Los
electrones escapados de estos enlaces, o los que entran de fuera en el
semiconductor, se mueven de hueco en hueco.
Pero en toda la masa del semiconductor, en cada instante, el número de
huecos será mayor que el número total de electrones libres. Los semiconductores
que tienen esta propiedad se llaman semiconductores con conductibilidad por
huecos o semiconductores tipo p. La letra p es
la inicial de la palabra “positivo”. En este caso dicho término debe entenderse
en el sentido de que el fenómeno de la corriente eléctrica en la masa del
semiconductor de tipo p va acompañado del continuo surgimiento
y desaparición de cargas positivas (huecos). Desplazándose por la masa del
semiconductor, los huecos actúan como si fueran portadores de carga corriente.
La conductibilidad de los semiconductores tipo p, lo
mismo que la de los de tipo n, es muchas veces mayor que la de
los semiconductores puros o intrínsecos.
Hay que decir que, prácticamente, no existen semiconductores
absolutamente intrínsecos ni semiconductores cuya conductibilidad sea
totalmente de los tipo n o p. En un
semiconductor con impureza de indio siempre hay una pequeña cantidad de átomos
de otros elementos que le confieren conductibilidad por electrones, y en los
semiconductores con impureza de antimonio hay átomos de elementos que crean en
él la conductibilidad por huecos. Por ejemplo, en un semiconductor cuya
conductibilidad sea en conjunto del tipo n, habrá huecos que
puedan ser ocupados por los electrones libres de los átomos de impureza de
antimonio. A causa de esto la conductibilidad del semiconductor empeora algo,
pero en total sigue siendo por electrones.
Un fenómeno análogo se observará si en un semiconductor cuya
conductibilidad es por huecos penetran electrones libres. Por eso se consideran
semiconductores del tipo n aquéllos en los cuales los
portadores mayoritarios de la corriente son los electrones, y semiconductores
del tipo p, aquéllos en los cuales los portadores mayoritarios de
la corriente son los huecos (predomina la electroconductibilidad por huecos).
Ahora, cuando ya tienes una idea de los fenómenos que ocurren en los
semiconductores, te será fácil comprender el principio básico del
funcionamiento de los dispositivos semiconductores.
Empezaremos por los diodos semiconductores.
§. Diodos y sus aplicaciones
De la “familia" de los diodos forman parte hoy varias decenas de
dispositivos semiconductores que llevan el nombre de “diodos”. Aquí nos
referiremos solamente a algunos dispositivos con los cuales tropezarás en
primer lugar.
Esquemáticamente un diodo se puede representar como dos plaquitas
semiconductoras, una de las cuales tiene conductibilidad tipo p y
la otra, tipo ti.
Figura 69. Estructura esquemática y funcionamiento de un diodo semiconductor
En la Figura 69, a los huecos, mayoritarios en la plaquita tipo p,
se representan convencionalmente por círculos blancos, y los electrones,
mayoritarios en la plaquita tipo n, por círculos negros del
mismo tamaño. Estas dos regiones son los dos electrodos del diodo: el ánodo y
el cátodo. El ánodo, o sea, el electrodo positivo, es la región tipo p,y
el cátodo, es decir, el electrodo negativo, la región tipo n. Sobre
las superficies exteriores de las plaquitas hay depositadas capas metálicas de
contacto, a las cuales van soldados los terminales de alambre de los electrodos
del diodo.
Este dispositivo semiconductor puede hallarse en uno de los dos estados
siguientes: abierto, cuando conduce bien la corriente, y cerrado, cuando la
conduce mal. Si a sus electrodos se conecta una fuente de corriente continua,
por ejemplo, una pila voltaica, de manera que su polo positivo se una al ánodo
del diodo, con la región tipo p, y el negativo, con el cátodo,
o sea, con la región tipo n (Figura 69b), el diodo se
encontrará en estado abierto y por el circuito formado pasará corriente, cuya
intensidad dependerá de la tensión aplicada y de las propiedades del diodo. Con
esta polaridad de conexión de la pila, los electrones de la región tipo n se
desplazarán del menos al más, es decir, hacia la región tipo p y
los huecos de la región tipo p se moverán al encuentro de los
electrones, desde el más al menos. Al encontrarse en el límite de las regiones,
llamado unión electrón-hueco o, simplemente, unión
p-n, los electrones se comportan como si “saltasen" a los huecos,
y como resultado, unos y otros al encontrarse dejan de existir. El contacto
metálico unido al polo negativo de la pila puede ceder a la región tipo n una
cantidad de electrones prácticamente ilimitada, reponiendo así la disminución
de electrones en esta región, y el contacto unido al polo positivo de la pila
puede aceptar de la región tipo p la misma cantidad de
electrones, lo que equivale a la introducción en ella de la cantidad de huecos
correspondiente. En este caso la resistencia de la unión p-n es
pequeña, por lo cual a través del diodo pasa la corriente denominada corriente
directa. Cuanto mayor sea la superficie de la unión p-n y
la tensión de la fuente de energía, tanto mayor será la corriente directa.
Si los polos de la pila se cambian entre si, como muestra la Figura 69c,
el diodo se encontrará en estado cerrado. En este caso el comportamiento de las
cargas eléctricas en el diodo es otro. Ahora los electrones de la región
tipo n alejándose de la unión p-n, se
desplazarán hacia el contacto positivo del diodo, y los huecos de la región
tipo p, hacia el contacto negativo. Como resultado, el límite entre
las regiones con distinto tipo de conductibilidad parece que se ensancha y se
forma una zona pobre en electrones y huecos (en la Figura 69c, la
zona rayada) y que, por consiguiente, ofrece gran resistencia a la corriente.
No obstante, en esta zona tendrá lugar un pequeño intercambio de portadores de
corriente entre las regiones del diodo. Por eso, a través del diodo pasará
corriente, pero su intensidad será muchas veces menor que la directa. Esta
corriente recibe el nombre de corriente inversa del diodo.
En las gráficas que caracterizan el funcionamiento del diodo la
corriente directa se designa por Idir y la inversa, por Iinv.
¿Y si el diodo se conecta a un circuito con corriente alterna? En este
caso se abrirá durante los semiperiodos positivos en el ánodo, dejando pasar
libremente la corriente en un sentido (corriente directa Idir) y se
cerrará durante los semiperiodos negativos en el ánodo, y casi no dejará pasar
la corriente en sentido opuesto (corriente inversa Iinv). Estas
propiedades de los diodos se aprovechan en los rectificadores para convertir la
corriente alterna en continua.
La tensión con la cual el diodo se abre y a través de él pasa la
corriente directa se llama tensión directa (Udir) o que pasa, y la
tensión de polaridad inversa, con la cual el diodo se cierra y a través de él
no pasa corriente, recibe el nombre de tensión inversa (Uinv o
que no pasa. Con la tensión directa la resistencia de un diodo de buena calidad
no supera varias decenas de ohmios, y con la inversa, su resistencia llega a
decenas y centenares de kiloohmios e incluso megaohmios. De esto es fácil
convencerse midiendo la resistencia inversa del diodo con un ohmímetro.
La resistencia interna del diodo abierto es una magnitud no constante, y
depende de la tensión directa que se le aplica: cuanto mayor sea esta tensión,
tanto mayor será la corriente directa que pasa por el diodo y menor la
resistencia al paso de esta.
Figura 70. Característica tensión-corriente de un diodo semiconductor
Sobre la resistencia del diodo puede juzgarse por la caída de tensión en
él y por la corriente que deja pasar. Así, por ejemplo, si por el diodo pasa
una corriente directa Idir = 100 mA (0,1 A) y la caída de
tensión en él es de 1 V, por la ley de Ohm, la resistencia directa del diodo
será:
R = U/l = 1/0,1 = 10 Ω.
En estado cerrado la caída de la tensión aplicada al diodo es casi
total, la corriente inversa que pasa a través de él es extraordinariamente
pequeña y la resistencia, por consiguiente, grande.
La dependencia de la corriente que pasa a través del diodo respecto de
la intensidad y de la polaridad de la tensión a él aplicada se representa en
forma de una curva, llamada característica tensión-corriente del diodo. Esta
característica puedes verla en la Figura 70. En ella se toman sobre el eje
vertical, hacia arriba, los valores de la corriente directa Idir, y
hacia abajo, los de la corriente inversa Iinv. Sobre el eje
horizontal, hacia la derecha, se señalan los valores de la tensión directa Udir,
y hacia la izquierda, los de la tensión inversa Uinv.
En la característica tensión-corriente se distinguen: la rama directa
(en la parte superior derecha), correspondiente a la corriente directa que pasa
por el diodo, y la rama inversa, que corresponde a la corriente inversa. Como
puedes ver, la corriente Idir en el diodo es centenares de
veces mayor que la corriente Iinv. Así, por ejemplo, cuando la
tensión directa es Udir = 0.5 V, la corriente Idir =
50 mA (punto a en la característica), y cuando Udir =
1 V, la corriente Idir crece hasta 150 mA (punto b en
la característica), mientras que si la tensión inversa Uinv =
100 V, la corriente inversa Iinv no pasa de 0,5 mA (500 μA).
Calcula cuántas veces mayor será la corriente directa que la inversa si las
tensiones directa e inversa son iguales.
La rama directa es muy pendiente y parece tender a acercarse al eje
vertical. Esta rama caracteriza el rápido crecimiento de la corriente directa
que pasa por el diodo al aumentar la tensión directa. La rama inversa, en
cambio, va casi paralela al eje horizontal y caracteriza el lento crecimiento
de la corriente inversa. Una corriente inversa apreciable indica que el diodo
tiene defectos.
Aproximadamente iguales a ésta son las características tensión-corriente
de todos los diodos de germanio.
Figura 71. Estructura esquemática (a) y aspecto exterior de algunos diodos
planares (b)
Las de los diodos de silicio están algo más desplazadas hacia la
derecha. Esto se debe a que el diodo de germanio se abre y empieza a conducir
la corriente cuando la tensión directa es de 0,1 a 0,2 V, mientras que el de
silicio sólo lo hace cuando es de 0,5 a 0,6 V.
El dispositivo que tomé como ejemplo para explicarte las propiedades del
diodo constaba de dos plaquitas de semiconductores de distinta conductibilidad
unidas entre sí por planos. Estos semiconductores se llaman plagares. En
realidad el diodo planar es una placa de semiconductor dentro de la cual se
crean dos regiones de diferente conductibilidad eléctrica. La tecnología de
fabricación de estos diodos consiste en lo siguiente. Sobre la superficie de
una plaquita cuadrada de 2 a 4 mm2 de superficie y de unas
fracciones de milímetro de espesor, cortada de un crista! semiconductor con
conductibilidad por electrones, se funde un trocito pequeño de indio. El indio
se alea fuertemente con la plaquita. Con esto los átomos de indio penetran (se
difunden) en el espesor de la plaquita y forman en ella una región en la que
predomina la conductibilidad por huecos (Figura 71a). Se obtiene un
dispositivo semiconductor con dos regiones, cuyas conductibilidades son de
distinto tipo, y entre ellas una unión p-n. De contactos de
los electrodos del diodo sirven una gotita de indio y un disco (varilla)
metálico con los conductores terminales.
Así están hechos los diodos planares de germanio y de silicio más
difundidos. El aspecto exterior de algunos de ellos se muestra en la Figura 71b. Estos
dispositivos se encierran en cápsulas metálicas herméticas con aislamiento de
vidrio que permiten utilizarlos donde tengan que funcionar en condiciones de
humedad elevada. Los diodos calculados para corrientes directas considerables
tienen tornillos y tuercas para sujetarlos a los paneles de montaje o a los
chasis de los dispositivos radiotécnicos.
Los diodos planares se emplean principalmente en los rectificadores de
corriente alterna de los bloques de alimentación de los aparatos de radio, por
eso también se conocen con el nombre de diodos rectificadores.
A la construcción de los bloques de alimentación de los dispositivos
radiotécnicos dedicaremos una charla especial, la décima. Ahora sólo te daré a
conocer el principio básico de la transformación de la corriente alterna en
continua.
Figura 72 Esquemas de rectificador de media onda
El esquema del rectificador de corriente alterna más simple se ve en la
Figura 72,a. A la entrada del rectificador se suministra tensión alterna de la
red de alumbrado. A la salida del mismo va conectado un resistor Rc,
que simboliza la carga que se alimenta del rectificador. La función de elemento
rectificado la desempeña el diodo V. La esencia del funcionamiento de este
rectificador la ilustran las gráficas que se dan en la misma figura. Durante
los semiperiodos positivos de la tensión en el ánodo, el diodo se abre. En
estos instantes a través del diodo V, por consiguiente, a través de la carga
conectada al rectificador, pasa la corriente directa I del diodo. Durante los
semiperiodos negativos de la tensión en el ánodo, el diodo se cierra y por todo
el circuito a que está conectado pasa la insignificante corriente inversa Iinv del
diodo.
Éste se comporta como si cortara una gran parte de las semiondas
negativas de la corriente alterna (en la Figura 72a se muestra con líneas de
trazos). Y he aquí el resultado: a través de la carga RL, conectada
al circuito detrás del diodo V, no pasa ya corriente alterna, sino corriente
pulsatoria, es decir, corriente de un solo sentido, pero de intensidad de valor
variable de 50 Hertz. En esto consiste la rectificación de la corriente
alterna. Así pues, el diodo es un dispositivo que posee conductibilidad unilateral,
claramente manifiesta, de la corriente eléctrica. Y si se desprecia la pequeña
corriente inversa (como suele hacerse en la práctica), que en los diodos en
buen estado no supera unas pequeñas fracciones de miliamperio, se puede
considerar que el diodo es un conductor unilateral de la corriente.
¿Se puede alimentar una carga con esta corriente? Sí, puesto que está
rectificada, pero la carga no puede ser cualquiera. Una lámpara de
incandescencia si puede ser, siempre que la tensión de salida no sea mayor que
aquella calculada dicha lámpara. Su filamento se caldea no de un modo
constante. Sino a impulsos que se suceden con la frecuencia de 50 Hz. En virtud
de la inercia térmica el filamento no tiene de enfriarse durante los intervalos
entre los impulsos y por eso no se nota titilación alguna de la luz.
Pero esta corriente no sirve para alimentar un receptor, porque en los
circuitos de sus amplificadores la corriente también pulsará con la misma
frecuencia. Como resultado en los auriculares o en el altavoz de salida del
receptor se oirá ruido de tono bajo de 50 Hz de frecuencia, llamado fondo de
corriente alterna. Éste defecto se puede eliminar parcialmente si a la salida
del rectificador, en paralelo con la carga, se conecta un condensador
electrolítico de filtrado de gran capacidad, como muestra la Figura 72.b.
El condensador Cf se carga a expensas de los impulsos de
corriente y en el instante en que decae o se anula la intensidad (entre los
impulsos), se descarga a través de la carga Rc. Si el condensador
tiene una capacidad suficientemente grande, en el tiempo que media entre los
impulsos no tendrá tiempo de descargarse por completo y en la carga se
mantendrá continuamente la corriente. La corriente mantenida a expensas do la
carga del condensador se muestra en la Figura 72b por medio de la línea
ondulada continua. Pero con esta corriente un poco alisada tampoco se puede
alimentar un receptor o un amplificador ya que de lo contrario “dará
fondo", puesto eme las pulsaciones de la corriente serán todavía muy
perceptibles.
En el rectificador cuyo funcionamiento acabo de darte a conocer, sólo se
emplea eficazmente la energía de la mitad de las ondas de la corriente alterna.
Esta rectificación recibe el nombre de semirrectificacióno de media
onda y los rectificadores de este tipo se llaman rectificadores
de media onda o de una alternancia. Pero los
rectificadores construidos por estos esquemas tienen dos defectos importantes.
El primero de ellos consiste en que la tensión de la corriente rectificada es
aproximadamente igual a la de la red, mientras que para alimentar los aparatos
de transistores se necesita una tensión más baja y para los de lámparas,
frecuentemente, una tensión más alta. El segundo defecto es que no se tolera la
puesta a tierra del receptor alimentado por dicho rectificador. Si el receptor
se pone a tierra, la corriente de la red pasa a tierra a través de él y los
cortacircuitos pueden fundirse.
Figura 73. Rectificador de onda completa con transformador de red
Además, el receptor o amplificador alimentados por este rectificador y,
por lo tanto, que tienen contacto directo con la red eléctrica, es peligroso,
ya que al tocarlo puede ocasionar una sacudida eléctrica.
Estos dos defectos se eliminan en el rectificador con transformador
(Figura 73). En este caso no se rectifica la corriente de la red, sino la del
arrollamiento secundario (II) del transformador de red T. Como este
arrollamiento está aislado del primario, de red, I, el receptor no tiene
contacto con la red y puede ponerse a tierra.
El rectificador de la Figura 73 tiene cuatro diodos conectados según el
llamado circuito en puente. Los diodos son los brazos del puente de
rectificadores. La carga Rc va conectada a la diagonal 1-2 del
puente. En este rectificador, durante cada semiperiodo, funcionan por turno los
dos diodos de los brazos opuestos del puente, conectados entre sí en serie,
pero en sentido contrario respecto del otro par de diodos. ¡Observa
atentamente! Cuando el semiperiodo positivo de la tensión está en el terminal
superior (según el esquema) del arrollamiento secundario, la corriente pasa por
el diodo V2, la carga Rc y el diodo V3 al terminal inferior del
arrollamiento II (gráfica a). Los diodos V1 y V4 están
cerrados todo este tiempo. Durante el otro semiperíodo de la tensión alterna,
cuando el más se encuentra en el terminal inferior del arrollamiento II, la
corriente pasa a través del diodo V4, la carga Rc y el diodo V1
al terminal superior del arrollamiento (gráfica b). Durante
este tiempo los diodos V2 y V3 están cerrados y, como es natural, no dejan que
la corriente pase por ellos. Y he aquí el resultado: en los terminales del
arrollamiento secundario del transformador cambia de signo la tensión, pero a
través de la carga del rectificador pasa corriente unilateral (gráfica c). En
este rectificador se aprovechan eficazmente los dos semiperíodos de la
corriente alterna, por lo que los rectificadores de este tipo se
denominan rectificadores de onda completa.
La mayor eficacia del funcionamiento del rectificador de onda completa
frente al de media onda es evidente: la frecuencia de las pulsaciones de la
corriente rectificada es doble y las “caídas” entre los impulsos son menores.
El valor medio de la tensión de la corriente continua a la salida de este
rectificador es igual aproximadamente al de la tensión alterna que actúa en
todo el arrollamiento secundario del transformador. Y si el rectificador se
completa con un filtro que alise las pulsaciones de la corriente rectificada,
la tensión de salida será 1,4 veces mayor, es decir, un 40%. Precisamente un
rectificador así te recomendaré más tarde para alimentar los aparatos de
transistores.
Ahora vamos a estudiar el diodo de contacto puntual.
El aspecto exterior de uno de estos dispositivos y su estructura (muy
aumentada) se muestran en la Figura 74. Un diodo como éste o semejante a él ya
lo conoces, porque te recomendé que lo empleases en tu primer receptor en
calidad de detector.
Figura 74. Estructura esquemática y aspecto exterior de un diodo de contacto
puntual de la serie Д9
De elemento rectificador de este diodo sirve una plaquita delgada muy
pequeña (de cerca de 1 mm2 de superficie) de semiconductor de
germanio o de silicio, tipo n, y un alambre de volframio que apoya
su extremo agudo en dicha plaquita. Tanto a esta como al alambre van soldarlos
sendos trozos de alambre plateado de, aproximadamente, 50 mm de longitud que
hacen las veces de terminales del diodo. Todo esto se encuentra dentro de un
tubito de vidrio de unos 3 mm de diámetro y menos de 10 mm de longitud, soldado
por sus extremos. Después de montado, el diodo se forma, es decir, se hace
pasar por el contacto entre la plaquita de semiconductor y la punta del alambre
de volframio una corriente de intensidad determinada. En este caso, debajo de
la punta del alambre se forma en el cristal de semiconductor una pequeña región
con conductibilidad por huecos. Se obtiene una unión electrón-hueco que posee
conductibilidad unilateral de la corriente, La plaquita de semiconductor es el
cátodo y el alambre de volframio, el ánodo del diodo de contacto puntual. En
este diodo el área de contacto de la punta del alambre con la superficie de la
plaquita de semiconductor es extraordinariamente pequeña, no mayor de 50 μm2,
Por eso las corrientes que pueden rectificar los diodos de contacto puntual
durante mucho tiempo son pequeñas. Los radioaficionados utilizan estos diodos
principalmente para la detección de las oscilaciones moduladas de alta
frecuencia, por eso suelen llamarse también diodos de alta frecuencia.
El principio en que se basa el funcionamiento del diodo de contacto
puntual ya lo conoces por la charla cuarta.
Figura 75. Experimentos con un diodo planar
Tanto para los diodos planares como para los de contacto puntual existen
valores máximos tolerables de las corrientes directa e inversa, las cuales
dependen de las tensiones directa e inversa y de las propiedades rectificadoras
y rigidez eléctrica determinantes. Éstos son sus parámetros fundamentales. El
diodo planar D226B, por ejemplo, puede rectificar durante largo tiempo una
corriente de hasta 300 mA. Pero si se conecta en un circuito que consuma
corriente de más de 300 mA se calentará, lo que inevitablemente conducirá a la
perforación por calor de la unión p-n y a la inutilización del
diodo. Éste también se perforará si se conecta en un circuito al que se
suministre una tensión inversa de más de 400 V. La corriente a rectificar
tolerable para el diodo de contacto puntual Д9A es de 65 mA, y la tensión inversa
tolerable, de 10 V. Los parámetros fundamentales de los diodos semiconductores
se indican en sus certificados técnicos y en las tablas de consulta. La
superación de los valores limites ocasiona la inutilización de los
dispositivos.
Ahora, para fijar mejor en tu memoria la idea de las propiedades de los
diodos, te propongo hacer el experimento siguiente. En un circuito eléctrico
formado por una batería 3336Λ y una lamparita de incandescencia, calculada para
una tensión de 3,5 V y una corriente de caldeo de 0,28 A, intercala un diodo
planar cualquiera de modo que el ánodo del dipolo esté unido directamente, o a
través de la lamparita, con el terminal positivo de la batería, y el cátodo,
con el terminal negativo (Figura 75a). La lamparita deberá encenderse y
alumbrar casi lo mismo que si el diodo no estuviera en el circuito. Cambia el
orden de conexión de los electrodos del diodo por el inverso (Figura 75,b). En
este caso la lamparita no debe encenderse. Si se enciende es señal de que el
diodo tiene perforada la unión p-n. Como este diodo ya no
sirve para funcionar como rectificador, rómpelo y mira cómo está hecho. No
obstante, espero que el diodo esté en buen estado y que el experimento resulte
bien.
¿Por qué al conectar por primera vez el diodo en la red se encendía la
lamparita y por segunda vez no? Porque en el primer caso el diodo estaba
abierto, ya que se le suministraba una tensión directa Udir, la
resistencia del diodo era pequeña y a través de él pasaba la corriente directa
Idir, cuyo valor estaba determinado por la carga del circuito, es
decir, por la lamparita. En el segundo caso el diodo estaba cerrado; puesto que
se le aplicaba una tensión inversa Uinv igual a la tensión de
la batería. La resistencia del diodo era muy grande y por el circuito sólo
pasaba una corriente inversa Iinv insignificante que no podía
caldear el filamento de la lamparita.
En este experimento la lamparita desempeñaba una doble función. En
primer lugar servía de indicador de la existencia de corriente en el circuito
y, en segundo, limitaba la corriente en dicho circuito hasta 0,28 A y de esta
forma protegía el diodo contra sobrecargas.
§. Estabilizador (regulador) de tensión y su aplicación
El estabilizador o regulador de tensión es también un diodo, pero cuya función
no es la de rectificar la corriente alterna (cosa que también podría hacer),
sino la de estabilizar o regularla tensión, es decir, mantenerla constante en
los circuitos de alimentación de los aparatos radioeléctricos. El aspecto
exterior de uno de los estabilizadores de tensión más difundidos entre los
radioaficionados y su representación simbólica se muestra en la Figura 76.
Por su estructura y el principio en que se basa su funcionamiento, los
estabilizadores de silicio de amplia utilización son análogos a los diodos
rectificadores planares. Pero el estabilizador no se emplea para trabajar en la
rama directa de la característica tensión-corriente, como los diodos
rectificadores o de alta frecuencia, sino en la parte de la rama inversa de la
misma, donde una tensión inversa insignificante hace que aumente mucho la
corriente inversa a través del dispositivo. A comprender lo esencial de la
acción del estabilizador de tensión te ayudará su característica tensión-
corriente, que se muestra en la Figura 77a. En ella (lo mismo que en la Figura
70) sobre el eje horizontal se ha tomado, en cierta escala, la tensión inversa
Uinv, y sobre el eje vertical, hacia abajo, la corriente inversa Iinv.
La tensión se suministra al estabilizador con la polaridad invertida, o sea,
éste se conecta de modo que su ánodo esté unido con el polo negativo de la
fuente de tensión. Con esta conexión, a través del estabilizador pasa la
corriente inversa Iinv
Figura 76. Diodo estabilizador de tensión y su representación gráfica en los
esquemas
A medida que aumenta la tensión inversa, la corriente inversa crece muy
despacio, la característica va casi paralela al eje Uinv.
Figura 77. Característica tensión-corriente del diodo estabilizador de
tensión (a) y esquema del estabilizador paramétrico de tensión (b)
Pero al llegar a cierta tensión Uinv (en la Figura 77, a
es de cerca de 8 V) la unión p-n del estabilizador se perfora
y a través de él empieza a pasar una corriente inversa importante. En este
punto la característica tensión-corriente se tuerce bruscamente y marcha hacia
abajo casi paralelamente al eje Iinv. Esta parte de la
característica es la de trabajo del estabilizador de tensión. La perforación de
la unión p-n no implica la inutilización del dispositivo si la
corriente que pasa por él no supera cierto valor tolerable.
En la Figura 77b se da el esquema de la posible aplicación práctica del
estabilizador de tensión. Se trata del llamado estabilizador
paramétrico de tensión. Con esta conexión, a través del estabilizador
y pasa la corriente inversa Iinv creada por la fuente de
alimentación, cuya tensión puede variar dentro de unos límites considerables.
Bajo la acción de esta tensión, la corriente Iinv que pasa por
el estabilizador, también varia, mientras que la tensión en él, por lo tanto,
en la carga Rc a él conectada, permanece prácticamente
invariable, es decir, estabilizada. El resistor Rc limita la
corriente máxima permisible que pasa a través del estabilizador.
Con los estabilizadores de tensión tropezarás en la práctica en más de
una ocasión.
He aquí los parámetros más importantes de un estabilizador de tensión:
la tensión estabilizada Uest la corriente de estabilización Iest,
la corriente de estabilización mínima Iest.miny la corriente de
estabilización máxima Iest.max. El parámetro Uest es
la tensión que se crea entre los terminales del estabilizador de tensión en
régimen de trabajo (la industria soviética produce estabilizadores de tensión
de silicio para tensiones estabilizadas desde varios voltios hasta 180 V). La
corriente de estabilización mínima es la menor corriente que pasa a través del
dispositivo, con la cual éste empieza a funcionar establemente en régimen de
perforación (en la Figura 77a, la línea de trazos Iest.min): si esta
corriente disminuye, el dispositivo deja de estabilizar la tensión. La
corriente de estabilización máxima tolerable Iest.max es la
mayor corriente que pasa a través del dispositivo (y que no debe confundirse
con la que pasa por el circuito alimentado por el estabilizador de tensión),
con la cual la temperatura de su unión p-n no supera la
permisible (en la Figura 77a, la línea de trazos). La superación de la
corriente Iest.max conduce a la perforación por calor de la
unión p-n y, como es natural, a la inutilización del
dispositivo.
Pasemos a los transistores.
§. Transistores
El antecesor del transistor fue el denominado detector generador inventado
en 1922 por el radiofísico soviético O. V. Losev. Este dispositivo, consistente
en un cristal semiconductor con dos alambres conductores adheridos a él, en
determinadas condiciones podía generar y amplificar las oscilaciones
eléctricas. Pero en aquel tiempo, debido a su imperfección, no pudo competir
con la lámpara electrónica. El semiconductor digno de competir con dicha
lámpara, llamado transistor, fue creado en 1948 por los científicos
norteamericanos Brattain, Bordeen y Shockly.
En la gran “familia” de los transistores modernos figuran dos tipos:
los bipolares y los de efecto-campo. Los
primeros, para distinguirlos de algún modo de los segundos, suelen llamarse
transistores corrientes. Los transistores bipolares son los que más se emplean.
Por ellos comenzaré mi relato.
El término “transistor" está formado por dos palabras
inglesas: transfer, transformador, y resistor,
resistencia. En forma simplificada un transistor bipolar consiste en una
plaquita de semiconductor con tres regiones consecutivas (como en un
emparedado) de diferente conductibilidad eléctrica (Figura 78), las cuales
forman dos uniones p-n.
Figura 78. Estructura esquemática y representación gráfica en los esquemas
de los transistores de estructura p-n-p y n-p-n
Las dos regiones extremas tienen un mismo tipo de conductibilidad, la
intermedia, conductibilidad de otro tipo. Cada región posee su terminal de
contacto. Si en las regiones extremas es mayoritaria la conductibilidad por
huecos y en la intermedia, la conductibilidad por electrones (Figura 78a), este
transistor recibe el nombre de transistor con estructura p-n-p. En
un transistor con estructura n-p-n, por el contrario, en los
extremos están las regiones cuya conductibilidad es por electrones y entre
ellos se encuentra la región de conductibilidad por huecos (Figura 78b).
Tapa con una hoja de papel cualquiera de las regiones extremas de los
transistores representados en la Figura 78. ¿Que resulta? Que las dos regiones
que quedan son, ni más ni menos, que un diodo planar. Si se tapa la otra región
extrema, también se obtiene un diodo. Es decir, el transistor podemos
figurárnoslo como dos diodos planares con una región común, conectados el uno
al encuentro del otro. La región común (intermedia) del transistor se
llama base, una de las regiones extremas, emisor,
y la otra región extrema, colector. Éstos son los tres
electrodos del transistor. Durante, el funcionamiento de éste su “emisor”
introduce (emite) huecos en la base (en el transistor de estructura p-n-p) o
electrones (en el de estructura n-p-n), y el colector recoge
estas cargas eléctricas introducidas en la base por el emisor. La diferencia en
la designación de los transistores de distintas estructuras en los esquemas
consiste solamente en la dirección de la flechita del emisor: en los transistores p-n-p está
dirigida del emisor a la base y en los transistores n-p-n, de
la base al emisor.
Las uniones electrón-hueco se pueden obtener en el transistor del mismo
modo que en los diodos planares. Por ejemplo, para hacer un transistor de
estructura p-n-p se toma una plaquita delgada de germanio con
conductibilidad por electrones y sobre cada una de sus caras se funde trocitos
de indio. Los átomos de indio se difunden (penetran) en el cuerpo de la
plaquita, formando en ella dos regiones de tipo p, emisor y
colector, y entre ellas queda una capa muy delgada (de varias micras) de
semiconductor tipo n, base. Los transistores fabricados por
este procedimiento se llaman de unión de aleación.
Conviene saber cómo se llaman las uniones p-n del
transistor, la unión entre el colector y la base se denomina colectora, y la
unión entre el emisor y la base, emisora.
La estructura esquemática y la construcción de un transistor de unión de
aleación se muestra en la Figura 79.
Figura 79. Estructura esquemática y construcción de un transistor de unión
de aleación p-n-p
El dispositivo va montado sobre un disco metálico de menos de 10 mm de
diámetro. Sobre este disco está soldado el portacristal, que hace de terminal
interno de la base, y debajo del disco, su terminal, de alambre, externo. Los
termínales internos del colector y del emisor van soldados a los alambritos que
van soldados a los aisladores de vidrio sirven de terminales exteriores de
estos electrodos. Un casquete metálico protege el dispositivo contra los
deterioros mecánicos y la acción de la luz. Así están hechos los transistores
de germanio más difundidos para pequeña potencia y frecuencia baja de las
series MП139, MП40, MП41, MП42 y sus variedades y los transistores para
potencia grande П213 - П217. La letra M en la designación indica que la cápsula
del transistor está soldada en frío, la letra П (P rusa) es la inicial de la
palabra “planar”, y las cifras, los números de orden, de fábrica, de los
dispositivos. Al final de la designación pueden figurar las letras A, Б, B (por
ejemplo, MП39Б), que indican la variante del resistor de la serie dada.
Existen otros procedimientos de fabricación de los transistores, por
ejemplo, el de aleación-difusión (Figura 80).
Figura 80. Estructura esquemática de un transistor de aleación-difusión
p-n-p
De colector del transistor fabricado por este procedimiento sirve una
plaquita del semiconductor inicial. Sobre la superficie de la plaquita se
funden, muy próximas entre sí, dos pequeñas bolitas de los elementos de
impureza. Durante el tiempo que dura el calentamiento hasta una temperatura
rigurosamente determinada, transcurre la difusión de los elementos de impureza
en la plaquita de semiconductor. Al ocurrir esto una de las bolitas (en la
Figura 79 la de la derecha) forma en el colector una delgada región de base, y
la otra (en la Figura 79 la de la izquierda), una región emisora. Como
resultado, en la plaquita de semiconductor inicial se obtienen dos
uniones p-n que forman un transistor de estructura p-n-p. Con
esta tecnología se fabrican, en particular, los transistores para poca potencia
y alta frecuencia que se producen en mayor escala, los de las series ГT308,
ГT309, ГT310. La letra Г (G rusa) en la designación indica que el transistor es
de germanio, y la letra T es la inicial de la palabra “transistor”. En la
designación de los transistores de silicio, en vez de la letra P figura la K,
por ejemplo, KT315.
Figura 81. Aspecto exterior de algunos transistores bipolares
El aspecto exterior de algunos transistores bipolares, para diferentes
potencias, de los más utilizados por nuestros radioaficionados, se muestra en
la Figura 81.
Te propongo hacer varios experimentos.
§. Transistor - amplificador
Al principio de esta parte de mi charla dije que un transistor bipolar podemos
figurárnoslo como dos diodos planares conectados uno al encuentro del otro
reunidos en una plaquita de semiconductor. De esto es fácil convencerse
haciendo unos experimentos para los cuales puede servir cualquier transistor de
germanio para baja frecuencia, de estructura p-n-p, ya usado,
pero no deteriorado, por ejemplo, el MП39 u otro semejante de las series MП40 ó
MП42. Entre el colector y la base del transistor conecta unidas en serie una
batería 3336Λ y una lamparita de linterna de bolsillo calculada para 2,5 V de
tensión y 0,075 ó 0,15 A de corriente (Figura 82).
Figura 82. Experimentos con un transistor bipolar
Si el polo positivo de la batería BG resulta unido (a través de la
lamparita) con el colector y el negativo, con la base (Figura 82a), la
lamparita debe encenderse.
Si la polaridad de conexión de la batería es otra (Figura 82b), la
lamparita no se encenderá.
¿Cómo se explica este fenómeno? En el primer caso tú hacías llegar a la
unión p-n colectora la tensión directa, es decir, de
conducción. La unión p-n colectora estaba abierta, su
resistencia era pequeña y a través de ella pasaba la corriente directa del
colector Ic. La intensidad de la corriente en este caso viene
determinada en lo fundamental por la resistencia del filamento de
incandescencia de la lamparita y por la resistencia interna de la batería. En
el segundo caso la tensión de la batería llegaba a la unión colectora en
sentido inverso, es decir, no de conducción. En este caso la unión estaba
cerrada, su resistencia era grande y a través de ella sólo pasaba la pequeña
corriente inversa del colector Ic b i. En los transistores para
pequeña potencia y baja frecuencia, la corriente inversa del colector no supera
30 μA. Esta corriente, como es natural, no puede caldear el filamento de la
lamparita y por eso ésta no se enciende.
Haz un experimento análogo con la unión p-n emisora. El
resultado será el mismo: para la tensión inversa la unión estará cerrada y la
lamparita no se encenderá, y para la tensión directa estará abierta y la
lamparita se encenderá.
El siguiente experimento, que ilustra uno de los regímenes de
funcionamiento del transistor, hazlo de acuerdo con el esquema que se muestra
en la Figura 83.
Figura 83. Experimento ilustrativo de cómo funciona el transistor bipolar en
régimen de conmutación
Entre el emisor y el colector del transistor conecta unidas en serie la
batería 3336Λ y la misma lamparita de incandescencia. El polo positivo de la
batería debe unirse al emisor y el negativo, al colector (a través del
filamento de incandescencia). ¿Se enciende la lamparita? No, no se enciende.
Une con un puente de alambre la base con el emisor, como muestra en el esquema
la línea de trazos. La lamparita, conectada al circuito colector del
transistor, tampoco se encenderá. Quita el puente y en vez de él conecta a
estos electrodos, unidos en serie, un resistor Rb de 200 a 300
Ω de resistencia y una pila voltaica Gb, por ejemplo, tipo 332, pero
de forma que el menos de la pila vaya unido a la base y el más, al emisor.
Ahora la lamparita debe encenderse. Cambia su polaridad de la conexión de la
pila a estos electrodos del transistor. En este caso la lamparita no debe
encenderse. Repite este experimento varias veces y te convencerás de que la
lamparita sólo se enciende en el circuito del colector cuando sobre la base del
transistor, respecto del emisor, actúa tensión negativa.
Veamos lo que ocurre en estos experimentos. En el primero de ellos,
cuando, uniendo con el puente la base con el emisor, cortocircuitaste la unión
emisora; la unión colectora se convirtió en un simple diodo, al cual se
suministraba tensión inversa. A través del transistor sólo pasaba la corriente
inversa insignificante de la unión colectora, la cual no podía caldear el
filamento de la lamparita. En este caso el transistor se encontraba en estado
cerrado. Después, quitando el puente, restableciste la unión emisora. Cuando
conectaste la primera vez la pila entre la base y el emisor, hiciste llegar a
la unión emisora tensión directa: La unión emisora se abrió y a través de ella
pasó la corriente directa, la cual abrió la segunda unión del transistor, la
colectora. El transistor resultó abierto y por el circuito emisor - base-
colector pasó la corriente colectora Ic del transistor, muchas
veces mayor que la corriente del circuito emisor-base.
Ella fue la que caldeó el filamento de la lamparita. Cuando tú
invertiste la polaridad de conexión de la pila, si tensión cerró la unión
emisora y al mismo tiempo se cerró la unión colectora.
Con esto la corriente del transistor casi se interrumpió (sólo seguía
pasando la corriente inversa del colector) y la lamparita no se encendió.
Figura 84. Experimento ilustrativo de cómo funciona el transistor en régimen
de amplificación
¿Qué papel desempeña el resistor Rb? En principio de este
resistor se podría prescindir. Pero yo te recomendé incluirlo exclusivamente
para limitar la corriente en el circuito de base. De lo contrario a través de
la unión emisora pasaría una corriente directa demasiado grande que podría ocasionar
la perforación por calor de la unión y la inutilización del transistor.
Si al hacer estos experimentos se hubieran intercalado instrumentos de
medida en los circuitos de base y de colector, estando cerrado el transistor
casi no hubiera habido corriente en los circuitos. En cambio, con el transistor
abierto la corriente de base Ib hubiera sido no mayor de 2 ó 3
mA y la del colector Ic, de 60 a 75 mA. Esto indica que el
transistor puede ser amplificador de corriente.
En estos experimentos el transistor se encontró en uno de los dos
estados: abierto o cerrado. La conmutación del transistor de un estado a otro
se producía bajo la acción de la tensión de base Ub. Este régimen de
trabajo del transistor se ilustra con las gráficas de la Figura 83 y se llama
régimen de conmutación. Este régimen de trabajo del transistor se utiliza
principalmente en los aparatos y dispositivos de automática electrónica.
En los receptores de radiodifusión y en los amplificadores de
audiofrecuencia los transistores funcionan en régimen de amplificación.
Éste se diferencia del régimen de conmutación en que utilizando
corrientes pequeñas en el circuito de base, podemos dirigir corrientes
relativamente grandes al circuito del colector del transistor. El
funcionamiento del transistor en régimen de amplificación puede ilustrarse con
el experimento siguiente (Figura 84). En el circuito del colector del
transistor y conecta los auriculares electromagnéticos B1 y entre la base y el
menos de la fuente de alimentación BG (batería 3336Λ), el resistor Rb de
200 a 250 kΩ de resistencia. Conecta el segundo micrófono B2 entre la base y el
emisor del transistor, pero a través de un condensador Ca de
0.1 a 0,5 μF de capacidad. Obtendrás un amplificador' muy simple que puede
desempeñar, por ejemplo, el papel de aparato telefónico unilateral. Si un
compañero tuyo habla no muy alto delante del micrófono B2, conectado a la
entrada del amplificador, su voz la oirás en los auriculares B1 conectados a la
salida del amplificador. A la entrada del amplificador, en vez del micrófono
B2, se puede conectar un fonocaptor (pick-up) y tocar un disco de gramófono. En
este caso en los auriculares B1 se oirán bien los sonidos de la melodía o la
voz del cantante, grabados en el disco.
¿Qué función desempeñan aquí el resistor Rb y el
condensador Ca? A través del resistor Rb llega a la
base del transistor, procedente de la batería de alimentación BG, una pequeña
tensión negativa, llamada tensión de polarización, que abre el transistor y con
eso asegura su funcionamiento en régimen de amplificación. Sin la tensión de polarización
inicial la unión emisora p-n del transistor estará cerrada y,
de un modo semejante a un diodo, “cortará” los semiperíodos positivos de la
tensión de entrada, por lo que la amplificación irá acompañada de deformación.
El condensador Ca desempeña la función de elemento acoplador
entre el micrófono B2 y la base del transistor. Deja pasar libremente las
oscilaciones de audiofrecuencia e impide el paso a la corriente continua del
circuito de base al micrófono. Sin este condensador separador la base del
transistor estaría unida con el emisor por medio de la corriente continua y el
régimen de amplificación se alteraría.
En este experimento, a la entrada del amplificador llegaba una tensión
alterna de frecuencia sonora, cuya fuente era el micrófono, que transformaba
las oscilaciones de audiofrecuencia en eléctricas (en la Figura 84, la
gráfica a).
Esta tensión creaba en el circuito emisor-base oscilaciones de corriente
continua (gráfica a), las cuales dirigían una corriente bastante
grande al circuito del colector (gráfica c). Se producía la
amplificación de la señal de entrada. Dicha señal, amplificada por el
transistor, era transformada en los auriculares B1 conectados al circuito del
colector, en oscilaciones de audiofrecuencia. El transistor funcionaba en
régimen de amplificación.
El proceso de amplificación, en rasgos generales, transcurre del modo
siguiente. En ausencia de tensión de señal de entrada, por los circuitos de
base y del colector pasan pequeñas corrientes (en la Figura 84, las partes de
la izquierda de las gráficas b y c) determinadas
por la tensión de la fuente de alimentación, la tensión de polarización en la
base y las propiedades amplificadoras del transistor. En cuanto en el circuito
de base aparece una señal, con arreglo a ella empiezan a cambiar las corrientes
en los circuitos del transistor: durante los semiperiodos negativos, en que la
tensión negativa total en la base crece, las corrientes en los circuitos
aumentan, y durante los semiperiodos positivos en que las tensiones de la señal
y de polarización son opuestas y, por consiguiente, la tensión negativa en la
base disminuye, las corrientes en ambos circuitos también disminuyen. Se
produce la amplificación de la tensión y de la corriente. Si la carga del
transistor no fueran los auriculares, sino un resistor, la tensión de la
componente alterna de la señal amplificada creada por él se podría hacer llegar
al circuito de entrada de un segundo transistor para amplificarla
adicionalmente. Un transistor puede amplificar la señal de 30 a 50 veces.
Exactamente lo mismo funcionan los transistores de estructura n-p-n. Pero
para ellos la polaridad de conexión con la batería que alimenta el circuito de
base y del colector no debe ser la misma que para los transistores n-n-p, sino
la inversa.
Acuérdate de esto:
para que un transistor funcione en régimen de amplificación, a su base
(respecto del emisor), junto con la tensión de la señal a amplificar, hay que
hacer llegar necesariamente una tensión continua de polarización que abra el
transistor.
Para los transistores de germanio esta tensión de polarización debe ser
de 0,1 a 0.2 V, y para los de silicio, de 0,5 a 0,7 V. La tensión de
polarización no se suministra a la base únicamente en aquellos casos en que la
unión emisora del transistor se utiliza para detectar una seña! modulada de
radiofrecuencia.
§. Esquemas de conexión y parámetros fundamentales de los transistores
bipolares
Quedamos, pues, en que un transistor bipolar, independientemente de su
estructura, es un dispositivo con tres electrodos. Sus electrodos son: el
emisor, el colector y la base. Para utilizar un transistor como amplificador de
tensión, de corriente o de potencia, la señal de entrada que hay que amplificar
puede hacerse llegar a dos cualesquiera de los electrodos y sacar de dos
electrodos la señal amplificada. Uno de los electrodos tiene que ser
necesariamente común. Éste es el que determina el nombre del procedimiento de
conexión del transistor en circuito de emisor común (EC), en circuito de
colector común (CC) o en circuito de base común (BC).
La conexión de un transistor p-n-p en circuito de CC se
muestra en la Figura 85a. La tensión de la fuente de alimentación Ufa en
el colector del transistor y pasa a través del resistor Rc, que hace
de carga, y del conductor común ‘‘puesto a tierra" (simbolizado en los
circuitos por el signo al emisor. La señal de entrada, a través del condensador
de acoplamiento Ca, llega a los terminales de la base y del emisor,
es decir, a la parte base- emisor del transistor, y la señal amplificada se
saca de los terminales del emisor y del colector. Con esta conexión del
transistor, el emisor es, por lo tanto, común para los circuitos de entrada y
de salida.
Figura 85. Esquemas de acoplamientos de transistores p-n-p
Recuerda los esquemas y dibujos que has utilizado en esta charla
haciendo funcionar al transistor en regímenes de amplificación y de
conmutación. Sí, en todos ellos has conectado el transistor en circuito de
emisor común. Eso no es casual: el transistor conectado por ese procedimiento,
en dependencia de sus propiedades amplificadoras, puede amplificar de 10 a 200
veces la tensión de la señal y de 20 y 100 veces la corriente. En virtud de
eso, el procedimiento de conexión del transistor en circuito de emisor común es
el más popular entre los radioaficionados.
Un inconveniente importante de la etapa amplificadora en el transistor
conectado por este procedimiento es su relativamente pequeña resistencia de
entrada (de 500 a 1000 Ω), lo que dificulta la adaptación de las etapas
amplificadoras de los transistores que se conectan por este procedimiento. Esto
se explica porque en este caso la unión emisora p-n del
transistor está conectada en sentido directo, es decir, de paso. Pero la
resistencia de la unión de paso, dependiente de la tensión que se le aplica, es
siempre pequeña. En cuanto a la resistencia de salida de esta etapa, es
suficientemente grande (de 2 a 20 kΩ) y depende de la resistencia de la carga Rc y
de las propiedades amplificadoras del transistor.
La conexión de un transistor en circuito de CC puedes verla en la Figura
85b. La señal de entrada llega a la base y al emisor a través del resistor del
emisor Rc, que forma parle del circuito del colector. De este mismo
resistor, que hace las veces de carga del transistor, se saca la señal de
salida. De este modo, esta parte del circuito del colector es común para los
circuitos de entrada y salida, por eso se da el nombre de CC a este
procedimiento de conexión del transistor. La etapa con transistor conectado por
este procedimiento da una amplificación de la tensión menor que la unidad. Se
obtiene, en cambio, una amplificación de la corriente aproximadamente igual que
si el transistor estuviera conectado en circuito de EC. La resistencia de
entrada de esta etapa puede ser de 10 a 500 kΩ, que se adapta bien a la gran
resistencia de salida de la etapa en el transistor conectado en circuito de EC.
En realidad, la etapa no amplifica la tensión, sino que se comporta como si
sólo repitiera la señal que se le comunica. Por eso los transistores conectados
por este procedimiento se llaman también amplificadores de emisor
servoasistido. ¿Por qué de emisor? Porque la tensión de salida en el
emisor del transistor repite totalmente en la práctica la tensión de entrada.
¿Por qué la etapa no amplifica la tensión? Para aclarar esto unamos con
un resistor el circuito de base del transistor con el terminal inferior (según
el esquema) del resistor Rc del emisor, como se muestra en la
Figura 85.b con línea de trazos. Este resistor es equivalente a la resistencia
interna de la fuente de la señal de entrada Rent por ejemplo,
del micrófono o del fonocaptor. De este modo el circuito del emisor resulta
acoplado con la base a través del resistor Rent. Cuando a la entrada
del amplificador llega la tensión de la señal, en el resistor Rt,
que hace las veces de carga del transistor, se separa la tensión de la señal
amplificada, la cual, a través del resistor Rent, resulta aplicada a
la base en oposición de fase. En estas condiciones, entre los circuitos del
emisor y de la base surge una reacción negativa muy fuerte que reduce a cero la
amplificación de la etapa. Esto se refiere a la tensión. Pero en cuanto a la corriente
se obtiene la misma amplificación que cuando el transistor se conecta en
circuito de EC.
Ahora hablemos de la conexión del transistor en circuito de BC (Figura
85,c). En este caso la base, a través del condensador Cb, está
puesta a tierra en corriente alterna, es decir, unida al conductor común de
alimentación. La señal de entrada llega al emisor y a la base a través del
condensador Ca, y la señal amplificada se saca del colector y de la
base puesta a tierra. La base es, pues, el electrodo común de los circuitos de
entrada y salida de la etapa. Ésta da una amplificación de la corriente menor
que la unidad y una amplificación de la tensión igual que la que proporciona el
transistor conectado en circuito de EC (es decir, de 10 a 200 veces). Debido a
que la resistencia de entrada es muy pequeña, inferior a varias decenas de
ohmios (de 30 a 100 Ω), la conexión del transistor en circuito de BC se utiliza
principalmente en los generadores de oscilaciones eléctricas y en las etapas de
superregeneración, que se emplean, por ejemplo, en los aparatos de mando por
radio de modelos, de lo cual trataremos más adelante.
Tú utilizarás más que nada la conexión en circuito de EC del transistor
y, alguna vez, en circuito de CC. Pero éstos sólo son procedimientos de
conexión. El régimen de funcionamiento del transistor como amplificador viene
determinado por las tensiones en sus electrodos, las corrientes en sus
circuitos y, naturalmente, por los parámetros del transistor mismo.
La calidad y las propiedades amplificadoras de los transistores
bipolares se valoran por varios parámetros eléctricos, los cuales se miden con
instrumentos especiales. A ti, desde el punto de vista práctico, deben
interesarte en primer lugar tres parámetros fundamentales: la corriente inversa
del colector Iebi, el factor estático de transferencia de corriente
h21E: (que se lee: hache dos uno E) y la frecuencia limite del
factor de transferencia de corriente ftim.
La corriente inversa del colector Icbi es la corriente
no controlada a través de la unión p-n colectora, que crean
los portadores minoritarios de la corriente en el transistor. Esta corriente
caracteriza la calidad del transistor: cuanto menor sea el valor numérico del
parámetro Iebi, tanto más elevada será la calidad del transistor. En
los transistores de poca potencia y bajas frecuencias, por ejemplo, de las
series MΩ39 a MП42, la corriente Icbi no debe superar 30 μA, y
en los de poca potencia y altas frecuencias, 5 μA. Los transistores con valores
de Icbi mayores no funcionan con estabilidad.
El factor estático de transferencia de corriente h21E caracteriza
las propiedades amplificadoras del transistor. Se llama estático porque este
parámetro se mide a tensiones constantes en sus electrodos y corrientes
constantes en sus circuitos. La letra “E” mayúscula que figura en esta
expresión indica que, durante la medición, el transistor se encuentra en
circuito de EC. El factor h21E se caracteriza por la razón de
la corriente continua del colector a la corriente continua de la base, para una
tensión continua inversa colector-emisor y una corriente del emisor dadas.
Cuanto mayor sea el valor numérico del factor h2IE, tanto mayor será
la amplificación de la señal que puede proporcionar el transistor dado.
La frecuencia límite del factor de transferencia de corriente UCE
max expresada en kilohertzios o megahertzios, permite juzgar acerca
de las posibilidades de utilizar el transistor para amplificar oscilaciones de
tales o cuales frecuencias. La frecuencia limite flim del
transistor MП39, por ejemplo, es de 500 kHz, y la de los transistores 401 a
П403, de más de 30 MHz. En la práctica los transistores se utilizan para
amplificar frecuencias mucho menores que las limites, ya que, al aumentar la
frecuencia, el factor h21E del transistor disminuye.
Al construir los dispositivos radiotécnicos deben tenerse en cuenta
también otros parámetros de los transistores, como son la tensión máxima
tolerable colector-emisor UCEmax, la corriente máxima tolerable del
colector ICmM, y la potencia disipada máxima tolerable del colector
PCmax potencia que dentro del transistor se transforma en
calor.
Y ahora...
§. Algo sobre el transistor de efecto-campo
En este dispositivo semiconductor el control de la corriente de trabajo no se
efectúa por la corriente en el circuito de entrada (de la base), como en un
transistor bipolar, sino por la acción sobre los portadores de corriente de un
campo eléctrico. De aquí d nombre de transistor de “efecto-campo”
Figura 86. Estructura esquemática, representación gráfica y construcción de
un transistor de efecto-campo con canal tipo p
La estructura esquemática y la construcción de un transistor de
efecto-campo con unión p-n se muestra en la Figura 86. De base
de este transistor sirve una plaquita de silicio de conductibilidad tipo n,
en la cual hay una delgada región de conductibilidad tipo p. La
plaquita del dispositivo se llama obturador o puerta y
la región tipo p que hay en ella, canal. Por
una parte el canal termina en el manantial o fuente y
por la otra en el vertedera o salida, también
en la región tipo p, pero con elevada concentración de huecos.
Entre el obturador y el canal se crea una unión p-n. El
obturador, manantial y vertedero tienen terminales de contacto.
Si al manantial se conecta el polo positivo de una batería de
alimentación (en la Figura 86, la batería BG) y al vertedero, el negativo, en
el canal se produce una corriente creada por el movimiento de los huecos del
manantial al vertedero, esta corriente, llamada corriente de vertedero Iv,
depende no sólo de la tensión de dicha batería, sino también de la tensión que
actúa entre el manantial y el vertedero (en la Figura 86, la pila G), He aquí
por qué. Cuando sobre el obturador actúa, respecto del manantial, una tensión
positiva de cierre, la región empobrecida de la unión p-n se
ensancha (en la Figura 86 se muestra con líneas de trazos). Con esto el canal
se estrecha y su resistencia aumenta, por lo que la corriente de vertedero
disminuye. Si la tensión positiva sobre el obturador disminuye, la región
empobrecida de la unión p-n, por el contraste, se estrecha, el
canal se ensancha y la corriente aumenta de nuevo. Si al obturador llega, junto
con la tensión positiva de polarización, una señal de baja o de alta
frecuencia, en el circuito del vertedero surge una corriente pulsatoria y en la
carga conectada a este circuito, la tensión de la señal amplificada.
Así, de forma simplificada, están construidos y funcionan los
transistores de efecto-campo con canal tipo p, por ejemplo, los
transistores KП102 y KП103 (las letras K y П son las iniciales de las palabras
«кремний», silicio, y «полевой», de campo).
En principio también así está construido y funciona el transistor de
efecto-campo con canal tipo n. El obturador del transistor de
esta estructura posee conductibilidad por huecos, por lo que a él, respecto del
manantial, debe comunicarse tensión negativa de polarización, y al vertedero
(también respecto del manantial), tensión positiva de la fuente de
alimentación. En la representación gráfica convencional del transistor de
efecto-campo con canal tipo n, la flechita en la línea del
obturador está dirigida hacia el manantial, y no partiendo de éste, como en la
simbolización del transistor con canal tipo p.
El transistor de efecto-campo es también un dispositivo de tres
electrodos. Por eso, lo mismo que un transistor bipolar, se puede conectar en
la etapa amplificadora por tres procedimientos: en circuito de vertedero común
(VC), en circuito de manantial común (MC) y en circuito de obturador común
(OC). Un la práctica los radioaficionados utilizan principalmente sólo los dos
primeros procedimientos de conexión, que permiten emplear los transistores de
efecto-campo con mayor eficacia.
La etapa amplificadora a base del transistor de efecto campo posee una
resistencia de entrada muy grande, de megohmios. Esto permite suministrar a su
entrada señales de alta y baja frecuencia de fuentes con gran resistencia
interna, por ejemplo, de un fonocaptor piezocerámico, sin temor a que se
deforme o empeore la amplificación de la señal de entrada. Ésta es la principal
ventaja de los transistores de efecto-campo frente a los bipolares.
Las propiedades amplificadoras de un transistor de efecto-campo se
caracterizan por la pendiente de la característica S, es decir, por la razón de
la variación de la corriente de vertedero a la variación de la tensión en el
obturador en cortocircuito por la corriente alterna en la salida del
transistor, conectado en circuito de MC. El valor numérico del parámetro S se
expresa en miliamperios por voltio; para distintos transistores puede ser desde
0.1 ó 0,2 hasta 10 ó 15 mA/V y mayor. Cuanto mayor es la pendiente, tanto mayor
es la amplificación de la señal que puede proporcionar el transistor.
Otro parámetro del transistor de efecto - campo es la tensión de corte UOMc.
Ésta es la tensión inversa en la unión p-n obturador-canal con
la cual la corriente a través de esta unión disminuye hasta cero. En distintos
transistores la tensión de corte puede ser de 0,5 a 10 V.
Esto es lo más esencial que sucintamente se puede decir de los
transistores de efecto-campo.
En esta charla me he referido principalmente a sólo cinco tipos de
dispositivos semiconductores: los diodos de aleación y de contacto puntual, el
regulador de tensión y los transistores bipolar y de efecto-campo, fistos son
sin duda los elementos más “corrientes" de las construcciones
radiotécnicas de los aficionados. ¡Pero no son los únicos! En la ‘familia"
de ¡os diodos que utilizan los radioaficionados en sus construcciones figuran
también dispositivos como, por ejemplo, los fotodiodos, las células fotorresistentes
y los fototransistores. De la estructura y de los principios básicos del
funcionamiento de éstos y de algunos otros dispositivos semiconductores trataré
ateniéndome a su aplicación práctica. A los microcircuitos y su utilización en
las construcciones de aficionados a la radio dedicaré una charla especial.
Charla 7
Primer receptor de transistores
Contenido:
§. Del receptor de cristal detector al de un solo transistor
§. Variantes del receptor de un solo transistor
§. Breve resumen de lo tratado
* * * *
Tu primer aparato radiotécnico fue un receptor detector. Funcionaba
exclusivamente a expensas de la energía de las ondas de radio captadas por la
antena. El receptor de transistores a que dedico esta charla es también un
aparato sencillo, pero para su funcionamiento es absolutamente necesaria una
fuente de corriente continua. Consumiendo energía de esta fuente, el receptor
puede recibir las señales de las mismas estaciones de radio, pero con mucha más
intensidad de sonido. Este receptor será tu primer aparato de transistores.
§. Del receptor de cristal detector al de un sólo transistor
El esquema eléctrico básico del receptor puede ser el que representa la Figura
87.
En él todo te es conocido. Su parte derecha, separada por la recta de
trazos, es un receptor detector con sintonización del circuito oscilante por
medio del condensador con capacidad variable C2, sólo que en vez de los
auriculares, en el circuito detector, está conectado el resistor R1. La parte
derecha es un amplificador monoetápico de audiofrecuencia.
El condensador electrolítico C4 es el elemento acoplador entre las dos
partes. Independientemente del procedimiento de sintonización del circuito
oscilante, por medio de un núcleo de ferrita o de un condensador de capacidad
variable, las oscilaciones moduladas de radiofrecuencia serán detectadas
(desmoduladas) por el diodo V1.
Figura 87. Receptor de cristal detector con amplificador de audiofrecuencia
monoetápico
El resistor R1 desempeña el papel de carga del detector. Las
oscilaciones de audiofrecuencia que se crean en aquél llegan, a través del
condensador C4, a la base del transistor V2, conectado en circuito de EC, y
después de ser amplificadas por los auriculares B1, conectados al circuito
colector, se transforman en oscilaciones acústicas.
De fuente de alimentación sirve la batería BG1 de 4,5 V de tensión, por
ejemplo, la 3336Λ o una formada por tres pilas 332 (acopladas en serie).
Hay que prestar atención a la polaridad de conexión del condensador
electrolítico C4. En la base del transistor, respecto del conductor ‘'puesto a
tierra" hay una tensión negativa igual, aproximadamente, a 0,1 V. Por eso,
a la base debe conectarse la armadura negativa del condensador electrolítico,
es decir, hay que tener en cuenta la polaridad de dicho condensador.
Por la charla anterior ya sabes que para que el transistor funcione
normalmente, a la base, además de la señal de entrada, hay que hacer llegar la
tensión de polarización que la abra: si el transistor es de estructura p-n-p, debe
ser negativa, y si es de estructura n-p-n, positiva. El
procedimiento más fácil de suministrar la tensión de polarización es conectar
la base del transistor con el correspondiente conductor de la fuente de
alimentación a través de un resistor. En nuestro caso esta función la desempeña
el resistor R2.
En el amplificador puede emplearse cualquiera de los transistores de
germanio de las series :MП39 a MП42. Para abrir el transistor de germanio basta
suministrar a su base, respecto del emisor, solamente 0,1 V. Es fácil calcular
(por la ley de Ohm) que esta tensión se puede crear en la unión emisora, cuya
resistencia tomamos igual a 1000 Ω, con una corriente de 100 μA (0,001 A).
Entonces, en dependencia del factor de transferencia de corriente h21E,
la corriente del colector del transistor puede llegar a ser de 0,8 a 1 mA.
Aproximadamente en este régimen de funcionamiento se deja por lo general el
transistor de poca potencia para que no deforme la señal al amplificarla. Un
mayor aumento de la tensión de polarización y, por consiguiente, de la-
corriente colectora, carece de sentido, ya que con esto no aumenta la
amplificación de la señal y sólo crece el gasto de energía en alimentar el
transistor. ¿Y si la tensión de polarización en la base resulta ser demasiado
grande? En este caso el transistor también deformará la señal y, además,
empezará a calentarse a causa de la gran corriente del colector. Si el
transistor es de silicio, de poca potencia, la corriente en el circuito del
colector debe ser la misma, pero la tensión de polarización en la base debe ser
de 0.5 a 0,6 V.
La corriente colectora correspondiente al funcionamiento del transistor
en régimen de amplificación la establecen los radioaficionados escogiendo la
resistencia del resistor a través del cual se suministra a la base la tensión
de polarización. En el esquema este resistor se indica con un asterisco, que
simboliza su carácter opcional. El conductor del circuito colector de este
transistor se ha cortado con dos líneas oblicuas en cruz y junto a él se indica
la corriente en reposo aproximada, es decir, la corriente colectora del
transistor en ausencia de señal en la base. Éste es el régimen estático de
funcionamiento del transistor.
Cuando la señal llega a la entrada del amplificador, la corriente
colectora empieza a variar, siendo su variación tanto más importante cuanto
mayor sea la tensión de la señal de entrada. Éste es el régimen dinámico de
funcionamiento del transistor.
La resistencia del resistor de polarización R2, indicada con el
asterisco, se puede calcular aproximadamente multiplicando la resistencia de la
carga por el duplo del valor del factor de transferencia de corriente del
transistor que se emplea en el amplificador. Supongamos que el factor h21E del
transistor es igual a 50 y la resistencia de los radiadores de los auriculares
de gran resistencia óhmica conectados en serie, igual a 4 kΩ. Por consiguiente,
la resistencia del resistor R2 del amplificador de tu primer receptor de
transistores debe ser aproximadamente de 400 kΩ. Pero ésta, insisto, es la
resistencia aproximada del resistor de polarización.
Figura 88. Montaje del amplificador y esquema del ajuste del régimen de
funcionamiento del transistor por medio de un resistor variable
Durante el ajuste del régimen dado, esta resistencia, en dependencia del
factor h21E del transistor, puede ser muy diferente de la
calculada.
Los elementos del amplificador y el resistor R1 móntalos en un papel de
cartón en el mismo orden, aproximadamente, en que se muestran en la Figura 88.
Los terminales de los elementos pásalos a través de los orificios practicados
en el panel y, sin alargarlos, conéctalos por debajo. Los puntos de conexión
debes soldarlos obligatoriamente. No te equivoques: al conectar el transistor,
su terminal colector debe unirse, a través de los auriculares, con el polo
negativo de la batería de alimentación; el emisor, directamente con el
conductor puesto a tierra (positivo), y el de la base, a través del condensador
C4, con el terminal superior (según el esquema) del resistor R1.
En el amplificador utiliza un transistor de poca potencia y baja
frecuencia cuyo factor estático de transferencia de corriente h21E sea
igual a 50-60. Pero el transistor puede ser también de alta frecuencia, por
ejemplo, el H401 a el ГT309 con cualquier Índice literal. El condensador C4 es
del tipo K50-6 o del K50-3 para una tensión nominal no menor de 6 V. A través
de los resistores R1 y R2 pasan corrientes insignificantes, por eso pueden ser
calculadas para una potencia disipada de 0,125 W (MΛT-0,125) La resistencia del
resistor R1 es de 6.8 a 10 kΩ.
Si en el amplificador empleas un transistor de estructura n-p-n, por
ejemplo, uno de los MП35 a MП38 o el KT315, no te olvides cambiar la polaridad
de conexión de la batería de alimentación y del condensador electrolítico C4.
Antes de conectar la batería comprueba el montaje del amplificador por
el esquema básico. Cerciórale de que no hay errores. A la entrada del
amplificador conecta la salida de uno cualquiera de los tres receptores con que
hiciste los experimentos en la charla tercera. Conecta al circuito oscilante
del receptor la antena y la toma de tierra y, paralelamente al resistor R1, los
auriculares de alta resistencia óhmica. Sintoniza el receptor con la emisora
local. Conecta después los auriculares al circuito colector del transistor y
sustituye temporalmente el resistor R2 por los resistores acoplados en serie:
uno fijo, de 20 a 30 kΩ de resistencia nominal, y otro de resistencia variable,
de 220 a 300 kΩ. El resistor fijo se necesita en esta cadena para evitar que
llegue a la base del transistor la tensión total de la batería, que podría
estropearlo. El cursor del resistor variable, es decir, del reóstato acoplado,
ponlo en la posición de resistencia máxima introducida (según el esquema de la
Figura 88, en la posición extrema superior) y luego conecta la batería y ve
disminuyendo despacio la resistencia del resistor variable. Al hacer esto debe
ir aumentando paulatinamente la intensidad del sonido en los auriculares, pero
solamente hasta cierto límite, tras el cual surgen interferencias y el sonido
deja de oírse. Pon el cursor del resistor variable en la posición en que el
sonido en los auriculares sea más intenso y no esté deformado.
El ajuste del régimen de funcionamiento del transistor “a oído" es
el procedimiento más fácil de reglaje del amplificador del receptor. Sin
embargo, es preferible hacer esto valiéndose de un miliamperímetro intercalado
en un corte del circuito colector del transistor, señalado en el esquema con
una cruz. Disminuyendo paulatinamente la resistencia del resistor en el
circuito de base del transistor hay que conseguir que la corriente en el
circuito colector sea de 0,7 a 0,8 mA. Esta corriente corresponderá al régimen
normal de funcionamiento del transistor. Si con la intensidad máxima el
amplificador se excita (en los auriculares se oyen sonidos de tono alto que
empeoran la calidad de la recepción), en paralelo a los auriculares o entre el
colector del transistor y el conductor puesto a tierra de la fuente de
alimentación, conecta un condensador de, aproximadamente, 0,01 μF de capacidad
(en el esquema de la Figura 87 se muestra con líneas de trazos). Los sonidos
silbantes deberán desaparecer. Sustituyendo este condensador por otros de
capacidades aproximadas de hasta 0.05 μF, se puede, por vía experimental,
escoger el tono más agradable de sonido de los auriculares.
¿Pueden conectarse en el circuito colector del transistor unos
auriculares de baja resistencia óhmica o una cápsula telefónica
electromagnética ДЭM-4M? Sí, se pueden conectar. En este caso el régimen de
funcionamiento del transistor regúlalo también por medio de una cadena
provisional de resistores do ajuste previo, procurando obtener la mayor
intensidad del sonido en los auriculares. Ahora la corriente del circuito
colector será algo mayor que con los auriculares de alta resistencia óhmica.
Pero puede seguirse otro camino: el de conectar en el circuito colector del
transistor un resistor, y los auriculares, ya sean de alta o de baja
frecuencia, o la cápsula ДЭM-4M, conectarlos, a través de un condensador, en
paralelo a la sección emisor-colector del transistor, como se, muestra en la
Figura 89. En este caso el resistor R3 desempeñará la función de carga del
transistor. Las oscilaciones de audiofrecuencia que se crean en éste, es decir,
la componente de baja frecuencia de la corriente del colector, llegarán, a
través del condensador C5 a los auriculares B1 y se transformarán en ellos en
oscilaciones acústicas. El condensador C5 puede ser electrolítico, de 1 a 5 μF
de capacidad, para tensión nominal no menor que la de la fuente de alimentación
Ufa. En este caso el terminal de la armadura negativa debe
conectarse al colector del transistor, y el terminal de la armadura positiva, a
los auriculares.
¿Qué resistencia debe tener el resistor de carga R3? Su resistencia debe
ser tal que, en régimen de reposo, en el colector, respecto del emisor, es
decir, en la sección emisor-colector, haya una tensión igual aproximadamente a
la mitad de la tensión de la fuente de alimentación. En estas condiciones el
funcionamiento del transistor será óptimo. A este requisito responden los
resistores de varios kiloohmios de resistencia, por lo general de 3 a 5.1 kΩ.
El régimen de funcionamiento del transistor también debes establecerlo ahora
escogiendo la resistencia de una cadena de resistores en su circuito de base.
Con esto termina en realidad el proceso de ajuste del amplificador.
Queda solamente medir con un ohmímetro la resistencia total de la cadena
provisional de resistores, soldar en el circuito de base del transistor un
resistor del mismo valor nominal o muy próximo a él, comprobar una vez más el
funcionamiento del receptor y montar los elementos del receptor de cristal y
del amplificador en el panel definitivo. Pero de esto te ocuparás tú,
independientemente, si quieres, después de terminar nuestra charla. Ahora te
propongo que compruebes como funcionan varias modificaciones de este receptor.
§. Variantes del receptor de un sólo transistor
En primer lugar, conecta en serie otra batería más 3336Λ en el circuito de
alimentación para elevar la tensión de la fuente de alimentación hasta 9 V, y
lo mismo que antes consigue con el resistor variable la recepción a volumen
máximo, no distorsionada, del sonido de la misma emisora.
Los auriculares darán ahora un sonido algo más intenso. Esto se debe a
que aumentando la tensión de la fuente de alimentación aumentas al mismo tiempo
la tensión en el colector del transistor y, por lo tanto, su amplificación.
Después sustituye la hatería de alimentación por una pila tipo 332 ó
343. En este caso para conseguir el mayor volumen de recepción tendrás que
disminuir la resistencia de la cadena de resistores de ajuste previo. El sonido
de los auriculares será más débil.
Figura 89. Esquema del amplificador con carga por resistencia
¿Depende el volumen del sonido de los auriculares del factor estático de
transferencia de corriente h21E del transistor? Indudablemente,
y mucho más que de la tensión de la fuente de alimentación. Cuanto mayor sea el
factor h21E del transistor utilizado y la tensión de la fuente
de alimentación, tanto mayor deberá ser la resistencia del resistor en el
circuito de base del transistor. Puede ocurrir que a tu disposición sólo tengas
transistores con factor h21E pequeño, por ejemplo, igual a 10
15. Un transistor con este factor h21E produce menor
amplificación de la señal de baja frecuencia y el sonido en los auriculares
será más débil. Pero en este caso también es posible una recepción intensa del
sonido si en el amplificador funciona no uno, sino dos transistores de éstos. Conéctalos
entre sí como muestra la Figura 90: los colectores de los transistores juntos y
el emisor del primer transistor, V2, con la base del segundo, V3. Se obtiene lo
que se llama un transistor compuesto V2V3. La amplificación
del transistor compuesto es aproximadamente igual al producto de los factores h21E,
de los transistores que lo forman. Así, por ejemplo, si el factor h21E de
cada uno de los transistores es 15, el factor de amplificación total del
transistor compuesto será de cerca de 200.
Figura 90. Amplificador, con transistor compuesto, del receptor
Comprueba el funcionamiento de un transistor compuesto en tu receptor
experimental. Al hacerlo ten presente que el primer transistor (V2) debe ser
aquel de los transistores componentes en el cual sea menor la corriente inversa
de la unión colectora Ic.b.
¿Tiene que ser necesariamente electrolítico el condensador C47 No, pero
su capacidad debe ser grande, en todo caso no menor de 1 μF, para que oponga la
menor capacitancia posible a la corriente de audiofrecuencia. Entre los
condensadores de papel de dimensiones pequeñas no los hay con esas capacidades.
Y si en este modo de acoplamiento del receptor se encontrará un condensador de
menor capacidad, sobre él recaería una parte mayor de la tensión de la
corriente de frecuencia acústica que sobre la unión p-n emisora
del transistor, lo que ocasionaría perdidas en la amplificación. Para disminuir
las pérdidas, la capacitancia del condensador C4 debe ser, por lo menos, de 3 a
5 veces menor que la resistencia de entrada del transistor. Esta condición la
satisfacen los condensadores electrolíticos.
¿Y no es posible eliminar por completo el condensador acoplador, uniendo
directamente la base del transistor con el resistor Rl? Si, es posible. Pero
entonces hay que cambiar necesariamente la polaridad de conexión del diodo VI.
En este caso el esquema del receptor toma la forma que se muestra en la Figura
91.
Ahora los resistores R1 y R2 forman un divisor, conectado a la batería,
del cual se toma la tensión inicial de polarización de la base del transistor.
La función de carga fundamental del detector la desempeña ya no el
resistor Rl, como en la anterior variante del receptor, sino la unión emisora
del transistor. Y como la resistencia de: dicho unión es mucho
menor que la del, resistor Rl, éste se puede eliminar del receptor.
Figura 91. Esquema de una posible variante de receptor con un solo
transistor
Prueba esta variante de receptor en acción. El régimen de funcionamiento
del transistor establécelo como antes, seleccionando el resistor R2.
¿Por qué tiene que ser necesariamente la polaridad de conexión del diodo
la que muestra la Figura 91? Porque si no fuera así, la base del transistor
resultaría cerrada con el emisor por la corriente de base del transistor. Esto
se explica muy fácilmente. Sobre la base del transistor, respecto del emisor,
actúa una tensión negativa aproximadamente igual a 0,1 V. Si a ella se une no
el ánodo, sino el cátodo, el diodo se abre, a través de él y de la bobina L1
pasa la corriente directa y aquél deja de cumplir la función de detector.
¿Y no sería posible eliminar también del receptor el diodo? Sí. Pero
entonces el transistor tendría que ser de efecto-campo, por ejemplo, de la
serie KП103.
Figura 92. Esquema del receptor con transistor de efecto-campo
El esquema básico de esta variante de receptor se muestra en la Figura
92. En él, como puedes ver, no hay diodo. El transistor está conectado en
circuito de MC. Entre el circuito oscilante de entrada L1C2 (que puede ser
cualquiera) y el obturador del transistor está conectado el condensador C3 (de
100 a 150 μF), y entre el obturador y el manantial, el resistor R1 (de 750 kΩ a
1.5 MΩ). Los auriculares, intercalados en el circuito del vertedero, están
bloqueados por el condensador C4 (de 2200 a 3300 μF). De fuente de alimentación
sirve la batería BG1 de 9 V de tensión (dos baterías 3336Λ acopladas en serie).
La alimentación se conecta con el interruptor SI.
¿Cómo se efectúa la detección de las ondas de radiofrecuencia moduladas
en este receptor? El papel de detector lo desempeña en él la unión p-n entre
el obturador y el canal.
Figura 93. Esquema ilustrativo del principio de funcionamiento del receptor
reflejo
Actuando como rectificador, esta unión crea en el resistor R1
oscilaciones débiles de audiofrecuencia, las cuales son ampliadas por el
transistor y transformadas por los auriculares en oscilaciones acústicas. El
condensador C4, que bloquea los auriculares en alta frecuencia, desempeña el
mismo papel que el condensador análogo a él del receptor de cristal.
La resistencia de entrada del transistor de efecto-campo es enorme,
millares de veces mayor que la del transistor bipolar conectado en circuito de
EC. Esta ventaja del transistor de efecto-campo es la que permite utilizarlo en
el receptor simultáneamente para detectar la señal de radiofrecuencia y
amplificar las oscilaciones de audiofrecuencia.
La sensibilidad del receptor de un solo transistor se puede elevar mucho
si su transistor, que funciona en el amplificador de audiofrecuencias, se
utiliza también para amplificar las oscilaciones de radiofrecuencia, es decir,
si el receptor se hace reflejo.
Lo esencial del funcionamiento de este receptor se ilustra con el
esquema y las gráficas que se dan en la Figura 93. En ella el triángulo A
representa convencionalmente un amplificador de transistor único. A su entrada
llega, del circuito oscilante, la señal modulada de la estación de
radiodifusión. Después de amplificada, esta señal es desmodulada por el diodo
V; las oscilaciones de audiofrecuencia separadas por él se conducen a la
entrada del mismo amplificador y, una vez amplificadas, los auriculares las
transforman en sonido.
El esquema básico de una variante posible de este receptor puedes verlo
en la Figura 94.
Analicemos sus circuitos eléctricos en las funciones que desempeñan sus
elementos. El circuito de entrada lo forman el circuito oscilante LIC2, que ya
conoces, que se sintoniza a la señal de la estación emisora por medio del
condensador de capacidad variable C2, y la antena y la toma de tierra
conectadas a él.
A través de la bobina da acoplamiento L2, inductivamente acoplada a la
bobina del circuito oscilante L1, la señal captada de radiofrecuencia modulada
llega a la base del transistor VI, conectado en circuito de EC.
Figura 94. Esquema básico del receptor reflejo de un solo transistor
amplificador de radio y audiofrecuencia, es decir, como una cascada refleja.
La tensión de polarización, que pone al transistor en régimen de
amplificación, se suministra a la base a través del resistor R1. En esta parte
del receptor tampoco hay nada nuevo para ti.
Desconoces, por ahora, el circuito colector del transistor. En virtud de
que el transistor se utiliza para amplificar las señales tanto de radio como de
audiofrecuencia, en su circuito colector hay dos cargas: una de alta
frecuencia, la bobina de choque L3, y otra de baja frecuencia, los auriculares
B1. La bobina de choque L3 es una bobina de inductancia que opone a las
oscilaciones de radiofrecuencia una gran resistencia. Después de pasar por
ella, la señal de radiofrecuencia, amplificada por el transistor, llega, a
través del condensador separador C4, al diodo V2 y es desmodulada por él. El
resistor R2 es la carga del detector. Las oscilaciones de frecuencia acústica
que se crean en el resistor, a través del condensador C6, el resistor R3 y la
bobina de acoplamiento L2, llegan a la base del transistor. Junto con la señal
de alta frecuencia, se estabilizan y, después de pasar libremente por la bobina
de choque L3, son transformadas en sonido por los auriculares. De este modo, la
etapa del transistor V1 funciona al mismo tiempo como amplificador de radio y
audiofrecuencia, es decir, como una cascada refleja.
El circuito formado por el diodo V2, el resistor R2 y el condensador C5
debe recordarte al circuito detector de la primera variante del receptor de un
solo transistor (Figura 87). Sólo que allí la señal de radiofrecuencia llegaba
a! circuito detector directamente del oscilante, mientras que en este receptor
es amplificada previamente por la transistor. El condensador C4, que deja pasar
sin dificultad las oscilaciones de radiofrecuencia, prácticamente le impide el
paso a las de audiofrecuencia y se lo cierra por completo a la corriente
Continua. El resistor R4 mejora las condiciones de trabajo del diodo. El
condensador eléctrico C6 es un elemento acoplador, y el resistor R3 y el
condensador C3 forman un filtro que depura la señal de audiofrecuencia de la componente
de alta frecuencia. Sin este filtro, entre el colector y la base del transistor
(a través del circuito detector) puede surgir una reacción parásita de alta
frecuencia, la etapa amplificadora se autoexcitará y en los auriculares se oirá
un sonido silbante.
Figura 95. Anillo de ferrita (a), bobina de choque de alta frecuencia (b) y
lanzadera de alambre para devanar el hilo
Ahora unas palabras acerca de los elementos. El transistor V1 debe ser
para alta frecuencia, por ejemplo, el ГT308 o uno de los П401 a П403 cualquiera
que sea su índice literal. El diodo V2, uno cualquiera de las series Д9 o Д2.
El condensador C4, de mica o de cerámica, de 300 a 510 μF de capacidad. Los
condensadores C3, C5 y C7 pueden ser del tipo MБM o KΛC de 3300 μF a 0.01 μF de
capacidad. El condensador C6, del tipo K50-6 o K53-1, y los resistores R1 y R3,
del tipo MΛT-0,125, o MΛT-0,25.
La bobina de choque de alta frecuencia L3 hazla tú mismo. De núcleo para
ella te servirá un anillo de ferrita de la marca 400HH o 600HH de 6-8 mm de
diámetro interior (Figura 95b). En él hay que enrollar 180-200 espiras de hilo
ПЭB-1 0,12-0,18, prácticamente hasta llenar el orificio del anillo. No debe
emplearse hilo más grueso, ya que puede no caber el número de espiras
necesario. Sujeta los terminales y las espiras del devanado con unas gotas de
cola БФ-2.
Para que te sea más fácil devanar el hilo en el anillo, haz una
lanzadera (Figura 95c) con dos trozos de alambre de cobre desnudo de 0,8 a 1 mm
de diámetro y de 60 a 70 mm de largo. Los dos trozos suéldalos entre sí en
varios puntos. Toda la lanzadera y, en particular, los extremos de las
horquillas, líjalos con papel de grano fino para que no estropeen el
aislamiento del hilo de devanado.
Figura 96. Montaje de los elementos del amplificador y del circuito detector
del receptor reflejo
Arrolla en la lanzadera la longitud de hilo suficiente para todo el
devanado de la bobina. La longitud media de una espira de alambre puedes
medirla. Aproximadamente será de 10 a 12 mm. Por lo tanto, para una bobina de
choque de 200 espiras habrá que arrollar a la lanzadera, teniendo en cuenta
cierta reserva, cerca de 2,5 m de hilo. Pasando la lanzadera por el orificio
del anillo de ferrita, ve devanando apretadamente las espiras y presta atención
a que el hilo no forme lazos ni se estropee su aislamiento. Antes de empezar a
enrollar el hilo mata los filos del anillo con papel de lija.
Para alimentar el receptor utiliza dos balerías 3336Λ acopladas en
serie. El interruptor S1 puede ser de cualquier tipo. También puedes no
ponerlo. En el receptor experimental se puede conectar la alimentación juntando
los conductores.
El circuito oscilante puede ser cualquiera de los que te sirvieron en la
charla tercera. Sólo que sobre la bobina del circuito, o al lado de ella, sobre
una barra de ferrita, hay que devanar la bobina de acoplamiento L2, de 15 a 20
espiras de hilo ПЭB-1 o ПЭΛ de 0.18 a 0.2 mm de diámetro. El circuito oscilante
es preferible sintonizarlo con un condensador de capacidad variable, por
ejemplo, con el KПE-180 o con el condensador de ajuste (trimmer) KПK-2 de 150
μF de capacidad máxima.
Los elementos de los circuitos amplificador y detector móntalos en un
panel de cartón de aproximadamente, 80 × 50 mm (Figura 96). Los elementos
disponlos sobre el panel y las conexiones entre ellos hazlas por debajo y
suéldalas. El circuito oscilante con la bobina de acoplamiento L2 lo conectarás
a la entrada del amplificador después de ajustado.
Comprueba por el esquema básico todas las uniones, la corrección de
conexión de los terminales del transistor y la polaridad del condensador
electrolítico C6. Sólo después de cerciorarte de que no existen errores en el
montaje puedes conectar la fuente de alimentación y comenzar el reglaje del
receptor. No estaría mal que, una vez conectada la batería, midieras con un
voltímetro la tensión que actúa entre los conductores de signos más y menos del
circuito de alimentación. Si la batería está en buenas condiciones, esta
tensión debe ser de 8.5 a 9 V. Si es mucho menor, quiere decir que la batería
está parcialmente descargada, que se han cometido errores en el montaje o que
el transistor tiene perforadas las uniones p-n.
El reglaje del amplificador consiste en establecer en el circuito
colector la corriente que se recomienda, escogiendo el resistor R1. Para eso
intercala en el circuito colector, un miliamperímetro, sustituye el resistor R1
provisionalmente por una cadena de resistores, como hiciste al ajustar el
amplificador monoetápico R2 en la Figura 87), y con su ayuda establece en el
circuito colector una corriente igual a 2-3 mA. Hecho esto, se puede conectar
ya al amplificador el circuito oscilante con la bobina de acoplamiento y
empezar las pruebas del receptor.
En primer lugar, desconecta la alimentación y ajusta d circuito de
entrada del receptor. Para eso conecta el circuito oscilante la antena y la
toma de tierra y, en paralelo con él, los auriculares y un diodo cualquiera de
contacto puntual, acoplados en serie. Así resulta el receptor de cristal que ya
conoces. Sintonízalo a una estación de radiodifusión cualquiera. Después une
entre si los conductores que vienen del condensador C7 (para cerrar esta parte
del circuito colector mientras en él no estén los auriculares), acopla los
auriculares en paralelo al resistor R2 y conecta la alimentación. Ahora las
oscilaciones moduladas de radiofrecuencia serán amplificadas por el transistor,
desmoduladas por el diodo V2, y las oscilaciones de audiofrecuencia creadas de
este modo serán transformadas por los auriculares en sonido. Este debe ser
bastante más intenso que el que se obtenía con el receptor de cristal.
Luego conecta los auriculares en el sitio que les corresponde en el
circuito colector del transistor, sintoniza lo más exactamente posible el
circuito de entrada con la frecuencia de la estación que recibas y, corrigiendo
una vez más la corriente en el circuito colector del transistor, haz que los
auriculares suenen con la intensidad máxima. Si se produce autoexcitación a
causa del acoplamiento parásito entre los circuitos colector y de base del
transistor, cambia de sitio entre si los terminales de la bobina de choque de
altas frecuencias o halla, por medio de pruebas, una posición de ella en el
panel de montaje con la cual desaparezca el sonido silbante en los auriculares.
Sólo queda medir la resistencia de la cadena de resistores de ajuste
previo y sustituirla por un resistor de la misma resistencia nominal.
§. Breve resumen de lo tratado
La estructura y el funcionamiento de los elementos de las diversas variantes de
receptor de cristal ya las conocías por las charlas tercera y cuarta. Por eso
en esta charla he preferido prestar especial atención al funcionamiento del
transistor en la etapa de amplificación de las oscilaciones eléctricas. Esto no
es casual, ya que amplificadores semejantes formarán parte de muchas de tus
construcciones. La mayor parte de la charla la he dedicado a hablar de un
simple receptor de radiodifusión 0-V-1, es decir, de un receptor formado por un
detector y una etapa de amplificación de las oscilaciones de audiofrecuencia. La
última variante la refleja, aunque sólo tenía un transistor funcionaba como un
receptor 1-V-1. Su sensibilidad es mucho mejor que la del receptor 0-V-l, como
habrás podido comprobar en tus ensayos.
Hay que decir que entre los radioaficionados principiantes los
receptores reflejos gozan de gran popularidad. Esto se explica
porque con un número menor de transistores aseguran una recepción a más volumen
de los programas de las estaciones de radiodifusión.
Pero los receptores reflejos tienen un defecto importante, su tendencia
a la autoexcitación. Esto se debe a que, por mucho que "depure’' la señal
desmodulada, a la base del transistor también llega de la etapa refleja la
componente de radiofrecuencia de la señal de la estación emisora. Con esto,
entre los circuitos colector y de base del transistor surge una reacción
parásita, positiva, irregulable, contra la cual no siempre pueden tomarse
medidas eficaces. Como resultado, el receptor se autoexcita, se producen
silbidos que distorsionan la recepción e incluso se ocasionan interferencias en
otros receptores cercanos, por eso, construyas receptores de este tipo, no
olvides estas peculiaridades suyas.
En los receptores de que he hablado en esta charla se han utilizado
principalmente transistores de germanio. Ahora la producción de estos
transistores es ya limitada y en un futuro próximo cesará por completo. En las
construcciones de los aficionados a la radio estos transistores están siendo
desplazados cada vez más por los transistores de silicio. Por eso, ya en esta
etapa de tu creación técnica procura prestar más atención a los transistores de
silicio.
Tengo la seguridad de que las pocas horas que pases con el soldador en
la mano no transcurrirán en vano, darás un nuevo paso en el conocimiento de la
técnica de la radiorrecepción. La experiencia acumulada de montaje,
comprobación y ajuste del receptor te serán muy útiles en el futuro.
En cuanto a la construcción de tu primer receptor de transistores creo
que en un problema que puedes resolver por tu cuenta. Por ejemplo, los
elementos del amplificador se pueden armar sobre el panel que antes hiciste
para el receptor de cristal. Y si el transistor es de efecto-campo, puede
ocupar el puesto del diodo.
El procedimiento de ajuste del régimen de funcionamiento del transistor
"a oído", que has practicado al regular tu primer receptor, es muy
utilizado por los radioaficionados noveles. Pero es un procedimiento poco
técnico y no da siempre buenos resultados. Es más correcto utilizar
instrumentos de medida: la corriente en reposo del circuito colector debe
medirse con un miliamperímetro; la tensión en el colector o la polarización en
la base, con un voltímetro de corriente continua: la resistencia de los resistores,
incluso de aquellos por cuya combinación se establecen los regímenes de trabajo
recomendados pura los transistores, con un ohmímetro. También conviene
comprobar si el transistor está en hiten estado y, antes de montarlo, medir sus
paramaros fundamentales. Los instrumentos de medida mencionados y algunos otros
puedes hacerlos tú mismo. De eso hablaremos en la charla siguiente.
Charla 8
Técnica de medición de primera necesidad
Contenido:
§. Probadores de medición
§. Miliamperímetro
§. Voltímetro
§. Ohmímetro
§. Miliampervoltohmímetro
§. Medición de los parámetros fundamentales de los transistores
* * * *
No ha habido ni una sola charla en la cual no haya hablado yo de
mediciones eléctricas o de instrumentos de medida. Esto no fue casual, porque
sin medidas es difícil, y a veces imposible, comprender lo esencial de
determinados fenómenos eléctricos a hacer que funcione normalmente tal o cual
dispositivo radiotécnico.
No son raros los casos en que un receptor o un amplificador ya montado,
funciona mal o no "habla". La culpa de esto la tiene con frecuencia
el aficionado mismo que no soldó bien, allá aisló mal los conductores o las
uniones, acullá puso un elemento sin probarlo o confundió los terminales de un
resistor. Y ahí está el resultado, el receptor no funciona o lo hace muy mal.
Estas y otras contrariedades semejantes deben prevenirse. Pero si a pesar de
todo surgen, hay que saber hallar pronto sus causas y eliminarlas. Para esto
sirven los diversos aparatos de control e instrumentos de medida que debes
tener siempre a mano.
¿Te acuerdas de tus primeros pasos prácticos de radioaficionado? Construiste el
receptor de cristal. Entonces fue posible prescindir de los instrumentos de
medida porque todo era muy sencillo: varios elementos y dos circuitos
acoplados. En eso consistía todo el receptor. Otra cosa es un receptor o un
amplificador de transistores, incluso el más simple de ellos, por ejemplo, el
de un solo transistor, ya requiere el empleo de un miliamperímetro para su
reglaje. Sin un instrumento de medida es imposible poner el transistor en el
régimen de trabajo más conveniente y obtener de él la amplificación máxima.
Y cuanto más compleja sea la estructura, tanto más instrumentos de medida hay
que tener. Para reglar, por ejemplo, un amplificador de audiofrecuencias
transistorizado, aunque sólo sea de complejidad media, se necesitan además un
voltímetro de gran resistencia de entrada, un generador de ondas acústicas y
algunos otros instrumentos de medida. Sin ellos es preferible no empezar a
construir aparatos de este tipo, purgue sería perder tiempo y energías
inútilmente y estropear elementos y materiales.
En esta charla sido te voy a hablar de aquellos aparatos de control e
instrumentos de medida sin los cuales es sencillamente imposible ampliar tus
conocimientos de radiotecnia. A estos dispositivos les daremos el nombre de
instrumentos de medida de primera necesidad.
Empezaré por los más simples.
§. Probadores de medición
Probador con auriculares. El aparato de control más simple se puede
hacer con unos auriculares y una balería 3336Λ. Acóplalos en serie, como
muestra la Figura 97. Ése es todo el aparato.
Figura 97. Probador con auriculares
El elemento o circuito a comprobarlo conecta a la clavija libre de los
auriculares y al segundo terminal de la batería.
Este probador debe utilizarse en el orden siguiente. Primero se
comprueba el aparato mismo, tocando con la clavija libre el polo, también
libre, de la batería. En los auriculares debe oírse un sonido bastante fuerte
parecido a un chasquido. Un chasquido igual se oye en los auriculares cuando se
desconectan de la batería. Si el chasquido se oye, el probador está en buen
estado.
Para comprobar si hay rupturas en la bobina de un circuito, en el
devanado de un transformador o en una bobina de choque hay que conectar a ellos
el probador. Si la bobina o el devanado están en buenas condiciones, a través
de ellos pasa corriente En los instantes en que se cierra y se abre el
circuito, en los auriculares se oyen chasquidos fuertes. Si en la bobina existe
una ruptura, la corriente no pasa por ella y en los auriculares no se oye
chasquido alguno. Por este procedimiento se puede comprobar cada uno de los
devanados de un trasformador.
Procediendo de igual forma, comprueba los condensadores. Si el
condensador está en buenas condiciones, al cerrar por primera vez el circuito,
en los auriculares del probador se oirá un chasquido, pero al abrirlo no se
oirá. Cuanto mayor sea la capacidad del condensador, tanto más fuerte será el
chasquido. Éste es producido por la corriente de carga del condensador que pasa
por los auriculares. En un condensador de poca capacidad, la corriente de carga
es pequeña y por eso el chasquido será muy débil o no se oirá en absoluto. Y si
al probar el condensador se oye el chasquido no sólo cuando se cierra el
circuito, sino también cuando se abre, es señal de que el dieléctrico es de
mala calidad o de que el condensador está perforado. Para probar un condensador
de capacidad variable hay que intercalarlo en el circuito del probador y girar
lentamente el eje de las placas móviles. Si en una posición cualquiera del eje
se oye un chasquido en los auriculares, quiere decir que en este punto las
placas móviles y fijas hacen contacto. En este caso hay que examinar el
condensador, hallar el lugar en que las placas se tocan y subsanar el defecto.
De forma análoga, valiéndose del probador con auriculares, se pueden
comprobar la seguridad de las conexiones de los conductores, el estado de los
filamentos de las lámparas de incandescencia y otras muchas cosas. Pero con
este probador no puede determinarse si una batería sirve o no, ya que en los
auriculares se oirá un chasquido fuerte, aunque la batería esté descargada y no
sirva ya para caldear el filamento de una lamparita ni para alimentar un
receptor de transistores.
Probador universal. Valiéndote del probador cuyo esquema y
estructura se dan en la Figura 98, puedes probar no sólo los elementos y los
contactos, sino también "auscultar" el funcionamiento de muchos
circuitos de los receptores o amplificadores.
Consiste en un panel de 40 × 60 mm sobre dos listones que le sirven de
pies, en el que van montados los jacks para enchufar los auriculares y las
sondas, el diodo V1 (cualquiera de contacto puntual), el condensador ('1 de
0.01 a 0.02 pF de capacidad y la pila Gl de 1.5 V de tensión (332 ó 316).
Figura 98. Probador universal
Con las sondas a y b se conecta el
probador a los circuitos o elementos del receptor o amplificador que se quieren
comprobar. La clavija macho a de la sonda está enchufada
constantemente en el jack común ("Común") para todas las mediciones,
sólo se conmuta la sonda b. Cuando la clavija macho b de
la sonda se encuentra en el jack X1, los auriculares se ponen en contacto con
el circuito a comprobar a través del diodo; cuando está enchufada en el jack
X2, a través del condensador, y cuando lo está en el jack X3, los auriculares
se conectan directamente al circuito que se comprueba.
El primer tipo de conexión del probador se utiliza fiara
“auscultar" los circuitos de radiofrecuencia del receptor, fin este caso
las oscilaciones moduladas de la estación emisora a que está sintonizado el
receptor son desmoduladas por el diodo y las oscilaciones de frecuencia
acústica captadas las transforman los auriculares en sonido.
El segundo y tercer tipo de conexión utilízalos para verificar los
circuitos de audiofrecuencias; cuando la sonda está enchufada en el jack X2, el
condensador cierra el paso a la componente continua de la corriente a través de
los auriculares, dejando pasar por ellos sólo a la componente de
audiofrecuencia; y cuando dicha sonda está enchufada en el jack X3, a través de
los auriculares puede pasar tanto la corriente continua como la de
audiofrecuencia. El último tipo de conexión (en el jack X4) se emplea cuando el
probador se utiliza para comprobar elementos, de un modo semejante al probador
con auriculares.
Generador de sálales elemental. También es un probador pero más
universal que el anterior, ya que con su ayuda se puede probar no sólo el canal
de audiofrecuencias de un receptor, sino también el de radiofrecuencias.
El esquema básico y una de las posibles estructuras de este aparato se
representan en la Figura 99. Este es el llamado multivibrador, una de las
variantes de los generadores de oscilaciones eléctricas. Del principio básico
de funcionamiento del multivibrador y de la diversidad de sus aplicaciones,
especialmente en automática, electrónica, trataremos detalladamente más
adelante (en la charla decimosexta). Ahora sólo (diré que genera oscilaciones
no sólo de una determinada frecuencia fundamental, sino también de muchas
frecuencias múltiples, denominadas armónicas, hasta llegar a las de la gama de
ondas cortas.
Figura 99. Generador de señales simple.
Este generador tiene dos transistores. La tensión de la señal se toma
del resistor R4, que hace de carga del transistor V2, y, a través del
condensador C3, se suministra a la entrada del amplificador o receptor a
probar. Si el amplificador o receptor están en buen estado, en el altavoz se
oye un sonido no distorsionado de tono correspondiente a la frecuencia de las
vibraciones del generador. La frecuencia fundamental de la señal es de
alrededor de 1 kHz y la amplitud de la señal de salida, de cerca de 0.5 V. Para
alimentar el aparato se utiliza una pila de 1,5 V. La corriente que consume el
generador no supera 0.5 mA. Por lo tanto, una pila puede alimentar al generador
prácticamente durante más de un año, hasta que se desgaste totalmente.
Los transistores V1 y V2 pueden ser cualesquiera para pequeña potencia,
baja frecuencia y cualquier factor h21E. Lo importante es que no
estén estropeados. Si el aparato está bien montado empieza a funcionar en
cuanto se conecta la alimentación y no requiere ajuste alguno. El
funcionamiento del generador se puede probar conectando a su salida unos
auriculares de gran resistencia óhmica. En ellos se oirá un sonido de tono
intermedio. La frecuencia de las oscilaciones fundamentales del generador se
puede variar utilizando en él condensadores C1 y C2 de otras capacidades.
Cuando aumentan las capacidades de estos condensadores, la frecuencia de las
oscilaciones disminuye, y cuando dichas capacidades disminuyen, la frecuencia
aumenta.
Los elementos del generador se montan, como muestra la Figura 99, sobre
una placa de cartón baquelizado (pertinax) de 50 × 70 mm. La batería G1 a la
cual se le ha quitado la etiqueta, se sujeta a la placa con una abrazadera de
hojalata que sirve de terminal del polo positivo de la pila. Interruptor de la
alimentación no hace falta; durante la utilización del generador se puede
cerrar con los conductores positivos el circuito de alimentación.
El conductor positivo de salida del generador, lo mismo que en el
probador anterior, conviene proveerlo de una pinza (“cocodrilo”), y el otro, el
que sale del condensador C3, hacerlo en forma de sonda. Para evitar que la
señal se "infiltre" en el circuito del receptor o amplificador a
comprobar sin pasar por el circuito de salida del generador* éste debe
apantallarse (en el diseño, el blindaje se indica con líneas de trazos) y unir
la pantalla al conductor positivo. El papel de la pantalla puede desempeñarlo
una caja de hojalata o de hoja de aluminio (de las que envuelven el chocolate),
la cual debe estar aislada de los otros circuitos del generador.
La estructura del aparato puede ser otra. Por ejemplo, los elementos se
pueden montar muy juntos sobre una placa estrecha y meterlos en la caja de un
condensador electrolítico estropeado. El generador puede ser muy pequeño si se
utilizan en él transistores de dimensiones pequeñas y, para alimentarlo, un
acumulador de disco tipo Д-0,06.
Los simples probadores de que he hablado hasta aquí sólo son una parte
de los instrumentos de primera necesidad. Pero, ¿cómo medir las corrientes y
las tensiones, sin lo cual es imposible comprobar y establecer el régimen de
funcionamiento necesario del aparato, o los parámetros de los transistores,
para conocer sus propiedades amplificadoras? Para éstas y otras muchas
mediciones se necesita un instrumento do medida magnetoeléctrico, de aguja.
Los principales parámetros eléctricos por los cuales puede juzgarse la
posibilidad de utilizar este instrumento para distintas mediciones son dos: la
corriente de desviación máxima de la aguja I, es decir, la corriente con la
cual la aguja se desvía hasta la última división de la escala, y la resistencia
del cuadro del instrumento Ri. El primer parámetro puede verse en la escala del
aparato. Así, por ejemplo, si en la escala va escrito μA (microamperímetro) y
junto a la última división de ésta figura la cifra 100, quiere decir que la
corriente de desviación máxima de la aguja es igual a 100 μA (0,1 mA). Este
instrumento sólo se puede conectar a un circuito en el cual la corriente no
supere 100 μA. Una corriente más intensa podría deteriorarlo. El valor del
segundo parámetro, Ri, necesario para calcular los instrumentos de medida que
se construyen, se suele indicar en la escala. Para el instrumento de medida
combinado, del cual voy a hablar en esta charla, se necesita un
microamperímetro para 100 μA de corriente, con escala grande si es posible.
Cuanto menor sea la corriente para la cual esté calculado el instrumento y
mayor su escala, tanto más exacto será el aparato de medida construido a base
de él.
¿Cómo se puede saber el sistema de un instrumento dado sin abrirlo?
Basta mirar el signo convencional que hay en su escala. Si representa un imán
en forma de herradura con un rectangulito entre sus polos, el instrumento es de
sistema magnetoeléctrico con cuadro móvil. Junto a éste debe haber otro signo
que indica la posición en que debe encontrarse el instrumento al hacer las
mediciones. Si no se observa esta condición, las indicaciones del instrumento
no serán exactas. Si el microamperímetro se había utilizado antes como
miliamperímetro, en su escala puede figurar la inscripción mA, si como
amperímetro, la letra A, y si como voltímetro, la letra V.
Si el instrumento magnetoeléctrico se utiliza para medir corrientes
relativamente intensas, por ejemplo, como amperímetro, en paralelo a su cuadro
se acopla un resistor, llamado resistencia en derivación o shunt (Figura 100a). La
resistencia Rsh se elige de tal forma que a través de ella pase
la corriente fundamental y a través del instrumento de medida PA, sólo una
parte de la corriente a medir. Si de este instrumento se quita la resistencia
en derivación, la corriente máxima que podrá medirse con él será menor. En el
caso en que el instrumento magnetoeléctrico se utiliza como voltímetro, en
serie con su bobina se intercala un resistor adicional Ra (Figura 100b).
Este resistor limita la corriente que pasa por el instrumento y eleva la
resistencia total de este.
Figura 100. Conexión del shunt y del resistor adicional al instrumento de
medidas eléctricas
Las resistencias en derivación (shunt) y los resistores adicionales
pueden encontrarse tanto dentro de las cajas de los instrumentos (resistencias
interiores) como fuera de ellas (resistencias exteriores). Para convertir un
amperímetro, miliamperímetro o voltímetro en microamperímetro basta a veces
quitarle el shunt o el resistor adicional.
§. Miliamperímetro
En la práctica tendrás que medir principalmente corrientes continuas de
intensidad desde unas fracciones de miliamperio hasta 100 mA. Por ejemplo, las
corrientes colectoras de los transistores de las etapas amplificadoras de
radiofrecuencias y de las etapas de preamplificación de audiofrecuencia pueden
ser aproximadamente de desde 0,5 hasta 3 - 5 mA, y las corrientes de los
amplificadores de potencia pueden llegar hasta 60 - 80 mA. Por consiguiente,
para medir corrientes relativamente pequeñas se necesita un instrumento para
corriente I, no mayor de 1 mA. Y los limites de las corrientes que se miden se
pueden ampliar aplicando un shunt (véase la Figura 101a).
Figura 101. Miliamperímetro con shunt universal
La resistencia del shunt se puede calcular por la fórmula siguiente;
Rsh = Ii Ri/(Ii max –
Ii)
en la que Ii max es el valor máximo requerido de la
corriente a medir, en mA. Si, por ejemplo, Ii = 1 mA, Ri =
100 Ω y la corriente necesaria Ii max = 100 mA, resulta que Rsh =
IiRi/(Ii max – Ii) = 1 ×
100/(100 - 1) ≈ 1 Ω.
Con este miliamperímetro se pueden medir las corrientes siguientes; sin
el shunt, hasta 1 mA, con el shunt, hasta 100 mA. Cuando se mide la corriente
máxima (de hasta 100 mA), a través del instrumento pasa una corriente no mayor
de 1 mA, es decir, su centésima parte, y a través del shunt, 99 mA. Sin
embargo, es preferible tener un límite de medición más, hasta 10 mA. Esto es
necesario para medir, con más exactitud que por la escala de 100 mA, las
corrientes de varios miliamperios, por ejemplo, las colectoras de los
transistores de las etapas de salida de los amplificadores simples. En este
caso el medidor de corriente se puede construir según el esquema que se muestra
en la Figura 101a. En él se utiliza un shunt universal, constituido por tres
resistores de hilo bobinado, R1-R3, que permiten aumentar los límites de las
mediciones del miliamperímetro en 10 y 100 veces. Y si la corriente Ii =
1 mA, aplicando este shunt, cuya resistencia debe ser mucho mayor que Ri,
el instrumento podrá medir corrientes continuas dentro de los limites de 0 a 1
mA, de 0 a 10 mA y de 0 a 100 mA. El borne “Común” es común para los tres
límites de mediciones. Para conocer la intensidad de la corriente medida hay
que multiplicar la corriente indicada por la aguja del instrumento por el valor
numérico del coeficiente que hay al lado del borne correspondiente. Y como la
corriente del instrumento es conocida, junto a los bornes, en vez de “×
1", “× 10", “× 100", se pueden escribir las corrientes limites
medibles. En nuestro caso pueden ser las inscripciones: “1 mA", “10
mA" y "100 mA". Del cálculo de shunt universal hablaré con más
detalle en esta misma charla.
Los shunt se hacen, por lo general, de conductores con alta resistencia
(manganina, niquelina o constantán), arrollándolos a armazones de materiales
aislantes. El armazón del shunt de un miliamperímetro puede ser un listón de
cartón baquelizado de longitud un poco mayor que la distancia entre los bornes
del instrumento (Figura 101b). De terminales de shunt y de
derivaciones de sus secciones sirven unos trozos de alambre de cobre sujetos en
los orificios del listón. Desde ellos van los conductores a los bornes (o
manguitos de contacto) del instrumento.
Tiene mucha importancia que los contactos en el shunt mismo sean
seguros. Si en él hay una unión deficiente o una ruptura, toda la corriente que
se mide pasará a través del instrumento y éste podrá estropearse.
Otro requisito indispensable es que: al circuito cuya corriente se mide
debe conectarse el shunt, al cual va acoplado el miliamperímetro, y no al
revés. De lo contrario, si hay un mal contacto entre los bornes del instrumento
y el shunt, la totalidad de la corriente que se mide también pasará a través
del instrumento y éste se estropeará.
§. Voltímetro
La aptitud de un voltímetro para medir las tensiones en unos u otros circuitos
de un aparato radiotécnico se juzga por su resistencia interna o, lo que es lo
mismo, por su resistencia de entrada, que se compone de la resistencia del
resistor adicional. Así, por ejemplo, si la resistencia R, del instrumento es
de 8000 y la resistencia del resistor adicional en el límite de las mediciones,
digamos de 3 V, es igual a 2,2 kΩ, la resistencia de entrada del voltímetro en
este límite de mediciones será de 3kΩ.
Figura 102. Voltímetro, para corriente continua, de tres limites de
mediciones
Para otro límite de mediciones los datos del resistor adicional serán
otros y, por lo tanto, variará la resistencia de entrada del voltímetro.
Pero es frecuente valorar el voltímetro por su resistencia relativa de
entrada, que caracteriza la razón de la resistencia de entrada del instrumento
a 1 V de tensión a medir, por ejemplo, 3 kΩ/V.
Esto es más cómodo, ya que la resistencia de entrada del voltímetro es
distinta para diferentes limites de medición, mientras que la resistencia
relativa de entrada es constante. Cuanto menor sea la corriente Ii del
instrumento de medición utilizado en el voltímetro, tanto mayor será la
resistencia relativa de entrada de éste y la exactitud de las mediciones que
con él se efectúen.
Para muchas de tus mediciones te servirá un voltímetro con resistencia
relativa de entrada no menor de 1 kΩ/V. Pero para mediciones más exactas de las
tensiones en los circuitos de los transistores se necesita un voltímetro con
mayor resistencia óhmica. En las construcciones con transistores hay que medir
tensiones desde fracciones de voltio hasta varias decenas de ellos, y en las de
lámparas, aún mayores. Por eso el voltímetro de un solo límite resulta
incómodo. Por ejemplo, con un voltímetro de escala hasta 100 V no se pueden
medir exactamente tensiones de 3-5 V, ya que la desviación de la aguja es casi
imperceptible. Y con un voltímetro de escala hasta 10 V no se pueden medir
tensiones más altas. Por eso te hace falta un voltímetro que tenga, por lo menos,
tres límites de medición.
El esquema de un voltímetro semejante para corriente continua se muestra
en la Figura 102. El hecho de que tenga tres resistores adicionales, R1, R2 y
R3, pone de manifiesto que el voltímetro tiene tres límites de medición. En
este caso el primer límite es de 0 a 1 V, el segundo, de 0 a 10 V, y el
tercero, de 0 a 100 V. La resistencia de uno cualquiera de los resistores
adicionales se puede calcular por la formula, deducida de la ley de Ohm. Ra =
Ui/(Ii - Ri), en la que U, es la tensión
máxima del límite de mediciones dado.
Así, por ejemplo, para un instrumento de corriente Ii =
500 μA (0,005 A) y resistencia de cuadro Ri = 500 Ω la
resistencia del resistor adicional R1 para el límite de 0 a 1 V deberá ser de
1,5 kΩ la del resistor R2 para el límite de 0 a 10 V, de 19,5 kΩ, y la del
resistor R3 para el límite de 0 a 100 V, de 195,5 kΩ. La resistencia relativa
de entrada de este voltímetro será de 2 kΩ/V. Por lo general, en el voltímetro
se montan resistores adicionales cuyas resistencias nominales son próximas a
las calculadas. El ajuste definitivo de las resistencias se hace al calibrar el
voltímetro, acoplando en paralelo o en serie con ellas otros resistores. Haz tú
lo mismo.
Pero a ti te hace falta medir no sólo tensiones continuas, sino también
alternas, como la tensión en la red y las tensiones en los devanados
secundarios de los transformadores. Para adaptar a este fin el voltímetro para
corriente continua hay que añadirle un rectificador que transforme la tensión
alterna en continua (o, más exactamente, en pulsatoria), la cual será indicada
por el instrumento.
Un posible esquema de este instrumento se muestra en la Figura 103. Este
voltímetro funciona como sigue.
Figura 103. Voltímetro para corriente alterna
En aquellos instantes en que en el borne izquierdo (según el esquema)
del instrumento son positivas las semiondas de la tensión alterna, la corriente
va a través del diodo V1, conectado para ella en sentido directo, y después,
pasa por el microamperímetro PA, al borne derecho. Durante este tiempo la
corriente no puede pasar a través del diodo V2, ya que en este sentido de la
corriente dicho diodo está cerrado. En los intervalos de tiempo en que en el
borne derecho son positivos los semiperiodos, el diodo V1 se cierra y las
semiondas positivas de tensión alterna se cierran a través del diodo V2 sin
pasar por el microamperímetro.
El resistor adicional Ra, lo mismo que su análogo en el
voltímetro de corriente continua, extingue la tensión sobrante. Se calcula del
mismo modo que para las tensiones continuas, pero el resultado que se obtiene
hay que dividirlo por 2.5 ó 3 si el rectificador del instrumento es de una
alternancia, o por 1.25 ó 1.5 si dicho rectificador es de dos alternancias, por
lo que el resultado hay que dividirlo por 2.5 ó 3. La resistencia de este
resistor se elige por vía experimental durante el calibrado de la escala del
instrumento.
Con este voltímetro se pueden medir también las tensiones de
audiofrecuencia de hasta varios kilohertzios.
§. Ohmímetro
Lo esencial del funcionamiento del ohmímetro consiste en que si en un circuito,
formado por el instrumento de medida y una fuente de corriente continua, se
intercalan resistores de distintas resistencias u otros elementos con
resistencia óhmica, la intensidad de la corriente en dicho circuito varía.
Respectivamente varia también el ángulo en que se desvíe la aguja del
instrumento.
Para comprender mejor el principio en que se basa el funcionamiento del
ohmímetro, haz el experimento siguiente. Forma con un miliamperímetro
cualquiera, una batería 3336Λ y un resistor adicional, un circuito eléctrico
cerrado, como el que muestra la Figura 104a. La resistencia del
resistor adicional elígela de manera que la aguja del instrumento de medida se
desvíe hasta el final de la escala (la resistencia puedes calcularla por la
fórmula con la que calculamos la del resistor adicional para el voltímetro).
Una vez escogido el resistor adicional, abre el circuito. Los extremos de los
conductores que se forman al hacer esto serán la entrada del ohmímetro
elementa! que se obtiene (Figura 104b). Conecta a las sondas R,
(que en la figura se representan por medio de flechitas) un resistor de
resistencia pequeña, por ejemplo, de 10 Ω.
Figura 104. Ohmímetro simple: a, elección del resistor adicional; b, esquema
del instrumento
La resistencia total del circuito será ahora mayor en la magnitud de la
resistencia del resistor. Respectivamente, la corriente en el circuito
disminuirá y la aguja del instrumento no se desviará hasta el final de la
escala. Esta posición de la aguja se puede marcar con un trazo sobre dicha
escala y junto a él escribir el número 10. Después conecta a los terminales Rx un
resistor de 15 Ω de resistencia. La aguja del instrumento se desviará menos
aún. Esta nueva posición de la aguja márcala también sobre la escala y ponle el
número correspondiente. Ve conectando sucesivamente resistores de varias
decenas de ohmios, de centenares y de kiloohmios e indica cada vez la
desviación de la aguja que se obtiene. Si después de conectar a los terminales
del ohmímetro elemental así calibrado un resistor de resistencia desconocida,
la aguja del instrumento indicará sobre la escala la resistencia
correspondiente a dicho resistor.
Cuando cierres en corlo circuito los terminales Rx, la aguja
del instrumento debe situarse en la división extrema derecha de la escala. Esta
división corresponde al “cero" del ohmímetro. El cero del miliamperímetro
inicial corresponderá en el ohmímetro a una gran resistencia, que se indica con
el signo ∞ (infinito). Pero las indicaciones de este ohmímetro sólo serán
correctas mientras no disminuya la tensión de la batería a causa de su
descarga. Cuando la tensión de la batería disminuya, la aguja del instrumento
no mareará ya cero y el ohmímetro dará indicaciones falsas. Este defecto es
fácil de subsanar en el ohmímetro construido según el esquema de la Figura 105.
Figura 105. Ohmímetro con puesta a “cero”
En él, en serie con C1 instrumento de medida y el resistor adicional Rl,
va intercalado un resistor variable R2, que sirve para poner a cero la aguja
del ohmímetro. Mientras la batería es nueva, en el circuito se introduce una
gran parte de la resistencia del resistor R2. A medida que se va descargando la
batería se reduce la resistencia del resistor. De esta forma, el resistor
variable, que forma parte del adicional, permite regular la tensión en el
circuito del ohmímetro y poner a cero su aguja. Por eso este resistor se llama
corrientemente resistencia de puesta a cero del ohmímetro.
La resistencia de puesta a cero del ohmímetro debe constituir de 1/10 a
1/8 parte de la total del resistor adicional. Si, por ejemplo, la resistencia
adicional total, según el cálculo, debe ser de 4,7 kΩ, la del resistor variable
R2 puede ser de 470 a 6200, la del resistor R1, de 3.9 a 4.3 kΩ. Con esto se
hace innecesario el ajuste exacto de la resistencia del resistor adicional.
El manejo del ohmímetro no es difícil. Cada vez, antes de hacer una
medición, hay que poner a cero la aguja del instrumento, cortocircuitando las
sondas. Después, poniendo en contacto las sondas del ohmímetro con los
terminales de los resistores, de los devanados de los transformadores o de
otros elementos, se determinan sus resistencias por la escala calibrada. Con el
tiempo la aguja no podrá ponerse a cero. Esto es señal que la batería se ha
descargado y que hay que sustituirla por una nueva.
El ohmímetro puede utilizarse como probador universal, por ejemplo, para
comprobar si hay rupturas en las bobinas de los circuitos, en los devanados de
los transformadores o si hacen contacto entre sí dichas bobinas o devanados.
Con el ohmímetro es fácil encontrar los terminales de los devanados de un
transformador y, por su resistencia, conocer su destinación, comprobar si está
roto el filamento de una lámpara de incandescencia, la calidad de los diodos,
si hay contactos en el montaje o entre las armaduras de un condensador, la
fiabilidad de la uniones por contacto y otras muchas cosas.
Debes recordar cómo se comporta el ohmímetro cuando se comprueban con él
los condensadores. Si con las sondas se tocan los terminales de un condensador,
la aguja del instrumento se desvía e inmediatamente retorna a la posición de
resistencia muy grande. Este “salto" de la aguja se produce a expensas de
la corriente de carga del condensador y será tanto mayor cuanto mayor sea la
capacidad de- este. Cuando se prueban condensadores de capacidad muy pequeña,
las crestas de amplitud de la corriente son tan minúsculas que no se perciben,
ya que la corriente de carga de estos condensadores es insignificante. Si al
probar un condensador la aguja del ohmímetro se desvía hasta cero, el
condensador está perforado, y si el ohmímetro, después de haber sido desviada
su aguja por la corriente de carga, indica cierta resistencia, el condensador
tiene fuga.
§. Miliampervoltohmímetro
Tú, sin duda, te habrás dado cuenta de que en el miliamperímetro, el voltímetro
y el ohmímetro, cuyos principios de funcionamiento te he explicado, se utilizan
instrumentos de aguja de un mismo tipo. Espontáneamente se plantea la pregunta:
¿no sería posible unificar todo esto en un instrumento de medida combinado? Si,
se puede. Resulta un miliampervoltohmimetro, es decir, un aparato que sirve
para medir corrientes, tensiones y resistencias.
El esquema básico de una variante posible de este aparato de medida se
representa en la Figura 106.
En él se agrupan un miliamperímetro de corriente continua, de seis
limites (0,1, 1, 3, 10, 30 y 100 mA), un voltímetro de corriente continua, de
seis limites (1, 3, 10, 30, 100 y 300 V), un ohmímetro de un solo limite y un
voltímetro de corriente alterna, de cinco limites (3, 10, 30, 100 y 300 V).
Figura 106. Esquema del miliampervoltohmímetro
El borne “Común", al cual se conecta una de las sondas de medición,
es común para todos los tipos de medidas. El aparato se conmuta a los
diferentes tipos y limites de medición cambiando la posición de enchufe macho
de la segunda sonda: para medir corriente continua se enchufa en los jacks X13
a X18; para medir tensiones continuas, en los jacks X7 a XI2; para medir
resistencias, en el jack X6, y para medir tensiones variables, en los jacks X1
a X5. Cuando el aparato se utiliza como miliamperímetro para corriente
continua, en todos los limites, excepto en el de 0,1 mA, hay que cerrar los
contactos del interruptor S1 para conectar al shunt Rsh el
microamperímetro PA 1.
Las resistencias de los resistores y los límites de las mediciones
indicados en la Figura 106 corresponden a un microamperímetro de corriente Ii =
100 μA con resistencia del cuadro Ri = 7200. Para
microamperímetros con otros parámetros Ii y Ri las
resistencias de los resistores para estos mismos límites de medidas hay que
calcularlas.
La parte del aparato relacionada únicamente con el miliamperímetro de
corriente continua (mA) consta del microamperímetro PA1, el interruptor S1, los
resistores R14...R18 que forman el shunt Rsh, los jacks X13...X18 y
el borne "Común”. Cualquiera que sea el límite de medición, la corriente
que pasa por el microamperímetro no supera la máxima.
Con arreglo al microamperímetro utilizado en el aparato de medida
combinado que describo, voy a hablar del cálculo del shunt Rsh y
de los resistores que lo componen R14...R18. Para esto, el primer limite, más
pequeño, de medición con el shunt (1 mA), lo designaremos por II1;
el segundo (3 mA), por II2; el tercero (10 mA), por II3;
el cuarto (30 mA), por II4, y el quinto, que es el mayor, (100 mA),
por II5.
Primero hay que determinar la resistencia total del shunt para el primer
límite de medición I11 por la fórmula
Rsh = Ri/(II1/(Ii -
1) = 720/(0,1 - 1) = 80 Ω
Hecho esto se pueden calcular los resistores componentes, empezando por
el R18 para el mayor limite de medición II5 (hasta 100 mA), en
el orden siguiente:
R18 = (Ii/II5)(Rsh + Ri)
= (0,1/100) (720 + 80) = 0,8 Ω;
R17 = (Ii/II4)(Rsh + Ri)
- R18 = (0,1/30) × 800 - 0.8 = 1.87 Ω;
R16 = (Ii/Il3)(Rsh + Ri) - R17
-R18 = (0.1/10)800 - 1,87 - 0.8 = 5,33Ω;
R15 = (Ti/II2)(Rsh + Ri)
– R16 - RI7 - R18 = (0,1/3)800 -
5,33 - 1,87 - 0.8 - 18.7 Ω;
R14 = (Ii/II1)(Rsh + Ri)
– R15 - R16 - R17 - R18 = (0.1/1)800 - 18.7 - 5,33 - 1.87 - 0,8 = 53.3 Ω.
Así se puede calcular también el shunt para un microamperímetro con
otros parámetros Ii y Ri poniendo sus valores
en estas fórmulas.
Ahora, acerca del voltímetro de corriente continua V. En esta parte del
aparato entra el mismo microamperímetro PA1, los resistores adicionales
R8...R13, los jacks de X7 a XI2 y el borne “Común" (los contactos del
interruptor S1 están abiertos para desconectar el microamperímetro del shunt).
Cada limite de medición tiene un resistor adicional independiente: el R8 es
para el límite “1 V”; el R9, para el límite “3 V"; el R10, para el “10
V"; el R11, para el "30 V” y así sucesivamente. Cómo se calculan los
resistores adicionales ya lo sabes.
La parte siguiente del aparato es el ohmímetro de un solo limite Ω. Lo
constituyen: el microamperímetro PAI, los resistores R6 y R7, la pila Gl, el
jack X6 y el borne “Común”. Une mentalmente el jack X6 con el borne “Común”. Se
forma un circuito cerrado (lo mismo que el de la Figura 105) en el cual la
corriente depende de la tensión de la fuente de alimentación G1 del ohmímetro,
de la resistencia total de los resistores R6 y R7 y de la resistencia del
cuadro del microamperímetro. Antes de medir la resistencia de un resistor o de
un trozo de circuito, las sondas de medir se juntan y, con el resistor R6 de
“puesta a O", la aguja del instrumento se coloca justamente en la división
final de la escala, es decir, en el cero del ohmímetro. Si la aguja no llega
hasta el cero del ohmímetro hay que sustituir la fuente de alimentación. La
resistencia total de los resistores R6 y R7 se ha elegido de manera que cuando
la tensión de la fuente de alimentación del ohmímetro es de 1,2 a 1,5 V en el
circuito se puede establecer una corriente igual a la Ii del
microamperímetro.
Con este ohmímetro se pueden medir resistencias de desde aproximadamente
100 a 150 Ω hasta de 60 a 80 k Ω.
El voltímetro para corriente alterna V lo integran: el microamperímetro,
los diodos V1 y V2, los resistores adicionales R1 a R5, los jacks X1 a X5 y el
borne “Común”. Consideremos como ejemplo el circuito del límite de medición 3
V. Cuando se conectan las sondas de medición (jack XI, borne “Común") a
una fuente de corriente alterna de hasta 3 V de tensión, la corriente pasa a
través del resistor adicional R1, es rectificada por el diodo V1 y hace que la
aguja microamperímetro se desvíe al ángulo correspondiente al valor de la
corriente rectificada. Así funciona también el aparato en los otros limites de
mediciones, la única diferencia consiste en las resistencias de los resistores
adicionales. El papel del diodo V2 es secundario: dejar pasar a través de sí la
semionda de tensión negativa, sin pasar por el microamperímetro. En principio
este diodo podría suprimirse, pero, en este caso, cuando las tensiones a medir
fueran grandes, la semionda negativa podría perforar el diodo V1 y el
voltímetro para corriente alterna quedaría inutilizado.
Para un microamperímetro con otros parámetros Ii y Ri,
los resistores adicionales puedes calcularlos lo mismo que los resistores para
medir las tensiones de corriente continua y después dividir los resultados
obtenidos por el factor 2.5.
Unas palabras sobre cómo elegir los límites de medición. Los mayores
errores en las mediciones de las corrientes y tensiones se obtienen cuando sus
magnitudes se leen en el primer tercio de la escala. Por eso, al elegir los
límites de medición procura siempre que el primero de ellos (el menor) abarque
el primer tercio de la escala del segundo limite; el segundo límite, el primer
tercio de la escala del tercer limite y así sucesivamente. En este sentido se
pueden considerar convenientes para las mediciones los límites siguientes; 0-1,
0-3, 0-10. 0-30 y 0-100. Éstos son precisamente los límites de medición de las
corrientes y tensiones elegidos para el aparato combinado que te he
recomendado.
Pero esto no significa que sólo éstos deben ser los límites de las
mediciones. Teniendo en cuenta las dimensiones y el trazado de las divisiones
de la escala del microamperímetro se pueden elegir otros límites, por ejemplo.
0-1, 0- 5, 0-25, 0-100. Sin embargo, la lectura de las magnitudes medidas hay
que procurar hacerla fuera de los límites del primer tercio de la escala.
Una estructura posible del aparato de medida combinado, en la cual se
utiliza un microamperímetro M24, puedes verla en la Figura 107.
Figura 107. Estructura del miliampervoltohmimetro
El papel de contactos de entrada lo desempeñan los jack de tres zócalos
para válvulas de siete clavijas y un borne. Los jack de uno de los zócalos son
únicamente para el miliamperímetro, los del segundo zócalo, únicamente para el
voltímetro de corriente continua y los del tercero, para el ohmímetro y el
voltímetro de corriente alterna. El borne “Común” es el contacto de entrada
común para todos los tipos y limites de mediciones.
El microamperímetro, los zócalos para siete clavijas, el resistor
variable R6 (tipo 01-1) y el interruptor S1 (interruptor basculante, TB2-1)
sujétalos en un panel de cartón baquelizado de 200 × 140 mm, y la pila G1
(332), en la pared lateral, de madera contrachapada o de tabla, del aparato.
Los resistores del shunt y los adicionales de los voltímetros, móntalos
directamente en los contactos de salida de los zócalos. Los conductores de
montaje comunes de los resistores de los voltímetros pueden ser trozos de
alambre de cobre desnudo, de 1 a 1,5 mm de grosor, soldados a los contactos
centrales de los zócalos.
Como resistores adicionales utiliza los MΛT-0.5 ó MΛT-1,0. Los
resistores de R14 a R18 del shunt deben ser de alambre. Utiliza para ellos
alambre de manganina o constantán, de alta resistencia óhmica, de 0.08 a 0,1 mm
de diámetro, con aislamiento de seda o de papel. Los trozos de alambre de la
longitud necesaria arróllalos a las cápsulas de los resistores MΛT-0,5 ó
MΛT-1,0, cuyas resistencias nominales mínimas deben ser de 20 a 50 kΩ y suelda
sus extremos a los terminales de alambre de éstos. La longitud del trozo de
conductor correspondiente a la resistencia necesaria se puede calcular
valiéndose de los datos que facilitan los manuales o midiéndola con un
ohmímetro. Por ejemplo, un trozo de alambre de constantán ПЭК de 0,1 mm de
diámetro y 1 m de longitud tiene una resistencia de 60 Ω Por lo tanto, para
todo el shunt (80Ω) se necesitarán 1,5 m de este conductor.
La resistencia de los resistores del shunt, por muy exactamente que se
calcule, durante el calibrado del aparato hay que reducirla o aumentarla un
poco, es decir, ajustarla a los parámetros del microamperímetro. Para no tener
que alargar el hilo en caso de que su resistencia sea insuficiente, haz sus
trozos para los resistores de un 5 a un 10% más largos que lo calculado.
La estructura de la sonda de medición puede ser como la que muestra la
Figura 108.
Figura 108. Estructura de la sonda de medición
Consiste en una varilla (o alambre) de cobre o latón de 3 ó 4 mm de
diámetro y de 120 a 150 mm de longitud, uno de cuyos extremos está afilado. A
su otro extremo se suelda un conductor flexible, multifiliar aislado que
termina en una clavija unipolar, para enchufarla en uno de los jacks de los
zócalos, en un terminal metálico en forma de horquilla, para conectarla al
borne "Común”. La varilla se enfunda en un tubo aislador de goma o
policloruro de vinilo. Éste cubre toda la varilla de la sonda, incluso el lugar
de soldadura con el conductor flexible. Del tubo sólo sobresale el extremo
afilado de la varilla, con el cual pueden localizarse los puntos de los
circuitos a medir. Si no encuentras un tubo aislador apropiado, envuelve la
varilla de la sonda en una tira de papel, unta previamente con cola o un barniz
cualquiera, y deja que se seque bien. El espesor de la capa de papel debe ser
de 0.5 a 0,8 mm. Sobre el aislamiento de papel extiende una capa de la misma
cola o barniz, o de pintura al aceite.
El calibrado del miliamperímetro y del voltímetro de corriente continua
se reduce a ajustar las secciones del shunt universal y los resistores
adicionales a la corriente máxima de los limites de medición, y el del
voltímetro de corriente alterna y del ohmímetro, a trazar, además, sus escalas.
Para ajustar el shunt del miliamperímetro se necesita: un
miliamperímetro patrón de múltiples limites de medición, una batería 3336Λ
nueva y dos resistores variables, uno bobinado de 200 a 500 Ω de resistencia y
otro de mástique (CП. CПО) de 5 a 10 k Ω. El primero de los resistores
variables lo emplearás para regular la corriente al ajustar los resistores del
R16 al R18, y el segundo, al ajustar los R14 y R15 del shunt.
Primero ajusta el resistor R14. Para esto une en serie (Figura 109a) el
miliamperímetro patrón PAp, la batería BG y el resistor de
regulación Rr. Pon el cursor del resistor Rr en la
posición de resistencia máxima. Conecta el aparato a calibrar PAe,
puesto en el límite de medición de hasta 1 mA (las sondas de medición deben
estar conectadas una al borne “Común" y otra al jack X14, y los contactos
del interruptor S1 deben estar cerrados). Luego, disminuyendo paulatinamente la
resistencia del resistor de regulación, por el miliamperímetro patrón,
establece en el circuito de medición una corriente igual exactamente a 1 mA.
Compara las indicaciones de ambos instrumentos. Como la resistencia del hilo
del resistor R14 es un poco mayor que la cal culada, la aguja del aparato que
se calibra pasará de la división final de la escala.
Figura 109, Esquema para el calibrado del aparato
Tu tarea consiste en, disminuyendo poco a poco la longitud del hilo del
resistor, conseguir que la aguja del aparato que se calibra se pare exactamente
frente al trazo final de la escala.
Después de esto pasa a ajustar el resistor R15 al límite de medición de
hasta 3 mA, el resistor R16 al límite de hasta 10 mA y así sucesivamente, Al
escoger la resistencia del resistor de turno, no toques los resistores del
shunt ya ajustados, porque de lo contrario podrías alterar el calibrado de los
limites de medición correspondientes a ellos.
La escala del voltímetro de tensión constante de los tres primeros
limites (de 1, 3, y 10 V) calíbrala por el esquema que se muestra en la Figura
109b. En paralelo a la batería BG, compuesta, en dependencia de la
gama, de una o de tres balerías 3336Λ (acopladas en serie), conecta mediante el
potenciómetro el resistor variable Rr, de resistencia de 1,5 a 2,5 k
Ω, y entre su terminal inferior (según el esquema) y el cursor intercala
acoplados en paralelo los voltímetros patrón PU0 y a calibrar
PUc. Previamente pon el cursor del resistor en la posición extrema
inferior (según el esquema), correspondiente a la tensión nula suministrada de
la batería BG a los instrumentos de medida, y el voltímetro a calibrar
conectado en el límite de medición de hasta IV. Desplazando poco a poco el
cursor del resistor hacia arriba (según el esquema) haz llegar al voltímetro
una tensión igual exactamente a 1 V. Compara las indicaciones de ambos
instrumentos. Si la aguja del voltímetro que se calibra no llega hasta la
división final de la escala, la resistencia del resistor R8 es grande; si, por
el contrario, la rebasa, su resistencia es pequeña. Hay que elegir un resistor
cuya resistencia sea tal, que cuando el voltímetro patrón indique la tensión de
1 V, la aguja del aparato que se calibra se pare frente a la división final de
la escala. Del mismo modo, pero con las tensiones de 3 y 10 V, ajusta los
resistores adicionales R9 y R10 de los dos límites de medición siguientes.
Por este mismo esquema calibra también las escalas de los otros tres
limites de medición, pero utilizando las fuentes de tensión continua
correspondientes. Al hacer esto no es obligatorio suministrar a los
instrumentos las tensiones máximas de los límites de medición. Las resistencias
de los resistores se pueden ajustar para tensiones medias (por ejemplo, la del
resistor R11, para la tensión de 15 a 20 V) y después comprobar las
indicaciones de los voltímetros para tensiones más bajas y más altas. De fuente
de tensión para calibrar la escala límite hasta 300 V puede servir el
rectificador de un amplificador termoiónico o de un receptor. En este caso
resistor Rr puede sustituirse por otro cuya resistencia sea de
470 a 510 k Ω.
Entre los resistores fijos que produce la industria no suele haberlos
con resistencias nominales que coincidan exactamente con las calculadas de los
resistores adicionales. Por eso los resistores de la resistencia necesaria hay
que elegirlos entre los de resistencia nominal más próxima a ellos, con una
desviación tolerable no mayor de ±5%.
Pero un resistor adicional de la resistencia necesaria también se puede
componer de dos o tres resistores o proceder como sigue: incluir en el circuito
del voltímetro un resistor cuya resistencia sea mayor que la necesaria y
después conectar en paralelo con él resistores de resistencias aún mayores
hasta conseguir que la aguja del aparato que se calibra se desvíe hasta el
final de la escala.
Las escalas del miliamperímetro y del voltímetro para corriente continua
son lineales. Por eso no se recomienda trazar en la escala del microamperímetro
divisiones algunas entre las de cero y la final. La escala graduada del
microamperímetro se utiliza para medir las corrientes y las tensiones en todos
los límites de medición. En cambio, la escala del voltímetro de corriente
alterna no es lineal. Por lo tanto, además del ajuste del resistor adicional a
la tensión máxima de cada límite de medición, hay que trazar todas las
divisiones intermedias de la escala.
El esquema del circuito de medición durante el calibrado del voltímetro
de corriente alterna es el mismo que se utilizó para calibrar el voltímetro de
corriente continua (Figura 109b). Sólo que al resistor variable Rr hay
que suministrarle tensión alterna y el instrumento patrón debe ser un
voltímetro para corriente alterna. La fuente de tensión alterna puede ser el
devanado secundario de un trasformador. Primero, utilizando un transformador
que reduzca la tensión de la red hasta 12-15 V, conecta el voltímetro a
calibrar en el límite de medición de hasta 3 V y establece con el resistor Rr,
por la escala del voltímetro patrón, la tensión de 3 V. Luego, escogiendo la
resistencia del resistor Rf, consigue que la aguja del
microamperímetro se desplace hasta el final de la escala. Hecho esto, establece
con el resistor de regulación las tensiones de 2,9; 2,8; 2,7 y así
sucesivamente cada 0.1 V, y marca las indicaciones del voltímetro. Después, por
estas indicaciones, traza la escala del voltímetro de tensión alterna para
todos los límites de medición.
Para calibrar las escalas de los demás límites de medición bastará
escoger los resistores adicionales de forma que correspondan a la desviación de
la aguja del microamperímetro hasta la división final de la escala. Los valores
intermedios de las tensiones medibles deben leerse por la escala del límite
primero, pero en otras unidades.
La escala del ohmímetro se puede calibrar valiéndose de resistores
fijos, con tolerancia de ± 5% en la desviación de la resistencia nominal. Haz
como sigue: conecta el instrumento para medir resistencias, cortocircuita las
sondas y con el resistor variable R6, de “Puesta a 0", sitúa la aguja del
microamperímetro en la división final de la escala, que corresponde al cero del
ohmímetro. Luego, abre las sondas y conecta sucesivamente al ohmímetro
resistores cuyas resistencias nominales sean de 50, 100, 200, 300, 400, 5000, 1
k Ω, etc., aproximadamente hasta 60-80 kΩ, y marca cada vez el punto sobre la
escala hasta el cual se desplaza la aguja del aparato. En este caso las
resistencias necesarias de los resistores pueden componerse de varios de éstos
cuyas resistencias nominales sean otras. Así, por ejemplo, el resistor de 400 Ω
(que no produce nuestra industria) se puede componer de dos resistores de 200 Ω
cada uno; el resistor de 50 k Ω, de un resistor de 20 y otro de 30 Ω acoplados
en serie. Cuanto mayor sea la resistencia del resistor patrón, tanto menor será
el ángulo de desviación de la aguja del aparato. Por los puntos de las
desviaciones de la aguja correspondientes a las distintas resistencias de los
resistores podrás construir la escala del ohmímetro.
Una muestra de las escalas del aparato de medida combinado se da en la
Figura 110.
Figura 110. Escala del miliampervoltohmimetro
La escala superior es la del ohmímetro; la de en medio, la del
miliamperímetro y del voltímetro de corriente continua, y la inferior, la del
voltímetro de corriente alterna. Así, aproximadamente, deben ser las escalas de
tu aparato. Dibújalas lo más exactamente posible en una hoja de papel de dibujo
y recorta dicho papel siguiendo la forma de la escala del miliamperímetro. Saca
después su caja, con mucho cuidado, el sistema magnetoeléctrico del instrumento
y pega sobre su escala metálica la dibujada por ti, del miliamperímetro de
límites de medición múltiples.
Figura 111. Esquema y aspecto exterior del aparato para comprobar
transistores bipolares de poca potencia
¿Se puede simplificar este aparato? Claro que sí. Si no piensas
construir aparatos de lámparas, puedes suprimir los resistores adicionales R4,
R5 y R12, R13 de los limites de medición de las tensiones alternas y continuas
de hasta 100 y 300 V, Queda un miliamperímetro de corriente continua con cinco
limites de medición, un voltímetro de corriente alterna con tres limites, un
voltímetro de corriente continua con cuatro limites y un ohmímetro con un solo
límite. Más adelante, todo lo que excluyas ahora para simplificar el aparato de
medida, puedes restablecerlo.
§. Medición de los parámetros fundamentales de los transistores
Antes de montar un transistor en un aparato radiotécnico cualquiera es
conveniente, y si el transistor ha sido utilizado con anterioridad,
absolutamente necesario, probar su corriente inversa de colector Icbi,
el factor estático de transferencia de corriente h21E y la
constancia de la corriente colectora. Estos importantísimos parámetros de los
transistores bipolares, de poca potencia, de estructura n-n-p y n-p-n puedes
comprobarlos valiéndote del aparato cuyo esquema y estructura se representan en
la Figura 111. Para él se necesita: un miliamperímetro PA1 para corriente de 1
mA, una batería BG de 4,5 V de tensión, un conmutador S1 para los tipos de
mediciones, un conmutador S2 para cambiar la polaridad de conexión del
miliamperímetro y de la batería, un interruptor de botón S3 para conectar la
fuente de alimentación, dos resistores y tres pinzas tipo "cocodrilo"
para conectar los transistores al aparato. Para conmutar los tipos de medición
utiliza un interruptor basculante de dos posiciones, y para cambiar la
polaridad de conexión del miliamperímetro y la batería de alimentación, un
conmutador de cursor. El interruptor de botón puede ser cualquiera, por
ejemplo, semejante al de un timbre o en forma de láminas que se cierran. De
batería de alimentación sirve la 3336Λ o una formada por tres pilas 332 ó 316.
La escala del miliamperímetro debe tener diez divisiones principales,
correspondientes a décimas de miliamperio. A! comprobar el factor estático de
transferencia de corriente, cada división de la escala se valorará como diez
unidades h21E.
Los elementos del aparato móntalos sobre un panel de material aislante,
por ejemplo, de cartón baquelizado. Las dimensiones del panel dependen de las
de los elementos.
El aparato funciona como sigue: cuando el conmutador S1, para el tipo de
medición, se encuentra en la posición ICB1, la base del transistor V
que se prueba resulta cerrada al emisor. Al conectar la alimentación, apretando
el interruptor de bolón S3, la aguja del miliamperímetro indica el valor de la
corriente inversa de colector ICUI. Cuando el conmutador se halla en
la posición “h2IE”, a la base del transistor llega, a través del
resistor Rt, la tensión de polarización, que crea en el circuito de
la base la corriente que el transistor amplifica. En este caso la indicación
del miliamperímetro, conectado en el circuito colector, multiplicada por 100
corresponde al valor aproximado del factor estático de transmisión de corriente
h2tE del transistor dado. Así, por ejemplo, si el
miliamperímetro indica una corriente de 0.6 mA, el factor h21E del
transistor dado será 60.
La posición de los contactos del conmutador que se muestra en la Figura
111a corresponde a la conexión del aparato para comprobar transistores de
estructura p-n-p. En este caso al colector y a la base del
transistor se hace llegar tensión negativa respecto del emisor, el
miliamperímetro está conectado a la batería por el borne negativo. Para probar
transistores de estructura n-p-n, los contactos móviles del
conmutador S2 deben trasladarse a la posición inferior (según el esquema). Al
mismo tiempo, al colector V a la base del transistor se hace llegar tensión
positiva, respecto del emisor, y cambia también la polaridad de conexión del
miliamperímetro en el circuito colector del transistor.
Al comprobar el factor h21E de un transistor, presta
atención a la aguja del miliamperímetro. La corriente colectora no debe variar
(“flotar") con el tiempo. Un transistor con corriente colectora “flotante”
no es apto para el trabajo.
Ten presente que
durante el tiempo que dura la comprobación del transistor éste no se
puede tener en la mano,
ya que el calor de ésta puede hacer que varíe la corriente colectora.
¿Qué papel desempeña el resistor R2 acoplado en serie en el circuito
colector del transistor que se comprueba? El de limitar la corriente en dicho
circuito en el caso en que la unión colectora del transistor esté perforada y a
través de ella pase una corriente intolerable para el miliamperímetro.
La corriente colectora inversa ICB, máxima en los
transistores para baja frecuencia y poca potencia puede alcanzar 20...25 pero
no más de 30 μA. En nuestro aparato a esto corresponderá una desviación muy
pequeña de la aguja del miliamperímetro, aproximadamente igual a la tercera
parte de la primera división de la escala. La corriente ICHI en
los buenos transistores para alta frecuencia y poca potencia es mucho menor, de
sólo unos microamperios, por lo que el aparato apenas si reacciona a ella. Los
transistores en los cuales la corriente ICHI, supere varias veces la
permisible, considéralos inservibles, ya que pueden fallar.
El aparato con miliamperímetro para 1 mA permite medir un factor
estático de transferencia de corriente h21E de hasta 100, es
decir, el de los transistores más utilizados. Un aparato con miliamperímetro
para corriente de 5 a 10 mA amplía respectivamente en 5 ó 10 veces los límites
de medición del factor h21E. Pero este último aparato será casi
insensible a los valores pequeños de la corriente colectora inversa.
Figura 112. Esquema para la medición de los parámetros Ivimc y
S de un transistor de efecto- campo
Seguramente te habrás hecho la pregunta: ¿no se podría utilizar en el
aparato para comprobar los parámetros de los transistores, en calidad de
miliamperímetro, el microamperímetro del aparato de medida combinado antes
descrito? La respuesta es univoca: sí, se puede. Para esto el miliamperímetro
del aparato combinado hay que ponerlo en el límite de medición de hasta 1 mA y
conectarlo al adaptador para comprobar transistores en vez del miliamperímetro
PAL
Y. ¿cómo se miden los parámetros fundamentales de un transistor de
efecto-campo? Para eso no es necesario construir un aparato especial, tanto más
por cuanto en tu práctica los transistores de efecto-campo no serán utilizados
tan a menudo como los bipolares de poca potencia.
Para ti los parámetros del transistor de efecto-campo que más
importancia práctica tienen son dos: la corriente de vertedero para la tensión
nula en el obturador Ivinic y la pendiente S de la
característica. Estos parámetros se pueden medir utilizando el esquema que se
da en la Figura 112. Para eso se necesita: un miliamperímetro PA1 (emplea el
aparato combinado conectado para medir corriente continua), una batería BG1 de
9 V de tensión ("Krona" o compuesta de dos baterías 3336Λ) y una pila
G2 (332 ó 316).
Procede como sigue: el terminal del obturador del transistor que se
comprueba únelo con el terminal del vertedero. Con esto el miliamperímetro
indicará el valor del primer parámetro del transistor, es decir, la corriente
inicial de vertedero Iv inic. Anota su valor. Luego separa los
terminales del obturador y del vertedero (en la Figura 112 se indica esto con
un aspa) y conecta a ellos la pila G2 uniendo el polo positivo al obturador (en
el esquema se indica con líneas de trazos). El miliamperímetro indicará una
corriente menor que Iv inic. Si ahora la diferencia entre las dos
indicaciones del miliamperímetro se divide por la tensión de la pila G2, el
resultado que se obtiene será igual al valor numérico del parámetro S del
transistor que se comprueba.
Para medir estos mismos parámetros, pero de los transistores de
efecto-campo con unión p-n y canal tipo n, la
polaridad de conexión del miliamperímetro, la batería y la pila debe
invertirse.
Con los probadores de instrumentos de medición de que te he hablado en
esta charla tienes bastante para empezar. Pero más adelante, cuando llegue la
hora de construir y reglar aparatos de radio más complejos, por ejemplo,
receptores superheterodinos o amplificadores de audiofrecuencia, necesitarás un
voltímetro con elevada resistencia relativa de entrada y un generador de
oscilaciones de audiofrecuencia De estos aparatos, que completarán tu
laboratorio de medición, te hablaré más tarde.
No obstante, debe estar claro que los aparatos que hagas tú mismo no deben
excluir la adquisición de los que produce la industria. Si puedes, compra en
primer lugar un ampervoltiohmimetro (avómetro), instrumento combinado que sirve
para medir las tensiones y corrientes continuas y alternas, las resistencias de
los resistores, de los devanados de las bobinas y transformadores, e incluso
comprobar los parámetros principales de los transistores. En este instrumento,
si lo cuidas bien, tendrás durante muchos años un buen ayudante en la
construcción radiotécnica.
Charla 9
Tu taller
Contenido:
§. Aprende a soldar
§. Sobre algunos materiales y métodos de montaje
§. Bobinas de inductancia de los circuitos oscilantes
§. Montaje con circuitos impresos
§. Medidas de precaución al montar los transistores
* * * *
Espero que mis primeras charlas y la costumbre de trabajar adquirida en
la escuela te hayan ayudado o construir y probar los primeros y más simples
receptores transistorizados y algunos instrumentos de medida. Pero ya este
corto camino de aficionado a la radio te habrá obligado a adquirir algunas
herramientas de carpintero, ajustador y montador, así como materiales y
elementos. Este "utillaje" de tu taller irá completándose con el
tiempo.
Pero ante todo debes aprender a soldar bien, a dominar los procedimientos de
montaje de aparatos de radio y la tecnología de fabricación de algunos
elementos, conocimientos imprescindibles para todo radioaficionado.
§. Aprende a soldar
La seguridad de los contactos eléctricos entre los conductores y los elementos
y la solidez del montaje en conjunto depende de la calidad de las soldaduras.
La herramienta principal para soldar es el soldador, que consiste en una
barra o pieza de cobre rojo que se calienta hasta la temperatura de fusión de
la soldadura o aleación para soldar. La barra tiene un extremo limado en forma
de cuña, ésta es la parte de trabajo o filo del soldador. Los radioaficionados
suelen utilizar soldadores eléctricos. La barra del soldador eléctrico va
metida en un tubo metálico. Este tubo está envuelto por una capa de mica o de
tejido de lana de vidrio.
Figura 113. Soldadores eléctricos y suplemento para soldar piezas de radio
pequeñas
Encima de esta capa aisladora va enrolladlo un alambre de nicromo, que
hace de elemento de caldeo del soldador. Dicho arrollamiento va protegido por
una capa de amianto y una cubierta metálica. Por el otro extremo termina el
tubo en un mango de madera o de plástico. Por medio del enchufe de clavijas que
tiene un cordón soldado al elemento de caldeo, el soldador se conecta en el
tomacorriente de la red eléctrica. La corriente eléctrica caldea el alambre y
éste cede calor a la pieza de cobre y la calienta.
La industria soviética fabrica varios tipos de soldadores eléctricos,
calculados principalmente para tensiones de 127 y 220 V. El valor de la tensión
para la cual está calculado el soldador y la potencia de la corriente que éste
consume van estampados en su cubierta metálica. Como es natural, es preferible
y menos peligroso utilizar un soldador calculado para la tensión de 25 ó 36 V.
Pero para alimentarlo se requiere un transformador reductor.
En la Figura 113 se muestran dos de las estructuras más difundidas de
soldadores eléctricos. Una de ellas (Figura 113a) tiene dos piezas de cobre
intercambiables: una en forma de L invertida y otra recta. Para el trabajo se
coloca en el tubo del elemento de caldeo aquella de las piezas con la cual
resulta más cómodo soldar. El segundo soldador (Figura 113b) tiene recta la
pieza de cobre, ésta es más delgada que en el primero y también se puede
cambiar. Pero la principal diferencia entre estos soldadores no consiste
únicamente en sus piezas de cobre: el primer soldador es más potente (de 80 a
100W), con él se pueden soldar piezas cuya masa sea considerable e incluso
repararse pequeños objetos de uso doméstico: el segundo es menos potente (de 35
a 40 W) y se destina principalmente al montaje de aparatos de radio.
Conviene, claro está, tener dos soldadores de potencias distintas. El
principal será el soldador eléctrico de 35 a 40 W de potencia. Sin embargo,
este soldador no puede considerarse universal para montajes de radio. Con su
corte, relativamente grueso, no siempre se puede "llegar" hasta
cualquier punto del aparato que se monta. Además, la temperatura de dicho corte
es demasiado alta, peligrosa para soldar elementos pequeños, terminales de
transistores de pequeñas dimensiones y microcircuitos integrales. En estos
casos se utiliza una boquilla (Figura 113), que consiste de una espiral de
alambre de cobre estañado, de 1,5 a 2 mm de diámetro, que se ajusta en la pieza
de cobre del soldador. Las piezas pequeñas se sueldan con la punta de la
boquilla, calentada por la varilla de cobre del soldador.
Para soldar se necesitan también soldadura o aleación para soldar y
fundente.
Se llaman soldaduras o aleaciones para soldar las
aleaciones metálicas de baja temperatura de fusión con las cuales se suelda. A
veces se utiliza como soldadura estaño puro. La varilla de estaño tiene la
superficie de color plateado mate claro y si se dobla o comprime con unos
alicates, cruje. El estaño puro es relativamente caro, por lo que sólo se
emplea para estañar y soldar vasijas destinadas a preparar y guardar alimentos.
Para los montajes radiotécnicos se suele utilizar una aleación de estaño y
plomo cuyo aspecto es parecido al del estaño puro, pero de un mate menos claro,
que funde a la temperatura de 180 a 200 ºC.
Los fundentes son substancias que se utilizan para que
las partes de las piezas o conductores preparados para ser soldados no se
oxiden al calentarlos con el soldador. Sin el fundente la soldadura no se
"adhiere" a la superficie del metal.
Hay diferentes fundentes. En los talleres de reparación de baterías de
cocina, por ejemplo, utilizan "ácido para soldar", que es una
solución de zinc en acido clorhídrico. Para el montaje de aparatos de radio
este fundente no sirve, ya que, cuando el soldador se pone en contacto con él,
salpica, ensucia el montaje y destruye con el tiempo la unión y los elementos
pequeños. Basta que sólo una gotita pequeña de ácido caiga sobre el hilo de un
devanado para que al cabo de cierto tiempo éste se haya corroído.
Para el montaje radiotécnico sólo sirven los fundentes en que no
intervienen ácidos. Uno de ellos es la colofonia. Si se suelda en puntos
fácilmente accesibles, se emplea calofonia en trozos. Cuando es difícil llegar
hasta las piezas con el trozo de colofonia, se utiliza una solución espesa de
colofonia en alcohol o acetona. Para que la colofonia se disuelva bien hay que
pulverizarla. Como el alcohol y la acetona se evaporan pronto, esta solución
debe conservarse en un frasquito con tapón esmerilado, por ejemplo, de los que
sirven para agua de colonia. El fundente de solución alcohólica de colofonia se
extiende sobre las superficies a soldar con una varilla o un pincel.
Te recomiendo que para el soldador hagas un soporte y que la soldadura y
la colofonia las tengas en una cajita de aluminio (Figura 114). Estos simples
dispositivos crean cierta comodidad en el trabajo y aseguran la limpieza del
soldador, la soldadura y la colofonia.
Figura 114. Soporte para el soldador
Saber soldar bien es una especie de arte que no se domina al primer
intento, sino que requiere cierta práctica. El secreto de una soldadura sólida
y bonita consiste en el cuidado y la limpieza: si los conductores no están bien
limpios y el soldador sucio, poco caliente o demasiado caliente, la soldadura
nunca será buena. El soldador poco caliente convierte la soldadura en una
papilla con la cual no se puede soldar. De señal de que el soldador está
suficientemente caliente sirve el que empieza a hervir la colofonia y se
desprende abundante vapor cuando ésta se pone en contacto con el soldador.
Cuando el corte del soldador está normalmente caliente funde bien la soldadura
y no se recubre de costra de óxido.
El extremo útil del soldador debe estar siempre caliente y bien
estañado, es decir, cubierto de una capa delgada de soldadura. El soldador se
estaña como sigue: se calienta, se limpia el corte con una lima o papel de
lija, se sumerge en colofonia y se toca con él un trozo de soldadura.
Inmediatamente después se frota con una madera para que toda su superficie se
cubra uniformemente con la capa delgada de soldadura. Si ésta no se adhiere
incluso al corte bien caliente, hay que volverlo a limpiar y a estañar.
El soldador se puede considerar bien estañado cuando el corte está
uniformemente cubierto de una capa de soldadura y de su punta pende una gotita
de ésta cuando está caliente. El extremo de trabajo de todo soldador se “quema”
con el tiempo, es decir, se forma en él oquedades. La forma correcta se le
puede volver a dar con una lima. La forma mejor y más cómoda de la parte de
trabajo de un soldador se muestra en la Figura 115.
Figura 115. Extremo del corte del soldador (a la izquierda, bien afilado: a
la derecha, "quemado")
Las superficies de los conductores o de las piezas que se van a soldar
deben limpiarse hasta ponerlas brillantes y después estañarse. La soldadura sin
estañado previo requiere más tiempo y es menos segura. El procedimiento más
cómodo de estañar los conductores es el siguiente: el conductor limpio se pone
en contacto con la colofonia y se calienta bien con el soldador (Figura 116).
La colofonia al fundirse recubre la superficie del conductor y la soldadura que
hay en el soldador se extiende por él. Haciendo girar el conductor y
desplazando por el lentamente el corte del soldador es fácil conseguir que la
superficie de aquél se recubra de una delgada capa uniforme de soldadura.
Figura 116. Estañado de un alambre conductor
Si para soldar se emplea fundente de colofonia liquido, se humedece la
pieza a estañar con este fundente, valiéndose de un palito o de un pincel, y
luego dicha pieza se calienta con el soldador hasta que la soldadura se
extienda por su superficie.
Para soldar conductores o piezas ya estañadas hay que ajustarlos entre
sí y aplicar el soldador, con una gotita de soldadura suspensa en el corte, al
lugar en que se tocan. En cuanto este lugar se calienta, la soldadura se
extiende y llena el intervalo entre las piezas. Moviendo uniformemente el
soldador, distribuye la soldadura por toda la junta y la que sobre quítala con
el mismo soldador; la soldadura se endurece pronto y sujeta fuertemente las
piezas. Tiene mucha importancia que las piezas soldadas no se muevan de sus
sitios, después de apartar el soldador, hasta que se endurezca la soldadura,
porque de lo contrario la junta no será sólida.
Si no es posible estañar por separado las superficies de las piezas que
se sueldan, hay que ajustarlas bien entre sí, untar el sitio de contacto con
fundente de calofonia liquido (o poner en él un trocito de calofonia} y
calentarlo con el soldador, en el cual se toma previamente soldadura. Calienta
las piezas hasta que la soldadura se extienda por toda la junta.
Acuérdate de esto:
se puede considerar buena soldadura aquella en la cual la aleación para
saldar no se encuentra apelotonada, sino formando una capa delgada que baña el
lugar de la junta por todas partes.
Los radioaficionados principiantes, faltos de experiencia, procuran a
veces “untar" con soldadura el lugar de la junta, y después se sorprenden
de que la unión que obtienen no sea sólida, a pesar de haber gastado mucha
soldadura, El arte de soldar bien consiste en hacerlo gastando poca soldadura.
Esto se consigue con un soldador bien calentado y estañado. Sólo en estas
condiciones se consigue una soldadura sólida, pulcra y bonita.
Figura 117. Cuchilla-cortador (a), su utilización (b) y doblado de la chapa
metálica (c)
Ten presente: los vapores de calofonia irritan la membrana mucosa del
ojo y la faringe, por lo que se debe soldar en un local ventilado. Aún mejor
será si mientras se suelda funciona un ventilador en el sitio de trabajo.
§. Sobre algunos materiales y métodos de montaje
La calidad del funcionamiento de un receptor, amplificador o cualquier otro
aparato radiotécnico depende mucho de la distribución racional de sus elementos
y de la solidez de su montaje. Los elementos principales deben distribuirse de
tal forma que los hilos de conexión sean lo más cortos posibles y no se crucen.
El montaje debe ser rígido, para evitar contactos casuales entre los elementos
y los conductores, los cuales pueden surgir si se producen golpes o sacudidas.
Además, el montaje debe ser compacto, cómodo para la comprobación y sustitución
de los elementos y, naturalmente, bonito.
De base, o especie de fundamento, de los aparatos o dispositivos
radiotécnicos sirven paneles planos o en forma de cajas, chasis. Tanto los
primeros como los segundos pueden ser de madera contrachapada, de tablas,
metálicos, de orgalita laminada, de plástico o combinados de distintos
materiales. Si el panel es de madera contrachapada, de tabla o de orgalita, hay
que procurar que sea un aislador suficientemente bueno. No deberá absorber
humedad, ya que un panel húmedo puede ser causa de una fuga de corriente y, por
consiguiente, de que el aparato no funcione. Para que eso no ocurra, la madera
contrachapada, antes de hacer con ella el panel o el chasis, debes secarla bien
y frotarla por todas partes con parafina o cera fundida o recubrirla con una o
dos capas de barniz de alcohol o al aceite. Los materiales preparados por este
procedimiento no absorberán la humedad y el aspecto exterior de la base del
aparato construido con ellos será más agradable.
El metal laminado es más difícil de trabajar sobre todo en las
condiciones domésticas. Pero los paneles y chasis hechos con él son mejores que
los de madera contrachapada. Y no sólo por que sean más resistentes, sino
porque el metal sirve de pantalla para eliminar
las interrelaciones parásitas entre elementos aislados y circuitos a
través de los campos magnéticos y eléctricos, lo que en muchos casos es una
condición técnica obligatoria, y porque, además, se utiliza como
"masa" o conductor a tierra, con lo que se simplifica el montaje.
Para hacer el chasis metálico lo mejor es utilizar chapa de aluminio de 1.5 a 2
mm de espesor. En los talleres de tu escuela puedes cortar el material,
doblarlo, para formar el chasis, o hacer éste con tiras de metal remachadas, y
taladrar los orificios. El acabado lo puedes hacer en casa.
Si utilizas un chasis o panel metálico tienes que prestar mucha atención
al hacer el montaje; todos los elementos, conductores y circuitos eléctricos
que según el esquema no se pongan a tierra (masa) tienen que estar
perfectamente aislados del chasis.
Para los paneles y placas de montaje de los receptores, amplificadores e
instrumentos de medida a base de transistores, los aficionados a la radio
utilizan hojas de cartón baquelizado, laminados de tela de fibra de vidrio
(textolita de fibra de vidrio) o de vidrio orgánico de 1.5 a 3 mm de espesor.
Estos materiales son buenos aisladores, se trabajan con facilidad y las piezas
hechas con ellos tienen siempre buen aspecto. El material laminado para hacer
los paneles, las placas de montaje u otras piezas de hasta 4 ó 5 mm de espesor
es preferible cortarlo con una cuchilla cortadora hecha de la hoja de una
sierra. Al extremo del trozo de hoja de sierra (que debe tener 130 ó 140 mm de
longitud) dale en la afiladora la forma que se muestra en la Figura 117 y el mango
del cortador envuélvelo en varias capas de cinta aisladora (para proteger la
mano). El ángulo de la parte cortante debe ser de 30 a 35º y su anchura, igual
al espesor de la hoja.
Este cortador se utiliza así: la hoja de cartón baquelizado o de otro
material ponla sobre una mesa o sobre una madera contrachapada de superficie
lisa. Sobre dicho material coloca una regla metálica y por ella, sacando viruta
a viruta, corta el material hasta aproximadamente la mitad de su espesor. Luego
haz la misma operación por el lado opuesto y rompe el material por la línea de
corte. Si los cortes por ambos lados coinciden, el borde de la pieza, una vez
limado, queda liso.
Cuando hagas el trazado de la futura pieza sobre el material, toma en
consideración la anchura del cortador.
Figura 118. Procedimientos de unión por soldadura de conductores y elementos
Este mismo cortador te servirá también para doblar las chapas de
aluminio o duraluminio. Obtener un ángulo recto liso en el metal doblado no es
fácil incluso si éste se sujeta en un tornillo de mordazas entre dos láminas o
piezas angulares de acero. Pero si el metal está previamente ranurado a lo
largo de la línea de flexión, aproximadamente en una tercera parte o en la
mitad de su espesor (Figura 117c), el ángulo que se obtiene es necesariamente
recto y liso.
Al hablar de la estructura de los receptores, amplificadores u otros
aparatos no siempre voy a indicar las dimensiones de sus placas de montaje,
paneles o chasis. ¿Por qué? Porque para distintos casos puede no servir una
misma recomendación. Dichas dimensiones dependen mucho de la estructura y
dimensiones de los elementos de que se dispone. Por eso, antes de corlar el
material elige todos los elementos necesarios, colócalos sobre una hoja de
papel en el orden que se recomiende y precisa las futuras dimensiones de la
placa de montaje. No debes tender a disminuir el tamaño de la placa o chasis,
ya que en una superficie pequeña es más difícil el montaje.
Una vez hecha la placa, coloca sobre ella los elementos y señala los
puntos de todos los orificios que sean necesarios. El trazado final de dichos
orificios hazlo valiéndote de una regla y un compás. Los diámetros de los
orificios deben ser tales que los elementos queden bien sujetos en ellos. Para
el montaje emplea hilo de cobre desnudo o aislado, estañado o plateado, de 0,8
a 1,5 mm de diámetro. Este hilo conduce bien la corriente eléctrica y el
montaje hecho con él será sólido.
El hilo para el montaje debe enderezarse.
Para eso coge un trozo de hilo de 1,5 a 2m de largo, sujeta uno de sus
extremos en un tornillo de mordazas o arróllalo a un objeto cualquiera y tira
con fuerza del otro extremo cogiéndolo con unos alicates. El hito se alargará
un poco y se enderezará. De él, con un cortaalambres, irás cortando los
conductores de conexión de la longitud que necesites. Todas las juntas
suéldalas con cuidado. En los sitios en que sean posibles contactos entre los
conductores, enfunda éstos en tubitos de goma, de cloruro de polivinilo u otros
materiales aislantes, o protégelos con cinta aisladora.
Figura 119. Soporte (a) y placa de montaje (b) que tú mismo puedes hacer.
Durante el montaje, las pruebas y el ajuste de los aparatos es frecuente
tener que soldar y desoldar los conductores y sustituir un elemento por otro.
Esto hay que tenerlo siempre en cuenta y utilizar en cada caso los
procedimientos de montaje más cómodos. Algunos de estos procedimientos se
muestran en la Figura 119. Si hay que empalmar dos conductores rectilíneos, no
es necesario retorcer sus extremos, basta ponerlos juntos, de manera que sus
superficies estén en contacto en una longitud mínima de 6 a 8 mm, y soldarlos.
Cuando haya que unir conductores que formen entre si un ángulo recto, el
extremo de uno de ellos se puede doblar apretándolo al otro conductor, y en
esta forma soldarlos. No te recomiendo que sueldes varios conductores o
elementos en un mismo punto. En este caso, si hay que quitar uno de los
conductores o elementos, es inevitable que se deshaga todo el nudo de
soldadura.
¿Y si las condiciones del montaje dictan la necesidad de conectar varios
elementos en un mismo punto? En estos casos hay que utilizar soportes de
montaje. De soporte de montaje simple puede servir, por ejemplo, un trozo de
lapicero (Figura 118a). La parte de la punta del lápiz, córtala. Saca la barra
de grafito. Obtienes un soporte con un orificio en el cual puede enroscarse un
tornillo o un tirafondos. Por uno de sus extremos sujeta este soporte al panel
o chasis. Al otro extremo suyo sujeta con el tornillo una “estrella” cortada de
un trozo de hojalata. A esta estrella se sueldan los conductores y los
elementos de construcción del aparato.
Cuanto más compleja sea la estructura del aparato, tanto más resistores
y condensadores habrá en ella. Por lo general estos no se pueden soldar
directamente a otros elementos sujetos sólidamente, En estos casos se recurre a
las tablillas de montaje o láminas de material aislante con patillas de
contacto, a las cuales se sueldan los elementos y los conductores.
Una tablilla de montaje simple puede verse en la Figura 119b. De base le
sirven dos láminas de cartón baquelizado o de textolita. En el último caso
pueden hacerse de cartón compacto o de madera contrachapada, previamente
“cocidos” en parafina caliente o impregnados en barniz para hacerlos buenos
aisladores. Las patillas de contacto se cortan de hojalata o latón, o se hacen
de alambre de cobre de 1.5 a 2mm de diámetro, y se sujetan en unos orificios
practicados en la lámina superior. Las tablillas se colocan y atornillan
directamente a los paneles o se sujetan sobre soportes. Las dimensiones de las
tablillas de montaje y el número de patillas de contacto que hay en ellas
vienen determinados por las dimensiones y el número de elementos que se montan
en ellas.
Los elementos de las construcciones a base de transistores se montan,
por lo general, en paneles de hojas de cartón baquelizado o de textolita de
fibra de vidrio, y como puntos de apoyo de los elementos se utilizan
"espárragos" de alambre o remaches huecos (‘‘pistones"). Las
piezas se colocan en una cara del panel y se unen entre sí por la otra cara.
Estos paneles con los elementos montados en ellos se llaman placas de montaje.
El montaje sobre espárragos (Figura 120,a) se hace así: trozos de
alambre de cobre estañado o plateado, de 1 a 1.5 mm de diámetro y de S a 10 mm
de longitud, se introducen a presión en la placa de tal manera, que por la cara
de ésta en que estarán los elementos sobresalgan 4 ó 5 mm y por la otra cara, 2
ó 3 mm.
Figura 120. Montaje de elementos sobre espárragos (o soportes de alambre)
(al y portaespárragos (b)
Para que los espárragos no se muevan, los orificios que para ellos se
practican en la placa deben ser un poco menores que su diámetro y la parte
media de aquéllos estar un poco aplastada por un golpe cíe martillo. Para meter
a presión los espárragos se utiliza un portaespárragos, varilla de acero con un
orificio guía para el espárrago, taladrado en uno de sus extremos (Figura
120b). Valiéndose de este dispositivo se puede poner el espárrago en el
orificio y clavarlo con un golpe de martillo.
Los extremos de los terminales de alambre de los elementos, con ayuda de
unos alicates de puntas redondas, dóblalos en forma de bucles, pontos de manera
que los espárragos correspondientes entren en ellos y suéldalos. Exactamente
del mismo modo suelda a los espárragos los conductores de conexión, pero por la
otra cara de la placa.
Unos ejemplos de procedimientos de montaje sobre remaches huecos se dan
en la Figura 121.
Figura 121. Montaje de elementos sobre remaches huecos (pistones)
Los remaches se introducen a presión en los orificios de la placa y a
ellos se sueldan los terminales de los elementos. Si no tienes remaches hechos,
puedes hacerlos de tubitos de latón o de cobre de 1,5 a 2 mm de diámetro
exterior, cortándolos en trozos de 3 a 4 mm de longitud, es decir, 1.5 ó 2 mm
más largos que el espesor de la placa. Se obtienen buenos remaches de las
patillas de contacto de las lámparas de radio estropeadas de casquillo octal.
Estos tubitos deben entrar ajustados en los orificios de la placa y los bordes
de cada uno de sus extremos se abocardan con un granete o con un clavo de punta
especialmente afilada.
A veces se puede prescindir de los espárragos y de los remaches huecos,
haciendo pasar los terminales de los elementos a través de los orificios de la
placa y soldándolos entre sí por la otra cara de ésta. Pero con este montaje es
más difícil sustituir los elementos.
§. Bobinas de inductancia de los circuitos oscilantes
En los circuitos oscilantes de los receptores, los radioaficionados suelen
utilizar bobinas no fabricadas, sino hechas por ellos mismos, cuyas estructuras
son muy diversas. Algunas de éstas ya las conoces por los receptores de cristal
y de un solo transistor. Ahora quiero hablarte de otras estructuras de bobinas
que se utilizan en los receptores que voy a recomendarte que construyas.
Para el devanado de las bobinas, además de los hilos ПЭВ y ПЭΛ que ya
conoces, se emplean hilos de devanado de las marcas siguientes: ПБO, hilo con
revestimiento de algodón de una capa; ПШO, hilo con revestimiento de seda de
una capa; ПШД ídem, de dos capas; y ПЭΛШО, hilo con aislamiento de esmalte y
barniz resistente con revestimiento de seda de una capa. Muchas bobinas de
aparatos de producción industrial tienen devanados del llamado “litzendraht”,
conductores con aislamiento de esmalte, que trenzados en forma de cordón tienen
todos juntos un revestimiento de seda de una o dos capas. Este conductor, si
hace falta, puedes trenzarlo tú mismo valiéndote de una taladradora.
Prácticamente, para las bobinas de los circuitos oscilantes de los
receptores que hacen los aficionados sirve un hilo de cualquier marca con tal
que tenga un aislamiento seguro y no sea muy grueso, porque si no la bobina
resultaría muy voluminosa. Las bobinas para la recepción de estaciones de
radiodifusión de las gamas de ondas medias y largas se devanan, por lo general,
de hilo de 0,1 a 0,3 mm de diámetro; las destinadas a las ondas cortas, de hilo
de 0.8 a I mm, y las dedicadas a las ultracortas, de hilo de hasta 3 mm.
Existe una regla que conviene recordar; cuanto más corta sea la
longitud de las ondas para las cuales se calcula la bobina, tanto más grueso
debe ser el conductor que tiene que devanarse.
Si se dispone de un hilo cuyo diámetro se desconoce, éste se puede
determinar aproximadamente así; arrolla el hilo, espira junto a espira, en un
lapicero y después divide la longitud del devanado por el número de espiras. La
exactitud con que se determina el diámetro será tanto más elevada cuanto mayor
sea el número de espiras arrolladas. Si no se dispone de hilo del diámetro que
se recomienda pero sí de otro de diámetro próximo a él, por lo general, se
puede utilizar éste. Así, por ejemplo, en vez de hilo de 0.18 mm de diámetro se
puede utilizar hilo de 0,15 ó 0,20 mm.
En dependencia de las dimensiones de los armazones y de la gama de ondas
a captar, las bobinas pueden tener desde varias espiras hasta varios
centenares. Cuanto más largas sean las ondas y menor el diámetro de la bobina,
tanto más espiras deberá tener ésta. Para los receptores de cristal se
recomiendan a veces las bobinas de una capa, devanadas sobre armazones grandes
con hilo relativamente grueso. Esto no es casual, ya que en dichas bobinas son
menores las pérdidas de energía de alta frecuencia y cuanto menores son estas
pérdidas, mejor funciona el receptor de cristal.
Las bobinas de los receptores de transistores o de lámparas se suelen
devanar sobre armazones relativamente pequeños y con hilo más fino que el que
se utiliza en los receptores de cristal. En este caso, en la bobina para ondas
largas el hilo se devana en varias capas. Estas son las bobinas de
capas múltiples, más compactas que las de una capa. Las pérdidas de
energía de alta frecuencia en estas bobinas es algo mayor que en las de
dimensiones más grandes, pero se compensan introduciendo en ellas núcleos para
altas frecuencias y aprovechando las propiedades amplificadoras de los
transistores o de las lámparas de radio.
Las bobinas de capas múltiples de los circuitos de muchos receptores de
producción industrial están devanadas por un procedimiento especial llamado
“universal”. Con este devanado, en que los hilos se entrecruzan de un modo
complejo, disminuye la capacidad interior (entre espiras) de la bobina y
aumenta la gama de frecuencias que cubre el circuito. Los aficionados devanan
estas bobinas sobre carretes de papel o de cartón, haciendo premeditadamente
que el hilo no forme capas regulares. Con este devanado la capacidad interior
de la bobina también es relativamente pequeña.
Son preferibles las bobinas con núcleos para altas frecuencias. El
núcleo, que eleva el factor de calidad de la bobina y, por lo tanto, reduce las
pérdidas en ella, da la posibilidad de reducir considerablemente el número de
espiras y las dimensiones de la bobina. Además, si el núcleo es de ajuste, es
decir, si puede desplazarse dentro de la bobina, también permite entre ciertos
límites variar la inductancia de ésta y ajustar el circuito a la frecuencia
necesaria.
Los núcleos magnéticos para alta frecuencia que más se utilizan son
los de ferrita. Los hay en forma de barras, de anillos y de
copas. Con los núcleos de ferrita en forma de barra y de anillo ya has tenido
ocasión de tratar.
Una de las posibles estructuras de bobina fraccionada con núcleo de
ajuste de 9 mm de diámetro, que puedes hacer tú mismo, se muestra en la Figura
122.
Figura 122. Bobina con núcleo de ajuste
El aumento de la inductancia de la bobina se consigue atornillando el
núcleo a su armazón, y la disminución, destornillándolo. El armazón para esta
bobina hazlo arrollando y pegando una tira de papel denso de 40 mm de anchura,
utilizando para ello una forma cilíndrica, un tubo de vidrio o una probeta de
9,5 a 10 mm de diámetro. A la distancia de 6-7 mm del extremo superior, después
de que el armazón esté acabado y bien seco, corta en él, con una cuchilla bien
afilada, sendos orificios rectangulares por dos lados opuestos. En los sitios
de los cortes arrolla a la bobina una capa de hilo grueso; las espiras de este
arrollamiento desempeñarán el papel de rosca para atornillar el núcleo. Las
gualderas de la bobina córtalas de cartón baquelizado fino, de textolita o de
cartón denso de 0,3 a 0.5 mm de espesor. Colócalas en el armazón y pégalas a
él.
La bobina devánala desordenadamente con hilo ПЭВ-1 de 0,12 a 0,18 mm de
diámetro. Si es para ondas medias debe tener en total 135 espiras (tres
secciones de 45 espiras cada una), y si es para ondas largas, 450 espiras (tres
secciones de 150 espiras cada una). Primero devana la primera sección entre las
dos guarderas superiores, después pasa el hilo a! espacio entre las gualderas
intermedias y devana la segunda sección, y luego, entre las dos gualderas
inferiores devana la tercera sección. Los terminales de la bobina pásalos a
través de agujeros hechos en las gualderas.
Esta bobina puede sujetarse en el panel por medio de un anillo de madera
contrachapada pegado a él o pegando el extremo inferior del armazón en un
orificio practicado en dicho panel.
La bobina del circuito oscilante se puede devanar sobre un manguito de
papel y ensartarla en un trozo de barra de ferrita marca 400HH ó 600HH de 8 mm
de diámetro y 25-30 mm de longitud (Figura 123).
Figura 123. Bobinas con barras de ferrita: para ondas medias (a) y para
ondas largas (b)
Para la recepción de estaciones de la gama de ondas medias, la bobina
debe tener de 70 a 80 espiras de hilo ПЭВ-1 de 0,12 a 0.20 mm de diámetro,
devanadas en una capa, y para las de la gama de ondas largas, de 225 a 250
espiras de ese mismo hilo, pero devanadas en cuatro o cinco secciones de 45 a
50 espiras cada una. La inductancia máxima de esta bobina se consigue cuando se
encuentra en la mitad de la barra de ferrita. A medida que se desplaza hacia
uno de los extremos de la barra, la inductancia disminuye De este modo,
desplazando la bobina por la barra, se puede corregir la sintonización del
circuito a la frecuencia necesaria de la parte de ondas más largas de la gama.
En muchos receptores de producción industrial se emplean bobinas
devanadas sobre armazones fraccionados de plástico, estandarizadas, con anillos
y núcleos de ajuste, en forma de barra, de ferrita (Figura 124a). La bobina
devanada sobre este armazón se encuentra entre dos anillos de ferrita que
aumentan su inductancia. El núcleo en forma de barra, sujeto a un cilindro
roscado, se puede atornillar, con un atornillador, a distintas profundidades
dentro del armazón y de este modo ajustar la inducción de la bobina.
Figura124. Armazones con anillos y núcleos de ajuste de ferrita
Un armazón análogo, que puedes hacer tú mismo y utilizarlo para bobinas
de diversa aplicación, se muestra en la Figura 124b. Para hacerlo se necesitan
dos anillos de ferrita marca 600HH de 8 a 9 mm de diámetro exterior y de 3 a
3,5 mm de diámetro interior, y un núcleo de ajuste en forma de barra, de la
misma marca, de 2.7 mm de diámetro y 15 mm de longitud. De base del armazón
sirve un manguito de papel de 12 mm de longitud y un diámetro exterior igual al
interior de los anillos. Estos últimos pégalos al manguito de papel a una
distancia de 6 mm entre sí. El extremo del manguito que sobresale por abajo lo
introducirás en el orificio correspondiente de la placa de montaje (o del
chasis) y lo pegarás a ella. El núcleo de ajuste se sujeta dentro del armazón por
medio de una junta de papel o de tela.
El número de espiras y el hilo para la bobina devanada sobre este
armazón depende de su destinación.
En adelante, cuando hable de las bobinas de los circuitos o de las de
los transformadores de alta frecuencia de los receptores, indicaré el número
aproximado de espiras de sus devanados y me referiré a las bobinas y armazones
de que he hablado aquí. Pero, naturalmente, puede haber otras estructuras de
bobinas.
§. Montaje con circuitos impresos
En los aparatos de radio modernos de producción industrial se utiliza el
denominado procedimiento de montaje impreso. Este tipo de montaje también lo
utilizan los aficionados a la construcción radiotécnica. En este procedimiento
de montaje el papel de conductores de conexión lo desempeñan no trozos de hilo
de montaje, sino superficies y franjas de hoja de cobre que están como
estampadas en la placa de montaje.
Para hacer las placas impresas se emplea cartón baquelizado, textolita
de fibra de vidrio u otros plásticos laminados con una hoja de cobre adherida
de 0,05 mm de espesor.
La tecnología de fabricación casera de las placas impresas es la
siguiente. Primero, sobre una hoja de papel, se marcan y dibujan a tamaño
natural o a escala aumentada todos los elementos del aparato y las conexiones
entre ellos. Al hacer esto se procura que los futuros conductores de conexión
sean lo más cortos posibles y no se crucen. Al mismo tiempo se introducen las
posibles variaciones del dibujo de la placa de montaje teniendo en cuenta los
elementos de que se dispone. Así, por ejemplo, si en vez de los condensadores
electrolíticos K50-6 que se recomiendan se utilizan condensadores K50-3, la
distancia entre los orificios para sus terminales tendrá que aumentarse hasta
25-35 mm.
Cuando el esquema de montaje ya está dibujado, del material con la hoja
metálica adherida se corta con una sierra una lámina do las dimensiones
necesarias y, valiéndose de un papel de copiar o por una cuadricula de rayas de
2,5 a 5 mm de paso, se traslada a la hoja metálica el dibujo de todos los
conductores que han de imprimirse. En los sitios en que debe haber orificios
para los terminales de los elementos se hacen hoyos con un granete o una lezna.
Después, todas sus partes de la hoja metálica que deben quedar impresas en la
placa se recubren cuidadosamente, valiéndose ele un tiralíneas de vidrio, de
algún barniz nitrocelulósico o asfaltobituminoso, o con cola БФ-2 ligeramente
coloreada para que sobre la hoja metálica se vea bien el dibujo de los futuros
conductores de corriente. Las irregularidades de las líneas y las chorreaduras
se eliminan con la punta afilada de una navaja, bisturí o cuchilla de afeitar.
Cuando el barniz está bien seco, la placa así preparada se sumerge, para
su grabado químico, en una solución de cloruro férrico, de 1,3 de densidad,
vertida en una cubeta plana de plástico o porcelana. Para obtener la solución
de la densidad indicada, disuelve 150 g de cloruro férrico en 200 cm3 de
agua. Durante todo el tiempo que dure el grabado hay que mecer la cubeta. A la
temperatura ambiente, el mordido de la hoja metálica en esta solución dura
aproximadamente 1 h, y si se calienta hasta 40-50 ºC, cerca de 15 min.
La placa, una vez grabada, se lava bien sucesivamente en agua fría y
caliente, se seca y, después, en los sitios antes marcados se taladran los
orificios para los terminales de los elementos. Antes de empezar el montaje se
lija la placa con papel de grano fino y se lava con un disolvente o con acetona
para eliminar los restos de barniz ácidorresistentc, e inmediatamente se
recubre con barniz de colofonia (solución al 15% de colofonia en alcohol o
acetona), para proteger los conductores impresos contra la oxidación.
Al hacer el montaje, los terminales de los elementos se pasan a través
de los orificios de la placa y, por debajo, se sueldan a los conductores
impresos.
Como ejemplo, en la Figura 125a se muestra una placa impresa y el
esquema de las conexiones en ella de los elementos del amplificador de
audiofrecuencias para el receptor de cristal montado según el esquema que se
dio en la Figura 87 (a la derecha de la línea de trazos) que tú ya conoces.
Figura 125. Montaje con circuito impreso
La placa se muestra vista desde la cara en que están los conductores
impresos; los elementos se encuentran en la otra cara (véase la Figura 87).
Ahora, si quieres, puedes ya montar el amplificador sobre una placa impresa.
¿Y si no hay cloruro férrico? En ese caso la placa de montaje con el
circuito impreso se puede hacer valiéndose de la cuchilla-cortador de que ya te
he hablado en esta charla. En la Figura 125b? puedes ver otra placa para el
mismo amplificador de un solo transistor. La disposición de los elementos en
ella es la misma que en la placa de la Figura 125a, pero en ella los
conductores de corriente no tienen forma perfilada, sino de franjas
rectangulares de hoja metálica separadas entre sí por cortes en dicha hoja.
Si se utilizan circuitos impresos, los elementos, tales como resistores,
transistores y condensadores, se deben montar en la placa rígidamente; deben
estar bien apretados a ella o sus termínales de alambre deben ser previamente
torcidos en forma de escalones que excluyan los desplazamientos longitudinales.
Algunos procedimientos de montaje de estos elementos se muestran en la Figura
125c. Esto es necesario para que si desde arriba se ejerce presión sobre los
elementos, los delgados conductores de hoja metálica no puedan desprenderse de
la placa y romperse.
El montaje de algunas construcciones, de las cuales hablaré más larde,
está hecho por el método del circuito impreso. Pero eso no significa que sólo
puede ser así. El montaje de esas mismas construcciones también puede hacerse
por medio de cables.
§. Medidas de precaución al montar los transistores
El funcionamiento seguro de los aparatos de radio que se construyen depende no
sólo de la calidad de los transistores que en ellos se emplean, sino también
del cumplimiento de las reglas para su montaje.
Los terminales de los transistores, antes de montarlos, se enderezan, se
limpian de óxidos, se estañan, se doblan de una forma determinada y, si es
preciso, se acortan. En este caso el terminal en el cuerpo se sujeta con unas
pinzas o unos alicates para que no se rompa. El curvado de los terminales de
alambre de los transistores de poca potencia se tolera con un radio de 1.5 a 2
mm, a una distancia no menor de 3 mm de su cápsula, y sujetándolos
obligatoriamente cerca de ésta con unas pinzas o unos alicates, para no dañar
los aisladores de vidrio. No se recomienda acortar los terminales de los
transistores hasta una longitud menor de 15 mm.
Hay que recordar que los transistores, como todos los dispositivos
semiconductores, son muy sensibles al recalentamiento, el cual influye en la
variación de sus parámetros. Por eso para soldar los terminales de los
transistores debe emplearse un soldador cuya potencia no supere 40 W. Para
mejorar la derivación del calor del transistor mientras se suelda, sus
terminales se sujetan con unas pinzas o unos alicates, los cuales desempeñan la
función de extractores adicionales de calor. El proceso de soldadura debe durar
poco, no más de 3-5 s, y !a soldadura repelida de la misma junta (si eso fuera
necesario) no debe hacerse antes de 2-3 min.
La tensión de perforación de las uniones p-n de muchos
transistores bipolares y de efecto-campo para poca potencia es de unidades de
voltio y aún menores. Si la parte útil del soldador no está bien aislada del
devanado de caldeo, esto puede ser causa de que el transistor se estropee. Por
eso, para montar transistores, es preferible utilizar un soldador de baja
tensión, alimentado por un transformador reductor y con el cuerpo puesto a
tierra.
Al montar los transistores de efecto-campo no se debe olvidar la
posibilidad de que éstos sean perforados por la electricidad estática e incluso
por tensiones inducidas. La carga eléctrica que surge en tu cuerpo si estás de
pie en un suelo no conductor puede, en el instante que toques el transistor,
crear un impulso eléctrico suficiente para inutilizar éste. Por eso, al montar
transistores de efecto-campo es más conveniente utilizar soldadores de baja
tensión, cuyo corte debe ponerse a tierra y, antes de soldar, conectar en corto
circuito todos los terminales de aquéllos con un trozo de alambre desnudo.
También conviene que antes, y durante, el montaje de los transistores de
efecto-campo, el montador se "descargue" periódicamente tocando con
la mano por unos instantes una toma de tierra.
En general, el soldador eléctrico, que va a ser tu herramienta de
trabajo en todos tus montajes radiotécnicos, puede ocasionar contrariedades no
sólo al transistor o a otros dispositivos semiconductores, sino también a ti,
si uno de sus conductores de corriente o el elemento de caldeo hace contacto
con la cubierta metálica. Utilizar un soldador así es peligroso, ya que se
puede ser víctima de la alta tensión de la red de alumbrado. Por eso, de vez en
cuando, comprueba con el ohmímetro si se ha producido contacto entre la
cubierta metálica del soldador y la clavija de enchufe que hay en el extremo
del cordón de alimentación de aquél.
Procura adquirir un soldador de baja tensión, por ejemplo, del tipo ПCH
25-36. Para su alimentación se necesita un transformador que reduzca la tensión
de la red hasta 25-36 V, pero con este soldador el montaje no será peligroso
para los elementos de los aparatos de radio ni para ti.
La charla sobre tu taller ha resultado un poco larga. Sin embargo no ha
podido abarcar todos los consejos relacionados con la tecnología de fabricación
de diversos elementos y con la práctica de montaje de aparatos e instrumentos.
Procuraré añadir lo omitido al tratar de las construcciones concretas.
Charla 10
Fuentes de corriente
Contenido:
§. Pilas y baterías
§. Acumuladores y baterías de acumuladores
§. Rectificador
§. Bloque de alimentación de la red
* * * *
Todo receptor o amplificador de transistores se puede alimentar tanto de
fuentes químicas de corriente continua, pilas, acumuladores o balerías, como de
la red del alumbrado de corriente alterna. Todo depende de qué receptor o
amplificador sea. Si, por ejemplo, el receptor es pequeño, de los que se llaman
"de bolsillo”, y está calculado para alimentarse de una fuente de
corriente continua de 4, 5 ó 9 V de tensión, para él se utilizan generalmente
pilas eléctricas o baterías. Y si un amplificador de transistores se destina a
reproducir grabaciones conjuntamente con un electrófono enchufable, conviene
que se alimente de la red del alumbrado.
¿Cómo están hechas y cómo funcionan las fuentes químicas de corriente continua?
¿Cómo puede alimentarse de la red de corriente alterna un receptor,
amplificador u otro aparato radiotécnico a base de transistores? A estas y
otras preguntas quiero responder en esta charla.
§. Pilas y baterías
La estructura de una pila voltaica simple te la di a conocer ya en la primera
charla (ve la Figura 7). De electrodos de esta pila sirven unas placas
metálicas heterogéneas, y de electrólito, un ácido disuelto. Ésta es una fuente
química de corriente continua completamente apta para el trabajo. Pero tiene
dos defectos importantes. El primero consiste en que su electrólito es un
líquido corrosivo que puede derramarse o salpicar, el segundo es la influencia
que sobre el funcionamiento de la pila ejerce el fenómeno de la polarización.
Este consiste esencialmente en lo que sigue: como resultado de la continua
descomposición del electrólito por la corriente que pasa por el interior de la
pila, sobre el electrodo positivo se depositan en forma de burbujas iones
positivos de hidrógeno, que originan en él una película gaseosa que impide el
movimiento de las cargas eléctricas. Estos dos defectos de la pila de líquido
más simple han sido subsanados en las pilas secas que tú ya has utilizado y que
utilizarás para alimentar tus construcciones.
Estoy seguro de que tú, en más de una ocasión, habrás desarmado alguna
batería descargada 3336Λ u otra semejante para ver lo que había en ella debajo
de la capa de papel protectora. Hay tres pilas aisladas entre sí por juntas de
cartón. Por arriba las pilas están protegidas por una pasta (pez) de color
negro. Quitando ésta verás unas barras de grafito con sombreretes metálicos que
sobresalen de unos recipientes de zinc. Las barras de grafito son los
terminales de los electrodos positivos, y los vasos de zinc, los electrodos
negativos de las pilas.
Para ver la estructura interna de una pila hay que, con cuidado, cortar
a lo largo el vaso de zinc y enderezar sus bordes. La barra de grafito se
encuentra dentro de una bolsita llena de una mezcla prensada de carbón
triturado, polvo de grafito y dióxido de manganeso. Éste es el despolarizante.
De electrólito sirve una pasta gelificada, que llena el espacio entre el
despolarizante y las paredes del vaso, consistente en una solución de sal de
amoniaco mezclada con almidón y harina. Durante el funcionamiento de la pila,
el hidrógeno que se desprende se combina con el oxígeno que contiene el dióxido
de manganeso del despolarizante y no se produce polarización. La pila seca
funciona hasta que la reacción química destruya el electrodo de zinc y varía la
composición química del electrólito y del despolarizante.
La industria soviética fabrica más de una decena de tipos de pilas
cilíndricas para la alimentación de motores eléctricos de poca potencia,
diversos dispositivos de alumbrado y aparatos radioelectrónicos. Pero las que
más se usan para alimentar los receptores portátiles, los magnetófonos y los
instrumentos de medida, tanto de fabricación industrial como hechos por los
radioaficionados, son las 373, 343, 332 y 316 (Figura 126).
Figura 126. Pilas voltaicas 373, 343, 332 y 316
De las pilas 336 que componen la batería 3336Λ, estas sólo se
diferencian por sus dimensiones.
Una pila voltaica, independientemente de su estructura, desarrolla una
tensión de cerca de 1,5 V. Pero la corriente que puede suministrar para el
consumo depende principalmente de las dimensiones de sus electrodos y, de
ordinario, no supera 0.2-0.3 A.
En algunas baterías, por ejemplo, en la “Krona Ц", las pilas tienen
forma de galleta, por lo que se llaman pilas tipo “galleta".
Para alimentar la inmensa mayoría de los receptores e instrumentos de
medida a base de transistores que tú construyas, que con tensiones de 4, 5, 9 V
consuman corrientes relativamente pequeñas, sirven las baterías 3336Λ, las
“Krona Ц” y las pilas, que pueden acoplarse en batería. Todas ellas son aptas
por su corriente de descarga. Hay que elegir solamente aquellas que aseguren
las tensiones necesarias o, si hace falta, componer con pilas una batería que
suministre la tensión y la corriente que se requiere.
Existen dos procedimientos principales para acoplar las pilas en
baterías: en serie y en paralelo. Cuando las pilas se acoplan en serie (Figura
127a), la tensión de la batería es igual a la suma de las tensiones de las
pilas que la forman. Si, por ejemplo, se acoplan en serie tres pilas de 1,5 V
de tensión cada una, la tensión de la batería será de 4,5 V. De esta batería se
puede consumir una corriente cuyo valor no sea mayor que el que puede
suministrar una de las pilas por separado. Cuando hay que obtener una corriente
mayor que la que puede proporcionar una pila, éstas se acoplan en paralelo, es
decir, se conectan en batería los polos del mismo signo, como muestra la Figura
127b.
Figura 121. Acoplamiento de pilas en batería
Esta batería puede suministrar tantas veces más corriente que una sola
pila como número de éstas se acoplan en batería. Si, por ejemplo, una pila
puede suministrar 0,1 A, pero se necesitan 0.5 A, hay que acoplar en páretelo
cinco pilas. En este caso la tensión de la batería será igual a la de una pila.
Voy a darte dos consejos útiles:
1.
No pruebes nunca el estado de una pila o batería por el
procedimiento de la chispa. Esa comprobación de la fuente de corriente, incluso
si el contacta es instantáneo, reduce bruscamente sus reservas de energía.
2.
Es frecuente que en las pilas secas se seque el electrólito y éstas
dejen de dar corriente. Pero se pueden “revitalizar”. Para eso taladra en la
cubierta superior de pez dos orificios y por uno de ellos echa agua destilada o
agua de lluvia dentro de la pila. Si el vaso del electrodo de zinc no está
corroído ni deja pasar el agua, en la pila se forma electrólito y ésta vuelve a
dar corriente. Se puede añadir agua varias veces, hasta que el vaso de zinc se
destruya.
§. Acumuladores y baterías de acumuladores
Se llaman acumuladores las fuentes secundarias de corriente. Esto significa que
ellas mismas no producen corriente, como las pilas voltaicas, sino que sólo
ceden la energía eléctrica acumulada por ellas durante su carga por medio de
otras fuentes de corriente continua. Los acumuladores pueden cargarse y
descargarse muchas veces, por lo que se diferencian con ventaja de las pilas
voltaicas. Para alimentar los aparatos portátiles de transistores y los
instrumentos de medida, la industria soviética fabrica acumuladores herméticos
de cadmio y níquel de pequeñas dimensiones. Tienen forma de disco de diámetro
igual al de la moneda de una peseta y su aspecto exterior recuerda un botón.
Por eso los radioaficionados suelen darles el nombre de acumuladores de botón.
La estructura de un acumulador de cadmio y níquel en forma de disco se
muestra en la Figura 128a. Va montado en una botella de acero niquelado que
tiene dos partes: la caja 1 y la tapa 2.
Figura 128. Estructura de un acumulador de cadmio y níquel, de pequeñas
dimensiones (a); aspecto exterior del acumulador y de una batería de
acumuladores 7Д-0,1 (b) y esquema de conexión de la batería al consumidor de
corriente (c)
Estas partes están aisladas entre sí por una junta elástica hermetizante
4 y son los terminales de contacto de los polos del acumulador: la tapa es el
terminal negativo y la caja, el positivo. Dentro están los electrodos,
separados por la rejilla 7 y por la junta separadora porosa y aislante 6. Los
electrodos se aprietan con el muelle 3, lo que da rigidez a toda la estructura.
Durante el montaje, la botella del acumulador se llena de electrólito. Estos
acumuladores sólo se diferencian por sus dimensiones. Cuanto mayor sea el
acumulador, tanto mayor será su capacidad eléctrica.
La tensión de un acumulador recién cargado es igual a 1.25 V. El
acumulador se considera descargado cuando su tensión ha descendido hasta 0.7 ó
1 V. El acumulador descargado hay que volverlo a cargar haciendo pasar a través
de él una corriente continua igual, aproximadamente, a la décima parte de la
capacidad del acumulador durante 12 h. Para cargarlo sus electrodos se conectan
a los polos del mismo signo de la fuente de corriente continua.
Se pueden adquirir no sólo acumuladores sueltos, sino también baterías
de acumuladores, por ejemplo, la 7Д-0,1 (Figura 128.) que sirve para alimentar
los aparatos transistorizados de pequeñas dimensiones. Esta batería consta de
siete (eso indica la cifra 7 en la denominación de la batería) condensadores
tipo Д-0,1 acoplados en serie; la tensión inicial de la batería recién cargada
es de 9 V. La corriente de descarga que se recomienda para esta batería no debe
ser mayor de 20 mA. Si la capacidad nominal de la batería se divide por el
valor medio de la corriente consumida por la carga, el resultado que se obtiene
es aproximadamente igual a la duración de su funcionamiento continuo.
Presta atención a la forma de los terminales de los polos de la batería:
el positivo tiene la forma de enchufe hembra y el positivo, la de enchufe
macho, a ellos se conecta una regleta de conexión con contactos análogos. Así
se forma c! enchufe X (Figura 128c) a través del cual la tensión de la batería
se suministra al circuito del dispositivo que de ella se alimenta. Las formas
distintas de los terminales excluyen la posibilidad de conexiones erróneas de
los polos de estas baterías con sus cargas.
Los acumuladores en forma de disco y las baterías compuestas con ellos
se pueden cargar de los bloques de alimentación de las construcciones
transistorizadas a través de un resistor que extinga el exceso de tensión. Pero
para este fin se puede montar un simple dispositivo de carga, por ejemplo,
según el esquema que se da en la Figura 129.
Figura 129. Rectificador, sin transformador, para cargar acumuladores de
disco
Se trata de un rectificador de una alternancia, sin transformador, sobre
la base de un diodo Д226Б ó Д7Ж(V1). Los resistores R1 y R2, intercalados en el
circuito del rectificador, extinguen el exceso de tensión de la corriente
alterna. Cuando la red es de 220 V de tensión trabajan los dos resistores, cuya
resistencia total es de 9 kΩ. Pero si el dispositivo se conecta a una red de
127 V, el resistor R2 se cortocircuita por medio del interruptor S1. En este
caso el exceso de tensión lo extingue únicamente el resistor R1.
Si la red que vas a utilizar es de 110 ó 127 V, el resistor R2 y el
interruptor S1 puedes suprimirlos, y si es de 220 V, en vez de dos resistores
puedes poner uno solo, cuya resistencia sea de 9,1 Ω; en este caso el
interruptor también es innecesario.
Con las resistencias nominales de los resistores indicadas en el
esquema, la corriente de carga del acumulador será de 10 mA aproximadamente.
Para obtener una corriente de carga de otro valor hay que variar las
resistencias de los resistores R1 y R2. El acumulador se considera cargado
cuando su tensión alcanza 1,25-1,3 V.
Si para alimentar el dispositivo radiotécnico se utiliza no uno, sino
varios acumuladores acoplados en serie, la batería así formada debe cargarse
entera (como la batería 7Д-0,1), y no cada condensador por separado, asegurando
buenos contactos entre ellos. La corriente de carga sigue siendo la misma que
para un acumulador.
Paso a tratar de la utilización de la red del alumbrado para la
alimentación de las construcciones a base de transistores. Empezaré por el
rectificador.
§. Rectificador
Por la charla sexta ya sabes que si como fuente de alimentación de un receptor
o amplificador se utiliza la red del alumbrado, la corriente alterna de la red
tiene que ser rectificada obligatoriamente, es decir, transformada en corriente
de un sólo sentido. La rectificación de la corriente alterna se realiza por
medio de diodos semiconductores. ¿Te acuerdas de sus propiedades eléctricas? El
diodo semiconductor conduce bien la corriente en un sentido, el directo, y muy
mal en el opuesto, el inverso. Para simplificar, vamos a suponer, como ya
hicimos antes, que el diodo no deja pasar en absoluto la corriente de sentido
inverso.
Los rectificadores de los bloques de alimentación de los aparatos de
transistores, los construyen de ordinario los aficionados a la radio por el
esquema que puedes ver en la Figura 130.
Figura 130. Esquema del rectificador del bloque de alimentación
Compáralo con el esquema, que ya conoces, de la Figura 73. Son análogos.
Sólo que en aquél la polaridad de los diodos era otra y estaban conectados
directamente en los brazos del puente de rectificación, mientras que en éste
han sido sustituidos por una imagen del diodo dentro del cuadrado que simboliza
al puente rectificador. Si quieres seguir todo el camino que recorre la
corriente rectificada por los diodos V1 a V4, inclúyelos en los lados del
cuadrado.
Voy a recordarte lo esencial del funcionamiento de este rectificador. El
transformador T, llamado de red o de alimentación, reduce la tensión de la red
del alumbrado hasta cierto valor necesario, y los diodos V1 a V4, conectados
según el esquema del puente, la rectifican. El condensador del filtro Cf,
conectado en paralelo a la diagonal del puente, atenúa las pulsaciones de la
tensión rectificada por el puente. El resistor Rc simboliza al
receptor, al amplificador de audiofrecuencia o a cualquier otra carga del
rectificador. La tensión en el condensador Cf, que es el elemento de
salida del rectificador, es igual al producto de la tensión del devanado
secundario UII del transformador por 1.4 (√2).
El transformador de red, que es la base del bloque de alimentación,
puedes hacerlo tú mismo utilizando para él un circuito magnético adecuado de
otro transformador. La potencia de este transformador no debe ser menor que la
de la corriente que consume la carga del rectificador. Te aclararé esto con un
ejemplo concreto de elección del circuito magnético. Supongamos que la tensión
de alimentación del amplificador de audiofrecuencia construido por ti debe ser
de 12 V con una corriente de 300 mA (0,3 A). Por lo tanto, la potencia de la
corriente del rectificador que consume el amplificador será:
P = Uc × Ic = 12 ×0,3 = 3.6 V
Teniendo en cuenta las inevitables pérdidas que se producen durante la
transformación y la rectificación de la corriente alterna, la potencia del
transformador de red del bloque de alimentación debe ser de 5 W como mínimo. El
área de la sección del núcleo del circuito magnético correspondiente a la
potencia del transformador necesaria, se puede determinar por la fórmula
simplificada S = 1,3 × √Pr, en la que 1,3 es un coeficiente
promediado y Ptr, la potencia del transformador. Por consiguiente,
para nuestro ejemplo, el área de la sección mínima del circuito magnético del
transformador debe ser no menor de:
S = 1,3 × √Pr = 1,3√5 ≈ 3 cm2
El área de la sección del circuito magnético elegido sirve de parámetro
inicial para calcular los números de espiras de los devanados primario y
secundario del transformador de red del rectificador.
La experiencia demuestra que los circuitos magnéticos más a propósito
para tas construcciones de los aficionados a la radio son los de los
transformadores de salida de los receptores de radiodifusión de lámparas y los
de los canales de sonido de los televisores. El área de la sección de muchos de
ellos es de 4 a 5 cm2 y cualquiera de ellos se puede utilizar
para hacer el transformador de red del bloque de alimentación. Se debe preferir
el circuito magnético de mayor sección, ya que en este caso tendrán menos
espiras los devanados y si el transformador tiene más potencia que la
necesaria, eso no perjudicará.
El cálculo de los devanados del futuro transformador de red hazlo en el
orden siguiente. Primero determina el área del circuito magnético que hayas
elegido. Para eso, el grosor del conjunto de láminas (en centímetros)
multiplícalo por la anchura de la lengüeta de en medio de una lámina. Después
calcula el número de espiras por voltio de tensión, para la sección dada del
circuito magnético, por la fórmula simplificada w = = 50/S, en la que w es el
número de espiras; S, el área de la sección del circuito magnético, y 50, un
factor constante. El número de espiras que obtengas w multiplícalo por la
tensión en voltios que se le suministra al devanado primario y por la tensión
que debe proporcionar el secundario. Los productos de estas magnitudes dan el
número de espiras de cada devanado.
Supongamos que tú tienes un circuito magnético de láminas Ш-20; el
grosor del conjunto de láminas es de 25 mm y la anchura de la lengüeta, 20 mm.
Por lo tanto, el área de la sección será 2 × 2,5 = 5 cm2. La tensión
en la red es de 220 V (UI en la Figura 130), el devanado
secundario debe dar la tensión alterna UII, igual, por ejemplo, a 10
V. Determinamos el número de espiras que para el circuito magnético dado debe
corresponder a 1 V de tensión;
w = 50/S = 50/5 = 10 espiras.
Ahora es fácil hallar el número de espiras que debe tener cada devanado:
el primario, calculado para la tensión en la red de 220 V deberá tener 10× 220
= 2200 espiras, y el secundario, 10 × 10=100. Si el transformador debe
conectarse a una red cuya tensión sea menor que 220 V, por ejemplo, en una red
de 127 V, hay que calcular de nuevo solamente el número de espiras del devanado
primario. Para el primario puede utilizarse hilo ПЭВ-1 0,12 a 0,15, y para el
secundario, ПЭВ-1 0,55-0,62. Sobre el armazón arrolla primero el devanado
primario y después el secundario. El hilo de los devanados debes colocarlo en
filas compactas, espira junto a espira. Entre las filas interpón una o dos
capas de papel fino, y entre los devanados, tres o cuatro capas del mismo papel
o dos o tres de otro más grueso.
Los terminales de los devanados pásalos a través de orificios
practicados en las gualderas del armazón c inmediatamente haz en el las
correspondientes marcas.
Figura 131. Dispositivo para hacer los devanados del transformador
Los devanados del transformador conviene devanarlos valiéndose del
simple dispositivo que se muestra en la Figura 131. De eje del taco, que entra
ajustado en la abertura del armazón del transformador, sirve una varilla
metálica de 6 a 8 mm de diámetro acodada por uno de sus extremos en forma de
manivela. Esta varilla se apoya en los orificios que hay en dos montantes de
tabla. Con una mano giras el eje y con la otra conduces el hilo sobre el
armazón. El devanado se puede hacer también a mano, utilizando un taco más
largo provisto de mango para tenerlo en la mano. Presta atención a que el
arrollamiento del hilo sea uniforme y compacto y al aislamiento entre las filas
y los devanados. Si la primera condición no se cumple, el número requerido de
espiras de los devanados puede no caber en el armazón. Y si el aislamiento
entre las filas y entre los devanados no es seguro, al conectar el
transformador a la red éstos pueden perforarse, produciéndose entre ellos o
entre las espiras un cortocircuito y el transformador habrá que hacerlo de
nuevo.
Figura 132. Montaje del circuito magnético de un transformador de red
Las láminas del circuito magnético móntalas alternativamente (Figura
132) hasta llenar por completo la abertura del armazón, y apriétalas entre sí
con un engaste (o con espárragos y tuercas, envolviendo previamente aquellos en
papel para que a su través no hagan contacto las láminas). Si el circuito
magnético está mal apretado puede zumbar.
Y ahora...
§. Bloque de alimentación de la red
En esta parte de mi charla te voy a hablar del bloque de alimentación de la red
de corriente alterna ya terminado de los aparatos de transistores. Los
receptores o amplificadores que construyas podrás variarlos, simplificarlos o
complicarlos, pero para su alimentación utilizarás el mismo bloque.
Figura 133. Esquema básico del bloque de alimentación de las construcciones
transistorizadas
El bloque de alimentación que te ofrezco (Figura 133) es un rectificador
de onda entera con estabilizador y regulador de la tensión rectificada. La
tensión de la corriente continua se puede variar suavemente a su salida desde
aproximadamente 1 hasta 12 V con corriente de hasta 0.5 A. Esto significa que
el bloque se puede utilizar para alimentar prácticamente cualquier receptor o
amplificador de audiofrecuencias y los instrumentos de medida a base de
transistores.
Vamos a examinar la estructura y el funcionamiento de este bloque. El
devanado I del transformador de red T1 se conecta a la red del alumbrado de 220
V a través del fusible E1 y del interruptor S1. El devanado II del
transformador y los diodos V1...V4 están conectados según el esquema del puente
y forman el rectificador de onda entera. Esta parte del bloque de alimentación
ya la conoces por lo antedicho en esta charla (ve la Figura 130).
Al puente rectificador va conectado el condensador electrolítico C1, que
atenúa parcialmente las ondulaciones de la tensión rectificada. Desde él, la
tensión rectificada va a parar a la carga Rc a través del
estabilizador de tensión, que desempeña la función de filtro adicional del
rectificador y, al mismo tiempo, de regulador de la tensión de salida del
bloque de alimentación.
Sigue el circuito de alimentación de la carga Rc (receptor,
amplificador) que se conecta a los bornes X1 “-“ y X2 “+” del bloque. La
corriente en este circuito y, por consiguiente, la tensión en la carga, depende
del estado del transistor V7, intercalado en este circuito. Cuando este
transistor está abierto y la resistencia de su sección emisor-colector es
pequeña (de varios ohmios), toda la tensión del rectificador recae sobre la
carga Rc. En cambio, cuando el transistor está cerrado y la
resistencia de su sección emisor-colector se hace muy grande, casi toda la
tensión del rectificador recae sobre esta sección y la parte que le corresponde
a la carga es prácticamente nula. El estado del transistor V7 lo controla el
transistor V6, que a su vez está controlado por la tensión que llega a su base
procedente del cursor del resistor variable R2. Ambos transistores están
conectados según el esquema de colector común (amplificadores de emisor
servoasistido) y funcionan como un amplificador bietápico de corriente. La
carga del transistor V6 es la unión emisor p-n del transistor
V7 y el resistor R3, y la carga del transistor regulador V7, el circuito del
receptor o amplificador conectado a la salida del bloque.
El circuito de control del estabilizador de tensión lo forman el
estabilizador paramétrico, constituido por el resistor R1 y el diodo de
regulación de tensión V5, y el resistor variable R2 conectado a él. En virtud
del diodo V5 y del condensador C2, sobre el resistor variable (que respecto del
diodo V5 está conectado como potenciómetro, es decir, como divisor de tensión)
actúa una tensión continua igual a la de estabilización Uest que
se utiliza en el bloque del diodo regulador de tensión. En el bloque que describo
esta tensión es igual a 12 V. Cuando el cursor del resistor variable se
encuentra en la posición extrema inferior (según el esquema), el transistor de
control V6 está cerrado, ya que la tensión en su base (respecto del emisor) es
nula. El transistor regulador V7 también está cerrado en estas condiciones. A
medida que el cursor del resistor variable se desplaza hacia arriba, a la base
del transistor V6 llega tensión negativa de apertura y en su circuito emisor
surge corriente. Al mismo tiempo, la tensión negativa que incide sobre el
resistor R3 del emisor del transistor V6 abre el transistor V7 y en el circuito
exterior del bloque de alimentación aparece corriente. Cuanto mayor es la
tensión negativa en la base del transistor V6, tanto más se abren los
transistores, mayor es la tensión en la salida del bloque de alimentación y la
corriente en su carga.
La tensión máxima en la salida del bloque es casi igual a la tensión de
estabilización del diodo regulador de tensión V5 (Д813) y la corriente máxima
que consume la carga del bloque es igual al duplo de la corriente directa de
los diodos del rectificador. En el rectificador del bloque que estoy
describiendo se utilizan diodos de la serie Д226, cuya tensión rectificada
máxima es de 300 mA (0,3 A). Por consiguiente, la corriente máxima que consume
la carga del bloque de alimentación puede llegar a ser de 600 mA. Cuando la
corriente en la carga varía desde varios miliamperios hasta 280-300 mA, la
tensión en ella permanece prácticamente invariable.
Figura 134. Estructura del bloque de alimentación y esquema de fas
conexiones de sus elementos en la placa de montaje
Una posible estructura del bloque de alimentación se muestra en la
Figura 134a. Las líneas de trazos representan convencionalmente las aristas de
la caja de madera contra- chapada del bloque. Todos los elementos, excepto el
resistor variable R2 con el interruptor de alimentación SI, el resistor R4 y
los bornes, van montados en un panel (placa) de cartón baquelizado que se
atornilla a la base de la caja. Las dimensiones aproximadas de este panel y el
esquema de la disposición y conexiones de los elementos en él se muestra en la
Figura 134b. En este dibujo los elementos se representan, lo mismo que en el
esquema básico, esquemáticamente, y los conductores de conexión que se
encuentran debajo del panel, por líneas de trazos. El cuerpo del transistor V6
está dentro de un orificio (de 10 mm de diámetro) practicado en la placa. La
parte inferior del cuerpo del transistor V7 también se encuentra dentro de un
orificio (de 17 mm de diámetro) hecho en la placa y se sujeta a ella desde
arriba por medio de su brida. El resistor variable R2 (tipo TK o TKД) con el
interruptor S1 y los bornes de salida del bloque van sujetos a otro panel,
hecho de cartón baquelizado, textolita de fibra de vidrio o cualquier otro
material laminado aislante de 2 a 3 mm de espesor (en último caso se puede
hacer de madera contrachapada), que hace las veces de tapa de la caja. Dichos
elementos se conectan con los respectivos puntos del panel de montaje por medio
de conductores multifilares con aislamiento seguro. El resistor R4 va soldado
directamente a los bornes de salida.
El resistor R2, para potencia disipada menor de 0.5 W, debe ser del
grupo A, es decir, su resistencia entre la salida del cursor y cualquiera de
las salidas externas es directamente proporcional al ángulo de giro del eje.
Eso es necesario para que la escala de tensiones de salida sea lo más uniforme
posible. El factor h21E de los transistores puede ser pequeño,
por ejemplo, 15-20, lo importante es que estén en buenas condiciones. En vez
del transistor MП39 se puede emplear cualquiera otros transistores para baja
frecuencia y poca potencia (MП40-П42) y en vez del П213Б, los transistores
П214-P217 con cualquier índice literal. El potente transistor V7 conviene
ponerlo en un radiador. Los resistores R1 y R3 son del tipo MΛT para cualquier
potencia de disipación. Los condensadores electrolíticos son del tipo K50-6.
Sus capacidades pueden ser de más de 500 μF, con lo que se atenuarán mejor las
ondulaciones de la corriente rectificada. En lo que se refiere a sus tensiones
nominales, la del condensador debe ser no menor de 25 V, y la del C2, no
inferior a 15 V. El diodo regulador de tensión V5 es de la serie Λ813 o de las
semejantes a ella Д811 y 8l4ДГ, con tensión de estabilización de 12 V. Para el
propio rectificador, además de los diodos de la serie Д226 se pueden emplear
los Д1 con cualquier índice literal.
El transformador de red puedes hacer tú mismo como ya te dije en esta
charla.
Al montar los elementos del bloque de alimentación presta especial
atención a que la polaridad de conexión de los diodos, condensadores
electrolíticos y terminales de los transistores sea correcta. Una vez terminado
el montaje comprueba por el esquema básico si hay errores o conexiones
innecesarias. Sólo después de esto conecta el bloque a la red y comprueba su
aptitud para el trabajo. En cuanto conectes la alimentación mide con el
voltímetro de corriente continua la tensión en la salida del bloque. Cuando el
cursor del resistor variable R2 esté en la posición extrema superior (según el
esquema), dicha tensión debe ser igual a la nominal de estabilización del diodo
regulador de tensión (en nuestro caso a 12 V) e irá disminuyendo suavemente
hasta cero a medida que se gira el eje del resistor variable en sentido
contrario al de las agujas del reloj. Si por el contrario, con esta rotación
del eje del resistor aumenta la tensión, cambia de sitio entre si los
conductores que van a los bornes extremos de este regulador de la tensión de
salida del bloque.
Luego, en la interrupción del circuito del diodo regulador de tensión,
indicada con un aspa en la Figura 133, conecta el miliamperímetro y escoge un
resistor R1 con el cual la corriente en este circuito sea igual a 10-12 mA. Al
conectar a la salida del bloque una carga, cuyo papel puede ser desempeñado por
un resistor bobinado de 100 a 120 Ω de resistencia, la corriente a través del
diodo regulador de tensión debe disminuir hasta 6 u 8 mA, y la tensión en la
carga equivalente permanecer invariable.
Hecho esto, empieza a calibrar la escala del resistor variable R2, por
la cual, en adelante, vas a establecer la tensión que se suministra a una u
otra carga. Haz esto así. A los bornes de salida conecta un resistor de 430 a
470 Ω de resistencia, para cerrar el circuito exterior del bloque, y un
voltímetro de corriente continua. Después, gira suavemente el eje del resistor
variable y en un arco, trazado alrededor de dicho eje, haz las señales
correspondientes a las tensiones que indique el voltímetro.
Con esto se puede dar por terminado el reglaje del bloque de
alimentación.
¿Qué modificaciones o qué complementos se pueden introducir en este
bloque de alimentación?
Puede ocurrir que no dispongas del transistor П213Б u otro para potencia
media o grande. En vez de él puedes poner el transistor MП42. Pero en este caso
la corriente máxima que del bloque de alimentación puede consumir la carga no
deberá ser de más de 40 50 mA. De momento eso satisfará tus necesidades; más
tarde podrás sustituir este transistor por otro para gran potencia.
Figura 135. Introducción en el bloque de un indicador la conexión de
alimentación (a) y un voltímetro para la tensión de salida (b)
Al devanado secundario del transformador se puede conectar una lamparita
de incandescencia para conmutadores In1 (Figura 135a), calculada para la
tensión de 12 V, y sujetarla en el panel superior frontal. Esta lamparita, al
encenderse, indicará que el bloque está conectado, a la red.
El bloque se puede completar con un voltímetro y por él, en vez de por
la escala del resistor variable, establecer la tensión de salida necesaria. El
esquema de conexión de este instrumento de medida a la salida del bloque se
muestra en la Figura 135b. Para este fin sirve cualquier instrumento pequeño,
de sistema magnetoeléctrico, para corriente de 1 a 5 mA. La resistencia
aproximada del resistor adicional, que limita la corriente que puede pasar por
el voltímetro PU1, calcúlala por la fórmula, deducida de la ley de Ohm, R =
U/I, en la que U es la tensión máxima en la salida del bloque de alimentación,
e I, la corriente máxima para la cual está calculado el instrumento de medida.
Así, por ejemplo, si el instrumento es para 5 mA y la tensión de salida del bloque
es de 12 V, el resistor Rad deberá tener una resistencia de
cerca de 2400 Ω. La escala del instrumento se calibra valiéndose de un
voltímetro piloto.
El voltímetro, lo mismo que el resistor variable, se puede colocar en el
panel frontal del bloque.
En el bloque de alimentación se puede introducir también un indicador de
sobrecarga. Eso conviene hacerlo porque los transistores que funcionan en el
estabilizador de tensión no aguantan sobrecargas. Lo más peligroso es un
cortocircuito entre los bornes de salida o entre los conductores de corriente
de la construcción que se conecta al bloque. En este caso a través del
transistor regulador V7 puede pasar una corriente excesivamente grande para él,
y puede producir la perforación térmica del transistor y su inutilización.
Figura 136. Introducción en el bloque de alimentación de un indicador de
sobrecarga
El indicador de sobrecarga más simple (Figura 136) consiste en un
resistor R5 y una lámpara de incandescencia In2 conectada en paralelo con él.
Este indicador se intercala en una interrupción del circuito entre el
condensador de filtrado C1 y el diodo regulador de tensión paramétrico R1V5. A
medida que crece la corriente de carga, aumenta la caída de tensión en el
filamento de la lámpara In2 y en el resistor R8. La resistencia de éste se
elige de tal manera que cuando la corriente de carga sea de 200 a 250 mA el
filamento de la lámpara empiece a incandeser de modo perceptible a la vista, y
cuando dicha corriente sea mayor de 500 mA, brille intensamente indicando la
sobrecarga del bloque de alimentación.
El resistor R5 es bobinado para una potencia de disipación mínima de 10
W. Emplea para hacerlo alambre de alta resistencia, de manganina, nicromo o
constantán de 0.18 a 0,2 mm de diámetro. Devánalo sobre el armazón de un
resistor MΛT-0,5 o MΛT-1,0. La lámpara de señalización H2 debe ser de
conmutador, KM6-60 (6V×60 mA) o MH6.3-0.26 (6.3 V×0.26 A). Colócala en el
panel, por la parte de dentro, no lejos del resistor variable R2 y el orificio
(que debes hacer frente a ella) cúbrelo con una película roja transparente.
Este sencillo dispositivo de señalización te ayudará, en caso de sobrecarga del
bloque de alimentación, a evitar que se estropeen los transistores del
estabilizador de tensión.
¿Debe tener siempre estabilizador de tensión el bloque de alimentación?
No. No es necesario, por ejemplo, para el rectificador del bloque de
alimentación de un amplificador de audiofrecuencias de elevada potencia de
salida, y para algunos otros aparatos que no requieren atenuación escrupulosa
de las ondulaciones de la tensión rectificada.
Para terminar quiero recordarte una vez más lo siguiente: Cuando uses el
bloque de alimentación de la red no olvides que en el circuito del devanado
primario de su transformador actúa una tensión bastante alta.
¡Ten cuidado!
Charla 11
Amplificador de audiofrecuencia
Contenido:
§. Etapas del amplificador
§. Un amplificador simple de dos etapas
§. Estabilización del régimen de funcionamiento de un transistor
§. Amplificador de potencia en contrafase
§. Parámetros del amplificador de audiofrecuencia
§. Altavoces dinámicos de radiación directa
§. Amplificador de audiofrecuencia con potencia de salida elevada
§. Tocadiscos
* * * *
El amplificador de las oscilaciones de audiofrecuencia es una parle
integrante de todo receptor de radio, radiola, televisor o magnetófono moderno.
Este amplificador es la base de la radiodifusión por hilo, de muchos
instrumentos de medida, de la automatización y la técnica de calcular
electrónica y de las instalaciones cibernéticas. Pero en esta charla coy a
hablarte de muy poco: de los elementos y del funcionamiento de los
amplificadores transistorizados que se emplean en una rama muy limitada de la radiotecnia,
en la amplificación y transformación de las oscilaciones eléctricas de
audiofrecuencia en sonido.
§. Etapas del amplificador
Se entiende por etapa amplificadora el transistor con los resistores,
condensadores y demás elementos que crean las condiciones para su
funcionamiento como amplificador. El amplificador que hiciste para el receptor
de cristal (ve la Figura 87) era de una etapa. Su transistor podía ser
compuesto (ve la Figura 90), pero el amplificador seguía siendo de una etapa.
Un amplificador transistorizado de una sola etapa es incapaz de asegurar la
amplificación suficiente de la señal de frecuencia acústica para reproducir el
sonido en un altavoz.
Para eso el amplificador de transistores tiene que ser, por lo menos, de
dos etapas. En los amplificadores con varias etapas éstas pueden ser de
amplificación previa y de salida o finales. Se llama etapa de salida la final
del amplificador, que funciona para los auriculares o para el motor del
altavoz, y previas son las etapas que preceden a la de salida.
La misión de la etapa o etapas previas de amplificación consiste en
aumentar la tensión de audiofrecuencia hasta el valor necesario para que
funcione el transistor de la etapa de salida. Del transistor de la etapa de
salida se requiere que eleve la potencia de las oscilaciones de frecuencia
acústica hasta el nivel necesario para el funcionamiento del motor dinámico del
altavoz.
Para las etapas de salida de los amplificadores transistorizados más
simples, los radioaficionados suelen utilizar transistores para poca potencia
iguales que los de las etapas de amplificación previa. Esto se explica por el
deseo de que el amplificador sea más económico, lo que tiene especial
importancia para las construcciones portátiles con alimentación por baterías.
La potencia de salida de estos amplificadores es pequeña-de varias decenas de
mW a 100-150 mV, pero suficiente para el funcionamiento de los auriculares o
los motores dinámicos de poca potencia de los altavoces. Si el problema del
ahorro de energía de las fuentes de alimentación no tiene tanta importancia,
por ejemplo, si los amplificadores se alimentan de la red del alumbrado, en las
etapas de salida se utilizan transistores potentes.
¿Cuál es el principio de funcionamiento de un amplificador de varias
etapas?
El esquema de un sencillo amplificador de audiofrecuencias
transistorizado de dos etapas puedes verlo en la Figura 137.
Figura 137. Amplificador bietápico
Examínalo atentamente. En la primera etapa del amplificador funciona el
transistor V1 y en la segunda, el V2. Aquí la primera etapa es la de
amplificación previa y la segunda, la de salida. Entre ellas se encuentra el
condensador separador C2. El principio de funcionamiento de cualquiera de las
etapas de este amplificador es análogo al principio básico del funcionamiento
del amplificador de una etapa que ya conoces. La diferencia consiste únicamente
en los elementos: de carga el transistor de la primera etapa V1 sirve el
resistor R2, y de carga del transistor V2, de la etapa de salida, los
auriculares 131 (o si la señal de salida es suficientemente potente, el motor
del altavoz). La tensión de polarización a la base del transistor de la primera
etapa llega a través del resistor R1, y a la base del transistor de la segunda
etapa, a través del resistor R3. Ambas etapas se alimentan de una fuente común
Ufa, la cual puede ser una batería de pilas o un rectificador. El
régimen de funcionamiento de los transistores se establece eligiendo los
resistores R1 y R3, lo que en el esquema se indica por medio de asteriscos.
La acción del amplificador en conjunto consiste en lo siguiente. La
señal eléctrica, que a través del condensador C1 llega a la entrada de la
primera etapa, es amplificada por el transistor VI, con el resistor de carga
R2, y a través del condensador separador C2, pasa a la entrada de la segunda
etapa. En ella es amplificada por el transistor V2 y los auriculares B1
conectados al circuito colector del transistor, la transforman en sonido.
¿Qué papel desempeña el condensador C1 a la entrada del amplificador?
Cumple dos misiones: deja pasar libremente la tensión alterna de la señal al
transistor y evita el cierre de la base al emisor a través de la fuente de la
señal. Figúrate que este condensador no existe en el circuito de entrada y que
de fuente de la señal que se amplifica sirve un micrófono electrodinámico de
poca resistencia interna. ¿Qué ocurrirá? Que a través de la pequeña resistencia
del micrófono la base del transistor resultará unida con el emisor. El
transistor se cerrará, puesto que funcionará sin tensión de polarización
inicial. Sólo se abrirá durante los semiperiodos negativos de la tensión de la
señal. Y los semiperiodos positivos que cerrarán aún más el transistor, serán
'‘cortados” por él. Como resultado, el transistor distorsionará la señal que
amplifica.
El condensador C2 acopla las etapas del amplificador por la tensión
alterna. Debe dejar pasar bien la componente alterna de la señal que se
amplifica y detener la componente continua del circuito colector del transistor
de la primera etapa. Si junto con la componente alterna condujera el
condensador la corriente continua, el régimen de funcionamiento del transistor
de la etapa de salida se alteraría y el sonido seria distorsionado o
desaparecería por completo.
Los condensadores que desempeñan estas funciones se llaman condensadores
de acoplamiento de enlace entre etapas o separadores.
Los condensadores de entrada y los de enlace entre etapas deben dejar
pasar bien toda la banda de frecuencias de la señal a amplificar, desde las más
bajas hasta las más altas. Esta condición la cumplen los condensadores con
capacidad mínima de 5 μF. La utilización de condensadores de acoplamiento de
grandes capacidades en los amplificadores transistorizados se explica porque
las resistencias de entrada de los transistores son relativamente pequeñas. El
condensador de acoplamiento ofrece a la corriente alterna una resistencia
capacitiva (capacitancia) que será tanto menor cuanto mayor sea su capacidad.
Si ésta resulta ser mayor que la resistencia de entrada del transistor, sobre
aquél recaerá tina parte de tensión de la corriente alterna mayor que sobre la
resistencia de entrada del transistor, por lo que se producirá una pérdida de
amplificación. La capacitancia del condensador de acoplamiento debe ser por lo
menos de 3 a 5 veces menor que la resistencia de entrada del transistor. Por
eso en la entrada, y también para el enlace entre las etapas de transistores,
se ponen condensadores de grandes capacidades. Aquí se emplean condensadores
electrolíticos de pequeñas dimensiones, observando obligatoriamente la
polaridad de sus conexiones.
Éstas son las particularidades más características de los elementos del
amplificador de audiofrecuencias transistorizado de dos etapas.
Para fijar en la memoria el principio de funcionamiento de un
amplificador de audiofrecuencias transistorizado de dos etapas te propongo
montar, ajustar y comprobar el funcionamiento de varias variantes del mismo.
§. Un amplificador simple de dos etapas
Los esquemas básicos de dos variantes de este amplificador se dan en la Figura
138.
Figura 138. Amplificador bietápico de audiofrecuencia: de transistores p-n-p
(a); de transistores n-p-n (b)
En esencia son una repetición del esquema que hemos examinado del
amplificador de transistores. Únicamente se diferencian en que en ellos se dan
los datos de los elementos y se han introducido otros tres elementos
adicionales: los R1, C3 y S1.
El resistor R1 es la carga de la fuente de oscilaciones de frecuencia
acústica (un receptor de cristal detector o un fonocaptor); C3 es el
condensador que bloquea al motor D1 del altavoz por las frecuencias acústicas
altas, y S1 el interruptor de alimentación.
En el amplificador de la Figura 138 a funcionan transistores de
estructura p-n-p, y en el de la Figura 138b, transistores de
estructura n-p-n.
A esto se debe que la polaridad de conexión de las baterías que los
alimentan sea distinta: a los colectores de los resistores de la primera
variante del amplificador se hace llegar la tensión negativa, y a los
colectores de los de la segunda, la tensión positiva. La polaridad de conexión
de los condensadores electrolíticos también es distinta. En todo lo demás estos
amplificadores son exactamente iguales.
En cualquiera de estas variantes del amplificador pueden funcionar
transistores con factor estático de transferencia de corriente h21E: de
20 a 30 y mayor. En la etapa de preamplificación (primera) hay que poner un
transistor con gran factor h21E. El papel de la carga B1 de la etapa
de salida lo pueden desempeñar unos auriculares, una cápsula telefónica ДЭМ-4 o
un altavoz de abonado. Para alimentar el amplificador se emplea una batería
3336Λ o un bloque de alimentación de la red del alumbrado (del cual ya se ha
hablado).
El amplificador móntalo previamente en placa maqueta para poder
estudiarlo detalladamente y aprender a ajustarlo, después de lo cual puedes
trasladar sus elementos a la placa permanente.
Primero monta en la placa maqueta solamente los elementos de la primera
etapa y el condensador C2. Entre el terminal derecho (según el esquema) de este
condensador y el conductor puesto a tierra de la fuente de alimentación conecta
los auriculares. Si ahora se une la entrada del amplificador con los enchufes
de salida de un receptor de cristal detector, sintonizado a una estación de
radio cualquiera, o se conecta a ella un fonocaptor y se toca un disco de
gramófono, en los auriculares se oye el sonido de la estación emisora o la
música grabada en el disco. Eligiendo la resistencia del resistor R2 (lo mismo
que para ajustar el régimen de funcionamiento del amplificador con un solo
transistor, de lo cual ya te hablé en la charla séptima), consigue que el volumen
sea máximo. En estas condiciones, si se conecta al circuito colector del
transistor un miliamperímetro, este debe indicar una corriente de 0,4 a 0.6 mA.
Cuando la tensión de la fuente de alimentación es de 4,5 V éste es el régimen
más conveniente de funcionamiento del transistor.
Después monta los elementos de la segunda etapa (de salida) del
amplificador y conecta los auriculares al circuito colector de su transistor.
Ahora los auriculares deben sonar con mucha más intensidad. El volumen del
sonido puede ser aún mayor después de que, eligiendo el resistor R4, se
establece en el transistor la corriente colectora de 0,4 a 0,6 mA.
También se puede proceder de otra forma: se montan todos los elementos
del amplificador, se establecen los regímenes recomendados de los transistores
(por las corrientes en los circuitos colectores o por las tensiones en los
colectores de los transistores) eligiendo convenientemente los resistores R2 y
R4, y sólo después de hacer esto se comprueba el funcionamiento por
reproducción del sonido. Esta vía es más técnica. Para un amplificador
más -A complejo, como los que tendrás que usar principalmente,
es la única correcta.
Creo que habrás comprendido que mis consejos sobre el ajuste del
amplificador de dos etapas son válidos en igual medida para sus dos variantes.
Si los factores de transmisión de corriente de sus transistores son
aproximadamente iguales, los volúmenes del sonido en los auriculares, cargas de
los amplificadores, deberán ser iguales. Pero como ya he dicho antes, la carga
del amplificador puede ser una cápsula telefónica ДЭМ-4 o un altavoz de
abonado. En este caso el régimen de trabajo del transistor de salida debe ser
otro. Con la cápsula ДЭМ-4, cuya resistencia es de 60 Ω, la corriente de reposo
del transistor de dicha etapa hay que aumentarla (disminuyendo la resistencia
del resistor R4) hasta 4-6 mA, y con el altavoz de abonado (cuyo transformador
adaptador, que se utiliza como transformador de salida, tiene un devanado
primario de resistencia aún menor), hasta 8 a 10 mA.
El esquema básico de una tercera variante del amplificador de dos etapas
se da en la Figura 139. La particularidad de este amplificador es que en su
primera etapa funciona un transistor de estructura p-n-p y en
la segunda, otro de estructura n-p-n. La base del segundo
transistor está acoplada al colector del primero no a través de un condensador
de enlace entre las etapas, como en los amplificadores de las dos primeras
variantes, sino directamente o, como suele decirse, por acoplamiento galvánico.
Con este tipo de acoplamiento se amplía la gama de frecuencias de las
oscilaciones que se amplifican y el régimen de funcionamiento del segundo
transistor viene determinado en lo fundamental por el régimen de funcionamiento
del primero, que se establece eligiendo el resistor R2.
Figura 139. Amplificador de transistores de distinta estructura
En este amplificador sirve de carga del transistor de la primera etapa
no el resistor R3, sino la unión emisora p-n del segundo
transistor. El resistor es necesario únicamente como elemento de polarización:
la caída de tensión que en él se crea abre el segundo transistor. Si este
transistor es de germanio (MП35-MП38), la resistencia del resistor R3 puede ser
de 680 a 750 Ω, y si es de silicio, por ejemplo, de la serie KT315 de alrededor
de 3 kΩ.
Desgraciadamente, la estabilidad del funcionamiento de este amplificador
cuando varia la tensión de alimentación o la temperatura no es alta. En lo
demás, todo lo dicho con referencia a los amplificadores de los dos primeros
tipos también se refiere a este amplificador.
¿Se puede alimentar el amplificador de una fuente de corriente continua
de 9 V de tensión, por ejemplo de dos baterías 3336Λ, o, por el contrario, de
una fuente de 1.5 a 3 V de tensión, de una o dos pilas 332 ó 316? Claro que sí:
con una tensión más alta de la fuente de alimentación de la carga del
amplificador, el altavoz debe sonar con más intensidad, y con una más baja, con
menos, intensidad. Pero en este caso el régimen de los transistores debe ser
algo distinto. Además, si la tensión de la fuente de alimentación es de 9 V,
las tensiones nominales de los condensadores electrolíticos C2 de las dos
primeras variantes del amplificador deben ser de 10 V como mínimo. Mientras los
elementos del amplificador estén montados en la placa maqueta, todo esto es fácil
de comprobar experimentalmente y sacar las consecuencias correspondientes.
Montar los elementos del amplificador ya ajustado en la placa permanente
no es difícil.
Figura 140. Placa de montaje del amplificador bietápico de audiofrecuencia
Como ejemplo, en la Figura 140 se muestra la placa de montaje del
amplificador de la primera variante (según el esquema de la Figura 138a). Corta
la placa con una sierra de una hoja de cartón baquelizado o de textolita de 1,5
a 2 mm de espesor. Sus dimensiones, indicadas en la figura, son aproximadas y
dependen de las de los elementos de que dispongas. Por ejemplo, en el esquema
la potencia que se indica de los resistores es de 0.125 W y la capacidad de los
condensadores electrolíticos, de 10 μF cada uno. Pero eso no significa que sólo
esos elementos puedan ponerse en el amplificador. Las potencias de dispersión
de los resistores pueden ser cualesquiera. En vez de los condensadores
electrolíticos K50-3 o K52-1, que se indican en la placa de montaje, pueden
utilizarse condensadores K50-6, y además para tensiones nominales mayores. En
dependencia de los elementos de que dispongas puede variar también el esquema
de montaje del amplificador.
Del montaje mismo te hablé en la charla nueve. Si te has olvidado,
vuelve a leerla.
Cualquiera de los amplificadores de que te he hablado en esta charla te
servirá en el futuro, por ejemplo, para un receptor transistorizado portátil.
Ahora, continuando la charla dedicada a los amplificadores, voy a
hablarte de la estabilización del régimen de funcionamiento de los
transistores.
§. Estabilización del régimen de funcionamiento de un transistor
Un amplificador de la primera o segunda variante (según los esquemas de la
Figura 138) montado y reglado en un local, funciona mejor en él que en la
calle, donde se encuentra bajo la influencia de los calientes rayos del sol
estival o de las heladas invernales. ¿Por qué ocurre eso? Porque,
desgraciadamente, con la elevación de la temperatura el régimen de
funcionamiento del transistor se altera. El origen de eso es la corriente
inversa no controlada del colector ICBI y la variación del
factor estático de transferencia de corriente h21E al variar la
temperatura.
En principio, la corriente ICBI es pequeña. En los
transistores de germanio para baja frecuencia y pequeña potencia, por ejemplo,
esta corriente, medida con una tensión inversa de 5 V en la unión
colectora p-n y a la temperatura de 20 ºC, no supera 20 a 30
μA, y en los transistores de silicio es menor de 1 μA. Pero cambia mucho por la
acción de la temperatura. Si la temperatura aumenta en 10 C, la corriente ICBI del
transistor de germanio, aproximadamente, se duplica, y la del de silicio
aumenta 2.5 veces. Si, por ejemplo, a 20 ºC la corriente ICBI del
transistor de germanio es de 10 μA, cuando la temperatura aumenta hasta 60 ºC
crece aquélla, aproximadamente, hasta 160 μA.
La corriente ICBI caracteriza solamente las propiedades
de la unión colectora p-n. Pero en las condiciones reales de
funcionamiento, la tensión de la fuente de alimentación resulta estar aplicada
a dos uniones p-n, la colectora y la emisora. En este caso la
corriente inversa del colector pasa también a través de la unión emisora y es
como si se amplificara a sí misma. Como resultado, el valor de la corriente no
controlada, que varia bajo la acción de la temperatura, aumenta en varias
veces. Y cuanto mayor es su parte en la corriente colectora tanto más inestable
es el régimen de funcionamiento del transistor en distintas condiciones de
temperatura. El aumento del factor de transferencia de corriente h21E con
la temperatura, refuerza este efecto.
¿Qué ocurre en estas condiciones en la etapa, por ejemplo, en el
transistor V1 del amplificador de la primera o de la segunda variante? Con el
aumento de la temperatura, la corriente común del circuito colector aumenta,
produciendo una caída de tensión cada vez mayor en el resistor de carga R3 (ve
la Figura 138). En cambio, la tensión entre el colector y el
emisor disminuye al ocurrir esto, lo que hace que surja una señal
distorsionada. Si la temperatura sigue subiendo, la tensión en el colector
puede hacerse tan pequeña que el transistor deje por completo de amplificar la
señal de entrada.
La influencia de la temperatura sobre la corriente colectora sólo se
puede disminuir utilizando transistores con corriente ICBI muy
pequeña en los aparatos, por ejemplo, transistores de silicio destinados a
funcionar con oscilaciones importantes de la temperatura, o, tomando medidas
especiales para estabilizar térmicamente el régimen de funcionamiento de los
transistores.
Uno de los procedimientos para la estabilización térmica del régimen de
un transistor de germanio de estructura p-n-p se muestra en el
esquema de la Figura 141a.
Figura 141. Etapas de amplificación con estabilización térmica del régimen
de funcionamiento de los transistores
En él, como puedes ver, el resistor de base Rb está
conectado no al conductor de singo menos de la fuente de alimentación, sino al
colector del transistor. ¿Qué da esto? Que al aumentar la temperatura, la
corriente colectora creciente hace que aumente la caída de tensión en la carga
Rc y que disminuya la tensión en el colector. Y como la base
está unida (a través del resistor Rb) con el colector, en ella
también disminuye la tensión de polarización negativa, lo que a su vez hace que
disminuya la corriente colectora. Se obtiene un acople de reacción entre los
circuitos de salida y de entrada de la etapa (la corriente colectora creciente
hace que disminuya la tensión en la base, con lo que automáticamente disminuye
la corriente colectora). Se produce así la estabilización del régimen de
funcionamiento dado del transistor.
Pero durante el funcionamiento del transistor, entre su colector y la
base, a través del mismo resistor Rb, surge una reacción negativa
por la corriente alterna, lo que hace que disminuya la amplificación total de
la etapa. De este modo, la estabilización del régimen del transistor se
consigue a costa de una perdida en la amplificación. Es una lástima, pero no
hay más remedio que aceptar esta pérdida para poder conservar durante las
variaciones de la temperatura del transistor el funcionamiento normal del amplificador.
Existe, sin embargo, un procedimiento de estabilización del régimen de
funcionamiento del transistor con pérdidas algo menores en la amplificación,
pero eso se consigue complicando la etapa. El esquema de este amplificador se
da en la Figura 141b. El régimen de reposo del transistor por la corriente
continua y la tensión sigue siendo el mismo: la corriente del circuito colector
es de 0,8 a 1 mA, la tensión negativa de polarización en la base, respecto del
emisor, es de 0,1 V (1,5 — 1,4 = 0,1 V). Pero el régimen se establece con ayuda
de los dos resistores adicionales Re2 y Rc. Los
resistores Rb, y Rb2 forman un divisor, con el cual
se mantiene en la base una tensión estable. El resistor del emisor Re es
un elemento de estabilización térmica. La termoestabilización del régimen del
transistor transcurre del modo siguiente. A medida que aumenta la corriente
colectora bajo la acción del calor, aumenta la caída de tensión en el resistor
Rc. Con esto, la diferencia de tensión entre la base y el emisor
disminuye, lo que automáticamente hace que disminuya la corriente colectora. Se
obtiene la misma reacción, sólo que ahora entre el emisor y la base, en virtud
de la cual el régimen del transistor se estabiliza.
Tapa con un trozo de papel o con el dedo el condensador Cc,
conectado en paralelo con el resistor Rc y, por consiguiente,
que lo shunta. ¿Qué te recuerda ahora este esquema? Una etapa con el transistor
conectado según el esquema CC (repetidor emisor). Por lo tanto, durante el
funcionamiento del transistor, cuando en el resistor Rc se
produce la caída de tensión no sólo de la componente continua, sino también de
la alterna, entre el emisor y la base surge una reacción negativa del 100% por
la tensión alterna, con la cual la amplificación de la etapa es menor que la
unidad. Pero esto puede ocurrir solamente cuando no está el condensador Cc.
Este condensador crea una vía paralela por la cual, sin pasar por el resistor Rc,
va la componente alterna de la corriente colectora que pulsa con la frecuencia
de la señal que se amplifica, y la reacción negativa no se produce. La
capacidad de este condensador debe ser tal que no ofrezca resistencia
apreciable alguna a las frecuencias más bajas de la señal que se amplifica. En
la etapa de amplificación de audifrecuencias a esta condición puede responder
un condensador electrolítico de 10 a 20 μF de capacidad.
Un amplificador con este sistema de estabilización del régimen del
transistor es prácticamente insensible a las oscilaciones de la temperatura y
también a la sustitución de los transistores, lo cual tiene no menor
importancia.
¿Debe estabilizarse precisamente así el régimen de funcionamiento del
transistor en todos los casos? Claro que no. Porque todo depende del fin a que
se destina el amplificador. Si éste va a funcionar siempre en condiciones
domésticas, en que las variaciones de temperatura sean insignificantes, la
termoestabilización rígida no es obligatoria. Pero si piensas construir un
amplificador o un receptor que funcione establemente tanto en casa como en la
calle, tendrás que estabilizar el régimen de los transistores incluso a costa
de complicar la construcción con elementos adicionales.
§. Amplificador de potencia en contrafase
Cuando al principio de esta charla hablaba yo de la misión de las etapas del
amplificador, dije como con anticipación que en las etapas de salida, que son
amplificadores de potencia, los radioaficionados utilizan los mismos
transistores para poca potencia que en las etapas de amplificación de la
tensión. Entonces es natural que pudiera plantearse, y quizá se planteara, la
siguiente pregunta: ¿Cómo se consigue eso? Ahora te voy a responder a ella.
Esas etapas se llaman amplificadores de potencia en contrafase. Pueden
ser de transformador, es decir, amplificadores en que se utiliza un
transformador, o sin transformador. En tus construcciones emplearás los dos
tipos de amplificadores en contrafase de las oscilaciones de audiofrecuencia.
Examinemos el principio en que se basa su funcionamiento.
El esquema simplificado de una etapa de amplificación de potencia en
contrafase, con transformador, y las gráficas que ilustran su funcionamiento se
dan en la Figura 142. En ella, como puedes ver, hay dos transformadores y dos
transistores. El transformador T1, interetápico, es el que enlaza la penúltima
etapa con la entrada del amplificador de potencia, y el T2, es el de salida.
Figura 142. Amplificador de potencia bietápico con transformadores y
gráficas ilustrativas de su funcionamiento
Los transistores V1 y V2 están conectados según el esquema EC. Sus
emisores, lo mismo que el terminal medio del devanado secundario del
transformador interetápico, están "puestos a masa”, es decir, conectados
con el conductor común de la fuente de alimentación Ufa. La tensión
negativa de alimentación llega a los colectores de los transistores a través
del devanado primario del transformador de salida T2: al colector del
transistor V1, a través de la sección Ia, y al colector del
transistor V2, a través de la sección Ib. Cada transistor, y la
sección que le corresponde del devanado secundario del transformador
interetápico, y el devanado primario del transformador de salida forman un
amplificador ordinario como los que ya conoces.
Figura 143. Amplificador de potencia bietápico sin transformadores
De esto es fácil convencerse tapando con una hoja de papel uno de los
brazos de la etapa. Pero juntos forman el amplificador de potencia en
contrafase.
Lo esencial del funcionamiento del amplificador en contrafase consiste
en lo siguiente. Las oscilaciones de audiofrecuencia (gráfica aen la Figura
142) de la penúltima etapa llegan a las bases de ambos transistores de manera
que las tensiones en ellas varían en todo instante en sentidos opuestos, es
decir, en contrafase. Con esto los transistores funcionan sucesivamente, a
razón de dos cadencias por cada período de la tensión suministrada. Cuando, por
ejemplo, a la base del transistor V1 llega la semionda negativa, éste se abre y
a través de la sección Ia del devanado primario del
transformador de salida pasa solamente la corriente de este transistor (gráfica
b). Durante este tiempo el transistor V2 está cerrado, ya que a su base llega
la semionda de tensión positiva. En el semiperíodo siguiente ocurre lo
contrario: la semionda positiva llega a la base del transistor V1 y la negativa
a la base del V2. Ahora se abre el transistor V2 y a través de la sección Ib del
devanado primario del transformador de salida pasa la corriente de su colector
(gráfica c), y el transistor V1, cerrándose, “descansa”. Y así ocurre en cada
periodo de las oscilaciones acústicas que llegan al amplificador. En el
devanado del transformador se suman las corrientes colectoras de ambos transistores
(gráfica d) y, como resultado, a la salida del amplificador se obtienen
oscilaciones eléctricas de frecuencia acústica más potentes que a la del
amplificador ordinario. El altavoz dinámico B, conectado al devanado secundario
del transformador, transforma estas oscilaciones en sonido.
Ahora, utilizando el esquema de la Figura 143, vamos a examinar el
principio de funcionamiento de un amplificador de potencia sin transformador.
En él hay también dos transistores, pero de diferentes estructuras: la del
transistor V1 es p-n-p,y la del V2,n-p-n. Por la
corriente continua los transistores están acoplados en serie, formando una
especie de divisor de la tensión de la corriente continua de la fuente de
alimentación. En este caso en el colector del transistor V1, respecto del punto
medio entre ellos, llamado punto de simetría, se crea una tensión negativa
igual a la mitad de la tensión de la fuente de alimentación, y en el colector
del transistor V2, una positiva, también igual a la mitad de la tensión Ufa de
la fuente de alimentación. El altavoz dinámico B está conectado a los circuitos
emisores de los transistores: al del transistor V1 a través del condensador C1.
De esta forma, los transistores, atendiendo a la corriente alterna, están
conectados según el esquema CC (repetidores emisores) y funcionan con una carga
común, el altavoz dinámico B.
Sobre las bases de ambos transistores del amplificador actúa una tensión
alterna, igual tanto en valor como en frecuencia, que llega de la penúltima
etapa. Y como los transistores tienen estructuras distintas, funcionan
sucesivamente, en dos cadencias: con la semionda de tensión negativa sólo se
abre el transistor V1 y en el circuito altavoz B -condensador C2 surge un
impulso de corriente colectora (gráfica b de la Figura 142), y con la semionda
positiva se abre solamente el transistor V2 y en el circuito altavoz-condensador
C1 aparece un impulso de corriente colectora de este transistor (gráfica b de
la Figura 142). De esta forma, a través del altavoz pasa la suma de las
corrientes de los dos transistores (gráfica c de la Figura 142), es decir, las
oscilaciones de frecuencia acústica con la potencia amplificada que dicho
altavoz transforma en oscilaciones sonoras. Prácticamente se consigue el mismo
efecto que con el amplificador con transformadores, pero, en virtud de haber
utilizado transistores de distinta estructura, deja de ser necesario el
dispositivo para hacer llegar a las bases de los transistores la señal en
contrafase.
En la explicación que he dado del funcionamiento de los amplificadores
de potencia en contrafase, te habrás dado cuenta de que hay una contradicción:
a las bases de los transistores no se suministra tensión de polarización. Así
es, pero no se trata de un error. Los transistores de la etapa simétrica pueden
funcionar sin tensión inicial de polarización. Pero en este caso en la señal
amplificada se producen deformaciones del tipo de “escalón”, que se aprecian
con especial intensidad cuando la señal de entrada es débil. Se llaman de
“escalón” porque en el oscilograma de la señal sinusoidal tienen forma
escalonada (Figura 144).
Figura 144. Distorsiones tipo “escalón" que pueden verse en la pantalla
del oscilógrafo
El procedimiento más fácil de eliminar estas distorsiones es suministrar
a las bases de los transistores tensión de polarización, que es lo que se hace
en la práctica.
§. Parámetros del amplificador de audiofrecuencia
La calidad y la aptitud de un amplificador para unos fines determinados se
juzga por varios parámetros, de los cuales los más importantes se puede
considerar que son tres: la potencia de salida Psal la
sensibilidad y la característica de frecuencia. Estos son los tres parámetros
principales que debes conocer y comprender.
La potencia de salida es la potencia de las oscilaciones eléctricas de
frecuencia acústica, expresada en vatios o milivatios, que el amplificador
transmite a la carga, que, por lo general, es un altavoz dinámico de radiación
directa. De acuerdo con las normas establecidas, se distinguen: la potencia
nominal Pnom y la potencia máxima Pmax. Se llama
nominal la potencia con la cual las llamadas distorsiones no lineales de la
señal de salida, introducidas por el amplificador, no superan un 3 a 5%
respecto de la señal no distorsionada. A medida que la potencia se sigue
elevando, las distorsiones no lineales de la señal de salida aumentan. La
potencia con la cual la distorsión llega al 10% se llama máxima. La potencia
máxima de salida puede ser de 5 a 10 veces mayor que la nominal, pero con ella,
incluso a simple oído, se nota la distorsión.
Al hablar de los amplificadores, tanto en ésta como en otras charlas,
por regla general, voy a indicar sus potencias de salida promediadas y les daré
el nombre de potencias de salida.
Se llama sensibilidad de un amplificador la tensión de la señal de
frecuencia acústica, expresada en voltios o milivoltios, que hay que
suministrar a su entrada para que la potencia en la carga alcance el valor
nominal. Cuanto menor sea esta tensión, tanto mayor será la sensibilidad del
amplificador. Como ejemplo, diré: la sensibilidad de la inmensa mayoría de los
amplificadores, tanto hechos por los aficionados como de producción industrial,
destinados a la reproducción de registros fonográficos es de 100 a 200 mV (esta
es la tensión que desarrolla, aproximadamente, un fonocaptor (pick-up)
piezocerámico), y la sensibilidad de los amplificadores que funcionan con
micrófonos de 1 a 2 mV.
La característica de frecuencia (banda de frecuencias de explotación del
amplificador) se representa gráficamente por una línea horizontal algo curvada,
que muestra la dependencia de la tensión de la señal de salida Usal respecto
de su frecuencia, cuando la tensión de entrada Uent permanece
invariable. Todo amplificador, por una serie de razones, no amplifica lo mismo
las señales de frecuencias distintas. Por lo general, las oscilaciones que peor
se amplifican son las de las frecuencias más bajas y más altas de la gama
acústica. Por eso las líneas (características de frecuencia de los
amplificadores) no son uniformes y tienen caídas (abatimientos) en sus
extremos. Las oscilaciones de frecuencia más bajas y más altas, cuya
amplificación comparada con la de las oscilaciones de frecuencia media (de 800
a 1000 Hz) desciende hasta un 30% se consideran los límites de la banda de
frecuencias del amplificador. Las bandas de frecuencia de los amplificadores
que se destinan a la reproducción de registros fonográficos puede abarcar desde
20 Hz hasta 20 a 30 kHz; la de los amplificadores de los receptores de
radiodifusión por hilo, desde 60 Hz hasta 10 kHz y la de los amplificadores de
los receptores transistorizados de pequeñas dimensiones, desde,
aproximadamente, 200 Hz hasta 3 a 4 kHz.
Para medir los parámetros fundamentales de los amplificadores de
audiofrecuencias se emplea un generador de oscilaciones de frecuencia acústica,
un voltímetro de tensión alterna, un oscilógrafo y algunos otros instrumentos
de medida.
Ahora, antes de empezar a hablar de las construcciones prácticas de
amplificadores de radiofrecuencia, quiero darle a conocer la estructura y el
funcionamiento de los altavoces electrodinámicos, últimos eslabones de los
receptores altoparlantes y de los amplificadores de audiofrecuencias.
§. Altavoces dinámicos de radiación directa
El auricular electromagnético conectado a la salida de un receptor de cristal
detector o de un sólo transistor, irradia la energía de las oscilaciones
acústicas. En él desempeña la función de radiador directo la membrana vibrante.
Los primeros radiadores potentes de energía acústica fueron los altavoces
electromagnéticos. Éstos fueron siendo desplazados por otros radiadores de
energía acústica más potentes aún, los dispositivos electrodinámicos con
diafragmas difusores de papel llamados altavoces electrodinámicos.
En la actualidad se ha aceptado llamarles altavoces dinámicos de
radiación directa y altavoces al conjunto de todos
los elementos de salida del dispositivo reproductor del sonido.
De ejemplo de dispositivo reproductor del sonido puede servir el altavoz
de abonado, calculado para funcionar enchufado a la red de radiodifusión por
hilo. Además de un altavoz dinámico de amplificación directa, tiene una caja
(cuerpo), de no poca importancia para la calidad de la reproducción del sonido,
un transformador adaptador (de transición) y un regulador de volumen. Los
altavoces de los aparatos estereofónicos de los conjuntos radiotécnicos pueden
constar de dos, tres o más altavoces dinámicos de radiación directa, de
amplificadores con sus rectificadores de alimentación correspondientes,
diversos reguladores y conmutadores.
La estructura de un altavoz dinámico de amplia utilización se muestra en
la Figura 145. Entre la barra central del imán anular 7, soporte 1, y la brida
2, del imán con orificio circular en el centro, queda un espacio en el cual se
crea un intenso campo magnético. En este espacio se encuentra la bobina 6,
devanada sobre un armazón de papel sujeto al vértice del diafragma (cono),
también de papel. 3. Esta bobina recibe el nombre de bobina vocal. Valiéndose
de la arandela centrante 5, pegada a la junta de la armadura de la bobina vocal
con el diafragma, la bobina se coloca exactamente en la mitad del espacio
magnético.
Figura 145. Estructura y representación gráfica de un altavoz dinámico de
radiación directa
En virtud de las ondulaciones que tiene la arandela centrante, la bobina
vocal puede oscilar en el campo magnético sin tocar el soporte ni la brida del
imán.
Los bordes del diafragma también están ondulados, lo cual le da a éste
movilidad, y pegados al aro del cuerpo metálico 4. Los terminales de la bobina
vocal están hechos de conductores multifilares aislados, provistos de piezas de
contacto y sujetos al cuerpo por medio de una lámina aisladora.
El altavoz funciona como sigue. Mientras no pasa corriente por la bobina
vocal, esta descansa en medio del espacio magnético. Cuando por ella pasa
corriente, a su alrededor surge un campo magnético que interacciona con el
campo del imán. Al pasar la corriente en un sentido, la bobina es empujada
hacia fuera del espacio, y al hacerlo en el otro, es atraída hacia dentro de
él. Si la corriente que pasa por ella es alterna de frecuencia acústica, la
bobina oscila en el espacio magnético con la frecuencia de la corriente. Junto
con la bobina oscila (vibra) el diafragma y crea en el aire ondas sonoras.
Figura 146. Altavoces dinámicos de radiación directa
Los altavoces dinámicos se distinguen por sus dimensiones, por la forma
del diafragma y por la estructura de su sistema magnético. Muchos altavoces de
amplia utilización tienen diafragmas redondos (Figura 146a) con
diámetros desde 60 hasta 300 mm. Los más pequeños de ellos (Figura 146b) se
emplean principalmente en los receptores transistorizados de pequeñas
dimensiones (de "bolsillo”). Hay altavoces con diafragmas elípticos
(ovalados) (Figura 146c). Esta forma del diafragma no mejora la calidad de la
reproducción del sonido, lo único que hace es facilitar la ubicación del
altavoz mismo en el receptor de radio, en el televisor, en el magnetófono o en
cualquier otro dispositivo reproductor del sonido.
El imán no sólo puede tener forma anular, sino también cuadrada o en
marco.
Los altavoces dinámicos de fabricación soviética se marcan con cifras y
letras, por ejemplo. 0.1ГД-6, 1ГД-3, 3ГД-1. La primera cifra caracteriza la
potencia nominal del altavoz, expresada en vatios o, lo que es lo mismo, en
voltamperios, o sea, el producto de la tensión alterna de frecuencia acústica
que llega a la bobina vocal multiplicada por la corriente que pasa a través de
la misma. Las letras ГД se descifran como altavoz dinámico. La cifra que va
detrás de ellas indica convencionalmente el número de orden del diseño.
La potencia nominal es la potencia máxima de la corriente de frecuencia
acústica de que se puede alimentar la bobina vocal sin peligro de que el
altavoz distorsione el sonido ni se estropee pronto. Éste es el parámetro más
importante de los que caracterizan el altavoz. Pero no lo confundas con la
intensidad del sonido, es decir, con la amplitud de las oscilaciones sonoras.
Si se toman dos altavoces cuyas potencias nominales sean de 1 y 3 W,
respectivamente, y cada uno de ellos se alimenta con una corriente de
frecuencia acústica de 1 W, los dos sonarán prácticamente con la misma
intensidad. La intensidad del sonido del segundo sólo será mayor que la del
primero cuando reciba la potencia para la cual está calculado. Esta
circunstancia debes tenerla en cuenta cuando elijas un altavoz para tus
construcciones.
El segundo parámetro importante de un altavoz dinámico es la gama
nominal de frecuencias de explotación, es decir, la anchura de la banda de
frecuencias acústicas que puede reproducir uniformemente y sin distorsiones
apreciables. Los límites de esta banda de frecuencias se expresan en hertzios,
por ejemplo, de 315 a 7000 Hz. El altavoz con esta característica reproducirá
bien las frecuencias acústicas comprendidas entre 315 y 7000 Hz, y mas, o sin
reaccionar en absoluto a las más bajas (de hasta 315 Hz) o más altas, de más de
7000 Hz).
Figura 147. Esquema de la conexión de un altavoz dinámico en el circuito
colector del transistor de la etapa de salida del amplificador de
audiofrecuencia
Cuanto más ancha sea la banda de frecuencias de explotación, tanto mejor
será el altavoz.
Los altavoces dinámicos pequeños, con diafragmas de reducidas
dimensiones, desmerecen siempre en este sentido de los que tienen diafragmas
grandes. La anchura nominal de la banda de frecuencias de explotación del
altavoz 0,1ГД-6, por ejemplo, es de 450 a 3150 Hz, mientras que la del 4ГД-35,
desde 63 hasta 12.500 Hz. La característica de frecuencia del primer altavoz,
en comparación con la del segundo, es peor. Pero no puede decirse que sea mala.
Para un receptor de transistores pequeño, al cual se imponen condiciones menos
rigurosas, dicho altavoz es más conveniente que el segundo, que se destina a
receptores o amplificadores de audiofrecuencias que deben tener condiciones y
calidad de reproducción del sonido, más elevadas.
Estos y algunos otros parámetros de los altavoces dinámicos se indican,
por lo general, en sus certificados técnicos.
Las bobinas vocales de la inmensa mayoría de los altavoces destinados a
los aparatos para la red de radiodifusión por hilo, para los receptores de
radio, televisores y radiolas, tienen un número de espiras pequeño de hilo de
bobinar de 0,15 a 0,2 mm de diámetro, por lo que su resistencia es pequeña: de
4 a 10 Ω solamente. Están calculadas para una tensión de frecuencia acústica
del orden de varios voltios, pero con corrientes importantes. Las bobinas
vocales de estos altavoces se conectan a los circuitos colectores de los
transistores o a los circuitos módicos de las lámparas de radio, pero no
directamente, sino a través de transformadores u otros circuitos de
acoplamiento. Los transformadores adaptan las tensiones y las corrientes de los
dispositivos amplificadores a las tensiones y corrientes de los altavoces.
Reduciendo la tensión hasta varios voltios, los transformadores permiten a las
bobinas vocales consumir corrientes de hasta varios amperios.
Los transformadores de adaptación que se utilizan en los receptores y
amplificadores de audiofrecuencias se ponen en los circuitos de salida,
extremos, de los dispositivos amplificadores potentes, por lo que suelen
llamarse transformadores de salida.
De ejemplo de conexión de la bobina vocal de un altavoz dinámico a la
etapa de salida de un amplificador, cuyo transistor está conectado según el
esquema EC, puede servir el esquema representado en la Figura 147. El
transformador de salida T está conectado por su devanado primario I al circuito
colector del transistor V. Las oscilaciones de frecuencia acústica,
amplificadas por el transistor, excitan en el devanado secundario II
oscilaciones iguales, pero de tensión más baja que en el circuito colector, que
van a parar a la bobina vocal del altavoz B y se transforman en oscilaciones
sonoras.
En paralelo al devanado primario del transformador de salida se conecta
un condensador que mejora el funcionamiento del amplificador.
La adaptación de la tensión y la corriente de la bobina vocal del
altavoz dinámico y del circuito de salida del dispositivo amplificador es una
condición indispensable para poder utilizar con la mayor eficacia la energía de
frecuencia acústica que la etapa de salida del amplificador comunica al
altavoz.
La calidad de la reproducción del sonido por el altavoz depende mucho
del montaje acústico, es decir, de la forma de la caja o estuche en que se
coloca. Para la mayoría de los receptores de radiodifusión, televisores,
radiolas monofónicas y magnetófonos, de montaje acústico sirven las cajas de
los propios aparatos. Se utilizan también sistemas acústicos autónomos cuyos
altavoces van montados en cajas o superficies planas (pantallas) en forma de
tableros de madera.
Los sistemas acústicos autónomos pueden adquirirse en el comercio. Por
ejemplo, los 3AC-1. 10MAC-1, I5AC-404 y “Electrónika 25AC-227". Las cifras
iniciales de la marca de los sistemas indican sus potencias nominales, y las
letras AC se descifran como “sistema acústico”.
El "Electrónika 25AC-227" tiene tres altavoces: uno de baja
frecuencia. 25ГД-42, otro de frecuencia media, 15ГД-11 y otro de alta
frecuencia con sistema magnético de estructura especial (llamada isodinámica),
10ГИ-1. Los altavoces de este sistema acústico, destinado a funcionar con
aparatos amplificadores de clase superior, aseguran una banda nominal de
frecuencias reproducibles de 31,5 a 31.500 Hz.
Estos sistemas acústicos son necesarios especialmente para la
reproducción estereofónica del sonido.
Paso a la práctica. Relataré sobre dos amplificadores de
audiofrecuencia.
§. Amplificador de audiofrecuencia con potencia de salida elevada
Para empezar, diré la advertencia siguiente: aunque a continuación voy a hablar
de un amplificador de audiofrecuencia para la reproducción de sonidos grabados
en discos de gramófono, también se puede utilizar con la misma eficacia en un
receptor de radio transistorizado de pequeñas dimensiones.
Figura 148. Esquema del amplificador de audiofrecuencia
El esquema básico de este amplificador se da en la Figura 148. Su
potencia de salida es de alrededor de 150 mV y su sensibilidad no peor que 150
mV. La potencia, naturalmente, es pequeña, pero asegura la reproducción del
sonido grabado con suficiente intensidad. Puede alimentarse de una fuente de 0
12 V de tensión, compuesta por dos o tres baterías 3336Λ, o de la red eléctrica
a través de un rectificador. La corriente media que consume de la fuente de
alimentación el amplificador no supera 40 mA.
Veamos lo que ya conoces de este amplificador y lo que no conoces aún.
Empecemos por la entrada. La señal de frecuencia acústica, procedente del
fonocaptor piezoeléctrico B1, llega al resistor variable R1 y, pasando por su
cursor, a la base del transistor de la primera etapa, a través del condensador
él y del resistor R2. El resistor variable R1 desempeña la función de regulador
de la intensidad: cuando el cursor se desplaza hacia arriba (según el esquema),
a la base del transistor V1 se le transmite cada vez más tensión de señal y el
volumen del sonido aumenta. En cambio, cuando el cursor está en la posición
extrema inferior (según el esquema), el circuito de base, atendiendo a la
corriente alterna, estará cerrado al conductor común del circuito de alimentación
del amplificador y la señal del fonocaptor no llegará al transistor y no habrá
sonido. El resistor R2 es un elemento auxiliar. Elimina el "rechinamiento”
característico del fonocaptor piezocerámico. En principio, este resistor puede
no estar en el circuito de entrada.
Para el fonocaptor piezocerámico la resistencia de entrada del
amplificador debe ser la mayor posible. Por eso el transistor V1 de la primera
etapa está conectado según el esquema CC. La tensión de polarización se
transmite a su base a través del resistor R3. La tensión de la señal del
resistor de carga R4 de esta etapa, a través del condensador C2, llega a la
base del transistor V2, conectado según el esquema EC. Esta parte del
amplificador ya la conoces, puesto que en lo fundamental es una repetición del amplificador
bietápico simple. La única diferencia entre ellos consiste en el procedimiento
de conexión del primer transistor. La tercera etapa, de salida, es un
amplificador de potencia en contrafase con transformadores, cuyo principio
básico de funcionamiento le he darlo a conocer brevemente en esta misma charla.
El régimen de funcionamiento en contrafase de los transistores de la
etapa de salida lo da la segunda etapa del amplificador con el transistor V2,
fin el circuito del colector de este transistor está conectado el devanado
primario del transformador interetápico T1, cuyo devanado secundario, lo mismo
que el primario del transformador de salida T2, tiene una derivación central.
Por medio de esta derivación y de las secciones del devanado secundario se
transmite a las bases de los transistores V3 y V4, desde los resistores
divisores R6 y R7, la tensión de polarización. El resistor R8 termoestabiliza
el régimen de funcionamiento de los transistores de la etapa de salida. En
estado de reposo, los transistores V3 y V4 están prácticamente cerrados. Pero
cuando a la salida de la penúltima etapa surge una señal, a la base de los
transistores de la etapa de salida llega en oposición de fase la tensión de
frecuencia acústica inducida en el devanado secundario del transformador T1.
Esto asegura a la etapa de salida el régimen de funcionamiento en contrafase.
La etapa del amplificador por mediación de la cual llega a los
transistores de salida la tensión en oposición de fase, es decir, con un
desfasaje de 180º, se llama etapa de inversión de fase. Por lo
tanto, en nuestro amplificador, la etapa con el transistor V2 es la de
inversión de fase.
¿Qué función desempeñan los condensadores C3 y C4? El condensador C3,
conectado en paralelo al devanado primario del transformador de salida, corta
las frecuencias superiores de la gama acústica y con esto evita la
autoexcitación del amplificador, fenómeno que se manifiesta en forma de silbido
o ruido. Eligiendo experimentalmente la capacidad de este condensador se puede
establecer además el timbre de sonido más agradable. El condensador C4 shunta
la fuente de alimentación en cuanto a la corriente alterna, dejando pasar a
través de él la componente alterna de la señal a amplificar sin que pase por
dicha fuente. Su papel se manifiesta principalmente al final del proceso de
descarga de la batería de alimentación, cuando la resistencia interna de ésta
aumenta. Si este condensador no estuviera, entre las etapas, a través de la
fuente común de alimentación, podría surgir una reacción positiva no controlada
a causa de la cual el amplificador podría autoexcitarse, es decir, se
transformaría en un generador de oscilaciones de frecuencia acústica. Si el
amplificador se alimenta de un rectificador, el condensador C4 no hace falta.
Empieza a construir el amplificador. Sus elementos móntalos primero en
una placa maqueta. Cuando hayas ajustado los regímenes de los transistores y
probado el funcionamiento del amplificador, entonces podrás trasladar los
elementos a una placa de montaje permanente de cartón baquelizado o de
textolita. Los datos de los resistores, condensadores y transistores que se
recomiendan están indicados en el esquema básico del amplificador. Las
resistencias de los resistores R7 y R8 se indican en ohmios (no los confundas
con los kiloohmios). En general, la resistencia de los resistores puede ser de
15 a un 20% mayor o menor que la que se indica en el esquema. Los condensadores
electrolíticos C2 y C4 son del tipo K50-3, K50-1, o K50-6.
El factor estático de transferencia de corriente h21E de
los transistores V1 y V2 no debe ser menor de 50 60, y el de los transistores
V3 y V4, no menor de 30. Conviene que los transistores V3 y V4 tengan factores
h21E y corrientes inversas de sus colectores, ICBI,
iguales o de valores lo más próximos posibles. Este par de transistores para la
etapa de salida elígelo valiéndote del probador de transistores. En la primera
etapa conviene utilizar un transistor que suene poco, de baja frecuencia МП39Б,
MP27A, MP28 o de alta frecuencia ГT308B.
El altavoz dinámico B2 es de 0,25 a 0,5 W de potencia con bobina vocal
de 6 a 8 Ω de resistencia, por ejemplo, el 0,5ГД-21. Los transformadores T1 y
T2 puedes comprarlos o hacerlos tú mismo. Si los compras hechos, te servirán
los transformadores destinados a los receptores transistorizados portátiles con
etapa de salida simétrica, por ejemplo, para los receptores “Selga" o
“Sokol”. Hay transistores análogos en los juegos de elementos para hacer
receptores de transistores, en los cuales se designan abreviadamente por TC,
transformador adaptador (T1 en nuestro amplificador) y TB, transformador de
salida (T2 en nuestro amplificador).
Figura 149. Placa de montaje del amplificador con potencia de salida elevada
Para hacer tú mismo los transformadores te harán falta circuitos
magnéticos de 0.6 a 0.8 cm2 de área de sección, por ejemplo,
láminas Ш8; el espesor del conjunto de láminas debe ser de 0.8 a 1 cm. El
devanado primario del transformador interetápico T1 debe tener 2200 espiras de
hilo HЭB-l 0.1 a 0.12, y el secundario, 520 espiras del mismo hilo, con una
derivación en el centro (260 + 260 espiras). El devanado primario del
transformador de salida T2 puede tener 800 espiras de hilo HЭB-1 0,1 a 0,12,
con una derivación en el centro (400 + 400 espiras), y el secundario. 100
espiras de hilo HЭB-1 0.25 a 0.3. Cuando los transformadores estén ya hechos,
comprueba sus devanados con el ohmímetro, por si hay cortes o contactos entre
los devanados.
Antes de conectar el fonocaptor a la entrada del amplificador, comprueba
con el miliamperímetro las corrientes de reposo de los circuitos colectores de
los transistores. Si éstas difieren mucho de las que se indican en el esquema
básico, regúlalas eligiendo experimentalmente las resistencias de los
resistores en los circuitos de base. Tú ya sabes cómo se hace esto. El
funcionamiento del amplificador se puede probar valiéndose de la red de
radiodifusión por hilo o de un simple generador de señales, del cual ya te
hablé en la charla octava. Conectando estas fuentes de señales a las entradas
de cada una de las etapas del amplificador (a través de un condensador cuya
capacidad sea de 0.2 μF como mínimo), empezando por la de salida, se puede
juzgar acerca de la calidad del funcionamiento de los transistores, sus
regímenes y la amplificación total de todas las etapas. La intensidad máxima
del sonido se obtendrá cuando la fuente de la señal esté conectada a la entrada
de la primera etapa del amplificador.
Al montar los elementos del amplificador en la placa guíate por el
esquema que se da en la Figura 149. Las dimensiones de la placa determínalas de
acuerdo con los elementos de que dispongas. Cuando traces los orificios para
los soportes de montaje o para los remaches huecos, procura que los conductores
de conexión sean lo más cortos posibles. Los conductores del circuito de
entrada deben estar lo más lejos posible de los conductores y elementos del
circuito de salida. De no ser así, a través de los campos magnéticos surge un
acoplamiento parásito que puede ser causa de que el amplificador se excite. El
fonocaptor conéctalo a la entrada del amplificador con un cable apantallado,
provisto de envoltura metálica flexible. Esta misma envoltura puedes utilizarla
como conductor de conexión puesto a masa. Los transformadores, cuyos armazones
con los devanados se introducen en los orificios que para ellos se practican en
la placa, después de metidos en ésta pégalos a ella.
¿Qué variaciones o adiciones pueden introducirse en este amplificador?
En la primera etapa, en vez de un transistor bipolar se puede utilizar
un transistor de efecto-campo, por ejemplo, el KП 103 И u otro de las series KП
102 ó KП 103, conectándolo según el esquema MC, como se muestra en la Figura
150a.
Figura 150. Etapas de salida del amplificador
La pequeña tensión positiva de polarización en el obturador, respecto
del vertedero, se obtiene a expensas de la caída de tensión en el resistor Rv del
circuito de vertedero. La señal amplificada con la carga de vertedero (10 kΩ),
a través del condensador C2, llega a la entrada de la segunda etapa del
amplificador. El resistor K elígelo experimentalmente de manera que la
corriente de vertedero sea de 0,4 a 0,6 mA.
El transistor de efecto-campo eleva considerablemente la resistencia de
entrada del amplificador, lo que mejora su adaptación con la gran resistencia
interna del fonocaptor piezocerámico y proporciona una pequeña amplificación
adicional de la señal. Al montar el transistor de efecto-campo en la placa
evita que sobre la parte inferior de su cápsula caigan gotitas de soldadura, de
colofonia o de fundente a base de ésta, porque si esto ocurre su resistencia de
entrada empeorará mucho y no se obtendrá mejoramiento alguno del amplificador.
Si el fonocaptor que vas a utilizar fuera magnético, el transistor
bipolar de la primera etapa conéctalo según el esquema EC (Figura 150b) y
excluye el resistor R2 (220 kΩ). En este caso la resistencia del resistor
variable R1, que hace las veces de carga del fonocaptor y de regulador de
volumen, debe ser de 6.8 a 10 kΩ.
Puede ocurrir que el factor h21E, de los transistores que
tengas sea pequeño, por ejemplo, de 15 a 20. Estos transistores, si están en
buenas condiciones, también se pueden utilizar en la primera y segunda etapa
del amplificador, conectándolos según el esquema del transistor compuesto. De
este acoplamiento de los transistores te hablé ya en la charla séptima.
En el amplificador puedes introducir un regulador de timbre del sonido.
Para eso, entre la base del transistor V2 y el conductor a masa conecta, unidos
en serie, un condensador de 0,2 a 0.25 μF de capacidad y un resistor variable
con resistencia nominal de 6,8 a 10 kΩ. Al disminuir la resistencia de este
resistor, las oscilaciones de frecuencias acústicas más elevadas se cortarán
más y el sonido en el altavoz será cada vez más sordo. Una cadena semejante de
regulación del timbre del sonido, pero con un condensador de 0,02 a 0.025 μF de
capacidad se puede intercalar entre la base y el colector del mismo transistor.
En este caso el timbre del sonido variará como resultado de la variación de la
profundidad de la contrarreacción que se crea entre los circuitos colector y de
base del transistor.
Cuando hayas terminado el amplificador y probado cómo funciona, tengo la
seguridad que querrás hacer un amplificador más potente, para elevar mucho más
el volumen de la reproducción del sonido. Este deseo es justo y he aquí cómo
puedes realizarlo.
§. Tocadiscos
Para tocar las placas de gramófono se fabrican aparatos llamados electrófonos o
tocadiscos eléctricos (TDE). El mecanismo de los TDE más corrientes consta de
un fonocaptor piezocerámico, un motor eléctrico con un plato para soportar la
placa y un sistema de palancas para poner en marcha y parar automáticamente el
motor cuando termina la grabación. Con estos dispositivos electromecánicos se
equipan precisamente todas las radiolas, es decir, los receptores de
radiodifusión cuyos amplificadores de audiofrecuencia se pueden emplear para
reproducir grabaciones fonográficas.
Puede ocurrir que tengas a tu disposición un TDE montado en una caja de
plástico parecida a un maletín. Para reproducir en él las grabaciones
fonográficas hace falla un amplificador de audiofrecuencia con altavoz a su
salida.
Figura 151. Esquema del amplificador del tocadiscos
¿No podría montarse el amplificador directamente en la caja del
tocadiscos eléctrico? ¡Claro que sí! Se obtiene un tocadiscos portátil. Un
aparato radiotécnico de este tipo, para reproducir las grabaciones de las
placas o discos de gramófono es el que te propongo que construyas.
El esquema básico de una posible variante de amplificador para el
tocadiscos se representa en la Figura 151. En ella, de todos los elementos del
TDE se muestra únicamente el fonocaptor B1, conectado a la entrada del
amplificador.
La primera y más característica peculiaridad de este amplificador
consiste en que lo mismo que el motor eléctrico del TDE, se alimenta de la red
de corriente alterna, y la segunda, que no tiene transformadores.
La potencia nominal de salida del amplificador es de 1 W y su
sensibilidad, de alrededor de 100 mV. La banda de frecuencias de las
oscilaciones que se amplifican uniformemente comprende desde 30 Hz basta 15
kHz. El altavoz electrodinámico exterior de radiación directa B2 se conecta a
la salida del amplificador por medio del enchufe de dos contactos X1.
Empezaré a explicar el funcionamiento del amplificador por el bloque de
alimentación. De él forman parte: el transformador de red T1, el rectificador
de onda entera con los diodos V10 ...VI3 acoplados en puente, el diodo
regulador de tensión V9, el transistor V8 y los condensadores electrolíticos C2
y C11. Esta parte del circuito debe recordarte el rectificador con
estabilizador de la tensión de salida que te recomendé en la charla anterior.
Se diferencia de él solamente en que la tensión de salida no se regula y es
igual a 12 V, es decir, a la tensión de estabilización que se utiliza en el
bloque del tubo regulador de la tensión Д814Д. Esta tensión estabilizada del
bloque es la que llega al amplificador.
La corriente consumida por el amplificador del bloque de alimentación es
de 250 a 280 mA por lo que el transistor regulador V8 del tubo regulador de
tensión debe ser de potencia mediana o grande.
La lamparita de neón In1 conectada al devanado primario del
transformador a través del resistor de extinción R21, hace las veces de
indicador de conexión de la alimentación. Los condensadores C13 y C14 reducen
el nivel de las perturbaciones industriales que penetran en el circuito de
alimentación del amplificador y que producen chasquidos que se mezclan con la
reproducción del sonido.
El rectificador se conecta, a través del interruptor bipolar S1, al
circuito de alimentación del motor eléctrico del TDE.
El amplificador tiene cinco etapas con siete resistores, del V1 al V5.
De ellos el transistor V5 es de estructura n-p-n y los demás,
de estructura p-n-p. La primera etapa es la de adaptación entre el
fonocaptor y la entrada del amplificador fundamental. Para que esta etapa
shunte lo más débilmente posible al fonocaptor, su transistor V1 funciona como
repetidor emisor. La tensión negativa de polarización se suministra a la base
del transistor desde el divisor R2, R3 a través de los resistores R4 y R5.
Entre los circuitos emisor y de base del transistor V1 está intercalado el
condensador electrolítico C3, que contribuye a aumentar la resistencia de
entrada de la etapa hasta, aproximadamente, 1 MΩ, Esta resistencia es mucho
mayor que la de entrada de la etapa análoga del amplificador anterior.
El resistor R1 y el condensador el forman un circuito de corrección que
debilita un poco las frecuencias más altas de la gama acústica. Pero en
principio, ese circuito podría no existir.
Del resistor R6, carga del transistor de la etapa de adaptación, la
señal del fonocaptor pasa, a través del condensador C4, al resistor variable
R7, que es el regulador del volumen, y desde su cursor, a través del
condensador C5, a la base del transistor V2. El transistor de esta etapa del
amplificador está conectado según el esquema EC. De carga le sirve el resistor
R9. La tensión de polarización es suministrada a la base desde el colector, a
través del resistor R8. En este procedimiento de polarización, entre el
colector y la base del transistor se crea una contrarreacción que estabiliza el
funcionamiento de la etapa. El resistor R10 del emisor, cuya pequeña
resistencia no influye prácticamente en el régimen del transistor, es un
elemento de otro circuito de contrarreacción del cual te hablaré más tarde.
La tercera etapa, con el transistor V3 conectado según el esquema EC, no
sólo amplifica adicionalmente la señal que llega a ella a través del
condensador C6, procedente de la etapa anterior, sino que además asegura a las
etapas siguientes el régimen de funcionamiento en contrafase.
Recuerda lo que le dije acerca del principio básico del funcionamiento
del amplificador en contrafase. Para el funcionamiento de la etapa en este
régimen, a las bases de los transistores debe suministrarse en oposición de
fase la tensión de frecuencia acústica que se amplifica, es decir, con un
desfasaje de 180º. En el amplificador anterior esto se consiguió por medio del
transformador interetápico de la etapa de inversión de fase. En éste esto se
logra empleando en la penúltima etapa transistores de estructura distinta.
He aquí cómo se consigue esto. La carga colectora del transistor V3 de
la tercera etapa la forman los resistores R15, R14 y la bobina vocal del
altavoz B2. La resistencia del resistor R14 en este circuito es mucho mayor que
la resistencia total del resistor R15 y de la bobina vocal del altavoz, por lo
que en él, en lo fundamental, se produce una caída de tensión de la señal que
se amplifica. Esta tensión es la que llega directamente a las bases de los
transistores V4 y V5 de la cuarta etapa. El transistor V4 (p-n-p)
amplifica las semiondas negativas de la señal de frecuencia acústica, y el
transistor V5 (n-p-n), las positivas. Como resultado, en los resistores
R17 y R18, que desempeñan el papel de cargas de los transistores V4 y V5, se
crean impulsos de oscilaciones de frecuencia acústica iguales en amplitud pero
opuestos en fase, cuyas potencias son amplificadas por los transistores V6 y V7
de la etapa simétrica de salida. Las potentes oscilaciones de frecuencia
acústica del punto medio entre los transistores de esta etapa (punto de
simetría) llegan a través del condensador C9 al altavoz B2 y se transforman en
oscilaciones sonoras.
La capacidad del condensador C9 debe ser la mayor posible (por lo menos
de 100 μF), para que no ofrezca resistencia apreciable a las oscilaciones de
frecuencia acústica bajas. El resistor R14, que es la carga colectora principal
del transistor V3, está conectado por su terminal derecho (según el esquema)
con el conductor negativo de la fuente de alimentación no directamente, sino a
través del altavoz B2. Con esta conexión, entre la salida y la base del
transistor V4 se crea una reacción positiva que equilibra las condiciones de
funcionamiento de los transistores de la penúltima etapa.
¿Qué función desempeña el resistor R15? Este resistor hace falta para
evitar las distorsiones de tipo “escalón". La corriente colectora del
transistor V3 crea en este resistor una caída de tensión de 0,2 a 0,3 V, que
junto con la señal que se amplifica llega a las bases de los transistores V4 y
V5. En este caso, en la base del transistor V4, respecto de su emisor, se
obtiene tensión negativa de polarización, y en la base del transistor V5,
respecto de su emisor, tensión positiva. Como resultado, los transistores se
entreabren un poco y no distorsionan la débil señal que se amplifica.
Presta atención al procedimiento de suministro de la tensión de
polarización a la base del transistor V3. El terminal derecho (según el
esquema) del resistor R11 del divisor de tensión R11, R12, está conectado no al
conductor común del circuito de alimentación, sino al punto de simetría de la
etapa de salida. Pero en ese punto actúa tensión alterna de frecuencia
acústica. Por consiguiente, a la base del transistor V3, a través del resistor
R11, junto con la tensión continua de polarización llega también tensión
alterna de frecuencia acústica, formando una contrarreacción de tensión que
estabiliza el funcionamiento de tres etapas del amplificador.
El resistor R 16 es el elemento de estabilización térmica del régimen de
funcionamiento del transistor V3, y el condensador C8, que lo shunta, debilita
la contrarreacción entre el emisor y la base de dicho transistor, que disminuye
la amplificación de la etapa. El condensador C10 y el resistor R19, junto con
el resistor R10, crean entre la salida y la segunda etapa del amplificador un
circuito de contrarreacción de tensión alterna. Este circuito, que abarca
cuatro etapas, reduce algo la sensibilidad, pero mejora la calidad del
funcionamiento del amplificador en conjunto. La profundidad de esta
contrarreacción puede regularse eligiendo experimentalmente el resistor R19.
El resistor R13 y el condensador C7 forman un filtro-célula de
desacoplamiento que evita la autoexcitación del amplificador debida a los
acoplamientos parásitos, entre su salida y la entrada, a través de la fuente
común de alimentación. Un filtro semejante, e incluso no uno sólo, figurará en
muchas de tus construcciones, por eso te hablaré de su acción con más detalle.
Es el caso que, en el amplificador, el consumidor principal de corriente
es su etapa de salida. En el amplificador de que hablamos ahora, la corriente
de reposo de los transistores de la etapa de salida es de 10 a 12 mA, cantidad
que ya es más de dos veces mayor que la corriente que consumen los transistores
de todas las demás etapas. Durante el funcionamiento del amplificador, la
corriente de la etapa de salida varia con la frecuencia acústica y con las
señales más intensas aumenta hasta 200 -250 mA. Con esta misma frecuencia
varía, dentro de límites pequeños, la tensión de la fuente de alimentación y,
por lo tanto (si el filtro no estuviera), la tensión en los circuitos de los
transistores de las otras etapas. En estas condiciones, entre la salida y la entrada
del amplificador, puede surgir, a través de la fuente común de alimentación,
una reacción parásita, positiva en este caso, que si es suficientemente intensa
ocasiona la autoexcitación del amplificador.
Para evitar este desagradable fenómeno, en el amplificador se introduce
el filtro R13C7. Por la acción éste debe recordarte la célula del filtro de
pulsaciones del rectificador. En el resistor R13 se produce una caída de
tensión incluso de las oscilaciones de frecuencia acústica creadas en el
circuito común de alimentación por la etapa de salida. El condensador C7 está
conectado, lo mismo que en el rectificador, en paralelo a la fuente de
alimentación. Cuando la tensión aumenta en sus armaduras, se carga más, y
cuando la tensión disminuye en el circuito de alimentación, se descarga,
manteniendo constante de esta forma la tensión en aquellas secciones del
circuito a que está conectado. De este modo, la célula R13C7 desacopla en
corriente alterna las etapas del amplificador, lo que evita la autoexcitación,
razón por la cual recibe el nombre de filtro de desacoplamiento.
¿Qué ventajas tiene este amplificador frente a su análogo con
transformadores (por ejemplo, según el esquema de la Figura 148)?
Principalmente son dos. La primera ventaja es de carácter puramente
constructivo: la ausencia de los transformadores, interetápico y de salida,
relativamente complejos y voluminosos. Eso permite construir amplificadores más
compactos y livianos, cosa que tiene especial importancia cuando se trata de
aparatos portátiles. La segunda ventaja es cualitativa: la ausencia de las distorsiones
que introducen los transformadores en el funcionamiento del amplificador y la
uniformidad de la amplificación en la gama de frecuencias acústicas. El
amplificador sin transformadores puede amplificar uniformemente casi toda la
gama de frecuencias acústicas que podemos percibir (aproximadamente desde 20 a
40 Hz hasta 15 a 20 kHz). Un amplificador análogo con transformadores
interetápico y de salida podría amplificar uniformemente una banda más estrecha
de oscilaciones acústicas, por ejemplo, desde 10 Hz hasta 5 a 6 kHz.
Figura 152. Instalación del amplificador y su bloque de alimentación en la
caja del tocadiscos eléctrico
Estas ventajas de los amplificadores sin transformadores se logran
principalmente a expensas de la complicación de sus etapas de salida y de
cierto aumento del gasto de energía en su alimentación.
El aspecto exterior y la estructura interna del tocadiscos descrito se
muestra en la Figura 152. El amplificador 1 y el bloque de alimentación 2 van
montados en placas independientes, las cuales (teniendo en cuenta las
peculiaridades constructivas del TDE) se sujetan al fondo de la caja sobre
soportes cilíndricos de poca altura, por medio de tornillos y tuercas. El
regulador de volumen R7, unido al interruptor S1 de la alimentación y al
indicador de conexión In1 de la alimentación, se hallan en el panel del TDE
junto al fonocaptor.
El enchufe hembra para unir la bobina vocal del altavoz con la salida
del amplificador se puede sujetar a una de las paredes laterales.
Figura 153. Vista exterior y placa de montaje del amplificador
La vista exterior de las placas de montaje del amplificador, del bloque
de alimentación y de la conexión de los elementos en ellas se muestra en la
Figura 153 y Figura 154.
Figura 154. Vista exterior y placa de montaje del bloque de alimentación del
amplificador
Sus placas con los circuitos impresos están hechas de textolita de fibra
de vidrio recubierta de hoja metálica, de 1,5 mm de espesor, por el
procedimiento descrito en la charla novena. El montaje puede ser colgante,
utilizando remaches huecos o espárragos encajados a presión en orificios
practicados en las placas de cartón baquelizado o de textolita.
Figura 155. Transistor potente con radiador
El factor estático de transferencia de corriente h21E de
los transistores puede ser de 40 a 50. En la primera etapa del amplificador
conviene utilizar un transistor que haga poco ruido МП39Б, П27A o ГT3I0A. El
transistor MП38 (V5) se puede sustituir por los transistores MП35 ... MП37, y
el П213, por los П214, П217, Todos los resistores constantes son MΛT-0,5
(también pueden ser MΛT-0,25 ó MΛT-0,125), el resistor variable R7 (con el
interruptor de la alimentación SI) es el CП3-4ВM. Todos los condensadores
electrolíticos, excepto el C2 (que para comodidad del montaje es el K50-3), son
del tipo K50-6. Los condensadores no electrolíticos pueden ser cualesquiera
(MБ, KΛC, KCO, K20-7A), pero las tensiones nominales de los condensadores C13 y
C14 deben ser de 400 V como mínimo. El altavoz dinámico B2 tendrá por lo menos
1 W de potencia (como, por ejemplo, los 1ГД-36, 1ГД-40, 2ГД-22 ó 3ГД-31).
Los transistores potentes del amplificador y del estabilizador de
tensión del bloque de alimentación están provistos de radiadores o láminas en
forma de U invertida, de duraluminio, bien ajustadas a las cápsulas de los
transistores (Figura 155). Alrededor de los tornillos de sujeción de los
radiadores con los transistores hay que quitar una franja de hoja metálica de
la placa. Los terminales de los transistores, forrados con trozos de tubitos de
cloruro de polivinilo, están conectados a las correspondientes superficies
conductoras de las placas por medio de conductores de montaje aislados.
Como transformador de red del bloque de alimentación se ha utilizado un
transformador de salida de exploración vertical TBK-110-Λ-2. Su devanado I (de
2430 espiras de hilo ПЭВ-1 0.15) funciona como de red, el devanado II (de 150
espiras de hilo ПЭВ-1 0.55), como reductor, y el devanado III no se utiliza.
Esta función puede desempeñarla también en el bloque de alimentación un
transformador TBK-90. Para el rectificador sirven cualesquiera diodos de
enlace. El diodo estabilizador de tensión Д815Д puede sustituirse por los
próximos a él por la tensión de estabilización, Д811, Д813 ó Д814Г.
La estructura del altavoz puede ser horizontal (Figura 156) o vertical,
esto es cuestión de gustos. Para hacer su caja utiliza madera contrachapada
bien pegada o plancha de virutas de madera prensadas (VMP). En el panel
delantero haz con una sierra de marquetería o con un formón una abertura que
tenga las dimensiones del diámetro del diafragma del altavoz y cúbrelo con tela
decorativa que no sea muy gruesa.
Figura 156. Altavoz
Las partes de la caja pégalas entre sí con cola, poniendo barretas de
madera por la parte de dentro de los ángulos. Tiene mucha importancia que las
juntas de las piezas de la caja sean sólidas, de lo contrario el sonido será
temblante. A la bobina vocal del altavoz conecta un conductor bifilar de 1,5 m
de longitud con clavijas para enchufarlo a la salida del amplificador.
Comprueba atentamente el montaje del amplificador y del bloque de
alimentación siguiendo el esquema básico (¿no has cometido errores?), limpia
los espacios entre las superficies conductoras de las placas (para eliminar las
gotitas de soldadura que casualmente hayan caído en ellas) y sólo después de
hacer esto, y antes de sujetar las placas a la caja del tocadiscos, empieza a
reglar éste.
Primero prueba el bloque de alimentación sin el amplificador, pero
conectando a su salida una carga provisional, por ejemplo, una resistencia de 1
a 1,5 kΩ. Conecta la alimentación y con el voltímetro de corriente continua
mide la tensión a la salida del bloque. Debe ser igual a la tensión de
estabilización del diodo estabilizador V9 que se utiliza (de 11.5 a 13.5 V).
Mide la corriente que pasa por dicho estabilizador y elige experimentalmente el
resistor R20 de manera que esa corriente sea de 10 a 15 mA. Si una vez hecho
esto conectas a la salida del bloque una resistencia de 30 a 40 Ω, la corriente
a través del diodo estabilizador de tensión disminuirá un poco y la tensión a
la salida del bloque deberá permanecer casi invariable. Así no sólo probarás,
sino también comprobarás si el bloque de alimentación puede funcionar con
carga.
Después ajusta el amplificador. Para eso el altavoz debe estar
firmemente conectado a él. Si no has cometido errores en el montaje y no hay
cortocircuitos en los circuitos de alimentación, la corriente total de reposo
que consume del bloque de alimentación el amplificador, no debe ser mayor de 15
a 20 mA. Esta corriente puedes medirla intercalando el miliamperímetro en un
corte del conductor de conexión de signo menos. Luego mide y, si hace falta,
ajusta los regímenes de funcionamiento de los transistores.
Las tensiones que se indican en el esquema básico en los electrodos de
los transistores se han medido, respecto del conductor a “masa", con un
voltímetro de resistencia relativa de entrada de 10 kΩ/V (ve la charla octava).
La tensión en el punto de simetría de la etapa de salida, igual a la mitad de
la tensión de la fuente de alimentación, establécela eligiendo
experimentalmente el resistor R11, y la corriente de reposo del circuito
colector de los transistores V6 y V7, igual a 10-12 mA, eligiendo de igual modo
el resistor R15. ¡Ten en cuenta!, durante las sustituciones del resistor R15 es
indispensable cortar la corriente en el amplificador, si no los transistores de
la penúltima etapa, debido a las corrientes demasiado grandes que pasarían por
sus uniones p-n, podrían inutilizarse. La tensión en el
colector del transistor V2 establécela eligiendo experimentalmente el resistor
R8 y en el emisor del transistor V1, eligiendo el R2.
Una vez establecidos los regímenes recomendados de funcionamiento de los
transistores, pon una placa de gramófono y tócala. El sonido que emita el
altavoz deberá ser intenso y no distorsionado. El volumen del sonido debe
aumentar suavemente a medida que se gira el botón del resistor R7 en el sentido
de las agujas del reloj. Si, por el contrario, el volumen aumenta al girar el
botón en sentido inverso, cambia entre si las conexiones de los conductores que
van a los terminales extremos de dicho resistor.
Hemos dado un paso más en el conocimiento práctico de la radiotecnia. Un
paso muy importante, porque como ya dije al principio de esta charla, el
amplificador de audiofrecuencia forma parte de muchos dispositivos
radiotécnicos modernos. De esto podrás convencerte en más de una ocasión.
Charla 12
Receptores de transistores de amplificación directa
Contenido:
§. Del amplificador al receptor de amplificación directa
§. Amplificador de radiofrecuencias y antena con núcleo magnético
§. Acerca de algunos elementos de los receptores portátiles
§. Receptor portátil
* * * *
Con esta charla comienza la etapa siguiente de tu creación radiotécnica,
el estudio y la construcción de un receptor transistorizado de amplificación
directa.
Se llama receptor de amplificación directa el aparato en el cual sólo se
efectúa una transformación de las ondas moduladas de radiofrecuencia, la
detección o demodulación. Antes del detector tiene lugar la sintonización y la
amplificación de la señal de la estación emisora y después del detector. La
amplificación de las oscilaciones de frecuencia acústica y .su transformación
en sonido. El amplificador de radiofrecuencia asegura el funcionamiento normal
del altavoz dinámico. Los amplificadores constituyen por lo tanto la base del
receptor de amplificación directa, que proporciona la recepción en altavoz de
las estaciones de radiodifusión.
§. Del amplificador al receptor de amplificación directa
El primer paso del amplificador al receptor de amplificación directa ya lo has
dado. ¿Cuándo? Recuerda la charla séptima. Entonces hiciste experimentos con el
amplificador de un solo transistor, conectándolo al receptor de cristal. Como
resultado obtuviste un receptor muy simple de amplificación directa, de cristal
con amplificador de audiofrecuencia de una etapa (ve la Figura 87). Aquel era
un receptor 0-V-1. En la misma charla, el receptor reflejo de un solo
transistor también era 0-V-1.
¿Y en la charla anterior? Si a la entrada de cualquiera de los
amplificadores hicieras llegar la señal de un receptor de cristal, el
amplificador también se convertiría en un receptor de amplificación directa.
Así, por ejemplo, el amplificador montado por cualquiera de los esquemas de las
figs. 138 ó 139 en combinación con un receptor de cristal se convertirían en un
receptor de amplificación directa 0-V-2 y el amplificador montado según el
esquema de la Figura 148, en un receptor 0-V-3.
Para que se te grabe en la memoria el principio básico de la estructura
y el funcionamiento de estos receptores te aconsejo que montes y pruebes el
receptor cuyo esquema se da en la Figura 157.
Figura 157. Esquema básico del receptor 0-V-3
Éste es un receptor 0-V-3 con sintonización a una estación emisora
local. Su circuito oscilante de entrada lo forman la bobina L1 con el
condensador C2 y la antena exterior W1 conectada a ellos y puesta a tierra. La
sintonización aproximada del circuito a la onda de la estación emisora se
efectúa eligiendo experimentalmente el condensador C2, y la precisa, variando
la inductancia de la bobina por medio del núcleo de ajuste de ferrita.
El circuito oscilante de entrada, junto con el diodo V1 y el resistor
R1, que desempeña el papel de carga del detector, forman el receptor de cristal
que ya conoces. La señal de frecuencia acústica creada en el resistor R1, a
través del condensador C4, llega a la entrada del amplificador de
audiofrecuencia, se amplifica en sus tres etapas y es transformado en
oscilaciones sonoras por el altavoz conectado al circuito colector del
transistor de salida V4. Se supone que para el receptor se empleará un altavoz dinámico
para radiodifusión por hilo de 0.25 a 0,5 W de potencia y que su transformador
de acoplamiento va a desempeñar el papel de transformador de salida del
receptor.
Todos los transistores están conectados según el esquema EC. La tensión
inicial de polarización de las bases de los transistores V2 y V3 se suministra
de los colectores a través de los respectivos resistores R2 y R4, lo que mejora
la estabilidad térmica del régimen de funcionamiento de dichos resistores.
Para alimentar el receptor utiliza una o dos baterías 3336Λ acopladas en
serie. Independientemente de la tensión de la fuente de alimentación, establece
las corrientes colectoras de los transistores que se indican en el esquema.
Compara el funcionamiento del receptor con distintas tensiones de la fuente de
alimentación.
Los elementos del receptor puedes montarlos en una placa de cartón
baquelizado de 70 × 90 mm (Figura 158). De puntos de apoyo del montaje sirven
soportes de alambre o remaches huecos. En el circuito oscilante emplea la
bobina con barra de ferrita de cuya construcción te hablé en la charla novena
(Figura 123). Los condensadores electrolíticos C4 a C6 son del tipo K50-3,
K53-1 ó K50-6; los demás condensadores y resistores pueden ser cualesquiera.
Presta atención a la construcción del enchufe X2 para conectar la toma de
tierra. Su parte hembra está formada por dos anillos o tubos cortos metálicos
sujetos a la placa.
Cuando en ellos se introduce ajustadamente el enchufe macho del
conductor a tierra, los anillos se cortocircuitan y conectan la alimentación
del receptor.
La placa de montaje sujétala a la caja del altavoz de radiodifusión por
hilo en cualquier posición. La batería puedes ponerla debajo de la placa o al
lado de ella.
¿Qué hay que tener en cuenta al montar el receptor? En la primera etapa
del amplificador hay que poner el transistor que tenga el mayor factor estático
de transferencia de corriente, y en la de salida, el que tenga menor h21E.
Si, por ejemplo, el factor h21E de un transistor es 20, el de
otro, 80, y el de tercero, 60, el primero de ellos debe funcionar en la tercera
etapa, el segundo, en la primera, y el tercero, en la segunda. Eligiendo
experimentalmente la resistencia de los resistores de polarización, prueba
cambiar también los resistores de carga (desde 3 hasta 10 kΩ), procurando
obtener el volumen de sonido máximo, conservando al mismo tiempo las corrientes
de reposo de los circuitos colectores que se indican en el esquema.
Figura 158. Placa de montaje del receptor
El condensador C2, eligiendo el cual se efectúa la sintonización
aproximada del receptor a la onda de la estación emisora local (la
sintonización exacta se obtiene desplazando la bobina L1 por la barra de
ferrita) se puede sustituir por uno de ajuste tipo KПK-2. Éste no sólo
simplifica la sintonización del circuito, sino que, posiblemente, de la
posibilidad de, utilizándolo como condensador de capacidad variable, sintonizar
el receptor a dos estaciones emisoras.
Si por causas cualesquiera el receptor no empieza a funcionar
inmediatamente, en primer lugar mide las corrientes colectoras de los
transistores y prueba el receptor por partes, utilizando el generador de
señales simple (ve la Figura 99): comprueba primero la parte de entrada, lo
mismo que hiciste en el caso del receptor de cristal, y luego el amplificador.
Está claro que esto hay que hacerlo en el panel maqueta y sólo después
trasladar los elementos a la placa de montaje, de acuerdo con el esquema que para
este fin debes dibujar previamente tomando en consideración las dimensiones de
dichos elementos.
¿Puede hacerse portátil este receptor u otro más simple, por ejemplo,
con dos etapas de amplificación de las oscilaciones de frecuencia acústica? Si,
se puede. Pero sólo podrás utilizarlo en las acampadas. En este caso de antena
podrá servir un hilo conductor aislado de X a 10 m de longitud colgado por uno
de sus extremos de la rama de un árbol alto, y de toma de tierra, una barra
metálica clavada profundamente en aquélla. Sin una buena antena y toma de
tierra, este receptor funcionará débilmente, su sensibilidad será pequeña. Para
elevar esta última hay que añadirle un amplificador de radiofrecuencia.
§. Amplificador de radiofrecuencias y antena con núcleo magnético
Cuando se valora un receptor, se tiene en cuenta no sólo el volumen y la
naturalidad del sonido reproducido, factores que vienen determinados por la
solución esquemática y la calidad del funcionamiento del amplificador de
radiofrecuencias, sino también parámetros como la selectividad y la
sensibilidad.
Se entiende por selectividad la capacidad del receptor
para destacar de entre todas las oscilaciones de radiofrecuencia que se
producen en la antena, sólo las de aquella frecuencia a la cual está
sintonizado. Cuando un receptor destaca claramente la emisora a la cual está
sintonizado, se dice que posee buena selectividad. Y si
durante la recepción de una emisora se oyen otras de frecuencia próxima, de
dicho receptor se dice que su selectividad es mala o insuficiente. Uno de los
procedimientos para elevar la selectividad de un receptor simple consiste en
debilitar el acoplamiento del circuito a sintonizar con la antena exterior, y
la de uno más complejo, en aumentar el número de circuitos que se sintonizan a
la frecuencia de la emisora.
Otro Índice cualitativo de un receptor es la sensibilidad, que
caracteriza su capacidad para “responder” a las señales débiles de emisoras
lejanas. Si el receptor no reacciona a dichas señales, se dice que tiene poca o
mala sensibilidad. En cambio, si recibe un gran número de emisoras lejanas y de
poca potencia, se dice que tiene buena sensibilidad.
La sensibilidad de un receptor depende de la calidad de su circuito de
entrada, del número de etapas de amplificación de radiofrecuencias, de los
transistores que hay en ellas y de sus regímenes de funcionamiento.
Un receptor transistorizado de amplificación directa que proporcione la
recepción segura de las emisoras locales y de las lejanas de gran potencia
tiene por lo general un circuito sintonizable una o dos etapas de amplificación
de las oscilaciones de radiofrecuencia moduladas y, si es portátil, una antena
¡menor con núcleo magnético.
El esquema y lo esencial de la etapa de amplificación de las
oscilaciones de radiofrecuencia es análogo al esquema y al funcionamiento de la
etapa de preamplificación de las oscilaciones de frecuencia acústica. La única
diferencia entre ellos consiste en la carga de los circuitos colectores en que
se obtiene la señal amplificada por el transistor. Esta carga, lo mismo que en
la etapa de amplificación de la frecuencia acústica, puede ser un resistor R,
(Figura 159ª) de 3.3 a 6,8 kΩ de resistencia. La señal amplificada que se crea
en él llega, a través del condensador separador Csep, a la entrada
de la segunda etapa de amplificación de radiofrecuencia, si el amplificador es
bietápico, o al detector (demodulador).
Figura 159. Etapas de amplificación de radiofrecuencia con transistores
p-n-p (para transistores n-p-n la polaridad de la fuente de alimentación debe
invertirse)
Sin embargo, es mejor que la carga del transistor, en vez de ser un
resistor, sea una bobina de choque de alta frecuencia L (Figura 159b), y aún
mejor, un transformador de alta frecuencia (Figura 159c). La bobina de choque,
o el transformador, ofrece a la señal de radiofrecuencia mayor resistencia que
el resistor y eleva la amplificación de la etapa. El transformador permite,
además, eligiendo la relación de transformación, transmitir del mejor modo la
energía de alta frecuencia del circuito colector del transistor amplificador al
circuito de entrada del transistor de la siguiente etapa o del detector,
adaptar la resistencia .de estos circuitos.
Independientemente del esquema y de la carga de la etapa amplificadora,
a la base de un transistor de germanio, junto con la señal a amplificar, debe
llegar una tensión inicial de polarización (respecto del emisor) de 0.1 a 0.2
V, y a la base de un transistor de silicio, de 0.5 a 0.7 V.
En las etapas de amplificación de las oscilaciones de radiofrecuencia se
utilizan transistores de poca potencia con frecuencia límite de 10 MHz y mayor.
De los transistores con estructura p-n-p, por ejemplo, los
transistores del П401 al П403, П416, ГT308, ГT309, ГT10, y de los de
estructura n-p-n, los ГT311. KT315, KT301 y muchos otros. Los
procedimientos de suministro de la tensión de polarización y de estabilización
térmica de los regímenes de funcionamiento de los transistores de las etapas de
radiofrecuencia son los mismos que se utilizan en los amplificadores de
audiofrecuencia.
Figura 160. Amplificador monoetápico de radiofrecuencia con antena magnética
El amplificador de radiofrecuencia de una etapa, con estabilización
térmica del régimen de funcionamiento del transistor y de los circuitos de
entrada del receptor, que utilizan más a menudo los radioaficionados es el que
ves en la Figura 160ª. Esta puede decirse que es la variante clásica del
amplificador de radiofrecuencia de una etapa. El circuito oscilante de entrada,
que determina la sintonización del receptor, lo forman la bobina L1 con su
barra de ferrita dentro y el condensador de capacidad variable C1. La barra de
ferrita con la bobina L1, juntas, son la antena de núcleo magnético W1, en la
cual las oscilaciones moduladas de radiofrecuencia las excita la componente
magnética de las ondas de radio. La bobina L2, que se encuentra sobre la barra
de ferrita de la antena, acopla el circuito de la antena con el amplificador,
por lo que recibe el nombre de bobina de acoplamiento. Ambas
bobinas se devanan de ordinario sobre manguitos de papel, los cuales pueden
desplazarse a lo largo de la barra, con lo que se puede elegir
experimentalmente el mejor acoplamiento entre ellas y desplazar algo los
límites de la gama de ondas que cubre el circuito de la antena con núcleo
magnético L1C1.
De carga del circuito colector sirve el resistor R3. Las oscilaciones de
radiofrecuencia que se crean en él llegan, a través del condensador C4, a la
segunda etapa de radiofrecuencia o al detector.
La estabilización del régimen de funcionamiento del transistor se
consigue por medio del divisor de tensión R1, R2 en el circuito de base del
transistor y del resistor del emisor R4, exactamente del mismo modo que en las
etapas de amplificación de audiofrecuencia con este sistema de estabilización
térmica del punto de trabajo del transistor (ve la Figura 141b).
El condensador C2, conectado entre la bobina de acoplamiento L2 y la
base del transistor es divisor. Su misión consiste en dejar pasar libremente
las oscilaciones de radiofrecuencia al circuito de base del transistor y, al
mismo tiempo, no dejar pasar la corriente continua. Sin este condensador la
base del transistor estaría cerrada al conductor común a través de la bobina de
acoplamiento L2 y el transistor estaría cerrado. Este condensador puede
conectarse también entre la bobina y el conductor común puesto a tierra. Los
condensadores C2 al C4 no deben ofrecer resistencia apreciable a las
oscilaciones de frecuencias más bajas de la gama de ondas que amplifica la
etapa. Estas condiciones las satisfacen los condensadores de mica y cerámicos
de 5 a 10 mil pF capacidad.
El condensador C1 del circuito de la antena con núcleo magnético puede
tener dieléctrico de aire o sólido. Su capacidad máxima determina la gama de
ondas que cubre el circuito de la antena.
En la Figura 160 se da el esquema simplificado de la etapa de
amplificación de oscilaciones de radiofrecuencia con la antena de núcleo
magnético a la entrada. De carga del transistor sirve la bobina de choque para
alta frecuencia L3. La señal amplificada que se toma de ella llega, a través
del condensador C3, a la entrada de la etapa siguiente de amplificación de
radiofrecuencia o a la etapa demoduladora. La tensión de polarización llega a
la base del transistor, procedente de su colector, a través del resistor R1.
§. Acerca de algunos elementos de los receptores portátiles
Las dimensiones relativamente pequeñas, la antena con núcleo magnético y la
alimentación autónoma son sin duda los atractivos principales de los receptores
transistorizados. Tú, como es natural, querrás hacer un receptor que puedas
llevar contigo en tus excursiones, paseos por el bosque y cuando vayas a pescar
o a una colonia de pioneros. Pero para construir los receptores de pequeñas
dimensiones hace falta constancia, pulcritud y, a veces, trabajar como un
verdadero artífice. Si, como un artífice, porque hay que trabajar con piezas
diminutas, utilizando pinzas y, en ocasiones, hasta lupa. Incluso es necesario
afilar el corte del soldador, como si fuera un lápiz, para poder llegar a los
puntos que hay que soldar sin estropear otras soldaduras o elementos. Algunos
de éstos, también pequeños, tiene que hacerlos uno mismo y no contar con
adquirirlos hechos.
Entre los elementos de un receptor de transistores portátil que tiene
que hacer uno mismo se encuentra, en primer lugar, la antena con núcleo
magnético (Figura 161), que es su elemento sensible más importante.
Para las antenas de este tipo de los receptores, incluso de los que
vamos a hablar en esta charla, se utilizan barras redondas (o planas) de
ferrita marca 400HH o 600HH de 8 a 9 mm de diámetro y de 100 a 140 mm de
longitud.
Quizá te acuerdes de que en la charla tercera te recomendé una barra así
para el receptor de crista! detector. Las letras que figuran en la marca de la
barra caracterizan su material, y las cifras, la permeabilidad magnética de la
barra.
Figura 161. Bobina del circuito de antena magnética con bobina de
acoplamiento
Las barras de ferrita con permeabilidad magnética más elevada, como, por
ejemplo, de 1000 y 2000, no sirven, porque funcionan peor en la gama de ondas
medias.
Antes de devanar la bobina del circuito oscilante hay que decidir para
qué banda de ondas de radio debe calcularse la antena con núcleo magnético del
receptor. El problema consiste en que para la recepción de emisoras de la banda
de ondas largas se necesita una antena y para la recepción de las de ondas
medias, otra. Se requiere, pues, un conmutador que complica la estructura del
receptor y su manejo. Pero un receptor de transistores sencillo, de
amplificación directa, de todas formas sólo puede captar las emisoras locales y
las más potentes dentro de un radio de hasta 200 ó 300 km. Por eso carece de
sentido complicar el receptor. Que capte sólo dos o tres emisoras, pero que lo
haga con seguridad y alto. Así es como piensan los radioaficionados y calculan el
circuito de la antena con núcleo magnético del receptor únicamente para las
estaciones de radio de la banda cuyas emisiones se oyen mejor en las zonas en
que ellos viven. Creo que tú debes hacer lo mismo.
Durante tus experimentos con el receptor de transistores simple
conociste de qué emisoras eran las señales que mejor se oían en tu localidad.
Pues teniendo en cuenta la recepción de estas estaciones hay que devanar la
bobina del circuito de la antena con núcleo magnético.
La bobina del circuito oscilante calculada para captar emisoras de la
banda de ondas medias, debe tener de 70 a 80 espiras, y si se calcula para la
banda de ondas largas, de 250 a 280 espiras. Pero si la bobina tiene de 160 a
180 espiras y la capacidad máxima del condensador es de 250 a 350 pF, el
receptor cubrirá una gama de ondas que abarcará aproximadamente desde 450 hasta
900 m, es decir, el final de la banda de ondas medias y el principio de la de
ondas largas. Para hacer la bobina de ondas medias utiliza hilo ПЭB-1 o ПЭΛШ0
0,2-0,25, y para la de ondas largas o de la banda intermedia, hilo de las
mismas marcas pero de 0,15 a 0,2 mm de diámetro. El hilo de la bobina para
ondas medias devánalo en una capa, espira junto a espira. La bobina para ondas
largas es preferible, para disminuir su capacidad interna, devanarla formando
cuatro o cinco secciones y arrollando en cada sección distinto número de
espiras.
La bobina de acoplamiento devánala en el mismo hilo que la del circuito.
La de acoplamiento para la banda de ondas medias debe tener 5 ó 6 espiras; la
de la banda de ondas largas, de 10 a 15 espiras. El número definitivo de
espiras de la bobina de acoplamiento lo determinarás durante el ajuste del
receptor.
Ten presente que los manguitos en que vayas a devanar las bobinas deben
desplazarse con poco rozamiento por el armazón. Trasladando la bobina del
circuito oscilante podrás variar, dentro de ciertos límites, las fronteras de
la banda que cubre el receptor, y desplazando la bobina de acoplamiento,
establecer el acoplamiento más conveniente del circuito de antena con la
entrada del amplificador de radiofrecuencia del receptor.
La barra de ferrita de la antena puede ser plana. En este caso sólo
cambia la forma de los armazones de las bobinas, pero el número de espiras en
ellas será el mismo.
Para sintonizar un receptor transistorizado de amplificación directa, en
el cual, por regla general, sólo hay un circuito sintonizable (el de la antena
con núcleo magnético), conviene utilizar un condensador de capacidad variable
de pequeñas dimensiones. De uno de estos condensadores, que fabrica la
industria soviética especialmente para los receptores de transistores, te hablé
en la charla quinta (ve la Figura 62b). Sus dimensiones exteriores son 25 × 20
× 10 mm, su capacidad inicial (mínima) es de 5 pF y la final (máxima), de 350
pF. También puede servir un condensador cuya capacidad mínima sea de 5 pF y la
máxima de 180 pF.
Pero los radioaficionados en vez del condensador de capacidad variable
emplean a menudo condensadores cerámicos de ajuste KПK-2 con capacidad inicial
de 10 a 25 pF y final de 100 a 150 pF. Debe darse preferencia al condensador
con capacidad inicial de 10 pF y final de 100 pF, ya que con él cubre el
circuito una gama mayor de ondas que con el condensador de capacidad de 25 a
150 pF. Y para mayor comodidad de utilización de este condensador como órgano
de sintonización, sobre su disco móvil- rotor-se pone y se pega un anillo con
dientes por su circunferencia exterior, como muestra la Figura 161. Este anillo
puede cortarse, con una sierra de marquetería, de una placa de vidrio orgánico
o de textolita de 2,5 a 3 mm de espesor, y los dientes, con una sierra de ajustador
o una lima.
Figura 162. Condensador de ajuste utilizado como condensador de
sintonización
Fija este condensador de ajuste en la placa de montaje con un tornillo y
una tuerca o pégalo a ella de manera que la parte dentada sobresalga un poco,
aproximadamente 4 ó 5 mm de la pared lateral del estuche del receptor (en la
Figura 162, a la derecha, la superficie externa de la pared del estuche se
indica con línea de trazos).
El interruptor de alimentación y el regulador de volumen también son
partes imprescindibles del receptor de transistores portátil.
En la charla quinta te di a conocer un resistor variable tipo TK, en
cuya caja hay un interruptor. En principio, en el receptor de transistores este
resistor también puede desempeñar las funciones de interruptor y de regulador
de volumen, si lo permiten las dimensiones del receptor.
Sin embargo, en el receptor de transistores portátil es preferible
utilizar el resistor variable de pequeñas dimensiones CП3-3 que se muestra en
la Figura 163, que también tiene interruptor. El disco, de 20 mm de diámetro,
encajado en el eje del resistor, es la manija del regulador del volumen. Las
dos laminillas extremas son los terminales de los contactos del interruptor, y
las tres intermedias, los terminales del resistor variable. Los terminales del
interruptor se utilizan también para sujetar, por lo general con soldadura,
este elemento en la placa de montaje.
Ahora pienso que ya puedes empezar a construir el receptor portátil.
§. Receptor portátil
¿Cómo debe ser este receptor? En primer lugar, de funcionamiento seguro y sin
“caprichos” en las excursiones, la pesca y en todas partes a que lo lleves
contigo. En segundo lugar, debe proporcionar una buena recepción, con la antena
de núcleo magnético, de dos o tres emisoras con suficiente volumen para que no
sólo tú, sino también tus compañeros, podáis escuchar durante las marchas o en
las acampadas, junto a la hoguera, las últimas noticias, la música, los
reportajes deportivos, comprobar la hora y, en general, sentiros como en casa.
Estas condiciones puede satisfacerlas totalmente e! receptor cuyo
esquema básico se muestra en la Figura 164. Es un receptor de banda única
2-V-3, es decir, con dos etapas de amplificación de oscilaciones de
radiofrecuencia, una etapa de demodulación o detección y tres etapas de
amplificación de frecuencia acústica. La elección de la gama de ondas que cubre
el receptor depende de las condiciones locales de recepción. De fuente de
alimentación del receptor puede servir una balería “Krona”, una batería de acumuladores
7Д,-0.1 o dos baterías 3336Λ acopladas en serie.
Examinemos en el esquema los elementos y el funcionamiento del receptor
en conjunto. En él hay mucho que ya conoces y algo nuevo. Empecemos, como de
costumbre, por la entrada.
El circuito de entrada del receptor, que se sintoniza a la frecuencia de
la emisora, lo forman la bobina L1, la antena con núcleo magnético W1 y el
condensador de capacidad variable C1, cuya función la desempeña el condensador
de ajuste KПK-2. A través de la bobina de acoplamiento L2 y del condensador
separador C2, la señal de la emisora, a la cual está sintonizado el circuito
magnético de la antena, llega a la base del transistor V1 de la primera etapa
del amplificador de radiofrecuencia. De carga de este transistor sirve la
bobina de choque de alta frecuencia L3. De ella, a través del condensador C3,
la señal amplificada llega a la base del transistor V2 de la segunda etapa, y
desde su resistor de carga R3, pasando por el condensador C4, a la etapa de demodulación.
Los dos transistores del canal de radiofrecuencia del receptor están
conectados según el esquema EC. Su régimen de funcionamiento de corriente
continua se regula con los resistores de polarización R1 y R2 entre las bases y
los colectores. La diferencia entre las dos etapas consiste únicamente en que
de carga del transistor de la primera sirve la bobina de choque de alta
frecuencia, mientras que la carga del transistor de la segunda es un resistor.
Figura 163. Resistor variable de pequeñas dimensiones tipo CП-3 con
interruptor de alimentación
Pero estas cargas se pueden no sólo cambiar de sitio entre sí, sino
también, utilizando para estos fines transformadores de alta frecuencia,
introducir algunas otras variaciones en el amplificador, de las cuales hablare
más tarde.
Para ti es nueva la etapa de demodulación o detección. En casi todos los
receptores anteriores el papel de detector lo desempeñaba un diodo de contacto
puntual, mientras que en éste son dos, el V3 y el V4. Con esta conexión de los
diodos del detector, sobre su resistor de carga se crea una tensión de
frecuencia acústica casi dos veces mayor que cuando la carga es un solo diodo.
Por eso estos detectores se llaman detectores con duplicación de la
tensión. A veces se denominan también detectores con entrada cerrada a
la corriente continua, ya que el condensador C4 sólo deja pasar libremente al
detector solamente la componente alterna de la corriente del circuito colector
del transistor V2 y no deja pasar en absoluto la continua.
Figura 164. Esquema básico del receptor portátil
Si el condensador tiene fugas, a través de él y del diodo V3 conectado,
respecto de la polaridad de la batería, en sentido directo, pasará una
corriente continua considerable y el detector demodulará mal o no demodulará la
señal de radiofrecuencia.
En este receptor sirve de carga del detector el resistor variable R5. Al
mismo tiempo, este resistor desempeña el papel de regulador del volumen, cuanto
más alto (según el esquema) se encuentra mi cursor, tanta más tensión de
frecuencia acústica llega a la entrada del canal de baja frecuencia y tanto
mayor es el volumen del sonido.
Pura que sea mejor el acoplamiento de la resistencia del detector con la
resistencia de entrada del amplificador de frecuencia acústica, el transistor
V5 de la primera etapa del amplificador está conectado según el esquema CC, Las
oscilaciones de frecuencia acústica que se crean en su resistor de carga R7
¡legan, a través del condensador C9, al transistor V6 de la segunda etapa y son
amplificadas por él.
Los transistores V7, V9 y V8, V10 están conectados según el esquema del
transistor compuesto y forman los dos brazos de un amplificador de potencia en
contrafase sin transformadores Por su principio básico de funcionamiento, este
amplificador es análogo a la etapa de salida del amplificador del tocadiscos de
que hablamos en la charla anterior, pero menos potente. Las oscilaciones de
frecuencia acústica amplificadas por él llegan, a través del condensador C11,
al altavoz dinámico B1 y se transforman en oscilaciones sonoras.
Él resistor R11, en virtud del cual en las bases de los transistores
compuestos se crean (respecto de los emisores) las tensiones de polarización
iniciales, elimina las distorsiones de tipo de escalón. El resistor R4 y el
condensador C6 forman un filtro desacoplador (que ya conoces por el
amplificador del tocadiscos) que evita los acoplamientos parásitos entre los
amplificadores del receptor a través de la fuente de alimentación común.
Figura 165. Estructura (a) y esquema de la disposición de los elementos en
la placa de montaje (b)
La función que desempeña el condensador electrolítico C7 que shunta la
fuente de alimentación en corriente alterna, también la conoces. Su papel se
nota especialmente al final de la descarga de la batería, cuando aumenta la
resistencia interna de ésta a la componente alterna de la corriente de
frecuencia acústica.
Una posible estructura de este receptor así como su placa de montaje con
el esquema de la disposición de los elementos y las conexiones entre ellos se
muestra en la Figura 165.
En el receptor se utilizan: transistores con factor estático de
transferencia de corriente h21E no menor de 50, el altavoz
dinámico B1 -0,5ГД-21, el condensador C1 del circuito de la antena con núcleo
magnético – KПK-2 (con anillo-manija como en la Figura 162)-, el resistor
variable R5 con interruptor de alimentación S1, tipo CП3-3, los condensadores
electrolíticos K50-6, y la batería de alimentación “Krona”. Ten en cuenta que
los pares de transistores V7 y V8, V9 y V10 deben tener parámetros h21E y
ICBI lo más próximos posible o ser iguales los productos de los
factores h21E de los transistores V7 y V9 y de los V8 y V10.
Ésta es una condición indispensable para el funcionamiento sin distorsión del
amplificador de potencia.
La longitud de la barra de ferrita de la antena es de 140 mm. Las
estructuras y los datos de las bobinas L1 y L2 son las mismas que te dije en la
parte anterior de esta charla. Para la recepción de emisoras de la banda de
ondas medias, la bobina de choque L3 debe tener de 75 a 85 espiras, y para las
emisoras de la banda de ondas largas, aproximadamente, 200 espiras.
Todos los elementos, excepto el altavoz dinámico y la batería de
alimentación, van montados sobre una placa de cartón baquelizado, de textolita,
de laminado de tela de fibra de vidrio o de cualquier otro material aislante,
de 150 × 100 mm. La abertura de 36 mm de diámetro en el centro de la placa se
hace para el sistema magnético del altavoz. La barra de ferrita de la antena se
sujeta a la placa con anillos de goma.
El altavoz dinámico se fija por el soporte del diafragma en la pared
delantera de la caja, y la batería “Krona”, en la pared lateral. La placa de
montaje se sujeta con cuatro tornillos para madera sobre barretas de apoyo
fijas a las paredes de la caja. Esta última se hace de madera contrachapada de
4 ó 5 mm de espesor pegando con cola sus piezas. En la pared anterior, delante
del diafragma del altavoz hay una abertura, que se cubre con tela no muy gruesa
para proteger aquél del polvo y la humedad. Sobre la abertura se pone una
rejilla decorativa. A las paredes laterales va sujeta con tornillos el asa (o
correa) para transportar cómodamente el receptor.
La pared posterior de la caja (en la Figura 165ª no se muestra) puede
sujetarse a las paredes laterales con tornillos para madera.
Pero es preferible, sin embargo, que esta pared sea abatible, sobre pequeñas
bisagras, y se cierre con un picaporte, lo que da la posibilidad de sustituir
rápidamente la batería descargada.
Ésta u otra parecida puede ser la estructura de tu receptor. Eso depende
mucho de los elementos y materiales de que dispongas y, naturalmente, de tu
ingenio creador.
Antes de empezar a ajustar el receptor, comprueba atentamente su montaje
siguiendo el esquema básico, Presta especial atención a que
sean correctas las conexiones de los terminales de los transistores, la
polaridad de los condensadores electrolíticos y de los dardos del detector.
Después, con los contactos abiertos del interruptor de alimentación, conecta el
miliamperímetro en estas condiciones, el instrumento que cierra consigo el
circuito de alimentación, debe indicar la corriente de reposo, de 12 a 15 mA
como máximo. Si esta corriente es mucho mayor, eso indica que el montaje está
mal hecho, que en el receptor se han utilizado elementos defectuosos o que los
resistores no tienen los valores nomínales necesarios.
El ajuste del amplificador de audiofrecuencia del receptor se reduce
fundamentalmente al establecer los regímenes de funcionamiento de Ion
transistores de su etapa de salida. Primero, eligiendo experimentalmente el
resistor R8, sustituyéndolo o conectando en paralelo a él resistores de otros
valores nominales, establece en el punto de simetría una tensión igual a 4,5 V,
es decir, a la mitad de la tensión de la batería (o del bloque de alimentación
de la red). Mide la tensión entre los conductores comunes negativos y puestos a
masa de los circuitos de alimentación. Esta tensión no debe ser menor de 8.5 V.
Luego, eligiendo experimentalmente el resistor K11 establece la corriente de
reposo de los transistores de la etapa de salida entre los límites de 4 a 6 mA.
Debo advertirte una vez más que durante las sustituciones del resistor
R11, el amplificador debe estar sin corriente, de lo contrario los transistores
compuestos de la etapa de salida pueden estropearse a causa de las corrientes
excesivamente grandes que pasan por ellos.
La aptitud para el funcionamiento del canal de audiofrecuencia del
receptor en conjunto compruébala como te dije en la charla anterior al tratar
del amplificador de audiofrecuencia.
Hecho esto pasa a ajustar la parte de radiofrecuencia del receptor.
Primero conecta el miliamperímetro a los circuitos colectores de los
transistores y, eligiendo experimentalmente los resistores R2 y R1, establece
en estos circuitos corrientes que estén dentro de los limites indicados en el
esquema. Después, girando el receptor en el plano horizontal, sintonízalo a una
emisora cualquiera y, eligiendo adicionalmente los resistores R2 y R1, consigue
el mayor volumen de recepción posible de dicha emisora. El volumen máximo se
logra cuando el eje longitudinal de la antena con núcleo magnético está situado
perpendicularmente a la recta dirigida a la emisora que se recibe. Eso es así
porque la antena con núcleo magnético posee directividad de acción. La gama de
ondas que cubre el receptor se puede correr un poco hacia el lado de las ondas
más cortas o de las más largas desplazando la bobina del circuito de antena por
la barra de ferrita.
Luego halla una posición tal de la bobina de acoplamiento L2 en la
barra, respecto de la bobina del circuito de antena, que el nivel de la señal
sea máximo y no esté distorsionado. Si cuando el alejamiento de la bobina de
acoplamiento, respecto de la del circuito, es máximo, el receptor funciona con
distorsiones, hay que disminuir el número de espiras de la primera. Los
armazones de ambas bobinas sujétalos a la barra de ferrita con sendas gotitas
de cola.
Puede ocurrir que con la amplificación máxima el receptor empiece a
autoexcitarse en alta frecuencia y se produzcan silbidos. En este caso cambia
entre sí las conexiones de los terminales de la bobina de choque de alta
frecuencia. Si esto no surte efecto, shúntala con un resistor de 1 a 10 kΩ de
resistencia.
¿Qué variaciones o adiciones se pueden introducir en este receptor?
En primer lugar, en relación con los transistores. En el amplificador de
radiofrecuencia, en vez de los transistores ГT308 que indica el esquema básico,
se pueden utilizare cualesquiera otros de alta frecuencia y pequeña potencia de
estructura p-n-p, por ejemplo, los ГT310, П401 a П403, П416 y П422 con
cualquier índice literal, y en lugar del transistor MП37, en la penúltima
etapa, los análogos a él MП35 y MП36, también con cualquier indico literal.
Los transistores V9 y V10 de la etapa de salida pueden ser transistores
de potencia media, como por ejemplo, los ГТ402, ГТ403, П601 o П605. En este
caso la potencia de salida del receptor aumenta aproximadamente hasta 0.6 a 0,8
W. Respectivamente se puede aumentar también la potencia del altavoz dinámico
que se utiliza en el receptor. Pero al hacer esta sustitución de los
transistores la corriente media que consume la etapa de salida aumenta hasta
150 a 200 mA. El receptor con esta etapa de salida hay que alimentarlo con una
batería compuesta de seis pilas 343 ó 373. La batería “Krona” o la 7Д-0.1 no
pueden abastecer durante mucho tiempo el funcionamiento de este receptor.
En paralelo al resistor R11, es decir, entre las bases de los
transistores V7 y V8, se puede conectar en sentido directo un diodo de germanio
de contacto puntual o de enlace, con lo que se eleva la estabilidad térmica del
funcionamiento de la etapa de salida. En el esquema básico del receptor (Figura
164) este diodo se representa con líneas de trazos. La esencia de la acción de
este diodo se reduce a lo siguiente. Al aumentar la temperatura, la caída
directa de tensión en él disminuye, y al disminuir, por el contrario, aumenta.
Al ocurrir esto varía automáticamente la tensión de polarización de las bases
de los transistores, lo cual se aprovecha para estabilizar térmicamente el
amplificador.
La carga del transistor de la primera etapa puede ser un resistor de 3.3
a 4.7 k Ω de resistencia. Pero con esto disminuye un poco la sensibilidad del
receptor. Esta pérdida puede compensarse ajustando más cuidadosamente los
regímenes de funcionamiento de los transistores e intensificando el
acoplamiento del circuito de antena con la entrada del amplificador. Además, se
puede prever un enchufe hembra para poder conectar al circuito de la antena con
núcleo magnético, una antena eléctrica exterior que aumente el radio de acción
del receptor.
La caja del receptor no es necesario que la hagas tú mismo. Puedes
adquirir la de un receptor de transistores portátil que sirva para el tuyo. La
caja adquirida te sugerirá las dimensiones de la placa de montaje y la
colocación en ella de los elementos.
Teniendo en cuenta los elementos elegidos y las posibles variaciones y
adiciones, comprobadas en el panel maqueta, puedes empezar a construir el
receptor. Dice el refrán: antes de cortar una vez, mide siete veces.
Cuando se trata de hacer un receptor portátil, sobre todo si deseas reducir sus
dimensiones, hay que tener eso muy presente. Por lo mismo quiero darte otro
consejo: partiendo de los elementos de que dispones, haz varios
esquemas distintos de montaje, elige sin darte prisa el mejor y sólo después empieza
a hacer la placa, a marcarla y a montar el receptor.
El receptor de amplificación directa fue, y por lo visto, seguirá siendo
durante mucho tiempo, una de las etapas más importantes del proceso de
formación creadora de los radioaficionados. Pero en esta charla no termino mis
explicaciones sobre los receptores de esta clase. Las continuaré en la charla
dedicada a la utilización de los microcircuitos integrales.
Charla 13
Del receptor de amplificación directa al superheterodino
Contenido:
§. Peculiaridades del superheterodino
§. Convertidor de frecuencia
§. Superheterodino de transistores
* * * *
El estudio práctico de los aparatos radiorreceptores empieza, por regla
general, con el aprendizaje de los receptores de amplificación directa. Así
hemos procedido nosotros. Después comienza la fase siguiente, mas difícil, del
quehacer de los radioaficionados, el estudio y la construcción del receptor
superheterodino, el cual posee mejor selectividad y sensibilidad que el de
amplificación directa. A este tipo moderno, fundamental, de receptores de
radiodifusión dedico esta charla
§. Particularidades del superheterodino
¿En qué se diferencia en principio el superheterodino del receptor de
amplificación directa? Principalmente, por el método de amplificación de las
oscilaciones moduladas de radiofrecuencia. En el receptor de amplificación
directa la señal recibida se amplifica sin variación alguna de su frecuencia.
En el superheterodino, en cambio, la señal recibida se transforma en
oscilaciones de la llamada frecuencia intermedia, con la cual se efectúa la
amplificación principal de dicha señal. La demodulación, la amplificación de
las oscilaciones de frecuencia acústica y su transformación en oscilaciones
sonoras, son procesos que en los receptores de ambos tipos se realizan en
principio del mismo modo.
El esquema estructural del superheterodino puedes verlo en la Figura
166. Su circuito oscilante sintonizable, de entrada, es el mismo que el del
receptor de amplificación directa. Desde él la señal recibida de la emisora
llega al mezclador. A éste se hace llegar también la señal de
un generador local de oscilaciones de radiofrecuencia de poca potencia,
denominado heterodino. En el mezclador las oscilaciones del
heterodino se transforman en oscilaciones de frecuencia intermedia (FI), igual
de ordinario a la diferencia entre la frecuencia del heterodino y la de la
señal recibida, las cuales después se amplifican y demodulan. En la mayoría de
los casos la frecuencia intermedia del superheterodino es igual a 465 kHz. Las
oscilaciones de frecuencia acústica separadas por el detector también se
amplifican y después son transformadas por el altavoz en oscilaciones sonoras.
El mezclador, junto con el heterodino, transforman la señal recibida de
la emisora en oscilaciones de frecuencia intermedia, por eso esta etapa del
superheterodino se llama convertidor. Al circuito de salida
del convertidor están conectados los circuitos oscilantes sintonizados a la
frecuencia de 465 kHz. Estos circuitos forman un filtro de frecuencia
intermedia (FFI) que separa las oscilaciones de frecuencia intermedia y filtra
las oscilaciones de las frecuencias de la señal de entrada, del heterodino y de
sus combinaciones.
Cualquiera que sea la sintonización del superheterodino, la frecuencia
de su heterodino debe ser más alta (o más baja) que la de la señal de entrada
en 465 kHz, es decir, en el valor de la frecuencia intermedia. Así, por
ejemplo, si el receptor se sintoniza a una emisora cuya frecuencia portadora
sea de 200 kHz (longitud de onda de 1500 m), la frecuencia del heterodino debe
ser de 665 kHz (665 - 200 = 465 kHz), para recibir una emisora cuya frecuencia
sea de 1 MHz (longitud de onda de 300 m), la frecuencia del heterodino deberá
ser de 1465 kHz (1465 kHz - 1 MHz = 465 kHz) y así sucesivamente.
Figura 166. Esquema estructural del superheterodino
Para conseguir que la frecuencia intermedia sea constante cuando el
receptor se sintoniza a una onda de radio de longitud cualquiera es necesario
que la banda de frecuencias del heterodino esté desplazada, respecto de la
banda que cubre el circuito de entrada, en una frecuencia igual a la
intermedia, es decir, en 465 kHz. En esta frecuencia se efectúa la
amplificación de la señal recibida hasta el nivel necesario para que el
detector funcione normalmente.
¿En qué consiste la ventaja del superheterodino frente al receptor de
amplificación directa?
En que en el superheterodino la amplificación principal de la señal
recibida se efectúa en una frecuencia intermedia fija, que, además, es
relativamente baja. Esto da la posibilidad de, aumentando el número de etapas
del amplificador de FI, conseguir una amplificación muy grande y bastante
estabilizada de la señal recibida, sin temor a que se excite el amplificador de
FI. Las propiedades selectivas del receptor de amplificación directa vienen
determinadas de ordinario solamente por el circuito oscilante de entrada. En el
superheterodino, en cambio, varios circuitos oscilantes están sintonizados
constantemente a la frecuencia intermedia. Estos circuitos, que forman filtros
de Fl, aseguran al superheterodino una selectividad más alta que la del
receptor de amplificación directa. A todo esto hay que añadir que la
sensibilidad y selectividad del superheterodino se conservan aproximadamente
constantes en todas las bandas, incluso en las de onda corta, para las cuales
los receptores de amplificación directa no sirven prácticamente.
§. Convertidor de frecuencia
La comprensión del principio básico del funcionamiento de un convertidor de
frecuencia transistorizado te será más fácil examinando su esquema
simplificado, el cual puedes verlo en la Figura 167.
Figura 167. Convertidor de frecuencia simplificado
La señal de la emisora a cuya frecuencia está sintonizado el circuito de
entrada L1C1, a través de la bobina de acoplamiento L2, llega a la base del
transistor V1. Al mismo tiempo, a la base del transistor, a través de la bobina
de acoplamiento L2 (o directamente) llega también la señal del heterodino, cuya
frecuencia es 465 kHz mayor que la frecuencia portadora de la emisora. En el
circuito colector las oscilaciones de las frecuencias de la señal recibida y
del heterodino, se mezclan y, como resultado, surgen en él oscilaciones de
diversa frecuencia, incluso de frecuencia intermedia. El circuito L3C2,
conectado al colector, está sintonizado a la frecuencia intermedia, por lo que
separa principalmente sólo las oscilaciones de esta frecuencia y filtra las oscilaciones
de todas las demás. Las oscilaciones de frecuencia intermedia separadas por el
circuito, a través de la bobina de acoplamiento L4, llegan a la entrada del
amplificador de F1 para ser amplificadas.
La señal del heterodino puede hacerse llegar también al circuito emisor
del transistor de la etapa mezcladora. El resultado será el mismo.
En el convertidor de frecuencia del superheterodino pueden funcionar dos
transistores: uno en el mezclador y otro en el heterodino. Este tipo de etapas
recibe el nombre de convertidor con heterodino separado. Pero
los convertidores de frecuencia de la inmensa mayoría de los superheterodinos
hechos por los radioaficionados son de un solo transistor. Éstos se
llaman convertidores con heterodino combinado, ya que un mismo
transistor desempeña las funciones de heterodino y de mezclador.
En principio también funcionan así los convertidores de frecuencia de
los superheterodinos de lámparas.
Los convertidores de frecuencia de muchos superheterodinos de
transistores, entre ellos los de producción industrial en serie, están
calculados para captar estaciones emisoras de sólo dos gamas de ondas: medias y
largas. La gama de ondas cortas suele faltar en ellos. Esto se explica porque
la introducción de la gama de ondas cortas va ligada con considerables
complicaciones de los convertidores de frecuencia, no siempre justificables
durante la explotación. Los radioaficionados suelen dar preferencia a los superheterodinos
de transistores más simples, de una sola gama, teniendo en cuenta las
condiciones locales de radiorrecepción, pero siempre con amplificador de F1.
Sin este amplificador el superheterodino funciona mal.
Esta pequeña digresión puede suscitarte la siguiente pregunta: ¿Vale la
pena hacer un superheterodino de transistores? ¡Claro que sí, porque la
selectividad del superheterodino es mejor que la del receptor de amplificación
directa y su sensibilidad es más uniforme por toda la gama de ondas que cubre
el receptor! De esto te convencerás tú mismo.
§. Superheterodino de transistores
El esquema básico de la parte de radiofrecuencia y del detector de un
superheterodino (con heterodino combinado) se muestra en la Figura 168.
Figura 168. Esquema básico de la parte de radiofrecuencia y del detector del
superheterodino de transistores
El amplificador de audiofrecuencia (que en el esquema no se da) no
difiere en nada del de un receptor de amplificación directa. Puede ser
cualquiera de los amplificadores que tú ya has construido. Pero, en principio,
el amplificador de audiofrecuencia no es imprescindible: la carga del detector
pueden ser los auriculares, conectados a su circuito en vez del resistor R6.
El circuito de entrada del superheterodino, formado por el circuito
L1C1C2 de la antena con núcleo magnético W1 y la bobina de acoplamiento L2, no
se diferencia en nada del circuito de entrada de la etapa de radiofrecuencia de
un receptor de amplificación directa. La bobina L4, conectada al circuito
colector del transistor, y el circuito L5C6C7C8, unido a través del condensador
C5 con el emisor del transistor V1, forman la parte heterodina del convertidor.
En virtud del acoplamiento inductivo entre las bobinas L4 y L5, en el circuito
L5C6C7C8 se excitan oscilaciones eléctricas cuya frecuencia viene determinada
por los datos del circuito y se regula con el condensador de capacidad variable
C8.
Parte de la energía de las oscilaciones de radiofrecuencia que surgen en
el circuito heterodino, a través del condensador C5, llega al circuito emisor
del transistor V1, es amplificado por él y, a través de la bobina de reacción
L4, llega de nuevo al circuito heterodino y mantiene en él las oscilaciones de
la frecuencia a la cual está sintonizado. De este modo, sobre la corriente del
transistor influyen simultáneamente las oscilaciones de la señal de la emisora
que se recibe y la del circuito heterodino. Estas, mezclándose, forman las
oscilaciones de frecuencia intermedia, que son separadas por la carga del
colector del transistor, el circuito L6C4, sintonizado a dicha frecuencia. A
través de la bobina de acoplamiento L7, las oscilaciones antedichas llegan al
amplificador de F1.
El resistor R3 puede considerarse en este convertidor de un transistor
como carga del circuito heterodino, en la cual se separa la tensión alterna de
radiofrecuencia que entra en el circuito emisor del transistor. El condensador
C5 es un elemento de transición que acopla el circuito heterodino con el
transistor.
Al mantenimiento relativamente constante de la diferencia entre las
frecuencias de sintonización del circuito heterodino y del de entrada, igual a
465 kHz, se le da el nombre de alineación de los circuitos. La
alineación se consigue eligiendo convenientemente la inductancia de las bobinas
para cada gama y variando al mismo tiempo la capacidad de los condensadores de
sintonía de estos circuitos. Y como las capacidades de los condensadores de
sintonía son iguales, la inductancia de la bobina del heterodino debe ser algo
menor que la de la bobina del circuito de entrada.
Presta atención al condensador C6. Este condensador se llama de conjugación o
“padding". Como está conectado en serie con el condensador de
sintonización, hace que disminuya la capacidad total del circuito, con lo cual
se estrecha la gama de frecuencias del heterodino. En virtud del padding, las
frecuencias de las oscilaciones del heterodino por toda la gama supera la
frecuencia de las oscilaciones de la señal captada en la frecuencia intermedia,
es decir, en 465 kHz. La alineación de circuitos se consigue: en la parte de
alta frecuencia de la gama, con los condensadores de ajuste C2 y C7 conectados
en paralelo a los condensadores de sintonía C1 y C8, y en la de baja
frecuencia, con el correspondiente ajuste de las inductancias de las bobinas de
entrada y del heterodino.
Acuérdate de esto: la alineación de los circuitos de entrada y heterodino
de acuerdo con la frecuencia intermedia es condición indispensable para el
funcionamiento del superheterodino. Si la alineación no se hace con
suficiente esmero, el receptor funcionará mal.
Para estabilizar el funcionamiento del transistor del convertidor, la
tensión de polarización se suministra a su base desde el divisor de tensión R1,
R2. El régimen de funcionamiento más conveniente del transistor se establece
eligiendo experimentalmente el resistor R1. El resistor R4 y el condensador C10
forman el filtro desacoplador.
Con objeto de aumentar el radio de acción del receptor se ha previsto la
posibilidad de conectar a él una antena exterior, una varilla o un trozo de
alambre de aproximadamente 1.5 m de longitud. En este caso el acoplamiento de
la antena exterior, conectada al enchufe hembra X1, con el circuito de entrada
del convertidor es inductivo, a través de la bobina L3.
El amplificador monoetápico de FI lo forman el transistor V2, el
circuito L8C11 y el resistor R5, a través del cual se suministra a la base del
transistor la tensión inicial de polarización. Este amplificador funciona lo
mismo que el de radiofrecuencia del receptor de amplificación directa, con la
única diferencia de que de carga del transistor de esta etapa sirve el circuito
resonante L8C11, sintonizado, lo mismo que el circuito L6C4, a la frecuencia
intermedia, el circuito de entrarla de esta etapa, por medio de la bobina L7,
está acoplado inductivamente con la carga del convertidor, y d de salida, con
el detector.
A partir de la bobina de acoplamiento L9, que acopla la etapa de
amplificación de frecuencia intermedia con la etapa detectora, todo marcha como
en el receptor de amplificación directa, las oscilaciones de frecuencia
acústica separadas por el diodo V3, desde su resistor de carga R6, bloqueado
por el condensador C12, llegan, a través del condensador eléctrico C13, a la
entrada del amplificador de audiofrecuencia de dos o tres etapas.
Los datos de la mayoría de los elementos de la parte de radiofrecuencia
del superheterodino se indican en el esquema básico. Sólo se han omitido en él
las capacidades de los condensadores C1 y C8 de sintonización de los circuitos,
y la del condensador pudding C6. Esto se debe a que se desconocen el bloque de
condensadores de capacidad variable, de que dispones, la gama de ondas para la
cual piensas calcular el receptor y el núcleo que vas a emplear para la bobina
L5 del heterodino. Estos dalos están relacionados entre sí y determinan la
capacidad del condensador pudding Cp.
En el receptor puede utilizarse un bloque de condensadores cualquiera,
incluso el estandarizado para los receptores de lámparas con capacidad máxima
de 495 pF. No obstante, es preferible que sea de pequeñas dimensiones, como el
de los superheterodinos transistorizados de producción industrial. Pero en
estos últimos también se emplean bloques de condensadores de distinta
estructura y capacidad. En los receptores "Sputnik" y “Surpriz",
por ejemplo, se utilizan bloques de condensadores cuya capacidad máxima es de
170 pF, en el Sokol es de 240 pF, en el "Atmosfera", de 250 pF y en
el "Spidola" de 365 pF.
Figura 169. Bobinas del superheterodino de transistores
Los núcleos de alta frecuencia que pueden emplearse para la bobina L5
del heterodino también pueden ser distintos Se puede, por ejemplo, utilizar el
núcleo acorazarlo (en forma de caja redonda, de carbonilo marca CБ-12a, en el
cual se introduce la bobina (Figura 160a), o una barra de ferrita, metida
dentro del armazón, hecho por ti, de las bobinas (Figura 169b). Distintos
núcleos requieren diferentes números de espiras de las bobinas.
Los datos aproximados de las bobinas L1 y L5, teniendo en cuenta la
utilización en el receptor de distintos bloques de condensadores, de capacidad
variable, y núcleos para la bobina L5 del heterodino, se dan en la tabla
siguiente.
En ella se indica también la capacidad del condensador padding C6,
correspondiente a estos datos.
Si el receptor está calculado para la gama de ondas medias, la bobina L1
se debe devanar en una capa, espira junto a espira. Pero si es para la gama de
ondas largas, hay que devanarla por secciones c irregularmente. La bobina de
acoplamiento L2 debe tener de 8 a 12 espiras. El número definitivo de espiras
de esta bobina lo erigirás experimentalmente al ajustar el receptor. El número
de espiras de la bobina L3 debe ser, aproximadamente, 2 ó 3 veces mayor que el
de la bobina L2 (su devanado también tiene que ser irregular).
Para las bobinas de heterodino es preferible utilizar un núcleo
acorazado de carbonilo CБ-12a (Figura 169b). Sobre el armazón de poliestireno
seccionado previsto para este núcleo, devana primero, con hilo ПЭB-1 0,1 a
0,12, la bobina L5 del circuito oscilante, distribuyendo uniformemente las
espiras en sus secciones. La derivación que va al emisor del transistor tómala
de la 4ª espira (para las ondas medias) o de la 6ª (para las ondas largas),
contado desde el extremo puesto a masa. Después, sobre las espiras de la
sección media, devana con el mismo hilo la bobina de reacción L4. Esta bobina
deberá tener 20 espiras. El armazón con las bobinas colócalo dentro del núcleo,
después de enfundar los terminales de aquéllas en trozos cortos de tubos
aisladores para que no se estropee el aislamiento del hilo. Las dos mitades del
núcleo en forma de caja redonda pégalas con barniz o con cola БФ-2.
Si no dispones del núcleo de carbonilo puedes utilizar para la bobina
del heterodino un armazón seccionado, hecho por ti, y un trozo de barra de
ferrita (Figura 169c). La altura del manguito del armazón será de 13 a 15 mm y
la longitud del núcleo, de 18 a 20 mm. El armazón hazlo de papel fuerte,
pegado, de manera que el núcleo entre rozando dentro del manguito y se sostenga
en él. Primero devana sobre el armazón, irregularmente, la bobina L5 del
heterodino y después la L4, de reacción. La derivación de la bobina del
heterodino hazla de la 5ª a la 7ª espira, contando desde el extremo puesto a
masa. El numero de espiras de la bobina de reacción es 15; el hilo. ПЭB-1 0,1 a
0,12.
La estructura de las bobinas de los filtros de F1, L6 y L8, y las de las
bobinas de acoplamiento L7 y L9 es análoga a la de las bobinas del heterodino.
Para ellas, lo mismo que para las de aquel, se pueden utilizar núcleos
acorazados de carbonilo o trozos de barra de ferrita. En el primer caso las
bobinas L6 y L8 deberán tener de 75 a 80 espiras cada una, y en el segundo, de
45 a 50 espiras, también cada una, de hilo ПЭB-1 0,1. Las bobinas de
acoplamiento L7 y L9 devánalas sobre las de los filtros, con hilo de la misma
marca, pero de 0.12 a 0,15 mm de diámetro. En el primer caso la bobina L7
deberá tener 15 espiras y la L9, 30 espiras, y en el segundo, respectivamente
10 y 20 espiras.
Para la etapa convertidora utiliza un transistor con factor h21E de
40 a 50, y para la de amplificación de FI, con h21E de 60 a 80.
Los condensadores de ajuste C2 y C7 pueden ser cualesquiera.
Creo que el convertidor de frecuencia, el amplificador de FI el detector
y las una o dos etapas de amplificación de las oscilaciones de audiofrecuencia
(o los auriculares conectados al circuito detector), debes montarlos y a
justarlos primero en un panel maqueta. Conecta después la alimentación, mide
las corrientes colectoras de los transistores V! y V2 y, si éstas difieren
mucho de las indicadas en el esquema, regúlalas cambiando los resistores R1 y
R5.
Esta comprobación previa, aproximada, da la posibilidad de conocer si se
han cometido errores, si existen malos contactos o si hay elementos defectuosos
en los circuitos del receptor. Luego conecta a éste la antena exterior e
intenta sintonizarlo a una emisora cualquiera. Al hacer esto pon los
condensadores de ajuste C2 y C7 de los circuitos de entrada y heterodino en la
posición de capacidad media. Si el intento no da resultado, eso significa que
el heterodino no genera o que no existe alineamiento de los circuitos del
convertidor.
En este caso comprueba primeramente si funciona el heterodino. Conecta
en paralelo al resistor R3 el voltímetro de corriente continua y cortocircuita
la bobina L5. Cuando el heterodino funciona normalmente, al cortocircuitar la
bobina debe disminuir un poco la tensión en el emisor del transistor. Si la
tensión no varía es porque el heterodino no genera. Entonces hay que cambiar
entre sí de sitio la conexión de los terminales de la bobina de reacción L4 o,
disminuyendo la resistencia del resistor R1 aumentar un poco la tensión en la
base del transistor V1.
Cuando el heterodino funcione bien, podrás sintonizar el receptor a una
emisora cualquiera. Si la recepción va acompañada de un silbido que distorsiona
la transmisión, aleja la bobina de antena L3 y la de acoplamiento L2 de la
bobina del circuito oscilante L1. Hecho esto, varía la inductancia de las
bobinas de los filtros de frecuencia intermedia (valiéndote de los núcleos de
ajuste o desplazando las bobinas por las barras de ferrita)
primero la de la bobina L8 y después la de la L6 hasta que consigas la intensidad
máxima de recepción de las señales de la emisora.
Ahora pasa a hacer e! trabajo más laborioso, el de alinear los circuitos
de entrada y heterodino. El bloque de condensadores C1 y C8 ponlo en la
posición de capacidad máxima y, valiéndote únicamente del núcleo de ajuste de
la bobina L5 del heterodino, sintoniza el receptor a una emisora cualquiera de
la parte de frecuencia más baja de la gama. Variando la inductancia de la
bobina L1 del circuito de entrada, desplazándola por la barra de ferrita de la
antena de núcleo magnético, consigue la intensidad máxima de recepción de las
señales de la emisora Después sintoniza e! receptor a una emisora de la parle
de frecuencia más alta de la gama (poniendo el bloque do condensadores de
capacidad variable en la posición de capacidad mínima}. Sin tocar las bobinas,
alinea los circuitos únicamente con los condensadores de ajuste L2 y L7 Puedes
aumentar la capacidad del primero y disminuir la del segundo o, al contrario,
disminuir la del primero y aumentar la del segundo. El problema es el mismo,
conseguir la intensidad máxima de recepción de la emisora.
Con esto no termina aún el reglaje del superheterodino. Hay que
sintonizar otra vez el heterodino y el circuito de entrada al final y al
principio de la gama, volver a ajustar los circuitos L8C11y L6C4 del filtro de
frecuencia intermedia y retornar a los circuitos del convertidor del receptor.
Esto puede repetirse dos o tres veces, hasta conseguir que ninguno de los
elementos de ajuste pueda mejorar ya el funcionamiento del receptor.
No está excluido que el receptor empiece a auto-excitarse. Esto puede
deberse a una colocación desacertada del circuito heterodino y de los circuitos
de frecuencia intermedia respecto de la antena con núcleo magnético y entre
ellos mismos. Busca una disposición mejor de estos elementos en el receptor. Si
no lo consigues, prueba cambiar de sitio entre si los terminales de las bobinas
de acoplamiento L7 y L9, acortar o separar los conductores de los circuitos de
las bases y de los colectores de los transistores. Si se produce generación a
causa del acoplamiento de las etapas a través del circuito de alimentación,
intercala en el circuito colector del transistor V2 del amplificador de FI un
filtro desacoplador igual que el del circuito del transistor del convertidor de
frecuencia.
Cuando subsanes todos los defectos y acabes de reglar el receptor,
comienza la fase final, la instalación de los elementos en la placa de montaje
y la del receptor en su caja. En esto todo depende de tu ingenio, iniciativa y
posibilidades. Por ejemplo, se puede transformar en superheterodino el receptor
portátil de amplificación directa (según el esquema de la Figura 164). En tal
caso sólo tienes que desmontar la parte de radiofrecuencia y convertirla en
etapa de amplificación de frecuencia intermedia y convertidora de frecuencia,
En la placa de montaje queda sitio para los nuevos elementos. La etapa
detectora y el amplificador de audiofrecuencia del receptor se conservan sin
variaciones.
Si, por el contrario, decides hacer un receptor nuevo, entonces,
teniendo en cuenta las dimensiones y las particularidades de los elementos de
que dispongas, piensa bien su esquema de montaje, la forma de la caja y sólo
después pon manos a la obra. Ya tienes experiencia, de manera que puedes
resolver tú mismo lodos estos problemas prácticos.
El superheterodino es un receptor de elevada complejidad. Pero su
sensibilidad y selectividad sólo serán buenas si están bien alineados sus
circuitos de entrada y heterodino en toda la gama de frecuencias y
concienzudamente sintonizados los filtros de frecuencia intermedia.
Charla 14
Conocimiento con la automática
Contenido:
§. Células fotoeléctricas
§. Relé electromagnético
§. Relé electrónico
§. Fotorrelé
§. Relé de tiempo
§. El modelo va hacia la luz
§. Relé acústico
§. Cerradura de combinación
* * * *
En una ocasión, cuando daba clase en un círculo de radiotecnia, pedí a
los alumnos que hicieran memoria y nombraran los aparatos y dispositivos
automáticos que utilizaban en sus casas. Cualesquiera que fueran: térmicos,
mecánicos, eléctricos o electrónicos. Al principio algunos hasta se echaron a
reír: hay aparatos automáticos en las fábricas, eso está claro, pero, ¿en casa?
Sin embargo, la confusión duró poco. Pronto empezaron a nombrar una
serie de cosas y sistemas que tenían elementos de automática: la pluma
estilográfica, el reloj, la calefacción central, la válvula del agua, el
refrigerador eléctrico, el depósito del retrete, el contador de la luz, el
timbre eléctrico, el regulador de caldeo de la plancha eléctrica, el fusible de
la red eléctrica y otros muchos. Sí, todos éstos son aparatos o dispositivos
automáticos que desempeñan fundones peculiares. Por ejemplo, el fusible. En
cuanto la corriente eléctrica es mayor que aquélla para la cual está calculado,
se calienta y se funde. Y los diversos juguetes con motores de cuerda y
eléctricos o los juegos-atracciones ¿no encierran acaso elementos de
automática?
¿Qué aparatos automáticos electromecánicos y electrónicos puedes hacer
con tus propias manos'> A eso voy o referirme en esta charla.
Pero, antes les tendré que hablarte de los captadores eléctricos y relés
electromagnéticos, que son los elementos más importantes de la automática
electrónica. Empezaré por las células fotoeléctricas, dispositivos que
transforman la energía luminosa en eléctrica.
§. Células fotoeléctricas
El invento de la célula fotoeléctrica se debe a varios científicos, entre
ellos, e independientemente de los demás, a Alexandr Grigórievich Stoliétov.
Siendo profesor de física de la Universidad de Moscú. A. G. Stoliétov
hizo en 1888 el experimento siguiente (Figura 170).
Puso un disco metálico y una rejilla de alambre fina enfrentados entre
sí a poca distancia, sujetándolos en sendos soportes de vidrio. El disco lo
unió con el polo negativo de una batería y la rejilla, con el positivo.
Figura 170. Dispositivo experimental de A. Sloliétov (a la derecha, dibujo
de su obra, en el cual: A es la linterna de arco; B, la batería; C, dos discos
planos paralelos, y G, el galvanómetro)
Entre la rejilla y la batería intercaló un instrumento eléctrico de
medición sensible, un galvanómetro con espejo sobre cuadro móvil en lugar de
aguja. Frente al galvanómetro colocó una linterna y debajo de ella una tira de
papel con divisiones, es decir, una escala. El haz de luz de la linterna se
dirigía al espejo del galvanómetro y su rayo reflejado incidía sobre la escala.
Cualquier corriente, por muy pequeña que fuera, podía hacer que el espejo del
galvanómetro girará y el rayo reflejado corriera por las divisiones de la
escala. A cierta distancia del disco y la rejilla puso Stoliétov otra linterna,
de arco, cuya luz, pasando a través de la rejilla, iluminaba el disco. Mientras
el obturador de la linterna de arco estaba cerrado, el rayo luminoso de la
segunda linterna incidía sobre el cero de la escala. Pero cuando se entreabría,
el rayo empezada a desplazarse por la misma, indicando la presencia de
corriente en el circuito que, al parecer, estaba abierto.
Este experimento permitió a Stoliétov llegar a la siguiente conclusión:
La luz "genera” corriente eléctrica. Este fenómeno se conoce hoy con el
nombre de efecto fotoeléctrico. Además, el científico ruso demostró
experimentalmente que ciertos materiales, bajo la acción de la luz, lo mismo
que el cátodo caldeado de una lámpara de radio, pueden emitir electrones. En
sus experimentos la luz desprendía del disco metálico un "enjambre” de
electrones que, atraídos por la rejilla, cargada positivamente, creaban en el
circuito la corriente eléctrica. Esta corriente se llama hoy corriente
fotoeléctrica, y los dispositivos cuyo funcionamiento se basa en este principio
reciben el nombre de células fotoeléctricas de efecto externo.
Las células fotoeléctricas modernas se hacen de semiconductores y son
dispositivos fotosensibles de efecto fotoeléctrico interno. A ellas pertenecen
las células fotorresistentes o resistencias fotosensibles, los fotodiodos, los
fototransistores y algunos otros dispositivos.
Una resistencia fotosensible (Figura 171) consiste en una capa delgada
de material semiconductor aplicada sobre una lámina de vidrio o de cuarzo,
encajada en una cápsula redonda, ovalada o rectangular de plástico de pequeñas
dimensiones.
La capa semiconductora tiene por dos de sus lados opuestos contactos
para conectarla al circuito eléctrico. La conductividad eléctrica del
semiconductor varia en dependencia de su iluminación: cuanto más intensamente
esté iluminado, tanto menor será su resistencia y, por consiguiente, mayor la
corriente que pase por él.
Figura 171 Vista exterior (a), representación gráfica esquemática (b)
estructura y conexión (c) de la resistencia fotosensible
De esta forma, este dispositivo, bajo la acción de la luz que sobre él
incide, también se puede utilizar para conectar y desconectar aparatos
eléctricos o mecanismos diversos.
El fotodiodo, que es un elemento fotosensible con capa de barrera,
recuerda por su estructura a un diodo semiconductor plano (Figura 172). Sobre
una plaquita de silicio de conducción por electrones hay depositada por fusión
una fina capa de boro. Los átomos de boro, penetrando en el silicio, crean en
él una zona que posee conducción por huecos. Entre el silicio y el boro se
forma una unión electrón-hueco. Por abajo, sobre la capa de tipo n hay
una capa de metal de contacto relativamente gruesa. La superficie de la capa
tipo p está recubierta de una película delgadísima, casi transparente, de
metal, que hace las veces de contacto de dicha capa.
Figura 172 Vista exterior (a), representación gráfica en los esquemas (b),
estructura y esquema de conexión (c) del fotodiodo
El fotodiodo funciona como sigue. Mientras no sufre irradiación
luminosa, su capa de barrera impide el intercambio de electrones y huecos.
Cuando se somete a irradiación, la luz penetra a través de la película
transparente en la capa p y genera en ella pares electrón- -hueco. Los huecos
se quedan en la capa p y los electrones pasan a la capa n. Como resultado, el
electrodo superior se carga positivamente y el inferior, negativamente. Si a
estos electrodos se conecta una carga, a través de ella pasa corriente
continua. Por lo tanto, el fotodiodo es un dispositivo en el cual la energía
luminosa se transforma directamente en eléctrica.
Tú es posible que hayas visto, o quizá tengas, un fotoexposímetro,
dispositivo que sirve para determinar el tiempo de exposición a! hacer
fotografías. La parte más importante de este aparato es un fotodiodo de
silicio. A él va conectado un galvanómetro sensible cuya aguja, al desviarse,
indica la iluminación del objeto que se fotografía.
Un fotodiodo cuya capa fotosensible tenga aproximadamente 1 cm2 de
superficie, iluminada directamente por el sol, puede dar una corriente de 20 a
25 mA con una tensión de alrededor de 0.5 V. Pero los fotodiodos, lo mismo que
las pilas voltaicas, se pueden acoplar en batería para conseguir mayor tensión
y corriente. Así, por ejemplo, están construidas las baterías solares de que se
proveen las naves cósmicas para alimentar sus aparatos.
Las perspectivas de aplicación de los fotodiodos son muy seductoras. No
sólo en la automática. En las zonas del sur, donde hace calor y la luz solar es
abundante, de las fotobaterías con grandes superficies se puede obtener una
cantidad enorme de energía eléctrica. De fotobaterías se pueden hacer los
tejados de las casas: durante el día, bajo la acción de la luz, aquéllas
cargarán baterías de acumuladores, y por la noche la energía eléctrica
acumulada se utilizará para el alumbrado.
Los fototransistores son dispositivos fotosensibles a los cuales sirven
de base transistores. Casi todos los transistores bipolares se pueden
transformar en fototransistores. El hecho es que en un transistor la corriente
colectora depende mucho de la iluminación de la unión colectora p-n.
Si quieres cerciorarte, lima con precaución la parte superior de la cápsula de
un transistor de baja frecuencia, por ejemplo, de la serie desde МП39 hasta
МП42, conecta después el transistor a un circuito de corriente continua e
ilumínalo (Figura 173).
Figura 173. Resistencia fotosensible y esquema de su conexión
Si en el circuito colector se intercala un miliamperímetro, éste, cuando
se ilumine intensamente el cristal del transistor, marcará una corriente
colectora que aumentará hasta varios miliamperios. Esta propiedad de los
transistores, análoga a la de las células fotoeléctricas de efecto interno, se
utiliza mucho por los radioaficionados experimentadores en los dispositivos
automáticos que ellos mismos hacen.
Cuanto más potentes sean estos elementos fotoeléctricos y más intensa la
luz de los focos, tanto mayores serán las variaciones de las corrientes
colectoras y tanto más eficaz el funcionamiento de los dispositivos. En el
transistor de la serie П213, por ejemplo, si su cristal se ilumina con una
lámpara eléctrica de 75 a 100 W de potencia, la corriente colectora aumenta
hasta 1 A y más. Esa corriente es suficiente para alimentar un pequeño motor
eléctrico que empezará a funcionar cuando se ilumine el fotorresistor.
§. Relé electromagnético
Un relé electromagnético es un dispositivo electromecánico que puede mandar el
funcionamiento de otros dispositivos (mecanismos) o circuitos eléctricos.
La Figura 174 representa esquemáticamente la estructura y el principio
de funcionamiento del relé electromagnético. El relé consiste en una barra de
hierro dulce (núcleo) en la cual encaja una bobina con gran número de espiras
de hilo aislado. Sobre una pieza en forma de L invertida, llamada culata, se
sostiene la armadura, que es una lámina, también de hierro dulce, acodada en
ángulo obtuso. El núcleo, la culata y la armadura forman el circuito magnético
del relé. A la culata van sujetos unos resortes con contactos, que conectan y
desconectan la alimentación del circuito ejecutivo, por ejemplo, el circuito de
alimentación de una lámpara de incandescencia In1 para señales.
Figura 174. Estructura esquemática, conexión y representación gráfica del
relé electromagnético y de sus contactos
Mientras no pasa corriente por el devanado del relé, la de madura, por
la acción de los resortes de contacto, se encuentra a cierta distancia del
núcleo. Pero en cuanto por el devanado pasa corriente, su campo magnético
imanta el núcleo y éste atrae a la armadura. En este instante el otro extremo
de ésta presiona sobre los resortes de contacto y conecta el circuito
ejecutivo. Cuando deja de pasar corriente por el devanado, el campo magnético
desaparece, el núcleo se desimana y los resortes de contacto se enderezan y,
desconectando el circuito ejecutivo, devuelven la armadura a su posición
inicial.
Fin dependencia de las particularidades estructurales de los resortes de
contacto, los relés pueden ser: de contactos normalmente abiertos, de contactos
normalmente cerrados y de contactos a dos direcciones. Los contactos
normalmente abiertos, en ausencia de corriente en el devanado, están abiertos
(Figura 174a), y en presencia de la corriente, se cierran. Los normalmente
cerrados, por el contrario, en ausencia de corriente en el devanado están
cerrados (Figura 174b) y cuando acciona el relé se abren. En los contactos a
dos direcciones (Figura 174c) el resorte central está acoplado a la armadura y
en ausencia de corriente conecta con uno de los resortes extremos y, cuando el
relé acciona, salta al otro resorte extremo y establece contacto con él. Muchos
relés tienen no un grupo de resortes de contacto, sino varios, que dan la
posibilidad de, por medio de los impulsos de corriente que se crean en el
devanado, mandar a distancia vanos circuitos ejecutivos al mismo tiempo, cosa
que se utiliza en la automática.
En los esquemas básicos los devanados de los relés electromagnéticos se
representan por medio de un rectángulo y una letra K con la cifra indicadora
del número de orden del relé en el dispositivo. Los contactos de este relé se
designan con la misma letra, pero con dos cifras separadas por un punto: la
primera indica el número de orden del relé, y la segunda, el número de orden
del grupo de contactos en dicho relé.
Atendiendo a la función que tienen que desempeñar, las culatas, las
armaduras y los resortes de contacto de los relés electromagnéticos tienen
diversas estructuras y los devanados, distintos datos. Pero el principio en que
se basa el funcionamiento de todos los relés es el mismo: cuando la corriente
que pasa por el devanado adquiere cierto valor, el relé entra en acción y su
armadura, atraída por el núcleo imanado, cierra o abre los contactos del
circuito ejecutivo.
La característica principal de un relé electromagnético es su
sensibilidad, es decir, la potencia de la corriente que debe pasar por el
devanado para que el relé accione. Cuanto menor sea la potencia de la corriente
necesaria para que el relé responda tanto más sensible será el relé.
La utilidad de un relé para un determinado dispositivo automático se
estima de ordinario por el valor mínimo de la corriente con ¡a cual acciona. Si
se comparan dos relés, uno de los cuales para accionar necesita consumir 80 mW
de potencia y el otro, 40 mW, el secundo relé se considera más sensible que el
primero. Por regla general, el devanado del relé más sensible tiene mayor
número de espiras y su resistencia también es mayor.
Para nuestros fines vamos a necesitar relés cuya acción sea segura con
una corriente de 6 a 10 mA y una tensión de la fuente de alimentación de 4.5 ó
9 V, lo que corresponde a una potencia de 27 a 90 mW. La resistencia de los
devanados de estos relés debe ser de 120 a 700 Ω. Estas condiciones pueden
satisfacerlas, por ejemplo, el relé PЭC-10 con certificado técnico PC4.524.302
ó PC4.524.303. La resistencia del devanado del primero de estos relés es de 630
Ω, y la del segundo, de 120 Ω.
Para probar un relé electromagnético cuyos datos técnicos desconozcas
puedes utilizar el esquema que se muestra en la Figura 175.
Figura 175. Esquema para probar el relé electromagnético
Necesitarás una batería BG1 de 9 a 12 V (dos o tres baterías 3336Λ), una
batería BG2 de 4.5 V (una batería 3336Λ), un resistor variable R de 1 a 1.5 kΩ
de resistencia, un miliamperímetro PA para corriente de 20 a 30 mA y una
lámpara de señales In (indicador) para 3.5 V de tensión (Figura 175). Cuando
los contactos K.1.1 se cierran, la lámpara In se enciende y cuando se abren, se
apaga. Variando la resistencia del resistor R y observando las indicaciones del
miliamperímetro, es fácil determinar los puntos correspondientes a los
instantes en que el relé conecta y desconecta. Estos datos facilitan y aceleran
el trabajo de ajuste de los dispositivos automáticos.
En la mayoría de los relés la armadura retorna a la posición inicial
cuando sobre ella presionan los resortes de contacto. Si estos resortes se
tuercen un poco, para que presionen menos sobre la armadura, la sensibilidad
del relé mejora un poco. De esta forma se pueden regular las corrientes de
conexión y desconexión del relé.
§. Relé electrónico
La sensibilidad de los relés electromagnéticos de que te he hablado es, a pesar
de todo, pequeña para reaccionar a las variaciones de la corriente en el
circuito de una célula fotoeléctrica de una resistencia fotosensible o de
cualquier otro captador de señales eléctricas. Únicamente los llamados relés
polarizados, que poseen una sensibilidad muy elevada, pueden accionar con
señales eléctricas de potencias pequeñas.
Espontáneamente se te planteará la pregunta: ¿cómo se puede elevar la
sensibilidad de un relé electromagnético? Valiéndose de un amplificador de
señales eléctricas a base de transistores o de lámparas. Este amplificador,
combinado con el relé electromagnético, recibe el nombre de relé electrónico.
El esquema de un relé electrónico muy simple se da en la Figura 176a.
Figura 176. Esquema del relé electrónico
Consiste en un amplificador de corriente ordinario, de un solo
transistor, que funciona en régimen de conmutación, a cuya salida se ha
conectado un relé electromagnético. En dependencia de la estructura del
transistor y de la polaridad de la señal de mando que llega a la entrada del
amplificador, el transistor se cierra (si es de estructura p-n-p y
la tensión en la base del transistor es positiva) o, al contrario, se abre (si
la tensión en la base del transistor es negativa y la estructura es p-n-p).
Cuando el transistor está cerrado, la resistencia de su sección emisor-colector
es grande y la corriente colectora no supera 20 25 μA, demasiado pequeña para
que el relé accione. Durante este tiempo los contactos K.1.1 del relé K1 están
abiertos y el circuito ejecutivo, desconectado. Pero cuando el transistor se
abre, la resistencia de su sección emisor-colector disminuye bruscamente y la
corriente colectora crece hasta el valor necesario para que responda el relé y
cotícele el circuito ejecutivo.
Recuerda esta importantísima condición: para que relé electrónico
funcione bien, la tensión de su fuente de alimentación debe ser un 20 30% mayor
que la tensión necesaria para que actúe el relé electromagnético que en él se
utiliza.
En el circuito colector del transistor, en vez del relé
electromagnético, se puede conectar otro dispositivo eléctrico, por ejemplo, un
motor eléctrico M de poca potencia, como muestra la Figura 176b. Se obtiene
entonces un relé electrónico sin contactos. En este caso el rotor del motor
eléctrico empieza a girar cada vez que se ubre el transistor. Está claro que la
corriente que pase por el transistor no debe superar la permisible para él.
El relé electrónico es un elemento imprescindible en la mayor parte de
los dispositivos automáticos electrónicos que conectan y desconectan
cualesquiera mecanismos ejecutivos.
§. Fotorrelé
La corriente de un elemento fotosensible, que varia bajo la acción de la luz
que incide sobre él, es pequeña. Pero si esta corriente se amplifica y a la
salida del amplificador se conecta un relé electromagnético, se obtiene un
fotorrelé, dispositivo que, variando la intensidad de la luz que incide sobre
su elemento fotosensible, da la posibilidad de mandar otros dispositivos y
mecanismos.
El esquema estructural de un dispositivo de acción automática de este
tipo y las gráficas de las corrientes que ilustran su funcionamiento se ve en
la Figura 177.
Figura 177. Esquema estructural de un fotorrelé en el cual la función de
elemento fotosensible la desempeña un fotorresistor
Supongamos que la resistencia fotosensible R (en su lugar puede estar
cualquier otra célula fotoeléctrica) está en sombra, por ejemplo, tapada por la
palma de la mano. En este instante (en las gráficas los tramos 0a) la corriente
en el circuito del elemento fotoeléctrico If y la corriente en
el amplificador Ia son pequeñas y en el circuito ejecutivo no
existe corriente lej en absoluto, ya que los contactos K1.1 del
relé K1 están abiertos. Si se destapa el elemento fotoeléctrico o se dirige
sobre él un haz de luz, la corriente en dicho elemento y en el amplificador
aumentan bruscamente (en las gráficas, los tramos ab), el relé electromagnético
actúa y con sus contactos conecta el circuito de alimentación del mecanismo
ejecutivo. Pero en cuanto el elemento fotoeléctrico vuelve a taparse (o queda a
la sombra), el circuito ejecutivo se desconecta inmediatamente (o se conmuta).
Lo principal en el funcionamiento del fotorrelé es la diferencia de
corriente que hace que el relé electromagnético actúe. En dependencia del
amplificador elegido, el relé electromagnético puede actuar no cuando está
iluminado el elemento fotoeléctrico, sino, al contrario, cuando está a
obscuras. El resultado es el mismo, la luz que incide sobre el elemento
fotoeléctrico manda el circuito del mecanismo ejecutivo, el cual puede ser un
motor eléctrico, un sistema de alumbrado, unos aparatos o muchas otras cosas.
Para que hagas experimentos y construyas te propongo tres variantes de
fotorrelé con distintos captadores fotosensibles.
El esquema de la primera variante de fotorrelé se da en la Figura 178a.
En él se utiliza como elemento fotoeléctrico el transistor V1 de poca potencia
y baja frecuencia (МП39 - МП42). Toma un transistor cuyo factor h2lE no
sea menor de 50 y que tenga una corriente ICBI, lo menor posible.
Corta cuidadosamente con una sierra de marquetería la parte superior de la
cápsula del transistor y después limpia bien el cristal de las limaduras
metálicas que hayan caído sobre él. Para evitar que se deposite polvo o humedad
en dicho cristal, tapa la cápsula con una fina película transparente de
polietileno o lavsán. Así obtendrás un fototransistor.
¿Cómo funciona esta variante de fotorrelé? En el estado inicial, en el
cual el elemento fotosensible está a obscuras, los dos transistores están
cerrados. Cuando se ilumina el cristal del transistor V1, la resistencia
inversa de su unión colectora disminuye y se produce un aumento brusco de la
corriente colectora.
Esta corriente es amplificada por el transistor V2. El relé K1 que es la
carga del transistor V2, actúa y con sus contactos K1.1 conecta el circuito de
mando.
La regulación del fotorrelé se reduce a establecer los regímenes de
funcionamiento de los transistores. Hay que elegir una resistencia tal del
resistor R1 que, cuando el fototransistor esté a obscuras, pase por el devanado
del relé una corriente de 5 a 8 mA. El resistor R2 desempeña en este
dispositivo automático el papel de limitador de la corriente del circuito de
base del transistor VI, y el R4 hace lo mismo en el del colector. El relé
electromagnético K1 puede ser del tipo PCM. PЭC con devanado de 200 a 700 Ω de
resistencia o hecho por ti.
Figura 178. Variantes de fotorrelé
El fotorrelé funciona mucho mejor si el flujo luminoso incide sobre el
fototransistor a través de una pequeña lente en cuyo foco se halla el cristal.
El esquema de la segunda variante de fotorrelé se muestra en la Figura
178b. Se diferencia del anterior solamente en que en él sirve de captador la
resistencia fotosensible R1 la cual está conectada al circuito de base del
transistor V1 en serie con el resistor R2, que limita la corriente en el
circuito. Su resistencia de reposo es grande. En estas condiciones la corriente
colectora del transistor es pequeña. Cuando la resistencia fotosensible se
ilumina, su resistencia disminuye, con lo que aumenta la corriente en el
circuito de base. La corriente fotoeléctrica, acrecentada y amplificada por los
dos transistores, pasa por el devanado del relé electromagnético K 1 y hace que
éste actúe. Sus contactos K1.1 se cierran y conectan el circuito de mando.
Para esta variante de fotorrelé se pueden utilizar resistencias
fotosensibles de los tipos ФCK-1 y ФCK-2. El relé electromagnético debes
calcularlo para una corriente de accionamiento de 10 a 12 mA (la resistencia
del devanado será de 200 a 400 Ω).
En la tercera variante de fotorrelé, cuyo esquema se ha representado en
la Figura 178c el papel de captador lo desempeña el fotodiodo V1 de tipo ФД-1 o
ФД-2. El relé electromagnético K1 es el mismo que en las variantes anteriores.
En esta variante el elemento fotoeléctrico y el resistor R1 forman un divisor
de tensión de la fuente de alimentación, desde el cual llega a la base del
transistor V2 la tensión negativa de polarización. Mientras el fotodiodo no
está iluminado, su resistencia inversa (estando intercalado en el circuito del
divisor en sentido inverso) es muy grande. En estas condiciones la tensión de
polarización en la base del transistor viene determinada principalmente sólo
por la resistencia del resistor R1. El transistor V2 está en este caso abierto
y el V4, cerrado. Los contactos K1.1 del relé K1 también están abiertos. Pero
en cuanto se ilumina el fotodiodo, su resistencia inversa y la diferencia de
tensión en el disminuyen, por lo que el transistor V2 casi se cierra y el V4,
por el contrario, se abre. En estas condiciones el relé K1 actúa y sus
contactos K1.1 se cierran, conectando el circuito ejecutivo. Si el fotodiodo se
obscurece, su resistencia inversa vuelve a crecer, el transistor V2 se abre, el
V4 se cierra y el relé K1 desconecta sus contactos y corta el circuito
ejecutivo.
¿Qué función desempeñan en estos fotorrelés, los diodos V3, que shuntan
los devanados de los relés electromagnéticos? En los instantes en que el
transistor del amplificador pasa cid estado abierto al cerrado y la corriente
en el circuito colector disminuye bruscamente, en el devanado del relé surge
una corriente electromotriz autoinducida, mantenida por la corriente que
decrece en el circuito colector. En este instante la suma de las tensiones de
la f.e.m. autoinducida y de la fuente de alimentación del relé electromagnético
es mucho mayor que la tensión máxima permisible en el colector y las
uniones p-n del transistor pueden ser perforadas. Respecto de
la fuente de alimentación del dispositivo automático, el diodo está conectado
en sentido inverso, y respecto de la f.e.m. autoinducida, en sentido directo y,
por consiguiente, la extingue y evita de esta forma que se estropeen los
transistores.
El diodo puede ser tanto de punta de contacto puntual como plano, con
tensión inversa de 30 V como mínimo.
El fotorrelé y la lámpara para su iluminación se pueden alimentar tanto
de una batería como de un rectificador con tensión de salida de 9 a 12 V. El
rectificador se puede montar en la misma caja opaca (Figura 179) en que se
encuentre el fotorrelé. Sobre el captador del fotorrelé no debe incidir luz
clara extraña.
Figura 179. Estructura del fotorrelé y del iluminador
El buen funcionamiento de cualquiera de los fotorrelés de que acabo de
hablarte depende en alto grado de su dispositivo iluminador. Su eficacia será
máxima si dicho dispositivo da un estrecho haz de luz brillante exactamente en
la dirección del captador fotoelectrónico. El dispositivo iluminador puede
hacerse en forma de tubo metálico o de cartón de 120 a 220 mm de longitud y de
28 a 30 mm de diámetro. Dentro del tubo, en uno de sus extremos sujeta una
lámpara de incandescencia de pequeñas dimensiones, calculada para 9 a 12 V de
tensión (por ejemplo, una lámpara para faros de automóvil) y en el otro extremo
coloca una lente convergente (por ejemplo, un vidrio redondo para gafas) cuya
distancia focal sea de 100 a 120 mm. La disposición mutua de la lente y la
lámpara en el dispositivo elígela experimentalmente de manera que la luz salga
de él formando un haz estrecho.
¿Para qué puede servir el fotorrelé? Para muchas cosas. Se puede poner,
por ejemplo, a la entrada de la escuela para que conecte un letrero luminoso
que diga: “Bien venidos”. Puede montarse en una maqueta de transportador que
imite la carga de cajones con la producción acabada. Cada vez que un cajón
corte el haz luminoso funcionará el contador electromecánico conectado al
circuito ejecutivo del fotorrelé o se encenderá una lámpara señaladora.
En general, el fotorrelé puede ser una muestra útil de material
didáctico evidente para el gabinete de física de la escuela. También puede
tener éxito en las veladas dedicadas a la técnica contemporánea.
§. Relé de tiempo
Si tienes afición a la fotografía puedes hacerte un dispositivo que conecta
automáticamente la lámpara de la ampliadora durante el tiempo que dure la
exposición para hacer las copias. La conexión y desconexión automática de este
u otro dispositivo puedes lograrla valiéndote de un relé de tiempo.
Para comprender mejor el funcionamiento de dicho dispositivo haz una
prueba siguiendo el esquema que se da en la Figura 180.
Figura 180. Experimento ilustrativo del principio en que se basa el
funcionamiento del relé de tiempo
Cuando el interruptor de bolón S1 no está apretado, el voltímetro PU
indica ausencia de tensión en las armaduras del condensador C1. Aprieta durante
varios segundos el botón S1 y observa atentamente cómo se comporta la aguja del
voltímetro. Se desvía de cero y se para frente a la división de la escala que
corresponde, aproximadamente, a la tensión de la batería BG1. Esto ocurre como
consecuencia de la carga del condensador. Para variar el tiempo que dura la
desviación de la aguja del instrumento, es decir, la carga del condensador,
basta sustituir este condensador o el resistor R1. Alimentando la capacidad del
condensador el doble, la aguja se desviará dos veces más despacio. El mismo
efecto obtendrás si duplicas la resistencia del resistor R1.
¿Qué ocurrirá si a las armaduras de un condensador cargado se conecta un
relé electrónico con transistor de resistencia de entrada relativamente grande?
La resistencia de entrada del transistor se puede aumentar conectado un
resistor R2 al circuito de su emisor. El condensador empezará a descargarse a
través de la unión emisora y del resistor R2 del emisor del transistor del relé
electrónico. Con esto el transistor se abre, el relé K1 actúa y, cerrando los
contactos K1.1, conecta el circuito ejecutivo. En cuanto el condensador se
descarga, el transistor se cierra, el relé K1 desconecta sus contactos y éstos,
al abrirse, cortan el circuito ejecutivo. El tiempo que tarda en descargarse el
condensador y, por consiguiente, el tiempo en que el transistor se encuentra en
estado abierto, viene determinado por la capacidad del condensador y la
resistencia del circuito a través del cual se descarga.
Ése es el principio en que se basa el funcionamiento del relé
electrónico de tiempo.
El dispositivo para la exposición automática en la ampliadora de
fotografías puedes montarlo por el esquema que se da en la Figura 181.
Los dos transistores de este dispositivo funcionan en el régimen de
conmutación, asegurando el accionamiento seguro del relé K1 cuando se hace
llegar a la entrada del transistor V1 una tensión de 2V aproximadamente.
El tiempo que tarda en accionar el relé viene determinado por el tiempo
que dura la descarga del condensador C1 a través de los resistores R2. R3 de la
unión emisora del transistor V1 y del resistor R4. Variando la resistencia del
resistor variable R3 se puede fijar el tiempo de exposición, aproximadamente,
desde 0,1 hasta 5 s.
Figura 181. Esquema del relé de tiempo
El relé de tiempo funciona como sigue. En el estado inicial, en el cual
los contactos del interruptor de botón SI están desconectados, la tensión en el
condensador C1 es nula. En estas condiciones los dos transistores están
cerrados, a través del devanado del relé electromagnético K1 prácticamente no
pasa corriente y sus contactos K1.1, que conectan la alimentación de la lámpara
de la ampliadora In1, están abiertos. Cuando el bolón S1 se aprieta por poco
tiempo, el condensador C1 se carga e inmediatamente empieza a descargarse a
través de los circuitos que ya conoces. Desde el instante en que se aprieta el
botón hasta el instante en que el condensador C1 se descarga hasta la tensión
de 2 V, el relé K1 permanece conectado, cerrando con sus contactos el circuito
de alimentación de la lámpara de la ampliadora. Dicha lámpara se desconecta en
cuanto la tensión en las armaduras del condensador C1 se hace menor de 2 V.
Para conectar de nuevo la lámpara de la ampliadora hay que volver a apretar el
botón S1 de puesta en marcha del dispositivo. El tiempo durante el cual se
aprieta el botón de puesta en marcha del dispositivo automático se incluye en
el tiempo total de exposición.
El dispositivo se alimenta de la red de corriente alterna a través del
transformador T1, que reduce la tensión de la red hasta 10 a 12 V, y del
rectificador de una alternancia con el diodo V3 de la serie Д226 ó Λ? con
cualquier Índice literal. El condensador C2 atenúa las pulsaciones de la
tensión rectificada.
El transformador de red T1 devánalo sobre un circuito magnético de
láminas Ш-16, el espesor del juego de láminas es do 18 mm. El devanado I,
calculado para la tensión de 220 V, debe tener 2800 espiras de hilo ПЭB-1 0,12,
y el devanado II, 100 espiras de hilo ПЭB-1 0,3. A la salida del rectificador
la tensión debe ser de 10 V como mínimo.
El relé electromagnético es semejante al del fotorrelé antes descrito.
Los datos de los demás elementos del dispositivo automático se dan en el
esquema.
Una vez que hayas montado el relé de tiempo y te hayas cerciorado de que
puede funcionar, calibra el resistor variable R3. El calibrado se reduce a que
para las posiciones de su contacto deslizante, con intervalos de 10 a 15 s, se
determina con un cronómetro el tiempo que está conectado el relé. Los
resultados que obtengas márcalos en forma de escala alrededor del botón del
resistor, al cual proveerás de una aguja indicadora.
¿Este dispositivo automático sólo puede servir para obtener copias
fotográficas? No, claro que no. Puede adaptarse para conectar durante un tiempo
dado otros aparatos, por ejemplo, los motores eléctricos de modelos para la
exposición de trabajos de jóvenes técnicos.
§. El modelo va hacia la luz
Recuerda el fotorrelé. Su mecanismo ejecutivo (ve la Figura 178) era relé
electromagnético. ¿Y si en lugar de este relé se conecta en el circuito
colector del transistor de la segunda etapa el motor eléctrico montado en un
modelo cualquiera, por ejemplo, en el de un automóvil? En este caso, cuando se
dé la señal luminosa, el modelo marchará hacia adelante, y cuando dicha señal
no se dé, estará parado. Será un modelo fotomandado.
En el comercio puedes adquirir un modelo de tanque con mando a
distancia. Dentro del modelo hay dos micromotores eléctricos, uno para cada
oruga, y la batería que los alimenta. El mando se efectúa apretando botones en
una cajita de mando unida al modelo por medio de los conductores que conectan
los motores eléctricos. Te propongo transformar este modelo en fotomandado.
El esquema básico del “relleno" electrónico de este juguete y el de
la distribución en él de los bloques de mando a distancia se muestra en la
Figura 182.
Figura 182. Esquema básico (a) y esquema de la ubicación de los grupos de
aparatos de mando a distancia (b) en el modelo de tanque
Las partes receptora y ejecutiva de los aparatos que se montan en el
modelo constan de dos fotorrelés con amplificadores bietápicos de la corriente
fotoeléctrica. El acoplamiento entre los transistores es directo. A los
circuitos colectores de los transistores de salida de ambos bloques están
conectados los micromotores eléctricos M1 y M2, que son los mecanismos
ejecutivos del modelo. El papel de transmisor de las órdenes de este sistema de
mando a distancia lo desempeña una linterna eléctrica redonda con haz de luz
enfocable.
Para alimentar los aparatos se utilizan dos baterías 3336. La batería
BG1 alimenta al fotorrelé y a los transistores V3-V6 de las primeras etapas de
los amplificadores, y la batería BG2, a los transistores de salida V7 y V8 con
los motores eléctricos conectados a sus circuitos colectores. El interruptor S1
es común para los circuitos de alimentación.
Cada fotodiodo y el respectivo amplificador de corriente fotoeléctrica
(en la Figura 182b los УФ-1 y УФ-2) sólo manda su motor eléctrico. A saber, el
fotodiodo V1 al motor eléctrico M1, y el fotodiodo V2 al motor eléctrico M2.
Entre los fotodiodos hay un tabique opaco que permite iluminarlos por separado.
Mientras los fotodiodos no se iluminan, los transistores de salida V7 y
V3 están cerrados, a los motores eléctricos no llega corriente y el modelo, por
consiguiente, está parado. Cuando se iluminan ambos fotodiodos, la luz incide
sobre el modelo por delante, los transistores V7 y V8 se abren, empiezan a
funcionar ambos motores y el modelo se mueve hacia adelante, hacia la luz. Si
el foco de luz se desplaza hacia un lado, para que sólo ilumine uno de los
fotodiodos, únicamente funcionará un motor y el modelo so parará y empezará a
girar hacia el lado de donde viene la luz. Para que gire en sentido opuesto hay
que desplazar en ese mismo sentido el foco de luz.
Los transistores do cada bloque de fotorrelé conviene montarlos sobre
placas separadas para que sea más fácil colocarlos dentro del modelo. Los
transistores V3-V6 pueden ser cualesquiera de poca potencia y baja o alta
frecuencia, y los V7 y V8 cualesquiera transistores de potencia media. Cuanto
mayor sea su factor h21E tanto más sensible será el fotorrelé.
Los fotodiodos pueden ser ФД-1 ó ФД-2. El papel de fotodiodo puede desempeñarlo
una de las uniones p-n de un transistor de poca potencia de
estructura p-n-p con el “sombrerete" de la cápsula
cortado (como en el fototransistor hecho por ti). El terminal de la base del
fotodiodo se une con el conductor de signo más del circuito de alimentación y
el terminal del emisor o del colector (determínalo experimentalmente procurando
conseguir la mejor sensibilidad), con la base del transistor del fotorrelé.
Los bloques de fotorrelé ajústalos por separado. Primero el fotodiodo V1
(en el otro bloque el V2) cortocircuitándolo con un puente de alambre, para
cerrar el transistor V3, y el resistor R3 sustitúyelo por dos acoplados en
serie, uno fijo, de 15 a 20 kΩ, y otro variable, de 30 a 50 kΩ. Disminuyendo
suavemente la resistencia total de esta cadena de resistores, capta el instante
en que una mayor disminución de la resistencia no influye ya en la frecuencia
con que gira el rotor del motor. La resistencia nominal del resistor R3 debe
ser, aproximadamente, un 10% menor que la resistencia medida de la cadena
provisional de resistores.
Después quita el puente que cerraba el fotodiodo y eligiendo por medio
de pruebas la resistencia del resistor R1, procura que el motor funcione con la
luz difusa que incide
sobre el fotodiodo. En el circuito de base del transistor V3 hay que
conectar un resistor cuya resistencia nominal sea un 10% mayor que la
resistencia con la cual el motor eléctrico apenas empieza a funcionar.
El otro bloque de fotorrelé del modelo fotomandado ajústalo exactamente
del mismo modo.
§. Relé acústico
De base para un relé acústico o, lo que es lo mismo, de sonido, también sirve
un relé electrónico, y de captador de las señales de mando, un micrófono o
cualquier otro convertidor de las oscilaciones sonoras del aire en oscilaciones
de frecuencia acústica.
Figura 183. Esquema del relé acústico
El esquema de la variante más simple de este dispositivo electrónico
automático se da en la Figura 183. Examínalo atentamente. En él, si no todo,
hay mucho que ya debes conocer. El micrófono B1 desempeña la función de
captador de las señales de mando. Los transistores V1 y V2 forman el
amplificador bietápico de las oscilaciones de audiofrecuencia que crea el
micrófono, y los diodos V3 y V4, conectados según el esquema de duplicación de
la tensión, e! rectificador de estas oscilaciones. La etapa del transistor V5
con el relé electromagnético K1 en el circuito colector y el condensador de
carga C4 en el circuito de base, es el relé electrónico. La lámpara de
incandescencia In1, que conectan a la fuente de alimentación los contactos K1.1
del relé K1, simboliza el circuito ejecutivo (de mando).
En conjunto el dispositivo funciona así. Mientras en el local en que se
halla instalado el micrófono reine relativo silencio, el transistor V5 del relé
electrónico estará prácticamente cerrado, los contactos K1.1 del relé K1
abiertos y, por consiguiente, la lámpara del circuito ejecutivo, apagada. Éste
es el régimen inicial de servicio del dispositivo. Cuando surge la señal
sonora, por ejemplo, un ruido o una conversación en alta voz, las oscilaciones
de frecuencia acústica que crea el micrófono son amplificadas por los
transistores V1 y V2 y luego rectificadas por los diodos V3 y V4. Estos diodos
están acoplados de tal forma que la tensión rectificada por ellos llega a la
base del transistor V5 en polaridad negativa y al mismo tiempo carga el
condensador de carga C4. Si la señal acústica es suficientemente intensa y el
condensador de carga hasta la tensión de 0.25- 0.3 V, la corriente colectora
del transistor V5 aumenta tanto que el relé K-1 actúa y sus contactos K.1.1
conectan el circuito ejecutivo y se enciende la lámpara de señales In1. El
circuito ejecutivo permanecerá conectado mientras en el condensador de carga C4
y en la base del transistor V5 se mantenga la misma tensión negativa o se haga
un poco mayor. En cuanto el ruido o la conversación ante el micrófono cesa, el
condensador C4 se descarga casi totalmente a través de la unión emisora del
transistor, la corriente colectora disminuye hasta el estado inicial, el relé
K1 desconecta y sus contactos, al abrirse, dejan sin corriente el circuito
ejecutivo.
Con el resistor de ajuste R1 se puede cambiar (como con un regulador de
intensidad) la tensión de señal que del micrófono llega a la entrada del
amplificador de audiofrecuencia y, de este modo, regular la sensibilidad del
relé acústico.
La función de micrófono puede desempeñarla una cápsula telefónica
electromagnética o uno de los radiadores de unos auriculares. El factor
estático de transferencia de corriente de los transistores no debe ser menor de
30. El relé electromagnético puede tener una corriente de accionamiento de
hasta 30-40 mA. La tensión de la fuente de alimentación debe ser un 25-30%
mayor que la tensión de accionamiento del relé electromagnético elegido. La
resistencia y la potencia de disipación del resistor R7, dependiente de la
lámpara de señalización In1 que se utilice, calcúlalas tú mismo.
Cuando empieces a ajustar y probar este dispositivo acústico automático,
pon el contacto deslizante del resistor de ajuste R1 en la posición inferior
(según el esquema) y, eligiendo experimentalmente el resistor R6, establece en
el circuito colector del transistor V5 una corriente de 2 a 4 mA. Ésta debe ser
menor que la corriente de desconexión del role electromagnético. Después
conecta en paralelo con el resistor R6 otro resistor cuya resistencia sea de 15
a 20 kΩ. Al hacer esto, la corriente colectora del transistor debe aumentar
bruscamente y el relé, actuar. Si quitas este resistor, la corriente colectora
debe disminuir hasta su valor inicial, el relé, soltar la armadura, y la
lámpara del circuito ejecutivo, apagarse. Así se prueba la aptitud para funcionar
del role electrónico del dispositivo automático.
Las corrientes colectoras de los transistores V1 y V2 (de 1 a 1,5 mA)
establécelas eligiendo por medio de pruebas los resistores R2 y R4.
Pon luego el contacto deslizante del resistor R1 en la posición superior
(según el esquema) y emite a media voz un sonido “a-a-a" prolongado. El
dispositivo accionará y conectará el circuito ejecutivo. Debe reaccionar
incluso a una conversación en voz baja delante del micrófono o a una palmadita.
Haz el siguiente experimento. En paralelo con el condensador C4 conecta
un segundo condensador electrolítico de 100 a 200 μF de capacidad y de tensión
nominal de 6 a 10 V. En el circuito colector del transistor V5 intercala un
microamperímetro y, mientras observas su aguja, da una palmada. ¿Qué ocurre?
Que la corriente colectora aumenta pero el relé electrónico no actúa. Da de 5 a
10 palmadas seguidas. A cada palmada la corriente colectora aumenta y, por fin,
el relé entra en acción y conecta el circuito ejecutivo. Si las señales
acústicas cesan, al cabo de cierto tiempo la corriente en el circuito colector
del transistor disminuye hasta el valor inicial, el relé suelta la armadura y
desconecta el circuito ejecutivo.
¿Qué nos dice este experimento? Que el relé electromagnético del
dispositivo automático ha empezado a conectar y desconectar con cierto retraso.
Esto se explica porque en este caso es necesario más tiempo, tanto para que se
cargue el condensador C4 como para que se descargue. Por si misma se impone la
conclusión siguiente: eligiendo la capacidad del condensador de carga se puede
regular el tiempo que tarda en conectarse y desconectarse el circuito
ejecutivo.
¿Dónde y de qué manera se puede utilizar este relé acústico? Se puede
emplear, por ejemplo, como autómata para imponer silencio. Para eso la lámpara
del circuito ejecutivo hay que ponerla dentro de una caja, una de cuyas paredes
sea un vidrio mate sobre el cual se haya escrito la palabra “SILENCIO". En
cuanto el nivel de ruido o la altura de voz de las conversaciones en el local
supere cierto límite preestablecido con el resistor de ajuste R1, el tablero
luminoso se encenderá.
También se puede montar el dispositivo automático, junto con el
micrófono, en un modelo o juguete automóvil y conectar el micromotor eléctrico
de éste al circuito ejecutivo, en vez de la lámpara de incandescencia. Varias
palmadas o una orden de viva voz bastarán para que el modelo empiece a moverse.
¿Para qué más puede servir? ¡Piénsalo! Otro ejemplo de automática...
§. La cerradura de combinación
Las cerraduras con “secreto” en forma de combinación codificada de cifras son
muy antiguas. Pueden ser tanto electromecánicas como electrónicas. De mecanismo
ejecutivo de una cerradura de este tipo puede servir un electroimán, cuyo
núcleo móvil esté unido mecánicamente a! pestillo de la cerradura.
Figura 184. Cerradura de combinación electromecánica
El esquema de una cerradura de combinación electromecánica muy simple se
muestra en la Figura 184. En él Y1 es el electroimán; de S1 a S6 son
conmutadores de botón, y de S1 a S11, interruptores basculantes. La caja de
mando por botones, apretando los cuales se puede descorrer el pestillo de la
cerradura, se encuentra en la parte de fuera de la puerta, y los interruptores
basculantes, desde el S7 hasta el S11, de codificación de la cerradura, en la
parte de dentro. Para que el electroimán actúe y pueda abrirse la puerta hay
que conocer la combinación de cifras de la cerradura y apretar al mismo tiempo
todos los botones correspondientes a ella.
La combinación de cifras se fija previamente pasando los contactos de
varios interruptores basculantes de la posición a a la
posición b. En la figura 184 se encuentran en la posición b los interruptores
S8 y S11, por lo tanto, en este caso la combinación de nuestra cerradura será 2
y 5. Si, conociendo esta combinación, aprietas al misino tiempo los botones S2
y S5, el circuito de alimentación del electroimán quedará cerrado, el
electroimán atraerá a su núcleo hacia dentro del devanado y éste tirará del
pestillo de la cerradura y se podrá abrir la puerta.
¿Y si además de esos dos bolones se aprieta otro cualquiera? El tercer
botón cortará el circuito de alimentación de la cerradura y el electroimán no
accionará. ¿Y si se aprietan a la vez todos los botones? Si la combinación
sigue siendo la misma, la puerta no se abrirá.
Si no se conoce la combinación, el acertarla para abrir la puerta es
tanto más difícil cuanto mayor es el número de interruptores basculantes de
codificación y el de botones de la cerradura. Si el número de unos y otros se
alimenta hasta diez, para acertar la combinación habrá que probar más de mil
variantes. No obstante, si la cerradura tiene sólo cinco botones (32
combinaciones), tampoco es fácil acertar.
¿Y si llega una persona que no conoce la combinación? Para eso está el
boten S6 “Llamada". Cuando se aprieta ese botón, dentro del local suena el
timbre In1.
Pero a ti, como aficionado a la radio, te interesará más la cerradura de
combinación electrónica. Si es así, te recomiendo una cerradura con
"memoria" capacitiva (Figura 185).
Figura 185. Esquema de la cerradura de combinación con "memoria”
capacitiva
Consta de tres condensadores electrolíticos, C1 al C3 de distinta
capacidad, que constituyen la "memoria” de la cerradura, cuatro diodos, de
V1 a V4, un transistor, V6, con el relé electromagnético K1 en el circuito
emisor, siete botones, de S1 a S7, seis de los cuales están en el cuadro de
mando de la cerradura, y un electroimán Y1, cuyo núcleo está unido
mecánicamente al pestillo de la cerradura de la puerta. Los enchufes X a X6
forman el centro de codificación de ésta. La codificación o fijación previa de
la combinación de cifras se efectúa variando el orden de conexión de los
botones del cuadro y de los enchufes de dicho centro. Para alimentar la
cerradura se utiliza un rectificador bifásico con tensión de salida de 24 V.
El estado inicial de los elementos de la cerradura es: los contactos de
los botones de SI ¡i So están abiertos; el transistor, cerrado, ya que su base
está unida, a través de los contactos normalmente cerrados del botón S7, con el
conductor ele signo más de la fuente de alimentación, y el resistor K1 de su
colector y el R2, con el circuito común de signo menos, unido a través de los
contactos normalmente cerrados K1.2 (del relé K1), forman un divisor de
tensión. En el punto en que se unen los resistores R1 y R2 del divisor, la
tensión debe ser de cerca de 10 V.
La combinación de la cerradura es de tres cifras. La primera cifra
corresponde al número del botón conectado a la parte hembra del enchufe X1; la
segunda, al número del botón conectado a la parte hembra del enchufe X2, y la
tercera, al número del conectado al enchufe X3. El orden de conexión, que
muestra el esquema, de los botones S1 a S3 al centro de codificación
corresponde a la combinación 123. Los botones de S4 a S6 no empleados en la
codificación, están conectados (en un orden cualquiera) a las partes hembras de
los enchufes de X4 a X6. Para abrir la cerradura hay que apretar los botones de
S1 a S3 sucesivamente, en el orden preestablecido al fijar la combinación, y
después el botón S7. Si no se han cometido errores, el electroimán actúa y la
puerta puede abrirse.
Al apretar los botones correspondientes a la combinación establecida,
los condensadores de C1 a C3 de la cerradura de combinación se cargan con la
tensión que llega a ellos desde el divisor R1, R2. La capacidad de los
condensadores y la resistencia de los resistores del divisor se han elegido de
manera que, al apretar el primer botón de la combinación, el condensador C1 se
carga hasta la 0.85 parte de dicha tensión (aproximadamente 8.5 V), cuando se
aprieta el segundo bolón, se carga hasta la misma tensión el condensador C2, y
al apretar el tercer botón, el condensador C3 se carga hasta la tensión total
que se toma del divisor R1. R2 (de cerca de 10 V). Una vez conseguida la
combinación correcta, la suma de las tensiones de los condensadores acoplados
en serie en la memoria es igual a 2,7 veces la tensión susodicha, es decir,
aproximadamente, a 27 V. Si en estas condiciones se aprieta el botón S7, toda
esta tensión, a través del diodo V4, se transmitirá en polaridad negativa a la
base del transistor V6 y éste se abrirá. Al mismo tiempo actuará el relé K1,
sus contactos K1.3 conectarán la alimentación del electroimán, los K1.2
conmutarán el resistor R1 a la base del transistor (para mantenerlo en estado
abierto), y los contactos K1.1, cerrando a través de si los diodos V1 a V3 y el
resistor R2, descargan los condensadores de C1 a C3. Cuando se suelta el botón
S7, la base del transistor vuelve a encontrarse unida con el conductor de signo
más del circuito de alimentación. Con esto el transistor se cierra, el relé
electromagnético suelta la armadura y el dispositivo en su conjunto adquiere el
estado inicial. Si los condensadores de la memoria tienen corrientes de fuga
pequeñas, la tensión en ellos, suficiente para que actúe el relé, el
electroimán y se abra la puerta, se conserva por lo menos tres minutos. Esto
permite, en caso de error al marcar la combinación, apretar uno cualquiera de
los bolones que no figuran en ella, para descargar los condensadores, y marcar
otra vez la combinación correcta.
En el instante de apretar el bolón S7 la tensión total en los
condensadores de la memoria debe ser necesariamente mayor que el duplo de la
tensión que se toma del divisor R1, R2 y mayor que la tensión de accionamiento
del relé electromagnético K1. Si la combinación no se marca entera, por
ejemplo, si se aprietan solamente los botones primero y tercero de ella, la
tensión en los condensadores no supera el duplo de la del divisor y resulta
insuficiente para que funcione la cerradura. También será pequeña si los
bolones que entran en la combinación no se aprietan en el orden preestablecido.
Y si al intentar acertar la combinación se aprieta aunque sólo sea uno de los
botones no necesarios, los condensadores cargados se descargan en el acto a
través de los diodos V1 a V3.
La estructura de la cerradura se muestra en la Figura 186. Todos sus
elementos, excepto los botones, van montados en la pieza donde están las
hembras de los enchufes, que al mismo tiempo es la regleta de codificación de
la cerradura. La pieza donde se encuentran los enchufes machos está corlada
transversalmente en partes, que forman los enchufes bipolares de X1 a X6.
Figura 186. Montaje de la parte electrónica de la cerradura de combinación
Para la cerradura se han utilizado: un transistor con factor h21E no
menor de 20; un relé electromagnético tipo PЭC-22 (certificado técnico
PФ4.500.163); los condensadores C1 y C3 (K53-1 y C3-ЭTO, que puede sustituirse
por el K50-6): los resistores R1 y R2 (MΛТ. V los botones (microinterruptores
KMI-1). El transistor MП26 puede sustituirse por su análogo MП25 y los diodos
Д220 por los Д219 con cualquier índice literal. Los botones pueden tener
cualquier estructura, incluso puedes hacerlos tú mismo.
El electroimán está hecho con la bobina de choque de baja frecuencia del
filtro del rectificador de un radiorreceptor de lámparas (o de un televisor).
El devanado de esta bobina debe tener una resistencia de 20 a 25 Ω a la
corriente continua. La estructura del circuito magnético de la bobina de choque
(sin el armazón con el devanado) se muestra en la Figura 187.
Figura 187. Estructura del circuito magnético del electroimán de la
cerradura de combinación
El conjunto de láminas en forma de E se ha cortado por las líneas de
trazos. Su parte media se utiliza como armadura 6, y las partes extremas y el
conjunto de láminas de cierre, como circuito magnético 1 del electroimán de
tracción. Las partes del circuito magnético están sujetas entre sí por medio de
cubrejuntas metálicas y remaches. Para que dentro del armazón con el devanado,
que se encuentra en el circuito magnético, pueda moverse sin rozamiento
apreciable la armadura, el conjunto que la forma debe tener 4 ó 5 láminas menos
que el del circuito magnético. La armadura del electroimán se une con el botón
del pestillo 4 de la cerradura 3 de la puerta, por medio del tirante 5, formado
por dos tiras de chapa de acero de 0,5 a 1 mm de espesor remachadas entre sí.
El circuito magnético junto con el devanado se fija en una chapa de acero 2 de
2 a 2,5 mm de espesor, que se pone debajo de la cerradura y junto con ella se
fija a la puerta. El electroimán, cuando se conecta, consume cerca de 1 A de
corriente. Para esta corriente hay que calcular los diodos del rectificador que
alimenta esta variante de cerradura de combinación.
El ajuste de la cerradura se reduce a elegir experimentalmente el
resistor R2. La resistencia debe ser tal, que cuando la combinación de cifras
se marque correctamente, la caída de la tensión que en ella se crea cargue los
condensadores de la memoria hasta la tensión de accionamiento del relé
electromagnético. Al mismo tiempo, si se aprietan sólo dos botones,
correspondientes a la primera y tercera cifra de la combinación establecida, el
relé no debe accionar.
La estructura de esta variante de cerradura de combinación, como es
natural, puede ser otra. Todo depende de los elementos de que se dispone, del
ingenio del constructor y de donde se piensa poner. En todo caso la parte
electrónica de la cerradura, junto con la regleta de codificación y el
rectificador se puede montar en una placa común de dimensiones apropiadas. De
pieza de enchufes hembra de la regleta de codificación pueden servir soportes
(zócalos) de válvulas, y de pieza de los enchufes machos, trozos de alambre de
cobre estañado unidos en parejas. El número total de enchufes y de bolones
puede no ser seis, como en la cerradura descrita, sino mayor, con lo que será
más difícil acertar la combinación.
Para el rectificador se necesita un transformador de 40 a 50 W de
potencia que reduzca la tensión de la red del alumbrado hasta 17 a 18 V con
corriente mínima de 1 A. Después de la rectificación bifásica de la tensión en
el devanado secundario y la atenuación de las oscilaciones de la tensión
rectificada, la tensión en la parle electrónica de la cerradura será de 24 a 25
V. De cómo se calcula el transformador de red para el bloque de alimentación te
hablé en la charla undécima.
Los diodos del rectificador, acoplados en forma de circuito en puente,
pueden ser de las series KД202, KД206, Д242, Д243. También se puede utilizar un
bloque rectificador de potencia media KЦ402 ó KЦ403 con índices literales A-E,
con lo que el montaje del rectificador se simplifica. El condensador
electrolítico que atenúa las oscilaciones de la tensión rectificada puede tener
de 500 a 1000 μF de capacidad para una tensión nominal de 50 V.
En la caja de la parte electrónica (que debe estar hecha de madera
contrachapada gruesa) hay que prever una abertura con tapa o puertecilla,
necesaria para el acceso a la regleta de codificación si hay que cambiar la
combinación.
Los botones para marcar la combinación pueden ser cualesquiera. Lo único
que importa es que sus contactos conecten y desconecten sin agarrotarse.
Conviene montarlos en una tablilla común y taparla con una cubierta protectora
con orificios frente a los botones.
Procederás bien si primero escoges todas las piezas de radio necesarias,
haces el electroimán y, si es preciso, el transformador del rectificador,
montas y pruebas la parte electrónica sobre una placa maqueta y sólo después de
esto comienzas el montaje definitivo de la cerradura. Si el transformador que
elijas es demasiado pesado, es preferible hacer independiente el bloque de
alimentación y fijarlo en la pared, junto al vano de la puerta, y unirlo con un
cable bifilar flexible con la parte electrónica y el electroimán, sujetos en la
parte interna de la puerta.
Los aparatos y dispositivos que te he dado a conocer en esta charla son
nada más que unos cuantos ejemplos de un extensísimo campo de la técnica, la
automática. El tema no termina aquí. Volveremos a tratar de él en la charla
decimosexta, dedicada al multivibrador y su aplicación en dispositivos
electrónicos de funcionamiento automático.
Charla 15
Tu laboratorio de medidas
Contenido:
§. Voltímetro de transistores para corriente continua
§. Frecuencímetro
§. Osciladores para medir señales de audiofrecuencia
* * * *
La cultura técnica de un radioaficionado moderno se juzga no sólo por
los receptores o amplificadores que construye, sino también por el laboratorio
de medidas, cuyos instrumentos utiliza en el proceso de elección de los
elementos y durante el montaje y ajuste de los aparatos. ¡Si, así es! Porque
sin instrumentos de medida es imposible lograr que un dispositivo radiotécnico
funcione bien e ininterrumpidamente durante mucho tiempo. Creo que tú ya te
habrás convencido de esto por propia experiencia y que en adelante te
convencerás más de una vez.
La base del laboratorio ya la sentaste (ve la charla octava). Pero sus aparatos
eran principalmente probadores. Sólo el miliampervoltimetro-ohmimetro daba la
posibilidad de hacer las mediciones necesarias, sin las cuales es imposible, en
general, conseguir que funcione incluso mi simple receptor, amplificador o
dispositivo automático electrónico. Ahora conviene completar el laboratorio con
un frecuencímetro, un generador de oscilaciones de frecuencia acústica para
ajustar y valorar la calidad de los amplificadores al reproducir grabaciones
musicales y un voltímetro de corriente continua con el cual pueda medirse la
tensión en las bases de los transistores.
§. Voltímetro de transistores para corriente continua
En las descripciones de estructuras que publica la literatura radiotécnica se
indica, por lo general, la resistencia relativa de entrada del voltímetro de
corriente continua, con el cual se han medido las tensiones en los circuitos de
la construcción. Eso mismo hice yo cuando te hablé de los amplificadores y
receptores recomendables. ¿Fue esto casual? ¡No! Porque las tensiones en los
circuitos de las construcciones medidas con un voltímetro, cuya resistencia de
entrada sea otra, pueden ser distintas. Eso se explica porque el voltímetro con
su resistencia de entrada (interna) shunta el circuito que mide y, por lo
tanto, cambia la corriente y la tensión en él. Cuanto menor es su resistencia
de entrada, tanto más intensamente shunta el trozo de circuito que mide y tanto
mayor es el error en los resultados de la medición.
La resistencia relativa de entrada del voltímetro de corriente continua
del aparato combinado, de que te hablé en la charla octava, era de 10 kΩ/V.
Esta resistencia relativa es suficientemente alta y en muchos casos los errores
de medición que ocasiona son insignificantes. Subrayo: en muchos casos, pero no
en todos. En aquellos casos en que el circuito que se mide tiene una
resistencia de alto valor óhmico, el error en la medición se hace apreciable.
Con este voltímetro no se puede medir ya con suficiente exactitud, por ejemplo,
la tensión en la base o en el colector de un transistor directamente, si el
resistor de carga de su circuito posee una resistencia grande. Y no puede
medirse en absoluto la tensión de polarización en puerta de un transistor de
efecto-campo, cuya resistencia de entrada es muchas veces mayor que la del
voltímetro.
¿Y si en el aparato de medida combinado se empleara un microamperímetro
para corriente I, mayor de 100 μA? Por ejemplo, para corriente de 500 mA. En
este caso la resistencia relativa de entrada del voltímetro disminuiría hasta 2
kΩ/V. Con él podrían medirse aún las tensiones de los circuitos de tus
construcciones, pero los errores en las mediciones serían mayores. Y, al
contrario, la resistencia relativa de entrada del voltímetro podría duplicarse,
es decir, aumentarse hasta 20 kΩ/V, si para él se utilizara un microamperímetro
para corriente de 50 μA. Pero este microamperímetro y, además con escala
grande, no es probable que puedas conseguirlo.
No obstante, existe otra vía para aumentar considerablemente la
resistencia de entrada del voltímetro, la de introducir en él transistores. De
acuerdo con esto te propongo hacer un experimento que te ayudará a comprender
el principio básico del funcionamiento de este aparato.
El esquema básico del voltímetro experimental se ha representado en la
Figura 188.
Figura 188. Voltímetro experimental
Como en el aparato de medida RCL, se traía de un puente de medida a cuya
diagonal está conectado el miliamperímetro PA. Los brazos del puente los
forman: la sección emisor-colector del transistor V, el resistor R1 y las
secciones a y b del resistor variable R2. El puente es alimentado por la pila G
de 1.5 V de tensión (332 ó 316). La tensión continua a medir se hace llegar a
la unión emisora del transistor a través de los enchufes de entrada X1 y X2 y
del resistor adicional R, que extingue el exceso de tensión de medida. El
microamperímetro PA, que hace las veces de indicador de equilibrio del puente,
puede ser para una corriente de 300 a 500 μA e incluso mayor. El transistor,
con factor h21E = 50 a 60. La resistencia del resistor
adicional R, depende del microamperímetro que se utilice y determina en lo
fundamental la resistencia de entrada del voltímetro. Ésta debe ser de 30 a 50
kΩ como mínimo.
Pon el contacto deslizante del resistor R2 en la posición superior
(según el esquema). Cortocircuita los enchufes X1 y X2, conecta la alimentación
y con el resistor R2, girando lentamente su eje, haz que la aguja del
microamperímetro coincida con la división cero de la escala. Al cabo de 3 5
min, necesarios para que se caliente el transistor, vuelve a poner a cero el
voltímetro. Hecho esto, desconecta los bornes de entrada, suminístrales tensión
constante de 1 V, por ejemplo, parte de la tensión de una pila 332 (a través de
un divisor de tensión) y, eligiendo experimentalmente el resistor adicional Ra haz
que la aguja del indicador se desvíe hasta la última división de la escala.
Esto corresponderá a 1 V de tensión medida.
¿Qué resistencia de entrada tendrá este voltímetro? Su resistencia será
muchas veces mayor (aproximadamente tantas como el valor numérico del factor h21E del
transistor que se utilice) que la resistencia de entrada del voltímetro del
aparato combinado.
¿Cuál es el principio básico del funcionamiento de este voltímetro? Su
transistor desempeña la función de amplificador de la corriente y, además, es
un elemento del puente de medida de corriente continua. Antes de hacer la
medición, el puente se equilibra poniendo el contacto deslizante del resistor
en la posición con la cual la tensión en el microamperímetro y la corriente que
pasa por él son nulas. Pero he aquí que a los enchufes de entrada del
voltímetro y, por consiguiente, a la unión emisora del transistor, tú, teniendo
en cuenta la polaridad, haces llegar la tensión continua a medir. Con esto la
corriente colectora aumenta, la resistencia de la sección emisor-colector
disminuye y, como resultado, el equilibrio del puente se altera y a través del
microamperímetro pasa una corriente proporcional a la tensión que llega a la
entrada del voltímetro.
Este aparato que, como es natural, puede ser de límites múltiples, ya se
puede utilizar como voltímetro de alta resistencia óhmica. No obstante, hay que
considerarlo como un medidor experimental de tensión.
Figura 189. Voltímetro de transistores para corriente continua
Para tu laboratorio de medidas te recomiendo que construyas un
voltímetro de transistores de acuerdo con el esquema que se da en la Figura
189a. Este voltímetro tiene cinco límites o escalas calibradas y está calculado
para mediciones en los circuitos de los aparatos de transistores, en los cuales
la tensión, en la mayoría de los casos, no supera 20-30 V. Los brazos del
puente de este aparato lo forman las secciones emisor-colector de los
transistores V1 y V2, el resistor R9 con la parte superior (según el esquema),
respecto del contacto deslizante, del resistor de ajuste R10 y el resistor R11
con la parte inferior del resistor RIO. En una diagonal del puente (entre los
emisores de los transistores) está conectado el miliamperímetro PAI, y en la
otra (entre los colectores de los transistores y el contacto deslizante del
resistor de ajuste R10), la fuente de alimentación G1. Para que la escala del
voltímetro sea uniforme, a las bases de los transistores se hacen llegar, a
través de dos resistores R6 y R8, tensiones negativas de polarización que abren
los dos transistores.
El puente de medida se equilibra: con el resistor R10 (estando
conectadas entre sí las bases de los transistores), equilibrando con ellas las
corrientes colectoras de los transistores, y con el resistor R7, estableciendo
con él las respectivas corrientes de base, que se diferencian algo entre sí a
causa de la no identidad de los parámetros de los transistores.
La tensión que se mide se hace llegar a las bases de los transistores a
través de uno de los resistores adicionales R1 R5. En estas condiciones el
transistor V1 cuya base resulta estar bajo tensión negativa, se abre aún más y
el transistor V2, cuya base resulta estar bajo tensión positiva, al contrario,
se cierra. Como resultado, la resistencia de la sección emisor-colector del
transistor V1 disminuye y la del transistor V2, aumenta, por lo que el
equilibrio del puente se altera y a través del microamperímetro PAI pasa una
corriente proporcional a la tensión que se mide.
Para el voltímetro elige transistores con factor de transferencia de
corriente h21E de cerca de 50 y, si es posible, con pequeñas y,
lo que es más importante, próximas entre sí por sus valores, corrientes
inversas ICBl. Cuanto menores sean estas corrientes y la diferencia
entre ellas, tanto mayor será la estabilidad con que funcione el aparato.
La estructura del voltímetro puede ser la que se muestra en la Figura
189b. El microamperímetro, el interruptor de la alimentación S1, la pila G1
(332), el resistor de ajuste R10 y los enchufes hembras X1-X6 se montan sobre
una placa de cartón baquelizado (pertinax) cuyas dimensiones se determinan
principalmente por las dimensiones del microamperímetro. Los demás elementos se
montan en otra placa, también de cartón baquelizado, que se sujeta directamente
a los bornes del microamperímetro. Los puntos de apoyo para el montaje de estos
elementos pueden ser remaches huecos o de trozos de alambre de cobre estañado
de 1 a 1,5 mm de diámetro, encajados en los orificios de la placa. Para unir el
microamperímetro con los elementos del aparato, debajo de las tuercas que se
enroscan en sus espárragos-bornes se colocan laminillas de montaje.
El papel de resistores de ajuste R7 y R10 lo pueden desempeñar
resistores variables iguales o de resistencias nominales próximas. Las
resistencias de los resistores R6 y R8 pueden ser desde 15 hasta 50 kΩ y las de
los R9 y R11, desde 220 hasta 510 Ω
Cuando termines el montaje del voltímetro, compruébalo con el esquema
básico. ¿No habrás cometido errores? Los contactos deslizantes de los
resistores de ajuste ponlos en la posición media respecto de los terminales
extremos. Conecta la alimentación. La aguja del microamperímetro se desviará
inmediatamente de cero, pudiendo hacerlo incluso en sentido opuesto. Girando
lentamente el eje del resistor R7, vuelve a poner la aguja en la división cero
de la escala. Después, con un puente de alambre, une provisionalmente entre si
las bases de los transistores y equilibra otra vez el puente con el resistor
R10. Repite esta operación varias veces hasta que la aguja deje de reaccionar a
la unión de las bases de los transistores.
Hecho esto, empieza a ajustar los resistores adicionales de los limites
(calibres) de las mediciones. Haz esto del mismo modo que lo hiciste al ajustar
el voltímetro del aparato de medida combinado.
En el esquema del voltímetro las resistencias de los resistores R1 - R5
se indican teniendo en cuenta un microamperímetro para corriente Ii =
200 μA y transistores con factor estático de transferencia de corriente de
cerca de 50. Para un microamperímetro y unos transistores con otros parámetros
las resistencias de los resistores adicionales serán otras. En este caso
conviene elegir primero el resistor adicional R2 del límite de medición de 1 V
y luego, por él, calcular las resistencias de los demás resistores adicionales.
Así, por ejemplo, si la resistencia del resistor de dicho límite resulta ser de
50 kΩ (que corresponde aproximadamente a un microamperímetro para la corriente
Ii = 400 μA), entonces, para el límite de 5 V el resistor
adicional R3 deberá tener una resistencia de cerca de 150 kΩ, y para el límite
de 0,3 V, de aproximadamente 15 kΩ. En definitiva elige los resistores por vía
experimental, controlando con un aparato patrón la tensión que llega a la
entrada del voltímetro.
¿Pueden elegirse otros límites o calibres de mediciones? Claro que sí, y
pueden ser dictados por la escala numerada del microamperímetro . Así, por
ejemplo, si el microamperímetro es para corriente Ii = 500 μA
los límites de medición pueden ser 0.5: 1: 5: 10 y 50 V ó 0.5: 2.5: 10 y 50 V.
Al utilizar el voltímetro de transistores, acuérdate de que las
mediciones hay que empezarlas al cabo de 5-6 min de haber conectado la
alimentación. Durante este tiempo se estabiliza el régimen térmico de
funcionamiento de los transistores y la aguja del aparato se para en la
división cero de la escala. De vez en cuando hay que efectuar, con el resistor
de ajuste R10, la corrección de cero del voltímetro. ¿Cada cuánto tiempo hay
que cambiar la pila de alimentación? La corriente que consume el voltímetro no supera
3-5 mA. Por lo tanto, la pila funciona casi sin carga y puede servir por lo
menos un año.
§. Frecuencímetro
El radioaficionado tiene que medir a menudo la frecuencia de las corrientes
alternas y pulsatorias. Un frecuencímetro puede ser muy útil, por ejemplo, para
graduar (calibrar) la escala de un oscilador de medida, para afinar
instrumentos electromusicales y para reglar los aparatos de mando a distancia
de modelos. Por eso es un aparato que conviene que tengas en tu laboratorio de
medidas.
Los radioaficionados suelen emplear frecuencímetros de condensadores.
Estos aparatos se llaman así porque su funcionamiento se basa en la medición
del valor medio de la corriente de carga y de descarga de un condensador patrón
que se recarga de la fuente de tensión alterna o pulsatoria.
Figura 190. Experimento ilustrativo del principio de funcionamiento del
frecuencímetro de condensadores
Para comprender esto, haz este experimento. Conecta según el esquema de
la Figura 190 una batería 13361Л (BG), un condensador patrón de papel Cp de
0,5 a 1 μF, un microamperímetro PA para corriente de 100 a 300 μA, por ejemplo,
el microamperímetro del aparato de medida combinado o del voltímetro de
transistores, y un conmutador de botón S de tipo KM1-1. En serie con el
microamperímetro conecta el resistor limitador R1, cuya resistencia
debes calcular por la fórmula R1 = Ub/Ui,
en la que Ub es la tensión máxima de la batería que emplees en
el experimento, e I1, la corriente de desviación total de la aguja
del microamperímetro. El conmutador de botón S conéctalo de manera que sus
contactos se encuentren en la posición que indica el esquema. En estas
condiciones el condensador se carga instantáneamente hasta la tensión de la
batería. Aprieta el botón para conectar el condensador cargado al
microamperímetro. La aguja de éste se desviará hacia la derecha, indicará la
corriente de carga del condensador e inmediatamente retornará a la posición
cero. Procura apretar y soltar rítmica y lo más frecuentemente que puedas el
botón del conmutador. Con la misma frecuencia se cargará el condensador de la
batería y se descargará a través del aparato. Cuanto mayor sea la frecuencia de
estas conmutaciones, tanto menos oscilará la aguja al indicar el valor medio de
la corriente que por el microamperímetro (en la gráfica de la parte inferior de
la Figura 189 se indica el valor medio de la corriente Imed) Si no
cambias el condensador patrón, al elevar la frecuencia de las conexiones, el
aparato indicará una corriente cada vez mayor. De esta forma, por la desviación
de la aguja puede juzgarse la frecuencia de los impulsos de corriente que
llegan al aparato.
El esquema básico del frecuencímetro que te propongo para tu laboratorio
de medidas se da en la Figura 191.
Figura 191. Esquema básico de un frecuencímetro
En este aparato hay dos transistores con acoplamiento directo que
funcionan en régimen de conmutación. Los condensadores C2-C4 son condensadores
patrón. Con el condensador C2 el aparato puede medir la frecuencia de la
corriente alterna o pulsatoria que llegue a los enchufes de entrada X1 y X2,
aproximadamente desde 20 hasta 200 Hz; con el C3, desde 200 hasta 2000 Hz, y
con el C4, desde 2 hasta 20 kHz, es decir, cubre toda la gama de oscilaciones
acústicas. La tensión máxima medible es de 0,2 a 0.25 V y la máxima, de 3 V.
En el estado inicial el transistor V3 está cerrado, ya que la corriente
que llega a su base es insuficiente para abrirlo, y el transistor V4,
naturalmente, está abierto por la tensión negativa que llega a su base desde el
colector del transistor V3. En estas condiciones la armadura izquierda (según
el esquema) del condensador patrón C2 está unida, a través de los contactos del
conmutador S1 y de la pequeña resistencia del transistor V4 abierto, con el
conductor común puesto a masa del circuito de alimentación: a través del
microamperímetro PAI no pasa corriente. En cuanto a la entrada del
frecuencímetro llega el primer semiperiodo negativo de la tensión alterna, el
transistor V3 se abre y el V4 se cierra El condensador patrón se carea
instantáneamente, a través del microamperímetro PAI y del resistor R6 que lo
shunta, del diodo V6 y del resistor R5, hasta la tensión de la fuente de
alimentación Al mismo tiempo se carga también el condensador de carga C5.
Durante el semiperiodo positivo de la tensión que se mide, el transistor V3 se
cierra y el V4 se abre. El condensador patrón se descarga a través de la
pequeña resistencia del transistor V4 y del diodo V5. El condensador C5 se
descarga a través del microamperímetro, manteniendo la corriente que pasa por
él al cargarse el condensador patrón.
El siguiente semiperiodo negativo abre de nuevo el transistor V3 y
cierra el V4, y el semiperiodo positivo los conmuta al estado inicial. Y así
ocurre cada período de la tensión alterna que se mide. En este caso, el
transistor V4, al abrirse y cerrarse, desempeña, respecto del condensador
patrón, la función de conmutador electrónico. Como resultado, a través del
microamperímetro pasa la corriente media de carga del condensador patrón, que
es proporcional a la frecuencia de la tensión alterna que se mide.
Con el resistor de ajuste R6 se establece el límite superior de
frecuencia de la subgama.
¿Qué papel desempeñan los diodos V1 y V2 que shuntan el resistor R3 y la
unión emisora del transistor V3? Limitan la tensión que llega a la unión
emisora del transistor V3 y así evitan su perforación térmica. Estos diodos son
de silicio. Los diodos de silicio, como ya sabes, se abren cuando la tensión
directa es de 0.6 a 0.7 V. Mientras la señal de entrada no supera esta tensión,
los diodos están cerrados y prácticamente no ejercen influencia alguna sobre el
funcionamiento del transistor. Pero cuando la tensión de entrada se hace mayor
de 0,6 0,7 V, los diodos se abren (V1 durante los semiperiodos positivos y V2,
durante los negativos) y mantienen en la base del transistor una tensión no
mayor de 0,7 a 0.8 V.
El resistor R1, a la entrada del frecuencímetro, impide que por los
diodos V1 y V2 pasen corrientes grandes peligrosas para ellos.
El frecuencímetro se puede alimentar de dos baterías 3336Л o, mejor, de
la tensión estabilizada de un bloque de alimentación de la red.
Los transistores deben tener un factor estático de transferencia de
corriente h21E de 60 a 8O como mínimo y una corriente inversa ICBI de
la unión colectora lo más pequeña posible. Si entre los transistores de baja
frecuencia de que puedas disponer no los hay con estos parámetros, emplea para
el frecuencímetro transistores p-n-p de poca potencia y alta
frecuencia, por ejemplo, de las series ТГ308, П401, П416. Los diodos V1 y V2
deben ser de silicio, por ejemplo, de las series,Д101, Д102, Д104 (excepto el
Д220) y los diodos V5 y V6 cualesquiera de la serie Д9 o Д2. Los condensadores
electrolíticos C1 y C5 son del tipo K50-3. K50-6 ó K50-1. El resistor de ajuste
R6 puede ser de cualquier tipo. El microamperímetro, para una corriente de
desviación total de la aguja de 50 a 100 μA. El conmutador S1 es monoplaca de
tipo "galleta”, y el S2, basculante o П2K.
La escala del medidor de frecuencia es lineal, común para las tres
subgamas. Por eso las capacidades de los condensadores patrón C2 y C4 deben ser
lo más exactas posibles, ya que de eso depende la precisión de las mediciones
que se hagan. Los condensadores necesarios se pueden seleccionar valiéndose de
un medidor RCL.
El frecuencímetro móntalo y pruébalo previamente sobre una placa
maqueta. De los condensadores patrón conecta por ahora, sin el conmutador S1,
sólo el C2. Comprueba la polaridad de conexión de todos los condensadores
electrolíticos de los diodos y del microamperímetro. Pon luego el contacto
deslizante del resistor de ajuste R6 en la posición extrema inferior (según el
esquema) y sustituye provisionalmente el resistor R1 por una cadena de
resistores acoplados en serie formada por un resistor variable de 30 a 40 kΩ y
de otro constante de 4 a 5 kΩ de resistencia. Conecta la alimentación y haz
llegar a la entrada del frecuencímetro la tensión alterna de la red del
alumbrado reducida por un transformador hasta varios voltios. Para eso se puede
utilizar, por ejemplo, como muestra la Figura 192a el devanado secundario del
transformador de red del bloque de alimentación, conectando a él como
potenciómetro el resistor variable de regulación Rr y regulando
con él la tensión que se suministra a la entrada del frecuencímetro. Eligiendo
experimentalmente la resistencia de la cadena provisional de resistores hay que
conseguir que la aguja del microamperímetro se desvíe de forma estable con la
tensión mínima (0,3 V) a la entrada del frecuencímetro.
Figura 192. Esquema para la comprobación y calibrado de la escala del
frecuencímetro
Conseguido esto, haz llegar a la entrada del frecuencímetro desde ese
mismo resistor regulador, la tensión alterna rectificada por el rectificador
bifásico (Figura 192b) En este caso la frecuencia de ondulación de la tensión a
la entrada del frecuencímetro será de 100 Hz, es decir, del duplo de la
frecuencia de la tensión alterna en la red, la aguja del microamperímetro
deberá desviarse un ángulo mayor que cuando la frecuencia de la tensión era de
50 Hz. Pon el contacto deslizante del resistor de ajuste R5 en una posición tal
que dicha aguja se sitúe un poco a la izquierda de la mitad de la escala. La
señal que hagas en ésta corresponderá a la frecuencia de 100 Hz y la totalidad
de la escala, a la frecuencia de 200 Hz.
Luego, una vez más, haz que a la entrada del frecuencímetro llegue la
tensión alterna desde el resistor de regulación y señala en el arco de la
escala del microamperímetro la posición que ocupe su aguja. En estas
condiciones corresponderá a la frecuencia de 50 Hz. De esta forma tendrás dos
señales iniciales, sin contar con la de cero y la final, por las cuales podrás
calibrar la escala de la subgama de 20 a 200 Hz Esta misma escala servirá
también para las otras dos subgamas. En este caso lo único que hay que hacer es
multiplicar por 10 el resultado de la medición cuando esté conectado el
condensador patrón C3 (de 0.01 μF) y por 100 cuando lo esté el condensador
patrón C4 (de 1000 μF). Para saber a que subgama está conectado el
frecuencímetro, haz junto al botón del conmutador S1 las inscripciones «× 1».
«× 10» y «× 100».
La estructura del frecuencímetro depende de las dimensiones y de la
posición (horizontal o vertical) en que debe funcionar el microamperímetro y,
en principio, puede ser como la del voltímetro de transistores para corriente
continua. En el panel frontal monta el microamperímetro, los enchufes de
entrada, el conmutador de subgamas y el interruptor de la alimentación. Los
demás elementos puedes montarlos en una placa de pequeñas dimensiones que
sujetarás en los bornes del microamperímetro.
La graduación de la escala, sobre todo la del límite superior de
frecuencias (200 Hz) se puede precisar valiéndose de las señales de un
generador de oscilaciones de frecuencia acústica.
§. Osciladores para medir señales de audiofrecuencia
El multivibrador que te recomendé en la charla octava para que lo utilizases
como fuente de señales, genera oscilaciones, cuya forma se aproxima a la
rectangular y muchas armónicas. Es bueno únicamente como probador, pero no
sirve en absoluto para ajustar amplificadores de audiofrecuencia, aparatos de
mando a distancia de modelos y otros muchos dispositivos automáticos
electrónicos para los cuales la señal de salida de los osciladores de medida
tiene que ser sinusoidal.
Voy a hablarte de dos osciladores (generadores de ondas): uno de
frecuencia fija de 1000 Hz, y otro de frecuencia variable con suavidad desde
aproximadamente 200 hasta 3000 Hz. El primero de ellos es más simple y el
segundo, más complejo. Pero como las señales de los osciladores han de ser
sinusoidales, para sus reglajes se necesita un oscilógrafo de rayos catódicos.
El esquema del generador de una frecuencia fija puedes verlo en la
Figura 193. El generador propiamente dicho del aparato es un amplificador
monoetápico ordinario con el transistor V1 rodeado de una reacción positiva. La
tensión de esta reacción positiva llega desde el resistor de carga R5 a la base
del transistor V1, a través de la cadena trielemental desfasadora, compuesta
por los condensadores C1 - C3, los resistores R1-R4 y la resistencia de entrada
del transistor.
Figura 193. Esquema del generador de frecuencia fija
Como resultado, el amplificador se excita y genera oscilaciones
eléctricas cuya frecuencia se determina por los datos de los elementos de la
cadena antedicha. Estos osciladores de medida se llaman generadores de tipo RC
(resistencia-capacidad).
La tensión de polarización que asegura al transistor el régimen de
generación se transfiere a su base desde el divisor R3, R4. Eligiendo
experimentalmente el resistor R3, que forma parte de dicho divisor, se procura
obtener la forma sinusoidal de la tensión de salida del generador.
Desde el resistor R5 la señal del generador llega a la entrada de la
segunda etapa, cuyo transistor V2 está conectado como amplificador de emisor
servoasistido y desde el contacto deslizante de su resistor de carga R7, a
través del condensador C5, a la entrada del amplificador de audiofrecuencia que
se prueba o ajusta. Con el resistor variable R7, la tensión de la señal de
salida del generador se puede regular suavemente desde cero hasta 2.5-3 V. En
principio, la segunda etapa podría no existir. El resistor de carga podría
sustituirse por un resistor variable del mismo valor nominal y de su contacto
deslizante tomar la señal del generador. Pero en este caso, en dependencia de
la resistencia de entrada del amplificador que se ajusta, que shuntará la
salida, de resistencia óhmica relativamente grande, del generador la tensión y
la frecuencia de la señal del generador variará un poco. El amplificador de
emisor servoasistido, con su salida de baja resistencia óhmica, elimina estas
variaciones indeseables.
La estructura del generador es arbitraria. Lo único que importa es que
no sea demasiado grande y que el trabajo con él sea cómodo. Conviene que el
conductor, puesto a tierra, de salida del generador esté provisto de pinza tipo
“cocodrilo". El generador puede alimentarse de cualquier batería de 9 V de
tensión o de un bloque de alimentación de la red. La corriente que consume no
supera 5 mA.
Si los elementos han sido probados previamente y no se han cometido
errores al hacer el montaje, el ajuste del generador se reduce a elegir
experimentalmente las resistencias óptimas de los resistores R3 y R6 Para
cerciorarte de que el generador está en condiciones de funcionar bien, conecta
unos auriculares de gran resistencia óhmica en paralelo con el resistor R5; en
ellos oirás un sonido de tonalidad mediana. Conéctalos después a la salida del
generador. En estas condiciones la intensidad del sonido debe variar al girar
el botón del resistor variable R7 y su tonalidad, permanecer invariable.
Haz pasar luego la señal desde la salida del generador a la entrada
“V" del amplificador de desviación vertical del rayo de un oscilógrafo.
Pon los reguladores de amplificación y frecuencia de barrido del oscilógrafo en
posiciones tales que en la pantalla se vean bien dos o tres oscilaciones del
generador. Conseguido esto, procura, eligiendo experimentalmente la resistencia
del resistor R3, darles a esas oscilaciones forma sinusoidal y, procediendo del
mismo modo con el resistor R6, elimina las limitaciones unilaterales de la
amplitud de la señal. Para hacer esto resulta cómodo sustituir provisionalmente
los resistores R3 y R6 por resistencias variables, con ellas conseguir la forma
no desfigurada de la señal y, después volver a sustituirlas por resistencias
fijas de los respectivos valores nominales y, otra vez por la representación en
la pantalla del oscilógrafo, comprobar 1a forma de la señal del generador. ¿Por
qué se elige para el generador la frecuencia de 1000 Hz? Porque es una de las
principales frecuencias de medida que se emplean para comprobar la calidad del
funcionamiento de los amplificadores de audiofrecuencia. Puede ocurrir que la
frecuencia de las oscilaciones del generador montado por ti difiera algo de
1000 Hz, cosa que puedes comprobar con el frecuencímetro. Pero eso no debe
preocuparte, porque, en primer lugar, es totalmente permisible en aparatos de
aficionado, y en segundo, en tu laboratorio de medida debe haber otro generador
con variación suave de frecuencia.
El esquema del oscilador (o generador) de medida con variación suave de
la frecuencia de la señal de salida se muestra en la Figura 194.
Figura 194. Esquema del generador con variación suave de la frecuencia
Se trata de un amplificador bietápico de transistores p-n-p abarcado
por dos circuitos reactivos, uno positivo, en virtud del cual el amplificador
se convierte en generador de oscilaciones eléctricas, y el otro, negativo, que
mejora la forma de las oscilaciones generadas. Los transistores V1, y V2 de la
primera etapa están acoplados en circuito de transistor compuesto, lo que
aumenta la amplificación y la resistencia de entrada de la etapa, y el
transistor V3 de la segunda etapa, en circuito EC. El acoplamiento directo
entre los transistores mejora el funcionamiento del generador en las
frecuencias más bajas de las oscilaciones que genera.
El circuito de reacción positiva consta de un elemento RC en serie y de
otro en paralelo. El elemento en serie lo forman el condensador C1 y los
resistores R1 y R2, y en paralelo, el condensador C2 y los resistores R3 y R4.
Estos dos elementos RC constituyen los dos brazos del divisor de la tensión
alterna que se toma del resistor de carga K8 del transistor V3 de la segunda
etapa (de salida), y que pasa al circuito de base del transistor compuesto
V1-V2 de la primera etapa.
La tensión de la reacción negativa, gracias a la cual la señal de salida
del generador adquiere forma sinusoidal, se toma del resistor de carga R8 de la
segunda etapa y a través del condensador C4 que barre el resistor R10 y el
cursor del resistor de control R7 se envía al circuito de emisión del
transistor de la primera etapa.
La frecuencia de las oscilaciones del generador se regula suavemente con
el doble bloque de resistores variables R2 y R3 que intervienen en los brazos
del divisor de la tensión de salida. Los resistores R5 y R4 forman el divisor
de tensión de la fuente de alimentación, del cual se toma para la base del
transistor compuesto V1-V2 la tensión de polarización, y el resistor R7
estabiliza térmicamente su régimen de funcionamiento. La tensión de
polarización para la base del transistor V3 se toma directamente del colector
del transistor compuesto. El condensador electrolítico C3 de gran capacidad,
que shunta al resistor R9 en el circuito del emisor del transistor V3, mejora
las condiciones de autoexcitación del generador en las frecuencias bajas.
Desde el resistor de carga R8 de la etapa de salida, la tensión del
generador pasa, a través del condensador C4 al resistor variable R11 y, desde
su contacto deslizante, a los enchufes X1 a X4 con el divisor de tensión
(atenuador) formado por los resistores R13 R15, acoplados en serie entre sí.
Las resistencias de los resistores de este divisor, indicadas en el esquema, se
han elegido calculando que la tensión en el enchufe X2 sea igual a 1/10 parte
de toda la tensión que entra en el divisor, y en el X3, a 1/100 parte de la
misma. Así, por ejemplo, si desde el resistor variable R11 "Amplitud"
llega al divisor una tensión de 1 V, entre los enchufes X4 y X2 habrá 0.1 V(100
mV) y entre el X4 y el X3, 0.01 V (10 mV).
Al mismo tiempo la tensión pasa, desde el contacto deslizante del
resistor R11, al rectificador bifásico de diodos de punta de contacto V4-V7. En
la diagonal del puente rectificador está conectado (a través del resistor de
extinción R12) el microamperímetro PAI, por el cual se controla la tensión en
el divisor de la tensión de salida.
Los transistores МП41A se pueden sustituir por otros transistores p-n-p de
baja frecuencia, pero su factor estático de transferencia de corriente debe ser
60 como mínimo. Los diodos V4-V7 pueden ser cualesquiera de las series Д9 ó Д2.
El microamperímetro PAL para una corriente mínima de desviación total de la
aguja de 300 mA. El doble bloque de condensadores de los resistores R2, R3, del
tipo CП-III. La resistencia de los resistores del bloque puede ser menor, por
ejemplo, de 10 kΩ, pero en este caso la frecuencia de las oscilaciones
generadas se corre hacia el lado de las frecuencias más altas de la gama
acústica. Los condensadores electrolíticos C3 y C4 y el interruptor de la
alimentación S1 pueden ser de tipos cualesquiera. La resistencia nominal del resistor
R12 depende del microamperímetro de que dispongas.
Las resistencias de los resistores R1, R4 y las capacidades de los
condensadores C1, C2, tienen que ser, si es posible iguales: en todo caso no
deben diferir en más de un 10%.
Figura 195. Aspecto del generador
El posible aspecto exterior de la estructura del generador se reproduce
en la Figura 195. Sus dimensiones aproximadas son 200 × 150 × 100 mm. En
tablero frontal conviene hacerlo de una hoja de cartón baquelizado, de
textolita o de vidrio orgánico de color de 2 a 3 mm de espesor. En él se
disponen: el bloque de resistores variables con el índice y la escala, el
interruptor de alimentación (П2К1), el microamperímetro, el resistor variable
R11 “Amplitud" y los enchufes de salida del generador. Los resistores R13
a R15 del divisor de tensión de salida móntalos directamente en los enchufes X1
a X4; los diodos V4 a V7 y el resistor R12, en los bornes del microamperímetro.
Los demás elementos pueden montarse en circuitos impresos o suspendidos sobre
una placa de dimensiones apropiadas. Las paredes laterales de la caja pueden
ser metálicas o de madera contrachapada indiferentemente. Pero hay que procurar
que el aspecto del generador sea agradable y su construcción sólida, ya que,
probablemente, este aparato de medida no sólo utilizarás tú, sino también tus
compañeros de afición a la radio.
Antes de montar definitivamente el generador, compruébalo siguiendo el
esquema básico. A los enchufes de salida conecta unos auriculares, pon el
contacto deslizante del resistor R11 “Amplitud" en la posición superior
(según el esquema) y el resistor de ajuste R7, en posición inferior. Si en
estas condiciones conectas la alimentación, en los auriculares oirás un sonido
que, girando el botón del bloque de resistores variables, debe variar
suavemente desde un tono muy bajo hasta otro alto. Si no se oye nada, procura
que se oiga eligiendo el resistor R5 (sustituyéndolo provisionalmente por un
resistor variable de 20 a 30 kΩ). Después transfiere la señal de salida del
generador a la entrada "Y" del oscilógrafo y, observando la imagen en
su pantalla, desplaza muy despacio el contacto deslizante del resistor de
ajuste R7 hacia arriba (según el esquema). Con esto llegará al circuito emisor
del transistor V2 una tensión cada vez mayor de reacción negativa, por lo que
la señal del generador tomará la forma sinusoidal. Si la reacción negativa es
demasiado intensa, la generación se cortará. Pon el contacto deslizante del
resistor de ajuste en una posición en la cual 1a señal tenga forma sinusoidal y
la generación no se corte al variar la frecuencia. Luego, eligiendo experimentalmente
el resistor R6, procura conseguir la amplitud máxima de las oscilaciones y con
el resistor de ajuste, intenta otra vez mejorar la señal sinusoidal.
La escala del bloque de resistores variables se puede graduar (marcar)
valiéndose del frecuencímetro, llevando a su entrada la tensión del generador,
o por medio de un oscilógrafo y de un generador de oscilaciones de frecuencia
acústica, de fabricación industrial, por ejemplo, del tipo 3Ӷ-10 o 3Ӷ-11. En el
segundo caso, a la entrada "Y", de desviación vertical del rayo del
oscilógrafo, se transfiere la tensión del generador hecho por ti, a la
"X", de desviación horizontal de dicho rayo, la tensión del generador
de oscilaciones de audiofrecuencia de fabricación industrial, y la igualdad de
las frecuencias de los dos generadores se determina por las llamadas figuras de
Lissajous que aparecen en la pantalla del oscilógrafo.
La escala graduada de tu aparato será el indicador de partida de las
frecuencias de las oscilaciones que él genera.
Queda medir, con el voltímetro de corriente alterna del aparato
combinado, la tensión de salida del generador y elegir el resistor adicional
R12, del circuito del microamperímetro, correspondiente a esta tensión. En
dependencia de los transistores utilizados en el generador y de la
escrupulosidad del ajuste de su régimen de trabajo, la tensión máxima de salida
del generador puede ser de 1,2 a 1,5 V. El resistor R12 elígelo de un valor
nominal tal que, cuando la tensión alterna sea máxima, la aguja del microamperímetro
se desvíe en casi la totalidad de la escala. Haz en esta última las marcas
respectivas a las tensiones alternas de 0,25, 0,5 y 1 V a la salida del
generador, valiéndote de las cuales vas a regular las tensiones de las señales
que lleguen a la entrada del amplificador de audiofrecuencia que pruebes o
ajustes.
La caja del generador (oscilador) ya acabado píntala con esmalte nitro o
fórrala con película decorativa de policloruro de vinilo.
Ahora, en la ciencia, en la técnica y en la industria se utilizan cada
vez más los aparatos de medida con indicadores numéricos de los resultados de
las mediciones, voltímetros, ohmímetros, frecuencímetros y otros aparatos con
este tipo de indicadores, construidos a base de microcircuitos integrales
encuentran entre los aficionados amplia aplicación. Para ti estos aparatos
pueden ser en el futuro el paso siguiente y superior en la construcción de
técnica de medición.
Charla 16
Multivibrador y su aplicación
Contenido:
§. Multivibrador autooscilador
§. Multivibrador en los osciladores y conmutadores electrónicos
§. Multivibrador en juguetes radiotécnicos
§. Autómata musical “ruiseñor”
* * * *
Los multivibradores son dispositivos electrónicos que generan
oscilaciones eléctricas de forma aproximadamente rectangular. El espectro de
las oscilaciones generadas por un multivibrador contiene muchas armónicas que
son también oscilaciones eléctricas, pero múltiplos de las oscilaciones de la
frecuencia fundamental, como refleja su nombre "multi", mucho y
"vibro" oscilo. Precisamente un generador de este tipo te recomendé,
en la charla octava, como fuente de señales eléctricas.
¿En qué consiste un multivibrador y cómo funciona?
§. Multivibrador autooscilador
Mira el esquema que muestra la Figura 196a. ¿Lo conoces? Sí, es un esquema de
amplificador de audiofrecuencia bietápico, de transistores, con salida a unos
auriculares ¿Qué ocurrirá si la salida de este amplificador se une con su
entrada, como se indica con línea de trazos en el esquema? Entre ellas surgirá
una reacción positiva y el amplificador se autoexcitará, es decir, se
convertirá en un generador de oscilaciones de frecuencia acústica y en los
auriculares se oirá un sonido de tono bajo.
Figura 196. Un amplificador de dos etapas abarcado por una reacción positiva
se convierte en un multivibrador
Contra este fenómeno se lucha decididamente en los receptores y
amplificadores, pero he aquí que para los dispositivos que actúan
automáticamente resulta ser útil. Observa ahora la Figura 196b. En ella puedes
ver el esquema del mismo amplificador, abarcado por la reacción positiva como
en la Figura 196a, pero su trazado se ha cambiado algo. Así es como de
ordinario se suelen dibujar los esquemas de los multivibradores
autoosciladores, es decir, con autoexcitación.
La experiencia es sin duda el mejor método para conocer lo esencial del
funcionamiento de todo dispositivo electrónico. De esto ya has podido
convencerte en más de una ocasión. Ahora también, para que comprendas mejor
como funciona este dispositivo automático universal, te propongo que hagas un
experimento con él.
El esquema básico de un multivibrador autoexcitador, con todos los datos
de sus resistores y condensadores puedes verlo en la Figura 197a. Móntalo sobre
un panel maqueta.
Figura 197 Esquema del multivibrador simétrico (a) y gráfica de los impulsos
de frecuencia generados por él (b)
Los transistores deben ser de baja frecuencia (МЛ39-МП42), ya que en los
de alta frecuencia П401-P403, P420, P422) la tensión de perforación de la unión
emisora es muy pequeña. Los condensadores electrolíticos C1 y C2 son del tipo
K50-6. K50-3 o K53-1 para tensión nominal de 10 a 15 V. Las resistencias de los
resistores pueden diferir de las indicadas en el esquema hasta en un 50%.
Importa solamente que los valores nominales de los resistores de carga R1, R4 y
de los resistores de base R2, R3 sean, si es posible, iguales. Para la
alimentación utiliza dos baterías 3336Л acopladas en serie o un rectificador.
En el circuito colector de cualquiera de los transistores conecta un
miliamperímetro (PA) para corriente de 10 a 15 mA y a la sección
emisor-colector de ese mismo transistor conecta un voltímetro de alta
resistencia óhmica de corriente continua (PU) para tensión de hasta 10 V.
Después de comprobar el montaje y, con especial atención, la polaridad de las
conexiones de los condensadores electrolíticos, conecta el multivibrador a la
fuente de alimentación. ¿Qué indican los aparatos de medida? El miliamperímetro,
un aumento brusco, de hasta 8 a 10 mA de la corriente en el circuito colector
del transistor, la cual, a continuación y también bruscamente, disminuye casi
hasta cero. El voltímetro, por el contrario, indica ya una tensión colectora
que disminuye casi hasta cero, ya un aumento de ésta hasta la tensión de la
fuente de alimentación.
¿Qué nos dicen estas mediciones? Que el transistor de este brazo del
multivibrador trabaja en régimen de conmutación. La corriente colectora máxima
y, al mismo tiempo, la tensión mínima en el colector corresponden al estado
abierto del transistor, y la corriente mínima y la tensión máxima en el
colector, a su estado cerrado, exactamente del mismo modo trabaja el transistor
del segundo brazo del multivibrador, pero, como suele decirse, con un desfasaje
de 180º, cuando uno de los transistores está abierto, el otro está cerrado. De
esto es fácil cerciorarse conectando en el circuito colector del transistor del
segundo brazo del multivibrador un miliamperímetro igual que el primero; las
agujas de los aparatos de medición se desviarán alternativamente de los ceros
de las escalas.
Hecho esto, valiéndole de un reloj con segundero, cuenta cuántas veces
por minuto pasan los transistores del estado abierto al cerrado. Serán
aproximadamente 15-20. Ese es el número de oscilaciones eléctricas que genera
el multivibrador por minuto. Por consiguiente, el periodo de oscilaciones es
igual a 3-4 segundos. Sin dejar de observar la aguja del miliamperímetro,
procura representar gráficamente estas oscilaciones. Sobre el eje horizontal de
ordenadas traza, a cierta escala, los intervalos de tiempo en que el transistor
está en los estados abierto y cerrado, y sobre el eje vertical, la corriente
colectora correspondiente a dichos estados. Obtendrás aproximadamente una
gráfica como la que representa la Figura 177b. Por lo tanto, puede considerarse
que el multivibrador genera oscilaciones eléctricas de forma rectangular.
En la señal del multivibrador, independientemente de la salida de que se
tome, pueden destacarse impulsos de corriente y pausas entre ellos. El
intervalo de tiempo que transcurre desde el instante en que se produce un
impulso de corriente (o de tensión) hasta el instante en que se produce el
siguiente impulso de la misma polaridad se llama periodo de sucesión de los
impulsos y se designa por la letra T y el tiempo entre dos impulsos, duración
de la pausa. Los multivibradores que generan impulsos cuya duración t, es igual
a la de las pausas entre ellos, se llaman simétricos Por lo tanto, el
multivibrador experimental que acabas de hacer es simétrico.
Sustituye los condensadores C1 y C2 por otros que tengan de 10 a 15 μF
de capacidad cada uno. El multivibrador seguirá siendo simétrico, pero la
frecuencia de las oscilaciones generadas habrá aumentado 3 ó 4 veces, hasta
60-80 por minuto o, lo que es lo mismo, hasta, aproximadamente, la frecuencia
de 1 Hz.
Las agujas de los aparatos de medida apenas tendrán tiempo de seguir las
variaciones de las corrientes y tensiones en los circuitos de los transistores.
Y si los condensadores C1 y C2 ¿se sustituyen por otros de papel de 0,01 a 0,05
μF de capacidad? ¿Cómo se comportarán las agujas de los aparatos de medida? Una
vez desviadas de los ceros de las escalas, permanecerán en sus sitios. ¿Se
habrá cortado la generación? ¡No!, lo que ocurre es que la frecuencia de las
oscilaciones del multivibrador ha aumentado hasta varios cientos de hertzios.
Éstas son oscilaciones de la gama acústica, cuyas frecuencias no pueden ser
registradas por aparatos para corriente continua. Se pueden poner de manifiesto
valiéndose de un frecuencímetro o de unos auriculares conectados a través de un
condensador de 0,01 a 0,05 μF de capacidad a cualquiera de las salidas del
multivibrador o directamente al circuito colector de cualquiera de los
transistores en vez del resistor de carga. En los auriculares se oye un sonido
de tono bajo.
¿En qué principio se basa el funcionamiento del multivibrador?
Retornemos al esquema de la Figura 197a. En el instante en que se conecta la
alimentación, los transistores de los dos brazos del multivibrador se abren, ya
que a sus bases llegan, a través de sus respectivos resistores R2 y R3,
tensiones negativas de polarización. Al mismo tiempo empiezan a cargarse los
condensadores de acoplamiento: el C1, a través de la unión emisora del
transistor V2 y del resistor R1 y el C2, a través de la unión emisora del
transistor V2 y del resistor R4. Estos circuitos de carga de los condensadores
son divisores de la tensión de la fuente de alimentación y crean en las bases
de los transistores (respecto de los emisores) tensiones negativas de valor
cada vez mayor, que tienden a abrir cada vez más los transistores. La apertura
de un transistor hace que disminuya la tensión negativa en su colector, lo que
ocasiona la disminución de la tensión negativa en la base del otro y lo cierra.
Este proceso transcurre al mismo tiempo en ambos transistores, pero se cierra
solo uno de ellos, en cuya base la tensión positiva es mayor a causa de la
diferencia de los factores de transferencia de corriente h21E de
los valores nominales de los resistores y de los condensadores. El segundo
transistor permanece abierto. Pero estos estados de los transistores no son
estables, ya que en sus circuitos continúan los procesos eléctricos.
Supongamos que al cabo de cierto tiempo de haberse conectado la
alimentación está cerrado el transistor V2 y abierto el V1. Desde este instante
el condensador C1 empieza a descargarse a través del transistor abierto V1,
cuya sección emisor-colector ofrece poca resistencia en estas condiciones, y
del resistor R2. A medida que se descarga el condensador C1, la tensión
positiva en la base del transistor cerrado V2, disminuye. En cuanto el
condensador se descarga por completo y la tensión en la base del transistor V2
se aproxima a cero, en el circuito colector de este transistor, que ahora se
abre, surge una corriente que, a través del condensador C2, actúa sobre la base
del transistor V1 y hace que descienda en ella la tensión negativa. Como
resultado, la corriente que pasa por el transistor V1 empieza a disminuir y la
que pasa por el V2, al contrario, a aumentar. Esto conduce a que el transistor
V1 se cierre y el V2 se abra. En estas condiciones empieza a descargarse el
condensador C2, pero a través del transistor abierto V2 y del resistor R3, lo
que al fin y al cabo hace que se abra el primer transistor y que se cierre el
segundo y así sucesivamente. Los transistores interaccionan durante todo el
tiempo y a esto se debe que el multivibrador genere oscilaciones eléctricas.
La frecuencia de las oscilaciones del multivibrador depende de la
capacidad de los condensadores de acoplamiento, como ya has comprobado, y de la
resistencia de los resistores de base, de lo que también puedes cerciorarte
ahora mismo. Para ello prueba, por ejemplo, sustituir los resistores de base R2
y R3 por resistores de mayores resistencias. La frecuencia de las oscilaciones
del multivibrador disminuirá. Y, al contrario, si sus resistencias fueron
menores, la frecuencia de las oscilaciones aumentaría. Otro experimento:
desconecta los terminales superiores (según el esquema) de los resistores R2 y
R3 del conductor de signo menos de la fuente de alimentación, júntalo, y entre
ellos y el conductor antedicho intercala como reóstato un resistor variable
cuya resistencia sea de 30 a 50 kΩ. Girando el eje del resistor variable,
podrás, dentro de unos límites muy amplios, variar la frecuencia de las
oscilaciones del multivibrador.
La frecuencia de las oscilaciones de un multivibrador simétrico se puede
calcular aproximadamente por la siguiente fórmula simplificada
f ≈ 700/(RC)
en la que f es la frecuencia en hertzios; R, la resistencia de los
resistores de base en kΩ, y C la capacidad de los condensadores de acoplamiento
en microfaradios.
Aplicando esta fórmula simplificada, calcula la frecuencia de las
oscilaciones que genera el multivibrador.
Retornemos a los datos iniciales de los resistores y condensadores del
multivibrador experimental (según el esquema de la Figura 177a). El condensador
C2 cámbialo por uno de 2-3 μF de capacidad. En el circuito colector del
transistor V2 incluye un miliamperímetro y, observando su aguja, representa
gráficamente las oscilaciones de corriente que genera el multivibrador. En
estas condiciones en el circuito colector del transistor V2 se producirán
impulsos más cortos que antes (Figura 197c). La duración de estos impulsos ti será,
aproximadamente, tantas veces menor que las pausas entre ellos tp como
disminuya la capacidad del condensador C2 respecto a su capacidad anterior.
Ahora conecta el mismo miliamperímetro (u otro igual en el circuito
colector del transistor V1. ¿Qué indica el aparato de medida? Los mismos
impulsos de corriente, pero su duración es mucho mayor que las pausas entre
ellos (Figura 197d)
¿Qué ha ocurrido? Que, al disminuir la capacidad del condensador C2, has
alterado la simetría de los brazos del multivibrador y éste se ha convertido en
asimétrico. Por eso las oscilaciones generadas por él también se han hecho
asimétricas: en el circuito colector del transistor V1 la corriente se
manifiesta en impulsos relativamente largos, y en el circuito colector del
transistor V2, en impulsos cortos. De la “Salida 1" de este multivibrador
se pueden tomar impulsos de tensión cortos, y de la "Salida 2", impulsos
largos. Cambia provisionalmente de sitio entre sí los condensadores C1 y C2. En
este caso los impulsos de tensión cortos serán los de la "Salida 2”, y los
largos, los de la “Salida 1”.
Cuenta (valiéndole de un reloj con segundero) cuántos impulsos
eléctricos por minuto genera esta variante de multivibrador. Serán alrededor de
80. Aumenta la capacidad del condensador C1 conectando en paralelo a él un
segundo condensador electrolítico de 20 a 30 μF. La frecuencia con que se
suceden los impulsos disminuirá. ¿Y si, por el contrario, se disminuye la
capacidad del condensador? La frecuencia con que se suceden los impulsos deberá
aumentar.
Hay, no obstante, otro procedimiento para regular la frecuencia con que
se suceden los impulsos, Este consiste en variar la resistencia del resistor R2
disminuyendo la resistencia de este resistor (pero hasta 3-5 kΩ como mínimo, ya
que de lo contrario el transistor V2 estará abierto durante todo el tiempo y el
proceso autooscilatorio se interrumpirá) la frecuencia de seguimiento de los
impulsos deberá aumentar, y aumentando su resistencia, al contrario deberá
disminuir. Prueba prácticamente si ocurre así Para ello elige un resistor cuyo
valor nominal sea tal que, con él, el número de impulsos por minuto sea
exactamente igual a 60. La aguja del miliamperímetro oscilará en este caso con
la frecuencia de 1 Hz. El multivibrador se habrá convertido en una especie de
mecanismo de relojería, contador de segundos.
Si yo quisiera enumerar solamente dónde y cómo se utilizan los
multivibradores autoosciladores simétricos y asimétricos, necesitaría para eso
varias páginas.
Quizá no haya ni una sola rama de la radiotecnia, la electrónica, la
automática y de las técnicas de impulsos o de cálculo en que estos generadores
no se utilicen. En esta charla daré varios ejemplos de aplicación práctica de
los mismos con miras a tu trabajo creador.
§. Multivibrador en los osciladores y conmutadores electrónicos
Timbre eléctrico. Un multivibrador puede utilizarse como
timbre para vivienda, en sustitución del timbre eléctrico corriente. Para hacer
este aparato puedes valerte del esquema de la Figura 198.
Figura 198. Timbre electrónico
Los transistores V1 y V2 funcionan en el multivibrador simétrico,
generador de oscilaciones de aproximadamente 1000 Hz de frecuencia, y el
transistor V3, en el amplificador de potencia de estas oscilaciones. Las
oscilaciones amplificadas se transforman en el altavoz B1 en oscilaciones
acústicas.
Si para el timbre se utiliza un altavoz, de la red de radiodifusión por
hilo y se incluye el devanado primario de su transformador de transición en el
circuito colector del transistor V3, en su caja puede caber toda la parte
electrónica del timbre, montada en una placa, y la batería de alimentación.
Pon el timbre donde estimes más conveniente y únelo por medio de dos
hilos conductores con el botón S1. Cuando aprietes este botón, el altavoz
sonará y, cuando lo sueltes, dejará de sonar. Como la alimentación sólo se
conecta durante las llamadas, dos baterías 3336Л acopladas en serie pueden
durar varios meses.
Tono del sonido puedes regularlo a tu gusto cambiando los condensadores
C1 y C2 por otros de distintas capacidades.
El multivibrador montado por este esquema se puede utilizar para
aprender y entrenarse a recibir de oído las señales telegráficas en alfabeto
Morse. En este caso hay que sustituir el bolón por un manipulador Morse.
Conmutador electrónico. Este aparato, cuyo esquema se
da en la Figura 199, se puede emplear para conmutar dos guirnaldas de lámparas
de un árbol de Navidad, que se alimenten de la red de corriente alterna.
Figura 199. Conmutador electrónico
El conmutador electrónico mismo puede alimentarse de dos haterías 3336Л
acopladas en serie o de un rectificador que proporcione a su salida una tensión
continua de 9 a 12 V.
El esquema del conmutador es muy parecido al del timbre electrónico,
pero las capacidades de los condensadores C1 y C2 del conmutador son muchas
veces mayores que las de sus análogos del timbre. El multivibrador del
conmutador, en el cual funcionan los transistores V1 y V2, genera oscilaciones
de frecuencia aproximadamente igual a 0.4 Hz y la carga de su amplificador de
potencia (transistor V3) es el devanado del relé electromagnético K1. Este relé
tiene un par de placas de contacto que funcionan en régimen de conmutación.
Para esto sirve, por ejemplo, el relé PЭC-10 (certificado técnico PC4.524.302)
u otro relé electromagnético que accione con seguridad a 6-8 V de tensión con
corriente de 20 a 50 mA.
Al conectar la alimentación, los transistores V1 y V2 del multivibrador
se abren y se cierran alternativamente generando señales de forma rectangular.
Cuando el transistor V2 está abierto, la tensión negativa de alimentación, a
través del resistor R4 y de este transistor, pasa a la base del transistor V3 y
lo satura. Con esto la resistencia de la sección emisor-colector del transistor
V3 disminuye hasta varios ohmios y casi toda la tensión de la fuente de
alimentación se aplica al devanado del relé K1, el cual actúa y con sus
contactos conecta a la red una de las guirnaldas. Cuando el transistor V2 está
cerrado, el circuito de alimentación de la base del transistor V3 está abierto
y él también cerrado, a través del devanado del relé no pasa corriente. En estas
condiciones el relé suelta la armadura y sus contactos, conmutándose, conectan
a la red la segunda guirnalda de lámparas del árbol de Navidad.
Si quieres variar el tiempo de conmutación de las guirnaldas, sustituye
los condensadores C1 y C2 por otros cuyas capacidades sean distintas. Los datos
de los resistores R2 y R3 deja que sigan siendo los mismos, de lo contrario, se
alterará el régimen de funcionamiento de los transistores en corriente
continua.
El amplificador de potencia, análogo al de transistor V3, se puede
conectar también en el circuito emisor del transistor V1 del multivibrador. En
este caso los relés electromagnéticos (incluso si están hechos por los mismos
aficionados) pueden tener no grupos de contactos conmutables, sino normalmente
abiertos o normalmente cerrados. Los contactos del relé de uno de los brazos
del multivibrador cerrarán y abrirán periódicamente el circuito de alimentación
de una de las guirnaldas, y los contactos del relé del otro brazo del
multivibrador, el circuito de alimentación de la otra guirnalda.
El conmutador electrónico puede montarse sobre una placa de cartón
baquelizado o de otro material aislante y, junto con la batería de
alimentación, colocarlo en una caja de madera.
El conmutador no consume durante el funcionamiento más de 30 mA de
corriente, por lo que la energía de dos baterías 3336Л es suficiente para todo
el tiempo que duran las fiestas de Navidad y Año Nuevo.
Un conmutador análogo se puede utilizar para otros fines. Por ejemplo,
para iluminar máscaras y atracciones. Figúrate que de madera contrachapada, se
ha cortado y pintado la figura del héroe del cuento “El gato con botas".
Detrás de sus ojos transparentes se han puesto dos lamparitas de linterna de
bolsillo que un conmutador electrónico puede conectar y desconectar
sucesivamente, y, en la misma figura, un botón. Si se aprieta el botón, el gato
empieza a hacer guiños.
Y ¿acaso no se puede emplear el conmutador para electrificar algunos
modelos, como el de un faro, por ejemplo? Claro que sí. En este caso en el
circuito colector del transistor del amplificador de potencia, en vez del relé
electromagnético, se puede conectar una lámpara de incandescencia de pequeñas
dimensiones, calculada para pequeña corriente de caldeo, la cual imitará los
destellos del faro. Si el conmutador se completa con un interruptor basculante,
por medio del cual se puedan conectar alternativamente al circuito colector del
transistor de salida dos lámparas como la antedicha, el dispositivo puedes
utilizarlo como indicador de virajes para tu bicicleta.
Metrónomo. Este aparato es una especie de reloj que, por sus señales
acústicas, da la posibilidad de contar intervalos de tiempo iguales con una
exactitud de hasta fracciones de segundo. Se utiliza, por ejemplo, para
desarrollar el sentido del rumo cuando se estudia música, durante los primeros
entrenamientos de transmisión de señales por código telegráfico, etc.
Figura 200. Metrónomo electrónico
El esquema de uno de estos aparatos puedes verlo en la Figura 200.
También es un multivibrador, pero asimétrico. En él se utilizan transistores de
estructura diferente: el V1 es n-p-n (MП35 — MП38) y el
V2, p-n-p (MП-39 MП42). Esto permite disminuir el número total
de elementos del multivibrador. Pero el principio de funcionamiento sigue
siendo el mismo. La generación surge a expensas de la reacción positiva entre
la salida y la entrada del amplificador bietápico de audiofrecuencia. El
acoplamiento se efectúa por medio del condensador electrolítico C1. De carga
del multivibrador sirve un altavoz, dinámico de pequeñas dimensiones B1 con
bobina vocal de 4 a 10 Ω de resistencia (o la cápsula de un auricular), el cual
crea, con los cortos impulsos de corriente, sonidos parecidos a chasquidos. La
frecuencia con que se suceden los impulsos se puede regular con el resistor
variable R1 desde, aproximadamente, 20 hasta 300 impulsos por minuto. El
resistor R2 limita la corriente de base del primer transistor cuando el contacto
deslizante del resistor R1 se halla en la posición extrema inferior (según el
esquema), correspondiente a la frecuencia máxima de las oscilaciones que pueden
generarse.
El metrónomo puede alimentarse de una batería 3336Л o de tres pilas 332
acopladas en serie. La corriente de la batería que consume el aparato no supera
10 mA.
El resistor variable R1 debe tener una escala graduada con ayuda de un
metrónomo mecánico. Valiéndose de ella, un simple giro del botón del resistor
será suficiente para establecer la frecuencia necesaria de las señales
acústicas del metrónomo.
§. Multivibrador en juguetes radiotécnicos
Los radiotécnicos (no sólo jóvenes) utilizan mucho los multivibradores en
diversos juegos y juguetes, atracciones, objetos para regalo, etc. Una prueba
evidente de esto son, en particular, las muestras, hechas por escolares, que se
exhiben en las exposiciones de obras de aficionados a la radio. Junto a ellas,
por lo general, siempre hay mucha gente. De algunas de estas simpáticas
muestras, que tú puedes repetir, quiero hablarte ahora.
"El perrito ofendido". En la Figura 201a, por la puerta de
una perrera de madera asoma el hocico un chucho. Cerca hay una escudilla con un
hueso. Si se coge la escudilla, el perro empieza a gruñir. Tiene gracia,
¿verdad?
Figura 201. Vista exterior (a): esquema básico (b): placa de montaje (c): y
estructura del conmutador magnético (d) del juguete “El perrito ofendido"
El "relleno” electrónico de este juguete (Figura 201b) forman dos
multivibradores relacionados entre sí y una cápsula de auricular Bl (HДЭM-4M).
El multivibrador cuyos transistores son V3 y V4 genera oscilaciones de
frecuencia acústica, y el multivibrador cuyos transistores son V1 y V2 conecta
(cuando el transistor V2 está cerrado) y desconecta (cuando dicho transistor
está abierto) periódicamente el primer multivibrador, lo cual es necesario para
imitar la voz del perrito ofendido. El transistor V5 amplifica las oscilaciones
de frecuencia acústica, que el auricular transforma en sonido. También puede
servir de carga a este transistor un altavoz de poca potencia intercalado en el
circuito colector a través de un transformador de salida de pequeñas dimensiones.
De fuente de alimentación sirve una batería 3336Л (4.5 V) o dos acopladas en
serie (9 V)
Para este juguete puedes emplear cualesquiera transistores de poca
potencia y baja frecuencia incluso con pequeño factor de transferencia de
corriente h21E, resistores y condenadores de tipos cualesquiera y
valores nominales próximos a los que se indican en el esquema.
Empieza la comprobación del funcionamiento del aparato por el
multivibrador derecho (según el esquema) con el amplificador, uniendo el
terminal superior del resistor R6 directamente con el conductor de signo menos
del circuito de alimentación y conectando la batería sin pasar por el
interruptor S1. Si los elementos están en buenas condiciones y durante el
montaje no se han cometido errores, en el auricular (o altavoz) se oirá un
sonido monótono continuo. Si no se oye, es señal de que al montar el multivibrador
se han cometido errores o de que hay en el elementos estropeados. El
funcionamiento de los transistores V1 y V4 solo se puede comprobar conectando
en paralelo con el resistor R8 unos auriculares de gran resistencia óhmica. Si
éstos suenan, el defecto hay que buscarlo solamente en la etapa del transistor
V5.
El tono del sonido varíalo a tu gusto eligiendo experimentalmente los
condensadores C3 y C4
Cuando te hayas cerciorado de que el multivibrador funciona bien,
restablece la unión del resistor R6 con el circuito colector del transistor V2
(en el esquema, el punto b) del segundo multivibrador. Este resistor se puede
conectar también al colector del transistor V1 ten el esquema, punto a). Un
este caso la relación entre las pausas en el sonido del auricular debe variar
El secreto del juguete es el interruptor magnético S1 de la
alimentación. Su estructura se muestra en la Figura 201d. En la abrazadera de
hojalata l se apoya la lamina 2, la cual, por gravedad, descansa sobre el
contado 3 del interruptor. El extremo derecho de la lámina 2 se levanta con
facilidad por la acción del campo de un imán permanente y abre el circuito de
alimentación del multivibrador. Si se retira el imán, la lámina cae sobre el
contacto, cierra el circuito de alimentación y el perrito gruñe.
Los elementos del interruptor mismo se encuentran delante del hocico del
chucho, tapados por un delgado cartón baquelizado 4. El imán se disimula en la
escudilla. El extremo izquierdo de la lámina 2 sirve de contrapeso y facilita
el trabajo del imán. Para que el rozamiento sea menor, esta lámina de cierre
descansa libremente sobre la clavija de la abrazadera, sin tener enlace
mecánico con ella.
Como interruptor de la alimentación pueden utilizarse unos contactos
hermetizados, que se cierran por la acción del campo magnético. Dichos
contactos deben ser del tipo de conmutador. Su empleo contribuye a acrecentar
la "reacción" del perrito.
La pata con los patitos. Sobre un soporte, cuyo tablero
superior de plástico imita la superficie del agua, parecen nadar en fila y
llamarse unos a otros una pata y unos patitos (Figura 202). La voz de la pata
es ruda. La de los patitos, tierna.
Figura 202. Vista exterior y esquema básico de "La pata con los
patitos”
Este juguete tiene tres multivibradores mutuamente relacionados. El
multivibrador simétrico con los transistores V6 y V7, que genera oscilaciones
de 800 a 1000 Hz de frecuencia es el principal. El multivibrador con los
transistores V4 y V5 es asimétrico. Generando impulsos cortos con pausas de 2 a
2,5 s de duración, este multivibrador hace las veces de interruptor electrónico
de mando del funcionamiento del multivibrador principal. Esto se efectúa del
modo siguiente. Durante las pausas, cuando el transistor V5 está cerrado y la
resistencia de su sección emisor-colector es grande, el terminal superior
(según el esquema) del resistor R11 del circuito de base del transistor V6, a
través del resistor R8, está unido con el conductor de signo menos de la fuente
de alimentación. Durante estos intervalos de tiempo el multivibrador principal
genera oscilaciones de frecuencia acústica, que son amplificadas por el
transistor V8 y transformadas por el auricular B1 en oscilaciones sonoras. Pero
durante los cortos impulsos, cuando el transistor V5 se abre, el resistor R11,
a través de la poca resistencia del transistor abierto resulta estar unido al
conductor de signo más de la fuente de alimentación y la generación por el
multivibrador principal se corta. Como resultado el sonido se interrumpe con la
frecuencia en que se suceden los impulsos del segundo multivibrador.
El tercer multivibrador, en el cual funcionan los transistores V1 y V2,
genera impulsos relativamente largos (de 4 a 5 s) con pausas relativamente
cortas entre ellos. Cuando llegan los impulsos, el relé electromagnético K1,
conectado al circuito colector del transistor V3, actúa, sus contactos K1.1 se
cierran y conectan, en paralelo al condensador C5, el condensador C6. Como
resultado el multivibrador principal se convierte en asimétrico, el tono del
sonido intermitente en el auricular B1 (cápsula ДЭM-4M), intercalado en el
circuito colector del transistor V8, varia, y con esto se consigue imitar las
voces de la pata y de los patitos.
De fuente de alimentación del juguete pueden servir dos baterías 3336Л
conectadas en serie, una batería "Krona" o una batería de
acumuladores 7Д-0.1. El relé electromagnético debe ser de dimensiones pequeñas
y accionar con una tensión de 6-8 V. El factor h21E de los
transistores no tiene prácticamente gran importancia y puede encontrarse entre
los límites de 15 a 80.
El reglaje del juguete se reduce a comprobar el funcionamiento de los
multivibradores. Para comprobar el multivibrador principal, desconecta
provisionalmente los otros dos, corlando, por ejemplo, el conductor de signo
más del circuito de alimentación en el punto a (ve el esquema). En estas
condiciones el sonido debe ser continuo. Si el punto de unión de los resistores
R11 y R8 se une con el conductor común puesto a tierra, el sonido debe
desaparecer. Después, desconectando sólo el tercer multivibrador (corta
provisionalmente el conductor común en el punto b), comprueba el funcionamiento
conjunto de los dos primeros multivibradores. Ahora el sonido debe ser
intermitente, y si se conecta el tercer multivibrador, parecido al parpar de
los patos.
"El gato goloso". Sobre un pequeño soporte, con
la cabeza un poco inclinada, está sentado un gato blanco con lazo en el cuello
(Figura 203).
Figura 203. Esquema básico y vista exterior de "Un gato goloso"
Si a su nariz se aproxima un trocito de carne cocida, de embutido o de
queso, el gato empieza a maullar, como si pidiera la golosina, y sus ojos
brillan.
La parle electrónica de este juguete consta de tres bloques: uno,
generador "miau", con los transistores V1-V4, otro, amplificador de
corriente, con los transistores V5 y V6 y el tercero, generador de impulsos
luminosos, con los transistores V7 y V8, que imita los destellos de los ojos.
El generador “miau" consta a su vez de un multivibrador, con los
transistores V1 y V2, que genera oscilaciones con un período de 3 s
aproximadamente, y de un generador RC, con el transistor V3, que genera oscilaciones
de frecuencia acústica de 800 Hz aproximadamente. El generador RC se excita y
crea con la frecuencia del primer generador paquetes de oscilaciones de
frecuencia acústica que se suceden unos a otros aumentando suavemente en
amplitud y extinguiéndose inmediatamente. Estas oscilaciones son amplificadas
por el transistor V4 y transformadas por el auricular B1 (cápsula ДЭM-4M) en
oscilaciones sonoras que se perciben como el sonido que hace el gato que
maúlla. El generador “miau" empieza a funcionar cuando los contactos K1.1
del relé electromagnético K1 conectan la alimentación.
El generador de impulsos luminosos es un multivibrador asimétrico con
transistores de estructuras diferentes (el V8 es n-p-n y el
V9, p-n-p) que genera oscilaciones cuyo periodo es de
aproximadamente 3 s. Al cabo de estos intervalos de tiempo se encienden y
apagan las lamparitas In1 y In2 (ojos del gato), que son la carga del
transistor V9. Este generador se conecta cuando se cierran los contactos K1.2
del mismo relé K1.
El secreto del juguete está en los contactos 1 y 2 a la entrada del
amplificador de corriente, en el cual funcionan los transistores V5 y V6. Estos
contactos son trozos de alambre delgado sin aislamiento, disimulados
cuidadosamente en los morros del gato. Cuando éstos se cierran con el trozo de
carne (lo mismo se conseguiría, claro está, con un pedacito de algodón empapado
en agua salada), la resistencia de esta "golosina" shunta el resistor
R9 y eleva bruscamente la tensión negativa en la base del transistor V5. La
corriente de base, que en este caso aumenta, es amplificada por los
transistores V5 y V6, como resultado de lo cual actúa el relé K1, que con sus
contactos K1.1 cierra el circuito de alimentación del generador
"miau", y con los K1.2 el circuito de alimentación del generador de
impulsos luminosos. El resistor R10 limita las corrientes de los circuitos de
base de los transistores V5 y V6 cuando los contactos 1 y 2 se cierran
casualmente.
Los bloques del juguete se montan en una caja-soporte hecha de madera
contrachapada. La cápsula ПЭM-4M (B1) se encuentra detrás de los orificios
tapizados que hay en la pared delantera del soporte. Las lamparitas In1 y In2
(ojos) están calculadas para la tensión de 1 V y la corriente de caldeo de 75
mA; los contactos 1 y 2 “olfateadores" se montan en la cabeza del gato y
se unen con el generador de impulsos luminosos y con la entrada del
amplificador de corriente por medio de trozos de conductor multifilar aislado.
El transformador T1 del generador “miau" es el transformador
interetápico de un receptor de transistores. El relé K1 debe accionar con una
tensión de la fuente de alimentación de 6-8 V. El factor h21E de
los transistores puede ser de 30 a 60.
El bloque de alimentación del juguete lo forman dos balerías BG1 y BG2
(3336Л) acopladas en serie. El generador de impulsos luminosos se alimenta de
una batería BG2.
El aumento y la disminución del sonido del generador "miau" lo
determinan las resistencias de los resistores R5, R6 y la capacidad del
condensador C3 y la altura y el timbre del sonido, las capacidades de los
condensadores C4, C6 y las resistencias de los resistores R7 y R8. La
frecuencia de los destellos de los ojos, que concuerda con la de las señales
acústicas del juguete, se puede establecer eligiendo experimentalmente el
resistor R13 y el condensador C7.
La resistencia del resistor R9 en el circuito de base del transistor V5
debe ser tal que, cuando los contactos 1 y 2 estén abiertos, la corriente
colectora de reposo del transistor V6 sea algo menor que la corriente de
desconexión del relé K1. Pero, en general, de este resistor se puede
prescindir.
En el generador de impulsos luminosos se pueden utilizar también
lamparitas de incandescencia de linterna de bolsillo (3.5 V × 0.26 A) y
alimentarlo, lo mismo que al generador "miau", de la batería de 9 V.
En este caso el relé K1 puede ser de un solo grupo de contactos normalmente
abiertos, los cuales conectarían al mismo tiempo los dos generadores. Siendo
así, en la segunda etapa del amplificador es conveniente utilizar un transistor
MП42, y en el generador de impulsos luminosos, un transistor ГT402 (o cualquier
otro de potencia media o grande y estructura p-n-p).
§. Autómata musical “ruiseñor”
En las exposiciones de trabajos de jóvenes radiotécnicos, junto a los juguetes
electrónicos que imitan las voces de animales y pájaros se reúne siempre mucho
público. Desde el punto de vista técnico los que despiertan mayor interés, a mi
parecer, son los llamados “ruiseñores".
Figura 204. Esquema básico del "ruiseñor" electrónico (cortado en
dos)
El esquema básico de uno de estos autómatas musicales, que imita el
trino del ruiseñor, se da en la Figura 204. A primera vista puede parecer muy
complicado, porque tiene 16 transistores. Pero cuando se observa detenidamente
el esquema, esta primera impresión se desvanece, ya que en él lo conoces todo.
Además, muchos de los transistores que se emplean pueden tener un factor h21E de
sólo 15-20. Además es fácil de reglar y con un montaje compacto puede caber en
la caja de un receptor de transistores de dimensiones pequeñas.
La base de este autómata la constituyen cuatro multivibradores del mismo
tipo mutuamente enlazados entre si y un amplificador de frecuencia acústica con
potencia de salida de aproximadamente, 150 mW. El dispositivo automático se
alimenta de una batería de 9 V de tensión (“Krona”. 7Д-0.1 o dos balerías 3336Л
acopladas en serie) o de un rectificador. La corriente media que consume de la
fuente de alimentación, con el volumen máximo de sonido, no llega a 50 mA.
La particularidad característica de este dispositivo electrónico, que lo
diferencia de "La pata con los patitos" y de “El gato goloso",
es que los multivibradores no se conectan y conmutan con un relé
electromagnético, sino por medio de transistores. Además, en los
multivibradores funcionan tres conjuntos de transistores 2I7HT2 (2HT172). En
las cajas metalovítreas de cada uno de estos conjuntos hay tres transistores
n-p-n de silicio con terminales independientes, que pueden funcionar como
elementos activos separados. En el esquema básico los transistores de cada
conjunto se diferencian únicamente por la numeración de sus terminales.
Mi explicación del funcionamiento del ruiseñor electrónico la empezare
por el amplificador de audiofrecuencia que asegura el sonido, suficientemente
intenso, de su “trino". Como puedes ver, este amplificador es semejante al
de audiofrecuencia del tocadiscos (ve la Figura 151) y la del receptor portátil
(ve la Figura 164) La señal "ruiseñor", tomada del resistor variable
R19 pasa a través del condensador C10 a la base del transistor V6 de la etapa
de preamplificación de tensión, y de su resistor de carga R25, directamente a
la base del transistor V7 de la etapa de inversión de fase. Luego la potencia
de la señal se amplifica en la etapa simétrica con los transistores V8 y V9 y
el altavoz B1 la transforma en oscilaciones sonoras que imitan la voz del
ruiseñor.
El multivibrador con los transistores V3.1 y V3.2 del conjunto V3, que
llamaremos primero, genera oscilaciones de aproximadamente 5 kHz de frecuencia,
correspondientes al sonido de tono alto. Tras su amplificación por el
transistor V3.3, del mismo conjunto, y por el amplificador trietápico de
audiofrecuencia, dichas oscilaciones determinan el matiz del timbre
característico del trino del ruiseñor.
El funcionamiento del primer multivibrador lo manda el segundo, con los
transistores V2.3 y V2.4 del conjunto V2, que genera oscilaciones de 5 Hz de
frecuencia. Cuando el transistor V2.4 está cerrado, el primer multivibrador
funciona. En cuanto el transistor V2.4 se abre y, a través de su pequeña
resistencia y del resistor R15, la base del transistor V3.2 resulta unida con
el conductor común del circuito de alimentación, el primer multivibrador no
funciona. Como resultado, el altavoz dinámico reproduce una señal parecida al
frecuente "chasquear" característico del canto del ruiseñor.
Figura 205. Vista de la placa de montaje del dispositivo automático
El funcionamiento del segundo multivibrador lo manda el tercero, al que
sirven de base los transistores V1.4 y V2.1, de los conjuntos V1 y V2.
Generando oscilaciones de aproximadamente, 1 Hz de frecuencia, este
multivibrador interrumpe con esta misma frecuencia la generación por el segundo
multivibrador. Cuando el transistor V2.1 está cerrado, la corriente de base del
transistor V2.2 es insuficiente, por lo que éste también está cerrado y no
influye en el trabajo del segundo multivibrador.
A su vez, el tercer multivibrador es controlado por el cuarto, basado en
los transistores V1.1 y V1.2, el cual genera impulsos de corriente con periodo
de sucesión de 6-8 s. Los transistores V1.3 y V2.2 amplifican los impulsos de
corriente de mando de los multivibradores De este modo, los multivibradores
forman el trino completo del ruiseñor, empezando por el silbo chasqueado
individual, que pasa a ser más frecuente, y termina en rápidas modulaciones.
La tensión de alimentación que llega a los transistores de los
multivibradores se estabiliza con el diodo estabilizador de tensión V4 y el
transistor V5 Sin la estabilización de tensión el canto del ruiseñor variaría
al disminuir la tensión de la fuente de alimentación.
El aspecto exterior de la placa de montaje de este juguete y el orden en
que están dispuestos los terminales de los transistores de los conjuntos 217HT2
se muestra en la Figura 205, y la placa con los circuitos impresos, de
textolita, recubierta de hoja metálica de 1.5 mm de espesor, y el esquema de la
conexión de los elementos en ella, en la Figura 206.
Figura 206. Placa con circuito impreso (vista por la cara de los conductores
de corriente) y esquema de las conexiones de los elementos en ella.
Las dimensiones de la placa se han elegido teniendo en cuenta que ella,
junto con la batería "Krona" o 7Д-0,1, quepa en la caja de un
radiorreceptor de bolsillo. La abertura circular en la parte central de la
placa es para el sistema magnético del altavoz de pequeñas dimensiones de 0.1 a
0.2 W de potencia, el cual se sujeta al panel frontal de la caja, y los cuatro
orificios ovalados son para los tomillos de sujeción de dicha placa a la caja.
Todos los resistores son del tipo MЛT-0,125 (también pueden ser MЛT-0,25), los
condensadores electrolíticos, K50-6, el resistor variable R19 con el
interruptor de la alimentación S1, CП3-3B. Los resistores R6, R7. R9 y R10 se
montan en posición vertical. Uno de los transistores del conjunto V3 (cuyos
terminales son los 9-11 no se utiliza.
En el amplificador de audiofrecuencia y en el estabilizador de tensión
se pueden utilizar transistores de las series MП39 MП42 (V6, V9, V5), MП37 ó
MП38 (V7, V8) y el diodo estabilizador de tensión, Д14A (V4). Los conjuntos de
transistores 2I7HT2 se pueden sustituir sin cambiar el esquema ni la estructura
por los 217HT1, 217HT3 o por el 243HT 1-3. En general, en vez de los conjuntos
de transistores indicados, en el dispositivo automático musical, se pueden
emplear transistores n-p-n de silicio, de las series KT315, KT312 con cualquier
índice literal. Pero en este caso las dimensiones de la placa de montaje hay
que aumentarlas y además, modificar el esquema de los conductores impresos
correspondientes a los multivibradores del "ruiseñor". El montaje
también puede ser colgante {si no dispones de material recubierto de hoja
metálica o de cloruro férrico para atacar químicamente la placa) y otra la
estructura, dependiendo todo de los elementos de que dispongas y de cómo
pienses utilizar este juguete musical. En este caso el altavoz dinámico también
puede ser más potente, de 1 a 2,5 W, con lo que el sonido del “ruiseñor"
será más intenso.
Cómo se ajusta el amplificador de audiofrecuencia ya lo sabes por los
amplificadores sin transformadores con etapa simétrica de salida que antes has
construido. El ajuste se reduce a escoger el resistor R28 de manera que en los
emisores de los transistores V8 y V9 de la etapa de salida sea la tensión igual
a la mitad de la tensión de la fuente de alimentación. La calidad del
funcionamiento del amplificador en conjunto se puede comprobar reproduciendo
una grabación fonográfica, para lo cual hay que conectar el fonocaptor en
paralelo con el resistor R22.
El reglaje de la parte básica del “ruiseñor” consiste en comprobar el
funcionamiento de los multivibradores y en corregir su trino. Esto se hace
variando las frecuencias de los impulsos generados por los multivibradores,
escogiendo los condensadores que intervienen en ellos, y el multivibrador con
los transistores V1.1 y V1.2 eligiendo experimentalmente los resistores R2 y R3
de sus circuitos de base. Para controlar el funcionamiento de los
multivibradores utiliza un voltímetro de corriente continua con resistencia
relativa de entrada no menor de 10 kΩ/V, por ejemplo, el voltímetro de tu
multiampervoltímetro o el voltímetro de transistores (del que te hablaré en la
charla siguiente). Por la desviación de la aguja del voltímetro del cero de la
escala se puede juzgar aproximadamente el periodo y la duración de los impulsos
que generan los multivibradores.
Antes de conectar la alimentación, une en la placa de montaje, con tres
puentes provisionales de alambre, la base y el emisor del transistor V2.4, los
emisores de los transistores V1.4 y V2.1, y los emisores de los transistores
V1.1 y V1.2. Si el multivibrador con los transistores V3.1 y V3.2 está en buen
estado, el altavoz dinámico B1 debe reproducir la señal sonora de tono alto
correspondiente a la frecuencia de 4 a 5 kMz.
Si esto es así, quita el primer puente de alambre, que une los
terminales 9 y 11 del conjunto V2 y prueba el multivibrador cuyos transistores
son el V2.3 y el V2.4. Sí está en buenas condiciones, el sonido del tono
fundamental se hace intermitente con una frecuencia de, aproximadamente. 5 Hz.
En este caso la aguja de voltímetro, conectado al colector del transistor V2.4
(terminal 10 del conjunto V2), deberá desviarse cinco veces por segundo del
cero de la escala.
Luego quita el segundo puente de alambre (que une el terminal 11 del
conjunto V1 con el terminal 2 del conjunto V2) y comprueba cómo funciona el
multivibrador con los transistores V1.4 y V2.1. Conecta el voltímetro al
colector del transistor V1.4 (terminal 10 del conjunto V1) y escogiendo los
condensadores C3 y C4 consigue que el periodo de sucesión de los impulsos
positivos sea aproximadamente de 1 s y la duración de los impulsos, de 0.3 s.
En estas condiciones el altavoz debe emitir cada segundo un sonido parecido al
cloqueo de la gallina: "cu-cu-cudá-a”, "cu-cu-cudá-a", etc.
Comprueba después el multivibrador con los transistores V1.1 y V1.2,
para lo cual conecta el voltímetro en el colector de transistor V1.1 (terminal
1 del conjunto V1). Escogiendo las resistencias de los resistores R2, R3 y las
capacidades de los condensadores C1, C2, procura que el periodo de sucesión de
los impulsos positivos sea de 6 a 8 s y la duración del impulso, de 2,5 a 3 s.
Logrado esto, quita el tercer puente de alambre (que une los terminales 2 y 5
del conjunto V1) y si es necesario, corrige definitivamente el tono fundamental
del trino eligiendo experimentalmente los condensadores C7 y C8. La resistencia
del resistor R2 debe ser de 120 a 130 kΩ, y la del R3, de 91 a 100 kΩ.
El resistor R20, que con el resistor variable R19 forma la carga del
transistor V3.3, elígelo de acuerdo con el altavoz que utilices. La resistencia
debe ser tal que, con la intensidad máxima del sonido del altavoz, cuando el
contacto deslizante del resistor 19 se encuentre en la posición inferior (según
el esquema), el amplificador de audiofrecuencia no se recargue y los
transistores de salida V8 y V9 no se calienten.
¿Qué modificaciones pueden introducirse en este autómata electrónico?
Además de la sustitución de los conjuntos de transistores (de que ya he
hablado), se puede simplificar excluyendo el amplificador de audiofrecuencia.
Para eso, en el circuito colector del transistor V3.3, en vez de los resistores
R19 y R20, hay que conectar una cápsula de teléfono ДЭM-4M o uno de los
radiadores de unos auriculares. Pero, en este caso, la intensidad del canto
disminuirá considerablemente.
Si piensas regalar este juguete musical a tu hermana o hermano o a un
compañero de colegio, tendrás que pensar cómo acabarlo exteriormente. Las
variantes pueden ser muchas. Por ejemplo, lo puedes presentar como una caja de
música, de la cual, al abrir la tapa (en cuyo momento se cerrarán los contactos
disimulados de conexión de la alimentación), empezarán a salir los trinos del
“ruiseñor".
El ruiseñor puede utilizarse también como timbre de puerta, conectándolo
por medio de un relé de tiempo, como el que en la charla decimocuarta (ve la
Figura 181) te sirvió para hacer experimentos. El tiempo durante el cual
cantará el “ruiseñor" dependerá de la capacidad del condensador de
predeterminación del tiempo de acción de dicho relé. Para este uso conviene que
el dispositivo se alimente de la red de corriente alterna a través de un
rectificador con estabilizador de tensión de salida.
En esta charla te he dado a conocer únicamente el principio básico del
funcionamiento y algunos tipos de aplicaciones de los multivibradores. En
cuanto a su composición y montaje de los elementos, dimensiones y acabado
exterior de las construcciones, creo que son cosas que ya puedes resolver sin
mi ayuda. Ya no eres un principiante. Has resuelto problemas más difíciles.
Charla 17
Primer encuentro con los microcircuitos integrales
Contenido:
§. Microcircuitos analógicos de las series K118 y K122
§. Amplificador de audiofrecuencias de potencia elevada con un microcircuito
§. Elementos lógicos
* * * *
Hasta aquí hemos tenido hablando de la estructura y del funcionamiento
de dispositivos radiotécnicos cuyos elementos activos y pasivos eran discretos,
es decir, transistores, diodos, resistores y otras piezas de radio que tu
podías elegir. Uniendo estos elementos en tal orden determinado, dictado por el
esquema eléctrico básico, has construido receptores, amplificadores y
dispositivos automáticos de diversa complejidad.
Ahora los elementos discretos ceden su puesto cada vez más en la radiotecnia y
electrónica o los microcircuitos o bloques electrónicos miniaturizados de
aplicación funcional. Uno de estos bloques, que reúne en su cápsula miniatura
transistores, diodos y resistores, puede desempeñar la función de circuito de
un receptor de radiodifusión, de un amplificador de audiofrecuencia, de un
oscilador, de un convertidor de frecuencia o de un dispositivo electrónico
automático.
Tu, mi joven amigo, eres coetáneo de la introducción de los microcircuitos en
la radiotecnia.
El aspecto exterior de unos microcircuitos, con los cuales te
encontrarás en el transcurso de esta charla, se muestra en la Figura 207.
Figura 207. Vista exterior de los microcircuitos de las series K118 y K122
Son microcircuitos de las series K118 y K122. Los microcircuitos de
muchas otras series de gran aplicación tienen un aspecto análogo. Junto a ellas
como término de comparación, se ha representado una moneda de 1 kopeikia (15
mm) de diámetro), que da idea de las dimensiones de los microcircuitos de estas
series. El primero de estos microcircuitos pesa 1 g, el segundo, 1,5 g.
Atendiendo a la tecnología de su fabricación, los microcircuitos pueden
ser híbridos o semiconductores. En los híbridos, los conductores de corriente,
resistores y armaduras de condensadores son películas de determinadas
dimensiones y propiedades eléctricas extendidas sobre un soporte dieléctrico
sobre el cual se colocan los diodos y transistores (por lo general de silicio
con estructura n-p-n), pero sin cápsulas. En los microcircuitos
semiconductores todos los elementos activos y pasivos están hechos en la masa y
en la superficie de un cristal semiconductor.
Por su aplicación funcional, los microcircuitos se subdividen en
analógicos (o de impulsos lineales) y lógicos (o digitales). Los analógicos, a
los cuales pertenecen los microcircuitos de las series citadas, se emplean para
amplificar, generar y convertir oscilaciones eléctricas, por ejemplo, en los
receptores, magnetófonos y televisores. Los lógicos se utilizan en las
calculadoras electrónicas, dispositivos automáticos y aparatos con indicación
numérica de los resultados de las mediciones.
Eso es lo poco que, en rasgos generales, puede decirse de los
microcircuitos. La práctica de la utilización de los microcircuitos. de que
vamos a tratar en esta charla, te ayudara a comprender mejor las perspectivas
que ofrecen.
Empezaré por los microcircuitos analógicos.
§. Microcircuitos analógicos de las series K118 Y K122
Entre los circuitos analógicos más simples se encuentran los K118УH1 y K122УH1
de las series K118 y K122. La letra K indica que el microcircuito es de amplia
aplicación. El número de los microcircuitos híbridos empieza por el dos, y el
de los semiconductores, por el uno Por consiguiente, los microcircuitos de las
series K118 y K122 son semiconductores y de amplia aplicación. Las letras У y Н
caracterizan la aplicación funcional de los microcircuitos, los cuales son
amplificadores de tensión o de potencia. Esencialmente, los microcircuitos
K118УH1 y K122УH1 son "gemelos" y sólo se diferencian entre sí por
sus estructuras.
Figura 208. Esquema (a) vista exterior; (b) y representación convencional;
(c) del microcircuito K118 y H1
El esquema del “relleno" del microcircuito K118УH1 (con cualquier
índice literal), la estructura con la numeración de los terminales y su
designación en los esquemas básicos se muestran en la Figura 208.
Como puedes ver, se trata de un amplificador bietápico, casi terminado
de transistores de silicio con estructura n-p-n. El enlace entre
los transistores del microcircuito es directo. En el circuito emisor del
transistor V2 hay un resistor de 400 Ω de resistencia. En él se produce la
caída de tensión que, a través de dos resistores acoplados en serie, de 4 kΩ
cada uno, pasa a la base del transistor V1 y, actuando como tensión de
polarización, lo abre. El resistor, que hay en el circuito colector del
transistor V1 (de 5,7 kΩ), es su carga. La tensión de la señal amplificada que
en él se crea pasa directamente a la base del transistor V2 para ser
amplificada adicionalmente. El terminal 3 es el de entrada, el V10, el de
salida, del microcircuito.
En total, el microcircuito tiene 14 terminales, cuya numeración va desde
una señal especial que hay en la cápsula, en el sentido del movimiento de las
agujas del reloj (mirando desde abajo). Pero, algunos de ellos no están
numerados, por ejemplo, los 1, 4, 6, 8 y 13. En dependencia del uso que se hace
del microcircuito, no todos sus terminales se aprovechan.
Citaré unos cuantos ejemplos concretos de utilización de los
microcircuitos K118УH1.
El primer ejemplo es un simple amplificador de audiofrecuencia (Figura
209), que puede emplearse para escuchar grabaciones fonográficas, con
auriculares, o como preamplificador de tensión de las oscilaciones de
audiofrecuencia. En él funciona un microcircuito K118УH1Б, que proporciona una
amplificación algo mayor que la que se obtiene con el microcircuito de la misma
serie pero con el índice literal A.
Figura 209. Amplificador basado en el microcircuito
La fuente de alimentación Ufa de 6,3 V de tensión, se
conecta al microcircuito a través de sus terminales 7 (más) y 14 (menos). La
señal de frecuencia acústica que hay que amplificar llega a la entrada 3 del
microcircuito a través del condensador C1. La señal amplificada, tomada de los
terminales juntos 9 y 10 (de un resistor de 1.7 kΩ de resistencia de dentro del
microcircuito, que desempeña el papel de carga del transistor V2), pasa, a
través del condensador C5, a los auriculares B1 y es transformada por ellos en
sonido. El condensador C4 bloquea los auriculares por las frecuencias más altas
de la gama sonora.
¿Qué papel desempeñan los condensadores electrolíticos C2 y C3,
conectados entre el conductor común puesto a masa del circuito de alimentación
y los terminales 11 y 12 del microcircuito? El condensador C2, junto con el
resistor del microcircuito (de 4 kΩ), forma un filtro desacoplador que elimina
la reacción parásita entre la segunda y la primera etapas del microcircuito a
través de la fuente común de alimentación. Sin él las oscilaciones de corriente
que surgen al funcionar el transistor de la segunda etapa pueden penetrar en el
circuito de alimentación del transistor de la primera, lo que daría lugar a la
autoexcitación del amplificador. Filtros desacopladores semejantes a este había
en muchas de tus construcciones anteriores.
El condensador C3 shunta al resistor del emisor del transistor de la
segunda etapa del microcircuito (de 400 Ω) por la corriente alterna, con lo
cual se debilita la reacción negativa que disminuye la amplificación del
microcircuito. Con esta inserción de condensadores también te has encontrado
antes al construir aparatos receptores y amplificadores.
Si para el amplificador se utilizan condensadores electrolíticos K50-6,
sus elementos, excepto la fuente de alimentación (cuatro pilas 332 o cinco
acumuladores Д-0,06), y el interruptor (interruptor basculante TB2-1), pueden
montarse en una placa cuyas dimensiones máximas sean 40 × 25 mm (Figura 209b).
Coloca los elementos en una de sus caras y únelos entre sí por la cara opuesta.
Para los terminales del microcircuito taladra en la placa dos filas de
orificios de 0.8 a 1 mm de diámetro; la distancia entre las filas de orificios
debe ser de 7,5 mm y entre los centros de los mismos en las filas, de 2,5 mm.
Los auriculares B1 son de alta resistencia óhmica TOH-2. Si utilizas
cápsulas telefónicas ДЭM-4M o auriculares de baja resistencia óhmica,
intercálalos entre el conductor de signo más y el terminal 10 del microcircuito
(sin unirlo con el terminal 9).
Si el amplificador está bien montado no hay necesidad de ajustar el
régimen de los transistores. Para que empiece a funcionar no hay más que hacer
llegar a él la tensión de alimentación.
El segundo ejemplo es un generador de oscilaciones de frecuencia
acústica (Figura 210). Para convertir el amplificador del microcircuito en
generador de oscilaciones eléctricas de 800 a 1000 Hz de frecuencia, entre su
salida (los terminales 9 y 10 juntos) y la entrada (terminal 3) hay que
conectar un condensador C1 de 2200 y 3000 pF de capacidad. Este condensador
crea entre la salida y la entrada del microcircuito una reacción positiva en
corriente alterna y el amplificador se excita.
Figura 210. Esquema del generador de oscilaciones de frecuencia acústica
En estas condiciones, en los auriculares conectados a la salida del
generador se oirá un sonido de tonalidad mediana. El tono que se desee dar a
este sonido se puede conseguir eligiendo experimentalmente el condensadorC1:
cuanto mayor sea su capacidad, tanto más bajo será el tono del sonido.
Este generador puede emplearse como fuente de señal para comprobar el
funcionamiento de los amplificadores de audiofrecuencia. También se puede
utilizar como generador de sonido para el estudio del alfabeto telegráfico. En
este caso sólo hay que sustituir el interruptor de alimentación S1 por un
manipulador telegráfico y a la salida conectar unos auriculares.
El tercer ejemplo es un receptor reflejo, de pequeñas dimensiones, de
amplificación directa. Su esquema básico, placa de montaje y elementos en forma
desarrollada, así como la unión de éstos en la placa, se da en la Figura 211.
Figura 211. Esquema básico (a), elementos en forma desarrollada (b) y placa
de montaje (c) del receptor reflejo basado en el microcircuito K118УH1
Una breve explicación de esta variante de receptor. La señal de la
emisora, a la cual esta sintonizado el circuito L1C1 de la antena magnética,
pasa, a través de la bobina de acoplamiento L2, al terminal 3 del microcircuito
A1. De la bobina L3, que es la carga de radiofrecuencia del microcircuito, la
señal amplificada, a través de la bobina L4, llega al diodo V1, y las
oscilaciones de frecuencia acústica, que se toman de la carga R1 del detector,
a través del condensador C8 y de la bobina L2, pasan también al mismo terminal
de entrada 3 del microcircuito. El papel de segunda carga lo desempeña un
resistor de 400 Ω de resistencia en el circuito emisor del segundo transistor
del microcircuito. Desde él las oscilaciones de frecuencia acústica pasan a
través del terminal 12 y el condensador C6 al auricular B1 y son transformadas
por él en sonido.
¿Qué funciones desempeñan los demás elementos de este receptor? El
condensador C5 shunta la fuente de alimentación Ufa en
corriente alterna. El condensador C2, junto con el resistor que hay en el
microcircuito forman el filtro desacoplador. El condensador C3 conectado entre
el terminal 5 y el conductor a masa, elimina la reacción negativa en corriente
alterna que disminuye la amplificación de la primera etapa del microcircuito.
El condensador C4 bloquea el auricular en las frecuencias más altas de la gama
acústica y elimina la reacción negativa en la segunda etapa del amplificador de
radiofrecuencia.
De fuente de alimentación del receptor sirve una batería formada por
cinco acumuladores de pequeñas dimensiones empaquetados en un tubo de cartón
(también se pueden utilizar cuatro pilas 322 ó 316 acopladas en serie).
Para la antena magnética W1 utiliza una barra de ferrita marca 400HH ó
600HH de 8 mm de diámetro y de 55 a 60 mm de longitud, y para el transformador
de alta frecuencia L3, L4, un anillo de ferrita de 7 u 8 mm de diámetro. Para
captar emisoras de la gama de ondas medias, la bobina del circuito oscilante
L1, devanada sobre un manguito de papel, debe tener de 70 a 80 espiras; la
bobina de acoplamiento L2, devanada sobre la del circuito oscilante, de 5 a 6
espiras de hilo ПЭB-1 0, 12-0,15 y para captar estaciones de la gama de ondas
largas, respectivamente, de 210 a 220 y de 15 a 20 espiras del mismo hilo. La
bobina del circuito oscilante para ondas largas conviene devanarla en cuatro o
cinco secciones con distinto número de espiras en cada una.
La bobina del transformador de alta frecuencia devánala con hilo ПЭB-1
0,1 0,12 valiéndote de la lanzadera de alambre, después de lijar los bordes del
anillo de ferrita. Para la gama de ondas medias la bobina L3 debe tener de 75 a
80 espiras, y la L4, de 60 a 85, y para la gama de ondas largas,
respectivamente, de 110 a 120 y de 75 a 80 espiras del mismo hilo.
E! condensador de capacidad variable C1 del circuito de la antena
magnética puede ser de cualquier estructura. Pero conviene que sus dimensiones
sean pequeñas. Está claro que también puede utilizarse un condensador de ajuste
de capacidad máxima de 100 pF pero en este caso la gama de ondas que cubra el
circuito se estrechara algo. De cómo sea este elemento de sintonización del
circuito oscilante dependerá mucho la estructura del receptor en conjunto.
El auricular B1 puede ser de tipo de oído TM-2M, TM-4M, de cápsula
telefónica ДЭМШ-4М o de poca resistencia óhmica, de casco. Los condensadores
C2, C3 y C5 son electrolíticos del tipo K50-6, y los C4 y C7, del tipo KЛC o
MБM.
La comprobación del funcionamiento del receptor hazla en el orden
siguiente. Primero conecta el auricular (que es preferible que sea de alta
resistencia óhmica) al resistor de carga R1 del detector, y el terminal de la
armadura negativa del condensador C8 (desconectándolo del resistor R1) únelo
con el conductor puesto a masa del circuito de alimentación. Variando la
capacidad del condensador C1 y haciendo girar a! mismo tiempo el receptor, con
la antena magnética, en el plano horizontal, deberás oír las emisoras que se
captan bien en el lugar en que vives. Después de restablecer la unión del
condensador C8 con la carga del detector y de conectar el auricular en su
sitio, la intensidad de recepción deberá ser mucho mayor.
No hace falta ningún ajuste de los regímenes de los transistores del
microcircuito del receptor. En cuanto al pequeño desplazamiento de los límites
de la gama de ondas que cubre el receptor, tú ya sabes cómo puede hacerse,
variando la posición de la bobina del circuito oscilante L1 (junto con la
bobina L2) sobre la barra de ferrita.
Figura 212. Disposición de los terminales en el zócalo (a) y numeración de
los mismos (b) en los microcircuitos K122УH1A y K122УH1B
En cualquiera de los dispositivos de que te he hablado aquí también se
puede utilizar el microcircuito K118УH1A o aumentando la tensión de la fuente
de alimentación hasta 12 V, d microcircuito K118УH1B. En el primer caso el
nivel de la señal a la salida del amplificador, del generador o del receptor
será un poco más bajo, y en el segundo, un poco más alto. Para hacer estas
sustituciones no es necesario cambiar nada en el montaje.
Se pueden emplear también los microcircuitos análogos K118УH1A-B. Pero
entonces habrá que cambiar la parte del montaje directamente relacionada con el
microcircuito, teniendo en cuenta su estructura y la disposición de sus
terminales. Los microcircuitos de esta serie se parecen exteriormente a los
transistores bipolares de producción en gran escala Cada uno tiene 12
terminales que se encuentran en la parte del fondo de la cápsula (Figura 212.
«T1 a numeración de los terminales va desde el saliente que hay en el cerco de
la cápsula metálica, en el sentido del movimiento de las agujas del reloj,
cuando la cápsula se mira desde abajo. Para evitar errores durante el montaje,
en la Figura 212b, se indica la numeración de los terminales de un
microcircuito de la serie K122 y, entre paréntesis, la numeración de los
respectivos terminales de los microcircuitos de la serie K118 que sustituyen.
Al hacer esta sustitución ten presente que los microcircuitos K122VH1
con los índices literales A y B están calculados para la tensión de
alimentación de 6.3 V, y los microcircuitos con los índices literales de C D,
para la tensión de 12.6 V. Una superación importante de la tensión de la fuente
de alimentación puede inutilizar los circuitos.
¿Y si no dispones de un microcircuito K118УH1A ó K122УH1B? En este caso
puedes sustituirlo por su análogo en forma de modulo, montado según el esquema
que se da en la Figura 209. Todos los transistores que se emplean en él pueden
ser del tipo KT315 o KT312 con factor estático de transferencia de corriente no
menor de 50. Los elementos de este análogo se pueden montar sin dificultad en
una placa de, aproximadamente, 15 × 15 mm
§. Amplificador de audiofrecuencia de potencia elevada con un
microcircuito
El microcircuito K.I74УH7 de la serie K174, a base del cual se puede montar un
amplificador de audiofrecuencia terminado para tocadiscos monofónicos o el
circuito de frecuencia acústica de un receptor de radiodifusión, se fabrica con
destino a los receptores de televisión. En su monocristal de silicio, encerrado
en una cápsula de plástico de 21,5 × 6,8 × 4 mm, funcionan 16 transistores de
diversas estructuras, 5 diodos y 16 resistores, que junto con los elementos
exteriores que se conectan al microcircuito al montarlo, forman varias etapas
de amplificación previa de la señal y un amplificador de potencia, en
contrafase. Los transistores de la etapa de amplificación de potencia tienen
contacto térmico con una lámina metálica que sale de la cápsula.
Esta lámina desempeña la función de radiador para evacuar el calor de
los transistores. Si se necesita una refrigeración más eficaz de los
transistores de la etapa de salida, a las partes salientes de la lámina
antedicha se atornilla otra lámina doblada en forma de “U” con escotadura para
la cápsula. El radiador adicional no debe tocar los terminales del
microesquema.
El aspecto exterior de este microcircuito y el esquema básico del
amplificador de audiofrecuencia que basándole en él puedes construir se muestra
en la Figura 213a.
Figura 213. Amplificador de audiofrecuencia basado en el microcircuito
KI74УH7
La señal del fonocaptor del electrófono o de la salida de la etapa
detectora del receptor de radiodifusión pasa, a través del enchufe XI, al
resistor variable R1, que desempeña la función de regulador de volumen, y,
desde su contacto deslizante, a la entrada (terminal 8) del microcircuito A1.
De la salida del microcircuito (terminal 12) la señal de frecuencia acústica,
amplificada por todas sus etapas, llega, a través del condensador C8, al
altavoz dinámico B1 y es transformada por él en sonido.
Si la tensión de la fuente de alimentación es de 12 V, la potencia de
salida del amplificador será de 2 a 2,5 W, fin ausencia de señal de entrada el
consumo de corriente no supera 20 mA, y cuando las señales tienen la intensidad
máxima, aumenta hasta 200 ó 250 mA. De fuente de alimentación puede servir una
batería formada por ocho pilas 343 ó 373 ó un rectificador con estabilizador de
la tensión de salida.
La tensión de alimentación se suministra al microcircuito a través de
los terminales 1 y 10. A través del resistor R2 llega a la base del
transistor p-n-p de la primera etapa del microcircuito la
tensión negativa de polarización que lo abre. El condensador C2, junto con
varios elementos del microcircuito, forman un filtro a través del cual se
alimentan los transistores de las primeras etapas del amplificador. El
condensador C3 y el resistor R3 forman parte del circuito de reacción positiva
que mejora la característica de frecuencia del amplificador. El condensador C5
y el resistor R4 son elementos de “voltoadición”, que permiten un
aprovechamiento más completo de los transistores de salida del microcircuito,
en cuanto a potencia. Los condensadores C4 y C6 y la cadena R5 y C7 sirven para
corregir el amplificador en las frecuencias más altas de la gama acústica. El
condensador C9 shunta la batería de alimentación en corriente alterna.
Esa es, en pocas palabras, la misión de los elementos exteriores que
determinan el funcionamiento del microcircuito K174УH7 en régimen de
amplificación de las oscilaciones de frecuencia acústica.
El microcircuito, junto con los elementos adicionales, se puede montar
sobre una placa de 65 × 50 mm (Figura 213b). El montaje puede ser tanto con
circuito impreso como colgante. Un el segundo caso pueden servirle de puntos de
apoyo remaches huecos o trocitos de alambre de cobre estañado, encajados en
orificios taladrados en la placa. Los elementos, incluso el microcircuito
mismo, colócalos en una de las caras de la placa y las conexiones entre sus
terminales hazlas por la otra cara (en la Figura 213b) se muestra la cara de la
placa en que están los conductores de corriente). Los termínales 2, 3 y 11 del
microcircuito no se aprovechan, por Jo que pueden doblarse con precaución hacia
un lado y no pasarlos a través de los orificios ele la placa.
El resistor variable R1 con el interruptor de parpadeo S1, que se
encuentran fuera de la placa, puede ser de cualquier tipo (TK, CП-3), y los
resistores fijos, MΛT. Todos los condensadores electrolíticos son del tipo
K50-6, los demás, MБM, БM-2, KΛC. El altavoz dinámico MI es de 2 a 3 W de
potencia con bobina vocal de 4.5 a 6.5 Ω de resistencia.
Si los condensadores y los resistores se probaron de antemano y en el
montaje no se cometieron errores, el amplificador no necesitará reglaje alguno,
empezará a funcionar en cuanto se conecte la alimentación. De indicio de su
buen funcionamiento puede servir el sonido intenso (fondo de la corriente
alterna) que se oirá en el altavoz si se toca el contacto superior (según el
esquema) del enchufe de entrada X1, cuya intensidad variará al girar la manija
del resistor variable R1.
El amplificador puede alimentarse de una fuente de 9 V de tensión, por
ejemplo, si funciona conjuntamente con el canal de radiofrecuencia de un
receptor de amplificación directa o superheterodino. Pero en este caso su
potencia de salida será de 1 a 1,5 W. Sin embargo, si la tensión de la fuente
de alimentación es de 15 V, para la cual está calculado el microcircuito
K.147УH7, la potencia de salida del amplificador aumenta hasta 4 ó 4,5 W. En
estas condiciones el microcircuito debe tener un radiador adicional de calor.
§. Elementos lógicos
Los microcircuitos lógicos, o numéricos, se destinan principalmente a los
aparatos que elaboran las señales lógicas y la información numérica en la
técnica de cálculo, por ejemplo, en las computadoras y dispositivos
electrónicos automáticos. De ahí el nombre de esta clase de microcircuitos:
lógicos o numéricos. A ella pertenecen diversos generadores, triggeres,
contadores de impulsos, divisores de frecuencia, codificadores y
descodificadores, memorias y otros muchos microcircuitos para fines
funcionales. Pero en esta parte de mi charla sólo te daré a conocer los
microcircuitos lógicos más simples, basándose en los cuales pueden hacerse
distintos dispositivos electrónicos.
Entre los aficionados a la radiotecnia que se interesan por la técnica
de codificación, los microcircuitos que gozan de más popularidad son los de la
serie K155, que sirven de base para construir las computadoras modernas. Una
parte integrante de muchos de ellos, y no sólo de los microcircuitos de esta
serie, es el elemento lógico Y-NO, que representado gráficamente puedes ver en
la Figura 213a.
Su símbolo convencional es dentro de un rectángulo (que sustituye en
inglés a la conjunción “Y"). Este elemento lógico puede tener dos o más
entradas, que se indican a la izquierda, y una sola salida, a la derecha. La
pequeña circunferencia, con la cual da comienzo la línea de salida de
acoplamiento, simboliza la negación lógica NO a la salida del elemento. En el
dialecto de la técnica de codificación, “NO” significa que el elemento lógico
Y-NO es inversor, es decir, un dispositivo electrónico cuya señal de salida
tiene nivel inverso al de entrada.
El estado eléctrico del elemento lógico Y NO lo caracterizan las señales
eléctricas en sus entradas y salida. De acuerdo con el sistema binario de
numeración adoptado en la técnica de codificación, una señal de nivel pequeño
(o nulo), cuya tensión no supere 0,3 -0.4 V, se llama cero lógico (0), y una
señal de nivel más alto (comparada con el 0 lógico), que puede ser de 2.5 a 3.5
V, unidad lógica (1). Si, por ejemplo, se dice que a la salida del elemento hay
un 1 lógico (y, por consiguiente, a la entrada, un 0 lógico), esto significa
que en este caso sobre la salida del elemento actúa una señal cuya tensión
corresponde al nivel de la unidad lógica. La acción de este elemento como
inversor puede compararse con el funcionamiento de un transistor n-p-n de
silicio en régimen de conmutación. Si su base se une con el emisor o se hace
llegar a ella tensión positiva de polarización no mayor de 0,3 a 0,4 V, el
transistor se encontrará en estado abierto y la tensión en su colector será
aproximadamente igual a la de alimentación. En este estado del transistor, la
tensión de entrada de bajo nivel puede tomarse como 0 lógico, y la tensión de
salida, de nivel más alto, como 1 lógico. Si luego llega a la base una tensión
positiva de polarización con la cual el transistor se abra, la tensión en su
colector disminuirá casi hasta cero. Este estado del transistor corresponderá
en nuestro ejemplo a una tensión de salida de bajo nivel, y de entrada, de
nivel alto.
Figura 214. Elemento lógico 2Y NO 1 y microcircuito 155ΛA3 (b)
Si a la base llega tensión pulsatoria, el transistor, con la frecuencia
y la polaridad de sucesión de los impulsos, se conmutará del estado abierto al
cerrado y, viceversa, del estado cerrado al abierto, imitando el funcionamiento
del inversor. Pero el elemento 2Y—NO (Figura 214a), con el cual empecé a darte
a conocer los microcircuitos lógicos, tiene dos entradas. Por eso, el principio
en que se basa su acción difiere un poco de las propiedades del transistor
funcionando en régimen de conmutación. En esencia, la acción de este elemento
consiste en que cuando a una de sus entradas llega una señal de bajo nivel y a
la otra, tensión de nivel alto, en la salida aparece tensión de alto nivel, la
cual desaparece cuando a ambas entradas llegan señales correspondientes a una
tensión de nivel alto. En esto consiste la lógica del elemento 2Y—NO. Si todas
las entradas de este elemento se juntan, es decir, si se hace que tenga una
sola entrada, funcionará como inversor. La tensión en la entrada del elemento
lógico con la cual pasa éste de un estado estable a otro, es decir, se conmuta
del estado abierto al cerrado, se llama de umbral. Para los microcircuitos de
la serie K155, la tensión de umbral es, aproximadamente, de 1,15 V. Para las
construcciones experimentales necesitarás, en primer lugar, un microcircuito
K155ЛA3, cuya representación convencional se da en la Figura 214b.
Estructuralmente este microcircuito se parece a los de la serie K118, pero en
su cápsula hay cuatro elementos lógicos 2Y-NO. Cada uno de ellos tiene sus
entradas y salida y funciona como elemento independiente. La fuente de
corriente continua, de tensión no mayor de 5 V, que alimenta todos los
elementos del microcircuito, se conecta a sus terminales 7 (— 5 V) y 14 (+5 V).
Pero estos terminales no se suelen indicar en las representaciones
convencionales de los microcircuitos numéricos, ya que, en los esquemas
eléctricos básicos de unos u otros dispositivos, los elementos que forman el
microcircuito se dibujan, en la inmensa mayoría de los casos, separados.
El esquema del primer dispositivo experimental, basado en un
microcircuito numérico, que te propongo para que fijes en tu memoria cómo
funciona el elemento 2Y-NO, se muestra en la Figura 215.
Figura 215. Esquema del generador de impulsos luminosos en que se utilizan
elementos lógicos 2Y NO
De los cuatro elementos del microcircuito K155ΛA3, en él sólo funcionan
dos (cualesquiera) y los otros dos no se aprovechan. En conjunto este
dispositivo es un generador de impulsos luminosos que puede utilizarse, por
ejemplo, para el modelo del faro.
Los elementos D1.1 y D1.2, conectados como inversores acoplados entre sí
en serie, forman una especie de amplificador de transistores de dos etapas con
acoplamiento directo. El condensador C1, intercalado entre la salida del
elemento D1.2 y la entrada del D1.1, crea entre la entrada y la salida del
amplificador una reacción positiva, en virtud de la cual éste se excita y
empieza a generar oscilaciones eléctricas.
¿Te das cuenta de lo que es esta parte del dispositivo electrónico?
Exactamente: un multivibrador que genera impulsos de tensión cuya forma
aproximada es rectangular. La frecuencia de los impulsos depende de la
capacidad del condensador C1 y de la resistencia del resistor R1. Con la
capacidad del condensador C1 indicada en el esquema, solamente con el resistor
variable R1 se puede variar la frecuencia de los impulsos desde,
aproximadamente, 60 hasta 120 por minuto (de 1 a 2 Hz)
Del terminal 6 del elemento D1.2, que es el de salida del multivibrador,
la tensión variable a saltos se transmite a la base del transistor V1 y manda
su funcionamiento. En los instantes en que en el terminal 6 de este elemento la
tensión es de nivel bajo, el transistor V1 está cerrado. Cuando la tensión en
este terminal es de alto nivel, el transistor se abre y la lamparita H1, que
hay en el circuito colector, se enciende. De esta forma el transistor, mandado
por los saltos de tensión a la salida del elemento D1.2, funcionará en régimen
de conmutación y la frecuencia de los destellos de la lamparita estará
determinada por la de los impulsos que genera el multivibrador.
Todos los elementos del generador de impulsos luminosos, excepto la
fuente de alimentación, se pueden montar en una placa de cartón de
aproximadamente, 40 × 60 mm. El microcircuito D1, es condensador electrolítico
C1 (tipo K50-6), el transistor V1 la lamparita de incandescencia Inl (MH2,
5-0,068) y los resistores, colócalos en una de las caras de la placa, y las
conexiones entre ellos hazlas por la otra cara. Los terminales de los
microcircuitos pásalos a través de orificios practicados en la placa, procurando
que la cápsula se apoye en ésta, dóblalos un poco hacia un lado y numéralos
inmediatamente para evitar errores en la conexión de los elementos.
La fuente de alimentación puede ser un bloque de alimentación de la red,
una balería 3336Λ o una batería formada por tres pilas 332.
El conductor del polo positivo de la fuente de corriente (que es
preferible que tenga aislamiento rojo) conéctalo al terminal 14 del
microcircuito, y el del polo negativo, al terminal 7.
Antes de conectar la alimentación, pon el contacto deslizante del
resistor R1 en la posición de resistencia máxima (según el esquema, en la
posición extrema derecha), y entre el conductor común a masa y la salida del
multivibrador (terminal 6 del elemento D1.2) conecta un voltímetro para
corriente continua. Si no has cometido errores al hacer el montaje, al conectar
la alimentación la aguja del voltímetro debe desviarse periódicamente, con la
frecuencia del multivibrador, del cero de la escala y, con la misma frecuencia,
encenderse la lamparita en el circuito colector del transistor. Si disminuye la
resistencia introducida por el resistor variable R1, la frecuencia de las
oscilaciones de la aguja del voltímetro y de los destellos de la lamparita de
incandescencia deberá aumentar suavemente.
Conecta en paralelo con el condensador C1 otro condensador de la misma o
mayor capacidad. ¿Qué varia? Se reduce aproximadamente a la mitad la frecuencia
de los destellos luminosos, regulable con el resistor R1. La capacidad de este
condensador se puede disminuir, aproximadamente, hasta 100 μF. Pero en este
caso, con la resistencia mínima del resistor R1, la frecuencia de los impulsos
generados por el multivibrador será tan considerable que la aguja del
voltímetro y el filamento de incandescencia de la lamparita, debido a la
inercia, ya no podrán reaccionar a ellos. A esta frecuencia sólo reaccionan los
auriculares conectados a la salida del multivibrador.
Este generador puedes utilizarlo también como "parpadeador" o
indicador de virajes de tu bicicleta. En este caso el resistor R1 puede ser
fijo, pero elegido con tal valor nominal que la lamparita destelle no más de
50-60 veces por minuto. La fuente de alimentación será una batería 3336Λ. Para
la conmutación de los circuitos de alimentación emplea un interruptor
basculante de tres posiciones, dos secciones y una posición media neutra.
Cuando la palanquita del interruptor esté en la posición media, el generador y
a las lamparitas de incandescencia, que se encontraran a la izquierda y a la
derecha del sillín de la bicicleta, no llegará corriente. Cuando dicha
palanquita se ponga en la posición izquierda se conectaran al mismo tiempo el
generador y la lamparita izquierda indicadora de viraje, y cuando se ponga en
la posición derecha se conectarán a la vez el generador y la lamparita derecha.
Supongo que tú mismo podrás hacer el esquema de esta conmutación de los
circuitos de alimentación.
El esquema de otro dispositivo basado en el microcircuito K.155ΛA3, en
el cual funcionan todos los elementos 2Y-NO que lo componen, puedes verlo en la
fie. 216.
Figura 216. Esquema del generador de oscilaciones de frecuencia acústica
Es también un generador, pero de baja frecuencia. El generador mismo lo
forman los elementos D1.1, D1.2 y D1.3 acoplados en serie. El condensador C1
crea entre la salida del segundo elemento y la entrada del primero una reacción
positiva que asegura el proceso auto-oscilador, y el resistor R1 estabiliza el
régimen de excitación del generador.
El dispositivo funciona como sigue. En cuanto se conecta la alimentación
(con el interruptor S1) el condensador C1 empieza a cargarse a través del
resistor R1. Supongamos que en este instante en la salida del elemento D1.2 hay
una tensión de alto nivel (de cerca de 4V), entonces en la salida del elemento
D1.3 habrá tensión de bajo nivel (aproximadamente de 0.4 V). En el instante en
que la tensión en la armadura izquierda (según el esquema) del condensador C1
y, por consiguiente, en la entrada del elemento D1.1. se hace inferior a la de
umbral (1,2-2,3 V), el estado de todos los elementos se invierte. Ahora el
condensador C1 empieza a descargarse a través del resistor R1 y del elemento
D1.3, y después, cuando los elementos se conmuten al estado inicial, otra vez
se cargará y así sucesivamente. Como resultado, en el terminal 6 del elemento
D1.2 que es el de salida del generador, se formarán continuamente, mientras
esté conectada la alimentación, impulsos de tensión de forma rectangular.
Impulsos exactamente iguales, pero desfasados a 180º, se formarán en el
terminal 11 del elemento D1.4, que desempeña la función de inversor.
Desde la salida del elemento D1.4 la seña del generador se transmite al
resistor variable R2, y desde su contacto deslizante, a la entrada del
amplificador de audiofrecuencia, cuyo funcionamiento hay que comprobar. Este
resistor desempeña, por lo tanto, el papel de regulador del nivel de la señal
de salida del generador.
La frecuencia de los impulsos que se generan se regula suavemente con el
resistor variable R1. Cuándo su resistencia disminuye, la frecuencia del
generador aumenta, y cuando aumenta, al contrario, disminuye. Si la capacidad
del condensador C1 es igual a 0.5 μF, la frecuencia máxima del generador es de
4 a 5 kHz, v la mínima, aproximadamente, de 500 Hz.
El generador se puede montar, y comprobar cómo funciona, sobre la misma
placa de cartón en que montaste el primer generador con este microcircuito. El
condensador C1 es del tipo MБM o БM: los resistores R1 y R2, de tipos
cualesquiera. La fuente de alimentación puede ser un rectificador con tensión
de salida de 5 V o una batería 3336Λ.
Comprueba atentamente todas las conexiones por el esquema básico. Si no
has cometido errores en el montaje, conecta a la salida del generador unos
auriculares y enchufa la alimentación. En los auriculares oirás un sonido cuya
tonalidad puede variarse con el resistor R1 y su volumen, con el resistor
variable R2.
Tiene cierto interés práctico un generador de dos tonos que se puede
utilizar, por ejemplo, como timbre de puerta de un apartamento.
Figura 217. Esquema del generador de dos tonos para timbre de puerta
Este dispositivo automático sonoro (Figura 217) consta de tres
generadores que se conectan con ayuda del botón de llamada S1. En el primero de
ellos funcionan los elementos D1.1, D1.2 y D1.4, en el segundo los D1.3. D2.1 y
D2.2, y en el tercero, los D2.3, D2.4 y D2.2. El elemento D2.2 es, por lo
tanto, común para los generadores segundo y tercero, los cuales, a su vez, son
mandados por el primero.
El principio de funcionamiento de todos los generadores es análogo a la
acción de los antes descritos, pero la frecuencia de pulsación del primer
generador es de 0,7 a 0.8 Hz, la del segundo, de cerca de 600 Hz y la del
tercero, de, aproximadamente, 1000 Hz. La frecuencia de los impulsos del primer
generador, que hace las veces de conmutador electrónico, depende principalmente
de la capacidad del condensador C1, y las frecuencias de los generadores
segundo y tercero, que son los de los tonos, de las capacidades de los
respectivos condensadores C2 y C3 y de los resistores R2 y R3. Cuando el botón
de llamada S1 está apretado y, por consiguiente, se suministra tensión de
alimentación a los microcircuitos, los impulsos del generador conmutador
conectan (con desfasaje de 180º) los generadores de tono. En estas condiciones,
en el terminal 6 del elemento D2.2 surgen periódicamente, con la frecuencia del
generador conmutador, oscilaciones ya del segundo ya del tercer generador de
tono. Estas oscilaciones son amplificadas por el transistor V1 y el altavoz H1
las transforma en un sonido que parece vibrar y cambiar de tono. El resistor R4
limita la corriente de base del transistor V1.
Los elementos de este timbre pueden montarse, por el método del circuito
impreso o del colgante, sobro una placa de 65 × 30 mm (Figura 218) y, junto con
la fuente de alimentación (cuatro acumuladores de pequeñas dimensiones o una
batería 3336Λ), colocarse dentro de una caja de plástico.
Figura 218. Placa de montaje del generador de dos tonos
Todos los condensadores electrolíticos son del tipo K50-6. El
condensador C3 está formado por dos condensadores, de 1 μF cada uno, acoplados
en serie, pero puede ser un condensador de papel de 0,5 ó 0,47 μF de capacidad.
Los resistores son MΛT. El altavoz dinámico, de 0,1 a 0,5 W de potencia con
bobina vocal de 8 a 10 Ω de resistencia.
Si los elementos están en buen estado y no has cometido errores en el
montaje, el timbro empezará a funcionar en cuanto, apretando el botón de
llamada, se conecte la alimentación. La tonalidad del sonido puede regularse
eligiendo experimentalmente los condensadores y los resistores de los
generadores de tono. Para alargar los intervalos de tiempo de conexión de estos
generadores mientras se escogen los elementos antedichos, se puede acoplar, en
paralelo con el condensador C1, de conmutación del generador, otro condensador
de varios millares de microfaradios de capacidad.
Si este generador de dos tonos quieres utilizarlo en juegos electrónicos
o en juguetes con señales sonoras de larga duración, el transistor KT315 del
amplificador de potencia debes sustituirlo por un transistor n-p-n de
silicio de potencia media, por ejemplo, por el KT603 ó KT608 con cualquier
índice literal.
A base de los elementos lógicos de los microcircuitos K155ΛA3 se puede
construir incluso un instrumento electromusical (IEM) muy simple. La vista
exterior y el esquema de una posible variante de este dispositivo electrónico
monofónico se dan en la Figura 219.
Se loca el instrumento pulsando las teclas con una sonda. Su diapasón
musical es de dos octavas: desde el "do" de la primera octava hasta
el “si' de la segunda, a lo que corresponde una gama de frecuencias acústicas
que va desde 260 Hz hasta 988.
No se trata realmente de un instrumento musical en el sentido cabal de
esta palabra, sino más bien de un juguete electromusical, de un objeto de
regalo. Pero en él pueden tocarse muchas melodías musicales sencillas.
El esquema básico del IEM debe recordarte el del generador de
oscilaciones de frecuencia acústica (ve la Figura 216). Pero en aquél tú
variabas la frecuencia de las oscilaciones suavemente, con el resistor
variable, mientras que en éste dicha frecuencia se varía a saltos, al conectar
en el circuito de mando de la frecuencia resistores de valores nominales
distintos.
Figura 219. Vista exterior y esquema del instrumento eléctrico musical (IEM)
En este dispositivo todos los elementos lógicos 2Y-NO de los
microcircuitos K155ΛA3 están conectados como inversores. Los elementos D1.1,
D1.2 y D1.3 forman el generador de tono, y el elemento D1.4, junto con el
primer devanado del transformador T1, el amplificador de potencia de las
oscilaciones de frecuencia acústica que se generan. El altavoz dinámico B1,
conectado al segundo devanado del transformador, convierte estas oscilaciones
en sonoras de distinto tono.
El IEM se alimenta de una batería 3336Λ o tres pilas 322 acopladas en
serie. La corriente máxima que consume no supera 30 mA.
La frecuencia de las oscilaciones del generador de tono la determina la
capacidad del condensador C1 y de aquel de los resistores R1-R24 que, a través
de la sonría S1, conectada al terminal de salida N del elemento D1.3 y si la
tecla correspondiente a dicho tono, se intercala en el circuito de mando de la
frecuencia del generador. Cuanto menor sea la resistencia del resistor
intercalado en este circuito, tanto más alto será el tono del sonido. Al sonido
"do" de la primera octava le corresponde la conexión del resistor R1
en el circuito, y al sonido "si" de la segunda octava, la conexión,
con la sonda, del resistor R24. Los valores nominales de los resistores R1-K24
se eligen experimentalmente al ajustar el IEM.
De base del IHM sirve una placa de textolita de fibra de vidrio
recubierta de hoja metálica. Las dimensiones de esta placa y la configuración
de todas las superficies conductoras de corriente y de las teclas, así como las
conexiones de los elementos, se indican en la Figura 220.
Las ranuras aisladoras, de 1 a 1,5 mm de ancho, se practican con un
corlador hecho de hoja de sierra.
Figura 220. Estructura y montaje del IEM
Los orificios pasantes que hay en la placa son para el interruptor de
botón S2 (П2K) para el transformador de salida T1, de tipo TB-12 (también se
puede utilizar el transformador de cualquier receptor de transistores de
pequeñas dimensiones) y para el sistema magnético del altavoz, también de
dimensiones pequeñas (B1). Los resistores, el condensador, las patillas
terminales de los microcircuitos y los conductores de conexión se sueldan a los
conductores impresos sin taladrar orificios en ellos. Para que las teclas
largas, fundamentales (que suelen ser blancas) se distingan de las cortas,
conviene estañarlas con cuidado. El condensador electrolítico C1 debe tener la
corriente de fuga menor posible, por ejemplo, ser del tipo K53-1. Los
resistores son MΛT-0,125 o MΛ-0,25. La resistencia del resistor R1 no debe ser
mayor de 1,8 kΩ, y la del R24, no menor de 300 Ω. Los valores nominales de los
resistores intermedios se diferencian de los de sus vecinos en la parte de baja
frecuencia de la gama acústica, en 100 ó 150 Ω y en la de alta frecuencia, en
30 ó 50 Ω. Así, por ejemplo, la resistencia aproximada del resistor R2 (nota
“re” de la primera octava) debe ser de 1670 y la del resistor R23 (nota
“la" de la segunda octava), de 505 Ω.
Para hacer la sonda S1 utiliza el mango de un bolígrafo o de un
portaminas de mordazas. Su tubito metálico, con el cual se pulsan las teclas,
únelo por medio de un conductor flexible aislado con la superficie del terminal
8 del elemento D1.4. La tapa protectora de la caja del instrumento, con
orificio para el botón del interruptor y ranuras frente al altavoz dinámico,
hazla de hojas de plástico o de orgahta, pegando sus piezas, y píntala con
esmalte nitro o tapízala con película decorativa.
El reglaje del IEM consiste en escoger cuidadosamente los resistores
R1-R24 del circuito marcador de frecuencia del generador de tono. Primero
escoge el resistor R1. Para eso sustitúyelo por dos resistores, uno variable y
otro fijo, acoplados en serie, de 1 kΩ de resistencia cada uno. Toca con la
sonda la tecla extrema izquierda y, sirviéndote de un piano o de un acordeón
como patrón, afina el generador a la frecuencia correspondiente a la nota
“do" de la primera octava. Luego, con un ohmímetro, mide la resistencia de
la cadena provisional de resistores y sustitúyela por un resistor (o varios
resistores) del mismo valor nominal.
De un modo análogo escoge los otros resistores del circuito marcador de
frecuencia del generador de tono y después empieza a aprender a tocar el IEM.
Puede ocurrir que no dispongas de textolita, de fibra de vidrio o de
cartón baquelizado. En este puede servir de base para el teclado una placa de
vidrio orgánico, sobre la cual puedes pegar tiras de hoja de cobre. Para el
montaje del microcircuito, del interruptor de alimentación del condensador
electrolítico no es indispensable la hoja metálica.
Debes tener en cuenta que si la tensión de !a fuente de alimentación
baja, la frecuencia de las oscilaciones del generador y, por consiguiente, el
tono del sonido del IEM varía un poco. Pero a medida que se descarga la
batería, la relación entre las frecuencias vocales contiguas, en general, se
conserva, por lo que ésta no influye en la melodía que se ejecuta. Y para que
la frecuencia del generador de tono no varíe hay que alimentar el IEM de una
fuente de tensión estabilizada o de cuatro pilas voltaicas acopladas en serie,
pero a través de un estabilizador paramétrico de tensión, en el cual puedes
utilizar un diodo de regulación de tensión KCI39A o KCI47A.
Este teclado sonoro puedes regalárselo a tu hermana o hermano menor y tú
dedicarte a construir otro instrumento electromusical más complejo.
En todos los dispositivos descritos en esta parte de la charla, el
microcircuito K155ΛA3 se puede sustituir por el K15XΛA3 de la serie K158 o por
el K176ΛA 3 de la serie K176. Al hacer esto no es necesario cambiar nada en los
esquemas en el montaje, ya que tanto ellos como el K155ΛA5 tienen cuatro
elementos 2Y NO cada uno y la misma disposición de los terminales. De los
microcircuitos no soviéticos pueden servir, por ejemplo, los LM324, 7400, pero
su zócalo de conexión es distinto.
Los microcircuitos analógicos y numéricos que le he dado a conocer en
esto charla pertenecen a los de primer grado de integración, es decir, a los
más simples. En los microcircuitos modernos, más complejos, cuyas dimensiones
son, aproximadamente, las mismas, el número total de elementos activos y
pasivos puede llegar a ser de varias decenas, hasta centenares de millares.
Para que puedas hacerte una idea de cuántas y que operaciones lógicas puede
realizar un microcircuito integral te pondré el ejemplo siguiente: el
“mecanismo’’ de los relojes de pulsera electrónicos de mediana complejidad, que
miden el tiempo con la exactitud de un segundo, indican el día de la semana, el
mes y sirven de cronómetros con la exactitud de hasta una centésima de segundo
y de despertadores con señal acústica, consta de un solo microcircuito integral
especialmente diseñado. Y los relojes electrónicos de elevada complejidad dan
además la posibilidad de utilizarlos para juegos electrónicos, como
microcalculadoras de pulsera, etc. Ya ves lo que es el microcircuito integral,
que ha revolucionado todas las ramas y direcciones de ¡a radiotécnica.
Charla 18
Estereofonía
Contenido:
§. ¿Qué es el efecto estereoscópico?
§. Estereofonía con auriculares
§. Complejo estereofónico
* * * *
De la técnica de reproducción de grabaciones gramofónicas ya te hablé en
la charla undécima, dedicada a los amplificadores de audiofrecuencia. Pero
entonces se trataba de la reproducción monofónica, es decir, monocanal. Sin
embargo, entre los aficionados a la música goza cada vez de mayor popularidad
el procedimiento de reproducción de dos canales, estereofónico. A él voy a
consagrar esta charla.
§. ¿Qué es el efecto estereoscópico?
¿Has tenido ocasión de asistir al concierto de una gran orquesta sinfónica?
Durante estos conciertos las salas están llenas de aficionados a la música. El
espectador se encuentra en ellos como sumergido en el mar de sonidos que invade
la enorme sala.
¿Y si la misma composición musical, ejecutada por la misma orquesta, se
escucha reproducida de una grabación en placa monofónica, por medio de un
tocadiscos o de una radiola? El efecto será otro. Se pierde el carácter
estereofónico del sonido. Y si se presta atención, parece como si todos los
instrumentos musicales de la orquesta no pudieran "caber" en el
pequeño espacio del altavoz. Sí, por este procedimiento de reproducción de las
grabaciones gramofónicas es imposible figurarse la disposición de las fuentes
de sonido en el espacio. A la salida del amplificador del tocadiscos eléctrico
o de la radiola se pueden conectar varios altavoces y colocarlos en distintos
ángulos de la habitación. Pero la sensación estereofónica del sonido de la
composición musical tampoco se consigue, ya que la reproducción sigue siendo
monocanal.
Otra cosa ocurre cuando la reproducción del sonido es estereofónica, es
decir, cuando la grabación de la composición musical y su ulterior reproducción
se efectúa por medio de aparatos de dos canales. Para este procedimiento de
reproducción del sonido, que da a éste la sensación de relieve espacial, están
calculadas las placas de gramófono estereofónicas.
¿En qué consiste la estereofonía? Cuando se emplea este procedimiento de
grabación del sonido, delante de la orquesta sinfónica, o de música ligera, y a
cierta distancia do ella se colocan dos micrófonos (o dos grupos de
micrófonos), cada uno de los cuales está unido con su amplificador a los
aparatos grabadores. El micrófono que se encuentra a la izquierda (cuando la
orquesta se mira de frente) suele llamarse micrófono del canal izquierdo de
grabación, y el que se halla a la derecha, micrófono del canal derecho.
La reproducción de las grabaciones estereofónicas se efectúa por medio
de un fonocaptor estereofónico y dos amplificadores de audiofrecuencia, con
altavoces independientes, colocados, delante del que oye, a cierta distancia
uno de otro. El altavoz que se encuentra a la izquierda del oyente es el del
canal izquierdo de reproducción del sonido, y el que está a su derecha, el
altavoz del canal derecho.
Los instrumentos musicales o los solistas, que son las fuentes de
oscilaciones sonoras, se hallan a distancias distintas de los micrófonos, por
lo que las intensidades de sus sonidos en los altavoces son diferentes. Además,
las oscilaciones acústicas llegan hasta los micrófonos con distinto retraso,
aunque éste sea pequeño, como resultado, en el oyente se crea la sensación no
sólo de la distribución de las fuentes de sonido en el espacio, sino también de
sus movimientos. Así, por ejemplo, si el solista, mientras canta, se mueve por
el escenario, acercándose ya a un micrófono ya a otro, la intensidad del sonido
de su voz en los altavoces varia. Esto crea la ilusión del desplazamiento de la
voz del solista por el espacio entre los altavoces cuando el solista se
encuentra a distancias iguales de los micrófonos y las oscilaciones acústicas
creadas por el actúan con igual intensidad vibre los dos micrófonos, el sonido
se oye entre los altavoces.
§. Estereofonía con auriculares
El conocimiento práctico con la esencia y los procedimientos de reproducción de
las grabaciones estereofónicas se puede empezar construyendo un dispositivo,
relativamente simple, según el esquema estructural que se da en la Figura 221.
Figura 221. Esquema estructural del amplificador, con auriculares, para
reproducir grabaciones estereofónicas
Este dispositivo consta de dos amplificadores de audiofrecuencia (AAF-1
y AAF-2), a cuyas entradas llegan las señales del fonocaptor B1 y de dos
auriculares enchufados a los terminales de las salidas de los amplificadores;
el AAF-1 y el auricular B2 forman el canal izquierdo del dispositivo
estereofónico y el AAF-2 y el auricular B3, el canal derecho.
El esquema básico de una posible variante de este dispositivo, calculada
para funcionar conjuntamente con un fonocaptor de cerámica piezoeléctrica y
unos auriculares de casco de baja resistencia óhmica, puedes verlo en la Figura
222.
Figura 222. Esquema básico del amplificador estereofónico
El conductor común a "masa" de los circuitos de alimentación
divide el esquema en dos partes simétricas. Los elementos de la parte superior
del esquema forman el canal izquierdo, y los de la inferior, el canal derecho.
Por lo tanto, su base la constituyen dos amplificadores idénticos, con entradas
y salidas independientes. Sólo son comunes el fonocaptor B1, la batería de
alimentación BG1 y el condensador C9, que shunta en corriente alterna la
batería. Como los dos canales del estereoamplificalor son absolutamente
iguales, explicaré solamente el funcionamiento de uno de ellos, por ejemplo,
del izquierdo. La señal del fonocaptor pasa a través del enchufe X1 al resistor
variable R1, que desempeña la función de regulador de volumen, y de él, a
través del condensador C1, a la base del transistor V1 de la primera etapa del
amplificador. El amplificador es de tres etapas con transistores de distinta
estructura: los V1 a V3 son n-p-n y el V4, p-n-p. Todos
los transistores, incluso los de la etapa de salida en contrafase, están
acoplados según el esquema CC, es decir, funcionan como amplificadores de
emisión servoasistidos. En conjunto es, pues, un amplificador de potencia.
Del resistor R3, que es la carga del transistor V1 de la primera etapa,
pasa la señal, a través del condensador C3, a la base del transistor V2 de la
segunda etapa, y desde su resistor de carga R7, directamente a las bases de los
transistores V3 y V4 de la tercera, en contrafase. La señal, amplificada en
potencia, a través del condensador C4, llega al auricular B2 y es transformada
por él en sonido. El régimen de funcionamiento del resistor de la primera etapa
se establece escogiendo el resistor R5. Eligiendo experimentalmente el resistor
R6, que es parte de la carga del transistor V2, se eliminan las deformaciones
del tipo “escalón". El resistor R4 y el condensador C2 forman la célula
del filtro desacoplador que evita la excitación del amplificador.
La tensión de la señal que se desarrolla en el auricular de baja
resistencia óhmica (de 8 a 10 Ω) no supera la tensión que llega a la entrada
del amplificador procedente del fonocaptor. Pero la señal ha sido amplificada
en potencia, por lo que el sonido en los auriculares es suficientemente
intenso.
Exactamente lo mismo funciona el canal derecho de éste, en general,
simple, esterco- amplificador.
Los resistores R1 y R8 en la entrada del amplificador no son sólo
reguladores de volumen, con ellos se establecen, además, iguales niveles de las
señales en las salidas de los canales, o sea, como suele decirse, se realiza el
equilibrio estereofónico. Sin este equilibrio se pierde el efecto de relieve
del sonido de la grabación estereofónica.
De fuente de alimentación del dispositivo sirven dos baterías 3336Λ
acopladas en serie. La corriente que de ellas consumen los dos canales del
amplificador no pasa de 25-30 mA.
El amplificador puede funcionar hasta que la tensión en las baterías
llegue a 6 V.
Todos los elementos y grupos del amplificador, incluso la balería de
alimentación, se pueden colocar en una caja hecha con dos láminas de
duraluminio dobladas en forma de U (Figura 223).
La tapa en forma de U, sujeta con dos tornillos a la base, también en U,
forma una caja cuyas dimensiones exteriores son 150 × 110 × 50 mm.
Los resistores variables R1-R8 y la parte hembra del enchufe de entrada
X1, se encuentran en la pared delantera de !a base de la caja, y la parte
hembra del enchufe de salida X2 y el interruptor de alimentación S1, en la
pared trasera.
Figura 223. Disposición de los elementos y bloques del amplificador en la
caja y su placa de montaje
La placa de montaje del amplificador y la batería de alimentación se
fijan en la superficie horizontal de la base, la cual, por debajo, lleva unos
tacos de goma a modo de patitas. El montaje de los elementos sobre la placa
puede ser colgante o con circuito impreso, depende de lo que desees y de los
elementos ele que dispongas.
Los resistores variables R1 y R8 son del tipo CП-1 grupo A o B (deben
ser iguales); los resistores fijos, MΛT-0,125 o MΛT-0,25; los condensadores
electrolíticos, del tipo K50-6; el interruptor de alimentación S1, basculante,
tipo TB2-1; los auriculares B2 y B3, de baja resistencia óhmica,
electrodinámicos, estereofónicos, de cualquier tipo.
Los pares de transistores V1 y V5, V2 y V6, así como los V3, V4, y V7,
V8 conviene escogerlos con parámetros h21E lo más próximos
posible. En las etapas de salida, los transistores de germanio MП38A se pueden
sustituir por transistores de silicio KT315, y los MП42, por los KT361Б. Pero
en este caso la resistencia del resistor R6, que se elige experimentalmente
durante el ajuste del amplificador, debe ser mucho mayor.
Los canales del amplificador ajústalos por separado. Supongamos que el
primero va a ser el canal izquierdo. En este caso quita la corriente de los
transistores del canal derecho del amplificador, enchufa los auriculares a la
salida, pon el contacto deslizante del resistor R1 en la posición extrema
inferior (según el esquema) y, en paralelo al contacto abierto del interruptor
S1, conecta un miliamperímetro para medir la corriente total que consume el
canal izquierdo del amplificador. Esta corriente no debe ser mayor de 12 15 mA.
Si es mucho mayor puede indicar la existencia de un posible error en el montaje
o una resistencia excesivamente grande del resistor R6. Después conecta la
alimentación con el interruptor basculante S1 y, escogiendo el resistor R5, establece
en los emisores de los transistores V3 y V4 (en el punto de simetría) una
tensión de 4,5 V, es decir, igual a la mitad de la tensión de la batería de
alimentación, y escogiendo el resistor R6, una corriente de reposo de 3 a 4 mA
en el circuito colector del transistor V3.
Cuando vayas a sustituir el resistor R6 desconecta la fuente de
alimentación, de lo contrario los transistores V3 y V4 pueden deteriorarse por
perforación térmica de las uniones p-n. Luego, escogiendo el
resistor R2, establece en el emisor del transistor V1 una tensión también igual
a la mitad de la de la fuente de alimentación. Si una vez hecho esto pones el
contacto deslizante del resistor R1 en la posición extrema superior (según el
esquema) y tocas con un dedo su terminal, en el auricular se oye un sonido
importante de tono bajo.
Cuando del mismo modo hayas reglado el canal derecho del amplificador,
conecta a su entrada el fonocaptor y toca una placa de gramófono en la cual
esté grabada estereofónicamente una composición musical. Al girar los botones
de los resistores variables R1 y R8 en sentidos opuestos, el sonido aparecerá y
aumentará ya en el auricular derecho ya en el izquierdo. Una vez establecido el
equilibrio estereofónico con los resistores, el sonido se percibirá como en
relieve. En esto consiste la ventaja del efecto estereofónico frente a la
reproducción monofónica del sonido.
La caja del amplificador acabado puedes pintarla con esmalte nitro gris
o tapizarla con una película de vinilo decorativa.
§. Complejo estereofónico
En principio, para reproducir las grabaciones estereofónicas en altavoz pueden
utilizarse amplificadores de audiofrecuencia iguales cuya sensibilidad sea de
100 a 200 mV y su potencia de salida, de 1 a 3 W. Sin embargo, es preferible
construir un amplificador de dos canales calculado para funcionar conjuntamente
con un fonocaptor de cerámica piezoeléctrica ЭПУ.
Te recomiendo un amplificador estereofónico relativamente simple. Digo
simple, porque en él hay pocos transistores y no existen algunos grupos y
elementos característicos de muchos amplificadores, tanto hechos por
aficionados como de fabricación industrial. No tiene, por ejemplo, un regulador
especial de equilibrio estereofónico (este equilibrio se establece con los
reguladores de volumen de los canales del amplificador), ni reguladores del
timbre del sonido, que requieren una amplificación adicional de la señal
estereofónica. Esto hace que el amplificador que te recomiendo sea más fácil de
repetir.
El esquema básico de este amplificador se da en la Figura 224.
Figura 224. Esquema del amplificador
Los transistores V1, V2, V4 y V5 y los altavoces dinámicos B2 3 B3
forman el canal izquierdo, y los transistores V6, V7, V9 y V10 y los altavoces
B4 y B5, d cana! derecho.
Los canales, como puedes ver, son totalmente iguales. Sólo son comunes
para ambos el enchufe X1, por mediación del cual se conecta al amplificador el
fonocaptor estereoscópico B1, y el bloque de alimentación de la red. Si la
tensión de la fuente de alimentación es de 22 V, la potencia nominal de salida
de cada canal es igual a 1 W y la máxima a 2 W. La sensibilidad, de cerca de
200 mW La gama de frecuencias de funcionamiento de 50 a 15000 Hz.
Vamos a examinar solamente como funciona uno de los canales del
amplificador, por ejemplo, el izquierdo. Es de tres etapas, con acoplamiento
directo entre los transistores. El transistor V1 de la primera etapa es de
efecto-campo, el V2 de la segunda etapa, de poca potencia y baja frecuencia y
estructura n-p-n, y los transistores de la tercera etapa, de
salida, de baja frecuencia, potencia media y distintas estructuras (el
V4, p-n-p, y el V5, n-p-n).
A través del clavijero del enchufe X2 se conectan a la salida del
amplificador los altavoces acoplados en serie B2 y B3 de este canal.
Tu sabes que el transistor de efecto-campo posee una resistencia de
entrada muy grande y prácticamente no shunta la fuente de la señal a amplificar
Esto permite conectar el fonocaptor de cerámica piezoeléctrica, cuya
resistencia interna es grande, a la entrada del amplificador, sin necesidad de
etapas adicionales.
En el amplificador que describo la señal del fonocaptor pasa a la puerta
del transistor de efecto-campo V1 a través del resistor variable R1 que
desempeña la función de regulador de volumen la tensión positiva de
polarización es creada automáticamente en la puerta del transistor por la
corriente de la fuente, que pasa por el resistor R3. El papel de carga del
vertedero de este transistor lo desempeña la unión emisora p-n, el
transistor V2 de la segunda etapa la señal amplificada por esta etapa se
transmite directamente a las bases de los transistores V4 y V5, que funcionan
en el amplificador de potencia en contrafase. A llaves del condensador
electrolítico C2 las oscilaciones de frecuencia acústica llegan a los altavoces
B2 y B4 y son transformadas por ellos en oscilaciones sonoras.
Para evitar las distorsiones tipo “escalón", que surgen en el
amplificador en contrafase, a las bases de sus transistores, respecto de sus
emisores, hay que suministrarles una tensión .le polarización que abra los
transistores. En el amplificador que describo las tensiones de polarización
iniciales se crean en las bases de los transistores V4 y V5. La caída total de
tensión en este diodo V3, intercalado en el circuito colector del transistor V2
en sentido directo. La caída total en este diodo es de 0,25 V. Por
consiguiente, sobre la base de cada uno de los transistores de la etapa de
salida, respecto de su emisor, actúa una tensión de polarización igual a
0,12-0,13 V.
El diodo V3 desempeña a la vez el papel de elemento termoestabilizador
del funcionamiento de los transistores de la etapa de salida.
Esto se efectúa como sigue. El diodo va montado entre los transistores
de la etapa de salida, los cuales se calientan al funcionar y calientan también
a los elementos que los rodean. Con esto varía la temperatura de la capsula del
diodo. Al aumentar la temperatura la resistencia directa del diodo y, por lo
tanto, la cuida de tensión en él, disminuyen y, respectivamente, disminuyen las
tensiones de polarización en las bases y las corrientes en los circuitos
colectores de los transistores de salida. Y, al contrario, si la temperatura
desciende, cuando la resistencia directa del diodo aumenta, las tensiones de
polarización y las corrientes colectoras de los transistores también aumentan
un poco. Como resultado, independientemente de las oscilaciones de la temperatura,
el régimen de funcionamiento de los transistores de la etapa de salida
permanece prácticamente invariable.
Unas palabras sobre las funciones que desempeñan otros elementos del
canal de amplificación. El resistor R5 estabiliza el régimen de funcionamiento
del transistor V2, y el condensador C1, que lo shunta, hace que disminuya la
reacción negativa local en corriente alterna, la cual reduce la amplificación
de esta etapa. El resistor R4 crea, entre la salida del amplificador y la
fuente del transistor de la primera etapa, una reacción negativa que abarca al
amplificador en conjunto V mejora su característica de frecuencia.
El bloque de alimentación de los dos canales lo forman el transformador
de red T1 y el bloque rectificador V12, cuyos diodos están conectados en
puente. Las ondulaciones de la tensión rectificada se alisan con el condensador
C5 (dos condensadores, de 200 mF cada uno, acoplados en paralelo).
Ahora sobre la estructura \ los elementos del amplificador. La vista
exterior del amplificador y la ubicación de sus elementos en la caja (cuya
pared superior se ha quitado) se muestran en la Figura 225, y la placa de
montaje de uno de los canales (el izquierdo) y el esquema de las conexiones de
los elementos en ella, en la Figura 226.
Figura 225. Vista exterior del amplificador y disposición de los
elementos en la caja (vista superior)
La caja, cuyas dimensiones exteriores son 170 × 100 × 75 mm, está hecha
con seis para corriente de 0.25 A, y los enchufes de entrada y salida, en la
pared trasera.
Figura 226. Placa de montaje del canal izquierdo del amplificador y esquema
de las conexiones de los elementos en ella
Todos los resistores fijos son del tipo MΛT-0,5; los variables R1 y R7,
del tipo CП-1: y los condensadores electrolíticos, del K50-6; enchufe X1, del
tipo CГ-5, y los X2 y X3, del CГ-3.
Los transistores de efecto-campo KП103E se pueden sustituir por sus
análogos МП103Ж; los transistores MП37Б, por MП37A los con factor estático de
transferencia de corriente h21E no menor de 25, y los ГT402Б y
ГT404Б, respectivamente por los ГT402A y ГT404A o (mejor aún) por los ГT402Г y
ГT404Г. En el bloque de alimentación, el bloque rectificador KД402E puede
sustituirse por cuatro diodos de la serie Д226, con cualquier índice literal,
conectándolos en puente. Se pueden montar sobre una placa de cartón
baquelizado.
Figura 227. Radiador de calor del transistor de la etapa de salida
El transformador de red T1 del bloque de alimentación está hecho por el
mismo aficionado Para él se puede utilizar el circuito magnético ШΛ16×20 mm. Su
devanado primario I está calculado para una tensión de la red de 220 V y tiene
2200 espiras de hilo ПЭB1 0,2, y el secundario, ПЭB1 0,67, 180 espiras de hilo
ПЭB1, 0,67. Puede utilizarse un transformador hecho cuyo devanarlo reductor
este calculado para una tensión de 18 a 20 V con corriente mínima de 0,1 A.
Los altavoces M2 y M3 del conjunto del canal izquierdo, así como los B4
y B5 del derecho, son dinámicos, para potencia de 1 a 2 V, con bobinas vocales
de 6 a 8 Ω de resistencia.
Los altavoces deben montarse en cajas de madera o contrachapadas. Sus
bobinas vocales deben montarse cofásicamente.
Conecta la alimentación y mide inmediatamente la tensión en la salida
del rectificador (en el condensador C5).
En dependencia de los datos del devanado secundario del transformador,
esta tensión puede ser algo mayor o, al contrario, menor.
Recuerda este valor y después, escogiendo ¡os resistores R2 y R8,
establece en los emisores de los transistores de salida (respecto del conductor
común de masa) una tensión igual a la mitad de la que hay a la salida del
rectificador.
Hecho esto, conecta a la entrada del amplificador el fonocaptor
estereofónico y, mientras tocas una placa de gramófono, comprueba a oído la
calidad de la reproducción del sonido y la suavidad con que se regula el
volumen en cada canal. Cuando las posiciones de los contactos deslizantes de
los resistores variables R1 y R7 sean iguales, el volumen del sonido en los
altavoces de los dos canales debe ser, aproximadamente, el mismo y aumentar
suavemente al girar las manijas de los resistores en el sentido de las agujas
del reloj.
Como ya he dicho, los altavoces de cada conjunto deben conectarse
cofásicamente. La coincidencia de fases en la conexión se puede comprobar por
el procedimiento siguiente. Conecta brevemente a las clavijas del enchufe del
conjunto una batería 33336Λ al mismo tiempo que observas los diafragmas de los
dos altavoces del conjunto. En el instante de la conexión de la batería los
diafragmas de dichos altavoces deben desplazarse en el mismo sentido, hacia
delante o hacia atrás, arrastrados por sus sistemas magnéticos. Si ocurre así,
funcionan cofásicamente, si no, es decir, si se desplazan en sentidos
distintos, hay que invertir la conexión de los conductores de uno de los
altavoces.
Los conjuntos de altavoces de los dos canales también deben conectarse
en coincidencia de fases. Es decir, para una misma polaridad de la fuente de la
señal, los diafragmas de sus altavoces deben desplazarse en el mismo sentido.
Comprueba esto también con una batería 3336Λ. Si, con una misma polaridad de
conexión de la balería, los diafragmas de los altavoces de un conjunto se
desplazan en un sentido y los del otro conjunto, en sentido opuesto, invierte
la posición de los conductores de conexión en las clavijas del enchufe de uno
de los conjuntos de altavoces.
Pero el efecto estereofónico sólo se percibe cuando el oyente ocupa una
posición determinada respecto de los altavoces, lo cual se explica por la
llamada directividad binaural de nuestro oído.
Un gran número de ensayos y experimentos demuestran que el efecto
estereofónico se percibe mejor a una distancia de los altavoces igual al doble
de su base, es decir, do la distancia entre ellos. También se ha comprobado que
la zona del efecto estereofónico será máxima cuando la base de los altavoces
sea igual a 1,5 a 2 m y estén dirigidos hacia el oyente formando,
aproximadamente, un ángulo de 30º. Estas condiciones se representan
esquemáticamente en la Figura 228.
Figura 228 Esquema de la colocación de los altavoces
Teniéndolas en cuenta, encuentra en tu habitación, por medio de pruebas,
los puntos de emplazamiento del complejo estereofónico.
Si la habitación es cuadrada, los altavoces puedes colocarlos junto a
cualquiera de las paredes. Si es rectangular, es preferible colocar los
altavoces en la parte media de una de las paredes largas.
¿A qué distancia del sucio deben ponerse los altavoces? Depende de
muchas circunstancias, entre ellas, de su acabado exterior, de la gama de
frecuencias en que funcionen y de la potencia del amplificador y las
peculiaridades individuales de percepción auditiva. Determina estos factores
experimentalmente. El mejor efecto lo conseguirás, probablemente, colocando los
altavoces a 1,5-2 m del suelo.
* * * *
En una ocasión pude escuchar la grabación estereofónica hecha en un
autódromo. Recuerdo que, de alguna parte, por la derecha, empezaba a oírse el
ruido de un motor de automóvil en marcha. El ruido iba aumentando, ante mí se
convirtió en rugido y, amortiguándose rápidamente, se alejó por la izquierda.
Ha pasado mucho tiempo y aún me acuerdo perfectamente de la sensación que me
produjo el efecto estereofónico del automóvil de carreras lanzado a gran
velocidad. Ahí tienes lo que es la estereofonía.
Conclusión
Nuestras charlas, mi joven amigo, han terminado. Pero antes de poner el
punto final quiero, como si volviera a empezar, darte algunos consejos
prácticos acerca de la posibilidad de sustituir los elementos radiotécnicos. La
necesidad de las sustituciones se debe a que en todas las construcciones
descritas en el libro figuren resistores, condensadores y dispositivos
semiconductores de producción soviética. Por eso es lógico preguntarse, ¿qué
consideraciones hay que tener en cuenta al sustituir estos elementos por los
que puedas encontrar en los comercios de tu país?
Empezaré por los elementos más numerosos, los resistores. Las
resistencias y potencia de disipación recomendadas de estos elementos de los
aparatos de radio se indican en los esquemas básicos. Esos son sus parámetros
eléctricos fundamentales. La resistencia del resistor sustituto puede
diferenciarse de la indicada en el esquema dentro de un margen de hasta ±20 %,
lo que prácticamente no influye en el funcionamiento del aparato construido. La
potencia de disipación, en cambio, no debe ser menor que la señalada en el
esquema, de lo contrario el resistor se recalentará y podrá fundirse. La
potencia de disipación de un resistor puedes calcularla, aproximadamente, tú
mismo, multiplicando la caída de tensión en él por el valor de la corriente que
lo atraviesa. La estructura del resistor sustituto es indiferente, o sea, puede
ser cualquiera.
Las estructuras de los condensadores sustitutos también pueden ser
cualesquiera. Los condensadores de los grupos y circuitos de alta frecuencia,
por ejemplo, de los circuitos oscilantes y de acoplamiento entre las etapas de
los canales de radiofrecuencia de los receptores, deben ser de mica o cerámicos
y sus capacidades no diferir de las indicadas en los esquemas en más de un +
10%. En los circuitos de baja frecuencia, por ejemplo, en los amplificadores de
audiofrecuencia, las capacidades de los condensadores pueden ser mucho mayores
que las que señalan los esquemas, pero no menores, de lo contrario ofrecerían a
las oscilaciones de frecuencia acústica una resistencia apreciable. Las
capacidades de los condensadores electrolíticos (de óxidos) también pueden ser
mayores, pero sus tensiones nominales no deben ser menores que las indicadas,
de no ser así, pueden perforarlas las tensiones más altas que actúan sobre
ellos. Te recomiendo que primero escojas los condensadores que más convengan y,
tomando en consideración sus particularidades estructurales, hagas las
correcciones necesarias en las placas de montaje de los aparatos y dispositivos
que sayas a construir.
Los diodos de punta de contacto de las etapas detectoras de los
receptores de radio pueden ser cualesquiera de germanio, por ejemplo, de tipo
IN87T, IN87X o IS307. Los diodos de punta de contacto de silicio son menos
deseables, ya que se abren y emiten las señales de frecuencia acústica a
niveles ele tensión de las señales de alta frecuencia más altos que los de
germanio. Los diodos de aleación (de ligadura) no sirven para estos fines a
causa de sus grandes capacidades interiores.
En los rectificadores de los bloques de alimentación de la red para los
receptores de radio y los amplificadores de audiofrecuencia pueden funcionar
tanto diodos de aleación de germanio como de silicio prácticamente de todos los
tipos. Sirven, por ejemplo, los diodos IN443, IN604, DT230H1, MCO30, con los
cuales se pueden sustituir los soviéticos de las series D7 ó D226. Los diodos
estabilizadores de tensión, que se emplean en los estabilizadores de tensión
rectificada, deben tener las mismas tensiones de estabilización, o las más
próximas posibles, es decir, corresponder a la necesaria tensión de salida de
los estabilizadores. Los diodos estabilizadores de tensión Д813 y Д814, o
Д814Г, que se recomiendan para el estabilizador de tensión del bloque de alimentación
de las construcciones de transistores (ve el esquema de la Figura 132), pueden
sustituirse por los IS473, SV134, Z1AH y el KC139A, o KC147A, con tensión de
estabilización de 4 a 5 V, por los MZC3, MZ4A, MZ4622 ó MZ4624
Los transistores bipolares sustitutos deben ser del mismo material
inicial que los sustituidos es decir, de germanio (Ge) o de silicio (Si) y
tener la misma estructura p-n-p-o n-p-n) y factores
estáticos de transferencia de comente (h21E) próximos. Estos son los
datos principales que deben servirte ele orientación al elegir los transistores
.sustitutos más convenientes. Debido a la complejidad de la tecnología de
fabricación de los transistores, los factores estáticos de transferencia de
corriente y otros parámetros, tanto en corriente continua como alterna, tienen
cierta dispersión, por lo que la elección de los transistores sustitutos debe
hacerse por las características promediadas de dichos parámetros. Para las
construcciones de aficionados este método es totalmente aceptable.
A la elección de los transistores convenientes para sustituir los más
utilizados en los aparatos y dispositivos radiotécnicos de aficionados,
descritos en este libro, puede ayudarle la tabla que aquí se inserta. En la
primera columna se indican los transistores de fabricación soviética, en la
segunda sus materiales semiconductores iniciales y sus estructuras, y en la
tercera, sus análogos aproximados. Al montar los transistores elegidos como
sustitutos, ten en cuenta sus peculiaridades estructurales y la disposición de
los terminales en el zócalo.
Con esto termina esta última parte del libro.
* * * *
Muchas gracias, mi joven amigo, por la atención que has prestado a mis
charlas, al estudio y repetición minuciosa de los receptores, amplificadores de
audiofrecuencia, instrumentos de medida y sencillos dispositivos automáticos
electrónicos. Ante ti se abre ahora la perspectiva de perfeccionar los
conocimientos adquiridos y el amplio camino hacia la construcción de medios de
recepción y amplificación más complejos, de aparatos musicales eléctricos y
dinámico luminosos y de muchas otras cosas en que tan rica es la
radioelectrónica moderna.
¡Que tengas muchos éxitos en esta empresa!
Notas:
[1]Hoy, 2023, San
Petersburgo (Nota P.B.)
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