Concepto de Inductancia
El campo magnético creado por una bobina depende linealmente de la corriente aplicada. Cuando se incrementa esta corriente, el flujo aumenta y viceversa, Como resultado, se genera entre los terminales de la bobina un voltaje que se opone a la variación del flujo. La capacidad de una bobina, para oponerse a ese cambio, se denomina auto inductancia y es una característica intrínseca del dispositivo.
La inductancia se representa por el símbolo L y su unidad es Henry o Henrio.
Calculo de la inductancia
La inductancia de una bobina depende principalmente de sus características geométricas, él numero de vueltas o espiras de alambre que constituyen el devanado y del material del núcleo sobre el cual se realiza el arrollamiento de la misma. Teóricamente, la inductancia de una bobina helicoidal larga, de sección transversal arbitraria y de espiras muy juntas, se puede evaluar a partir de la formula
L = mN A/S
Siendo A el área de la sección transversal, S la longitud axial de la hélice, N el número de espiras del alambre y m un parámetro propio del material situado en el interior de la hélice llamado permeabilidad. Para el aire, m =m = 4p*10 H/m. Para cualquier otro material m=m m , siendo m la permeabilidad relativa del mismo.
Los materiales ferromagnéticos de los núcleos de las bobinas tienen siempre valores de m muy superiores a 1. La tabla relaciona uno de los ejemplos típicos.
Resonancia Paralelo
Un circuito paralelo constituido por una rama capacitiva en paralelo con una rama inductiva ofrece una impedancia.
A frecuencias muy bajas, la rama inductiva entrega una corriente en atraso mientras que la corriente en la rama capacitiva, adelanta con respecto a la de la tensión y es pequeña lo que resulta en una corriente total atrasada y de gran magnitud y una impedancia de circuito baja e inductiva.
A frecuencias altas, la inductancia tiene una impedancia elevada en comparación con la capacitiva, resultando una corriente total intensa y en adelanto y una impedancia de circuito baja y en adelanto. Entre estos dos extremos, existe una frecuencia para la cual la corriente de atraso que circula la rama inductiva y la corriente en adelanto que circula por la rama capacitiva son iguales, pero como están desfasadas 180º se neutralizan, dejando únicamente una corriente resultante pequeña y en fase que circula por la línea de alimentación.
La impedancia del circuito paralelo resulta muy elevada.
El aumento de la resistencia de un circuito achica y ensancha la cresta de la curva de impedancia sin alterar apreciablemente los lados, los cuales son relativamente independientes los cuales son relativamente independientes de la resistencia del circuito.
La frecuencia de resonancia de un circuito paralelo puede ser considerada como la misma frecuencia para la cual el mismo circuito está en resonancia serie, es decir:
Fo = 1 / 2pÖ LC
en la que L y C son la inductancia y la capacidad del circuito respectivamente. Cuando el Q del circuito es apreciablemente grande, las frecuencias correspondientes al máximo de impedancia del circuito y a un factor de potencia unidad coinciden, para todos los usos prácticos, con la frecuencia de resonancia definida en esta forma.
Sin embargo, cuando el Q del circuito es bajo, no cumple esto, según se verá continuación.
Análisis de la resonancia paralelo
E = Tensión aplicada al circuito
Zc = Rc – ( j / wC ) = Impedancia de la rama capacitiva
Zl = Rl + jwL = Impedancia de la rama inductiva
Zs = Zc + Zl = Impedancia serie del circuito
Z = Impedancia paralelo del circuito
Rs = Rc + Rl = Resistencia serie total del circuito
w. = 2p veces la frecuencia
Wo = 2p veces la frecuencia de resonancia
Q = – wL / Rs = Q del circuito
Qo = Valor del Q a resonancia
Las relaciones fundamentales de un circuito resonante paralelo se desarrollan en libros de introducción a la teoría de los circuitos de corriente alterna, t son,
Impedancia paralelo = Z = Zc Zl = Zc Zl
Zc + Zl Zs
Corriente de línea =E / Z
Corriente en al rama inductiva = E / Zl = E / ( Rl + jwL)
Corriente de la rama capacitiva = E / Zc = E
Rc – ( j / wC )
Cuando el Q del circuito es razonablemente elevado, como sucede en general, la expresión exacta de la ecuación puede ser simplemente simplificada despreciando las componentes resistivas de las impedancias Zl y Zc en el numerador. Cuando se realiza esto
Impedancia paralelo = Z = ( Wo L )² / Zs
A resonancia Zs = Rs, con lo que resulta
Impedancia paralelo a resonancia = ( WoL )² / Rs
Se observara de la ecuación que la impedancia de un circuito paralelo a resonancia es una resistencia Q veces mayor que la impedancia de una de las ramas. En consecuencia puede decirse que la disposición en derivación de una rama inductiva y una capacitiva provoca un aumento de la impedancia que es Q veces mayor que al que se obtendría en cualquiera de las ramas correspondientes. Se ve así que puede desarrollarse una impedancia muy alta con la resonancia paralela y esta es una de las propiedades más importantes de la resonancia paralelo.
Curva de resonancia de circuitos paralelos
Al examinar la ecuación se ve que, las condiciones en que se emplean estas formas aproximadas de la impedancia, la impedancia paralelo es igual a una constante dividida por la resonancia serie del circuito. Resto significa que la curva de resonancia de la impedancia paralelo de un circuito tiene exactamente la misma forma que la curva de la intensidad de la corriente serie del mismo circuito, mientras que la ecuación expresa que la corriente de un circuito serie es una constante dividida por la impedancia serie. En consecuencia la curva de resonancia y las reglas practicas que se utilizaron para la estimación de agudeza de resonancia de un circuito serie, también se cumplen para el caso de la resonancia en paralelo. La única diferencia es que los signos de la fase en este caso están invertidos, resultando en adelanto para frecuencias mayores que la de resonancia y en atraso para frecuencias menores a la de resonancia.
El proceso correcto para calcular la impedancia de un circuito paralelo es el siguiente: El primer paso consiste en determinar la frecuencia de resonancia y la impedancia de resonancia, utilizando las ecuaciones correspondientes. Esto da una idea de resonancia y es suficiente para muchos fines.
El verdadero comportamiento depende no solo del Q del circuito sino también de la distribución de la resistencia entre la rama inductiva y la rama capacitiva como se muestra en el gráfico.
Transistores de efecto de campo
Los transistores de efecto campo representan una categoría importante y especializada de dispositivos electrónicos. Estos dispositivos combinan muchas de las ventajas de las válvulas de vació, como el pequeño tamaño, bajo consumo de potencia, rigidez mecánica y otras ventajas de los componentes de estado sólido. Por ejemplo, estos transistores pueden dar características de transferencia cuadráticas especialmente adecuadas para amplificación de señales múltiples en amplificadores de RF con muy bajo nivel de distorsión por ínter modulación.
Características
-La resistencia de entrada al FET es mucho mas elevada que la de un transistor bipolar, ya que la única corriente que circula por la puerta es inversa de fuga y del orden de nanoamperios. Dicha resistencia suele ser de algunas decenas a centenares de megaohmios.
-La ganancia de tensión de un FET es mucho menor que la de un transistor bipolar, ya que las variaciones de Vgs, para conseguir la máxima variación de Id y, por lo tanto, de Vds han de ser del orden de algunos vatios.
-Al igual que los transistores bipolares, se pueden distinguir tres regiones de trabajo:
-Saturación, que es la determinada por los valores de Vds comprendidos entre el origen y el correspondiente al codo de la característica.
- Activa, que comprende la porción horizontal de la característica
- Corte, determinada por los valores de Vgs £ V(p)gs
-Un parámetro importante del FET es la llamada transconductancia y se define como:
g.m = DId / DVgs sí Vds constante
La bobina
Las bobinas también llamadas inductancias o inductores, son componentes pasivos que almacenan energía eléctrica en forma de campo magnético y responden linealmente a los cambios de corriente. Por lo tanto, en presencia de una corriente continua constante se comportan como cortocircuitos.
En su forma más simple, una bobina esta constituida por un alambre de cierta longitud enrollado en forma de hélice sobre un núcleo. Algunas veces incluyen también un carrete aislante intermedio llamado formalleta que aloja el arrollamiento y lo separa eléctricamente del núcleo.
La operación de las bobinas se basa en un principio de la teoría electromagnética, según el cual, cuando circula una corriente a través de un alambre, este produce a su alrededor un campo magnético.
Observe que las líneas de fuerza que representan el campo magnético son perpendiculares a la dirección del flujo de la corriente. Si doblamos en algún punto el alambre para formar un bucle o espira, el campo magnético en esa parte del alambre se concentra dentro de la espira puesto que todas las líneas de fuerza apuntan en la misma dirección y convergen hacia el centro.
Por lo tanto, si continuamos agregando espiras, formando una bobina propiamente dicha, los campos magnéticos creados por cada una se reforzaran mutuamente, configurando así un campo de mayor intensidad en el interior del sistema, El conjunto se comporta entonces como un electroimán.
El campo magnético creado por una bobina de núcleo de aire como la anterior puede ser intensificado aumentando la corriente aplicada o llenando el espacio vacío dentro de la misma con un núcleo de material magnético, que concentre mejor las líneas de fuerza. Otra es construyendo la bobina en múltiples capas, es decir realizando un nuevo devanado encima del primer arrollamiento, uno encima del segundo, y así sucesivamente.
Amplificador Emisor Común
Entendemos por amplificación el hecho mediante el cual una variación ocurrida a la entrada de un circuito, aparece ampliada a la salida.
Aplicando este concepto al transistor, si provocamos una variación de la polarización de base, obtendremos una variación mucho mayor de la corriente de colector y, por tanto, de la tensión colector – emisor.
Generalmente, empleando el transistor como amplificador, las variaciones de la polarización de base vienen provocadas por la aplicación de una pequeña señal de C.A. a la entrada, que se desea aparezca a la salida aumentada de valor, siendo un fiel reflejo de la entrada. Llegado este punto es necesario definir nuevos conceptos:
-Entrada: Malla a la cual se aplica una señal proveniente de una fuente para ser amplificada. -Salida: Circuito del cual se obtiene una señal amplificada.
-Distorsión: Deformación en la señal de salida que entrega el generador de señal para amplificar.
-Tensión de Entrada: Voltaje que entrega el generador de señal para amplificar.
–Corriente de Entrada: Corriente que absorbe el amplificador del generador.
–Impedancia de Entrada: Resistencia que se observa en el generador al conectarlo a la entrada del amplificador.
Zo = Vo
Io
-Tensión de Salida: Tensión alterna que se manifiesta en extremos de la carga.
–Corriente de salida: Corriente alterna que circula por la carga.
–Impedancia de salida: Resistencia interna que presenta Vo si se emplea como generador para otro dispositivo.
Zo = Vo
Io
–Ganancia de tensión: Expresa la relación entre las tensiones de salida y de entrada.
Av = Vo
Vi
–Ganancia de Corriente: Expresa la relación entre las corrientes de salida y de entrada.
Ai = Io
Ii
-Ganancia de Potencia: Es el cociente entre la potencia absorbida por la carga y la absorbida por la entrada del amplificador.
Ap = Po o bien Ap = Vo* Io
Pi Vi * Ii
Impedancia de entrada
Como la fuente de señal entrega una Vi que se aplica al circuito paralelo formado por R1, R2 y el transistor, debemos conocer por tanto la resistencia que presenta el transistor a dicha fuente.
Al aplicarse Vi al circuito base – emisor, deberiamos estudiar este para saber que resistencia ofrece. Por lo tanto podriamos decir que:
Re = DVbe = Vbe
DIe ie
Hasta aquí hemos obtenido la resistencia de emisor, se aprecia que el transistor solo absorbe del generador una corriente Ib y, estableciendo la aproximación ie = ic, tenemos que:
Ib = Ie
hfe
con la impedancia de entrada al transistor cuantificada, la entrada del circuito será
Zi = R1//R2//hfe re
La impedancia de salida podría describirse como:
Zo = Vce
Ic
Detección de ondas moduladoras en amplitud:
La detección a veces también llamadas desmodulación, es el proceso de recuperar la inteligencia transmitida en una onda de radio moduladora. En el caso de las ondas moduladas en amplitud, la detección se realiza
rectificando la onda, obteniéndose así una corriente continuo pulsante que vario de amplitud en concordancia con la modulación que lleva la inteligencia. Los detectores se los describe comúnmente con expresiones tales como de potencia, de señales débiles, de la ley cuadrática y lineales. Un detector es el tipo de potencia o de señales débiles según que se trate de rectificar uno tensión de radiofrecuencia grande o pequeño, siendo la amplitud de la portadora del orden de 1 volt lo que define la clasificación de señales tuertes y débiles. Un detector lineal desarrolla una tensión de sólido rectificada proporcional a la amplitud de la tensión de entrado, mientras que un detector cuadrático desarrolla uva v de salida proporcional al cuadrado de la amplitud. Los rectificadores de señales débiles son siempre del tipo cuadrático, mientras que los detectores de potencia son generalmente, aunque no imprescindiblemente, rectificadores lineales.
Detectores a diodo poro ondas moduladas en amplitud:
La detección de ondas moduladas en amplitud se realiza ordinariamente por medio de un diodo rectificador operando como un detector lineal de potencia. Un circuito simple paro un detector o diodo de este tipo es el que se muestra en la figura, en la que C es un pequeño copacitor, R una resistencia relativamente alta y la combinación RC es la impedancia de carga a través de la cual se desarrolla la salida útil del diodo. Con esta disposición, en cada ciclo positivo de la tensión de excitación de radiofrecuencia la capacidad C se carga hasta adquirir un potencial que difiere de la cresta de la tensión aplicada en uno pequeño magnitud debido a la caída de tensión que se produce en el diodo por la corriente de carga que circula o través de la válvula. Entre las crestas, parte de lo cargo del capocitor C se pierde por circular a través de la resistencia R, y vuelve a ser reintegrada por uno carga apropiado que circulo durante la cresta del próximo ciclo de radiofrecuencia
Detectores a cristal:
Puede realizarse la rectificación aprovechando la relación no lineal que existe entre la tensi6n y la corriente en el punto de contacto de ciertas superficies cristalinas.
Una unidad a cristal típica para este fin se ilustro esquemáticamente en la figuro. En ello un delgado alambre de tungsteno hace un contacto de área muy reducida sobre un cristal adecuado, tal como de silicio o de germanio y el conjunto se sello con cero o fin de darle cualidades
mecánicas sólidas y hacerlo eléctricamente estable.
El cristal utilizado en dicho sistema pertenece o uno clase de materiales conocidos como semiconductores, los que se caracterizan por poseer uno resistencia eléctrica suficientemente alta como paro ser de un valor intermedio entre la de los metales y lo de los aisladores.
Cuando se hace contacto con un semiconductor sobre una pequeña superficie por medio de un metal adecuado, se obtiene una acción rectificante similar a lo existente en una válvula diodo, actuando el semiconductor como cátodo y el extremo del alambre metálico actuando como ánodo. El verdadero mecanismo por el cual se logro la rectificación es muy complicado, dependiendo de la diferencia de la función trabajo de los materiales que están en contacto, el comportamiento de la barrera de potencial que existe un gradiente de tensión relativamente alto, en el semiconductor del punto de contacto, como resultado de la reducida superficie de contacto.
Circuito eléctrico
Listado de Componentes
Capacitores:
C1 = 10 nF
C2 = 4.7 nF
C3 = 47 nF
C4 = 220 pF
C5 = 22 mF x 25v
C6 = 0.1 mF
C7 = 2.2 nF
C8 = 10 mF x 16v
C9 = 47 nF
C10 = 220 mF x 16v
C11 = 0.1 mF
C12= 20 m F
Cv = Tandem plástico tipo spica
Semiconductores:
T1 = MPF102
T2 = BC548
D1 = 1N60
IC1 = LM386
Resistencias:
R1 = 4K7 W
R2 = 470 KW
R3 = 10 KW
R4 = 4K7 KW
R5 = 1 KW
R6 = 470 KW
R7 = 5K6 KW
R8 = 10 KW
R9= 1 KW
P1 = Pote miniatura tipo spica 10KW con llave
Inductor:
L = Bobina antena de radio AM c/ferrite (3 cables)
Principio de Funcionamiento
La señal proviene de la antena ingresa a un circuito tanque compuesto por la bobina de antena L y el capacitor variable Cv. Este circuito tiene un elevado Q y resuena a una frecuencia determinada por el valor de la inductancia de L y el valor ajustado en el tandem.
A frecuencia de resonancia la impedancia del circuito aumenta a su valor máximo, con lo cual disponemos de una entre los extremos del circuito tanque cuya frecuencia central coincide con la frecuencia de resonancia.
Esta señal de muy bajo nivel y se la aplica a la compuerta de un transistor FET. La razón principal por la cual se emplea una FET es su elevadísima impedancia de entrada, factor principal para no cargar al circuito tanque de entrada y por lo tanto no disminuir su Q. Además los FET son muy aptos para manejar bajísimos niveles de señal.
T1 trabaja en configuración de surtidor común, ya que el valor de C1 representa casi un cortocircuito a la señal de RF. R1 se encuentra colocado con fines de polarización. R4 es la resistencia de carga del drenador.
La señal amplificada qe se toma del drenador de T1 es rectificada por D1 a fines de extraer la modulación que es el producto de la información transmitida. C2 deriva a masa la señal de RF mientras que tiene la información de audio. R2 permite la descarga de C2.
La señal de audio obtenida ingresa mediante R3 y C3 a la base del transistor T2, que es un transistor bipolar de baja señal. T2 trabaja en emisor común con realimentación negativa colector- base a fin de mejorar el nivel de audio ruido y disminuir la distorsión. Esta realimentación corre por parte de R6 y C4. R7 polariza al colector de T2 circule por el potenciómetro P1.
Actuando sobre el cursor de P1 regulamos el nivel de audio conveniente para aplicarle a la pata 2 del integrado que actúa como amplificador de ganancia fija. C7 desacopla los eventuales vestigios de Rf, la señal de salida del integrado se acopla capacitivamente mediante C10 al parlante a utilizar. C11 es un capacitor de filtro de alimentación. R5 y C5 forman una red de estabilización de tensión para alimentar a T1, de esta forma la etapa de RF queda estabilizada frente a las variaciones de tensión de alimentación debidas al consumo de la etapa de salida.
Armado del circuito
Para armar el circuito se utiliza una plaqueta ya diseñada por plaquetodo o si no un diseño propio, luego se sueldan los diversos componentes, resistencias, transistores, capacitores etc. Se bobina la barra de ferrite y a continuación se inserta en un gabinete.
Problemas
La plaqueta posee un error de diseño ubicado en el selector de volumen. Los extremos del potenciómetro de volumen están invertidos; por lo tanto al encender la radio el volumen esta al máximo y luego comienza a disminuir a medida que se gira el pote.
La solución es cortar las pistas defectuosas y cruzar las pistas por medio de puentes.
Otro de los problemas que se puede encontrar es una oscilación producida por el acoplamiento a través de la fuente entre el BC548 y el amplificador LM386, el cual se resolvió colocando una red de desacople RC.
Otras de las dificultades que presenta es la sintonización de estaciones, si no se construye en forma adecuada la bobina.
Costo Total: 5,95
- El Grafico del costo se encuentra en el archivo costo.xls
- La información sobre el CI Lm386 se encuentra desde el archivo
LM386-1.mp LM386-6.bmp
- La información sobre el transistor BC548 se encuentra desde el archivo BC548-1.bmp BC548-3.bmp
- La información sobre el MPF102 se encuentra en el archivo MPF102.bmp
Autor:
Juan D. Batipalla