TRANSMISOR DE VHF

1.- INTRODUCCIÓN.
Cuando se trata de hacer pruebas con antenas o receptores, a veces es conveniente disponer de un transmisor que sea capaz de entregar una potencia reducida, para que las comprobaciones y ajustes sean lo más precisos posible. En el presente artículo se describe la construcción y puesta en funcionamiento de un transmisor experimental para la banda de VHF. El transmisor entrega una potencia reducida y su frecuencia está controlada por un PLL, por lo que tiene gran estabilidad. Se trata de un proyecto un poco más elaborado, pero que puede ser llevado a cabo sin dificultad a poco que se ponga un cierto cuidado en su construcción.
Un montaje de estas características puede servir perfectamente para el ajuste de antenas, receptores, comprobación de condiciones de propagación, etc. Sin duda, el lector que realice este proyecto sabrá encontrar aplicaciones a este montaje.
Como ya se ha indicado, se trata de un montaje experimental con el que nos podemos familiarizar con las frecuencias de VHF así cómo con el funcionamiento de los sintetizadores. Por tanto, este montaje no está destinado a funcionar como transmisor de VHF de alta potencia en la estación del radioaficionado, aunque con él se pueden realizar transmisiones a corta distancia..
2.- DESCRIPCIÓN.

En la figura número uno tenemos el esquema de bloques del transmisor. Un oscilador sintonizado a la frecuencia de salida (VCO), entrega su señal a un paso separador, que también amplifica la señal del oscilador. A continuación se encuentra otro paso separador que entrega la señal a un paso excitador, a continuación del cual se encuentra el paso final conectado a una antena. De la salida del segundo separador se toma una parte de la señal y se aplica a un prescaler que divide la frecuencia del oscilador por un factor de 64, para que pueda ser manejada por el sintetizador, cuya frecuencia máxima de trabajo es de 4-5 MHz.
El sintetizador compara la frecuencia de la señal procedente del prescaler con otra señal de un oscilador estabilizado por un cristal de cuarzo y genera una tensión de sintonía que se aplica a los diodos varicap que forman parte del circuito sintonizado del oscilador. De esta manera, cualquier posible variación de la frecuencia del oscilador queda corregida inmediatamente por el sintetizador.

En la figura número dos podemos ver el esquema interno del sintetizador. Entre las patillas numero tres y cuatro se encuentra un inversor que hará las funciones de oscilador de referencia al conectar, entre estas patillas, un cristal de cuarzo, en este caso, de una frecuencia de 10.240 KHz. A este oscilador le sigue un divisor por dos y esta señal de 5.120 KHz está disponible en la patilla número cinco para otras aplicaciones. A continuación se encuentra un divisor con dos factores de división, 512 ó 1024, seleccionable mediante el nivel presente en la patilla número seis. En nuestro montaje, esta patilla está conectada a masa, nivel "0", por lo que el factor de división es de 1024, que, con el divisor anterior de factor 2, nos da un factor total de 2048. Como la frecuencia del cristal es de 10.240 KHz, la frecuencia final, esto es, la frecuencia de referencia será de 5 KHz.
La señal procedente del prescaler se aplica a la patilla número 2, que es la entrada de un separador, y a continuación se aplica a un divisor programable, cuyo factor de división está controlado por el nivel presente en las patillas 9 a 27. Este factor de división se elige para que la frecuencia de salida del divisor programable coincida con la frecuencia de referencia, esto es, 5KHz. Estas dos señales, la frecuencia de referencia y la procedente del divisor programable, se aplican a un detector de fase que las compara y genera una tensión de sintonía para corregir las posibles variaciones de frecuencia del VCO. Si, por ejemplo, necesitamos una frecuencia de salida de 144.000 KHz, en la salida del prescaler tendremos esta frecuencia dividida por 64, esto es, 2.250 KHz. Como la señal de salida del divisor programable debe ser de 5 KHz, su factor de división será 2.250 dividido por 5, esto es, 450.
Como se ha indicado, el factor de división del divisor programable depende del estado de las patillas 9 a 17, que corresponden a los puntos P8 a P0. Si estas patillas están sin conexión su nivel lógico es "0" (cero) y si se conectan al positivo de la alimentación su nivel lógico es "1" (uno).
Hay que observar que, aunque la frecuencia de referencia es de 5 KHz, los pasos de frecuencia que se obtienen son de 320 KHz, que resulta de multiplicar 5 KHz por el factor de división del prescaler, 64. En la siguiente tabla se resumen las frecuencias que se pueden obtener dentro de la banda de 144 a 146 MHz, el factor de división correspondiente y el "peso" de cada una de las patillas del divisor programable.

		B0	B1	B2	B3	B4	B5	B6	B7	B8
		1	2	4	8	16	32	64	128	256
144.000	450		x					x	x	x
144.320	451	x	x					x	x	x
144.640	452			x				x	x	x
144.960	453	x		x				x	x	x
145.280	454		x	x				x	x	x
145.600	455	x	x	x				x	x	x
145.920	456				x			x	x	x

Como se puede ver, para una frecuencia de 144.000 KHz el factor de división debe ser de 450, esto es, 144.000 dividido por 320, y las patillas a conectar al positivo de alimentación deben ser las correspondientes a las entradas B2, B6, B7 y B8. Si sumamos los correspondientes "pesos", 2, 64, 128 y 256, obtenemos 450 que es el valor requerido.

El esquema general se ha dividido en tres partes para su mejor comprensión. En la figura número tres podemos ver la parte de RF. El oscilador controlado por tensión (VCO) está formado por el transistor Q01, BF960 y los componentes asociados. Este transistor es un MOSFET de doble puerta y está montado en un circuito oscilador HARTLEY, con el terminal "fuente" conectado a una toma intermedia de la bobina L01. Esta bobina, en paralelo con el condensador C01 y los diodos varicap, forma el circuito oscilante del VCO. En esta bobina se han dispuesto tres tomas, marcadas con las letras A, B y C, a una de las cuales se conectarán los diodos varicap de sintonía, dependiendo de la capacidad de los diodos utilizados.
Las resistencias R01 y R03 forman un divisor de tensión para polarizar la puerta número dos de Q01, que además está desacoplada por el condensador C02. La resistencia R02 proporciona la polarización del terminal "fuente" y el condensador permite el paso de la RF para mantener la oscilación. El paso se alimenta mediante la resistencia R06 y está desacoplado por el condensador C04.
La señal para el siguiente paso se toma del terminal "fuente" mediante el condensador C05. Esta señal se aplica a la base del transistor Q02, que procede a amplificarla para atacar al paso siguiente, Q03, montado en configuración "seguidor de emisor". Estos dos pasos están acoplados directamente, como se puede apreciar en el esquema. Las resistencias R04 y R05 proporcionan la polarización de base de Q02, la resistencias R08 y R11 polarizan los respectivos emisores y los dos pasos están alimentados a través de las resistencias R09 y R10, desacopladas por los condensadores C06 y C08 respectivamente. En el emisor del transistor Q03 aparece la señal del VCO amplificada para aplicarla al siguiente paso excitador compuesto por el transistor Q04 y sus respectivos componentes, a través del condensador C09.
Las resistencias R12 y R13 forman un divisor de tensión para polarizar la base de Q04, mientras que la resistencia R15, desacoplada por el condensador C12, polariza el emisor de este paso, el cual se alimenta mediante la resistencia R14, desacoplada por el condensador C10. La carga de colector de Q04 está formada por la bobina L02 la cual se lleva a resonancia mediante los condensadores C11 y C13. Estos dos condensadores forman un divisor capacitivo para adaptar la impedancia de colector de Q04 con la impedancia de entrada del transistor Q05.
Las resistencias R16 y R17 polarizan la base de Q05, cuyo emisor está conectado directamente a masa. Este paso está alimentado por la resistencia R18, desacoplada por los condensadores C14 y C15. La carga de colector la forma la bobina L03 sintonizada por los condensadores ajustables C17 y C18, los cuales forman un divisor capacitivo para adaptar la impedancia de colector a la impedancia de la antena.

En la figura número cuatro tenemos la parte digital, formada por el prescaler y el sintetizador. En el emisor del transistor Q03 se encuentra el punto de prueba TP1, donde podemos medir la señal entregada por este paso. Desde este punto, a través del condensador C37, se aplica la señal al prescaler, IC03, del tipo SDA4212, el cual divide la frecuencia del VCO por 64. La señal de salida, presente en la patilla número 7 tiene poca amplitud y por tanto se amplifica mediante el transistor Q07, en cuyo colector tenemos el punto de medida TP4 donde podemos comprobar el nivel de la señal una vez amplificada. Esta señal, que tiene niveles digitales, se aplica a la entrada del divisor programable del sintetizador, donde será dividida por un factor seleccionable mediante los puentes B0 a B8.
Entre las patillas 3 y 4 del integrado IC02, MC145106, está conectado el cristal de cuarzo, cuya frecuencia es 10.240 KHz, que genera la frecuencia de referencia. El condensador ajustable C31 permite el ajuste fino de la frecuencia del cristal y por tanto de la frecuencia del VCO.
La tensión resultante del comparador de fase aparece en la patilla número siete del integrado IC02, MC145106. Mediante el puente B10 podemos aplicar a los diodos varicap una tensión fija de 2,5 voltios o bien la tensión proporcionada por el comparador de fase. Esta tensión fija de 2,5 voltios será de utilidad durante el procedimiento de ajuste del circuito. La tensión de sintonía pasa por un filtro formado por la resistencia R28 y los condensadores C28 y C29, para eliminar los picos producto de la comparación de las señales. En el punto central del puente B10 se encuentra el punto de prueba TP3, donde podemos medir la tensión de sintonía para su ajuste.
En el punto marcado "Z" tenemos una capacidad variable dependiendo de la tensión proporcionada por el comparador de fase. En este punto y a través del condensador C20, aparece la capacidad del diodo D03, al cual se le aplica la señal de BF, para producir la modulación de frecuencia.

La figura número cinco muestra la parte de BF, que está formada por un doble operacional del tipo LM1458. La señal del micrófono se aplica a través del condensador C26 a la entrada inversora de IC01. La ganancia de este paso está determinada por las resistencias R22 y R23. La señal de salida se toma a través del condensador C23 y pasa al potenciómetro P01 para su regulación. Un segundo paso amplifica de nuevo la señal, estando su ganancia determinada por las resistencias R20 y R21. La señal de salida se aplica, a través del choque de RF L04 al diodo varicap D03. Las variaciones de capacidad de este diodo se aplican, a través del condensador C20, al circuito sintonizado del oscilador, produciendo así la modulación en FM.
Como el esquema del circuito es algo extenso, es posible que la reproducción en la revista, debido a las limitaciones de espacio, no sea del todo correcta. Puedo enviar el fichero gráfico del esquema completo por e-mail a quien lo solicite.
3.- CONSTRUCCIÓN.

Para la construcción del transmisor utilizaremos un circuito impreso de doble cara, cuyo diseño se puede ver en las figuras números seis y siete. En la figura número seis se puede ver la parte superior del circuito impreso, zona de los componentes, que está formada casi en su totalidad por un plano de masa, con unas zonas libres en los lugares donde se encuentran los taladros de los componentes. En esta zona hay algunas pistas de alimentación que no se han podido colocar en la parte inferior.
En la figura número siete tenemos la parte inferior del circuito impreso correspondiente a la zona de soldaduras. En esta parte también hay un plano de masa que se unirá con el plano de masa de la parte superior, como se indica más adelante. En la figura número ocho se muestra la disposición de los componentes sobre la placa de circuito impreso.

 

Una vez en posesión de la placa de circuito impreso y el resto de los componentes, procederemos a su montaje. En las figuras números nueve y diez se pueden ver las caras superior e inferior de una placa preparada para iniciar el montaje.

Comenzaremos por las resistencias y seguiremos por los condensadores y el resto de los componentes. Algunas resistencias van soldadas por los dos lados de la placa y los puntos de soldadura están marcados en la disposición de los componentes con una pequeña estrella. También es preciso unir los dos planos de masa de la parte superior y de la parte inferior mediante unos trozos de hilo desnudo que se suelda por las dos caras. Todos los puntos en los que hay que soldar por los dos lados del circuito, están marcados con una pequeña estrella.
Colocaremos todos los componentes excepto los transistores Q04 y Q05, que se colocarán durante el procedimiento de ajuste. Para los circuitos integrados se pueden utilizar zócalos, a condición que sean de buena calidad para evitar falsos contactos. En la figura número once se puede ver la placa de circuito impreso con todos los componentes, dispuesta para las primeras pruebas.

Las bobinas L01, L02 y L03 se construyen con hilo de cobre plateado de 1 mm de diámetro. Tienen un diámetro interno de 6 mm y una longitud de 10 mm. Los datos para la construcción de las bobinas son los siguientes.
L01 3 espiras hilo 1mm sobre dia. 6 mm long. 10 mm. Una toma cada espira L02 4 espiras hilo 1mm sobre dia. 6 mm long. 10 mm. L03 4 espiras hilo 1mm sobre dia. 6 mm long. 10 mm. L04 Choque de ferrita VK200
Las tomas en la bobina L01 se harán soldando un trozo de hilo desnudo fino sobre cada espira. Al soldar las bobinas sobre el circuito impreso hay que dejar una separación de unos dos milímetros entre la bobina y la placa.

En las figuras números doce y trece tenemos un detalle de la bobina del oscilador donde se pueden ver las tomas realizadas. En las siguientes figuras podemos ver algunos detalles del circuito. La figura número catorce nos muestra un detalle de la bobina del paso final, en la figura número quince podemos ver el bloque de puentes para la selección del factor de división del sintetizador y la figura número dieciséis nos muestra la fijación del regulador de tensión sobre la placa de circuito impreso.

Como ya se ha indicado, mediante un puente uniremos el punto "Z" con unos de los puntos "A", "B" ó "C", según el tipo de varicap que se utilice. En el prototipo se han utilizado diodos varicap del tipo BB405 y mediante el puente se han unido los puntos "Z-B" y también se han obtenido buenos resultados uniendo los puntos "Z-C". En caso de utilizar otro tipo de diodo varicap es posible cambiar el puente a otra posición, que se determinará experimentalmente.
4.- AJUSTE.
Una vez completado el montaje de los componentes, excepto los transistores driver y final, Q04 y Q05, procederemos a la puesta en funcionamiento y los primeros ajustes. Realizaremos una cuidadosa inspección visual, comprobando que todas las soldaduras estén correctamente realizadas y que no haya cruces entre pistas. Comprobaremos también que se han realizado todas las uniones entre las dos caras del circuito impreso, que, como ya se ha indicado, están marcadas con una pequeña estrella en la disposición de los componentes, figura número ocho.
Quitaremos los circuitos integrados de sus zócalos y alimentaremos el circuito con una tensión de 12 voltios bien estabilizada y filtrada. Con un polímetro, preferentemente digital, mediremos la tensión de 5 voltios en los zócalos, en las patillas correspondientes a la alimentación de los integrados, patilla número uno de IC02, y patillas números cinco y ocho de IC03. En la patilla número ocho de IC01 tendremos una tensión cercana a los 12 voltios.
Desconectaremos la alimentación y sobre el bloque de puentes para la selección de frecuencia colocaremos un puente en las posiciones B0, B2, B6, B7 y B8, correspondientes a una frecuencia de 144.960 KHz. Colocaremos en su posición los integrados IC02 e IC03 y daremos de nuevo tensión al circuito. En estas condiciones, el consumo será aproximadamente de 60-70 miliamperios.
Colocaremos el puente B10 en la posición más cercana al cristal de cuarzo y de esta manera aplicamos a los diodos varicap una tensión de unos 2,5 voltios. Acercaremos la sonda del frecuencímetro a la bobina osciladora y ajustaremos el trimmer C01 para leer una frecuencia de 144.960 KHz aproximadamente. Conectaremos el frecuencímetro en el punto de prueba TP4 y comprobaremos la frecuencia que deberá ser 2.265 KHz aproximadamente.
Cambiaremos de posición el puente B10, con lo que aplicaremos a los varicap la tensión procedente del comparador de fase. En estas condiciones, el diodo LED01 deberá lucir normalmente. Mediremos la tensión en el punto de prueba TP3 y retocaremos, si es necesario, el trimmer C01 para tener una lectura de 2 - 2,5 voltios. Tocando con el dedo la bobina oscilador L01, comprobaremos que el diodo LED01 deja de lucir o comienza a parpadear. Al levantar el dedo, el diodo volverá a lucir normalmente y la tensión de sintonía volverá al valor correcto, indicando que el PLL queda "enganchado"
Si todo es normal, y antes de colocar los transistores driver y final, es preciso construir un blindaje para el paso final. Para ello utilizaremos chapa fina de cobre, latón, etc. La altura del blindaje será de unos 22 milímetros por la parte superior y 10 milímetros por la parte inferior. Doblaremos la chapa siguiendo la línea de puntos marcada en la disposición de componentes, figura número ocho. En los taladros indicados introduciremos un trozo de hilo desnudo que soldaremos a las dos caras del circuito impreso y a los blindajes superior e inferior, los cuales irán soldados por diversos puntos al circuito impreso. Con otro trozo de chapa cerraremos el blindaje por la parte exterior. En las figuras números diecisiete y dieciocho podemos ver un detalle de este blindaje por las dos caras de la placa.

A continuación haremos un taladro en el lateral del blindaje para colocar el conector BNC de salida de RF. También colocaremos en su lugar correspondiente y soldaremos, dejando una separación 1 mm aproximadamente, los transistores driver y final, Q04 y Q05, tal como se puede ver en la figura número diecinueve.

Conectaremos una carga de 50 ohmios en la salida y daremos tensión al montaje. Con un voltímetro de RF mediremos la tensión sobre la carga y ajustaremos los trimmers C11, C13, C17 y C18 para obtener la máxima salida. En el prototipo se ha obtenido una tensión de 2,5 voltios aproximadamente, que corresponde a una potencia de salida aproximada de 100 miliwatios. En estas condiciones, el consumo del circuito es de 120 miliamperios aproximadamente. Como se puede observar en las distintas figuras, se ha colocado un radiador al transistor final, ya que si se mantiene el transmisor un tiempo funcionando, el citado transistor toma una cierta temperatura.
Encenderemos un receptor para esta banda y comprobaremos la presencia de señal en la frecuencia indicada. Conectaremos un micrófono en los terminales de entrada de audio. Ajustaremos el potenciómetro P01 para un nivel correcto de audio. Si se utiliza un micrófono dinámico hay que retirar la resistencia R27 del circuito. Si se observa un exceso de ganancia de la parte de BF será necesario aumentar el valor de las resistencias R21 y R23 que determinan la ganancia de los dos pasos que comprende el integrado IC01. Esto dependerá del tipo de micro empleado así como del tipo de diodo varicap utilizado y de la toma de la bobina osciladora que se utilice. El lector sabrá con seguridad encontrar el mejor ajuste para un funcionamiento correcto. En la figura número veinte podemos ver el prototipo durante las pruebas finales.

Si todo es correcto podemos montar el circuito en una caja metálica. La empleada en el prototipo es una caja Retex RM-09 cuyas medidas son 55x105x45 milímetros. En un lateral daremos los taladros correspondientes al conector BNC de salida de RF, una goma pasachasis para el cable de alimentación y un conector RCA para la entrada de audio.

En las figuras número veintiuno y veintidós se puede ver el transmisor terminado y listo para las pruebas sobre una antena.
5.- RESUMEN.
En el presente artículo se ha descrito la construcción de un transmisor experimental para la banda de VHF. Mediante este montaje podemos experimentar un circuito para estas frecuencias y también familiarizarnos con el funcionamiento de los sintetizadores. Se trata de un circuito muy sencillo y por tanto no tiene grandes prestaciones, aunque permite realizar transmisiones a distancias reducidas.
El montaje descrito en el presente artículo no ha sido probado en grandes series y, por tanto, no se tiene certeza de que su funcionamiento sea 100% correcto. Solamente se describe la construcción y el funcionamiento del prototipo.
El autor no se hace responsable de posibles derechos de copia. La información para la realización de este montaje procede de diversas publicaciones, libros, revistas, etc., así cómo de los propios conocimientos del autor.
El autor no se hace responsable de posibles daños y/o perjuicios causados por la construcción y/o uso de este dispositivo, daños personales o muerte, daños a la propiedad, daños al medio ambiente, lucro cesante, perdida total o parcial de datos informáticos o cualquier tipo de daño que se pudiera derivar del montaje y/o uso de este dispositivo.
No se aconseja el uso de este dispositivo en aplicaciones críticas, cómo son control de maquinaria peligrosa, control de navegación o tráfico, maquinaria de mantenimiento de vida o sistemas cuyo mal funcionamiento pueda provocar causas o efectos anteriormente mencionados. Este dispositivo no es tolerante a fallos.
El autor declina cualquier responsabilidad, ni se hace responsable de no mencionar a los dueños de las posibles patentes que aquí se pudieran reflejar.
El dispositivo descrito en el presente artículo es un montaje experimental, cuyo propósito es el estudio de los diferentes aspectos de la Electrónica, por tanto, no está destinado a su utilización industrial ni para su explotación comercial en cualquiera de sus facetas.
El autor no efectúa ninguna actividad comercial relacionada con este u otros montajes publicados en esta u otras revistas o publicaciones de cualquier tipo.
El presente artículo y todos los publicados hasta el momento en la revista "RADIOAFICIONADOS", están recopilados en un DVD a disposición de quien lo solicite. Se incluyen todos los textos, así como las fotografías, dibujos, gráficos, plantillas de circuitos impresos, etc.
Aunque se ha intentado proporcionar todos los detalles necesarios para la realización del proyecto, es posible que algún aspecto no haya quedado suficientemente desarrollado. Como es natural, con mucho gusto el autor dará cumplida información sobre cualquier detalle no especificado, o cualquier punto en particular que no haya quedado completamente explicado. Buena suerte a todos.
Luis Sánchez Pérez. EA4-NH

Publicado por: Geraldine Franscheska Linares
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