Transmisor de Amplitud Modulada

Un LM386, un CD4011 y un 2N2222A pueden ser los elementos necesarios para pasar a descubrir todo un nuevo mundo que estaba oculto allí, en tu interior y no lo sabías. Con estos tres dispositivos construiremos de manera práctica una emisora de radio, de Amplitud Modulada y de reducido alcance (pocos metros) pero que, como te mencionamos al principio, puede servir para que comprendas el concepto de la modulación en amplitud de una señal “portadora” que se encargará de “transportar”, en forma inalámbrica, la información deseada. Entendemos por “amplitud de una señal alternada en el tiempo” a los niveles máximos y mínimos que puede alcanzar, de manera independiente a la frecuencia de trabajo u oscilación de la misma. Por lo general, la señal que se encarga de llevar o, como mencionamos antes, “transportar” la información deseada es de una frecuencia muy superior a la que posea (como máximo) el dato transmitido.

En el caso de las señales de audio, las frecuencias se comprenden entre los 20Hz y 20Khz aunque la calidad de los receptores siempre limita esta respuesta de frecuencia. La frecuencia de la señal “portadora” puede variar desde lo más bajo del espectro radioeléctrico (encima de los ultrasonidos = 100Khz) hasta la frecuencia más alta que en la práctica se pueda obtener y manipular. Visto en forma gráfica y elemental, la modulación en amplitud es lo siguiente:

En nuestro caso entonces, lo que haremos es un circuito dividido en tres partes. Una que se encargue de tomar una señal de audio pregrabada o de micrófono y la adapte a un nivel práctico y útil de uso “para esta aplicación”; esta sería la etapa del “modulador” y estaría organizada alrededor de un popular LM386. Como segunda parte fundamental, tendremos que generar una señal “portadora” del audio que trabajemos con el LM386 y que estará formada por un oscilador fijo, cuya frecuencia estará controlada y definida por un resonador cerámico elemental, como los que se encuentran en los mandos a distancia. Este oscilador trabajará a partir de un circuito CMOS CD4011, con un resonador cerámico que tenga una frecuencia de trabajo ubicada dentro de la banda de radiodifusión (550Khz – 1700Khz). En mi caso, pude encontrar un resonador de 640Khz. Por último, la tercera etapa fundamental estará formada por un simple transistor 2N2222A de encapsulado metálico.

¿Por qué este tipo de transistor? Porque es lo suficientemente robusto como para permitirnos trabajar sin problemas de “abusos” durante los ensayos y soportará excesos de temperatura lógicos, durante las primeras etapas de montaje hasta lograr un ajuste definitivo. Esta parte del montaje se encargará de modular la señal portadora generada por el oscilador fijo con la señal de audio ingresada desde el LM386. Por supuesto, en la salida resultante encontraremos un circuito sintonizado y específico que nos permitirá ajustar nuestra transmisión a su nivel máximo. En la entrada de alimentación, desde una simple batería de 12 Volts (puedes utilizar una de 9 Volts, si lo deseas) colocaremos un diodo 1N4007 para evitar accidentes de inversión de polaridad en la conexión. Con estos elementos ya estamos en condiciones de comenzar a ensamblar las partes fundamentales de nuestro circuito propuesto, que será el siguiente (observa los recuadros, allí se definen bloques importantes):

Como has podido ver en el video, la simpleza es extrema. Menos componentes para lograr un sistema de modulación serían impensables si deseamos hacer un transmisor que se digne a funcionar de forma aceptable. Además, en este video se aprecia la finalidad del sistema de pines dispuestos para JP2. Si tenemos problemas de funcionamiento y creemos que el origen de la falla es nuestro sistema “modulador”, podemos tomar desde allí una salida directa hacia un capacitor (o condensador) electrolítico de 470uF y un altavoz para realizar los ensayos necesarios. No olvidemos que, en forma aislada y considerado como un bloque simple, estamos ante un amplificador de audio basado en un LM386.

Si no deseamos usar un LM386 y tenemos afinidad por otro tipo de amplificador de audio, nada nos impedirá su uso. La única condición es no exceder el nivel de audio de salida, ya que lo que intentamos hacer es una transmisión elemental y no competir con la BBC de Londres o la Deutsche Welle. Por otro lado, para lograr mayor potencia de salida en el transmisor, el camino es otro (que ya mencionaremos), no ése. Luego de los ensayos iniciales, podemos agregar la etapa de adaptación de entrada para controlar la calidad del audio, que debe ser limpio y libre de distorsiones, ya que éstas se trasladarán a la transmisión final. Para controlar todo esto, es útil la conexión en JP2.

El oscilador encargado de generar la señal “portadora”, que llevará de forma inalámbrica nuestra información y se ubicará en el espectro de las bandas de radiofrecuencia, es un circuito ya visto en muchos montajes aquí en NeoTeo. Básicamente, se trata de un oscilador del tipo Pierce en el que se utilizan puertas lógicas CMOS (en este caso NAND, de un CD4011) y, en vez de un cristal piezoeléctrico, un resonador cerámico similar al de los mandos a distancia, pero con una frecuencia dentro de la banda de radiodifusión de AM.

Nosotros conseguimos uno de 640Khz, pero en tiendas especializadas se pueden encontrar valores de hasta 1Mhz. Recuerda que la oscilación debe estar entre 550Khz y 1,7Mhz (1700Khz) para los ensayos en un receptor de AM convencional. Tampoco esperes montar una emisora clandestina que interfiera en todo el vecindario; sólo estamos estudiando un concepto y el alcance será de unos pocos metros.

Uno de los detalles importantes es el valor de los capacitores que se derivan a GND cuando se usan resonadores cerámicos. Deben estar alrededor de 150pF, muy alejados de los valores que se usan con cristales de cuarzo de 4Mhz (o más) en montajes con microcontroladores. Si usas valores de pocos pF, la oscilación será pobre y la señal portadora inadecuada. Además, en el montaje se incluye un capacitor (o condensador) variable para ajustar la frecuencia de sintonía. Si tu receptor tiene selector analógico no será tan importante este ajuste, pero en receptores digitales te ayudará a ubicar el mejor punto de sintonía. La estabilidad estará garantizada ya que no trabajamos con un circuito L-C, sino con un resonador cerámico con escasa deriva. Observa cómo trabaja todo esto en el siguiente video:

Ahora viene la explicación de la utilidad que tendrá JP1 y verás que es muy sencilla. Si en tu ciudad no encuentras un resonador cerámico adecuado para la frecuencia deseada, podrás usar en su lugar un cristal de cuarzo de 4Mhz (o el que encuentres) y construir un divisor de frecuencias para llevar la oscilación a un valor útil en la banda de AM. Por ejemplo, usando un cristal de 4Mhz y dividiéndolo por 4, se obtendría 1Mhz (1000Khz).

Si los valores son más elevados, las divisiones deberán ser mayores, pero siempre alcanzaremos una frecuencia libre y útil para los experimentos. Esta práctica de construir divisores será tema de una próxima entrega, donde además veremos mejoras para este transmisor experimental de Amplitud Modulada.

Una vez funcionando el modulador (LM386) y el oscilador de portadora (CD4011), combinamos las señales en T1 (2N2222A) para lograr la modulación en amplitud de la portadora, que se enviará al transistor mediante R2 y C3. Obsérvalo en la imagen superior. Si al transistor le suministramos una polarización tradicional en el colector, como en una configuración de emisor común, su salida tendrá la señal amplificada (o no) y desfasada 180° respecto a la señal que ingresa por la base, con amplitud constante.

Sin embargo, no tendremos una polarización continua en el colector de T1, sino que será variable en función del audio recibido desde el LM386. Es decir, la amplitud que entra por la base saldrá por el colector con mayor o menor intensidad, según la profundidad de modulación que introduzca el LM386. En el primer gráfico se veía una onda con variaciones rectas para evidenciar la teoría, pero en la práctica, se observa de este modo:

Aquí comienza una parte clave del montaje, compuesta por el conjunto de bobinas (inductancias) y capacitores que forman el circuito de salida del transmisor. La acción ideal sería contar con un medidor de inductancias para seleccionar el componente correcto y trabajar sin preocupaciones; sin embargo, ante la falta de este instrumento, debemos recurrir a otras opciones, como usar inductores con su valor impreso o incluso construir uno a partir de toroides de ferrita.

Si no está marcado en micro o mili-henrios, algunos capacitores indican en la unidad base de micro-henrios. Así, un inductor con la leyenda “332” resultó ser de 3,3mH (3-3-dos ceros = 3300µH = 3,3mH). Si estas opciones fallan, debemos recurrir a toroides de ferrita (no los amarillos de viejas fuentes de ordenador, sino los negros) y bobinarlos con alambre de cobre esmaltado de 0,4 a 0,7 mm de diámetro. Por ejemplo, para un toroide de 2 cm de diámetro exterior con 30 espiras se obtiene 1mH; con 60 espiras se llega a 2mH aproximadamente. De este modo, se construye L2 para el montaje.

Estos valores de inductancia, junto a los de capacidad indicados, son esenciales para lograr buenos resultados en la construcción del transmisor. L1 forma la “carga” donde se creará, con el nivel de amplitud adecuado, la modulación sobre la portadora. Un valor demasiado bajo de L1 no brindará la profundidad de modulación requerida, mientras que un exceso la consumirá y no proporcionará la amplitud esperada. Valores cercanos a 3mH permitieron obtener los resultados mostrados en el video.

El último inductor (L2) forma un filtro de paso de banda (C19 – L2 – C13 – CV2) que transmite la máxima amplitud de señal útil desde el colector de T1 hacia la salida de C12. Esto permite adaptar cualquier tipo de antena. Siguiendo las reglas de la radio, nunca se debe operar un transmisor sin la antena apropiada, aunque en este caso la potencia es tan baja que ni siquiera se consideraría como tal. Sólo tenemos un transistor que “mezcla” dos señales, y la longitud de onda para 640Khz sería de casi 470 metros, por lo que una “antena dipolo” podría medir más de 222 metros.

En la próxima entrega veremos para qué sirven tantos agujeros en el PCB, cómo construir una antena para lograr el mayor alcance posible, un divisor de frecuencia para utilizar cristales de cuarzo, un preamplificador para el micrófono y otras mejoras que completarán este excelente transmisor de Amplitud Modulada. Este montaje está dedicado a un extraordinario compañero de trabajo y gran ser humano, Lisandro, quien seguramente visita la web a diario.

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