Micrófono inalámbrico de FM – Parte 4

En este artículo mostraremos una variación del circuito anterior, que aunque mínima, logra mejorar la cantidad de señal irradiada.

El Circuito

En este nuevo circuito, al que le llamamos TA2, las etapas de audio son casi las mismas[1]. La diferencia está en el oscilador y salida. El oscilador ha sido optimizado para producir las oscilaciones con el mayor nivel de voltaje posible. La polarización de base es en este caso mayor.

El circuito impreso, sobre el que se construye, es casi el mismo. Sólo se han modificado las pistas para suprimir dos condensadores, C15 y C7, en el diseño anterior. La nomenclatura de los condensadores se ha mantenido igual para facilitar las comparaciones y evitar modificaciones adicionales. El condensador de acoplo de audio al oscilador C5 tampoco ha sido modificado ya que su función es sólo de acoplo y no agrega ningún polo significativo al sistema. C6 como siempre conforma la respuesta del oscilador a la modulación y evita que la RF, pueda interferir con la señal modulante.  C7 no es necesario en este caso porque C8 y la capacidad C_bc del transistor 9018 ponen la parte capacitiva, sin embargo esto debe originar algo de inestabilidad adicional, porque obliga a que las oscilaciones de RF tengan que pasar necesariamente por el filtro de alimentación C10.

En las pruebas de funcionamiento se detectó gran inestabilidad a «la mano»[2] y al hacer mediciones para determinar la causa, ensayé con el oscilador aislado (sin conexión a la etapa de salida), el resultado fue que la inestabilidad persistía aún en esta situación, aunque en menor grado, de manera que las esperanzas de lograr buena estabilidad con la salida conectada estaban echadas por tierra. A manera de referencia en una prueba, la desviación por efecto del toque fue de 0.2 Mhz con el oscilador sólo y aumentó a casi 1 Mhz cuando estaba conectada la etapa de salida.

C11 era inicialmente de 100p, para transferir la mayor cantidad de señal al transistor pero para disminuir la inestabilidad de frecuencia tuve que tomar un valor menor, dejándolo en 22p.

C8 ha aumentado de valor, por una parte para compensar la falta de C7 y por otro para realimentar mayor RF al emisor del transistor de esa forma se tiene un voltaje más alto en este punto para acoplarlo al transistor de salida. La configuración de esta etapa no ha variado con respecto al caso anterior, por lo tanto el transistor soporta la misma carga. La potencia de salida está casi al mismo nivel que el modelo TA1, tal vez mayor. Las pruebas de alcance simulado demostraron que era inferior, a modelos comerciales, pero en una cantidad tan pequeña (menos de 0.5db) que  es difícil asegurarlo con certeza.

El nivel de modulación, comparativamente con los modelos comerciales, es mayor, aún con la respuesta en agudos acentuada, sin embargo la diferencia no pasa de 6db. El nivel de señal a la salida C5 (en la base del transistor), es de aproximadamente 0.2 voltios[3], lo que resulta bastante pequeño para justificar una etapa de alta ganancia con el TL082.

La inestabilidad  a interferencias externas ha sido mejorada, pero aún es bastante alta. Trate de mejorarla en los ensayos, agregando capacidad de filtrado a las redes de alimentación pero definitivamente no era ese el camino. Tal vez la distribución geométrica esté influenciando en la eficiencia de los filtros actuales, pero aún así no parece ser un factor decisivo. La supresión del condensador en el tanque parece ser el principal causante, pero balanceaba la relación potencia – estabilidad.

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[1] No es exactamente la misma pues se ha disminuido la ganancia para mantener los límites de distorsión más altos y evitar que la modulación salga demasiada cortada.

[2] La inestabilidad a la que me refiero es precisamente la de objetos cercanos conductores, pero el nombre deviene del hecho de que es fácil comprobar esta sensibilidad acercando simplemente «la mano» a una parte conductora del transmisor como puede ser la antena y hasta se llega a tocarla. Haciendo pruebas comparativas se logra determinar el nivel de sensibilidad a esta interferencia externa. Obviamente el circuito tanque tiene la mayor sensibilidad pero no debe considerarse como punto sensible para comparaciones.

[3] Fue difícil de observar el nivel exacto por la presencia de RF cuando se analizaba con el osciloscopio, pero la estimación está bastante cercana.

Desempeño

La curva de consumo es muy similar al modelo anterior  (al que llamaremos TA1), pero está desplazada hacia arriba por el efecto del aumento de consumo en el oscilador, puesto que es la parte que sufrió la mayor variación. Al disminuir el valor de R11 y R10, se notaba un aumento de consumo a al vez que aumentaba también el nivel de RF en la oscilación. El rango de alimentación también debe restringirse a un intervalo menor al que se muestra en la curva pues el efecto de calentamiento está también presente y no puedo garantizar lo que sucedería más allá de los 15 voltios.

No se ha observado ningún efecto extraño durante su funcionamiento, sólo en el momento de ensamblar y en los ajustes finales, se observó un cambió brusco de frecuencia cuando se intentaba calibrar ajustando la separación de las espiras de la bobina del oscilador, pero luego dejó de observarse cuando se cambió el condensador de acoplo C11.

Un detalle importante es que la mayoría de las pistas del circuito impreso están cubiertas de estaño para mejorar la conductividad eléctrica, pero aunque el blindaje pueda mejorar algunas características, no se ha usado[4].

La variación de la frecuencia es también creciente con el voltaje pero la variación es mucho mayor, se puede decir entonces que la estabilidad de la frecuencia con el voltaje ha disminuido considerablemente.

La curva de potencia se observa por primera vez aquí, pero puede asumirse que debe ser muy parecida a los demás circuitos, porque sus configuraciones básicas son muy similares. La estabilización de la curva se tiene a partir de los 10 voltios, pero a 9 voltios se ha logrado una eficiencia aceptable. Después de todo el circuito ha sido diseñado para trabajar con batería de 9V.

Aquí también los transistores deben tener alta ganancia, entre 90 y 100 para poder trabajar adecuadamente. Valores más bajos harán que cambie algunas de las características que mencionamos.

La calibración es similar, nuevamente, al TA1 así que no vale la pena describirla, sólo debo hacer notar que la antena con la que se ha estado trabajando con estos dos primeros prototipos, es sólo un cable conductor común de 45cm aprox. de longitud, y el ajuste se logró con el invalorable apoyo del detector de campo, descrito en la segunda parte de esta entrega.

Queda la posibilidad de mejorar este circuito para obtener uno de mayor eficiencia y con mayor estabilidad. Tal vez sea necesario  incluir una etapa separadora, para lograr la independencia de la oscilación con las cargas reactivas en la antena.

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[4] Al diseñar la distribución de componentes en el circuito impreso se tuvo en cuenta la posibilidad de usar un blindaje para cubrir al oscilador así que los componentes de esta etapa están  bien delimitados dentro de la tarjeta.