Micrófono inalámbrico de FM – Parte 7

En el artículo anterior mostré los circuitos básicos de un nuevo micrófono inalámbrico completamente transistorizado, y mostré como el espectro de radiación estaba muy contaminado con armónicos y oscilaciones espurias.

Tampoco la estabilidad convencía mucho. Los filtros adicionales no produjeron gran efecto. Tal vez una nueva redistribución de las pistas produzca mejores resultados, pero es difícil hacerlo a este nivel. Una posibilidad es que el amplificador de audio produjera oscilaciones internas en todo el conjunto.

Aunque este efecto no fue observado en el TA2, es probable que sí se haya producido pero de manera tan insignificante que no se hubiera notado. Mi primera sospecha fue el choque, pero de todas formas ensayando con diferentes choques de mayor inductancia, el efecto persistía.

También era probable que el acoplamiento con la etapa de salida estuviera agregándole polos inestables que ocasionaran las oscilaciones internas, pero al desconectar el oscilador, lamentablemente el espectro irregular persistía[1].

La componente de baja frecuencia me dio la clave para intuir la solución al problema. Si existía oscilación de 44 Mhz, y con capacidades tan bajas, es lógico pensar que alguna inductancia parásita debe estar colaborando con la parte inductiva, pero si sólo se tiene dos bobinas y un choque, exceptuando las inductancias parásitas, y ya se ha descartado la bobina de la etapa de salida, entonces sólo queda como culpable irremediable el choque.

Estas pruebas las hice en un circuito experimental como el que se muestra en la figura:

La resistencia de colector del amplificador de audio ha sido disminuida para ajustar su ganancia justo a la necesaria para obtener un índice de modulación normal[2]. La etapa de salida es una simple clase A, polarizada fuertemente a través de la resistencia de 33K, lo que hace que el transistor 9018 de salida esté trabajando a carga media.

El oscilador, como se describió, presentaba un espectro bastante extraño, aunque existía la posibilidad de que algún error en los componentes o alguna no-linealidad en el sistema global[3], producida por un defecto en la fabricación del circuito impreso, fuera el culpable de la no-linealidad, que por cierto era muy estable. De ser este el caso, es probable que construyendo otro circuito similar con mayor cuidado se podría obtener una oscilación más pura, pero de todas formas el hecho de obtener un error en la fabricación de un solo prototipo es una muestra, aunque no significativa, de que la probabilidad de la falla en este diseño era alta.

Ahora, si el choque nos daba problemas, entonces la solución debería ser, reemplazarlo o eliminarlo. Pero es obvio que tiene una función; por lo tanto, esta última opción puede parecer descabellada, sin embargo como se verá más adelante, no lo es del todo.

Para empezar recordemos la función del choque. Para el oscilador, es importante porque aísla las componentes de RF hacia y desde él. Sin embargo sabemos también que el nivel de RF generado por el oscilador en comparación con los que maneja (o debe manejar) el amplificador de salida es pequeño. Por lo tanto el «desde» es menos importante que el «hacia», y ese «hacia», para ser más específico, proviene del amplificador de salida[4]. De ser así, cabría la posibilidad de cambiar la posición del choque. Debería estar en el Amplificador de Salida, en la red de alimentación, en donde probablemente no causaría problemas. Después de todo el amplificador de salida suele ser más estable que el oscilador.

El siguiente diagrama muestra la nueva configuración, con el choque ubicado en la etapa de salida.

Desempeño

Las pruebas confirmaron lo que se esperaba. Con la construcción de nuevos prototipos experimentales, se corroboró que en efecto la estabilidad mejoraba. Así se terminó el diseño del prototipo 3 que logró superar, en las pruebas de potencia, a nada menos que un modelo de Transmisor comercial de 133Mhz de similares especificaciones, que se usó como comparación, aunque este tuvo mejor estabilidad.

Al averiguar los motivos de la dependencia de la frecuencia con las condiciones de la antena y a la de las partes metálicas, descubrí que el principal motivo de inestabilidad era la antena. Es cierto que se puede provocar una desviación con sólo tocar la antena o la parte metálica de la batería, pero lo que realmente origina esta variación, es el cambio de la impedancia que ve el amplificador de salida; y cuando se toca la parte metálica de la batería, se genera un camino en la realimentación entre la antena y la persona que está en contacto.

Pero la forma como se produce esta variación es a través de la variación de impedancia reflejada que ve Q2, a través de C9, que inicialmente era de 100p, pero tuvo luego que ser disminuido para aportar, aislando en algo, a la RF saliente. Es lógico que si se disminuye más se logra mejor aislamiento pero también disminuye la cantidad de señal a la salida de antena.

Una prueba para determinar si en verdad es el efecto de acoplamiento a través de la antena lo que produce la inestabilidad, es precisamente desconectándola, y luego evaluando qué tan bien se comporta el circuito. Para la mayoría de transmisores, debe producirse una  mejora sustancial en la estabilidad como es de suponer, aunque desde luego no puede esperarse mucha RF radiada, con la antena desconectada.

El circuito impreso está bastante optimizado y los componentes están casi abrazados, pero el conjunto es bastante compacto. También el micrófono «Electret» es de reducido tamaño (Aprox. 6mm de diámetro por 4mm de altura). La posición de las bobinas es importante. Inicialmente en los circuitos de prueba, las bobinas del oscilador y del amplificador de salida estaban juntas muy juntas y paralelas de modo que estos modelos tenían motivo para ser inestables. Tuve que diseñar varias distribuciones sucesivas para mejorar el efecto de acoplamiento. En este prototipo las bobinas están bastante separadas por lo tanto el efecto de acoplamiento no es sustancial.

Las curvas no deparan muchas sorpresas. La de consumo como siempre hace pensar que se está trabajando con un circuito lineal puro, al menos en el rango de ensayo. Como siempre se hace notar que mas allá de 16 voltios, el efecto de calentamiento puede terminar destruyendo el transmisor, o al menos el transistor de salida.

La curva de frecuencia solo demuestra que he tenido más cuidado para obtenerla, porque el comportamiento es claro, una variación rápida, llegando a un punto de equilibrio en un voltaje cercano a los 15 voltios. Comparativamente, esta variación es menor que en el TA2, lo que es un punto adicional a favor de este modelo. La variación de potencia es bastante similar por lo que no requiere mayor explicación. Además la precisión del vúmetro (usado como elemento de medida) deja mucho que desear y no se puede sacar gran información de esta curva. Las condiciones de medida siguen siendo la misma que los modelos anteriores de transmisor.

La calibración es fácil. Puesto que no existen «trimmers» ni condensadores variables, solo se puede manejar la frecuencia variando la separación entre las espiras de las bobinas, como se hace en los modelos anteriores. Primero se fija la frecuencia (variando L1), que debe ser cercana a 128 Mhz, luego se varía L2 hasta obtener la máxima radiación. Como el aislamiento entre etapas no es muy alto al variar L2 se obtendrá también una variación en la frecuencia de transmisión.

En el siguiente artículo mostraré el proceso de fabricación de este nuevo prototipo de micrófono inalámbrico.

 

[1] Consideramos como normal a aquel que es similar al del transmisor que tomamos como base. Para la mayoría de ellos se trata del modelo israelí de 133Mhz, pero también comparamos el nivel de modulación de una radioemisora comercial de FM.

[2] El único efecto observado fue un leve desplazamiento en frecuencia como es natural al quitarle una capacidad extra al circuito resonante.

[3] El sistema total depende de varios parámetros, entre ellos las capacitancias e inductancias parásitas internas de cada componente y externas con respecto a los demás componentes, por lo tanto la posición dentro del impreso es importante.

[4] En realidad el aislamiento del choque debe ser general, pues no sólo está pensado para aislar las posibles interferencias del amplificador de RF, sino también cualquier otra oscilación que pueda generarse o que se introdujera magnéticamente externa o internamente.