sábado, 14 de septiembre de 2013

Presentacion de un sencillo mini transmisor Fm.



     En esta entrada se presenta un circuito electrónico capaz de modular en frecuencia una señal portadora en función de las variaciones de una señal de audio procedente de un pequeño micrófono. Es decir, un mini transmisor de FM. 
Este sencillo y pequeño circuito electrónico es uno de los primeros que realicé, hace ya, más de 22 años.    
Hoy ordenando el taller, lo he encontrado y me ha abordado un sentimiento de nostalgia muy personal, en aquellos años era un adolescente y vivía fascinado de la electrónica de la época. Siempre rodeado de componentes y trastos electrónicos, pasando horas y horas junto al soldador, cables, componentes, montando placas (que casi nunca funcionaban, pero este circuito es una excepción ;), recuerdo un mundo electrónico fascinante, ahorrando para poder comprar revistas especializadas, y hacer pedidos de componentes a tiendas de Madrid. Pasando junto a un pequeño flexo en la cocina de la casa de mis padres largas horas, hasta que la buena de mi madre se levantaba y me decía que mejor me acostara que tenía que ir al colegio el día siguiente.
Pasé un tiempo trapicheando con poteciometros, motores, pilas, interruptores, radiocasetes, videos VHS, BETA, aparatos a válvulas (aquella era una electrónica especial)...conectando unos con otros sin saber nada de lo que hacía, muchas veces salía un hilo de humo que me dejaba totalmente decepcionado con la idea que tenía en mente. Leyendo una y mil veces los artículos de las revistas, aprendí a realizar las placas de circuito impreso (PCB), y desde entonces, habré realizado cientos y cientos de ellas.
Hasta donde la memoria me permite, recuerdo que el primer PCB que realicé fué un vúmetro con diodos led (que publicaré más adelante) y la segunda este pequeño transmisor de FM, el cual me fascinó, era bastante estable y contaba con una sensibilidad increible, hasta tal punto, que se dejaba en una habitación y se podía escuchar toda la conversación sintonizando una radio de FM en cualquier lugar de la casa. Aquello, con 15 años, era increible, era un ¡¡micro-espia!!
     Los usos que le dí a este circuito son TOP SECRET, como ustedes comprenderán.
Bueno dajando la nostalgia a un lado, les presento el famoso micro-espia de FM. 


     Evidentemente se trata de un pequeño circuito experimental y didáctico que nos puede servir para adentrarnos en los transmisores de radio y en la física de las ondas electromagnéticas.
     El circuito es básico y sencillo, y por supuesto no es perfecto, puede utilizarse para conocer los conceptos básicos de la radiofrecuencia (RF) y principios de circuitos electrónicos.

Conceptos básicos:
     Las ondas electromagnéticas son la forma en que se propaga la radiación electromagnética, la cual es una combinación de variaciones en los campos eléctricos y magnéticos que pueden propagarse a través del espacio, con la característica que son capaces de transportar energía de un lugar a otro. El estudio de estos fenómenos físicos es bastante complejo en contenidos físicos y matemáticos.
Fueron descubiertas en el siglo XIX, y una de las conclusiones más importantes es que propician fenómenos físicos predecibles en las partículas de la materia. Entre estos fenómenos están por ejemplo la luz visible, el calor radiado, las ondas de radio, televisión, telefonía móvil, WIFI o ciertos tipos de radioactividad, y éstos dependerán del rango de frecuencias en las que se emita la radiación electromagnética.
     El rando de frecuencias queda recogido en el espectro electromagnético.
(Imagen fuente Wikipedia).-Espectro electromagnético.



     Durante muchos años se han utilizado, y se siguen utilizando, dos formas de transportar información a distancia, fundamentadas en el concepto de modulación de ondas electromagnéticas, las cuales, no requieren un medio físico de transporte, por lo que pueden propagarse tanto a través del aire como del vacío.
Estas dos formas básicas son AM y FM, modualación en amplitud y modulación en frecuencia, respectivamente.
De forma muy sencilla, los sistemas de emisión de radio generan una onda portadora mediante osciladores internos, esta onda es modulada por la señal de baja frecuencia que queremos transmitir, ésta es generada, por ejemplo, por un micrófono. A esta señal de baja frecuencia, se llama señal moduladora y la señal que se va a modular, señal portadora. Dos formas básicas de modulación, cuando modulamos la amplitud de la señal portadora (radio AM) o cuando modulamos la frecuencia de la señal portadora (radio FM).
(Imagen fuente Wikipedia) Podemos observar las dos formas de modular la portadora. La señal superior correspondería a la señal procedente, por ejemplo de un micrófono. La central la señal portadora modulada en amplitud y la inferior la señal portadora modulada en frecuencia.
  http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a4/Amfm3-en-de.gif/250px-Amfm3-en-de.gif

Circuito electrónico:
¡ATENCIÓN!.- Este circuito es sólo un experimento didáctico que Margtecnología presenta, su uso con otros fines puede necesitar permisos para transmitir en la banda comercial de FM. Margtecnología no se hace responsable de los perjuicios que se deriven.

Nuestro circuito basa su funcionamiento en la modulación en frecuencia, es decir genera internamente una senal portadora a través del transistor 2N2222, condensadores y bobinas asociados. Esta señal se modula en frecuencia mediante la señal moduladora procedente del micrófono electrec y amplificador operacional asociado LM741. La ganancia de dicho amplificador se regula mediante el potenciometro P1.



Componentes necesarios:

    Resistencias: (Todas las resistencias de 1/4 W +/- 5%)
    R1 y R2 = 10 KΩ
    R3 = 1,5 KΩ
    R4 = 1 KΩ
    R5 = 5,6 KΩ
    R6 = 150 Ω
    R7 = 2,7 KΩ
    P1 = potenciómetro 100 KΩ
    Condensadores:
    C1 = 0,47 µF, poliester
    C2 = 1 µF/40 V, electrolítico
    C3 = 10 µF/64 V, electrolítico
    C4 y C5 = 10 nF, cerámico de disco
    C6 y C7 = 6,8 pF, cerámico de disco
    C8 = 1,6 - 15 pF, trimmer

     Semiconductores:
     IC1 = µA 741 CN ó CA3140E
     TR1 = 2N2222

     
     MIC = micrófono electrec
     Conector para pila de 9 V.

     Placa circuito impreso.
     Conector pila.

Funcionamiento del circuito:
EL circuito gira en torno al transistor 2N2222, transistor NPN de uso muy común, el utilizado en el montaje es de encapsulado metálico y la disposición de sus pines, E, B y C (emisor, base y colector) se puede observar en la fotografía adjunta al post.

El condensador variable C8 y la bobina impresa en el PCB (la espiral dibujada en la placa de circuito impreso), forman un circuito resonante paralelo LC, el cual provoca una oscilación de frecuencias comprendidas en la banda de radio FM (88-108 Mhz).
La señal obtenida por el micrófono electrec, ingresa en el amplificador operacional mediante el condensador C1, este amplificador aumenta el nivel eléctrico  de dicha señal en una ganancia determinada por R3 Y P1, así que, modificando el valor de P1 haremos más sensible el micrófono.
Las resistencias R1 y R2, proporcionan un punto central de masa, para el correcto funcionamiento del amplificador operacional.
La señal de audio amplificada por el 741 se conecta mediante C2, (condensador de desacoplo de DC) a la base del transistor 2N2222, aquí será modulada en frecuencia la señal que genera el circuito tanque dependiendo del nivel de la señal de audio.

Para calcular la frecuencia de resonancia del circuito tanque se aplica la siguiente expresión matemática:

http://upload.wikimedia.org/math/5/e/4/5e47533b5bfda067aed93dbf6bcec389.png                      

Donde: L se mide en Henrios, C en Faradios y f en Hercios.

 La señal modulada en frecuencia se aplica a una antena para ser radiada al espacio mediante ondas electromagnéticas. La antena debe ser 1/4 de la longitud de onda de FM. Si vamos a sintonizar el emisor en frecuencias cercanas al final de la banda, entonces se puede utilizar un trozo de cable de 65cm.

R7 tiene la función de alimentar el micrófono electrec, R4, R5 y R6 polarizan el transistor, colocando su punto de trabajo en la zona lineal. C7 mantiene el circuito tanque en resonancia y compensar la capacidad interna del transistor.
    
Circuitos impresos, PCB:

Características generales del circuito:

Banda de emisión: de 95 Mhz a 115 Mhz FM
Alimentación: de 9 V a 13,5 V
Consumo: de 8 mA a 24 mA
Potencia de salida: de 7 mW a 50 mW
Alcance: entre 100 m y 1 ó 2 Kms dependiendo de diversas condiciones.



14 comentarios:

  1. Muy buena entrada, creo recordar que yo también realicé el circuito que usted describe.
    Pertenecía a la revista de electrónica Radiorama.
    Gracias por compartir y me gusta mucho su blog!

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  2. Me encantó, ya podían ser todos los profesores de tecnología como usted :)

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  3. Me gusto mucho el blog, Comó podría funcionar con una alimentaciones 5 V?

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  4. no tendras el diagrama del circuito de antemano te lo agradezco

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    1. En que frecuencia encuentro la señal

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    2. Hola, la frecuencia se puede buscar en la banda comercial de FM. Si le coincide con una emisora de radio, entonces coloque el dial en algún sitio libre de emisoras y ajuste el condensador variable hasta conseguir sintonía.

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  5. Hola, el mic electrec va conectado en donde dice: ¿m y s, o en donde dice m y + ?
    Gracias de antemano (m4x1m1l14n0 Foros de electrónica)

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  6. El mic utilizado en el circuito es de tres terminales, masa, señal y positivo.

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    1. Si utiliza un mic de dos terminales, entonces una en el PCB las entradas + y s

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  7. Hola :-) disculpa donde puedo conseguir el pcb impreso ? Aquí en santa cruz . Gracias

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    1. El pcb es de fabricación casera. No se puede conseguir por ningún lado. Gracias por su visita.

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  8. Antes que nada, muchas gracias por tu blog, ando feliz con todos los proyectos que publicas :D

    Ahora, me preguntaba como debía hacer la conexión si quisiera transmitir la señal con música de mi celular (con un cable auxiliar)??
    Pensé en reemplazar directamente el micrófono por el jack de auxiliar, pero me surgen dos dudas, ¿como hago, siendo mi auxiliar estéreo?
    ¿deberé poner alguna resistencia antes del amplificador operacional?

    Nuevamente Gracias,
    Saludos desde Colombia ^^

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  9. Podrías facilitar el circuito armado en algún programa de diseño electrónico (como proteus por ejemplo), para los que queremos montarlo en un Protoboard antes de crear el pcb?

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