Comunicación por infrarrojos

Detalle fotodiodo encendido

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En esta ocasión vamos a ver como dos circuitos separados físicamente entre si pueden comunicarse mediante infrarrojos. En numerosos montajes presentados en internet simplemente se activa a distancia un led mediante una señal infrarroja. Pero aquí vamos a ir un paso más allá demostrando que es posible transmitir una señal más compleja y por tanto es posible establecer una comunicación mediante infrarrojos.

Esquema electrónico de los circuitos emisor y receptor
Esquema electrónico de los circuitos emisor y receptor

La base de los dos circuitos son dos fotodiodos infrarrojos, es decir dos diodos sensibles a la luz infrarroja, uno emisor y el otro receptor, y que se pueden adquirir en cualquier tienda de componentes electrónicos. En el fondo son dos leds que emiten en la banda infrarroja ya que los leds nos son más que diodos que emiten o reaccionan ante la luz.

Fotodiodo emisor (izq.) y fotodiodo receptor.
Fotodiodo emisor (izq.) y fotodiodo receptor (der.).

Con un oscilador sencillo tomado del juego Electronic Engineer de Philips se genera una señal sinusoidal que se aplicará al fotodiodo emisor para que este a su vez emita una onda sinusoidal infrarroja. El circuito oscilador, que será analizado más detenidamente en otro artículo, genera una tensión sinusoidal en el colector de T1. Se podría pensar en poner el fotodiodo, junto con una resistencia en serie, directamente entre el colector y tierra pero con esa configuración se distorsiona completamente la forma sinusoidal de la tensión por efecto de la corriente que absorbe el propio fotodiodo. Para conseguir que la onda emitida por el fotodiodo sigua siendo sinusoidal es mejor utilizar un transistor intermedio T2. La tensión sinusoidal en el colector de T1 se aplica a la base de T2 con lo cual obtenemos en la rama principal de este transistor, entre colector y emisor, una corriente sinusoidal que es la que se aplica al fotodiodo. Si se observa con el osciloscopio la tensión en bornes de la resistencia en serie con el fotodiodo se comprueba que dicha corriente efectivamente es sinusoidal.

Tensión entre colector de T1 y tierra
Tensión entre colector de T1 y tierra

La intensidad de la luz emitida por el fotodiodo es proporcional a la corriente que lo atraviesa por lo cual, al ser esta sinusoidal, la intensidad del haz de luz infrarrojo variará también de forma sinusoidal.

Tensión en bornes resistencia 100Ω en serie con fotodiodo emisor
Tensión en bornes resistencia 100Ω en serie con fotodiodo emisor

La onda emitida por el fotodiodo no se puede observar a simple vista porque es una radiación infrarroja que no capta el ojo humano. El fotodiodo aparentemente está apagado. Pero existe un pequeño truco para comprobar que dicha luz se está emitiendo. A diferencia de nuestros ojos, las cámaras de los móviles también son sensibles a la luz infrarroja además de a la luz visible. Por tanto si enfocamos el fotodiodo con la cámara de un teléfono móvil vemos que efectivamente está encendido tal como se aprecia en la imagen mostrada a continuación.

Fotodiodo encendido visto a traves de la cámara del móvil.
Fotodiodo encendido visto a traves de la cámara del móvil.

El circuito receptor, que está separado físicamente del emisor, se compone básicamente del fotodiodo receptor y de un led que se activa cuando se produce la emisión infrarroja. Es muy importante que el fotodiodo esté montado en inversa. Si se conecta en directa, el led estará activado permanentemente. Para que funcione correctamente se debe conectar en inversa de manera que al recibir la luz infrarroja deja pasar una pequeña corriente que a través del transistor activa el led. El fotodiodo receptor tiene el inconveniente de que también es sensible a la luz visible por lo que para comprobar que el montaje funciona correctamente se debe realizar la prueba a oscuras.

Imagen del circuito completo.
Imagen del circuito completo.

De todos modos lo interesante es comprobar que se produce la transmisión de la onda sinusoidal mediante la luz infrarroja y para ello es preciso utilizar el osciloscopio. Si se observa la tensión en bornes de la resistencia en serie con el led mediante el osciloscopio se comprueba que tiene una forma sinusoidal tal como se ve en la imagen mostrada a continuación. Así pues la señal sinusoidal generada por el oscilador del circuito emisor, que se convertía en una corriente sinusoidal que atravesaba el fotodiodo emisor que a su vez emitía una luz infrarroja de intensidad variable con forma sinusoidal, ha sido captada por el fotodiodo receptor que ha generado a través del transistor T3 una corriente y una tensión sinusoidales en la resistencia del circuito receptor. Se verifica pues que se ha transmitido la señal sinusoidal mediante luz infrarroja de un circuito al otro que recordemos están físicamente separados. En las gráficas obtenidas con el osciloscopio se puede comprobar que la frecuencia de todas las señales es la misma lo cual indica que todas están relacionadas, unas han generado a las otras. No tienen por que ser iguales las amplitudes ya que para empezar la alimentación de los circuitos se realiza a tensiones diferentes (9V el emisor y 3V el receptor). Si se observan las escalas de tensión de las gráficas se verá que también son diferentes porque se han ido adaptando a la amplitud de cada señal.

Tensión en bornes del conjunto resistencia 1k más led del circuito receptor.
Tensión en bornes del conjunto resistencia 1k más led del circuito receptor.

Así pues hemos comprobado que se puede establecer una comunicación entre dos dispositivos electrónicos mediante infrarrojos. El resultado ciertamente no es sorprendente pues en nuestros hogares estamos rodeados de mandos a distancia que como es sabido utilizan la radiación infrarroja para controlar otros dispositivos. Sin embargo, este sencillo  e instructivo montaje nos permite entender precisamente el principio de funcionamiento de los mandos a distancia y sirve de punto de partida para un proyecto más ambicioso que es el de realizar uno de estos dispositivos de control remoto.

Medidor universal

Detalle resistencias

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En esta ocasión vamos a estudiar un aparato de medida universal que permite medir resistencias, condensadores e incluso la intensidad de la luz. El aparato no proporciona un valor absoluto sino que mide por comparación con una resistencia de referencia o resistencia patrón conocida. A pesar de que su utilidad es muy dudosa ya que hoy en día se dispone de aparatos de medición mucho más sofisticados, se trata de un montaje muy interesante porque utiliza un procedimiento de medición sumamente original e ingenioso y demuestra que sin medios digitales, sin pantallas ni microprocesadores, con medios exclusivamente analógicos, también se puede crear un aparato de medida operativo.

Medidor universal
Esquema electrónico del circuito

A grandes rasgos el funcionamiento del dispositivo es el siguiente: se genera una señal sinusoidal mediante un oscilador, dicha señal se amplifica y se dirige a un auricular gracias al cual se escuchará un sonido. En unas posiciones determinadas del circuito se colocan dos resistencias, una conocida que se utiliza como resistencia patrón y una resistencia supuestamente desconocida cuyo valor aproximado se desea averiguar. A continuación se hace girar el potenciómetro hasta que se deje de escuchar el pitido por el auricular. En esa posición la proporción entre la resistencia incógnita y la resistencia patrón es la indicada por la escala que se encuentra en la base del potenciómetro. Sabiendo ese coeficiente y el valor de la resistencia patrón se puede calcular el valor de la resistencia incógnita.

¿Por qué y cuando deja de pitar el auricular? Nótese en primer lugar, que el conjunto formado por la resistencia incógnita y la resistencia patrón está conectado entre la línea de tensión y el polo positivo del condensador de 10µF, exactamente igual que el potenciómetro. Tanto el conjunto de las dos resistencias como el potenciómetro constituyen sendos divisores de tensión cuyos puntos medios son C y D respectivamente. Conforme se hace girar el potenciómetro varía la proporción entre los dos tramos de resistencia en que queda dividida la resistencia total por el punto D y por tanto va variando la tensión de dicho punto. Cuando la proporción entre los dos tramos de resistencia es igual a la proporción entre la resistencia incógnita y la resistencia patrón, el auricular deja de sonar. En esa posición, la caída de tensión en el punto C y la caída de tensión en el punto D son iguales y por tanto no hay diferencia de tensión entre los extremos del auricular, la corriente deja de pasar a través suyo y lógicamente deja de sonar. Siempre que haya dos resistencias que guarden esa misma proporción habrá que situar el potenciómetro en la misma posición para que el auricular deje de sonar. El procedimiento de medida se basa en este hecho.

 

Imagen del circuito completo
Imagen del circuito completo

 

Tal como ya se ha dicho, además de medir resistencias también se pueden medir condensadores. Colocando en la posición de las resistencias un condensador de valor conocido y otro cuyo valor se desconoce se puede averiguar la capacidad de este último. Incluso se puede utilizar como medidor de la intensidad de la luz mediante una LDR. Colocando una resistencia de valor conocido (por ejemplo una de 1kΩ para facilitar los cálculos) y una LDR en las posiciones de medida, la resistencia de esta variará en función de la luz incidente y por tanto la posición de la escala en la que el potenciómetro detenga el pitido, será una medida indirecta de la intensidad de la luz ambiente.

El oscilador está formado por el conjunto de tres condensadores y resistencias conectados a la base del transistor T1. Se observa que hay una realimentación desde el colector de T1 a la base a través del condensador C1. Siempre es necesario que haya realimentación en los osciladores porque en caso contrario se amortigua la oscilación hasta desaparecer. Los osciladores de baja frecuencia se basan en circuitos de este tipo formados por condensadores y resistencias, sin embargo no he hallado en ningún sitio una explicación convincente del funcionamiento del conjunto y de como se genera la señal periódica. En cualquier caso gracias a dicho circuito, en el colector de T1 se obtiene una señal sinusoidal perfecta de 510 Hz tal como se observa en la imagen mostrada a continuación. Esta señal es amplificada por T2 y transmitida al auricular que genera a su vez el pitido utilizado para efectuar las mediciones.

 

Tensión en el colector de T1
Tensión en el colector de T1

 

El dispositivo en realidad no es muy útil por diversas razones. En primer lugar ha sido preciso crear la escala tomando numerosas medidas con resistencias conocidas porque se había perdido la que venía con el equipo. Pero incluso aunque se dispusiese de una escala ya graduada, el procedimiento de medida es farragoso porque obliga a colocar la resistencia, girar el potenciómetro hasta que se apague el pitido, tomar el coeficiente indicado por la escala y efectuar un cálculo para averiguar el valor de la resistencia. Un multímetro, en cambio, nos proporciona directamente una cifra mostrada en una pantalla en un instante. Además tanto las resistencias como los condensadores tienen su valor indicado en la parte exterior. Por otra parte es conveniente que no haya mucha diferencia entre los valores de la resistencia incógnita y la resistencia patrón lo cual nos obliga a cambiar también esta última en muchos casos. Si son similares, las medidas se distribuyen en la parte central de la escala pero si son muy diferentes se concentran en la parte superior de la escala con lo cual el aparato resulta muy poco preciso. Seguramente por este motivo los multímetros tienen varias escalas con diferentes fondos de escala para obtener una medida precisa sea cual sea la magnitud de la resistencia.

 

Detalle de auricular, potenciómetro y escala
Detalle de auricular, potenciómetro y escala

 

A pesar de que el dispositivo no es muy útil, resulta muy interesante y muy instructivo ya que desde nuestro punto de vista lo importante es analizar el circuito y entender cómo funciona. El procedimiento de medida por comparación entre dos resistencias y dos divisores de tensión, haciendo que se anule la corriente por el auricular es sumamente ingenioso. Las medidas efectuadas por los multímetros se basan también en el mismo principio, en la comparación de resistencias, pero la presentación de los resultados es mucho más práctica y más directa. Así pues el dispositivo en cuestión supone una primera aproximación al funcionamiento de los aparatos de medida.

Temporizador

Detalle del circuito

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Los temporizadores son utilizados ampliamente en multitud de aparatos y procesos industriales, normalmente formando parte de sistemas más complejos aunque también existen dispositivos específicos que cumplen esta función. Desde el control de la duración de las revoluciones de una lavadora o el tiempo de cocción de un microondas hasta la duración de una operación de prensado de chapa metálica en la industria del automóvil, la medición del tiempo preciso para realizar una determinada operación es una necesidad ineludible. Con este montaje vamos a ver como se podría realizar un sencillo temporizador con elementos de electrónica analógica.

 El circuito funciona de la manera siguiente. El sistema parte de una posición de reposo en que no está temporizando. Al desplazar el conmutador hacia la derecha se inicia la temporización que dura un intervalo de tiempo determinado, regulable con el potenciómetro, y durante la cual se enciende la bombilla. Una vez finalizado el intervalo de tiempo la bombilla se apaga y el circuito se queda inactivo pero en un estado distinto al inicial. Para volver a la situación de reposo inicial es preciso volver a desplazar el conmutador hacia la izquierda. Así pues, el circuito se caracteriza por tres estados diferentes: reposo, temporización y final de temporización.

 

Esquema eléctrico del temporizador
Esquema eléctrico del temporizador

 

El circuito se basa en la interacción de dos transistores y en la acción de un condensador (en realidad dos condensadores de 125 µF en paralelo que equivalen a uno solo de 250µF) cuyo periodo de carga es el que determina la duración del intervalo de tiempo que dura la temporización. Veamos la situación y evolución de estos elementos en cada uno de los tres estados que presenta el sistema para comprender en profundidad el funcionamiento del circuito.

 En el estado de reposo, a pesar de lo que pueda parecer porque la bombilla está apagada, el transistor T2 está conduciendo y casi toda la corriente que entra en el circuito pasa a través suyo y de la bombilla. Se comprueba que esto es así porque la corriente que pasa por el colector de T2 y la bombilla es de 50,4 mA, prácticamente igual a la que circula por la resistencia de 47Ω (la que entra en el circuito) que es de 51,3 mA. A pesar de ello la bombilla está apagada porque no se le aplica una tensión suficiente (únicamente 1V) y casi toda la tensión la soporta el transistor (4,80 V). Por su parte T1, que en un análisis apresurado del circuito podríamos suponer que está conduciendo para que T2 no conduzca y la bombilla no se encienda, en realidad está en corte, tal como indican la tensión entre emisor y base y la corriente que circula por la resistencia de 2,2 kΩ que procede toda ella de la base de T2. No hay caída de tensión en los condensadores de 125 µF porque están cortocircuitados.

Al desplazar el conmutador a la derecha se inicia el intervalo de tiempo durante el cual estará encendida la bombilla, es el periodo de temporización. Ahora empieza a circular corriente por los dos condensadores de 125 µF, comienzan a cargarse y a aumentar la diferencia de tensión entre sus bornes. Por tanto la tensión de la base de T1, conectada al extremo negativo de los condensadores, comenzará a disminuir progresivamente hasta provocar que T1, que siguen en corte, entre en conducción, momento en el cual finalizará la fase de temporización. Entre tanto, T2 sigue conduciendo pero ha variado el reparto de tensiones y la que se aplica ahora a la bombilla (1,48 V) si es suficiente para que se encienda aunque de una manera muy tenue. Mediante el potenciómetro se puede variar la resistencia del circuito de carga de los condensadores, por tanto se puede variar la corriente que circula por los mismos y en consecuencia se puede variar el tiempo que tardan en cargarse. Es decir, mediante el potenciómetro se puede variar la duración del intervalo de tiempo en el que la bombilla se mantiene encendida.

 En el momento en que T1 empieza a conducir finaliza el intervalo de tiempo de temporización, la bombilla se apaga y se inicia el estado que hemos denominado “final de temporización” que es diferente al estado de reposo. Al caer la tensión en su base, el transistor T1 entra saturación, toda la caída de tensión en esa rama se produce en la resistencia de 2,2 kΩ, y esto provoca que T2 entre en corte, la tensión en su base es de 8,24 V superior incluso a la del emisor, y la bombilla se apaga. Este estado se mantendrá indefinidamente si no se hace nada, para volver al estado inicial de reposo y poder realizar una nueva temporización posteriormente, se deberá desplazar el conmutador a la izquierda.

 

Imagen del circuito
Imagen del circuito

 

El análisis del circuito se ha basado en la toma de medidas de tensión en bornes de los transistores, de las resistencias y de los condensadores con un multímetro y en alguna medición de corriente (siempre más compleja porque hay que desconectar alguna parte del circuito) para aclarar la situación concreta de algún elemento. La toma de medidas reales es fundamental ya que un análisis por encima del circuito a la vista del esquema puede inducir a error y a una interpretación incorrecta del funcionamiento del mismo. En el caso concreto del estado de reposo, la situación de los transistores no estaba clara a la vista de la tensión entre emisor y colector y ha sido necesario tomar numerosas medidas para aclarar su estado que ha resultado no ser el esperado.

Es evidente que con los medios de la electrónica digital hubiese sido mucho más fácil crear un temporizador, pero esto no resta interés al circuito, al contrario, resulta sumamente instructivo ver de que manera se podría implantar una función tan útil y necesaria con procedimientos analógicos.

 

Alarma de luz

Hemos comprobado en artículos anteriores la versatilidad y utilidad del circuito formado por dos transistores cruzados. Se ha utilizado como circuito marcha / paro, como detector de sonido o de luz o para encender una bombilla de forma intermitente. Sus posibilidades son amplísimas. En esta nueva aplicación se utiliza la señal variable y periódica generada por ambos transistores para producir un sonido.

 La función del montaje es la de actuar como una alarma situada en una habitación a oscuras que se dispara al abrir una puerta o ventana o al encenderse la luz. Como detector de luz se utiliza una fotorresistencia LDR. Para generar el pitido de alarma se utiliza un altavoz. Pero un altavoz no suena si circula por el una corriente continua, para que produzca un sonido se le debe aplicar una tensión y corriente variables.

 

Esquema del circuito
Esquema del circuito

 

Esta tensión variable se obtiene mediante el ya mencionado circuito de transistores cruzados junto con dos condensadores que provocan la conmutación de uno a otro. Como ya sabemos, cuando uno de los dos transistores conduce y la corriente circula por su rama impide que suceda lo mismo en la otra rama y el otro transistor permanece en corte. Para provocar la conmutación y que la corriente pase de una rama a otra, se utilizan sendos condensadores unidos a la base de los transistores. El condensador se va cargando y va aumentando la tensión de la base hasta que la diferencia de tensión con el emisor es inferior a 0,6 V lo cual provoca que el transistor entre en corte y la corriente pase a circular por la otra rama. Esta alternancia de la corriente entre una rama y otra provoca en los colectores de ambos transistores una variación de la tensión periódica que aplicada a un altavoz genera un sonido, el pitido de alarma. Al aplicar dicha señal variable y periódica sobre una bombilla o led obteníamos una luz intermitente, al aplicarla sobre un altavoz obtenemos un sonido, un pitido desagradable pero sonido al fin y al cabo.

Lo más novedoso e interesante desde un punto de vista electrónico de este montaje es la manera de activar y desactivar el circuito principal mediante un tercer transistor interpuesto. Si no llega la corriente al circuito principal formado por los dos transistores y los dos condensadores cruzados el altavoz no sonará. Así pues en la situación de reposo, cuando la luz no incide sobre la LDR, el transistor T3 está en corte y el pitido no suena. En cuanto se activa T3 mediante la LDR la corriente puede llegar hasta T2 y el pitido insidioso empieza a sonar.

También es interesante analizar como funciona el detector de luz, como está colocada la LDR para activar y desactivar T3. La fotorresistencia está conectada al colector de T3 y forma un divisor de tensión con la resistencia de 680Ω. Cuando no hay luz, la resistencia de la LDR es muy elevada y esto provoca que la base de T3, que es el punto medio del divisor de tensión, se encuentre a una tensión muy cercana a 9V pues la caída de tensión en la resistencia de 680Ω es mínima (base y emisor están prácticamente a la misma tensión) y por tanto que T3 esté en corte. Cuando la luz incide sobre la LDR su resistencia disminuye drásticamente, por tanto la diferencia de tensión entre la base y el emisor aumenta y T3 conduce permitiendo que la corriente llegue al circuito alternante y el altavoz comience a sonar. Así pues mediante un divisor de tensión y la LDR estratégicamente situada se consigue variar la tensión de la base para controlar el transistor T3.

Por último señalar como dato curioso que en función de la intensidad de la luz que incide sobre la LDR varía la frecuencia del sonido emitido por el altavoz.

 

Imagen del circuito
Imagen del circuito

Así pues estamos ante un montaje muy similar a los anteriores, basado en el mismo circuito, que en esta ocasión se utiliza para generar un sonido, y que como novedad interesante desde un punto de vista electrónico presenta la manera en la que se activa y desactiva el circuito principal mediante un transistor interpuesto y la forma en la que está dispuesta la fotorresistencia para controlar a su vez a dicho transistor.

 

 

Detector de sonidos

Detalle circuito

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Vamos a ver una nueva aplicación del circuito formado por dos transistores cruzados. En este caso se trata de un detector de ruidos o sonidos que activa una pequeña bombilla cuando se produce uno de ellos. Como detector de los sonidos se utiliza un altavoz.

 

Tal como sabemos la configuración formada por dos transistores entrelazados nos permite ir traspasando la corriente de una rama a otra de un circuito al provocar el corte del transistor que está conduciendo en un momento determinado. Habíamos visto que dicho corte se puede provocar mediante un pulsador que una la base a tensión o bien mediante un condensador que eleve la tensión de la base hasta lograr que sea igual o superior a la del emisor. Ahora vamos a ver un tercer método para provocar el corte mediante un pico de tensión en la base que haga que su tensión sea momentáneamente igual o superior a la del emisor.

 

Un altavoz es un dispositivo que convierte una corriente variable en un sonido al hacer vibrar una membrana de papel. Pero el altavoz, como muchos aparatos eléctricos (generador-motor eléctrico) es reversible de modo que al provocar una vibración en la membrana de papel se genera una pequeña corriente variable en bornes del dispositivo. En este montaje se utiliza de esta manera, como detector de ruidos pues recoge mucho mejor que un micrófono los sonidos ambientales.

 

Esquema del circuito
Esquema del circuito

 

Al captar un sonido, el altavoz genera una tensión variable que se transmite a través del potenciómetro y del condensador de 10µF hasta la base de T1. El potenciómetro se utiliza para modificar la sensibilidad del circuito a los ruidos. Si la resistencia del potenciómetro es elevada limitará la corriente generada por el altavoz y el circuito solo responderá a sonidos muy intensos. Si lo giramos en sentido contrario, la resistencia será menor y mayor la corriente que llegue a la base de T1 por lo que cualquier pequeño ruido disparará el circuito. El transistor T1 amplifica la tensión que recibe en la base por lo cual en su colector se produce una variación de tensión aumentada pero idéntica a la señal variable generada por el altavoz.

 

La señal del colector de T1 se transmite a través del condensador de 4 µF y de la resistencia de 27 kΩ hasta la base de T2. Al ser una señal variable puede atravesar el condensador cosa que no sucedería si la señal fuese continua. Cuando dicha señal presente un pico de tensión de manera que la tensión en la base aumente y haga que la diferencia de tensión con el emisor sea inferior a 0,6 V entonces el transistor T2 entrará en corte permitiendo que conduzca T3 y haciendo que la corriente se traslade a la rama de T3 con lo cual la bombilla se encenderá. Así pues al registrarse un sonido o ruido se encenderá la bombilla. Estamos ante un circuito detector de sonidos.

 

La función del diodo es la de proporcionar un camino a la corriente, a través de la resistencia de 27 kΩ, para alimentar la base de T2 y hacer que el transistor T2 esté en conducción permanentemente a la espera de que se produzca un sonido. Además, al producirse un pico de tensión procedente del colector de T1, el diodo impedirá que la corriente circule hacia la línea de tensión y forzará que se dirija hacia la base de T2 para provocar la conmutación.

 

Tanto T2 como T3 no están realimentados con una resistencia de polarización (tal como si sucede con T1 y la resistencia de 680 kΩ), es decir no se ha fijado un punto de trabajo para ellos y por tanto pasarán de la situación de saturación a la de corte, o viceversa, directamente cuando se produzca la conmutación. De esta manera cuando la corriente circule por la rama de T3, la caída de tensión en bornes del transistor será mínima, del orden de 0,2 V por estar en saturación, y por tanto casi toda la tensión de la pila se aplicará a la bombilla obteniendo así un brillo máximo.

 

También es interesante observar que los emisores de T2 y T3 están unidos entre si y separados ambos de la línea de tensión de 9V por la resistencia de 47 Ω y el condensador de 125 µF. Es decir, tanto si la corriente circula por la rama de T2 como si circula por la rama de T3 pasará por la resistencia de 47 Ω con lo cual se establece una pequeña diferencia de tensión entre la línea de tensión y la línea de los emisores. De esta manera se favorece la conmutación ya que al producirse un pico de tensión en la base de T2 o al activarse el pulsador que une la base de T3 a la línea de 9V, la tensión en la base será incluso superior a la del emisor con lo cual el traspaso de un transistor a otro se producirá de inmediato.

 

Imagen del circuito
Imagen del circuito

 

En conclusión, se ha visto una nueva aplicación del circuito formado por dos transistores entrelazados que indica si se ha producido un sonido. Se ha visto que un altavoz puede ser utilizado para detectar sonidos en lugar de producirlos. Pero tal vez lo más interesante es que se ha utilizado una nueva manera de provocar el corte de un transistor. En montajes anteriores se había comprobado que mediante un condensador que aumente progresivamente la tensión de la base o mediante un pulsador que la conecte directamente a tensión se podía provocar el corte de un transistor. Con este dispositivo se pone de manifiesto que mediante un pico de tensión que aumente súbitamente el potencial de la base se puede provocar también el corte del transistor.

 

Bombilla intermitente

Detalle circuito

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En el artículo anterior utilizamos dos transistores cruzados para realizar un circuito marcha paro. Ahora veremos una nueva aplicación, encender una bombilla de manera intermitente, basada en la misma configuración de transistores pero añadiendo esta vez un par de condensadores. El esquema del circuito es el siguiente.

 

Esquema eléctrico
Esquema eléctrico

 

Supongamos que en un momento dado T1 está conduciendo y T2 está en corte. En esa situación la corriente principal circula por la rama izquierda, por T1 y las resistencias de 270 Ω y 4,7 kΩ. Además circula una pequeña corriente desde el emisor a la base de T1 que pasa por el condensador de 125 µF y cruza la bombilla hasta tierra pero es tan débil que no es capaz de encenderla. Esta corriente irá cargando C1 y haciendo que la tensión en la base de T1, unida al polo positivo del condensador, vaya aumentando. Cuando la diferencia de tensión entre el emisor y la base de T1 sea inferior a 0,6 V, el transistor T1 entrará en corte y T2 pasará a conducir.

Una vez se ha producido la conmutación de un transistor a otro, la corriente principal pasará por la rama derecha, por T2 y por la bombilla, y al tratarse de una corriente muy superior será suficiente para encenderla. Igual que antes, también circulará una pequeña corriente por el condensador C2 que procede del emisor de T2 y pasará por la resistencia de 4,7 kΩ. Esta corriente cargará dicho condensador y hará que aumente la tensión en la base de T2 hasta que este entre en corte y se produzca una nueva conmutación. Mientras C2 se carga, se debe descargar C1 para poder reiniciar el ciclo de nuevo cuando se produzca la conmutación. ¿Por donde se descargará C1? El único camino que puede seguir la corriente que descarga C1 es a través de la resistencia de polarización de 330 kΩ y de la resistencia de 4,7 kΩ.

Así pues estamos ante un circuito oscilante que va alternando la corriente de una rama a la otra de forma automática gracias a la acción de los dos condensadores que aumentan la tensión en la base del transistor hasta que provocan su corte y la activación del otro. Gracias a esto la bombilla se irá encendiendo intermitentemente durante una parte del tiempo que dura el ciclo completo.

 

Hasta aquí el funcionamiento básico del circuito. Analizando las curvas de tensión obtenidas con el osciloscopio se puede profundizar todavía más en la comprensión del dispositivo.

 

Tensión condensador C1 125uF
Tensión condensador C1 125uF

Esta es la tensión en bornes del condensador C1 de 125 µF. Se aprecian claramente las curvas características de carga y descarga de un condensador. Durante el semiperiodo más largo se carga C1, aumenta su tensión que llega a un máximo de 8,4 V. Durante el semiperiodo más corto se descarga C1, disminuye la tensión entre sus bornes. El semiperiodo de descarga de C1 coincidirá con la carga de C2 y acabará cuando esta se haya completado. El semiperiodo de carga de C1 es más largo que el de descarga porque la capacidad de C1 (125 µF) es muy superior a la de C2 (10 µF). Como el semiperiodo de descarga es relativamente corto, C1 no tiene tiempo de descargarse del todo y su tensión solo baja hasta 5,1 V.

 

 

Tensión condensador 10uF
Tensión condensador C2 10uF

Esta es la tensión en bornes del condensador C2 de 10 µF. La imagen es muy similar a la anterior sólo que en este caso la carga se produce durante el semiperiodo corto y la descarga durante el largo. Evidentemente ambos semiperiodos son iguales a los anteriores ya que  vienen determinados por lo que tardan en cargarse ambos condensadores, el más largo dura  560 ms y el corto 150 ms. La variación de tensión de C2 es mayor que la de C1, pasa de 1,8V a 8,7V, ya que  tiene menor capacidad (10 µF) pero los intervalos son iguales.

 

 

Tensión en bombilla
Tensión en bombilla

Esta es la imagen de la tensión en bornes de la bombilla. La tensión aumenta bruscamente cuando se produce la conmutación y empieza a circular corriente por la rama de T2. A partir de cierto punto la tensión comienza a disminuir porque la corriente por C2 comienza a disminuir también y como esta es la corriente que pasa por la base afecta a la corriente que pasa por el transistor. Cuando se vuelve a producir la conmutación deja de circular corriente por la bombilla y la tensión cae bruscamente. Este pulso de corriente es el que hace que la bombilla se encienda. Tal como se aprecia en la gráfica, una vez ha terminado el citado pulso la corriente a través de la bombilla no se anula del todo, sigue circulando la corriente de carga de C1, pero esta corriente residual no es suficiente para encender la bombilla.

 

 

Tensión resisitencia 100k
Tensión resisitencia 100k

Esta es la gráfica de la tensión en bornes de la resistencia de polarización de T1 de valor 100 kΩ. Atención: el eje de esta gráfica está desplazado hacia abajo, hasta la primera división de la cuadrícula de unidades, ya que la imagen no cabía en la pantalla del osciloscopio. Es decir la tensión máxima que se registra en esta gráfica es de 13,2 V. ¿Cómo es posible si la tensión de alimentación es de 9V? Esta tensión se debe a la presencia de los condensadores que son elementos que almacenan energía y que en determinados momentos suman su tensión a la de otro punto del circuito resultando una tensión total superior a la de alimentación. Siempre que se trabaja con condensadores hay que tener esto en cuenta para evitar que los componentes sean sometidos a tensiones excesivas.

Al inicio del semiperiodo largo, la tensión en bornes de la resistencia aumenta bruscamente. Un extremo de la resistencia está conectado al polo negativo de C1 que se ha descargado pero aún mantiene una diferencia de tensión en bornes de unos 6 V, y el otro extremo está conectado al polo positivo del condensador de 10 µF que acaba de completar su carga y por tanto está a una tensión elevada de casi 9V. La diferencia entre estos dos puntos provoca la tensión de aproximadamente 13,2 V a la que está sometida la resistencia, superior a la de alimentación. A partir del punto máximo, dicha tensión empieza a disminuir debido a la descarga de C2. Al producirse de nuevo la conmutación, inicio del semiperiodo corto, la tensión cae bruscamente hasta cero voltios lo que indica que no pasa corriente por la resistencia, C2 justo acaba de empezar a cargarse y la diferencia de tensión entre el colector y la base de T2 es casi nula. A partir de ahí empezará a aumentar paulatinamente la tensión por la carga de C2 y el incremento de la tensión en la base de T2 hasta llegar a una nueva conmutación.

 

 

Tensión en base transistor T1
Tensión en base transistor T1

Por último veamos la tensión en la base de T1 respecto a tierra. Atención: esta gráfica también está desplazada hacia abajo, la línea de cero voltios es la primera división de la cuadrícula. Durante el semiperiodo largo se observa el incremento paulatino de la tensión en la base debido a la carga de C1 hasta que provoca la conmutación de un transistor a otro. Al producirse ésta se observa un brusco aumento de tensión en la base hasta llegar a 14,1 V. De nuevo se registra una tensión superior a la de alimentación debido a la suma de las tensiones de los dos condensadores. En el fondo sucede exactamente lo mismo que en la gráfica anterior pero observado desde la base en lugar de en la resistencia, una sobretensión se produce al inicio del semiperiodo largo y otra al inicio del semiperiodo corto.

 

Imagen del circuito
Imagen del circuito

 

Así pues hemos visto un circuito sumamente interesante, formado también por dos transistores cruzados, en el que la conmutación de una rama a otra se produce de forma automática gracias a la acción de dos condensadores y en el que curiosamente se registran tensiones superiores a la de alimentación debido precisamente a la energía (tensión) acumulada en dichos condensadores.

 

Detector de luz – Circuito marcha/paro

Detalle circuito marcha paro

Vamos a ver un circuito sencillo pero muy interesante porque tiene numerosas aplicaciones y resuelve de una manera fácil una función básica muy utilizada. Tal como ya se ha comentado en alguna ocasión, el juego Electronic Engineer está dirigido a niños y por tanto siempre resalta el aspecto más lúdico de los montajes propuestos. En este caso se trata de un detector de luz que indica si alguien ha entrado en una habitación. Sin embargo desde un punto de vista general lo interesante de este circuito es que permite activar y desactivar un transistor mediante dos señales una de encendido y otra de apagado con el auxilio de un segundo transistor que se activa y desactiva inversamente al primero.

 

Detector luz
Esquema eléctrico detector de luz

 

 

El circuito dispone de una fotorresistencia LDR que disminuye conforme aumenta la intensidad de la luz incidente. A oscuras tiene una resistencia de unos 270 kΩ que disminuye hasta unos cientos de ohmios cuando recibe luz. Inicialmente se supone que la bombilla está apagada y la habitación está a oscuras. Al encender la luz de la habitación la resistencia de la LDR disminuye drásticamente, T1 entrará en corte, se activará T2 y se encenderá la bombilla. Aunque posteriormente se apague la luz de la habitación la bombilla permanecerá encendida indicando que alguien ha entrado en ella. Para reiniciar el dispositivo bastará con apretar el pulsador conectado a la base de T2 con lo cual este se desactivará y se apagará la bombilla.

 

Circuito, LDR tapada, bombilla apagada.
Circuito, LDR tapada, bombilla apagada.

 

Pero veamos con más detalle el funcionamiento del circuito para comprender su interés y su utilidad. La parte esencial del circuito está constituida por los dos transistores entrelazados entré si. El colector de T1 está conectado a la base de T2 y el colector de T2 a la base de T1. Esta simetría geométrica sin embargo no provoca un funcionamiento simétrico de ambos transistores como cabría esperar a primera vista, sino todo lo contrario, cuando uno de los dos conduce el otro está en corte y viceversa. Supongamos que T1 está conduciendo en un instante dado, por tanto la caída de tensión entre colector y emisor será muy pequeña, del orden de unos 0,2 V, y como el colector está conectado a la base de T2, la tensión de esta será la misma. Por tanto T2 estará en corte ya que la tensión entre emisor y base no llega a los 0,6 V que como se sabe son necesarios para que conduzca.

 

¿Cómo se invierte la situación? ¿Cómo se consigue que el transistor que está conduciendo pase a estar en corte y viceversa? Simplemente conectando la base del transistor que conduce a la línea de tensión de 9V con lo cual la diferencia de tensión entre la base y el emisor se anula, el citado transistor deja de conducir y entra en corte permitiendo así que el otro transistor se active. El elemento que efectúa dicha conexión en el caso de T2 es el pulsador y en el caso de T1 es la fotorresistencia que realiza exactamente la misma función. Al recibir luz disminuye su resistencia y por tanto la caída de tensión entre sus bornes se hace prácticamente nula con lo cual la base queda a una tensión de casi 9V. La resistencia de 47 Ω y el condensador de 10 µF sirven para establecer una pequeña diferencia de tensión entre la línea de 9V y la línea que une los emisores facilitando así la conmutación de un transistor a otro.

 

Circuito, LDR destapada, bombilla encendida.
Circuito, LDR destapada, bombilla encendida.

 

¿Por qué es interesante este circuito? Su interés va mucho más allá de esta aplicación concreta. Esta configuración nos proporciona la posibilidad de activar y desactivar un transistor mediante dos señales, una de marcha y otra de paro. La función marcha/paro, se utiliza constantemente en la automatización de procesos. Pensemos por ejemplo en un ascensor, al presionar el pulsador de llamada (señal de marcha) se activa el motor que desplaza la cabina. Este motor debe seguir funcionando aunque se haya dejado de apretar el pulsador (de hecho la pulsación solo dura unas décimas de segundo) y solo se detendrá cuando llegue a la planta de destino y el final de carrera emita la señal de parada. También se usa sistemáticamente en los circuitos digitales donde el conjunto de los dos transistores representa un bit, la unidad básica de información, que mediante esta configuración podemos poner a 0 o a 1, activar o desactivar. Un transistor será el que propiamente representa al bit y el otro será la otra cara de la moneda, la negación del primero. Además esta es la configuración más sencilla para realizar esta función. Pruebe el lector a encontrar un circuito más simple que realice la misma función (con un único transistor por ejemplo) y verá que no es posible.

 

Así pues, estamos ante un circuito que a pesar de su sencillez resulta extremadamente útil, que sirve de base para numerosas aplicaciones y que también puede formar parte de circuitos más complejos resolviendo de una manera fácil una función específica.

 

Receptor de radio AM (y 2)

Onda portadora

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El circuito que vamos a ver a continuación es básicamente el mismo del artículo anterior al que se le han añadido dos transistores más, es decir dos etapas de amplificación adicionales, para poder alimentar un altavoz y escuchar el sonido a través de él. Se trata de un circuito realmente interesante, resulta muy instructivo pues se pueden estudiar los conceptos básicos de la emisión de sonido por ondas de radio y los elementos necesarios para su recepción y escucha. En este caso se ha utilizado un osciloscopio digital para obtener imágenes de las señales que maneja el circuito. El esquema electrónico se ha dibujado de una manera ligeramente diferente para que sea más comprensible su funcionamiento.

Esquema del circuito
Esquema del circuito

 

La primera bobina y el condensador variable (situados en la esquina inferior izquierda del circuito) forman el circuito resonante que permite sintonizar una emisora concreta pues actúa como un filtro y solo deja pasar una frecuencia determinada. Es la antena del circuito. Variando la capacidad del condensador variará la frecuencia que es capaz de captar y por tanto la emisora recibida.

La segunda bobina está acoplada magnéticamente a la primera, ambas están arrolladas sobre un mismo cilindro con un núcleo de metal ferromagnético en su interior, por lo cual se genera en bornes de ella una tensión variable idéntica a la que soporta la primera bobina aunque de menor amplitud ya que tiene menos espiras. Esta segunda bobina está conectada a la base del primer transistor T1 que amplifica la citada tensión variable.

A la salida del transistor T1 por su colector se encuentran un condensador de desacoplo de 0,1 µF, que sirve simplemente para evitar que circule la corriente continua por esa rama, y un diodo y un condensador en paralelo de 47 nF que forman un circuito denominado “detector de envolvente”. Tal como se explicó en el artículo anterior, la onda portadora de frecuencia elevada tiene una amplitud variable determinada por la onda moduladora que es la que representa propiamente el sonido a transmitir. La envolvente de la onda portadora es pues la onda moduladora. La función del circuito detector de envolvente es “separar” la onda moduladora de la onda portadora. El funcionamiento de dicho circuito es muy similar al de un rectificador de media onda al que se le une un condensador para disminuir el rizado. Al ser la frecuencia de la onda portadora muy elevada la tensión en bornes del condensador de 47 nF no tiene tiempo de seguirla, su evolución es mucho más lenta de manera que se va ajustando a la curva formada por los picos de la portadora, es decir, adoptará la forma de la envolvente. Este circuito es el que realmente crea la onda moduladora. Hasta este punto solo tenemos una onda portadora de alta frecuencia con una amplitud variable pero la moduladora propiamente no existe. Es el circuito detector de envolvente el que genera la onda moduladora, es decir, descifra la información que estaba contenida en la onda portadora y restituye la onda moduladora. Así pues, en bornes de la segunda bobina se presenta la onda portadora de amplitud variable, en bornes del condensador de 47 nF se genera la onda moduladora y en la base de T1 tendremos la superposición de ambas tensiones que será amplificada por el transistor.

Donde mejor se observa la onda portadora es en bornes del transistor T1. Curiosamente si se toma la tensión en bornes de las bobinas con el osciloscopio no se aprecia una forma de onda definida. Esto se debe seguramente a las limitaciones del propio osciloscopio que no es de gran calidad y cuya sensibilidad mínima en la escala de tensiones es de 10 mV. En cambio si se toma la tensión en el colector de T1 respecto a tierra, ya ha sido amplificada, se aprecia perfectamente la onda portadora, una sinusoidal de elevada frecuencia y amplitud variable tal como se puede ver en la siguiente imagen.

 

Tensión en colector de T1 (respecto a tierra)
Tensión en colector de T1 (respecto a tierra)

 

Tomando medidas en el gráfico se obtiene una frecuencia de 1,346 MHz y una amplitud máxima de 16 mV. Dicha frecuencia se corresponde casi exactamente con la de la emisora comercial que se escuchaba en el altavoz.

Si se toma la tensión entre el punto común del diodo y el condensador de 47 nF respecto a tierra se obtiene la primera imagen de la onda moduladora. Téngase en cuenta que estas dos imágenes tienen escalas de tiempo completamente distintas. La moduladora que estaba implícita en la amplitud variable de la portadora ya tiene existencia real.

 

Tensión a la salida del diodo
Tensión a la salida del diodo

 

Volvamos otra vez al colector de T1. La corriente que sale por él se encuentra con una bobina y una resistencia de valor elevado. La impedancia de las bobinas es proporcional a la frecuencia de la corriente por lo que presentan mucha mayor resistencia al paso de las señales de frecuencia elevada que a las de menor frecuencia. Así pues, el conjunto de bobina y resistencia actúa como un filtro que dejará pasar la componente de la corriente correspondiente a la onda moduladora, de mucha menor frecuencia, pero impedirá el paso de la portadora. Efectivamente, en el punto A ya solo encontramos la señal moduladora tal como se aprecia en la siguiente imagen.

 

Tensión en punto A
Tensión en punto A

 

El resto del circuito es más convencional, similar a los montajes que se han visto anteriormente. Consta de dos etapas de amplificación formadas por sendos transistores que preparan la señal para ser reproducida por el altavoz. La tensión del punto A se transmite a la base de T2 a través del potenciómetro que nos permite variar el volumen del sonido. Esa es la ubicación ideal del potenciómetro ya que variando la pequeña corriente que circula por la base de T2 se consigue modificar toda la cascada de tensiones hasta controlar el volumen del altavoz. La imagen de la tensión en la base de T2 respecto a tierra obtenida con el osciloscopio es la siguiente.

 

Tensión en la base de T2
Tensión en la base de T2

 

En este caso se puede calcular la corriente que pasa por el transistor T2 ya que hay una resistencia conectada a tierra. Es un valor aproximado porque se desprecia la pequeña corriente que sale hacia el tercer transistor. En cualquier caso al variar la posición del potenciómetro también variará ligeramente la corriente que circule por T2, por lo que es un valor orientativo, nos indica el orden de magnitud para poderla comparar después con la que pasa por T3. Medida con un voltímetro, la tensión en bornes de la resistencia de 1,5 kΩ resulta ser de 1,54 V por lo que la corriente es de 1,03 mA.

Desde el colector de T2 se transmite la señal hacia la base del tercer transistor a través de un condensador de desacoplo. La imagen de la señal en la base de T3 es la siguiente.

 

Tensión en la base de T3
Tensión en la base de T3

 

Aunque las imágenes puedan parecer distintas en realidad se trata de la misma señal que se va transmitiendo de un punto a otro hasta llegar al altavoz. Hay que tener en cuenta que la señal de audio está cambiando constantemente y que las lecturas se han efectuado en momentos diferentes por lo que nunca podrá haber dos imágenes iguales. Por otro lado se han ido modificando las escalas de tensión y de tiempo en el osciloscopio a lo largo de las distintas mediciones por lo que el aspecto general de las imágenes también puede variar considerablemente. Al aumentar la escala de tensión se aplana mucho la imagen de la señal por lo que los picos que se observan en otras ocasiones no resaltan tanto.

Finalmente se muestra la imagen de la señal entre el colector de T3 y tierra que es precisamente la tensión que se aplica al altavoz, la corriente que se convierte en sonido.

 

Tensión en el altavoz
Tensión en el altavoz

 

La amplitud máxima de la señal en la base de T2 era de unos 26 mV mientras que en la base de T3 era de unos 280 mV. Para calcular la corriente que pasa por T3 se ha puesto provisionalmente una resistencia de pequeño valor (15,1 Ω) entre el altavoz y tierra que no aparece en el esquema del circuito. La caída de tensión en bornes de dicha resistencia medida con un voltímetro resulta ser de 93 mV con lo cual la corriente por T3 y por el altavoz es de 6,16 mA, es decir unas seis veces superior a la que circulaba por T2. Estos datos ponen de manifiesto que efectivamente se ha conseguido el objetivo perseguido con las distintas etapas de amplificación que era aplicar una potencia suficiente al altavoz para que funcione adecuadamente y pueda reproducir fielmente la señal con un volumen apropiado. La emisora sintonizada se oía perfectamente salvo algún ruido de fondo y algunas interferencias o pitidos que se escuchaban sobre todo al efectuar mediciones.

Por último se debe recordar que los transistores no soportan únicamente la tensión variable sino que para realizar correctamente su función de amplificador deben operar en un “punto de trabajo” alejado de la zona de saturación y de la zona de corte y en el que están sometidos a una tensión y a una corriente continuas muy superiores. El osciloscopio permite enmascarar la corriente continua y mostrar solo la tensión variable que es de mayor interés y por tanto es la única que se ha mostrado hasta ahora. La imagen de la tensión completa, incluida la componente continua, a la que está sometido el altavoz es la siguiente. Utilizando el gráfico la tensión continua (promedio) resulta ser de unos 2,5 V.

 

Tensión continua en el altavoz
Tensión continua en el altavoz

 

Así pues se trata de un interesante circuito que nos permite analizar los conceptos relacionados con la emisión de sonido por ondas de radio y conocer los elementos básicos y el funcionamiento de un receptor de radio de AM. Realmente muy instructivo.

 

Imagen del circuito
Imagen del circuito

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Receptor de radio AM

En esta nueva entrega del juego Electronic Engineer vamos a realizar un sencillo receptor de radio AM.

 Resumiremos muy brevemente como funciona la emisión de ondas de radio para comprender el funcionamiento del receptor. Para emitir una señal de audio por ondas de radio es preciso codificarla de alguna manera pues en el aire hay multitud de emisiones debidas a diversos fenómenos electromagnéticos tanto naturales (rayos, radiación cósmica) como de origen humano (líneas eléctricas de alta tensión, emisiones de radio, interferencias de aparatos eléctricos, etc.). La onda emitida se compone siempre de otras dos: la portadora y la moduladora. La portadora es una señal de alta frecuencia que tiene mucha más penetración en el aire y que sirve para distinguir a unas emisoras de otras porque cada una de ellas emite en una frecuencia diferente. La onda moduladora es la que contiene la información a transmitir, es decir, es la que se genera directamente a partir de la señal de audio, tiene una frecuencia mucho menor y se añade, se suma a la señal portadora para ser transmitida.

 Básicamente existen dos métodos analógicos de modulación de ondas de radio que se diferencian en la manera en que se combinan esas dos ondas, la portadora y la moduladora. Los dos métodos de emisión son la modulación de amplitud o amplitud modulada (AM) y la modulación de frecuencia o frecuencia modulada (FM). La AM consiste en una onda portadora de frecuencia fija pero de amplitud variable en función de la señal moduladora. Las frecuencias utilizadas en AM varían entre 500 y 1700 kHz. La FM en cambio mantiene una amplitud fija de la portadora y lo que varía es su frecuencia en función de la señal moduladora. Las frecuencias utilizadas en la difusión comercial en FM varían entre 87 y 108 MHz. La emisión por AM es la primera que se utilizó y requiere circuitos emisores y receptores mucho más sencillos. Sin embargo, hoy en día se utiliza principalmente la emisión en FM porque presenta una serie de ventajas y mejora la calidad de la transmisión. Aparte de estos dos métodos analógicos existen otros métodos de emisión digitales en los que no vamos a entrar porque escapan al interés de este artículo.

 

Transmisión en AM y FM. La onda superior es la moduladora. Tomado de Wikipedia.
Transmisión en AM y FM. La onda superior es la moduladora. Tomado de Wikipedia.

 

Así pues el circuito receptor deberá por una parte sintonizar una emisora concreta, es decir seleccionar una emisión con una frecuencia determinada de entre todas las posibles y por otro lado separar la onda moduladora de la portadora para recuperar la señal de audio transmitida.

 

Esquema eléctrico del circuito.
Esquema eléctrico del circuito.

 

En primer lugar tenemos la antena formada por dos bobinas y un núcleo de hierro en su interior. Las bobinas son capaces de captar las débiles ondas de radio emitidas por las estaciones. Las ondas de radio, al ser radiaciones electromagnéticas, generan una pequeña corriente eléctrica al atravesar una bobina. Este efecto es reforzado por el núcleo de hierro que aumenta la autoinducción magnética de la bobina. Ambas bobinas están acopladas magnéticamente, lo cual significa que el flujo magnético que las atraviesa es común a las dos, pero no están conectadas eléctricamente.

 

Detalle bobina doble
Detalle de la bobina doble

 

La bobina que cuenta con mayor número de espiras (cables rojo y amarillo) está conectada en paralelo con un condensador variable. Este circuito sirve para seleccionar la frecuencia de la emisora que se va a escuchar. Tanto las bobinas como los condensadores presentan una resistencia variable a la corriente eléctrica (impedancia) que es función de la frecuencia de dicha corriente. Cuando la caída de tensión en bornes de la bobina y del condensador es la misma se produce el fenómeno llamado resonancia por el cual el circuito deja pasar la corriente que tiene esa frecuencia e impide el paso de las corrientes que tengan una frecuencia distinta. Es decir el circuito actúa como un filtro y solo deja pasar una frecuencia concreta, lo cual se utiliza para sintonizar una emisora determinada ya que cada una de ellas emite en una frecuencia diferente. Por este motivo se utiliza un condensador variable. Variando su capacidad varía la frecuencia de resonancia y por tanto la emisora que se puede sintonizar. El condensador variable utilizado es de los llamados “trimmer” que tienen muy poca variación de capacidad (en este caso entre 4 pF y 50 pF) ya que no se disponía de los que se utilizan habitualmente en los aparatos de radio y que cuentan con un mayor rango de variación de la capacidad. A pesar de ello se ha podido captar una estación de radio que emitía dentro de ese intervalo de frecuencias.

 

Detalle condensador variable. Se ajusta con un destornillador.
Detalle del condensador variable. Se ajusta con un destornillador.

El flujo magnético generado por la bobina grande atraviesa la bobina pequeña (cables verde y gris) y genera en bornes de esta una pequeña corriente eléctrica que es la señal que se dirige al circuito amplificador. Así pues la que actúa como antena y además sintoniza la frecuencia a escuchar es la bobina grande mientras que la pequeña es la que está conectada directamente al circuito y envía la señal que se va a amplificar. Tal como ya se había comentado, ambas bobinas están acopladas magnéticamente pero no están conectadas eléctricamente.

La corriente amplificada por el transistor y que sale por su colector puede seguir dos caminos. Por un lado hay una bobina con una resistencia en paralelo. Tal como se ha dicho, la impedancia de la bobina es proporcional a la frecuencia de la corriente por lo que no dejará pasar las corrientes de frecuencia elevada. Así pues, el conjunto de bobina y resistencia de valor elevado actúa como un filtro y no dejará pasar la componente de la corriente correspondiente a la onda portadora que es de frecuencia elevada pero si permitirá el paso de ondas de frecuencia mucho menor.

 

Circuito completo
Circuito completo

 

El otro camino a la salida del colector está formado por un diodo y un condensador que constituyen lo que se denomina circuito detector de envolvente. El diodo rectifica la corriente y la inercia del condensador hace que no se reflejen las variaciones rápidas de corriente con lo cual a la salida se obtiene la envolvente de la forma de onda que coincide con la onda moduladora. Esta se amplía de nuevo pues vuelve a entrar por la base del transistor. Esta corriente si podrá atravesar la bobina pues su frecuencia es mucho menor que la de la portadora. Así pues el conjunto del detector de envolvente y la bobina que actúa como filtro consiguen separar la onda moduladora de la portadora y solo permiten que pase al auricular la onda moduladora que es la que contiene realmente la señal de audio.

Aunque en el esquema eléctrico se ha representado un altavoz ya que el programa de diseño de circuitos no cuenta con otro símbolo, en realidad el dispositivo conectado a la salida del circuito para escuchar la emisión es un auricular. Hubiese sido precisa una nueva etapa de amplificación, como veremos en montajes posteriores, para proporcionar corriente suficiente al altavoz.

A pesar de las limitaciones que impone el condensador variable (trimmer) utilizado, se ha comprobado que el circuito funciona perfectamente ya que ha sido posible captar una emisora que radiaba en ese intervalo de frecuencias. El sonido recibido en el auricular es muy débil, incluso con el potenciómetro al máximo, pero se capta claramente una emisión de radio.

 

Amplificador de teléfono

Vamos a ver un nuevo montaje del juego Electronic Engineer. Tal como ya se ha comentado en varias ocasiones, es difícil llegar a comprender el funcionamiento de los circuitos sin unos conocimientos sólidos de electrónica. Eso no impide que el juego sea un buen medio para que un niño se familiarice con la electrónica y con los componentes utilizados en los circuitos. Por todo ello el manual del juego hace hincapié en las aplicaciones lúdicas de los montajes presentados. La posibilidad de escuchar conversaciones a distancia sin ser visto, de establecer comunicaciones entre distintas habitaciones o de enviar mensajes secretos mediante el código Morse son los aspectos resaltados por el juego. Este montaje forma parte del capitulo de “telecomunicaciones” y permite escuchar por el altavoz lo que se dice por el auricular convertido en micrófono o bien una conversación telefónica a través de una bobina que capta las interferencias electromagnéticas del teléfono. Sin embargo desde el punto de vista de esta web, cuyo interés es puramente la electrónica, se trata de un nuevo amplificador similar a otros del mismo juego que se han visto ya.

Esquema eléctrico del circuito.
Esquema eléctrico del circuito.

 

El circuito, en efecto, se trata de un amplificador de tres etapas similar al del montaje anterior. En este caso la señal a amplificar entra por la base del primer transistor T1 y se transmite a la siguiente etapa a través del colector como es habitual. Entre el primer transistor y el segundo se encuentra un potenciómetro que sirve para regular el volumen del altavoz variando la corriente que alimenta a la segunda etapa. Entre las distintas etapas hay condensadores de desacoplo para impedir el paso de la corriente continua. Las tres etapas son semejantes a las utilizadas en montajes anteriores por lo que no merecen mayor comentario. En este caso al ser las tres etapas amplificadoras el factor de amplificación conjunto es bastante elevado. Por este motivo es fácil que se acoplen el micrófono y el altavoz produciéndose un desagradable pitido. Este efecto se evita alejando el micrófono y bajando el volumen mediante el potenciómetro.

 

Detalle de la bobina
Detalle de la bobina

 

Lo más interesante de este circuito es que introduce una bobina que actúa a modo de antena y es capaz de captar las interferencias electromagnéticas que se producen a su alrededor. Mediante un conmutador se puede dirigir al circuito amplificador la señal del micrófono o bien la señal de la bobina. En teoría dicha bobina permitiría escuchar, a través del altavoz del circuito, una conversación telefónica acercándole el auricular de un aparato de teléfono clásico. El juego Electronic Engineer data de los años 60 del siglo pasado y como no disponemos de uno de esos teléfonos se ha probado este efecto acercando el pequeño altavoz de un móvil a la bobina. ¡Eureka!. El sonido emitido por el móvil se oye perfectamente por el altavoz del circuito. Sin contacto directo y sin una membrana que transmita las vibraciones sonoras como en los micrófonos, la bobina es capaz de captar la leve señal magnética generada por el altavoz del móvil y de transmitirla al circuito. Realmente es sorprendente, el efecto que anunciaba el manual del juego se produce realmente. Aunque hay que acercar mucho el móvil no hay un contacto directo y tampoco hay una membrana que pueda transmitir las vibraciones por tanto lo que está captando la bobina es el pequeñísimo campo magnético generado por el móvil. Esa débil señal es amplificada por el circuito, que es uno de los más sensibles que se han realizado, y se escucha nítidamente a través del altavoz. Así pues se ha comprobado la capacidad de la bobina de captar un débil campo magnético y la eficacia del circuito al amplificar pequeñas señales eléctricas.

 

Imagen del circuito
Imagen del circuito