Principal Arriba Comentarios Contenido Dejar de fumar Buscar

 

 

Modulacion en Pantalla

 

 

 

La aparición del transistor en escena y su progresivo desarrollo en forma meteórica no ha dado tiempo a que la válvula electrónica pierda vigencia aún en muchas aplicaciones. No obstante, no pasará mucho tiempo más para que definitivamente se convierta en una pieza de museo muy difícil de conseguir.

Esta generación de experimentadores y radioaficionados aún tiene la oportunidad de incursionar en las bondades de este dispositivo y encarar un proyecto que le permita recrear las condiciones de trabajo de quienes les precedieron.

El armar un circuito de un transmisor ya comprobado y experimentado su funcionamiento es una actividad del experimentador radioaficionado muy parcializada ya que incursiona tan solo por la práctica del armado si bien el ajuste y puesta en funcionamiento requiere transitar por conocimientos teóricos importantes.

El proyectar el transmisor, el sumergirse en los manuales, la recopilación de información y la justificación teórica de cada una de nuestras decisiones es una de las actividades más completas y que más llena de satisfacción al experimentador radioaficionado.

Si bien nuestro proyecto tiene forma concreta y está funcionando, este tan solo se toma como base y verificación práctica de cada uno de los aportes que desde la teoría nos acercan los estudiosos del tema.

La presentación se hace dentro de un marco teórico de divulgación, en muchos casos el tratamiento del tema no tiene toda la formalidad deseada y el cálculo matemático aparece simplificado con la intención de universalizar el proyecto de construcción de nuestro emisor valvular.

El marco de referencia fue elegido en el The Radio Amateurs Handbook con intención de revisión y actualización de algunos conceptos vertidos durante tantos años y que en muchos casos la rectificación obedece a errores de impresión más que conceptuales.

 

Modulación en Reja Pantalla y Control

 

Principio de funcionamiento
 

Con modulación en reja pantalla la tensión de placa es constante y el aumento de la potencia de salida en condiciones de modulación se obtiene haciendo variar, tanto la corriente como el rendimiento de placa.

Para una profundidad de modulación del cien por cien (Índice de modulación = 1), tanto la corriente como el rendimiento de placa deben, en el pico de modulación positivo, poder duplicar los valores correspondientes a la portadora en reposo. De tal manera, en el pico de la envolvente de modulación se duplicará la potencia de entrada, y como también se duplicará el rendimiento de placa en ese mismo instante, la potencia de salida en los picos será de cuatro veces el valor de la portadora.

El rendimiento obtenible en los picos depende de cuan cuidadosamente se ajuste el amplificador modulado y, en algunos casos, puede ser tan elevado como un 80%.

Por lo general, es del 60% al 70% cuando se ajusta el amplificador para obtener buena linealidad. El rendimiento sin modulación es la mitad del rendimiento de pico, aproximadamente un 33%.

Este bajo rendimiento reduce la potencia de salida de portadora admisible a menos de la cuarta parte de la potencia que se puede obtener de una válvula determinada trabajando en onda continua (cw) y a menos de un tercio de la potencia de portadora que podríamos obtener con la misma válvula modulada en placa.

 

Valores típicos para una válvula 6146

 

                     

Operación

Potencia de disipación de placa (W)

Potencia de disipación de pantalla (W)

Tensión de placa (V)

Tensión de pantalla (V)

Tensión de reja de control (V)

Corriente de placa (mA)

Corriente de pantalla (mA)

Corriente de reja de control (mA)

Potencia de excitación (W)

Potencia de salida (W)

CW

25

3

500

170

- 66

135

9

2,5

0,2

48

CW

25

3

750

160

- 62

120

11

3,1

0,2

70

                     

 

La potencia que debe entregar el modulador es la potencia disipada en la reja pantalla. La modulación en reja pantalla no puede proporcionar características de funcionamiento lineal, aún bajo óptimas condiciones de funcionamiento, en presencia de desajustes se producen deformaciones y generación de ondas no deseadas. Las variaciones de corriente de placa no serán registradas por un instrumento de bobina móvil cuando se modula.

Condiciones de funcionamiento

La potencia de entrada de continua de la placa del amplificador modulado por reja pantalla suponiendo 0,33 para el rendimiento de placa, no deberá sobrepasar de 1,5 veces la disipación de placa a régimen normal en la válvula.

Se recomienda proyectar con la máxima tensión de placa recomendada por el fabricante de la válvula, ya que las mejores condiciones se logran a medida que la tensión de placa es más elevada mejorándose la linealidad.

Veamos nuestro proyecto:

Se van a utilizar dos válvulas 6146 con una disipación de placa de 25 Watt cada una, con modulación en grilla pantalla. La potencia de entrada máxima permisible con un rendimiento de 0,33 es:

1,5 X (2 X 25 Watt) = 75 Watt

La tensión máxima de placa recomendada para estas válvulas es de 750 Volt, la corriente de placa para las dos válvulas es:

75 Watt/750 Volt = 100 mA

Con un rendimiento de 0,33, la potencia de salida que puede esperarse es:

75 Watt X 0,33 = 25 Watt

La relación tensión/corriente de placa al doble de la corriente de placa para portadora sin modular es:

750 Volt/200 mA = 3,75

La relación L/C del circuito tanque de placa deberá ser elegida sobre la base del doble de la corriente de placa. Si esta relación está basada en la relación tensión/corriente para la condición de portadora sin modular, el Q puede resultar excesivamente bajo para un buen acoplamiento con la carga.

La manera más satisfactoria de aplicar la tensión moduladora a la pantalla es por medio de un transformador. Con las válvulas en general, es necesario llevar la pantalla a una tensión algo negativa respecto al cátodo para eliminar por completa la salida de radiofrecuencia en el proceso de modulación. Por esta razón, la tensión moduladora de pico requerida para una profundidad del cien por cien de modulación es aproximadamente el diez por ciento mayor que la tensión continua de pantalla.

160 Volt X 1,1 = 176 Volt

La tensión de pantalla debe fijarse aproximadamente en la mitad del valor recomendado por el fabricante para el régimen de onda continua.

160 Volt X 0,5 = 80 Volt

La potencia de audio requerida para una profundidad de modulación del cien por cien es aproximadamente igual a un cuarto de la potencia de entrada de la pantalla en onda continua, pero varía con las condiciones de funcionamiento.

160 Volt X 11 mA  X 2 / 4 = 880 mW

La relación entre la corriente y la tensión en la pantalla no es lineal, lo que significa que la carga impuesta al modulador varía durante el desarrollo de cada ciclo de audiofrecuencia. Es recomendable, utilizar realimentación negativa en el modulador. si hay potencia de audio en exceso, es conveniente cargar el modulador con una resistencia cuyo valor se ajustará de manera de disipar la potencia excedente. No hay una manera simple de determinar el valor adecuado de esta resistencia si no es experimentalmente, observando su efecto sobre la envolvente de modulación con ayuda de un osciloscopio

La relación de vueltas requerida en el transformador de acoplamiento puede calcularse para una primera aproximación:

N = Ep/(2,5 X sqr (Pp X RL))

Donde:

N = Relación de vueltas secundario/primario

Ep = Tensión de pantalla para onda continua

sqr = Raiz cuadrada

Pp = Potencia de salida del modulador

RL = Resistencia nominal de carga del modulador

 

160 Volt/(2,5 X sqr (880 mW X 4 Ohm)) = 34

 

Comentarios sobre la determinación de la relación de espiras del transformador

 

Se asume como práctica usual utilizar un CI de potencia como modulador, es común encontrar en muchas implementaciones de equipos de radioaficionado el uso de los TDA2002 ó TDA2003, es por ello que tomamos como valor de RL del modulador 4 Ohm.

La expresión matemática utilizada es una expresión "acomodada" que surge de relacionar la tensión de primario y secundario del transformador  N = Ep / Es

Ep es la mitad de la tensión de pantalla en la condición de CW E'p / 2

Es es la tensión desarrollada a la salida del amplificador modulador sobre la carga especificada surge de

Pp = 1,5 (E's)2 / RL aumentada en un 50% para tener margen de operación

Operando

N = (Ep / 2) / sqr Pp * 1,5  * E's  *  RL => N = Ep / (2,5 sqr Pp *  RL)

 

Elección del transformador

 

Es deseable construir el transformador de modulación para este fin específico, no siempre se está en condiciones de tener los medios necesarios para encarar esta obra que muchas veces se convierte de gran magnitud. Teniendo la relación de transformación (N) podemos recurrir a simples transformadores de alimentación, como por ejemplo 220 Volt / 34 = 6,47 Volt uno con primario de 220 Volt y secundario de 6 Volt trabajándolo en forma invertida (el bobinado de 220 Volt conectado a la pantalla y al bobinado de 6 Volt la salida del amplificador integrado) funcionará aceptablemente.

¿Que tan grande tendría que ser este transformador? El hecho de que la potencia de audio necesaria para modular al 100% no es mayor de 1 Watt nos inclinaríamos por uno muy pequeñito. Pues veamos...

El transformador nos tiene que asegurar una capacidad de aislamiento para los valores de tensión de pantalla según la válvula en uso, si bien las válvulas del ejemplo lo resuelve con valores inferiores a 200 Volt, de repente al utilizar una 813 ascendería a los 400 Volt.

Cuando se calcula la cantidad de espiras en un transformador de alimentación la sección del núcleo (S) surge de la raiz cuadrada (sqr) de la potencia (W) multiplicada por un factor que puede variar entre 1,1 a 1,5 o quizás aún mayor. ¿Que significa este número? Desde el punto de vista de la regulación, cuanto mayor es este número mayor será el núcleo y menor la cantidad de espiras, se dice que el transformador tiene bajas pérdidas en el cobre y en general son los que toman más corriente en vacío y tienen mayor regulación (menor variación de tensión ante variación de la carga).

Desde el punto de vista constructivo si el transformador se bobinara a mano, este número será mayor que si se bobinara a máquina.

Cuando se calcula el numero de espiras en el numerador aparece el valor de tensión del bobinado, en el caso del primario será 220 Volt y en el denominador aparecerá la sección del núcleo (S), la frecuencia (f) y la inducción magnética (B) del tipo de núcleo utilizado.

1) a mayor núcleo (S) menor cantidad de espiras,

2) a mayor frecuencia (f) menor cantidad de espiras,

3) a mayor inducción (B) menor cantidad de espiras.

En el caso del cálculo de un transformador de alimentación la frecuencia es fija, 50 Hz, en el caso de un transformador de modulación es variable tan baja como 20 Hz a valores tan altos como superiores a 5 KHz.

La inducción (B) de la chapa utilizada para núcleos de transformadores de alimentación puede variar según calidad entre 10.000 líneas a 15.000 líneas a 50 Hz pero ya a valores de 1KHz la inducción de esa chapa cae a valores no mayores de 3.000 líneas.

A medida que aumenta la frecuencia la capacidad entre espiras pasa a ser importante tener en cuenta, en un transformador de alimentación cuya frecuencia es de 50 Hz en su construcción esta variable no ha sido tomada en cuenta.

Existe un fenómeno de saturación del núcleo que se pone fácilmente en evidencia cuando circula corriente continua en algunos de los devanados del transformador, un transformador de alimentación en su cálculo y construcción este fenómeno no se ha tenido en cuenta dado que no es usual la aparición de este tipo de corriente.

 

Un punto a tener en cuenta sobre el amplificador de audio utilizado como modulador

 

Trate de utilizar amplificadores acoplados a la carga a capacitor, si bien los acoplados en forma directa aseguran una respuesta en baja frecuencia no limitada por la presencia de este componente, una diferencia en la ganancia (hfe) de corriente entre los transistores de potencia de salida significará la presencia de un valor medio por la diferencia de amplitud de cada uno de los hemiciclos. La baja resistencia Ohmica del devanado del transformador utilizado como carga del amplificador significa un cortocircuito que pondrá en riesgo la vida útil de los transistores de potencia.

 

Ajuste

 

El amplificador de radiofrecuencia debe estar bien cargado. En las condiciones correctas de funcionamiento, la disminución de la corriente de placa cuando el circuito de placa pasa por resonancia, es apenas apreciable. Es conveniente trabajar con la menor corriente de reja de control posible, puesto que así se reduce la corriente de pantalla y por consiguiente la potencia demandada al modulador.

Con un ajuste correcto, la linealidad es buena hasta el 90%  de modulación, Cuando la pantalla se hace negativa para una profundidad del cien por cien de modulación, ocurre una deformación en la envolvente de modulación en el momento de pasar por el valor cero de la tensión generando distorsión. Puede eliminarse esta deformación de la envolvente y mejorarse la linealidad aplicando una tensión de modulación a la reja de control simultáneamente.

 

Ajuste sin osciloscopio

 

Se sintoniza primero el amplificador de radiofrecuencia para máxima salida sin modulación y con la tensión continua de pantalla de régimen para onda continua.

Una vez cargado al máximo el amplificador de radiofrecuencia, se reduce la excitación en reja de control hasta que la potencia de salida empiece a disminuir, punto en que la disminución en resonancia de la corriente de placa sea apenas perceptible.

Se reduce la tensión continua de pantalla hasta que la corriente de placa llegue hasta la mitad de su valor para el régimen en onda continua. La corriente de salida de radiofrecuencia en este punto se habrá reducido a la mitad de su valor.

El amplificador está listo para serle aplicada la modulación, y la tensión moduladora podrá alcanzar el valor hasta el punto en que la corriente de placa comienza a aumentar, lo cual indica que se ha alcanzado el cien por cien de modulación.

Con modulación vocal, la corriente de placa debe mantenerse estable, o exhibir solo algunos ocasionales aumentos en los picos de modulación.

 

Verificación de la modulación en pantalla con el instrumento de corriente de placa

 

Desplazamientos negativos de la corriente de placa:

Demasiada excitación de RF. La polarización de reja de control, usualmente, no es crítica con modulación en pantalla.

Insuficiente capacidad en el filtro de la fuente de alimentación de placa.

El amplificador final de radiofrecuencia no se halla fuerte y suficientemente cargado.

Como la modulación en pantalla no es perfectamente lineal, siempre lo es menos que la modulación en placa, un amplificador que funcione correctamente acusará un pequeño aumento en la corriente de placa con la modulación, que se asumirá o menos un 10% de la corriente de placa con modulación senoidal y ocasiones oscilaciones con la voz

Desplazamientos positivos de la corriente de placa:

Sobremodulación. Excesiva tensión de modulación.

Oscilaciones. Neutralización incompleta.

Tensión de pantalla demasiado baja.

Distorsión de audio en el modulador

En los sistemas de modulación en reja pantalla el modulador no se hallará necesariamente trabajando linealmente aunque la corriente de placa se mantenga constante, con o sin modulación. Resulta fácilmente posible arribar a una combinación de condiciones de trabajo con las que el achatamiento de las crestas positivas queden justamente equilibradas por sobremodulación negativa. El osciloscopio constituye el único sistema de verificación segura con este método de modulación.

 

 

OFV recomendado

 

 

 

Principal ] Arriba ]

Traductor Google
administrador@siste.com.ar
El responsable de este sitio web NO realiza operaciones de venta de cosas muebles, locaciones y prestaciones de obras y/o servicios por cuenta propia y/o de terceros
Copyright © 2001 Sistema de Comunicación Educativo
Última modificación: 17 de agosto de 2014