SANDALIA QUE DETECTA METALES
Seguro usted puede pasearse por la playa en estas Sandalias de Detección de metales, ya que detecta tesoros enterrados. Estas sandalias de alta tecnología utilizan frecuencia de batido tecnología de oscilación procedente de una bobina de cobre incorporado en la sandalia derecha que se alimenta a través de un paquete de baterías que las correas a la pantorrilla. Todo lo que tienes que hacer es tomar un paseo en la arena y en caso de detectar cualquier artefacto de metal, como monedas o joyas hasta 2 pie por debajo de la superficie, superficie, se le avisará con una luz roja intermitente y la vibración suave o un zumbido audible. Lo más probable es que usted encontrará una lata de cerveza vacía o algo así, pero nunca se sabe...
Características
•Detectar metal mientras caminas - encontrar artefactos u
objetos enterrados en la playa. l ado derecho de la sandalia • Bobina de Cobre incorporada en el lado •Desarrollado a través de una batería que se ata a su pantorrilla •Utiliza la tecnología de frecuencia de batido de oscilación •Detecta metales de hasta 2 pies de profundidad •Alertas: Luz roja intermitente, vibración suave o un zumbido
audible •La batería dura hasta seis horas •Suelas antideslizantes y las plantillas de espuma de
poliuretano.
DETECTOR DE METALES DE FRECUENCIA DE BATIDO
En 1929 un americano apellidado Fisher presentó la patente de un dispositivo llamado M-Scope, capaz de detectar metales enterrados, que inmediatamente fue adoptado por multitud de Prospectores de oro en lavaderos, busca tesoros en antiguas ruinas, historiadores en viejos campos de batalla y hasta militares que querían conjurar el peligro de las invisibles minas terrestres. Del primitivo dispositivo de Fisher nacieron multitud de detectores de metales adaptados para distintas necesidades, de la tecnología de lámparas se pasó a los transistores y a los circuitos integrados. Actualmente existen detectores de metales para todos los usos, con sofisticados principios de funcionamiento que hace pocos años no podían ni imaginarse en dispositivos de precio moderado, pero a nivel de aficionado sigue siendo posible construir circuitos de
•Detectar metal mientras caminas - encontrar artefactos u
objetos enterrados en la playa. l ado derecho de la sandalia • Bobina de Cobre incorporada en el lado •Desarrollado a través de una batería que se ata a su pantorrilla •Utiliza la tecnología de frecuencia de batido de oscilación •Detecta metales de hasta 2 pies de profundidad •Alertas: Luz roja intermitente, vibración suave o un zumbido
audible •La batería dura hasta seis horas •Suelas antideslizantes y las plantillas de espuma de
poliuretano.
DETECTOR DE METALES DE FRECUENCIA DE BATIDO
En 1929 un americano apellidado Fisher presentó la patente de un dispositivo llamado M-Scope, capaz de detectar metales enterrados, que inmediatamente fue adoptado por multitud de Prospectores de oro en lavaderos, busca tesoros en antiguas ruinas, historiadores en viejos campos de batalla y hasta militares que querían conjurar el peligro de las invisibles minas terrestres. Del primitivo dispositivo de Fisher nacieron multitud de detectores de metales adaptados para distintas necesidades, de la tecnología de lámparas se pasó a los transistores y a los circuitos integrados. Actualmente existen detectores de metales para todos los usos, con sofisticados principios de funcionamiento que hace pocos años no podían ni imaginarse en dispositivos de precio moderado, pero a nivel de aficionado sigue siendo posible construir circuitos de
prestaciones aceptables y muy pocos componentes, como el que en este caso montaremos con el N-ieP.
Los detectores electrónicos de metales pueden ser de muchos tipos distintos, desde los clásicos denominados "de Frecuencia de Batido", "de Puente de Inducción" o "Transmisor-Receptor" "Transmisor-Receptor",, hasta los más modernos de "Cambio de Fase", "Inducción de Pulsos" o "Magnetómetros de Protones", pero en el tablero de montaje N-ieP, de finalidad eminentemente didáctica, estaremos limitados a los primeros tipos, como en este caso que vamos a proceder a la construcción del tipo más popular; el de Frecuencia de Batido. Este tipo de detector se basa en el funcionamiento de dos osciladores de radiofrecuencia, uno de ellos fijo y de frecuencia lo más estable posible, y el otro capaz de cambiar este valor ante la presencia de un metal. El efecto de variación se produce por el efecto del metal sobre la llamada "bobina exploradora", que normalmente forma parte del circuito oscilante L-C, y cuyo valor de inductancia cambia debido a las propiedades magnéticas del metal y a las pérdidas por corrientes de Foucault que el campo magnético alterno de alta frecuencia crea en su superficie. El oscilador variable se ajusta a una frecuencia muy próxima al fijo, normalmente uno o dos kilohercios por encima o por debajo, y de ambos se extrae una parte de señal que es conducida a un módulo denominado "mezclador", el cual producirá el heterodinaje de las señales, es decir, su suma (de frecuencia mucho más elevada y que se descarta), y su resta, que será precisamente una audiofrecuencia de 1 ó 2 Khz, que a su vez se traducirá en un tono de sonido en los l os auriculares.
En estas condiciones, cuando un metal se aproxime a la bobina exploradora, producirá una variación de la frecuencia de su oscilador de exploración, y por tanto una alteración del tono audible. Diagrama de bloques de un detector de Frecuencia de Batido
El procedimiento de manejo de un detector de este tipo es ir "barriendo" el suelo con la bobina exploradora por delante de nosotros, con oscilaciones regulares y procurando conservar la misma distancia con el terreno. En estas condiciones, cuando la bobina pase cerca de un metal se producirá una alteración momentánea del tono que hemos descrito, indicándonos su presencia. Detector de Frecuencia de Batido a lámparas de principios de los 50
Detector a transistores de mediados de los 60
Construyendo nuestro primer detector de metales Siguiendo con nuestra filosofía de sencillez en los circuitos, y tras haber efectuado algunas pruebas, especialmente en el procedimiento de mezcla de señales, he dado forma la siguiente circuito: Esquema del detector de metales de Frecuencia de Batido, de sólo dos transistores
Este sencillo circuito está formado por dos módulos casi iguales en forma pero claramente diferenciados en situación. Dichos módulos son los dos osciladores, el de exploración a la izquierda y el fijo de referencia a la derecha. En cuanto al "mezclador" y al "amplificador de baja frecuencia" que figuraban en el diagrama de bloques, aquí se han integrado de forma muy sencilla en el resto, ya que el mezclador está constituido por un condensador y una resistencia ajustable, y el amplificador de baja frecuencia simplemente no es necesario, ya que el volumen proporcionado finalmente es suficiente para mover las membranas de unos auriculares de alta impedancia. Ampliemos por partes estas cuestiones: 1) El circuito oscilador de exploración está situado a la izquierda del esquema, y está formado por la bobina exploradora L1 y los condensadores C1, C2 y CV. El motivo de utilizar tres condensadores de capacidad variable es facilitar el ajuste del punto de batido. A) El condensador C2, es de ajuste del tipo "trimmer", y está en serie con el condensador variable principal (CV). Su misión es actuar como ""poder", es decir, reducir la capacidad máxima de CV para que el ajuste de frecuencia externo no sea demasiado
crítico y se tenga un buen recorrido de ajuste. B) Como de esta manera el valor conjunto de C2 y CV será normalmente inferior al necesario para sintonizar la bobina a la frecuencia correcta, dispondremos de otro condensador "trimmer", el C1, que permitirá centrar nuestro mando de ajuste externo a la posición central, y que deberá coincidir más o menos cuando ambos osciladores estén en sintonía. C) La bobina exploradora es de núcleo de aire y está construida sobre un núcleo de cartulina dura de 12 cm. de diámetro. Su inductancia rondará los 500 uH, estará devanada con 30 espiras de hilo de 0,4 mm. La toma de realimentación para mantener la oscilación se efectuará en la 5ª espira a partir del punto de masa. 2) El oscilador de referencia mantiene una disposición muy semejante al anterior. Ambos son del tipo Hartley realimentados inductivamente. En este caso, la bobina es uno de los transformadores de Frecuencia Intermedia aprovechados del desguace de una vieja radio Lavis a transistores. El condensador de sintonía es del tipo fijo de 320 pF, lo cual establece una frecuencia aproximada de unos 600 Khz. 3) Ya tenemos los dos osciladores funcionando a frecuencias muy semejantes, centradas alrededor de los 600 Khz y con una diferencia entre ambas de un par de Kilohercios. Para mezclarlas tomamos una pequeña parte de la señal del colector de T1 a través del condensador de 2,2 nF y la entramos en el punto central del potenciómetro de ajuste de 100 K, que actúa a su vez como resistencia de polarización del transistor T2. Variando el punto de ajuste hacia la base conseguiremos que una mayor proporción de la señal del oscilador variable "module" la oscilación del fijo, con lo cual ambas señales aparecerán mezcladas en el colector de T2. Entonces, si en un cierto momento la diferencia de frecuencia de los dos osciladores es de 1 Khz, obtendremos una señal de audio correspondiente a esta frecuencia, que como ya hemos dicho al principio de la página, se convertirá en sonido en los auriculares. En un circuito de estas características deberemos buscar la
máxima estabilidad, lo cual no será fácil por las altas frecuencias de funcionamiento y el montaje abierto sobre el tablero N-ieP, no obstante siempre ayudaremos un poco estabilizando la tensión de alimentación, lo cual se consigue con el diodo zener de 9,2 volts y la resistencia de 220 Ohms, en serie con la entrada de alimentación. La lista de componentes para este montaje es corta y de materiales fáciles de conseguir: Lista de materiales para este montaje: 2 Transistores BF-198 NPN 1 Diodo Zener de 9,2 Volts 1 w. 1 Resistencia de 220 Ohms 1 Resistencia de 4,7 K 1 Resistencias de 100 K 2 Condensadores de 47 pF 1 Condensador de 100 pF 1 Condensador de 220 pF 3 Condensadores de 2,2 nF
3 Condensadores de 2,2 nF 1 Condensador de 10 nF 1 Condensador electrolítico de 47 uF 1 Condensador variable de 300 pF (fijo en tablero) 2 Condensadores "Trimmer" de 20-100 pF 1 Potenciómetro de ajuste de 100 K 1 Bobina 30 esp. 12,5 cm. hilo 0,4 mm, toma 5ª esp. 1 Transformador de FI de Lavis 767
Fabricando la bobina de exploración La bobina de exploración para este detector de metales experimental es bastante sencilla de construir: 1) Para ello utilizaremos cartulina dura de 1 mm, de la que cortaremos dos anillos con diámetro interno de 12 cm y externo de 15. 2) Seguidamente cortamos una tira de 0,7 cm de ancho por 37,7 cm de longitud, aunque al superar la longitud máxima de la
cartulina, deberemos hacerlo en dos trozos y pegarlos posteriormente entre sí. 3) Doblaremos la tira en forma circular, siguiendo la circunferencia interna de 12 cm, y la pegaremos con medio justo en el extremo de la misma. 4) Pegaremos el segundo disco sobre la tira de cartulina, ahora formando un círculo de 12 cm, con lo cual quedará lista la forma básica de la bobina. 5) Para fabricar la base de la bobina cortaremos tres rectángulos de 5,5 x 7 cm, que pegaremos entre sí para conseguir un grosor de 3 mm. Este rectángulo constituirá la parte vertical del soporte. 6) La parte horizontal de la base estará hecha con tres rectángulos de 5,5 x 6 cm, pegados entre sí. 7) La unión de la parte horizontal con la vertical se efectuará con un pegamento más fuerte que el medio, de tipo epoxi. El conjunto formará una "T" invertida, cuya unión reforzaremos a ambos lados con sendos trozos más de cartulina, de 5,5 x 3 cm. que habremos doblado por la mitad, formando un perfil en ángulo recto. 8) Ahora pegaremos la "T" invertida que forma la base a la forma de la bobina, y reforzaremos en lo posible la unión con un rectángulo de 5,5 x 4,5 cm, que doblaremos en forma de "U" invertida. Anillos de cartulina de 12-15 cm de diámetro que forman los laterales de la bobina exploradora
La forma de la bobina ya acabada, pero aún sin el bobinado de hilo de cobre correspondiente
Para el devanado utilizaremos hilo esmaltado de 0,4 mm, del que devanaremos 30 espiras, con toma intermedia a 5 espiras del inicio del punto de masa. En la bobina que yo he construido se ven más toma intermedia, en concreto a 10, 15 y 20 espiras, lo cual ha sido necesario para llevar a cabo las primeras pruebas con un circuito nuevo y experimental, pero dichos añadidos no son necesarios en la versión definitiva. El bobinado de 30 espiras de Vista del bobinado, realizado en hilo de 0,4 mm ya está acabado doble capa y con el mismo hilo , con una toma a 5 espiras del doblado y estañado como extremo de masa puntos terminales
Lo siguiente será añadir a la bobina una pantalla electrostática
de Faraday, paso necesario para evitar el efecto de capacidad que sin duda presentará esta bobina. En un detector de metales real este efecto se manifestaría principalmente con la proximidad al suelo, lo cual daría lugar a un gran desplazamiento de frecuencia que podría incluso salirse de la escala de ajuste. En nuestro caso no tenemos "suelo", pero sí puede afectar por ejemplo la proximidad de la mano. Para fabricar la pantalla de Faraday arrollaremos una serie de espiras de forma toroide alrededor de la bobina principal, separadas entre sí unos 3 mm. Seguidamente pegaremos este nuevo bobinado a la forma de cartón con medio, y cuando éste haya endurecido, con la punta de unas tijeras iremos cortando cada una de las espiras por el centro de la "U" de la bobina principal. Y para finalizar doblaremos hacia adentro los extremos cortados del cable, que también fijaremos interiormente con medio. De esta manera las espiras coloidales habrán quedado cortadas, y eso es importante que sea así, puesto que en cualquier espira cerrada se producirían las llamadas "Corrientes de Foucault" y causaría una pérdida en la oscilación de la bobina principal, disminuyendo su acción y por tanto la distancia de detección. En la parte del pie de la bobina no habrá sido posible cerrar las espiras anteriormente, así que en esta zona los hilos de cobre ya se cortarán uno a uno y se pegarán en forma de "U" sobre la forma principal. Para acabar la pantalla, todas las "semi espiras" deberán estar unidas con un conductor que las conecte a masa del circuito. Para ello, con un cúter rascaremos el esmalte de dichas semi espiras por el interior del anillo de la bobina principal, y en este punto soldaremos un cable de cobre, procurando de igual forma que no se cree una espira cerrada. Este cable de unión lo prolongaremos hasta la base de la bobina, justo debajo del punto de conexión de masa, y con su extremo crearemos una nueva conexión.
Para acabar con los blindajes, y como muestra la imagen siguiente de la derecha, construiremos cuatro soportes de cobre que permitan sujetar un blindaje de aluminio de 14 x 9 cm. a unos 5 cm. por encima del circuito del detector, puesto que el efecto de las capacidades externas también se manifestará en la cercanía de los componentes. El blindaje electrostático Blindaje preparado para el resto del de Faraday, para el efecto circuito, un rectángulo de papel de de las capacidades aluminio de 14 x 9 cm, y los cuatro externas soportes-separadores de 5 cm.
El montaje físico sobre el N-ieP En cuanto al montaje físico, no plantea ningún problema, la bobina se fija sobre el tablero con dos clips-muelle. Todas las conexiones son bastante cortas y sólo hay que tener la precaución que la bobina ha de conectarse con hilo flexible de al menos 1,5 mm.
Plano de montaje del detector de metales de Frecuencia de Batido, de dos transistores
En la siguiente imagen se observa el circuito ya montado, aunque falta ajustarlo para que los dos osciladores estén a frecuencias próximas. Del panel N-ieP solamente se ha utilizado el condensador variable, que efectúa la función de ajuste de frecuencia del oscilador variable de exploración, y cuyo mando deberemos accionar para encontrar el punto de batido cero y el tono adecuado. Observar que la capacidad de sintonía del oscilador fijo es de 320 pF, que se obtiene con un condensador de 100 pF en paralelo con uno de 220. Aunque de igual forma habría funcionado un sólo condensador de 330 pF, sólo que no disponía de este valor en el momento de montar el circuito. Vista general del montaje del detector de metales sobre el tablero N-ieP
Detalle del montaje, en que se aprecian los dos trimmer del oscilador variable y los cuatro soportes verticales destinados a sostener el blindaje de papel de aluminio
Para proceder al ajuste seguiremos los siguientes pasos: 1) Primeramente deberemos comprobar que ambos osciladores funcionan por separado, para ello, desconectaremos la resistencia de 4,7 K y el oscilador variable se detendrá, con lo cual, si hay señal deberá ser forzosamente de oscilador fijo. Acercaremos una radio al montaje, y la portadora deberá detectarse en una frecuencia comprendida entre 550 y 700 Khz. Si la detectamos más arriba, aumentaremos capacidad de sintonía, por ejemplo hasta 370 ó 400 pF., y si está más baja (lo cual no podremos comprobar con nuestra radio), disminuiremos capacidad hasta los 220 pF Naturalmente, si disponemos de un generador de señal y un osciloscopio, o de un frecuencímetro digital, el ajuste será mucho más fácil y exacto. 2) Ahora volveremos colocar la resistencia de 4,7 K en su lugar y desconectaremos uno de los bornes de los auriculares, consiguiendo que el oscilador fijo se detenga y arranque el variable. De los dos "trimmer", ajustaremos el de la izquierda a la máxima capacidad (cuando las láminas fijas y las móviles coinciden), y el de la derecha a media capacidad. En cuanto al condensador variable, lo situaremos a medio recorrido. Con nuestra radio buscaremos el punto en que se detecta la onda continua del oscilador, que deberá coincidir con el valor que encontramos antes del oscilador fijo. Si está más arriba, aumentaremos la capacidad del "trimmer" de la derecha, y si está más abajo la disminuiremos. 3) Ahora conectaremos de nuevo los auriculares y ajustaremos la resistencia variable de 100 K a un punto medio del recorrido. Entonces, al mover el mando del condensador variable deberemos escuchar un tono de audio que va bajando hasta silenciarse, y luego vuelve a subir. Este sonido es consecuencia del batido o "resta de frecuencia" entre la señal de los dos osciladores.
4) En este momento, lo más normal es que el ajuste de este tono con el condensador variable sea bastante brusco. Para mejorarlo "expandiremos" dicho ajuste disminuyendo la capacidad del "trimmer" de la derecha, y compensando con el de la izquierda para que el punto de batido cero (el silencio entre los dos tonos audibles) siga manteniéndose en el centro de la escala. Y cuando encontremos el punto correcto en que el ajuste sea cómodo, lo dejaremos tal como está. Nuestro "detector de metales", con el blindaje de Faraday sobre el circuito, ajustado y a punto de funcionar
Una vez los dos osciladores están en línea ya podemos proceder a detectar nuestro primer "metal". La damos al interruptor y con el condensador variable buscamos el punto de batido cero, en que el sonido cesa. Ahora seguimos girando el mando del condensador hacia la derecha hasta que reaparece el tono, y lo estabilizamos sobre los 1.000 Hercios. A partir de este instante, cualquier metal que acerquemos a la zona de influencia de la bobina se revelará como una alteración del tono. Dicho de otro modo, que en estos detectores lo importante no es el tono absoluto, sino su variación.
Existe la opción de ajustarlo en el punto del batido cero, en que el sonido cesa por completo y por tanto no nos molesta en los oídos durante la exploración, pero en esta situación los dos osciladores tienen normalmente un cierto grado de "enganche" mutuo, en que uno de ellos "tira" del otro y le obliga a seguir en su misma frecuencia, pese a que por valores del circuito LC, ésta sea algo distinta. El problema de este punto de ajuste es que el mismo "enganche" le resta sensibilidad, y que su capacidad de detección especialmente para objetos pequeños o muy profundos, se ve notablemente disminuida. Así pues, después de ajustarlo al más sensible "batido sonoro", realizo algunas pruebas de detección. Una pila tipo RL20 se detecta perfectamente a 20 cm, distancia que aumenta a 25 con un pequeño vaso con monedas de 5 céntimos de euro, y llega hasta los 30 cm con un rectángulo de papel de aluminio de 7 x 13 cm. Una pila LR20 es detectada a 20 cm. de distancia de la bobina
...Y un vaso con algunas monedas pequeñas a 25 cm
La sensibilidad de detección cambia bastante con el tipo de metal. Normalmente es buena para los ferromagnéticos y el aluminio, disminuyendo para el cobre, el estaño y aleaciones tipo bronce o latón. De igual forma, la intensidad de señal de detección depende mayormente de la superficie de la "cara frontal" del objeto metálico mucho más que de su masa total. Lo
cual se explica por el fenómeno de conducción superficial de las corrientes inducidas. Este efecto es más determinante para la altas frecuencias de exploración de los detectores de batido, pero sigue siendo válido para otros tipos que trabajan a frecuencia inferior, hasta el punto que en las curvas de sensibilidad que se suministran con los aparatos comerciales, se relaciona normalmente su alcance a la superficie de cuadros metálico de cobre de distintos tamaños y la profundidad a que ha sido detectados. Otro fenómeno curioso es que no todos los metales dan el mismo sentido de respuesta, siendo normalmente contraria la de los ferromagnéticos a la del cobre, sus aleaciones y el aluminio, lo cual puede servir para efectuar una cierta discriminación. Mientras que un rectángulo de papel de aluminio de 7 x 13 cm se detecta a 30 cm
Sobre el alcance de detección de un aparato de este tipo, depende de varios factores. Primeramente del diámetro de la bobina exploradora. Las bobinas grandes son adecuadas para
localizar objetos grandes enterrados a bastante profundidad, y en cambio puede ser muy insensibles para objetos pequeños y cercanos, en cambio una bobina de poco diámetro como la que estamos usando en este caso, será adecuada para objetos pequeños y próximos, y en cambio será incapaz de detectar un camión a más de 1 metro. Otro elemento que define el alcance es la frecuencia de funcionamiento, ya que si ésta es alta, mayor será la variación ante un mismo metal, pero también lo será la inestabilidad y el efecto de las capacidades parásitas. Y el tercero sería el tipo de suelo, ya que los que contiene mucha humedad "apantallan" con eficacia las ondas de radio y pueden disminuir el alcance de manera radical, en cambio los suelos secos y arenosos serían los que permitirían una mayor profundidad de detección. La prospección de una zona con este tipo de aparatos se efectúa realizando algunas marcas en el suelo que permitan recorrer toda la superficie sin repetir pasos ni dejarse olvidado ningún rincón. En la exploración se va andando lentamente y moviendo la bobina detectora de un lado a otro de forma cíclica, y procurando además mantener la misma distancia de 3 ó 4 cm. con el suelo, ya que pese a la pantalla electrostática, el "efecto suelo" puede dejarse sentir algo en las variaciones. En resumen, una vez más, un montaje basado en la sencillez, cumple con las expectativas, funciona de manera correcta y nos ha permitido estudiar uno de los principios utilizados en los detectores de metales. Para acabar con esta página, sólo queda ver un corto vídeo del funcionamiento de este detector, ya tal vez animarnos a reproducirlo sobre un circuito impreso convencional, con una caja metálica que proteja los componentes y una bobina exploradora montada al final de una pértiga de PVC...y después, ya podremos pasarnos por esa ensenada escondida entre acantilados, donde según la leyenda que nos contaba nuestro abuelo de pequeños, un famoso pirata enterró su tesoro... Prueba de funcionamiento de nuestro detector de metales de Frecuencia de Batido de dos transistores
DETECTOR DE METALES DE FRECUENCIA SINTONIZADA
En el montaje anterior explicamos que existen bastantes sistemas distintos para detectar la presencia de metales enterrados o escondidos en muros, y que entre los primeros que aparecieron, en la década de 1930, figuran los de Frecuencia de Batido, los Transmisor-Receptor y los de Puente de Inducción. Aunque si analizamos esta clasificación de los sistemas considerados "clásicos", nos damos cuenta que es algo discutible. Porque los de primeros podrían englobarse en los más generales de Desplazamiento de Frecuencia, y los de Transmisión-Recepción no son más que la versión de alta frecuencia de los de Puente de Inducción. En este montaje abordaremos otro sencillo circuito de desplazamiento de frecuencia, en que la detección del cambio se efectúa por un procedimiento distinto al anterior...
En el anterior montaje vimos como los detectores de metales de Frecuencia de Batido utilizan dos osciladores uno fijo y otro variable conectado a la bobina exploradora. Ambos osciladores se ajustan para que la diferencia de frecuencias esté comprendida entre 0,5 y 1,5 Khz, de manera que la mezclar las señales se produzca como resultado del heterodinaje de las mismas un tono audible en los auriculares. El funcionamiento en la detección también se explicó la decir que cuando la bobina exploradora se aproxima a un metal, su presencia modifica la inductancia de la bobina, con lo cual cambia la frecuencia del oscilador y por tanto el tono de audio que se escucha en los auriculares. Un aficionado en plena prospección, y un ejemplo de acabado final de un detector autoconstruido
Este sistema funciona bien y permite construir detectores de sensibilidad media con circuitos de baja complejidad, sin embargo, siguiendo con el mismo sistema de cambio de frecuencia hay otros procedimientos incluso más simples que permiten detectar su variación, como por ejemplo disponer de un circuito sintonizado a una frecuencia próxima, y ajustar el oscilador variable un poco por encima o por debajo del punto de mejor sintonía, de forma que cualquier cambio en la frecuencia del oscilador variable se convierta en una alteración de la amplitud de la señal que sale del circuito sintonizado. Respecto al sistema de frecuencia de batido, el de frecuencia sintonizada tiene la ventaja de ser más fácil de construir y también de funcionamiento más estable, ya que los osciladores y sus inevitables derivas se reducen a uno sólo. Además, la salida de señal ya no es de forma directa mediante un sonido constante que llega a molestar, sino normalmente por el desplazamiento de un aguja en un instrumento indicador. En la siguiente imagen puede verse el diagrama de bloques de un detector de metales de este tipo. Diagrama de bloques de un detector de Frecuencia Sintonizada
Para detectar los cambios de frecuencia de forma fácil dispondremos de un elemento denominado "resonador o filtro cerámico", utilizado desde hace varias décadas en muchos aparatos electrónicos, como receptores de radio o mandos a distancia, para filtrar una señal de cierta frecuencia y desechar todas las demás. Podemos decir que estos resonadores son la versión económica de los cristales de cuarzo, y como éstos presentan efecto piezoeléctrico y están tallados a unas medidas determinadas que establecen de fábrica su frecuencia de funcionamiento. Diversos filtros cerámicos aprovechados de equipos desguazados
Al utilizar filtros de este tipo debemos tener en cuenta que,
especialmente con los de dos terminales, hay de dos tipos distintos, los que permiten el paso de la frecuencia nominal y los que se oponen a ella. Los primeros sueles conectarse en serie con la señal cuya frecuencia que quieren seleccionar, y los segundos en paralelo. Nosotros hemos utilizado este segundo tipo, rotulados normalmente con las siglas CSB. La frecuencia puede ser cualquiera en el rango del funcionamiento de nuestro oscilador variable, yo disponía de filtros de 456, 480 y 560 Khz, y he utilizado este último porque a mayor frecuencia mayor será la sensibilidad del detector.
Abordando nuestro segundo detector de metales Una vez más, antes de montar nuestro circuito presentaremos su esquema y explicaremos un poco por encima su funcionamiento. Además, como ya es habitual en los montajes con el N-ieP, de poder elegir varias opciones, nos decantaremos por la más sencilla y fácil de realizar, siendo no obstante conscientes que se trata de circuitos experimentales de intencionalidad didáctica cuyas características no pueden compararse a por ejemplo un modelo comercial. Esquema del detector de metales de Frecuencia Sintonizada, de sólo dos transistores
1) Nuestro circuito está compuesto por un típico oscilador tipo Hartley, realimentado inductivamente, cuya inductancia del circuito resonante LC constituye la propia bobina de exploración. 2) Una resistencia de 100 K toma una pequeña parte de la señal de la base del transistor T1, del tipo BF 198, y la conduce al resonador cerámico CSB de 560 Khz, el cual opondrá una alta impedancia a dicha frecuencia pero irá decayendo de forma rápida a ambos lados. La forma de campana de esta respuesta está reflejada en el pequeño recuadro de la parte alta-izquierda del diagrama. 3) De esta misma curva podemos deducir que la señal de salida de este "filtro", dependerá de la frecuencia que tenga respecto al punto central de 560 Khz, siendo máxima a este valor y disminuyendo para valores superiores e inferiores. El punto central no es demasiado interesante como punto de ajuste,
porque al aproximar un metal sólo podrá disminuir, lo cual no nos permitirá efectuar una discriminación del tipo de metal férrico/no férrico. Por otra parte, tampoco será el punto de máxima sensibilidad ya que la pendiente en este punto es moderada. 4) Siguiendo con el apartado anterior, diremos que el punto más adecuado será precisamente a medio camino de la rampa de subida o de bajada, ya que es donde presenta la máxima pendiente y también donde dispondremos de más trecho lineal entre el cero y el máximo. Si ajustamos el oscilador variable en la pendiente inferior, los metales férricos causarán una caída de la señal, mientras que los no férricos, como el cobre o el aluminio harán lo contrario. 5) Esta señal sigue siendo de radiofrecuencia (RF), de tal forma que para poder medirla necesitaremos rectificarla y filtrarla. Dicha señal es de suficiente amplitud, pero este punto es de alta impedancia, y si la tomamos directamente afectaríamos al factor de calidad del circuito resonante. Por este motivo utilizaremos un segundo transistor en configuración de colector común, de alta impedancia de entrada y baja de salida, con la cual atacaremos el circuito detector. 6) El detector/rectificador tiene la forma de un doblador de tensión, formado por dos condensadores de 47 nF y dos diodos de germanio OA95. La tensión continua de salida es medida de forma diferencial mediante un micro amperímetro de 50 uA, el cual se mantiene en una configuración tipo "puente" mediante un divisor de tensión que permite ajustar su "punto cero". Este sistema tiene una sensibilidad 30 ó 40 veces mayor que un voltímetro normal con escala de por ejemplo 0-3 volts, y al poder desplazar la aguja a un punto intermedio, también podremos apreciar la discriminación según el metal. La lista de componentes para este montaje es corta y de materiales fáciles de conseguir: Lista de materiales para este montaje:
2 Transistores BF-198 NPN 1 Zener de 9,2 V 1 Filtro cerámico de 560 Khz 1 Resistencia de 100 Ohms 2 Resistencias de 1K 1 Resistencia de 10 K 2 Resistencias de 100 K 1 Resistencia de 220 K 1 Condensador de 47 pF
1 Condensador de 4,7 nF 1 Condensador de 10 nF 3 Condensadores de 47 nF 1 Condensador electrolítico de 47 uF 1 Condensador variable de 300 pF (fijo en tablero) 1 Condensador "Trimmer" de 20-100 pF 1 Potenciómetro de 10 K 1 Bobina 30 esp. 12,5 cm. hilo 0,4 mm, toma 5ª esp.
Fabricando la bobina de exploración La bobina de exploración para este detector de metales experimental es la misma que utilizamos en el montaje anterior del "detector de Frecuencia de Batido", cuyo proceso de construcción vamos a repetir: 1) Para ello utilizaremos cartulina dura de 1 mm, de la que cortaremos dos anillos con diámetro interno de 12 cm y externo de 15. 2) Seguidamente cortamos una tira de 0,7 cm de ancho por 37,7 cm de longitud, aunque al superar la longitud máxima de la cartulina, deberemos hacerlo en dos trozos y pegarlos posteriormente entre sí. 3) Doblaremos la tira en forma circular, siguiendo la circunferencia interna de 12 cm, y la pegaremos con medio justo en el extremo de la misma. 4) Pegaremos el segundo disco sobre la tira de cartulina, ahora formando un círculo de 12 cm, con lo cual quedará lista la forma básica de la bobina. 5) Para fabricar la base de la bobina cortaremos tres rectángulos de 5,5 x 7 cm, que pegaremos entre sí para conseguir un grosor de 3 mm. Este rectángulo constituirá la parte vertical del soporte. 6) La parte horizontal de la base estará hecha con tres rectángulos de 5,5 x 6 cm, pegados entre sí. 7) La unión de la parte horizontal con la vertical se efectuará con un pegamento más fuerte que el medio, rápido, de tipo
epoxi. El conjunto formará una "T" invertida, cuya unión reforzaremos a ambos lados con sendos trozos más de cartulina, de 5,5 x 3 cm. que habremos doblado por la mitad, formando un perfil en ángulo recto. 8) Ahora pegaremos la "T" invertida que forma la base a la forma de la bobina, y reforzaremos en lo posible la unión con un rectángulo de 5,5 x 4,5 cm, que doblaremos en forma de "U" invertida. Anillos de cartulina de 12-15 cm de diámetro que forman los laterales de la bobina exploradora
La forma de la bobina ya acabada, pero aún sin el bobinado de hilo de cobre correspondiente
Para el devanado utilizaremos hilo esmaltado de 0,4 mm, del que devanaremos 30 espiras, con toma intermedia a 5 espiras del inicio del punto de masa. En la bobina que yo he construido se ven más toma intermedia, en concreto a 10, 15 y 20 espiras, lo cual ha sido necesario para llevar a cabo las primeras pruebas con un circuito nuevo y experimental, pero dichos añadidos no son necesarios en la versión definitiva. El bobinado de 30 espiras de hilo de 0,4 mm ya está acabado, con una toma a 5 espiras del extremo de masa
Vista del bobinado, realizado en doble capa y con el mismo hilo doblado y estañado como puntos terminales
Lo siguiente será añadir a la bobina una pantalla electrostática de Faraday, paso necesario para evitar el efecto de capacidad que sin duda presentará esta bobina. En un detector de metales real este efecto se manifestaría principalmente con la proximidad al suelo, lo cual daría lugar a un gran desplazamiento de frecuencia que podría incluso salirse de la escala de ajuste. En nuestro caso no tenemos "suelo", pero sí puede afectar por ejemplo la proximidad de la mano. Para fabricar la pantalla de Faraday arrollaremos una serie de espiras de forma toroide alrededor de la bobina principal, separadas entre sí unos 3 mm. Seguidamente pegaremos este nuevo bobinado a la forma de cartón con medio, y cuando éste haya endurecido, con la punta de unas tijeras iremos cortando cada una de las espiras por el centro de la "U" de la bobina principal. Y para finalizar doblaremos hacia adentro los extremos cortados del cable, que también fijaremos interiormente con medio. De esta manera las espiras toroides habrán quedado cortadas, y eso es importante que sea así, puesto que en cualquier espira cerrada se producirían las llamadas "Corrientes de Foucault" y causaría una pérdida en la oscilación de la bobina principal, disminuyendo su acción y por tanto la distancia de detección. En la parte del pie de la bobina no habrá sido posible cerrar las espiras anteriormente, así que en esta zona los hilos de cobre
ya se cortarán uno a uno y se pegarán en forma de "U" sobre la forma principal. Para acabar la pantalla, todas las "semi espiras" deberán estar unidas con un conductor que las conecte a masa del circuito. Para ello, con un cúter rascaremos el esmalte de dichas semi espiras por el interior del anillo de la bobina principal, y en este punto soldaremos un cable de cobre, procurando de igual forma que no se cree una espira cerrada. Este cable de unión lo prolongaremos hasta la base de la bobina, justo debajo del punto de conexión de masa, y con su extremo crearemos una nueva conexión. Para acabar con los blindajes, y como muestra la imagen siguiente de la derecha, construiremos cuatro soportes de cobre que permitan sujetar un blindaje de aluminio de 14 x 9 cm. a unos 5 cm. por encima del circuito del detector, puesto que el efecto de las capacidades externas también se manifestará en la cercanía de los componentes. El blindaje electrostático Blindaje preparado para el resto del de Faraday, para el efecto circuito, un rectángulo de papel de de las capacidades aluminio de 14 x 9 cm, y los cuatro externas soportes-separadores de 5 cm.
El montaje físico sobre el N-ieP Para el montaje físico seguiremos el mismo sistema utilizado hasta ahora, con el circuito extendido en forma horizontal de izquierda a derecha, con 24 puntos de conexión y los cables lo más cortos posible. Como micro amperímetro utilizaremos un viejo pero excelente tester ICE-680E que compré de tercera o cuarta mano, aunque servirá cualquiera de 20.000 Ohms/Volt y con escala de 50 uA CC. Plano de montaje del detector de metales de Frecuencia de Batido, de dos transistores
El montaje apenas ocupa una quinta parte del tablero N-ieP, y de él sólo utilizamos el condensador variable como elemento fijo. En la imagen siguiente podemos ver la distribución real de componentes y el tester que usamos como indicador. Vista general del montaje del detector de metales de Frecuencia Sintonizada sobre el tablero N-ieP
Detalle del oscilador y del resonador cerámico de filtro
Como en otros montajes de radiofrecuencia, para un funcionamiento estable será necesario disponer de un blindaje
en forma de lámina de aluminio sostenida por cuatro soportes verticales. El montaje protegido por un blindaje de aluminio
Para proceder al ajuste seguiremos los siguientes pasos: 1) Tras darle al interruptor general del circuito, primeramente deberemos comprobar que el oscilador está funcionado correctamente, para lo cual utilizaremos una simple radio de transistores que sintonizaremos en el extremo bajo de la Onda Media. Para comenzar ajustaremos el "trimmer" de 100 pF a 1/2 de su capacidad, y después, al girar el mando del condensador variable del tablero, se deberá oír el soplido de la oscilación. 2) Giraremos el potenciómetro de ajuste de cero en sentido de las agujas de reloj hasta que el cursor esté en su extremo bajo y conectaremos el tester en posición de Volts x 10. Ahora, moviendo desde la izquierda la derecha el mando del condensador variable del tablero, deberemos ver que la aguja va subiendo hasta un punto (en de sintonía a 560 Khz) y vuelve a bajar. Retrocedemos y lo dejamos en el primer flanco de subida,
en un valor 1/2 del máximo alcanzado anteriormente. 3) Ahora movemos el potenciómetro de ajuste hasta que la aguja marque cero, y seguidamente colocamos el tester en l a escala de 50 uA CC. En este momento seguramente deberemos retocar el potenciómetro para desplazar la aguja aproximadamente a 1/2 del recorrido, con lo cual, al aproximar un metal no férrico deberá aumentar, mientras que con un metal férrico deberá disminuir.
En resumen, podemos decir que la sensibilidad de este circuito experimental es comparable al anterior de Frecuencia de Batido, y por este motivo en esta página no hay vídeo demostrativo de su funcionamiento. Aparte de esto y como era de prever, la estabilidad ha aumentado de forma considerable, aunque el oscilador tal vez muestra una cierta deriva con la temperatura que sin duda mejoraría de estar todo ello encerrado en una cajita protectora.
Una experiencia de postdata Aunque la página sobre este montaje ya la doy por acabada, como postdata me gustaría incluir las mediciones que realicé con un frecuencímetro digital sobre el circuito oscilador de exploración utilizado en los dos últimos montajes, las cuales reflejan bastante bien los límites de sensibilidad del sistema de Desplazamiento de Frecuencia con una bobina de tan sólo 12 cm. de diámetro. Para ello dispuse del anterior montaje de Frecuencia de Batido, al que desconecté el segundo oscilador fijo, conectando la salida del variable a un frecuencímetro digital de 8 dígitos. A la vez dispuse de una regla graduada en cm. sobre la que podía desplazar un rectángulo de papel de aluminio de 7 x 13. Medición del desplazamiento real de frecuencia ante un rectángulo de aluminio de colocado a diferentes distancias
El frecuencímetro es un viejo modelo basado en un kit americano, y que no obstante ha demostrado ser estable y fiable en la lectura. El frecuencímetro digital, basado en un viejo kit americano, pero bastante preciso
Y las mediciones, tal como demuestra la tabla de Excel que viene a continuación, me han arrojado unos valores que muestran claramente que se puede conseguir con una bobina de este diámetro, ya que las diferencias en Hercios son mínimas hasta los 20 cm, creciendo luego de forma fuertemente exponencial al bajar de los 15. Dicha progresión puede verse mejor en la gráfica adjunta, teniendo en cuenta que en realidad es mucho más vertical, ya que la escala X tiene dos tramos distintos de linealidad (30-15 cm y 15-2 cm). Valores y curvas de desplazamiento de frecuencia respecto a la distancia del rectángulo de aluminio
Y para acabar ya de forma definitiva, diré que si bien son datos interesantes que permiten abordar el diseño de este tipo de circuitos con más propiedad y sin tener que dar palos de ciego (siempre digo que "ante la incertidumbre lo mejor son: medidas, medidas y medidas"), este breve paréntesis cae un poco fuera de la intencionalidad de los montajes con el N-ieP y por tanto se cerrará en este punto. No obstante, sigo pensando que de disponer de más tiempo, sería interesante poder efectuar pruebas con distintos tamaños de bobina y encontrar una expresión que nos relacionara este parámetro con la distancia máxima de detección. Tal vez en un futuro me ponga en ello.
DOS RECEPTORES SUPERHETERODINOS PARA ONDA MEDIA
Entre los genios que permitieron la popularización de la radio figura por derecho propio el ingeniero estadounidense Edwin Howard Armstrong, que ya siendo estudiante ideó el circuito Regenerativo, que permitía escuchar estaciones lejanas con una sola válvula de radio. Poco después inventaba el Super regenerativo, también muy sencillo y especial para ondas cortas, y con el tiempo fue el padre de la modulación en frecuencia (FM), que mejoraba la calidad del sonido al rechazar los ruidos parásitos... Pero sin duda, de todas sus realizaciones, la más importante fue el llamado Superheterodino, verdadero "Cum Laude" de los receptores de radio, y que en este caso vamos a construir.
A muchas personas el nombre de Superheterodino les puede resultar extrañísimo, y sin embargo, aún sin saberlo, la mayoría de ellas llevan la vida entera utilizando este tipo de receptores o aprovechando sus ventajas, porque las venerables radios de salón de nuestros padres y abuelos ya eran Superheterodinos, como también la parte receptora de los televisores, y los sintonizadores vía satélite, los Wi-Fi y los teléfonos móviles. Y a un nivel más profesional también los son algunas partes de los radioenlaces de voz y datos, de los radares y de la inmensa mayoría de los dispositivos que utilizan ondas electromagnéticas para comunicarse. ¿Pero que hace tan especial el Superheterodino? Pues sencillamente que su circuito soluciona de manera definitiva los principales problemas de la recepción, como son conseguir una muy alta sensibilidad para señales débiles, una excelente selectividad para separar las estaciones próximas y una buena calidad y estabilidad en la recuperación de las señales lanzadas al éter por un emisor. Por estos motivos, los superheterodinos se han impuesto en todos los campos en que se necesita asegurar el funcionamiento de las comunicaciones por radio, como en la radiodifusión comercial, en campos profesionales
como la náutica, policía o bomberos, en la telefonía o en Internet, e incluso en las necesidades especiales y bastante exigentes técnicamente de las comunicaciones entre radioaficionados. Edwin H. Armstrong, en una conferencia pronunciada ante el Radio Club of América
El sistema inventado por Armstrong se basa en mezclar dos señales, la procedente de la antena y la generada en el interior del receptor por un circuito denominado "Oscilador Local", la cual es algo distinta en frecuencia a la anterior. Por el efecto denominado "heterodino" el resultante de dicha mezcla son dos señales más; una de ellas la suma de las dos anteriores, y la otra su resta. Para explicarlo mejor imaginemos que la señal de la frecuencia de recepción es de 1 Megahercio, es decir, 1.000 Kilohercios (Khz), mientras que el oscilador local es de 1.450 Khz. Las suma de ambas será de 1.000+1.450 = 2.450, mientras que la resta será 1.450-1.000 = 450 Khz. A la vez, estas señales resultantes serán en amplitud el producto de las dos señales originales, y ya que la señal de antena variará con la intensidad puntual de la estación que recibimos, sus sumas y restas también harán lo mismo. Bien ¿Y ahora qué hacemos con estas dos señales? Pues
pasarlas a través de un filtro selector, que denominaremos de Frecuencia Intermedia (F.I.), que seleccionará una de ellas y eliminará la otra. Normalmente elegiremos seleccionar la más baja, en este caso de 450 Khz, y el motivo es que a estas frecuencias la selectividad o "ancho de banda" que el filtro dejará pasar es más "estrecha" en valores absolutos dados en kilohercios, es decir, con un receptor de este tipo podremos separar mucho mejor las emisoras próximas que en uno de Sintonía Directa o incluso que en un Regenerativo, sumando la ventaja sobre este último que el funcionamiento del Superheterodino añade a la señal recibida un ruido muy inferior. Diagrama de bloques de un receptor Superheterodino
Naturalmente, un circuito capaz de realizar estas funciones será sensiblemente más complejo que otros tipos de receptores, pero dicha complicación sale a cuenta por el resultado que se consigue, de tal manera que, como ya hemos dicho con otras palabras, este tipo de circuitos han acabado representando el 99,9 % de todos los sistemas actuales de recepción. Radio Superheterodino de lámparas Adwater Kent de 1935, un excelente representante de esta época
Dos receptores Superheterodinos a transistores, un Sony Multibanda Earth-Orbiter, y un Sanyo de principios de los 60
En esta ocasión nos decantaremos por un montaje Superheterodino clásico pero con algunas soluciones experimentales para simplificar partes no esenciales. Después de algunos bocetos he dado forma al siguiente circuito, en el cual podemos distinguir una serie de elementos: Circuito de nuestro receptor Superheterodino para Onda Media que montaremos con el N-ieP
1) El transistor de entrada T1, situado más a la izquierda, del tipo BF-198, realiza tres funciones distintas: A) Por una parte, a través de la bobina L2, de sólo ocho espiras, recoge la señal de antena de las emisoras que queremos recibir, y que ya han sido sintonizadas y seleccionadas por el filtro resonante que forma la bobina L1, los condensadores asociados y naturalmente el núcleo de ferrita, que con su notable permeabilidad, muy superior a la del hierro, consigue captar con muy bajas pérdidas el componente magnético de las ondas de radio, que traduce en corriente eléctricas de alta frecuencia y que acaban en L2. B) La bobina L3 es parte principal del llamado Oscilador Local, una especie de pequeño emisor de radio cuya señal prácticamente no sale del circuito, y que está calculado de manera que siempre oscile a una frecuencia 450 Khz más alta que la que tengamos sintonizada en L1. El condensador variable
CV, cuyas dos partes se mueven al unísono por estar montadas sobre el mismo eje, tiene una relación de valores que permite que dicha diferencia (450 Khz) se mantenga en todo el margen de sintonía. C) A la vez, como ambas señales, la de antena y la del oscilador local circulan a través del mismo transistor, se mezclan (se heterodino) creando dos frecuencias resultantes que son precisamente la suma y la resta de ambas. Y esta segunda, la resta de 450 Khz, es precisamente la que va al transformador de frecuencia intermedia Tr1, sintonizado a este valor, y que por tanto pasa esta señal al siguiente circuito y rechaza todas las demás que sean más altas o más bajas de este valor. 2) El transistor T2 de Frecuencia Intermedia es también del tipo BF-198, que utilizo normalmente para radiofrecuencia en los montajes, y está conectado en una configuración clásica de emisor común. Esta etapa se caracteriza por trabajar a una frecuencia fija de 450 Khz e independiente de la señal que estemos recibiendo, y su principal función es añadir más "selectividad" al receptor, es decir, mayor capacidad de discriminar una emisora de otra que esté muy próxima, lo cual se consigue mediante los dos transformadores de FI, el Tr1 y el Tr2, ambos sintonizados a 450 Khz. En un superheterodino normal, esta selectividad se concreta en un cierto "Ancho de Banda", que suele ser de +/- 4 ó 5 Khz sobre la frecuencia central (es decir, de 8 a 10 Khz en total), lo cual permite separar bien las emisoras y a la vez reproducir la voz y la música con buena calidad. Un receptor de comunicaciones destinado solamente a recibir voz necesitaría +/- 3 Khz, si fuera para recibir modulación de Banda Lateral Única (BLU) este valor quedaría reducido a 1,5 Khz y para recibir señales de Morse sin modulación, es decir, onda continua, podría ser incluso tan estrecha como de 0,1 Khz, aunque entonces esta parte del circuito ya sería mucho más compleja y además de filtros basados en bobinas y condensadores precisaría de resonadores de cuarzo que para un aficionado no son fáciles de conseguir. 3) A la salida de Tr2 y antes del potenciómetro de volumen de 10 K vemos el diodo detector de germanio, que rectifica la señal alterna de alta frecuencia. El condensador de 10 nF filtra la
componente para recuperar la señal de modulación, es decir, la que contiene el sonido y la música. 4) La parte amplificadora de baja frecuencia (BF), llamada también AF por "audiofrecuencia", está formada por dos etapas en serie con transistores BC-547. El primero de ellos es el preamplificador y el segundo la etapa final que ataca los dos altavoces de media impedancia. Ambos transistores trabajan en Clase A, y en el final utilizamos el truco de limitar la corriente con una resistencia de 330 Ohms y desacoplarla luego para la señal de alterna con un condensador electrolítico, con lo cual conseguimos un volumen aceptable con un bajo consumo (20 mA), aunque sea a costa de añadir una pizca de distorsión. La lista de materiales para este montaje es la siguiente: Lista de materiales para este montaje: 1 Bobina doble de 50 y 8 espiras, con núcleo de ferrita 2 Transistores BF-198 NPN 2 Transistores BC-547 1 Diodo de Germanio OA95 OA85 2 Resistencias de 220 Ohms 1 Resistencia de 330 Ohms 2 Resistencias de 470 Ohms 1 Resistencia de 2,7 K 1 Resistencia de 1 K 1 Resistencia de 10 K 1 Resistencia de 22 K 1 Resistencia de 47 K 3 Resistencias de 100 K 1 Resistencia de 470 K 2 Condensadores de 50 pF
1 Condensador de 470 pF 2 Condensadores de 560 pF 4 Condensadores de 10 nF 3 Condensadores de 47 nF 2 Condensadores de 1 uF 3 Condensadores electrolíticos de 47 uF 1 Condensador de 330 uF 1 Condensador de 470 uF 1 Condensador variable "Tandem" de 430+430 pF 2 Condensadores "Trimers" de 15-35 pF 1 Potenciómetro 10 K Lin (fijo en panel) 2 Altavoces de 62 Ohms (fijos en panel) 1 Antena de ferrita cilíndrica de 1 x 16 cm. 1 Bobina Oscilador Local de Lavis 767 2 Transformadores de FI de Lavis 767
A igual que ocurre con el circuito teórico, el montaje real ocupa una mayor extensión sobre el tablero N-ieP. La disposición sigue en lo posible un esquema "lineal" de izquierda a derecha, para que sean visibles las distintas partes. Para ello utilizaremos 36 contactos clip/muelle removibles y 13 fijos. En cuanto a los componentes propios del tablero, solamente usaremos uno de los potenciómetros de 10 K para control de volumen y los dos altavoces de media impedancia, que en esta ocasión irán conectados en serie. Plano de montaje del radio-receptor Superheterodino de cuatro transistores, para Onda media
Pese a disponer de una idea del montaje, un circuito de estas características no puede abordarse al buen tun-tún, colocando los componentes y las conexiones, y esperando que salga andando a la primera, porque a diferencia de otros proyectos realizados hasta ahora con el N-ieP, el resultado final exige que varios módulos que funcionan bien por separado lo hagan
también de forma coordinada. Especialmente las partes de radiofrecuencia como son el módulo de Frecuencia Intermedia y la etapa sintonizadora-osciladora-conversor. En pocas palabras; en este caso es necesario ir por partes y no pasar a la siguiente antes de haber dejado lista la anterior. Comenzaremos por tanto montando el amplificador de baja frecuencia (BF), de dos transistores BC-547, uno de ellos trabajando como preamplificador, y el otro como paso de salida en clase A. Se podría argumentar que estos transistores son más bien "de señal" que no "de potencia", pero para conseguir un mínimo de 200 mW. Con que atacar los altavoces, el BC-547 va sobrado y ni siquiera se calienta lo más mínimo mientras se mantenga a un volumen razonable. Las dos siguientes imágenes muestran el amplificador de audio y la etapa de frecuencia intermedia, que se distingue por los dos filtros pasa banda, llamados también "transformadores de F.I.", en forma de pequeños cubos de aluminio con un tornillo de ajuste en la parte superior. Dicho tornillo sirve para variar la inductancia de la bobina interna, lo cual unido al condensador externo, que en este caso es de 560 pF, permite sintonizar el conjunto a una frecuencia alrededor de los 450 Khz. Estos "transformadores" no son componentes que puedan improvisarse ni que puedan encontrarse en tiendas actuales de recambios, así que para conseguirlos la forma más fácil será a partir del reciclado de viejas placas. En este caso han salido de una radio Lavis 767 muy estropeada y con la caja rota que desguacé unas semanas antes de este montaje. De esta radio y de su circuito he aprovechado también los condensadores de 560 pF asociados a estos filtros y algunos elementos más que iremos viendo, aunque he de decir que no utilizo los "Transformadores de FI" tal como indica el esquema del Lavis, en donde van montados dos a dos y con acoplo capacitivo entre ambos, sino cada uno en solitario y usando solamente el acoplo inductivo interno entre el primario, que está sintonizado y es de media impedancia, y el secundario, que no está sintonizado y es de baja impedancia.
Primeras fases del montaje, el Detalle de la etapa de amplificador de baja Frecuencia intermedia, con los frecuencia, la detección y la dos transformadores etapa de Frecuencia Intermedia sintonizados y el transistor BF 198
Una vez nos hemos asegurado que el conexionado del circuito es correcto y las polarizaciones están bien establecidas, ajustaremos nuestro generador de radiofrecuencia a 450 Khz y lo conectaremos la entrada del circuito de FI. Seguidamente daremos tensión al circuito y observando la señal con el osciloscopio, y con un pequeño destornillador (mejor si es especial de ajuste, con punta de material plástico para que el metal no efecte a la inductancia) iremos reajustando los núcleos de ambos transformadores para que la señal a la salida sea máxima, lo cual ocurrirá cuando los dos estén alineados entre ellos y a la frecuencia de 450 Khz. La siguiente imagen muestra la pantalla del osciloscopio conectado a las salida de la etapa de FI, y puede verse perfectamente la radiofrecuencia amplificada, en este caso modulada al 60% por una señal sonora de 1000 Hz. En este caso, además, he comparado las señales de entrada y salida, y aplicando la fórmula: Ganancia de tensión en Decibelios (db) = 20 x Log (V2/V1)
... Y siendo V2 la tensión de salida y V1 la de entrada he averiguado que con esta etapa obtengo una ganancia de 21 dB (unas 11,2 veces). Naturalmente, en caso que la de salida fuera menor que la de entrada, el resultado final no reflejaría una "ganancia" sino una "atenuación". Una vez alineadas las Frecuencias Intermedias a 450 Khz con el generador de RF, comprobamos su ganancia con una señal modulada al 60%
Aquí puede ocurrir que alguien intente este montaje sin disponer de Generador de Radiofrecuencia ni de Osciloscopio, lo cual puede complicar bastante el proceso. Pero incluso así hay maneras más directas de efectuar este ajuste, aunque tal vez no consigamos tan buenos resultados. Sea como fuere, para el ajuste deberemos utilizar algún tipo de señal de entrada, con lo cual será necesario tener algo de paciencia y esperar a tener montado el resto del circuito. Bien, ahora nos tocará montar la parte más compleja, formada por el circuito de antena, el oscilador local y parte mezcladora: El circuito de antena estará formado por la antena de ferrita y la bobina que también hemos obtenido del desguace del Lavis (aunque podríamos utilizar el del anterior montaje Réflex, con una bobina doble de 50 + 8 espiras) y un condensador variable
de 300 pF que conectaremos sobre el tablero como si fuera un componente más. A este respecto, vamos a decir que los Superheterodinos básicos de recepción de Onda Media y Corta llevan un condensador variable doble (llamado "tandem"), en que el mismo eje mueve ambas partes a la vez, y el motivo es que para sintonizar las emisoras necesitaremos ir variando al unísono dos elementos distintos: la frecuencia de sintonía de antena y la frecuencia del oscilador local, pero como la segunda es superior en 450 Khz a la primera, las dos partes del condensador no puede ser eléctricamente iguales, porque aun modificando la bobina osciladora, esta relación no se mantendría Por este motivo, en los antiguos catálogos de radio se ofrecían también valores asimétricos de por ejemplo 400 + 200 pF o similares. Pero como esto complicaba la fabricación y la estandarización de modelos, la mayoría de las veces se construían iguales y luego se utilizaba un condensador fijo (llamado "padder") en serie con la parte variable del oscilador local, para conseguir que su capacidad máxima efectiva fuera casi la mitad de la de antena. De momento nosotros no vamos a plantearnos este problema y para las primeras pruebas utilizaremos dos condensadores variables distintos; el que ya hemos citado de 300 pF que añadiremos con clips sobre el tablero N-ieP, y el propio integrado en el tablero y que ya hemos utilizado en otros montajes. Tanto el circuito como la disposición de elementos de esta etapa ya se han visto en sus gráficos correspondientes. correspondientes. Entonces los montaremos como se ve en la siguiente imagen, observando los elementos que más destacan, como son la antena de ferrita, el condensador variable que hemos añadido y la bobina del oscilador local. Detalle del primer montaje de la etapa osciladora-mezcladora, con la bobina de ferrita y utilizando dos condensadores variables para facilitar el ajuste
La bobina del Oscilador Local también la he obtenido del desguace del Lavis. Está dividida entre un primario sintonizado, sin tonizado, con tres conexiones de salida (masa, punto caliente y salida de señal de baja impedancia) y un secundario de realimentación con dos conexiones que lo intercalan entre la salida del transistor y el primer transformador de F.I. Para poderla manejar esta bobina con más comodidad sin que se rompan los delgados hilos de Litz, la he fijado sobre un pequeño cuadrado de circuito impreso, de donde parten después los hilos de conexión al resto del N-ieP. Bobina del Oscilador Local aprovechada del Lavis 767, su montaje e identificación de los terminales respecto al circuito
Al acabar de montar el circuito procederemos a su ajuste siguiendo esta secuencia: 1) Al darle al interruptor de alimentación, la primera cosa de que debemos cerciorarnos es del consumo total. Para ello intercalaremos un miliamperímetro en el puente superior, el situado cerca del interruptor, y comprobar que no sube de los 35-40 mA. Realizo la prueba y veo que el consumo está en 32 mA, lo cual es más que correcto. 2) Seguidamente comprobaremos que el oscilador local está trabajando. Para ello acercaremos una radio de transistores común a nuestro montaje, y la sintonizaremos en Onda Media sobre los 1.300 Khz. Después colocaremos el mando del condensador variable de nuestro Oscilador Local en el extremo bajo, de menor frecuencia, y comenzaremos a girarlo lentamente hacia el tope alto de la banda. En algún momento hemos de escuchar en la radio el paso de la onda portadora. Si llegamos al final de la banda y no hemos oído nada, podemos afirmar que no oscila. Esto será normalmente un problema de conexionado, así que intercambiaremos las dos conexiones del secundario de realimentación y volveremos a hacer la prueba. 3) Ahora aumentamos hasta el tope el potenciómetro de volumen, colocamos el mando del condensador en del Oscilador Local en la zona media y comenzamos a mover el condensador variable de sintonía de antena hasta que notemos algún pequeño aumento de ruido. Sobre esto debemos decir que si tenemos los transformadores de Frecuencia Intermedia totalmente desalineados entre ellos, será muy difícil que oigamos nada, pero si hemos obtenido los transformadores de un aparato que más o menos funcionaba, y sobre todo si los núcleos de ajuste aparecen con su cera de sellado intacta, debemos suponer que están bien ajustados, probablemente no a 450 Khz, sino a 455 Khz, valor más frecuente en los aparatos de transistores y que nunca he entendido el porqué de su elección. Pues bien, no importa demasiado si están unos Kilohercios más arriba o más abajo, ya que lo determinante es su alineación.
4) En todo caso, por poca cosa que oigamos, como una estación en forma muy débil o un aumento del ruido de fondo, ya nos podría servir para alinear los transformadores de FI, dejaremos el primero como está y con nuestro destornillador de ajuste iremos girando muy lentamente el núcleo del segundo hasta conseguir la máxima intensidad. 5) Ahora probemos de sintonizar alguna emisora, moviendo el condensador del Oscilador Local y a la vez reajustando con el de sintonía de antena. Recorramos la banda de Onda media de un extremo a otro, comprobando que siempre podemos encontrar el punto de máxima intensidad de la señal actuando sobre le de sintonía.
Si hemos obtenido los resultados anteriores ya podemos decir que tenemos un receptor Superheterodino funcionando, aunque está claro que tener que ir moviendo dos mandos para buscar las emisoras no es lo ideal. Aquí es donde deberemos encontrar un condensador variable doble que podamos utilizar. Al principio de construir el tablero N-ieP, monté uno doble, pero al ser un material aprovechado que tenía guardado en cajas desde hacía más ce 40 años, resultó que no estaba en condiciones, hacía mucho ruido la girarlo y hasta en una zona se comunicaba las placas entre sí, lo cual indicaba que la lámina aislante de plástico estaba rota. Lo desmonté y después de luchar con las pinzas y la lupa durante un par de horas, de dos malos, conseguí hacer uno bueno. Así que el condensador que tengo fijo en el tablero ahora es de más capacidad pero ya no es un "tandem" que pueda utilizar en este caso. Entonces, ya que para este montaje he echado mano de algunos elementos de radiofrecuencia rescatados de la placa del viejo Lavis, también puedo usar el excelente "tandem" de dieléctrico de aire que equipaba. Condensador "tandem" de 430+430 pF de dieléctrico de aire, aprovechado de un viejo transistor Lavis 767, y algunos elementos soldados a sus soportes
En la imagen anterior se ven además dos pequeños condensadores variables de ajuste tipo "trimer", de 15-35 pF (también del Lavis), que he soldado directamente a los terminales del principal, y que servirán para conseguir una buena concordancia antena-oscilador al variar la sintonía. En este caso, las dos partes de este condensador son iguales, con una capacidad que según el esquema del Lavis es de 410+410 pF, pero que medidas con un capacímetro dan 430+430. Por tanto, la parte destinada al Oscilador Local deberá tener un condensador fijo en serie para reducir su capacidad total. Veo en el esquema que el valor de este "padder" es de 560 pF. Que también he soldado al condensador variable principal Tras una hora de pruebas el receptor ha quedado listo. En realidad, conseguir la concordancia ha resultado más fácil de lo que me temía. El proceso de ajuste ha sido el siguiente: 1) Con los dos "trimers" a mitad de su capacidad y el condensador variable a la máxima, desplazo la bobina de antena sobre la ferrita para encontrar el punto en que el ruido de fondo sea máximo. 2) Voy abriendo lentamente el condensador variable hasta sintonizar una emisora, reajusto la bobina de antena 3) Abro casi todo el condensador variable, sintonizando una
emisora fuerte. Reajusto el "trimer" de antena (el situado más a la derecha) para conseguir el mayor volumen. 4) Recorremos de nuevo toda la banda, comprobando que de forma razonable se mantiene el mejor ajuste de antena. Estos componentes y valores son procedentes del Lavis, y por tanto también deberían funcionar aquí sin problemas, y sin embargo el circuito que he utilizado no es exactamente igual ni tampoco lo es la base de montaje respecto a su circuito impreso original, con lo cual su comportamiento final puede variar en un margen bastante amplio. Si con estos sencillos pasos no podemos conseguir un buen ajuste de antena en toda la gama, el truco está en variar ligeramente el ajuste del núcleo de la bobina osciladora, y repetir el proceso. Normalmente notaremos un aumento o disminución de la concordancia, los cual nos dará la pista del sentido correcto que hemos de dar al ajuste. Sin duda, tal como me ocurrió a mí, tras unas cuantas repeticiones se va a conseguir un buen resultado. Montaje definitivo del Superheterodino de cuatro transistores, ya equipado con el condensador variable en tandem de 430+430 pF
Tras este ajuste ya podemos darnos por satisfechos. El receptor Superheterodino N-ieP tiene la mejor sensibilidad y selectividad de todos cuanto he hecho hasta ahora. Durante el día capta muy bien unas diez emisoras lejanas (en mi ciudad no hay locales), que aumentan a más de cuarenta en la noche. La estabilidad de frecuencia también es muy buena, permaneciendo en el mismo punto durante horas sin necesidad de reajustar el mando de sintonía, y el consumo y la distorsión se mantienen muy bajos, y el volumen de audio es suficiente para una habitación mediana. Etapa osciladora-mezcladora. Observar los dos condensadores "trimer" de ajuste soldados en el lateral del condensador variable principal
En resumen, creo que ha sido un montaje muy interesante para aprender los fundamentos de este tipo de receptores y a la vez practicar con ajustes de frecuencia que no habíamos tenido oportunidad de realizar en los montajes anteriores. Para acabar, veamos una corta filmación del funcionamiento del Superheterodino: Prueba de funcionamiento de nuestro receptor Superheterodino, en la versión de cuatro transistores y escucha por altavoz El receptor Superheterodino-Réflex de dos transistores En el montaje anterior hemos construido lo que podemos llamar un Superheterodino clásico, pero aprovechando una parte del mismo y modificando ligeramente otra he pensado que bien podía realizar la experiencia de "reducción" de este excelente circuito. En concreto la idea es cambiar el sistema de escucha de los altavoces por los auriculares de alta impedancia, lo que
según mis previsiones permitiría bajar el número de transistores a dos. A partir de aquí podemos elegir el sistema sencillo, que consiste en prescindir de cualquier amplificación de audio y conectar los auriculares a la salida del diodo detector, o bien modificar la etapa de frecuencia intermedia convirtiéndola en "Reflex", con lo cual, sin añadir transistores, ganamos una etapa adicional de amplificación de audio. En las primeras pruebas he cambiado el segundo transformador de Frecuencia Intermedia por un choque de radiofrecuencia, como muestra el circuito A de la imagen siguiente, pero los resultados no han sido satisfactorios. El circuito funcionaba pero con demasiada distorsión y sin apenas ganancia. La polarización era además muy crítica y apenas dejaba margen dinámico hasta que una emisora un poco fuerte saturaba la salida o que además aparecía una molesta oscilación parásita. El circuito B en cambio es fruto de la siguiente reflexión: el choque de radiofrecuencia presenta una alta impedancia para todas las señales de alta frecuencia, lo cual sin duda favorece la inestabilidad, pero a diferencia de un Reflex normal, aquí sólo tenemos una única señal, que es la de 450 Khz procedente de la etapa mezcladora, y por tanto nos basta impedir que ésta alcance los auriculares antes de haber sido detectada, filtrada y nuevamente amplificada. Para esta función lo ideal es utilizar precisamente el segundo transformador de Frecuencia Intermedia, que al estar ajustado a esta frecuencia, presentará un freno al paso de la misma pero dejará pasar sin problemas la audiofrecuencia detectada anteriormente. La idea surge efecto, y nada más conectar el transformador de FI aumenta notablemente la ganancia y la estabilidad. Tres disposiciones distintas ensayadas en el circuito Reflex, siendo la C la finalmente adoptada
La tercera opción C, que dejo como definitiva, mejora aún más el comportamiento. Ya que al conectar el diodo detector al secundario del transformador, se adaptan mejor las impedancias y crece por tanto la ganancia y la selectividad. Al final, el circuito de este experimento Superheterodino-Reflex queda como muestra el siguiente diagrama. Circuito del receptor Superheterodino-Reflex de dos transistores con escucha con auricular
Observamos como la primera etapa es idéntica que en el Superheterodino de cuatro transistores, pero la etapa de FI ha sido modificada para el fin que pretendemos. Para empezar, la polarización no es fija, sino que puede ajustarse mediante un potenciómetro de 10 K. El motivo es que he podido comprobar el estrecho margen de funcionamiento que tiene esta etapa trabajando a la vez en radio y en audiofrecuencia, siendo especialmente sensible a la saturación por señales fuertes. Por otra parte, este potenciómetro sirve a su vez como control de ganancia-volumen, lo cual siempre es interesante en el caso de recibir emisoras locales. Con esta disposición, el punto bajo del secundario del transformador de FI necesita desacoplar la señal de radiofrecuencia hacia masa, lo cual efectuamos con un condensador de 100 nF, que servirá además como filtro de la radiofrecuencia rectificada por el diodo detector. El procedimiento "Reflex", que ya hemos explicado en otras
ocasiones pero que ahora vamos a repetir, es el siguiente: 1) La señal de radiofrecuencia de 450 Khz procedente de la etapa mezcladora entra a través por la base del transistor T2 y aparece amplificada en su colector, 2) aquí se encuentra con dos posible caminos, el transformador de F.I, que no puede atravesar por presentar una alta impedancia a esa frecuencia, entonces se desvía hacia el condensador de 2,2 nF y el diodo detector de germanio OA95, que al dejar pasar sólo las semiondas positivas obtiene una continua pulsante 3) Esta continua pulsante es filtrada por el condensador de 100 nF, recuperando por tanto la señal de modulación de audio, es decir, la voz y la música. Dicha señal atraviesa sin problemas el secundario del transformador F.I. de entrada y es conducida a la base del transistor T2. 4) La audiofrecuencia aparece amplificada en el colector de T2, y ahora, como es de baja frecuencia, ya no puede atravesar con facilidad el condensador de 2,2 nF, pero en cambio sí puede hacerlo sin problemas a través del transformador de F.I, que para las bajas frecuencias representa una baja impedancia, alcanzando los auriculares en donde es traducida en sonido audible. Lista de materiales para este montaje: 1 Bobina doble de 50 y 8 espiras, con núcleo de ferrita 2 Transistores BF-198 NPN 1 Diodo de Germanio OA95 OA85 1 Resistencia de 2,7 K 1 Resistencia de 1 K 1 Resistencia de 22 K 1 Resistencia de 33 K 1 Resistencia de 100 K 1 Condensador de 470 pF 2 Condensadores de 560 pF
4 Condensadores de 10 nF 1 Condensador de 47 nF 1 Condensador de 100 nF 1 Condensador electrolítico de 47 uF 1 Condensador variable "Tandem" de 430+430 pF 2 Condensadores "Trimers" de 15-35 pF 1 Potenciómetro 10 K Lin (fijo en panel) 1 Antena de ferrita cilíndrica
2 Condensadores de 2,2 nF
de 1 x 16 cm. 1 Bobina Oscilador Local de Lavis 767 2 Transformadores de FI de Lavis 767 1 Auriculares de alta impedancia (4.000 Ohms)
A igual que el circuito, el plano de montaje es idéntico en la parte sintonizadora-osciladora-mezcladora y cambia un poco en la etapa de Frecuencia Intermedia. En cuanto a la parte amplificadora de baja frecuencia ha sido totalmente retirada. En esta ocasión utilizamos 29 puntos de conexión removibles y 5 fijos, y ningún elemento propio del N-ieP, ya que el único potenciómetro se añadirá sobre el tablero con los habituales clips. Plano de montaje del radio-receptor Regenerativo de dos transistores, para Onda media
En las siguientes imágenes puede verse el montaje real de este circuito, con los cambios que podemos observar en la etapa de F.I. Los auriculares de alta impedancia, como es habitual, están conectados con simples pinzas de cocodrilo. En cuanto al consumo no alcanza los 3 mA. Montaje del receptor Superheterodino-Reflex de dos transistores
Detalle de la etapa FI-Detectora-Reflex en versión C
