Este circuito está directamente inspirado por el libro "Solid State Design for the Radio-Amateur", que conseguí de la ARRL ( www.arrl.org ) hace un par de años. Todos los valores de diseño de los componentes que fijan la frecuencia generada han sido extraídos de dicho libro y solamente los valores de las resistencias de polarización de los transistores han sido inspiradas por los últimos trabajos de EA3PD.
Todo el "invento" partió del proyecto de un transceptor de CW para 15 metros, el CV-15, inspirado por un artículo aparecido en SPRAT, el boletín del G-QRP club. En el artículo el autor usaba cristales de 21 MHz en un OVX para generar la portadora de emisión y la necesaria para el detector de producto del receptor de conversión directa, pero a mi menda se me ocurrió probar un OFV en frecuencias tan elevadas que nunca he visto recomendado su montaje o utilización por defectos de estabilidad… . Tras hacer unos pocos números, decidí utilizar un sistema Colpitts, primero por variar tras experimentar con el Hartley (ver el proyecto de Oscilador Hartley) y segundo porque el Clapp conseguiría cubrir todo el margen de variación deseado con unas pocas décimas o centésimas de picofaradio, por tanto la mínima variación de la capacidad en temperatura podría enviar la frecuencia de oscilación a valores insospechados… . Por ello, este circuito está pensado para frecuencias bastante más altas que las habituales y tendría que ser modificado para frecuencias más "habituales" (por debajo de 10 MHz…).
Este es el esquema eléctrico:
Este es el diseño de la placa de circuito impreso:
Pistas vistas desde la cara de componentes:
Cara de componentes:
Así se ve el mío:
Explicación práctica:
En este circuito he decidido usar transistores BC547 (de a duro, muy baratos) y un 1N4007 como varicap de sintonía principal (no hay previsto RIT). Los condensadores C3, C5, C6, C8 y C9 son cerámicos NP0 (C3 fue sustituido por uno de 56 pF ya que no tenía de 68 pF en NP0). La bobina L1, cuyos datos no figuran en el esquema, es de 12 espiras de hilo de 0'5 milímetros de diámetro sobre toroide T50-6.
Ahora os explicaré como calculé los componentes. Como dije al principio, todo esto está directamente basado en las fórmulas que aparece en el "SSD-RA", concretamente en el capítulo 3, página 34, en la figura 2. Allí aparecen las reactancias aproximadas de los circuitos oscilantes y elementos adicionales (red de realimentación a condensadores, condensadores de acoplo). En concreto y para el circuito que elegí (el Colpitts), la reactancia inductiva de la bobina debe ser de 140 ohmios, la reactancia capacitiva de los condensadores de la red de realimentación (cada uno de ellos: C6 y C7) debe ser de 45 ohmios, la de acople del circuito tanque (Cc, C5 en el circuito) debe ser de 100 ohmios y la del condensador de salida de la etapa osciladora, C8, de 750 ohmios. A partir de esos valores hice números aplicando las fórmulas típicas:
(1) C=25330/(Lxfxf) donde C en picofaradios, L es en microhenrios y f en megahercios.
Nota para los matemáticos del mundo mundial que haberlos, haylos: para calcular L conociendo C, simplemente intercambiarlos en la fórmula. Preguntas a [email protected] .
(2) XL=2xPIxfxL ohmios, f puede ir en MHz y L en microhenrios.
(3) XC=1/(2xPIxfxC) ohmios, con f en Hertz y C en Faradios. Para poder usar megahercios y picofaradios, usar la siguiente:
(3b) XC=1000000/(2xPIxfxC)
(4) n=100xsqrt(L/AL) donde n es el número de espiras, sqrt es la raíz cuadrada, L va en microhenrios y AL es el conocido factor del toroide (también se puede calcular para otro tipo de formitas y núcleos de bobinas…).
(5) L=(ALxnxn)/10000 para calcular la inductancia de una bobina toroidal dada.
Estas fórmulas son las mismas que aparecen en el proyecto del Oscilador Hartley. En fin, tomando como f=21 MHz, despejé L y C de sus fórmulas respectivas (interesados en los pasos matemáticos, emílienme a [email protected]). Total, L1 me dio 0'98 microhenrio, Cfb (cada uno de los de realimentación, C6 y C7), 168'4 picofaradios, Cc (el de acople del circuito tanque, C5), 75'8 pF y, finalmente, el Co (condensador de salida, C8) es de 10'1 pF. Como veréis en el esquema, estos valores no son exactamente iguales a los que he utilizado, sino que recurrí a los valores más próximos de los que disponía en el tipo cerámico NP0. Para calcular el condensador de sintonía, eché mano de la socorrida fórmula (1) - no veas como corre - y me daba entre 58 y 58'6 pF. Con esos datos y como no quería utilizar un condensador variable caro de aire, decidí usar sintonía a varicap. Como del 1N4007 cabe esperar un margen de variación de unos 10 pF, el condensador de margen del varicap (C3) debe reducirlo para cubrir el margen deseado. En este caso es de sólo 0'6 pF… . Para calcular el número de espiras de la bobina usando un toroide T50-6, apliqué la fórmula (4). Sin embargo, para poner la capacidad de sintonía hay que tener en cuenta que los condensadores de realimentación en serie con el de acople al circuito oscilante aportan unos 30 pF, así que con incluir un trimer capacitivo de 22 pF es suficiente para lograr sintonizar el circuito en 21 MHz. De hecho, aunque la bobina sobre toroide indicaba 15 espiras para lograr la inductancia, tuve que retirarle tres para llevar el oscilador a la frecuencia deseada (finalmente quedó con 12 espiras).
Bueno, ahora el ajuste. La bobina tiene poco que retocar, por tanto todo el ajuste se debe hacer con el potenciómetro de sintonía y el trimer del circuito tanque. Primero, ajustar el trimer a la mitad de su recorrido y medir la frecuencia de salida. Después, mover el potenciómetro a la posición de mínima frecuencia. Finalmente, ajustar el trimer hasta conseguir poner el oscilador en la mínima frecuencia deseada (por ejemplo, 21'000, pero puede valer también 20'995, por ejemplo). Luego, al mover el mando (en este caso potenciómetro) de sintonía la frecuencia subirá. Para reducir la cobertura de este oscilador, reducir C3 a 1pF (algún valor entre 1 y 5 pF) o bien poned resistencias en serie con el potenciómetro de sintonía. El proceso de ajuste es también similar para el oscilador Hartley.
Finalmente, la pregunta del millón: ¿cómo llevo este oscilador a otras frecuencias mucho más bajas?. Respuesta: hay que utilizar las fórmulas y los datos de reactancia para calcular los valores necesarios. Probablemente haya que utilizar condensadores de estiroflex (poliestireno) para los condensadores de realimentación y de acople al tanque, porque serán valores demasiado grandes para encontrarlos del tipo cerámico NP0. La bobina y la capacidad de sintonía también deben ser calculadas (la inductancia de la bobina despejándola de la fórmula (2) y luego la (1) para calcular la capacidad). Es importante calcular el margen de variación necesario (igual se necesitan bastantes picofaradios de variación y con el 1N4007 apenas podéis hacer un RIT). Y, sobre todo, puede ser necesario incluir un condensador en paralelo con el trimer de ajuste. Parece ser que si se ponen varios en paralelo el oscilador es más estable. Todas estas modificaciones, especialmente esta última, imponen una modificación a la placa de circuito impreso que yo no he realizado pues la versión simplificada cubría mis necesidades. Os lo dejo como ejercicio para vuestro propio proyecto.
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