martes, 15 de julio de 2014

Regulador Electrónico para LEDs

Hola a todos,

he enocntrado en estas fechas un hueco, realmente ha sido más el interes, para publicar el regulador electrónico para LEDs porque no dispongo de mucho tiempo entre trabajo y familia.
Como muchos colegas me preguntan al respecto he decidido publicar toda la información para poder realizar el regulador electrónico para LEDs que funcionen con tensión continua de 12V. Por ejemplo las conocidas tiras de LEDs.

Ya que me pongo, quiero explicar cómo funciona el invento, es donde más disfruto y de hecho es el objetivo de este blogs: tocar algo de base electrónica simple, para todo aficionado.

El principio del regulador es conseguir la regulación de tensión (valga la redundancia)  y para ello vamos a utilizar un microcontrolador PIC muy sencillo y por tanto económico... nuestro 12F508 de Microchip. Un micro con 6 patitas, dos de alimentación y 6 patitas donde 5 pueden trabajar de entrada/salida y una sólo de entrada.

El funcionamiento es simple, se genera una señal PWM, es decir una señal de anchura de pulso variable. Esta señal es de frecuencia fija pero tiene la particularidad de variar el ciclo de trabajo por lo que conseguimos obetner niveles de tensión variables.

Un ejemplo de las señales que vamos a generar en una patita del PIC:


Aquí tenemos una señal que varía el ciclo de trabajo, esta señal PWM se inyecta a un transistor de potencia que gobernará los LEDs. La frecuencia repito que es fija porque el ciclo no varía. El PIC genera una señal a 500Hz, es decir 500 ciclos por segundo o lo que es lo mismo cada 2 ms. De esta forma variamos la tensión ya que el nivel de tensión eficaz dependerá del ciclo de trabajo.
La primera señal tiene un ciclo bajo y la última alto por lo que la diferencia de tensión entre ambas señales es considerable y se traducirá en más o menos luminosidad.
Por ciclo de trabajo entendemos el porcentaje de nivel alto respecto al nivel bajo en la señal por lo que un ciclo de trabajo de 100% será una señal de salida de tensión continua (una recta).
En la patita del PIC los valores de tensión van entre 0 y 5V aproximadamente, este valor coincidirá con la tensión de alimentación del PIC.

Nuestro invento lleva un pulsador que tiene dos funciones, regular el nivel de tensión de forma progresiva y hacer de interruptor ON/OFF con pulsaciones largas.

El equema es el siguiente:


El esquema es sencillo, el regulador 7805 no es necesario que sea de 1A ya que sólo alimenta al PIC.
La señal PWM se aplica  la base del TIP120, transistor Darlington muy común usado por ejemplo en fuentes de alimentación conmutadas de PC, su precio no es elevado. Este montaje puede salir bastante económico recuperando piezas.

El transistor TIP120 conecta a masa los LED bajo el control de la señal PWM generada por el PIC, por lo que dependiendo de ésta será mayor o menor el tiempo de "polarización" de los LEDs.
Como la frecuencia aplicada es de 500Hz no se nota parpadeo ninguno y los LED lucen de forma uniforme sin cansarnos la vista. También es recomendable usar LEDs tipo WARM (cálidos) ya que no son molestos, para hacer una buena elección debemos mirar la temperatura de color de éstos (este sería otro tema).

Es posible utilizar un condensador electrolítico y colocarlo entre +LED y masa si tenemos alguna interferencia, por ejemplo en nuestras radios si somos Radioaficonados. Sin ese filtro la líneas de alimentación de nuestras tiras de LED emitirán ondas electromagneticas en 500 Hz y sus armónicos.
Podemos utilizar un condensador de 470uF o 1000uF de 25V por ejemplo.

La alimentación puede llegar a 13,8V, realmente diseñé el regulador para estos niveles debido a que utilizo la fuente de mis equipos de radio, este circuito protege los LEDs ya que trabajar a más de 12V los termina fundiendo antes de tiempo. En principio los LED deben durar decenas de miles de horas pero depende de cuánto les apretemos.

Respecto al TIP, indicar que si manejamos menos de 1A trabajará más o menos sin problemas de temperatura pero es recomendable ponerle un disipador. Será obligatorio se trabajamos con corrientes más altas. El fusible debe de estar ligeramnete por encima de la corriente de nuestros LEDs. El fusible donde más papel asume es en la protección de inversión de polaridad gracias a D1. Si utilizamos corrientes elevadas tendremos que elegir un D1 que nos aguante el pico de cortocircuito ya que como hemos dicho el fusible va acorde a la corriente requerida.

Por último, queda programar el PIC, éste lleva un programita cuyo HEX voy a poner para que lo tengáis disponible. Para programar el PIC sólo indicar que es necesario un programador y software, por ejemplo un programador económico chino, para programar se puede utilizar el MPLAB de Microchip, es el que yo utilizo, realmente es un entorno de desarrollo pero incluye esta funcionalidad.

No quiero terminar sin indicar que hay que programar el PIC no activando el WDT (WatchDogTimer) ,seleccionando el oscilador RC interno (RB4 como I/O) e indicando que RB3/MCLR es una entrada digital (MCLR conectada internamente a Vdd).

Espero que haya resultado de utilidad...

Saludos. Víctor.


lunes, 26 de mayo de 2014

Unidad para Control de Repetidor

Ya hace unos cuantos años me plantearon participar en la iniciativa de poner en marcha un nuevo repetidor. Las principales dificultades eran técnicas, para disponer de las funcionalidades y características que la legislación obligaba y obliga... Me refiero al envío del identificador y al telemando del repetidor básicamente.

La mayoría de repetidores tienen soluciones técnicas desarrolladas por radioaficionados, unas más sencillas y otras más eleboradas que cubren las necesidades para el envío del identificativo. El telemando del repetidor es algo más complejo y posiblemente no esté implementada en algún que otro sistema repetidor.
Los repetidores profesionales también son utilizados pero son caros y salvo que se disponga de presupuesto puede ser inviable su adquisición. Asociaciones y radioclubs pueden disponer de presupuesto para disponer de soluciones completas más profesionales.

La cuestión es que teníamos unos equipos Kenwood, antena, etc.. La cavidad resonante no era un problema para la banda de UHF... las chinas funcionan bien!

Me puse a diseñar la Unidad y realicé dos módulos, uno que gestionaba los equipos (Control)  y otra para el  telemando (DTMF). Las dos trabajaban sincronizadas y conectadas por una línea de comunicación donde la unidad DTMF enviaba comandos básicos a la unidad de control...

Actualmente, he diseñado y montado en estos últimos meses una nueva unidad para EA7, he rediseñado todo el sistema completo para integrarlo en un único hardware y he programado más funcionalidades.
La diferencia principal es que el identificativo del repetidor es por voz y en la versión original era por telegrafía (grabada a fuego).
También he añadido otras funciones como el TOT (Time-Out Timer) a 3 minutos con rearme automático a los 10 segundos para equipos que no dispongan de esta funcionalidad junto con la inclusión de un Roger Beep controlado vía DTMF.

El control de los equipos requiere una serie de características, el receptor debe de tener una salida de audio constante y una salida de "squelch" que idique cuando está abierto o cerrado. Esta última es una salida digital que se pone a 1 (5V) cuando está abierto (por lo general), hay equipos como determinados Motorola "GMxxx" que permiten programar la salida digital. Muchos equipos disponen de esta salida por conector de accesorios.
El equipo transmisor puede ser cualquier ya que podemos usar la entrada de micro pero si dispone de conector de accesorios nos quedará más elegante. Sólo necesitamos 3 cables: masa, micro y PTT.

Los Motorola GM-340 usados en este caso disponen de todas las líneas necesarias, algunas deben ser programadas o activadas por software. Un detalle de estos equipos es que la entrada de micrófono externa (accesorios) es balanceada, algo que inicialmente desconocía porque la información de mi documento de instalación no lo especificaba...
De hecho, hay poca información en la Red, he leído que estos equipos son poco sensibles pero seguro que es por este motivo.

He realizado una mini-placa en el propio cable de la Unidad al equipo TX para adaptar la señal de micro a la entrada balanceada de accesorios (MIC), de esta forma funciona a las mil maravillas. Si utilizamos un TX Yaesu, Kenwood, etc. no no encontraremos con este problema...

Una vez realizado el diseño y el prototipo, estuve varias semanas realizando pruebas y modificaciones. Todas las correcciones las apliqué al esquemático y reediseñé la placa PCB para realizarla de nuevo.

He avanzado en la fabricación de placas usando la CNC que terminé a principios de año y que me permite además de no usar química realizar placas completas, lo que más agradezco es el taladrado en placas que llevan gran núnero de componentes.







Esta es la placa definitiva fabricada con la fresadora CNC casera.


Las características del sistema permiten montar un repetidor con dos equipos móviles de VHF ó UHF cuyo precio es asequible, sobretodo si se adquieren de segunda mano.
Las funciones ofrecidas son comparables a la de sistemas de un coste muchísimo más elevado e incluso algunas son propietarías, me refiero a que son de mi invención.

1. Control remoto por DTMF, permite controlar el repetidor ON/OFF
2. ON/OFF vía DTMF del Roger Beep.
3. ON/OFF vía DTMF del Relé Auxiliar (funciona como un interruptor)
4. Todos los comandos son confirmados por tonos...
5. Clave DTMF personalizada de 6 dígitos
6. Posibilidad de cambio de clave DTMF en remoto
7.Varias implementaciones de seguridad en el control DTMF (*)
8. TOT a 3 minutos con rearme automático a los 10 segundos.
9. Cola de repetidor de 800 ms al soltar el cambio ( aprox. 850ms con Roger Beep)
10. Identificador de repetidor por Voz (grabación máxima 10 segundos) cada 10 minutos
11. Mezclador del Identifiador y Audio  (si se transmite mientras se "identifia el repe")
12.Grabación en EEPROM del estado, arranca con el último estado tras un corte eléctrico.

(*) El envío de comandos DTMF debe realizarse a través de posiciones de memoria en el equipo transmisor ya que no se aceptan comandos manualmente (separación de tonos < 250ms).
Si un comando es incorrecto el módulo DTMF se bloquea durante 2 segundos evitando aceptar secuencias aleatorias consecutivas.
El repetidor nunca retransmite el comando DTMF por la salida del repetidor disminuyendo la probabilidad de ser recibido.

La placa del repetidor funciona a 5V y tiene un consumo < 100mA. Dispone de 4 LEDs de estado:

1. LED alimentación Vcc (Power)
2. LED repetidor ON (apagado repetidor desactivado)
3. LED TX, repetidor en transmisión
4. LED DTMF, parapadea al ritmo de la cadencia de los tonos DTMF recibidos.


La PCB dispone de varios ajustes:

1. Nivel del identificador vocal respecto a la modulación de las estaciones.
2. Nivel de salida MIC  (hacia la entrada de micrófono del equipo TX)
3. Nivel del Roger Beep

Respecto al Grabador de Voz para el identificativo, es un módulo con un integrado grabador de 10s a  8KHz, en concreto el ISD1820. Este está controlado por el microcontrolador de la Unidad de Control que le envía la señal de activación en el momento adecuado, según programación...
Como el mensaje puede tener una duración de pocos segundos hasta un máximo de 10 segundos, la unidad tiene dos Jumper para ajustar la ventana de transmisión y que la desconexión en TX este próxima a la finalización del mensaje.

La placa es la siguiente, en ella se ve el hardware descrito hasta el momento.



El módulo DTMF está microcontrolado y utiliza un MT8870 como "DTMF Decoder", el microcontrolador incorpora el programa que se encarga de analizar la secuencia recibida y dar las órdenes al módulo de gestión del repetidor através de una línea de comunicación serie.
El módulo DTMF también se utiliza como reloj para generar interrupciones en el módulo de gestión para el control TOT y el envío del identificador del Repetidor.

El mensaje se graba en la placa de voz, existe un botón REC que grabará el mensaje mientras se encuentre pulsado. Sólo tenemos que hablar delante del micrófono incorporado con voz alta y clara.
El mensaje quedará grabado dentro de la memoria del ISD1820.
Esta placa dispone de 3 líneas conectadas en el conector de 10 pines:

1. Blanco GND
2. Amarillo PLAY EDGE (para lanzar el identificativo)
3. VCC 5V

En el otro extremo se encuentra la salida de altavoz que utilizamos a través de un transformador adapatador hacia la entrada del Amplificador Operacional.

El módulo de gestión ejecuta las instrucciones que recibe desde el módulo DTMF, si el repetidor está activo realiza la conmutación Tx/Rx. Genera también la "cola" del repetidor e inserta el Roger Beep si está activo.

En el conector de RX es donde vamos a conectar nuestro equipo receptor, disponemos de 3 líneas de entrada:

- Pin 1 GND  de señal de AUDIO y SQUELCH. (del conector de accesorios)
- Pin 2 squelch (0V cerrado  y  5V abierto)
- Pin 3 Audio RX (nivel aproximado de 500 mVpp)

En el conector de TX disponemos de 3 líneas también:

- Pin 1 GND de  señal MIC y PTT
- Pin 2 MIC
- Pin 3 PTT (se conecta a GND en TX)

Los cables de los equipos Motorola disponen de un cable ROJO conectado a la entrada de alimentación, este cable se utilica como cable de 12V de accesorios (Ignition Sense) que enciende los equipos cuando tiene tensión (como sucede con la radio del coche). Este cable se utiliza para que en el caso de fallo eléctrico los equipos se enciendan automáticamente al recuperar la alimentación de lo contrario sería necesario encenderlos manualmente.
Esta función debe programarse en los equipos Motorola, en equipos de Radioaficonado normalmente éstos recuerdan el estado y se encienden automáticamente.

El relé auxiliar (en la parte superior derecha de la PCB) es un relé de 10A que se utiliza como interruptor opcional, si tenemos la necesidad de controlar "algo", cualquier aparato, dispositivo, etc. podemos usarlo. El estado es recordado si falla la alimentación, tiene un comando asociado DTMF para activarlo y desactivarlo.
Este relé nos permitiría disponer de otro modo adicional (por ejemplo) de apagar el repetidor si alimentamos el equipo TX  a través de este relé-interruptor. Lo único obligatorio es que el equipo RX esté siempre activo ya que los comandos "entran siempre" por la entrada del repetidor.



 
Detalle de los conectores de accesorios de los equipos Motorola. El cable rojo adicional es el Ignition Sense.

Para finalizar, existen dos tipos de comandos DTMF, comando de activación y desactivación. En cada canal se especifica un identificador, por ejemplo el relé auxiliar es el canal 1. Es decir que para abrir el relé (apagar) debo enviar un comando de tipo desactivar indicando canal 1 y la clave de 6 dígitos.

Para desactivar el Roger Beep, con el repetidor activo se envía un comando de activar repetidor que al estar ya activo lo interpreta como un comando del Roger Beep y lo desactiva. Para activarlo de nuevo vuelvo a enviar el mismo comando, alternativamente activa o desactiva el Roger Beep dependiendo del estado en que se encuentre. Si desconecto el Repetidor vía DTMF el Roger Beep no se modificará al igual que si lo vuelvo a conectar.

Es una forma de simplificar los comandos DTMF y de aptovechar el protocolo simple de 4 bits entre los módulos DTMF y de Gestión...

Espero que haya resultado interesante... seguiré ampliando información.
Algún ejemplo práctico se puede ver en mi canal de YouTube.

73. EA4AQM (Víctor H.)













sábado, 24 de mayo de 2014

Fotos de montaje del AQMDDS

Hola,

Quería publicar algunas fotos con detalles del montaje del AQMDDS, puede servir de referencia para su construcción. El dispositivo es un sandwich compacto, esta sección se la dedico en especial a mi colega Paco (EA5GU) que por estas fechas de publicación debe estar montando una unidad para su ILER...

Lo primero, decir que no todas las patitas del módulo AD9850 son necesarias, el AD9850 se puede "sintonizar" por comunicación serie o paralelo, "la que menos recursos (líneas) necesista" es la serie por lo que las líneas exclusivas de entarda en modo paralelo las descarto. El diseño de la PCB se simplifica bastante.
Debemos cortar las patitas sobrantes sin equivocarnos...




Como Paco dispone del módulo le servirá de referencia, hay que dejar 10 patitas, las 4 primeras de cada fila y cercanas al cristal oscilador y otra patita en el extremo de cada fila junto al potenciómetro.
Tal como aparece en la imagen, me ahorro 1000 palabras!

Hay que montar todos los componentes de la palaca antes de poner el DDS, hay que fijarse muy bien siguiendo el manual. Los condensadores hay que tumbarlos un poquito...


La placa queda paralela, hay algo de curvatura por la óptica de la cámara del móvil...




La placa queda justo por encima de los zócalos de los integrados.



Detalle de los pines del LCD, antes de soldar los pines hay que  colocar los separadores, éstos nos dan la distancia entre el LCD y la placa del AQMDDS. Quiero mostrar como queda soldado, Personalmente creo que es la parte más complicada de todo el montaje.




Detalles de los separadores, se deben colocar ya que nos ayudan a establecer la longitud de los pines del LCD a la hora de soldarlos...



El LCD queda como se ve en la imagen, no llega a tocar ningún componente.


Un saludio (73)
Víctor.

sábado, 1 de febrero de 2014

Encoder cuadrático por botones

Hola...

           siguiendo con los últimos trabajos,  la opción de poder disponer de una botonera para manejar el DDS, me he animado a ampliar la información. En mi canal de YouTube están los videos que muestran el funcionamiento pero quería detallar el esquema del prototipo, ya realmente es una versión final bien comprobada y operativa.

El circuito lo que hace es generar la señal utilizando un PIC, las combinaciones electricas desfasadas 90º dependiendo del sentido de giro que un encoder rotativo mecánico generaría. En este caso dependiendo
del botón pulsado obtendremos una señal practicamente perfecta. Se entiende quen el encoder no genera nada por si solo, está conectado a líneas de un microcontrolador...

Los botones mejoran la usabilidad, no hay que estar girando una rueda y con la función de scan mientras que se pulsa el botón resulta realmente práctico. La versión que detallo genera pulsos mientras se mantiene pulsado el botón de uno de los sentidos e incrementa la velocidad de avance de forma progresiva.

Otra ventaja del los botones es la duración, el encoder mecánico tiene una vida útil que depende de la calidad de éste. Los ópticos son mejores en este sentido. Otra ventaja de los botones es que no sobresalen tanto y en determinadas aplicaciones puede ser interesante.

Si sustituimos el encoder del DDS por este circuito tendremos que añadir el pulsador de modo como un botón más ya que perdemos el pulsador integrado en el Encoder rotativo...

El esquema es el siguiente:
 


¿Cómo se conecta?  Si quitamos el encoder nos vamos a encontrar con los puntos de conexión situados a la derecha. Las líneas A, B, GND y el pulsador. Lo que hay que tener en cuenta es que el PIC 12F508 necesita 5V para funcionar. Podemos sacarlos del circuito, el DDS tiene una toma de +5V auxiliar. El consumo de este circuito es muy bajo.

Es importante destacar que el circuito es compatible para sustituir el Encoder del DDS, por defecto las líneas A y B del DDS están a nivel alto y se van conectando a GND en el orden adecuado para generar la modulación. Podemos decir que el encoder trabaja con conexión del terminal común a masa o GND.

Las patitas 2 y 3 son por donde sale la señal A y B generada según las pulsaciones y la detección de los botones (up/down) se realiza por las patitas 7 y 6 respectivamente.

Sobre el botón MODE no se tiene ningún control como he dicho, sólo lo he llevado a la placa de la botonera.

El condensador de 10nF debe estar como se indica en el esquema, cercano a la pata 1.

Si separamos mucho la botonera del hardware debemos usar cable con algún tipo de apantallamiento por evitar posible interferencias en el receptor.En principio la botonera no debería producir ningún tipo de interferencia.

Ahora sólo queda programar el PIC, para ello colocaré junto a los enlaces de la derecha el HEX.

Grabar con WDT  Off y se usa el oscilador interno.

Cualquier duda o consulta, como digo siempre, estaré encantado de atenderos. Si no contesto, me he podido despistar,  volved a preguntarme. Recibo muchos correos normalmente!

Un saludo (73)
Víctor.


martes, 14 de enero de 2014

AQMDDS Config ILER


Estos días publicaré más información al respecto del DDS, por ejemplo el esquema del circuito que permite integrar el ILER con el DDS para tener operativo el S-METER.

En las siguientes imagenes se muestran las configuraciones de VFO para una RF de 7.000.000 Hz (40 m) y de 14.000.000 Hz (20 m) respectivamente. Estas configuraciones son para los "ILER".






-- Edición 14 de enero de 2014 --
He preparado el esquema del adaptador del CAG al AQMDDS, lo que hago es convertir los niveles de señal en niveles de tensión continua. Como apunté en el manual la máxima desviación se produce a 48mV por lo que cada nivel del SMETER se activa por cada incremento de 4,8 mV.






El circuito puede suministrarse montado en un tamaño muy reducido utilizando algunos componentes SMD.



73. Víctor.

domingo, 1 de diciembre de 2013

Proyecto VFO con DDS 9850

Introducción

En el mes de febrero comencé este proyecto, uno más de los varios que llevo realizados por afición a la electrónica y a la radioafición. La idea surgió principalmente por la necesidad de ampliar mis instrumentos de laboratorio y un generador de RF es una herramienta de gran utilidad e infinitas aplicaciones...

La decisión de empezar con ello fue a raíz del auge de los KITs QRP para bandas de HF, hablando con mi amigo Jesús (EA4EP) recibí algunas ideas muy interesantes por lo que el proyecto iba a resultar bastante  motivador. Esto último es importante porque tengo poco tiempo y los proyectos pueden llevarme varios meses...

El obejtivo era desarrollar un VFO (y por supesto con función generador de RF) que ofreciera las caracteristicas básicas que necesita todo transceptor y que para nuestro entender (incluyo a Jesús) era disponer de medidor de señal recibida y poder realizar RIT (desplazamiento sólo de la frecuencia de RX) o  función SPLIT.

Otras características importantes que tuve en cuenta fueron incluir un voltímetro para poder operar con baterías en portable (habitual en QRP) y reducir el consumo lo máximo posible.

La usabilidad era otro punto al que le dediqué horas, cuantas más funciones más necesidad de botonadura y el obejtivo era reducir a sólo el ENCODER el funcionamiento, éste dispone de un pulsador si no sería inviable. Además las funciones deberían ser accesibles de forma sencilla, sin pasos por menús, etc.

Decidí usar un LCD de 2x16 para poder reflejar las funciones activas tales como el PASO, el SPLIT y el LOCK, además el S-METER me iba a ocupar 10 caracteres por lo que la primera línea es exclusiva del mediodor y el voltímetro con un decimal.

Uno de los objetivos ha sido también reducir el tamaño y para ello he estado trabajando hasta conseguir que el tamaño de la placa del DDS se ajustara a la del LCD obteniendo un tamaño reducido y con sólo 22 mm de profundidad.

Aprovechando los 32 caracteres del LCD se refleja la frecuencia en Hz, para ello he implementado la sintonía con pasos de 1 Hz, en la práctica el paso de 1 Hz tiene más sentido para el generador de RF.
En modo VFO para SSB con 10Hz para "clarificar" sería suficiente aunque con la velocidad de muestreo del encoder superamos los 40 pasos por segundo teniendo un rápido desplazamiento, es por ello que los pasos se han limitado a los 10 KHz y sólo en modo generador de RF tenemos disponibles los pasos de 100 KHz y 1 MHz.

Configuración

La configuración del dispositivo al que he denominado AQM DDS, se realiza por un menú no accesible desde la operación en modo normal ya que las opciones que se definen son estáticas por el hecho de que no necesitan cambiarse con frecuencia. Este menú se activa al apretar el pulsador del encoder en el momento de recibir alimentación.
En este menú configuramos:

1. El mensaje de bienvenida..
2. Los parámetros del VFO
3. La calibración del voltímetro
4. La sensibilidad del ENCODER
5. La activación del S-METER en TX

 Respecto a la configuración de los parámetros del VFO decir que no existen limitaciones en su configuración, el LCD puede mostrar hasta 99.999.999 Hz de forma que podemos utilizar el DDS para bandas superiores a HF, por ejemplo para un transceptor de 50 MHz. La limitación está en la frecuencia máxima del DDS (40 MHz), es la frecuencia máxima que podemos inyectar al mezclador.
Esta frecuencia depende del diseño del equipo y de la FI (frecuencia intermedia) utilizada.

Podemos perder un dígito y utilizar el DDS para la banda de 144 MHz por ejemplo configurando la frecuencia de 44.000.000 de forma que represente 144.000.000 Hz, pero vuelvo a insistir en que la frecuencia de salida debe de estar por debajo de 40 MHz.

Algunas fotografías del DDS:


PCB del DDS


En modo generador de RF

Muestra espetral para f=2,5 MHz


MANUAL DEL AQMDDS  Pulsa AQUÍ

Para más información AQMDDS@gmail.com

73

miércoles, 2 de enero de 2013

Analizador de Antena de VK5JST

Llevaba mucho tiempo sin escribir en el blog porque dispongo de poco tiempo y no estaba en mis prioridades. La causa principal es que hemos incrementado la familia y ya os podéis imaginar. :-)

Entre las pocas cosas que puedo hacer ha estado la de montar este analizador de antena (AA). El proyecto lo he llevado en paralelo con mi amigo Jesús (EA4EP) ya que el ha montado otro dispositivo.

Aunque tenemos posibilidad de construir PCB´s, ésta tenía mucho trabajo de "taladrado", ya sólo las resistencias sumaban casi 50...

Al final pedimos un par de PCB´s, aunque está disponible el KIT completo decidimos conseguir los componentes y ahorrarnos más del 50% del coste de dicho KIT que ronda los 150$. Yo ya partía con parte del material al disponer de componentes "recauchutados" que voy recuperando y otros nuevos adquiridos y que se quedaron en el cajón. Tenía el LCD de 2x16, el conmutador de bandas (inductancias), algunas resistencias, zócalos, etc..

Antes de seguir, comentar que la decisión de su construcción fue porque se hablaba bien de este dispositivo que cubría la bandas de HF completa (3-30MHz) y parte de la banda de MF ya que la frecuencia más baja que he conseguido ha sido de 910 KHz, de aquí partimos hasta los 31,5 MHz de forma continua con la salvedad de tener que conmutar disitintas inductacias para conseguir que el oscilador local nos cubra todo el margen. Esto es necesario porque el oscilador es un circuito LC y variando sólo la capacidad no cubriríamos es rango completo.

Aspecto de analizador de VK5JST:

La ventaja de no elegir el KIT a parte del coste ha sido el poder construirlo a nuestro antojo, hay varias cosas que no nos gustaban, por ejemplo el LCD en la parte inferior y el sistema de sintonía basado en un condensador variable de sintonía como los que se utilizan en las radios de AM y que por su alta variación de pF por grado de giro ha obligado al autor a colocar un potenciómetro para el ajuste fino de la frecuencia.

También he decidido colocar un conector PL en vez de los terminales que tiene el diseño original. Otro detalle es que hemos utilizado un microcontrolador diferente al del autor, en concreto un PIC16F873A  (toda la información está en la web del autor SP2JJH) siendo el coste menor que el Picaxe que lleva el KIT. No hay que realizar ningún cambio siendo el PIC compatible. Lo que sí varía es el contador de frecuencia por lo que el divisor  4040 no es necesario quedando el zócalo vacío, pero es necesario realizar un puente utilizando una resistencia de 470 Ohm entre la patilla 9 del 74LS93 y la patita 6 del 16F873A.

Si en un futuro utilizamos el Picaxe con eliminar el puente resistivo y colocar el 4040  tendremos operativo el analizador.

Destacar del montaje que es sencillo, sólo hay que tener especial cuidado en no equivocarse porque hay muchos taladros, varios diodos, etc.. Los diodos 1N34 son delicados al igual que los inductores comerciales siendo necesario el uso de alicates para doblar los terminales para no correr ningún riesgo.

Fotografías durante el montaje:



La placa es de doble cara y los componentes se colocan por la cara de "masa" soldando los terminales en dicha cara cuando van a GND.



En esta imagen está el montaje casi terminado, he realizado un blindaje total del dispositivo con placas de aluminio para protegerle de interferencias y darle una gran estabilidad al oscilador.



Analizador terminado, pendiente de instalación en la caja "Supertronic" referencia GP3N.
Como se observa, he colocado el LCD en la parte superior, en el centro se encuetra el conmutador de inducatancias (5 posiciones).

1-    910  KHz a 3 MHz
2-     1,5 MHz a 5,5 MHz
3-     3,6 MHz a 10,4 MHz
4-      5 MHz a 18,8 MHz
5-     8,2 MHz a 31,6 MHz





Los rangos no se corresponden con el original debido a la modificación, se ha eliminado el condensador variable y se ha utilizado un potenciómetro de 100K que polariza un doble diodo varicap BB212 ofreciendo una variación de capacidad entre 40-500 pF aproximadamente. De ahí que los rangos de frecuencia superiores coincidan (mínima C) y los inferiores bajen más en frecuencia. De hecho la posición 3 del selector podría eliminarse y dejar el analizador con 4 inductores.  En la modificación se añade un 7809 para tener una tensión estabilizada y poder aplicar una tensión entre 0-9V al diodo varicap.





Aspecto del analizador terminado...

En la parte superior se coloca un interruptor de encendido y el conector PL. En el frontal el LCD en la parte superior, el selector de bandas y más abajo el potenciómetro para variar la frecuencia del oscilador.
Dejo pendiente la serigrafía de la caja hasta que termine la fresadora CNC que estoy construyendo. En breve publicaré los avances que realice ya que el objetivo es finalizar el proyecto antes del verano de 2013...

Mencionar que el ajuste es sencillo y aunque dispongo de instrumentación con un simple polímetro es posible realizar la calibración.

El funcionamiento es bueno, destacar que no es un instrumento de gran precisión pero funciona muy bien y las tolerancias son aceptables, de hecho está a la altura de analizadores comerciales (en cuanto tenga ocasión realizaré alguna comparativa). Como podéis observar en el LCD nos muestra la Impedancia que comprende la resistencia eléctrica (R) y la reactancia (X), además se calcula la SWR (ROE).
Como sabemos la Impedancia total Z = R + jX, es decir la suma de la Resistencia y la Reactancia. Respecto a la reactancia no indica si es inductiva o capacitiva, pero podemos calcularla con este analizador fácilmente, como sabemos la Reactancia es la oposición que ofrecen condensadores e inductores al paso de la corriente. Por lo tanto, un inductor ofrecerá una reactancia más elevada al aumentar la frecuencia y un condensador una reactancia menor. Si colocamos por ejemplo un condensador en el conector de antena tendremos una R=0 teoricamente pero una Reactancia  mayor que 0, en este caso la Reactancia es capacitiva evidentemente pero si lo que medimos es una antena podremos averiguar que tipo de reactancia tenemos variando la frecuencia, es importante destacar que en una antena real tenemos X inductiva y capacitiva y una puede ser mayor que otra X= X inductiva - X capacitiva, de ahí que se ponga el signo "-" cuando es capacitiva.
Cuando X= 0 tenemos una impedancia Z puramente resistiva.

Si X se incrementa al aumentar la frecuencia (tenemos mayor oposición), entonces tendremos una reactancia inductiva y en el caso contario,  reactancia capacitiva.

Es importante decir que en la práctica los condensadores y bobinas tienen resistencia que se considera en serie con la reactancia, en las bobinas el multímetro nos indicará prácticamente 0 Ohm en pequeñas bobinas al ser la resistencia muy próxima a 0 Ohm (cortocircuito a efectos de corriente continua), pero a efectos de corriente alterna la impedancia aumenta con la frecuencia (efecto pelicular). Dependiendo de la inductancia y frecuencia podemos tener disitntos valores::


Podemos observar que a 21.000 MHz tenemos una reactancia inductiva de 34 Ohm. Podemos hacer cosas interesantes con el analizador, si tengo el valor de X = 34 y conozco la frecuencia f= 21 MHz podría conocer el valor de Inductancia de la bobina :-)
Me estoy saliendo de la presentación del analizador pero realmente tiene varias utilidades para el cacharreo!

Volviendo... con la formula  X(inductiva) = 2*Pi*f*L
34=2*3,14*21000000*L  ->   L= 34 / 2*3,14*21000000  ->  L= 2,707 E-7 H = 270 nH

Así que podemos calcular la inductancia de las bobinas...

¿Y la Reactancia capacitiva?  Tenemos la Xc y la frecuencia, pues también! Usando la formula:

Xc= 1 / 2*Pi*f*C

Como comentaba los condenadores tienen Z resistiva además de reactancia negativa como hemos visto. La resistencia electríca que ofrecen disminuye con la frecuencia y variará dependiendo de factores constructivos.

He realizado distintas pruebas y he determinado que para el cálculo de inductancias y capacidades si buscamos un valor cuya rsistencia sea igual a 50 Ohm obtenemos mayor precisión en el cáculo. Esto seguramnete es debido a que el ajuste del analizador se realiza con una resistencia de carga de 50 Ohm y por ello cuando se da la circunstancia de tener una resistencia de 50 Ohm el analizador es más preciso.
Podemos ver luego en lo resultados obtenidos con resistencias no inductivas que cuanto más próximos estamos a 50 Ohm menor error en la medición. Aunque la precisión disminuye según aumenta la resistencia de carga nos encontramos con valores aceptables en un rango amplio de desadaptación.

Este instrumento nos será de gran utilidad para el ajuste y prueba de nuestras antenas principalmente.
Decir que desconozco las funciones del KIT ya que utiliza el Picaxe y no lo he probado.

Los resultados obtenidos son los siguientes:
(R/X/SWR   -> Resistencia/Reactancia/ROE)      

Frec / Resist          3,6 MHz           7,1 MHz          14,1 MHz
R= 49,6  Ohm      49/0/1.01        49/0/1.02           50/0/1.0

R=21,7   Ohm      21/0/2,38        21/0/2,38           22/0/2,31
R=98,2   Ohm      96/0/1,91        96/0/1,91           96/0/1,92
R=146,8 Ohm      141/0/2,83     141/0/2,82        142/0/2,84
R=196,2 Ohm      186/0/3,81     185/0/3,70        186/0/3,71
R=358    Ohm      321/2/6,43     319/2/6,38        311/0/6,22
R=460    Ohm      398/0/7,95     395/0/7,82        376/0/7,52


                            
Frec / Resist          21,1 MHz            28,5 MHz
R= 49,6  Ohm        51/0/1.01             52/0/1.04

R=21,7   Ohm       23/0/2.22              24/0/2,12
R=98,2   Ohm       98/0/1,96            100/0/2,00
R=146,8 Ohm     143/0/2,87            147/0/2,94
R=196,2 Ohm     187/2/3,73            190/1/3,81
R=358    Ohm     306/0/6,12            302/2/6,04
R=460    Ohm     362/0/7,24            354/0/7,01


Debido a la tolerancia de las resistencia es complicado conseguir valores exactos, en el caso de 50 Ohm he utilizado dos resistecias en paralelo de 100 Ohm, los valores indicados son los obtenidos con el polímetro. Podemos decir que los resultados son buenos, tanto en impedancias bajas como altas hasta unos 200 Ohm aproximadamente, a partir de este valor empezamos a tener una desviación > 10 Ohm en la impedancia.
Pero el analizador es válido y nos servirá de gran ayuda ya que mantiene una precisión aceptable dentro de un margen amplio de desadaptión.

Para finalizar, comentar que el analizador indica la tensión de alimentación al inicio junto con la versión (0.03) del programa del PIC. Como el consumo no es excesivo, ya que consume 82 mA he aprovechado para colocar una batería interna de LiPo de las que utilizo en aeromodelismo. Como en la caja no dispongo de mucho espacio utilizo una 3S de 1300 mA (30x20x70 mm) que le da de gran autonomía.

Espero que haya resultado de interés...

73. Víctor.