ESCULLA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE' UN AMPLIFICADOR DE POTENCIA ÜE KADIU FRECUENCIA Por MARCELO ANTUNIO DAVILA TORO Tesis previa a la obtención del título de Ingeniero en la especialidad de Electrónica y Telecomunicaciones en la Escuela Politécnica Nacional Quito, Diciembre - 1979 CERTIFICU LjUE E.STE T R A B A J O FUL HE.CHÜ PÜH LL 5EMOR MARCELO DrtUILA T 0 . Quito, MARIO Diciembre CLÜHLLÜ5 - 1979 D E D I_ C_ j\ JJ H 1 A A MIS rt G R A D E _ C I H i £ J i l f i A LA E5CUELA POLITÉCNICA NACIONAL Y SU PERSONAL ÜUCENTE. AL ÜR, BRUCE HÜENEISfcN. A LOS ÜIRECTIUOS Y PERSONAL DE EMPRESA ECUATRÜNIX CÍA. LTDA« LA £1 transcurso be mi vida estudiantil en las aulas de la Escuela Politécnica Nacional, ha estado siempre llena de experiencias inolvidables tanto en el aspecto personal como en el de los conocimientos académicos recibidos. Por esta razón y con el afán de retribuir en algo el sacrificio que la Polj^ técnica hace en bien de la juventud del País, he pensado en elaborar una Tesis que de alguna manera vaya en provecho de la Escuela Politécnica Nacional, Una aspiración constante de la Facultad de Ingeniería — Electrónica, es poder establecer en la Politécnica una esta~ ción de Radiodifución en Frecuencia Modulada con el objeto de transmitir su pensamiento y disponer de un elemento más para elevar el niuel cultural de sus estudiantes. Para la - consecución de este fin, he diseñado y construido un amplif_i cador de radio-frecuencía capaz de suministrar una potencia de 1 Kw, suficiente para transmisión local. Los fundamentos teóricos se expresan a lo largo de esta Tesis, dividida en cuatro capítulos. En el primero se hace un estudio general de loa amplificadores de R.F., dando espe cial atenció*n a los amplificadores de Hadio Frecuencia clase C, debido a que este modo da servicio es el más conveniente para el objetivo propuesto. Siendo la neutralización uno de los proolemas más importantes cuando se trabaja con frecuen cias elevadas, especialmente si se usa tétrodos, se ha he— Cho un estudio detallado de los métodos y técnicas de neu- tralización de amplificaüores de radio frecuencia. El diseño del amplificador se lo hace en el Capítulo II, Para evitar el nacer cálculos matemáticos que generalmente — son complicados, se ha usaao la Carta de Smith, detallando de una manera clara el funcionamiento de este importante - instrumento del proyectista. De la misma manera, para el diseño de la fuente de alimentación (problema que se lo ataca en el Capítulo III), se evita en lo posible hacer cálculos matemáticos, prefiriéndose el uso de tablas y curvas estabija cidas para el efecto. Finalmente, se detalla la construcción y ajuste del equipo, procurando ser lo más claro posible en cuanto se refiere a la aisposición de los elementos de radio frecuencia debido a la primordial importancia que tiene este aspecto en el funcionamiento correcto del equipo. Cabe señalar que las dificultades resultantes del trabajo con frecuencias eleva— das se han minimizado debido a que he podido utilizar la te^c noloyía que para el efecto ha desarrollado la empresa —— tüUMTKUlMlX, a través de varios años de constante investiga—cien y trabajo. ANPLlFICHUÜKtS DE! POTENCIA ü£ RADIO FRECUENCIA.,. 1 ¡ Amplificadores de Potencia Clase A.. Amplificadores ds Potencia Clase B.« 2 Amplificadores de Potencia Clase AB 2 Amplificaaores de Potencia Clase C 3 , Cálculo del amplificador Clase C 4 Redes de acoplamiento , ................. .«13 Carta de Smith 14 Neutralización de Amplif icaaores de R,F Neutralización de Amplificadores 1 .»«, ....17 con Grilla a tierra 20 Neutralización de tétrodos y pentodos. 24 Funcionamiento bajo frecuencia autoneutralizante .... 27 Funcionamiento sobre frecuencia Autoneutralizante 28 V CAPITULO II DISÉNU ÜEL AinPLIFlCAÜUR ÜE PÜÍC.IMC1M Diseño del de placa 31 circuito da acoplamiento 37 Diseño del circuito de acoplamiento de reja.. * * *.. 41 CAPITULO III D1SÉLNU UL LA FUENTE DE MUFILNTMCIüN Transitorios ,44 del circuito primario 44 Sistema de encendido y protecciones 45 Circuito de rectificación 47 Funcionamiento del diodo en serie « 48 Circuito de filtro de ondulación.. « 51 Polarización de pantalla... 53 Polarización de reja 54 Diseño del choque 62 Diseño del transformador.do,filamentó 65 CAPITULO ¿U CUIMSTHUCCIüN UEL AMPLIFICADOR ÜE PüTLNClA 71 Construcción del panel de control 72 Construcción de la cavidad de H.F.... 74 Construcción de la fuente de alta tensión 76 Sintonía y ajuste del amplificador 77 Ajuste de la neutralización. „ 78 Lectura obtenida y comparación con los datos calculados..... ,.. 61 C A P I T U L U I A M P L I F I C A D O R E S DE P Ü T L I M C I A DE R A D I O FRECUENCIA V , • )¡ '••••: •'-" ..' AhPLlflUAUUHLb DE POTENCIA fl£ RADIO FH'ECÜiNClA Un amplificador de potencia es un convertidor que iranís forma la c.c. en energía de radio frecuencia. Se compone de una fuente de r.f . de un nivel de energía relativamente bajof la misma que es amplificada y mezclada o multiplicada en frjs cuencia para oDtener la potencia deseada y la frecuencia de funcionamiento. Los distintos tipos de amplificadores de r.f. pueden - clasificarse de muy diversa manerai De acuerdo a la frecuencia de funcionamiento, nivel de potencia, tipo de servicio (a .m, f «m., banda lateral única o BLU), modo de f uncionamieri to o variación de las características dinámicas (clases A, Ab, 8 o C)f asi como de acuerdo con los circuitos (excitado por reja o excitado por cátodo). El modo de funcionamiento o tipo de circuito a emplearse dependerá exclusivamente de la aplicación que se quiera dar al amplificador, sin que se pu_e da en consecuencia, generalizar sus ventajas o desventajas. Como ocurre en cualquier tipo de amplificador de radio frecuencia el modo o clase de funcionamiento tiene gran im— portancia en la potencia de salida, la linealidad y el rend_i miento de funcionamiento, razan por la cual es conveniente analizar los Distintos tipos de operación. ANPLIFICAÜÜKES ÜE POTENCIA CLASE A.Un amplificador clase A, es aquel cuyo punto de reposo y señal de entrada son tales que determinan una corriente en el circuito de salida que circula en todo momento o dicho en otras palabras, al ángulo de conducción del elemento amplif_i cador es de 36Ü grados; los amplificadores de potencia clase A, se usan cuando se requiere gran lincalidad. Aunque la ganancia de potencia en esta clase de servicio es considerabl_e mente mayor que en clase B o C, el rendimiento de funciona— miento de un amplificador de potencia clase A es comunmente de salo el 25%. AMPLIFICADORES DÉ! POTENCIA CLASE B.- En el amplificador clase 8 la tensión de polarización — de reja corresponde al corte de la corriente de placa ( sin tensión de excitación) y, en estas condiciones, la corriente de placa se anula esencialmente durante un semiciclo de la señal de entrada * El ángulo de conducción de la corriente de placa es de 180 grados. La excitación del amplificador de - clase B, es generalmente, de tal magnitud que se produce corriente de reja. Un amplificador de RF clase B, es utilizado cuando se — requiere una relación lineal entre el voltaje de entrada y — el de salida, razón por la cual es con frecuencia llamado - "Amplificador Lineal". Un amplificador de RF clase A es también un amplificador lineal pero la eficiencia es considera- blemente menor. AMPLIFICADORES DE POTENCIA CLASE AB.En un amplificador clase AB, se trabaja en un punto in— termedio entre los dos extremos definidos por las clases A y B. Por lo tanto, la señal de salida se anula en una parte del ciclo. Cabe distinguir en este tipo de servicio a los amplif _i cadores de clase AB-j y AB2« £1 amplificador clase AB-j es aquel en que el ángulo correspondiente a la circulación de la co rriente de placa es sensiblemente superior a IBÜfl pero infe— rior a 36U2. £1 sufijo 1 indica que no se establece corriente de reja durante ninguna parte del ciclo de la señal de entrada . El amplificador clase A 63 trabaja en condiciones esen cialmente iguales al anterior en lo que se refiere a polariz^ ción de reja, pero la tensión de excitación es de tal ampli— tua, que se establece la corriente de reja durante una parte apreciable del ciclo de la señal de entrada. MWLIKiLttUÜKEb Üfc. PUTLIMLIA CLASE. C.£n al amplificador clase C, está polarizada la reja con una tensión superior a la de corte de la corriente de placa y la señal de excitación es de tal amplitud que la corriente de reja circula durante una parte apreciable de la señal de en— trada. El ángulo de conducción de la corriente da placa del amplificador clase C es menor de 18QS, o en otras palabras, la corriente de placa circula durante un tiempo algo menor - que la mitad del ciclo. Debido a esta característica el rend¿ miento en este moüo oe servicio es ostensiblemente mayor que en los amplificadores clase A y B, aunque su ganancia es menor. Estos amplificadores se utilizan frecuentemente como pasos tie salida en transmisores de radio, debido a que estos re quieren una potencia de salida grande, siendo en consecuencia, de primordial importancia el rendimiento del amplificador» Es ta es la razón por la cual se analizará de manera exclusiva el amplificador de potencia de R-F clase C. Además, el estu—dio de un amplificador clase C, proporciona tamoien un análisis de los amplificadores R-F de clases A y AB. , ^ v"v // ^ CALCULO UEL AMPLIF1CAÜUH CLH5E C Como SB dijo anteriormente, el amplificador clase C, s« caracteriza por el hecho da que la corriente de placa fluya — en impulsos, que por definición, son menores que un semiciclo de funcionamiento. El ciclo de funcionamiento es la porción del ciclo eléctrico en que la rejilla es polarizada positivamente con respecto al cátodo y se considera en función del - ángulo de conducción de re.ia o placa (0). £1 ángulo de con— ducción es una expresión de la fracción de tiempo (expresada en grados del ciclo eléctrico) en que en el tubo se establece corriente de placa o corriente de reja en comparación con el ciclo de funcionamiento de la forma de onaa de la tensión de entrada. En la figura 1, se representan las variaciones de la tejí sión y corriente de la reja en función del tiempo. En el gráfico se observa que la tensión de entrada e 9 se encuentra das - plazada negativamente hasta el punto Ec1 que corresponde jus- tamente al punto de polarización fija de reja, Al principio - del ciclo da funcionamiento, la tensión de excitación es nula y su amplitud aumenta hasta el punto A, an donde la tensión instantánea en la reja del tubo es cero con respecto al cátodo, y la corriente de placa se ha iniciado ya, cuando la se^— nal de excitación es de mayor magnitud que la tensión ds reja correspondiente al corte, E ' A COo B 3TT/2 igf B 2TT Las relaciones son normalmente tales que an el pico del ciclo positivo de la tensión de reja e reja . la excitación da g-mx* es apreciab.lemente positiva con respecto al cátodo» y por consiguiente la reja absorbe alguna corriente* La tensión en la placa del tubo responde a las variacioi nes de la tensión de reja como se indica en ia figura 2. La tensión instantánea de placa (»,) es igual a la tensión c.c, de placa (E ) menos la caída da tensión de corriente alterna que se produce en la impedancia de placa. Cuando la reja se hace más positiva, el flujo de electrones que alcanzan a la placa es mayor, la corriente instantánea de placa aumenta y la caída de tensión en la impedancia de carga (R ) aumenta. Las relaciones de fase son tales que se produce simultáneamente el mínimo potencial instantáneo de placa (e. . ) y el b-mín ' máximo potencial instantáneo de reja (a ) 1 J g-max Como se puede observar en la figura 2*, tanto la tensión de placa como la corriente fundamental de placa son sinusoidales para una variación de la tensión de reja también sinuspi_ dal, a pesar de que la corriente de placa es pulsante* Esto es posible debido a que el circuito de placa es un circuito resonante LC* Aunque ,las condiciones de funcionamiento en clase C se pueden determinar por medio de las curvas convencionales de tensión de reja en función de la corriente de placa, el calcu lo se simplifica si se utilizan las curvas de corriente cons- tante* Este gráfico representa la corriente de placa constan- tu sobra un'gráfico da la tensión de reja en función de la tensión de placa,. Figura 2 O -*-e Tensión de placa / \o de conducción Corriente de placa 'Up-fun - Componente fundamental de la corriente de placa Figura 3 Core de placa Corr.de reja |«—Variación de la tensio'n de placa-^1 El gráfico de corriente constante es de utilidad porque la línea de funcionamiento de un amplificador de potencia es una recta dibujada sobre una familia de estas curvas y con él se pueden hacer fácilmente loa cálculos por el procedimiento gráfico. Por otra parte, cualquier punto de dicha línea de — funcionamiento o recta de carga define los valores instanta— neos de* la corriente da paca, la corriente de reja, la co-—- rriente de pantalla (en caso de tetrodos), que deben existir cuando se aplica al tubo una determinada tensión de excita-— ción» £1 luyar de funcionamiento está dibujado entre los puntos A y Q de la figura 3» En realidad el lugar debe tener el ooble de esta longitud y debe extenderse más allá del punto Q hasta otro punto llamado A 1 que no está representado diagrama. Esto es, cuando uit varía desde en el - U a TT/2, aTJi a 37^2, a 2TT , el punto de funcionamiento instantáneo se desplaza de A, a Q., a A 1 , y a LJ respectivamente. Sin embarga, como el fu_n_ cionamiento- es en clase C la corriente de salida será cero pa_ ra el funciónamiento a lo largo de Í¿A' } por esta razón no se ha dibujado» Las tensiones y corrientes son funciones par del tiempo, y, por tanto, si se conoce la respuesta para bién será conocida la respuesta para O ^ W t £= TI/2 tam- *yH ~ OJ t £: TT , El lu- gar desde el punto A al Q se acota en espacias proporcionales a eos wt como se indica. Esto es, cada longitud es AQcos tut, siendo wt= U, 159, 309, 45fl, 602, 758, goa. El punto Q es punto de funcionamiento estático* Sus coordenadas son E E ,* Las coordenadas del punto A son E y EL . * el c-max ' b-mín E c-max e=£ el b-min~ b -t-e g-max b-max /. x ti) (2) el y - - 10 - Estos valores son desconocidos. Dependen, no solamente del dispositivo, sino también del circuito resonante» A menudo se escoge el punto A como parámetro del diseño* Posterior mente se discutirá la manera de hacerlo. De momento, supongamos que es conocido. Una vez determinados los puntos A y Q, se puede dibujar el lugar entre ellos y acotarlo en — grados. Se pueden oDtener entonces i e i en función de wt P 9 interpolando entre las curvas de corriente constante de plst^ ca y reja respectivamente. Las cotas indicando grados sobre la línea AQ se utilizan con este objeto. 5i el elemento amplificador es un tetrodo, se podrá OD tener, de la misma manera, la corriente de pantalla. Si la corriente de salida viene dada por la serie de fourieri Á p - lo + It eos ut t Iz eos 20)fc+ I 3 cOS 3u>t + ---- (3*) £1 valor de lo es el valor .medio de ip Puesto que i es una función par del tiempo, pocemos e¿ cribir lo -jjT í II ^o La componente fundamental de la corriente de placa sa — puede obtener de la relación ' L=-~r í 'if C O S W t dcot I II (6) •* Como carecemos de una expresión analítica para i , mos utilizar técnicas aproximadas para la integración. deremos la curva f(ut) representada en la figura 4. Ponemos obtener su integral aproximada desde Ü a A sumando las áreas de los trapecios obtenidos uniendo los puntos de. la curva — - í l - eon líneas rectas. £n realidad, para i e i , no tenemos una curva continua, sino un conjunto da valores discretos determinados a distintos valores de uit» Figura 4 fftut) GJC £1 área del trapecio es c(a+b) /2. Por consiguiente po- demos aproximarnos a la integral por En donde =ILradianés. Combinando términos tendremos 2Y1 Si escogemos n»6 de modo que Awt« tenemos* Tí/2 12 radianes o 158, ob- - 12 - Reemplazando en las ecuaciones (5) y (6) (9) £1 valor lo es la componente continua de la corriente — de salida, mientras que 1. es el valor de la componente fundamental de dicha corriente. Si hace/nos i (O*)' =^A, i (152) = B, i (3Q2)=Cf etc., y reemplazamos los valores de los cosenos tendremos finalmente* Trdc,-±- [A+B+C + D + F + al (11) I P . f w « s J L f A * t 9 3 B t í . 7 3 C + 1MD + E - I - O . S 2 F ] (12) 12 L Para oDtener el valor de la componente continua de la corriente de reja, asi como el valor de su componente fundamental, se produce exactamente iyual que en el caso de la - corriente de placa, de modo que sus ya lores serán* (13) •1 Í 93B*1,73C*1 J 41D*E + 0I52F] (14) La diferencia entre las ecuaciones (ll)-(l2) y (13)-(14) está en que los valares de A, 8, C, etc, serán leídos en - las curvas de corriente constante de placa y reja respectiva^ mente. Con los valores calculados de corriente de placa y reja se pueden determinar otras cantidades que son de interés en — un amplificador de potencia. Supongamos que el circuito resonante está • ajustado de modo que aparezca como una resistencia pura para la frecuencia de la señal. La potencia de salida es , —-—" |p-fun Psal-, rfe 0 En donde £ « E, - s^ p b b-mín La resistencia afectiva del circuito de salida es justa^ mente la razón de la componente fundamental de la tensión a la de la corriente Ip-fun La potencia suministrada por la fuentei Pdc-p =E x Ip-dc Y el rendimiento del circuito se raí Psal-rf Pdc-p ti ángulo de conducción se puede obtener en donde la cu_r u a de i.=Q corta la recta de carga , £n la figura 4 este punto es el fl. Luego, n ., -1 MQ O C - 2 C O S -z=r AQ REDES DE Las redes de acoplamiento en los amplificadores de RF - cumplen dos funciones importantes. Primero, transforman los — niveles de impedancia como lo requieren los elementos activos y fijos (por ejemplo, la salida del tubo a la impedancia da la antena). Segundo, proporcionan aiscriminacion de frecuencias en virtud del factor de calidad Q del circuito resonante, transforman la energía armónica en la energía de la f recuen — cia de salida deseada e impiden la presencia de frecuencias i nd es ea das en la salida. Para transformar una impedancia en otra ,se usan varios - - 14 - tipos de redes, formados por capacitores y bobinas como so indica en la figura 5. c L Red de adaptación L Red de adaptación Figura Red da adaptación 5 Los valores da las bobinas y capacitores pueden ser calculados analíticamente, sin embargo resulta más conveniente, por la rapidez con que se efectúan los cálculos, la utiliza— cion de la carta de Smith, con lo que se obtienen valores ba_s tantes aproximados, suficientes para un acoplamiento adecuado. Hay que considerar además que los valores calculados diferirán con los valores prácticos, por obvias razones, por lo que se utilizarán elementos ajusta bles.// ^y CMrtTrt ÜE BhlTH.- ^ Uno de los instrumentos más útiles para diseñar redes de acoplamiento es el gráfico de impedancia-admitancia o carta de Smith. Este gráfico puede definirse simplemente como el — plano del coeficiente de reflexión^para las admitancias y pr_o porciona un método más sencillo y rápido de análisis del cir- cuito que el ofrecido por los gráficos rectangulares de impedancia o admitancia. La carta representa todas las redes acoplamiento de una manera (gráfica y muestra los rangos de de - sintonía aplicables para componentes variables. Los valores de componentes concentrados para una dada frecuencia se dete_r mina directamente del gráfico* - ÍL5 - La figura 6 ilustra la disposición básica del gráfico. Los elementos en derivación (paralelo) da la red siguen los círculos de admitancia (en línea de trazo). Los valores de los elementos en paralelo corresponden a valores de los arcos de intersección. Los elementos en serie siguen los cír— * culos da irnpedancia; los valores correspondientes se leen sobre los arcos de intersección respectivos. figura 6 <l---G B: X--? Y - 16 - Cuando se agrega un solo elemento, L, C o R, a una im|Je dancia conocida, uno de los siguientes parámetros no varía i resistencia, conductancia, o suceptancia. Por consiguiente, el componente sigue esa curva de parámetro constante*. Por ejemplo, un inductor, conectado en serie con el circuito, no varía la curva de resistencia en serie. E.1 procedimiento para cada tipo de componente es como se indica en la siguiente tabla i Agregar Usar Gráfico Seguir una curva de Sentido Ualor del Componente L en serie Z H en serie constante Horario xL-xf-xi C en serie Z R en serie constante Antinora X «X -X. R en serie Z X constante Hacia abierto R s=R,-R, f i Derivación + L Y R en paralelo constante Antinora^ B L =B f -B. Derivación Y H en paralelo cons- Horario e c«B_-B. f i Hacia cor — to ¡circujl to Vfi =G -G . ' p f i b constante Y R Un factor f 1 tante C Derivación C importante en el diseño de una red de acopla_ miento es el factor de calidad Lj del circuito. Su valor abs_o luto es una solución de compromiso entre rendimiento y suprjs sión de armónicos. Lamentablemente, el Q exacto de un circuito complejo no siempre se puede determinar calculando a una sola frecuencia, sin embargo se puede definir un U de funcionamiento que se aproxime al real, para lo cual se usan las curvas de ,Q constante, indicadas en la figura 7. £1 Q en cada nodo del cir— cuito será distinto, predominando el que tiene Q más alto; - - 17 - este u es definido entonces como el U de funcionamiento, Figura 7 La técnica parü el uso de le carta de Smith será descreí ta en el siguiente capítulo, cuando se realice el cálculo y diseño de las redes de adaptación del amplificador de RF. NEUTRALIZACIÓN ÜE /LUS KMPLIFICrtDÜHES DE RF La realimentación de tensión desde la salida hasta la e_n trada a través de las constantes distribuidas del tubo de vacío tienen un efecto perjudicial en el funcionamiento del amplificador. La magnitud, la fase y la velocidad de variación con respecto a la frecuencia de esta tensión de realimentación determinan la estabilidad del amplificador. El control de re^ lamentación se denomina neutralización» La finalidad de neu- tralizar un amplificador es conseguir que los circuitos de e_n_ trada y salida sean independientes entre si en cuanto a la - realimentación de tensión. Se puede definir la neutralización correcta como el estado en el cual, cuando los circuitos de — acoplamiento de entrada y salida están en resonancia, se producen simultáneamente la máxima tensión de excitación, la mínima corriente de placa y la máxima salida de potencia. - 18 - Un amplificar completamente neutralizado debe reunir dos condiciones» La primera es que la capacidad interna tía los electrodos entre los circuitos de entrada y salida sea cancelada. El sagunoo requisito es que la inductancia de la grilla pantalla y los montajes y guias del cátodo sean com- pletamente canceladas. La cancelación de estas impedancias prevendrán las oscilaciones, lo que se puede hacer en la práctica, a rnenuoo sin ninguna dificultad. M PüK UEbrtJÚ UE UHF.- En las frecuencias ubica aas por debajo de la región de UhF, la neutralización por lo general emplea un circuito de puente de capacidades para equiliurar la realimentación debida a la capacidad interelectródica de placa a grilla. Esto supone que la pantalla se encuentra bien desviada a tierra proveyéndose de este modo el blindaje esperado. En el caso de UhF o UhF la pantalla no se encuentra necesariamente a tierra para HF , por lo que la neutralización se hace — más complicada . En el cás° da tetro dos y pentodos la capacidad de neu tralización se obtiene mediante la conexión de un alambre a la reja del tubo, el cual es pasado a través del chasis para formar una capacidao con la placa. Ajusta ndo el espaciamiento de la varialla a la placa del tubo, se puede conse — guir una muy buena neutralización» NEUTftALUAClUlM EÍY PUbH PULL.Para proveer el voltaje fuera de fase necesario para — la neutralización se pueden usar circuitos en pushpull a la - 19 Fiyura 8 entrada o a la saliua. A causa del bajo voltaje y el tamaño mucho más pequeño del circuito de entrada, es más simple h_a_ cer el push pulí en el circuito de entrada, conociéndose a este caso oon el nombre de "Neutralización en yrilla" (Fiyura Fiyura 9 9). out -. 1T ___ — L i' fe e ^r* — "¿" 1 ..rs Cn -Ec £1 capacitor de neutralización, Cn es pequeño y se lo puede conseguir en el mercado fácilmente. Para mantener el equilibrio del circuito, es deseable poseer un capacitor Ci, en ualor a la capacitancia de entrada d«l tubo. £s posible noutralizar un amplificador sin que aea ne cesario usar un circuito push pulí de entrada con el método. - 20 - que se indica en la figura lüa. El voltaje a tiarra en el - capacitor C, está* fuera de fase con respecto al voltaje de grilla y puede ser realimentado a la placa para obtener neutralización. En este caso, el capacitor de neutralización Cn es mucho más grande que la capacidad de grilla a placa. Figura 1Ü Cn ^ (a) (b) Este circuito de neutralización puede ser rediseñado co_ mo un puente de capacidades mostrado claramente en el circu¿ to da la figura 10-b. t.1 equilibrio es obtenido cuando Cn C en donde Cgp es la capacidad interelectróaica de grilla a ca y CgK es la capacidad de entrada total. NEüTHHLI/rtCiüN Ut rtí'IPLiriCrtUuBLS CUiM UHILL.M A TIERHrt.- Para neutralizar amplificadores con grilla a tierra son empleaüos comunmente dos métodos. £n el primer método, las — grillas del amplificador en push-pull son conectados a un - punta de impedancia cero a tierra, y un puente de capacida— des es utilizado el cual es igual a la capacidad filamento — placadelostubos. - 21 - El segundo método requiere de una inductancia entre la grilla y la tierra o entre las grillas del amplificador en push-pull de un v/alor que compensará el acoplamiento entre los circuitos ue salida y entrada que resultan de las capa_ci dades de los tubos. ti comportamiento de estos dos circuitos es bastante diferente* Ellos pueden ser considerados como formas especiales del caso más común en el cual los capacitores neutra lizantes tienen valores que difieren de las capacidades internas de los tubos y en el cual una reactancia apropiada es conectada entre las grillas, bajo esas condiciones, el valor de la capacidad de neutralización permite una varia— cien continua da la amplificación de la potencia, la estab_i lidad y la r ealimentación negativa» £1 fin de la neutralización es hacer a los circuitos de entrada y salida independientes uno de otro en relación a las corrientes reactivas. La corriente de entrada debe ser independiente del voltaje de salida. Esta condición es nec_e saria para permitir una independiente sintonización de los circuitos de entrada y salida, de modo que las variaciones del voltaje de salida no produzca variaciones en el ángulo de fase de la impedancia de entrada, resultando de esto una modulación de fase. Esta condición de independencia entre los circuitos de entrada y salida, es la llamada "Condición Neutralizada", y no implica la estabilidad del circuito. Esto es a causa de la. supresión del acoplamiento por corrientes capacitivas e_n - 22 - tre la salida y la entrada de los circuitos, que no es suficiente para quitar el efecto del voltaje de salida en el vo¿ taje de cátodo a grilla. Una segunda condición, distinta dejs de el punto de vista de la neutralización, puede ser empleada para una estabilidad completa. Un amplificador excitado en grilla en push-pull con cátodo a tierra es mostrado en la figura 11. Si la inductancia de las guías es despreciada a la frecuencia de funcionamiento, la independencia entre los circuitos de entrada y salida es generalmente obtenida mediante la conexión transversal de las grillas y las placas por medio de los capacitores Cn t - que tienen valores iguales a la capacidad interna de grilla a placa de los tuoos, Cgp. Los requisitos ae neutralización y estabilioad son satisfechos simultáneamente porque el circuito de entrada es conectado entre las grillas. Figura 11 tout El mismo método de neutralización puede ser aplicado en amplificadores push-pull impulsados por cátodo, donde las - grillas sean conectadas a tierra y las inductancias de las guías sean despreciadas. Las grillas y los cátodos son inve^r tioos y los capacitores ae neutralización Cn, tendrán un valor igual a la capaciaaa interna de placa a cátodo, Ckp de - - 23 - los tuoos de vacío. El circuito as mostrado en la figura 12» figura 12 tout Si las grilles no están al potencial de tierra debido a la inductancia d e las guías, el acoplamiento puede existir entre ios circuitos de entrada y salida. Un método de reduc- ción de este acoplamiento es insertar entre las grillas, ci_r cuitos sintonizados en serie, que tengan una impedancia cero a la frecuencia de funcionamiento como se indica sn la figura 13. Figura 13 El esquema de neutralización descrito sólo es útil para el caso en que la corriente de yrilla no fluye. £n caso contrario, una resistencia en paralelo con la capacidad de grilla a filamento se hará presente. Si la resistencia es pequ_e ña en comparación con la reactancia de esta capacidad, la rn£ 24 - dulaclan en fase a e producirá. ütra propiedad importante del método de neutralización precedente es que la amplifica ción de potencia es función de la capacidad de neutralización* Si la capacidad de neu— tralización es menor que la capacidad de placa a filamento del tubo, el elemento operará con b¿ija potencia de excita — ción y la yanancia será mayor. Si la capacidad de neutralización es mayor que la cap<3 cidad de filamento o placa, la ganancia del amplificador d_£ berá ser incrementada para compensar su consecuente disminjj £n el caso especial del amplificador con y r illa enlaz^a da a tierra mediante una impeda ncia , se aplican las siyuie^n tes ecuaciones, en referencia a la gráfica 14» Cn « Cfp Zg *= - CQ p u 1 jwCfg + Cgp (l+u) . Si en la solución de la ecuación para "Cn, el signo es negativo indicará que se requiere de una neutralización "en fase". Si el signo es positivo, la neutralización requerida será "fuera oe fase". Si el signo do Zy es negativo indicará que se requiere de una reactancia capacitiva y si el si^ no es positivo la reactancia a ser utilizada para la neutra^ mización será inductiva. NLUTKAL1ZMCIU1M UL TLTflUUUS Y PLNTüüUb.£n la figura Ib se indican los elementos del circuito tétrodo involucrados en la realimentación. fistos elementos son inherentes al cubo y están formados, como se ve,'por - Fiyura 14 la capacidad residual de placa a grilla, la capacidad de placa a pantalla, la c¿i pací dad de pantalla a y r illa 'y la inductüncia de la yuía de la pantalla al tubo. figura 15 Ss notará que el uoltaje. desarrollado en el circuito de placa en K.F., tp, causa una corriente I que fluye por la capacidad de placa a pantalla Cps, y la inductancia L en las yuías de pantalla, ti paso de esta corriente por la inducta^n cia L desarrolla un voltaje £ el cual tiene una polaridad - 0018-G - 26 - opuesta a la del voltaje de placa. En la fiyura 16( los mismos elementos del circuito han sido dispuestos con una representación gráfica donde la altura sobre o debajo de la línea cero indica la magnitud y la polaridad del voltaje en R.F. figura 16 La placa "P" es mostrada en un alto voltaje positivo sobre cero, y la magnitud es representada por la dimensión Lp. El voltaje desarrollado en la inductancia de le guía de pantalla ubica a la pantalla a un potencial negativo con pecto al voltaje de placa. Si el circuito es perfectamente neutralizado, la grilla de control G deberá" e star a un poter^ cial cero* El total del voltaje de radio frecuencia entre placa y pantalla acarea el voltaje de placa £p y el voltaje de la in ductancia de la guía do pantalla E, Este voltaje es aplicado entre el divisor de tensión que consiste üe la capaciaad de grilla a placa Cgp, en serie con la capacidad de grilla a pantalla Cgs, Elsta división de tensión variará grandemente con la frecuencia, existiendo por consiguiente alguna part^i culor frecuencia a la cual se establezca una división de — voltaje que ubique a la grilla al potencial del cátodo* Es- - 27 - ta frecuencia se conoce con el nombre de "Frecuencia Autoneu tralizante" de tetrada o pentodo, estando entonces el tubo inherentemente neutralizado* En la tabla siguiente se dan las frecuencias auto-neutralizantes - típicas con el desvío de pantalla.; normal de algunos tétrodos y pentodos» TIPU UE TUBO ¿OCHLO FRLCUtiMÜÍA EN MHz 4-1ÜUÜA 25 - 3U 4-4ÜÜA 45 - 50 4-250A 45 - 50 4X5ÜÜOF 75 - 90 4-125A 75 - 9U 4-65A 60 - 120 4CX150A SK-6ÜÜ 535 - 540 4CX250B SK-600 545 - 555 4CX250R 5K-60Ü 565 - 570 4CX35ÜA SK-oüü 460 - 470 4CX10ÜÜK SK-82G 385 - 395 4CX1ÜOOA 5K-81Q 380 - 390 4CX1500B SK-810 380 - 390 4CX30ÜOA SK-1400A 125 - 130 4CX50QQA SK-30QA 140 - 170 4CX150ÜOA SK-3ÜÜA 120 - 150 5CX15UÜA bK-840 115 - 120 FuNClUNrtI'Ut.NTu oAJü FHECuEíMClrt Cuando el tubo es manejado bajo frecuencia autoneutral_i zante, se aplican los circuitos de neutralización en paralela. Un capacitor neutralizante aproximadamente igual a la capa ci— dad de la placa a la grilla del tubo lleva voltaje de polari- - 28 - dad opuesta del circuito de salida, a la grilla, o desde el circuito de entra da, a la placa. FülyiClÜNrtl'ULNTü SUdHL FHECUtLNCIrt AUTUNE_UTHALI¿rtíMTL.- Si la frecuencia de funcionamiento es mayor que la frecuencia autoneutralizante del tétrodo o pentodo, el voltaje E. desarrollado en la inductancia de la guía de pantalla es demasiado grande para dar una división de tensión apropiada entre las capacidades internas dsl tubo. Un método obvio de la reducción del voltaje en la reactancia de la guía de pantalla es ajustar dicha reactancia, que toma la forma de un .capacitor variable en serie como queda indicado en la figura 17. Figura 17 Otro método deberá ser cambiar la red del divisor de te£ sión furmado por las capacidades intereiectrodicas del tubo. £sto puede ser hecho por medio de una capacidad externa que se añade al tubo entre grilla y placa, ti método es mostrado en la gráfica 18. tlsta ce pací aa o agregada de placa a gri—• lia está en el mismo orden, en cuanto a tamaña, con la capaci_ dad residual de placa a grilla del tubo y, en consecuencia es similar en su construcción a la capacidad neutralizante — — utilizada en frecuencias inferioras. Sin embargo puede ser usado en este caso el método de la varilla mirando a la placa , la cual forma la capacidad requerida, en v/ez de una pola ridad opuesta en el circuito de entrada. Figura 18 Si el arnplificador de potencia en R.F, está funcionando soDre la frecuencia autoneutralizante del tubo y puede ser sintonizado a má*s de la capacidad normal de las frecuencias, es probablemente más fácil utilizar el métooo del capacitor en da sintonización en serie con la pantalla. Otro método de cambio de frecuencias autoneutralizantes de un tétrodo o pentodo es obtenido cuando se utiliza el — arreglo de desvío general de la pantalla y el cátodo mostrados en la figura 19. La y ufa de pantalla es desviada con inductancia mínima al terminal del cátodo del tubo. Figura 19 - 30 - La grilla es mostrada debajo del potencial cero, o v.oj^ taje del chasis, indicando que el voltaje desarrollado en la inductancía total de la guía de pantalla al chasis es ex_ cesivo. Si ahora, el cátodo es conectado a esta inductancia en un punto en el cual la diferencia de voltaje entre la - grilla y el cátodo es cero, se logrará incrementar la fre — cuencia autoneutralizante del tubo. C A P I T U L O I I DISEÑO ÜEL Af'lMLlFICADUK DE PÜTLNCIA UISLIMÜ DEL Hl'iPLIFZCAÜQH ü£ POTENCIA Como se estudio en el capítulo anterior, los emplifica^ dores de potencia se clasifican de acuerdo al margen de fre cuencia. el modo de funcionamiento y los circuitos. Debido al alto rendimiento asi como también al tipo de tubo de que se dispone, se diseñará el amplificador de potencia de R.F. para que funcione en clase C excitado por reja. En el cálculoypredicción de un tubo de vacío como amplificador de radio frecuencia clase C, las consideraciones que determinan las condiciones de funcionamiento son el re£i oimiento de placa, la salida de potencia necesaria, las mé^x mas disipaciones admisibles de potencia de placa, re¿illa y pantalla, la máxima tensión admisible de placa, y la máxima corriente también admisible de placa. Los valores elegidos para estos valores dependerán de las demandas de la aplicación particular del tubo. Debido a que las corrientes de placa, regula y pantalla de un tétrodo son impulsos periódicos, la potencia de — salicJa, la potencia de excitación, las corrientes medias, etc., no pueden ser calculaoas directamente, sino que deben ser determinadas, par un análisis de Fourier tomando puntos seleccionados a intervalos adecuados en la recta de carga representada en las características de corriente constante. Para la construcción del amplificador se usará* el tubo ACXlbUQA, que es un tétrodo cuya máxima disipación de pía— ca es de IbüÚ v a t i o s . Las c a r a c t e r í s t i c a s e l é c t r i c a s bo al ser usado del tu- como a m p l i f i c a d o r c l a s e C soru UULTrtjL UL FiLAriLfoTU ......... CünHlLNTL U£ FlLAi'iLhTü . ................. b.Ü v o l t s ....................... 1IMÍ LKLLLüTKuUlÜHb* Cin 38.5 amperios ........... Cout Cgp 78. ü .......... ......... picofaradios 10.5 p i c o f a r a t í i o s *« Ü.2bpicofaradios uc UL PLACA ..... . .................... s.uuü voltios U Ü L T A J L UC üt PAIMÍALLA.................. ..... 500 voltios Corriente de de placa ............ * .......... 1.0 amper UlblHttClUhl UL PLriLH ....... .................. l.bÜÜ wats, ÜlbiPALiUW Ut HHlMTHLLA ....................... ÜISIPACIÜN UL HLJH.................. THKN5CONUUCTMIMCIA ( Ib =1 £c =5UU voltios 75 wats ......... 25 wats A ) Eb=2UU voltios ..... 26.UÜQ micromhos Es conveniente conocer además algunas características mecánicas del tuüo que nos servirán para la construcción de la cavidad así como también para su protección. Largo ........................ Diámetro» • , J'vLTü . ......................... 85.6 mm . B5G ..................................... ¿K-806 ......... ---- mm bK-831 uL UPLKkClUiM Base 124.5 ....................................... Chll'ILNtA Placa .......... ............................. ......... ZüLHLU * ........................ ,.,....,. * . vertical ................. ........................... ......................... gramos 2büS C ... 25ÜB - C .. por radiación de a i r e - 32 - DISENÜt Para el cálculo de ios parámetros del'amplificador tales como voltajes, corrientes y potencia, usaremos las curvas de corriente constante que están indicadas en la fiyura 1. £1 — usar las curvas de corriente constante nos facilita el dise- ño debido a que tendremos, como hemos dicho, igual forma de onüa tanto a la entrada como a la salida. En el capítulo anterior se deaujeron las expresiones ana líticas para el diseño del amplificador a partir da las cur— vas de corriente constante una vez que ha sido trazada sobre estas la recta de carya; detallaremos aquí la manera de dib_u jar dicha recta para lo cual se procede de la siguiente mane_ ra t 1.- Lbcogemos un v a i u r de voltaje de polarización de placa, que esté de acuerdo con los valores especificados por los fabricantes. Para nuestro casa escogemos 2,5GÜ voltios, con lo cual estamos por debajo del valor especificaüo. 2.- La corriente UC de placa especificada es una corriente •i promedio, por lo que la corriente de pico suponemos unas 3 o 4 veces más grande. Con esta consideración, la corrijen te de placa de pico será de 4 amperios. 3.- Suponemos una variación del vultaje de placa de 2üüU **voltios o lo que es lo mismo, que el voltaje de placa mínimo sea de 5UU voltios, ti punto A de la recta de ca_r ga se encontrará entonces en la intersección de la curva de 4 amperios de corriente de placa con la recta que sube desae 5UU voltios de uoltaje de placa. 4.- Con 2. bu U voltios de polarización de placa el tubo se co¿ tara, (corriente dejjlüca U) a -175 voltios de voltaje de CD cz H~ —J O U_l >, o\L PLATE CURRENT - AMPERES GROUNDED CATHODE CONSTAN! CURREN! CHARAC!ERIS!ICS - PLATE VOLTAGE (kV) CURVE #4145 ——GR!D CURREN! - A M P E R E S SCREEN V O L T A 6 E = 5 0 0 V - S C R E E N CURREN! - A M P E R E S CD CD o reja, pero como queremos trabajar en clase C, la polariza — cían de la reja deberá ser de un valor de voltaje más negat_i vo que éste. £1 valor aproximado de voltaje de polarización de reja viene dado por la expresión» ECC m—- Eco +e**r(max) cos(0p/2) C 1- cos(0p/2) En la que» £cos= Uoltaje de corte de rejilla para el voltaje de placa de operación = -175 M ec (max) = Máximo valor positiva de voltaje que alcanza la reja = 3Ü voltios U p = Anyulo de conducción üei tubo = 16D grados Elcc = - 175 + 30 x 0,131 1- 13,131 £CC = —178,93 0,869 m - 205,7 U. Si polarizamos la reja con un valor de -2ÜÜ voltios, el punto Q de la recta de carya estará en la intersección de este voltaje de reja con 2buü, U de voltaje de placa. La recta de carga resultará entonces de unir los puntos A y Q. 5*- 5i llamamos cumoXH : el punto de la recta de carga para el cual la corriente de placa es cero, el ángulo de conducción será entoncesi 8P = 2 eos (HQ/AQ) 8p = 2 cos(l.b/ll.b) Üp e 165.Ül grados Este valor del ángulo de conducción está de acuerdo con el que nosotros supusimos (Ibb grados), de lo que deducimos que el valor de polarización de reja está razonable. - 34 - Una vez que na sioo trazada la recta de carga, los valjo res de corriente de placa, corriente de pantalla y corriente de reja variarán sobre ésta. Se pueden calcular dichas corrientes usando las expresiones que fueron deducidas mediante el análisis de Fourier en el capítulo anteriori Imed = yi2(A/2+B-t-C+ü+E>r+Q) (l) Ifun = yi2(A+1.93B+l,73C-t-l,4lÜ+£.+Ülb2F) (2) fc.n aunüe A, b, C, etc., son valores de corriente leídos a intervalos de Ib yrdüos de voltaje de excitación de reja. Estos puntos pueden ser localizados en la recta de caru,a de la siyuiente manera» QH = Ü,9b6 QA LjC = ü,866 UA gD = U,7U7 QA Q£; = ü,bÜU QA Los valores de corriente de placa, corriente de pantalla y corriente de reja correspondientes a los puntos indicados se muestran en la siyuiente tabla* Ib X- la Ig ft 4,0 U,27 0,15 Ib =s Corriente de placa B 3,B U, 23 0,12 Is = Corriente de pantalla C 2, y 0,13 o,uu ly a Corriente de reja U 1,4 0,Ü4 U,UÜ E Ü,2 o,uu ú,uü r U,U1 U, 00 Ü,ÜU Al reemplazar los valores obtenidos en la taola, en las expresiones (l) y (2) tendremos» Imed-p * /12(4/2+3,e+2,9+l,4+0,2+0,ül) Imed-p e= O, 659 Amperios Imed-s = 1/12(0,27/2+0,23+0,13+0,04) Imed-s 5= 0,Ü4b Amperios Imed-y = yi2(0,15/2+0,12) Imed-g «= O, 016 Amperios . De acuerdo a las características eléctricas del tubo, tenemos que la corriente Ü.C. de placa es de 1 amperio, miejn tras que en el diserto se ha obtenido una corriente de 0,659 amperios, estando" entonces dentro de un margen razonable - de seguridad* Los valores de la corriente de pico de la fundamental se encuentran usando la expresión (2)t Ifun-pa 1/12(4+1,93x3,8+1,73x2,9+1,41x1,4+0,2+0,52x0,01) Ifun-pa I,b4 Amperios Ifun-s* 1/12(0, 27+1, 93x0,23+1, 73x0,13+1, 41x0, 04) Ifun-s~ 0,0b3 Amperios Ifun-g= yi2(ü,15+1,93x0,12) Ifun-g= 0,062 Amperios. Con los valores de la corriente media de pantalla y gr_i lia, podemos calcular la disipación de potencia en estos ele^c trodos, Mdis-s ¡= Imed-s x £s Pdis-s *= 0,U4b A. x 500 U. Pdis-s = 22,5 watts Pdis-g = Imed-g x Ec Pdis-g = U,U16 A. x 2UU U. Pdis-g « '¿,2 watts Se v/e entonces que las potencias disipadas por la pa_n talla y la reja son menores que las especificadas por el fabricantes 75 y 25 watts respectivamente. La potencia de salida del amplificador será*» Psal-rf = ¿EP Psai-rf = x Lfun 2 "• -P X 2 Psal-rf = 1.5AU watts. La potencia d.c* de placa es Pdc-p *= £p (Q) x Imed-p Pdc-p = 2.5UU ü. x U,b59 Amperios Pdc-p « 2.147,5 watts Esta es la potencia que entrega la fuente de alta tensión, perú como ¡.a la antena salen 1.64U watts, el rendimiento será» V\, Psal -rf 1 Pdc-p „ . 1540 I»._ 2.147,5 Ui m Q Y\ 71, 7> La potencia de disipación del tubo será iyual a la diferencia de la potencia entregada por la fuente y la potencia r.f. de sálica; Pdis-p s= 2.147(b watts - 1.54U watts Pois— p = 6U7,5 íuatts Cumo el tubo ea capaz de disipar IbÜU watts en la placa, la disipación calculada estará centro de un rango bastante - - 37 - aceptable. La potencia üe excitación del tubo será pin m £q x Ifun -q 2 = 230 \i. 0,082 rt 2 Pins= 9, 43 watts Por último, podemos calcular tanto la impedancia de en trada como la impedancia de salida del tubo, de la si te manera* Zin = Zy « EQ (u) Ifun-y « 200 U Ü,Üd2 A Zin = 2.439 ohms Zout = Zp -. Up « 2ÜÜO v 1,U A Ifun^p--- - Zout = 1,298,7 ohms ÜISENÜ Ü£L CIRCUITO ÜE ACUPLKM1LNTU ÜE Para el diseño del circuito de acoplamiento de placa, se usará, como se ha dicho, las curvas de la UrtRTA DE bflITH, que se indican en la f iyura 2. Lus resultados ootenidos son, para fines prácticos, muy fiables dentro del margen de exactitud que comunmente es necesario, es decir, dos o tres ci — f ras exactas . Usanao la carta, vamos a acoplar la salida del tubo, —t que tiene una impedancia formada por la resistencia de saljL da (Zout) calculada, en serie con la capacidad interelect rj5 dica de salida especificada por el fabricante, a la antena que tiene una impeüancia de 5U bhms. Para el efecto se usará el circuito de la fiyura 1. - 38 F i y u ra r ~~\i 1 •u • C2 ~ —* vvyy — L ^ rn !i *-* J-í. •< _ rCi 35 M t j ! i i.... Para la determinación de los componentes de la red de adaptación se siguen los siguientes pasos» 1.- £1 punto í\e la carta corresponde a la impedancia de sa litía del tuoo « 1.298,7 ohms. 2,- A la capacidad de salida del tubo se la expresa en térm_i nos de impedancia a la frecuencia de trabajoi Xc 2TTfC Xc = 172 ohms Como debemos sumar esta impedancia capacitiva en parale lo con la impedancia de salida, seguimos una curva de R en paralelo constante en el sentido horario, husta la intersec- ción de la curua de 172 ohms de 6 constante (punto tí). Las coordenadas del punto 8 son en consecuencia 172 - ohms y 5,8 milimohs, 3.- A continuación se debe sumar una bobina en serie. Para — el efecto se siyue la curva de K en serie constante en sentido horario nasta el punto C, elegido de tal manera que ios valores de los elementos resulten dentro de un - maryen razon¿iule. Las coordenadas del punto C de la tabla son entonces 7U ohms y 13,B milimohs. A.- Lueyo sumamos el capacitor (t^) en paralelo, debiendo se IMPEDANCE COORD1NATES — 50 OHM CHARACTERISTIC IMPEDANCE AOM1TTANCE CCORD1NATES — 20 MlLUMHO CHARACTER1STIC ADMITTANCE O o ¡i y wi * ~iii TOWAMD GC«£«ATO« S I Ó « 31* o i SS *- — -* *» — d — o «1 RADtALLY M o í q 3 o V q Q » • _ PARAMETERS oo TOWARQ tOAO o <• o t¡ SCAL EO * -i » N ^ «• O «t a3 CENTER O N O b b — IW b f» í 5 p . . o o o «o o o o _ •o <o• -b * £ O b p 0 u - =• b il» . o o |* o N o o o * o g b o o o 1* o S o ™ o S o £•£ ? o - 3 *t .'J 1Í ¿í ' JifS,; "4==! 0 8 4 ; i.1 yuir la curva de H en paralelo constante, en sentido horario, hasta la curva oe H en serie igual a bu ohms, con lo que llegamos al punto U de la carta cuyas coordenadas son» 12Ü ohms y 8,b milimhos. b.- Finalmente, siyuiencio la curva de K-bU ohms en sentido antihorario (pues hay que sumar un capacitor, C^, en - serie), llegamos al punto £, o sea bU + jO)* Los valores de la bobina y de los capacitores se calculan entonces de la siguiente manerai La uariacion de la impedancia desde el punto B al C ha siao de 172 ohms (punto tí más 7U ohms (punto C), o sea, 24? ohms. Como esta impeaancia es el resultado de sumar la bob_i_ na L, será precisamente la ímpedancia oe dicha oobina; \~ _ L 1 2TTf 242 ohms 2x7Tx88,l x 1Ü6 Hz '~ LI)= U,44 /¿H La uariación de suceptancia desde el punto C al D es 13,8 menos b,b miliiuhus « b,3 milirnhos, entonces: BC 1 2TTf 1 '!" 5 , 3 x 10 ohrns 2 x 7 7 x ü 8 , l x l u 6 Hz : = 9,6 pr F inaImentoz 8,bxlO"3 ohms 2 ;0« 2x7Tx8B,lxlU^ Hz 13,3 pF Debida a que los condensadores y bobinas de la red de acoplamiento están sujetos a valores de voltajes y corrien tes elevados, es necesario conocer los valores de dichos voltajes y corrientes, pues de éstos parámetros dependerán el tipo de elementos a utilizarse y como es lógico suponer, se poará minimizar el costo de los condensadores así como también se podrá determinar el diámetro del alambre para la construcción de la bobina. Si consideramos el circuito de la figura 3, y suponemos una potencia de salida de 1,5 Kiuatts, la corriente que circu lará por la resistencia de carga esi E Ir A ^6A 5,47 2 Corno esta corriente circula también por el condensador t este elemento será capaz de soportar d.i.cna corriente. £1 voltaje de pico que tiene.¡el condensador será; Up = ]/ 2 Figura (Ic . X 2C2 )= 1Ü1B V p . 3 nrrm r U IL ~\^ i1 I 1 ~£o Gi-*" _ _ RL ~ M Para calcular el voltaje en el condensador C,, suponemos un condensador en paralelo (en línea de puntos de la fi gura 3), cun lo que en la carta de Smith estaremos en el - punto ti, cuya impedancia es de 5UU ohms» 1224,7 U La corriente sobre el capacitor C Icl = U Kl v 1b ul XB C 1 ~ será» . 1 2 2 4 , 7 'V x 5,3xlO' 3 ^VT " ~ ' leí * 4,6 A t Pare encontrar la corriente que circula por la bobina, determinamos en la carta el punto en que ésta es re',i\io pura, (punto F de 15 ohms). \J 1500/15' Resumiendo, y aandu un margen aceptable de seguridad, tenaremos que los elementos G eberán tener las siguientes cara cterísticas i üs acueroo con esto, se utilizara para la construcción del amplificador los cipócitores variables bobina se construirá* con un alambre AU*U IbA - 11 y la No lü. DISLwÜ DLL CIHCUITU Ut rtCÚPÜAPUtñiTü üt KLJH.Mara el circuito de acoplamiento tíe reja, se usa el cir - 42 - Figura 4 •T——n——r C< LÍ 1 11 ;Rout 1 cuito indicada en la figura 4. Usando el método anterior y con la tabla de 5mith de la figura 6 tendremos; £1 punto A corresponde a la impedancia de entrada, esto es, 2,5 Kohms. Siguiendo la curva de R paralelo constante i llegamos al punto 8, que corresponde a la curva de la rsac— tancia de la capacidad de entradaí 23 ohms, o expresada en términos de suceptancia 43 milimhos, con lo que estamos en el punto B de la carta. Luego debemos sumar una bobina en serie, para lo cual — nos movemos a través de la curva de K es paralelo constante hasta el punto C f teniendo entonces una suceptancia total de 45,6 milimhos o 220 ohms. Como queremos tener un rango de sintonía, tomamos para la bobina una impedancia de 180 ohms y para el capacitor 40 ohms. 2TTf L= Ü,33/¿H 1 2 277fXc 180 ohms 2]7x SB.lxlÜ6 Hz 2TTxB8.1xl06 Hz x 40 "ohms C2= 4,5 P F A continuación, desde el punto C y siguiendo la curva de 51) ohms llegamos al punto E» siendo entonces el valor del condensador C, i IMMITTANCE CHART IMPEDANCE COORDINATES — 50 OHM CHARACTERISTIC IMPEDANCE ADMITTANCE COORDINATES — 20 MILLIMMO CHARACTERISTIC ADMITTANCE O O je •¡i • ' .¡r ?? ' * ' ' ? 7.. . . ? . ? . ? . . , . ? , * . ? . 7 i ' , RAOIALLY SCALED PARAMETERS r* oD o o i1 ' i ' i f ' 1 1 ? . ' 7, , . 0 3 ;*J c* o n 1* M « - S í 1¿Í >' o « o • * o — <j — op «t * q « o P * W toi —«• o o « * — H T — **) — » o0 IV V po CEN TER 0 N P s s S» ^ 0 O n • ° P p o 0 S *• O 0 0 3 5 o o S v> o S o o S * o M o u o o S o o r* o * u > o b o o oSt? ?C o < upe c ili Q S ~ P ° i "£ §? cl C, =• 1 2 77 f 2.6 x 1U ohms 277 x 88,lxlU 6 -Hz Cl = 4,5 pF El circuito total del amplificador de radio frecuencia se inaica en la figura 5. En él se han incluido los choques de radiofrecuencia Ch y C h , que evitarán que la señal al- terna pase a la fuente y su valor deberá ser unas 1Q veces mayor que la resistencia de salida y entrada respectivamente, a la frecuencia de trabajo. De acuerdo con esto tendremos» 10 Zout K ch Ch 1 12.987 ohms *Chl 2 Tí f - 12 - 987 277x 68,1 x 10a Hz Y el choque de radio frecuencia de reja será; 1 Chg = ; = 2 Ch - lü zin 24390 ohms X PK Lh2 2 2 TT f Ch2 « 44, 1 MH. 24390 ohms 2T7x 88,1 x lü6 Hz Se puede ver además en el circuito de la figura 5, el capacitor Cf de desacoplamiento que impedirá que la tensión continua de pol&Fiización de placa sea aplicada a los capacitores de sintonía, fc.1 valor de su capacidad deberá ser lo sjj ficientemente grande como para que no resuene con los eleme^n tos de la red de acoplamiento y deberá tener una capacidad de tensión como para que soporte el voltaje de placa. FINAL 200 V MHz 2.5 KJL F R E C U E N C I A : 88.1 AMPLIFICADOR OA4 u H 10A i — -rb.01.uF í.50 V mA i 23 'ódí/yn*/' - .01JLLF J 1.3 KJL CH] 2500 V — 500 pF 5KV F ~ 9.6 pF IV NI íw ^ c Q C A P I T U L O I I I DISEhü U£ LA FUENTE DE. ALlfUNTAClQN UISEÑÜ D£ LA FUENTE OE ALIMENTACIÓN Cualquiera que sea su finalidad, todo equipo electrónico necesita de una fuente primaria de alimentación esto; e¿^ da un dispositivo que convierta la energía de una línea de c*a» en corriente continua de tensión constante y del valor deseado* Básicamente una fuente de alimentación consta de los bloques indicados en la figura ;!} sin embargo, dependiendo de - los usos a que esté destinada, no necesariamente debe constar de todos ellos pudiendo reducirse de acuerdo a las necesida— des específicas. Figura 1 Energía ac. Rectifica cien é Filtrado Regulación Energía de Los diversos niveles de tensión de c.c. necesarios para el equipo motivo de esta tesis, serón suministradas por la fujsn ts primaria a través de un transformador, un rectificador y una red de filtro utilizados - conjuntamente con un dispositvo - de control y de protección de sobrecargas. Debido a que los transmisores de potencia requieren de tensiones elevadas de polarización es necesario incluir en el diseño de la fuente de alimentación un sistema de protección tanto para los elementos del equipo cuanto para el operador que lo vaya a manipular. TRANSITUrtlUb uLL LlKCUITü PR1MAKIO.- - 45 - Una fuente da alimentación está sujeta por lo general a transitorios tín los circuitos primarios, que pueden llegar inclusive a los miles da voltios en líneas de 110 o 220. Es- tos transitorios pueden dañai % los elementos del transmisor y son provocados principalmente por la conmutación üe alto nivel de cargas industriales o por descargas atmosféricas s_o bre una reo de eneryía próxima* Una solución barata para eliminar estos transitorios as incorporar a la entrada de la línea de c.a. un "supresor da transitorios o varistor" (fiyura 2-a), que es una conección de dos diodos zener en oposición, o simplemente incluir una red conectada en paralelo con la red de a ,c. (fiyura 2-b)• Figura 2 40K Linea Línea (a) 0-1 (b) S15TU'iH DL ENCENDIDO V PKQTECCIUNES.- Como se dijo anteriormente, es necesario incorporar en el diseño de la fuente un sistema de control para proteger los elementos del equipo y al operador. Un circuito que sati£ face estas necesidades es al inoicado en la figura 3* Anali- zando el funcionamiento de este circuito de una manera secuejí cial, desde la entrada da la tensión, tendremos! Cuando ha sido activada el protector (breaker) de entra-*- - 46 - da, es necesario que los puntos 4 y 5 (partida remota) se - cortocircuiten (lo que se puede lograr mediante la utiliza— ción de contactos de un relay) para que sa enérgica el relay A, con lo que, su respectivo contacto quedará enclavado, entrando inmediatamente a funcionar el ventilaoor que protegerá de calentamientos excesivos al tubo. La partida remota es necesaria, debido a que el transmisor está generalmente si— tuada en una parte l^,.:~r: ^! estuu.-*.^, ¡ es conveniente que - exista la posiblidad de poner en marcha al equipo desde dicho luyar. Con el ventilador funcionando, se activa la espoleta E, cerrando el circuito y alimentando tensión al primario del transformador de filamento, con lo que éste empezará a ca— lentarse* £n caso que el ventilador dejara de funcionar, la espoleta no actuaría aoriendo el circuito con lo que se dejj, conectaría el equipo. Después de un tiempo prudencial, necesario 33ra que el tubo se caliente, se activará el relay de retardo de tiempo Rt, enclavándose su respectivo contacto, con lo que, si están cerrados tanto el interruptor de seguridad colocado en la puerta del transmisor como el interruptor de ALTA T£h— 5IUN, se energisará B el contactor B, cerrándose el contacto que permite el paso de la tensión de 22 U voltios al — transformador de alta tensión» Se ha usado un contacto auxiliar del contactor B en paralelo con el contacto del Rt para evitar posibles rebotes del contacto del relay de tiempo, asegurando de esta manera la entrada de alta tensión. igura 3 15A CIKCUITÜ KeCTlFICMCIüN.- Para rectificar la tensión alterna se ha escogido el cijr cuito puente monofásico de onda completa (figura 4), en razón de que se utilizará un transformador sin toma central, que es justamente el tipo ds transformador que se dispone para la construcción de la fuente, - 48 - Figura 4 £1 circuito rectificador puente tiene además las si— guientes ventajas sobre un rectificador da onda completa con toma central! suministra el doble de tensión de salida para la misma tensión del transformador; cada rectificador indiviuual está sometida a la mitad de la tensión de p.ico inverso para la misma tensiónj a través üe cada rectificador circula sólo el 5Ü/¿ de la corriente total. Como se puede ver en P la figura 4, el circuito puente consta de cuatro u ni oa des de rectificación que funciona con una sola fuente de c.a, Durante el semiciclo positivo de la tensión aplicada, el punto A es positivo con respecto al C y los rectificadores 1 y 3 cunducen. £ n el otro s_e miciclo, la conducción tiene luyar en los rectificadores 4 y 2 siendo el punto C positivo con respecta al A. Por consiguiente, en un semiciclo los rectificadores 3 y 1 están en serie con el circuitu de salida y en el otro semiciclo son los 4 y 2 los que están en serie con el circuito, FUNCIÜNAFUt-NTÜ D10DÜ Debido a que la tensión 'a ser rectificada es alta, la - 49 - tensión de pieu inverso que soportarán los rectificadoras están en el crden tía los S.QÜGv, lo que hace necesario utilizar varios diodos en serie, da modo que la tensión de pico inverso se reparta uniformemente an cada rectificador. Las dos técnicas más comunes para asegurar una división unj^ forme da la tensión son el uso de redes compensadoras da r_e sistencias y capacitancias y la selección de rectificadores características inversas semejantes. £n los rectifica dores apilados para alta tensión y cojn pensados con HC, se Cüiuca un resistor y un capacitor a trja_ vés de cada unidad rectificadora» £stos resistores y capaci tores obligan ¿ que la tensión inversa se distriüuya en i- yual forma a través de cada unidad de la sarie si sus valoras se eligen oe tal manera que, en tudas las condiciones de funcionamiento, sean estos componentes y no los rectifica cores los que controlen la -distribución de la tensión. - Los resistores controlan la división oe la tensión durante ai funcionamiento un c*c. Los capacitores controlan la civ_i sión de tensión durante el funcionamiento con aita frecuencia o cuando se aplican tensiones transitorias. Durante el funcionamiento normal con baja frecuencia, la división ae — tensión es controlada tanto por los Capacitores como por los — resistores. La espacioso1 parásita que aparece entre los rectificadores y fíissa tienden a originar una distribución desiyu&l — üc ifc tensión a troves de ios rectificaaares. Lsts efecto puede ser controlada meaiante el uso de capacitores en para 50 - lelo, como se indica en figura 5. De un valor más grande qua esta capacidad parásita. Los capacitores en paralelo también se usan para igualar el tiempo de recuperación inversa; la recuperación inversa — da un rectificador es básicamente el resultado de dos efec—tos« los portauores minoritarios son dispersados por la juntura, y, los portadores minoritarios se recombinan en la zona da la juntura. De estos efectos, el más rápido es la dispersión de portadores minoritarios causados por la corriente inversa. £n cualquier serie de rectificadores, el tiempo de recij peración inversa de las diferentes unidades no es exactamente iyual, de manera que, aquellas unidades que se recuperan más pronto bloquearán la tensión total que vuelve a aparecer, o bien dejarán pasar la corriente inversa. Cuando estas unidades se recuperan, detienen la circulación de corriente inversa en torno de los rectificadores recuperados y así a cele ran la recuperación de los rectificadores más lentos. Fiyura f\ 5 J D2 —Jl Ci D3 .. Cz ! 1 C3 Cada uniaaü de rectificación del circuito puente está formada por un apilamientu en serie de diodos como se indica en la fiyura b. Sitando la tensión del secunuario del trans—• - 51 - formador de 2.5UU voltios, la tensión de pico inversa que dj» derá soportar la serie será de 3.535,5 voltios. Para obtener un margen aceptable de seguridad, suponemos un tensión de p^i co inverso de tí.Uüü voltios, con lo que, el número de diodos que se requieren si se usan elementos que tienen una tensión de pico inverso de l.ÜUÜ voltios es de 8* ClttÜUlTu Uh. FiLTHU U£. ÜNUULHLIUN.- Para el filtrado de la tensión rectificada se usará una red con entrada capacitiva como la indicada en la figura 6. Los cálculos de los elementos constitutivos de dicho filtro se facilitan si se usan las curvas dadas por el RAÜ1UTKUN. .. ....... que se encuentran al final de este capítulo. Figura 6 L V< 2500 0,7A o £1 procedimiento para el cálculo es el siguiente» Prifne ramente tomamos una sección del filtro anterior, la misma que está indicada en la figura ?• Figura 7 - - La resistencia R 52 - será: I » 2500 U / 0.7 A =* 3571 ohms Suponemos una ¡resistencia R o del secundario del transfar mador de 1UÜ ohms, con lo que calculamos la relación R / R . = lüü ohms /3571 ohms = U,Ü28=±># R /R « 2, .- L S L Sí hacemos que el capacitor C 1 sea de 4 A ^ U i C R = 2"H" x 60 x 4 x 1U"6 x 3571 = 5,4 Da las curvas ti a la figura Ib tenemos /U, - 76,5 >o r=^ EX, » 2bUÜ/ ü,76b = 3268 U. 231Ü V. Usando las curvas ae la figura 17 . « ü » 1 2 x 25UU - = Si queremos que en el punto 2 exista un voltaje da 10 esto es, un rizado total del 0,4 fc tendremos l = X - 1U U X Hacemos C = IQ^./' f \ - =• *L/ x( 10 X, - X r (3üQ " iü ) ,: 29 X 0 L L2 lü C2 = x / -I i v y 9TTf L. X L / - 2TTf 3 , 8 x 10 ' . ohms - ¿TTx 120 c/s 5 H La corriente RlvíS que circulará por el secundario del transformador se obtiene a e las curvas de la fíiyura 18, pací ra lo cual calculamos la relación §— , en la que la n=2, RH L pues se trata ae rectificación ae onda completas Rs/ nRL = 1,4 V» = 10,8 I RMS / Idc = 2,6 RMS 2 A POLMKIZAC10N Ut PMNTHLLM.- Para 1.1a polarización de la pantalla, se aprovecha la misma fuente da polarización de placa mediante un divisor de tensión, como se indica en la figura 8* Debido a que la pantalla necesita un voltaje reyulado, se usan los tubos ÜA2, que en número de tres nos provean de 45U voltios regulaoos para la pantalla. .Figura 8 2500 V PLACA PANT. - R 54 - = 450 U / 5 m A = 9 U K ohms La potencia disipada p > R» = 100 K ohms seral = 1 / 1 = 450 V x 50 m A = 22,5 U R3 Se ha calcudado esta potencia con 50 mA para preueer un posible daño en uno de los tubos. La corriente que circula por la pantalla es de 30 mA. y si consideramos que por los tubos de regulación circulan 15 mA., la corriente que circula por R será de 5U mA. da donde R = 2UbÜ U / 5ü mA « 41 K ohms R « 5U K ohms PQ « U I = 2U50 x 50 = 102,5 U. R2 PD R2 = 125 y El diagrama total de la fuente de alimentación para el transmisor está indicado en la figura 11. £n dicho circuito se hen incluido los medidores para controlar tensión de pantalla, tensión de cátodo, corriente de placa y potencia de salida. PULMKI¿ACIUÍM L)L Ht.Jrt.La reja ha sido polarizada medíante una fuente negativa como se inuica en la fiuura 9. Ll bobinado del transformador se encuentra conjuntamente con el bobinado del transformador da filamento y de su diseño nos encargáramos lueyo. , ^ figura 9 VR — —' í.\JU V<t 50 ™ A 1 r:^Ci r~- ^C 2 1 Para el diseño de la fuente üe reja, usaremos las mismas curvas que se usaron anteriormente, siendo su procedimiento el mismo. La resistencia de car^a viene dada por la expresión R = 2ÜÜ U / 5U mtt R = 40ÜÜ ohms 5i suponemos una resistencia del secundario del transformador da 5U omnios, la relación entre la resistencia ue _ carga y dicha resistencia del secundario del transformador será del l,2b >* Consideramos el valor del condensador C, de SüU microfaría dos, con lo quet -6 lüCR = 2TTx 6U x 4UÜÜ x büü x 10 = 753,6 ohms Pdra encontrar el valor del voltaje KíMS necesario en el secunoario aei transformauor, usamos las curvas correspondían tes, tomando en cuenta que el circuito a diseñar es un rect_i ficaaor da media onua. % Ldc /EX B 87 % L'v ._ 2UÜ/U,tí7 E Hh& = 162,5 U. » 229,8 U - £ 1 valor del como hemos v / i s t o , % 56 - v o l t a j e Hl'ib en el capacitor C ae lab c u r v a s de la UH|Í|S / se encuentra, figura 11. Edc - ü,23 % U,.,, « Ü,UÜ23 x 20Ü *= 0 , 4 6 U rihíD . Consideramos, a la salioa de la fuente, un rizado del U,l/í>, valor con el cual nos assguramos de que el punto estático de trabajo dal amplificador no sufra alteraciones da im porta ncia. Con este valor pedemos calcular el voltaje Kl'ib a la salida de la fuente. U U l r = U, OÜ1 x 20Ü = 0,2 U KPISl. La corriente que circula por la resistencia podernos ca_l cularla de la siguiente manera* Si tomamos para el capacitor C? un valor de 5ÜÜ microfaradios, el valor üa la resistencia se calculará como sigue t X r •» t / 2TTfc « l/(2TTx 6U x 5UÜ x líf) C2 H = 5,3 ohms = R x I R = H W RMS ^ / X c ^ = U HMS ^ _ v^^ 0,2 R / 5,3 R= 6,69 ohms = U, 26 y 1Ü ohms Para tener la opción de variar la tensión de polariza — ción de la reja, se conecta a la sálica un potenciómetro, que cando entonces el circuito de la fuente en la - como se indica — figura 10. £n el diseho da la fuente se han incluido aaemás, como se puede uer en el esquema general, sistemas de medición de los distintos parámetros del amplificador, tales como corrían - 57 - te de cátodo, tensión de pantalla, tensión de cátodo y potejí cia de salida. figura 10 Estos valores no sa toman directamente de los puntas respete tivos, sino que, con el objeto de que a los instrumentos de meaida no lleguen valores de tensión o corriente que gene— raímente son altos, se ha cogido únicamente una muestra mediante ios divisores de tensión formados por las T resisten— cias dad flohm y 1UÜ Kohm para el caso de la tensión de pantalla y tensión de cátodo. Para medir la corriente de cátodo se usa el divisor de tensión formado por la resistencia del1 ohm y la resistencia de 1 Kohm. Para detectar la potencia de salida del amplificador se usa un diodo de germanió, el cual es colocado en el interior de la cavidad, como se puede ver en el diagrama del amplificador. £1 turnar únicamente una muestra de los diferentes par¿£ metros nos permite además, usar un sólo instrumento de fnedjL da (un miliamperímetro) para leer la tensión de pantalla, tensión de cátodo y la potencia, mediante un selector que se encontrará al alcance del operador. Caos señalar además, que se Han colocado en paralelo con los miliamperímetros, capacitores de U,U1 microfaradios, con el ubjetü da que sean uri cortocircuito para la radio frecuencia existente y de esta manera evitar que las lecturas sean afectadas por ésta. — jiilP. líLrJj (lihjIíiK; $111! ?1¡ ü ' ü i i t i i i i i i M üi i ! h::í S lyi^ ¡ : ; I ül Step 9. The averagc diodc current i¿ : ;,j = I L for haJf-v,'avc circuits and fuil-wavc voltase doubler circuits, i¿ = \l L for full-wave circuits. In th-s example i¿ = 125/2 = 62.5 mA; Step 10. The peak diodc currcnt, is obtaincd by substituting the valué of id given by Step 9 in the rcsult of Step 8. In the example Step 8. From Fig. 30.8 (lowcr) whcre niaCR L = 21.2 wc may obtain nR that n = 2 for fuü wave rectification, 1'.76 fiú) TO DETLKMINE Pf-AK AKD AVERAGE DIODE CURRENTS 30¿ J _ A . voltage c ¿ corrcsponding to ¡",, can be fcund. A A A Thcreíorc r d =•• ¿ j / i j can. be evs'.ua'cd. A Step 2. The diodc* peak current id is íentatively assumed to be 6 ; rí . Altsrnatively, íf the output voltaje is known, the current ratio ir.ny be derived from Fig. 30.10A. Step 3. From Fig. 30.4, and knov/ledge of the valvc typc, the diode peak p!j:e A (vi) Frocedure whcn complete published data are not avaiíable Step 1. To díLcrminc i'j. id = Ir for halí-wavc circuits and full-\vave voltage doublcr circuits 3 i'd ~ M [ f°r íull-wave circuits. <aCRL and \ R s \ / f í ¡ 3 Fig. 30.8 (upper curves) \vjll givc the valué of |i, ; í. Jn thc same example i d ~ 62.5 mA ; n ------ 2 ; taCR L = lü.b.ind \R:\.R. - I2.S°Ó, so that id\/~i¿ « 2.25 and ¡i u .| = 62.5 x 2.25 - 140 mA. (v) To determine the traasfornier secondary r.m.s. current \:¿\g the valué of í a - as determine Stcp 4. Applyim: this valúe to Fig. 30.9 (rete th* -v:ihics shc\vn iri ibc in^cr, applying to íhc viirious curves), and using the valué of w C K , dctcnniriCd íbovc, the pcrccntacc of ripplc voltngc tó dircct voltaje ¡s givcn. \R,\n the cxamplc, -- 1 -- 12.8% (full wave) and a>CR{ ----- 10.6 givinA< /, ripnlc voltaje __l ____ _ •: -_ ^ RO/ dircct voltage " /0 ' The ripplc voltage \BR\ ripplc pcrcentage X direct vok;;gc. Step (iv) To determine ripplc pcrcentage Havi-ip, determinad the pcak .i:ode curr-.'i1.!, we rr.ay ihcn pnvicJ to cthcr unkno\ns. The'samo exarr.ple as in (iií) übjve is .iUo usc.1 h¿;^ 1 E u :-SO r- : ^ ;^ b;iü ::;=; r¡!: Í!LÍ: T¡|.H ¡:::¡ :;;:; i<i O -o "d r: LO o c<i K E: fJ t. rj J3 rj (X íí tJ M • r iu 3; A Panel de control Fuente de alta tensión 15A ALT B E! ESPOLETA -X* 100.a II IS l/t ZW 470 ' í 2W P 3A 'V PUERTA/ ALTA / 2 500 Y. PLACA - 62 - DISEÑO DLL CHUUUE.Para el diseño del choque usaremos las curvas y tablas dadas por el KEFEKtNCE ÜATA FüH Rrtulü ENIUNEERS. Este método sirve para calcular choques con entrehierro, paro debido a la dificultad de oDtener núcleos con estas caracteresti— cas, calcularemos un choque sin entrehierro pero con una - inductancla ligeramente mayor que la requerida en el "cálculo. Suponemos una inuuctancia de 7 H., con lo quej L I 3,43 Uisto en la tabla 1, tenemos que el tipo de lámina - usarse es la EI-19, y la potencia de esta lámina (de la ta_ bla 2) es de 525 Watts. Una lámina de estas características conseguible en - nuestro mercüao es la indicada en la figura 13, de una potencia de"1! Kilovat. Sus dimensiones están indicadas en di— Figura 13 cha figura. ^—™ T I VM1H- 63 - volumen del núcleo* Ü« 178 mm x 165 tnm x 2G mm - 2 ( l 4 4 m m x 38rnm x 20mín) tf« 5 B 7 4 Ü Q mm 3 - Í73280 mm 3 U« 414120 mm U« 2 b , 2 7 p u l g 3 largo del camino magnético! 1 - (114+114+178+178) mm c 1 « 5d4 mm c 1 c 23 puly c íl_ V = 0,135 Con estos valores y con las curvas de la figura 19 obtenemos quei -JÜ - 177 c En donde N es el número de vueltas N- X 23 0.7 N= 5816 vueltas £1 diámetro del alambre a usarse viene dado por la ex presión* = /2 Vl(amp)/J £n la que* ÍES Corriente d*c. en amperios o Ja Densidad de corriente en amperios/ pulg (tabla 2) « 2 \/ü.7/12uü «Ü.64 mm. B U , U 2 7 pulg - 64 - Ll número de vueltas por capa resultará de dividir el laryo exterior de la forma (112 mm) restado el espesor de las láminas de cartón que forman el cuerpo del núcleo (9mm), para el diámetro del alambre. A este valor ss le resta f por seyuridatí, un Uueltas/capa= 113mm " 9mm- - 10* U. 64 Vueltas/capa* 147 6616 147 capas Vueltas/capa ff Capas- 39 UISPüblülUU UEL 2 capas de cartón ... .................. 2.6 mm 2 capas de mi lar grueso.................0.3 mm 39 capas de $ 22 más 1 capa de mi lar yrueso ........ .......* • 31 .41mm 2 capas de mi lar grueso*.......* ....... 0.3 mm 2 capas de cartulina *.**... .......... * 0.6 rnm 35.41mm 5 % 37.16mm Porcentaje de la ventana utilizada * 97,7 >> Cálculo del peso y resistencia del alambre.Í"1LT = Laryo medio por vuelta ÍMLT = 2(r+q) + 2(s*J) + 3 a — Ü . b mm hLT « 2(bl-t-U.5)mm-+-2t20-*-0.5)mm+3.14x37.16 mm 65 - MLT ~ 260.68 mm m Ü.855 pies Longitud total «= N x WuT m 5816 x 0.855 pies *= 4972,68 pies De la tabla jf 3 obtenemos quei Qhms/lOÜQ pies (Mlúü #22) *= 16.14 R« 80,23 ohms Ibs/lUÜÜ pies (MUkL, #22) «1.945 Pesos= 9.b? lluras 2 2 Potencia disipaoa « I R *=(ü.7 A) x 80.23 ohms Potencia disipada » 39,3 watts. UI5t.WÜ ÜtL TKHNbFühttriUUrt ÜE. FlLAñENTü.- Para el calentamiento del filamento del tubo 4EX-18ÜÜ se requiere, corno sa ha visto en el capítulo anterior, una tensión alterna de 5 U. con una corriente de 38.5 amperios. Esto se consigue mediante el transformador indicado en la figura 14. £n dicho transformador se ha incluido además un bobinado (S#2) que nos servirá para, como se ha dicho, para la construcción de la fuente de polarización de reja. Eln dicha figura se indica además, el tipo de lámina a usa_r se, así como sus dimensiones. Figura 14 39.5 A ov T 0,5A OV ov El diámetro de los alambres para los distintos bobinados se puede determinar de la expresión* Ó » 1,13 292U -610 log P De oonde obtenemos 9 p « Ü,Ü337 mm AUiütflB s = U,18 mm 2= Ü.Ü337 mm numera de vueltas se determina usando la relación N = 3,75 x 1U -3 / Sun £n donde* Voltaje del bobinado en voltios V 5 = Sección del alambre en mm Se puede entonces, con los valores obtenidos de las presiones anteriores, construir la siguiente tabla* .i•».'."•,:] ¡o j.Xjtiri'm \¡;>.'•;:} .KIIÍ :;;;i!i) .'K¡n'mp1 \] -runo p jo ;,->i:(I-í .',\!tpu:.s\; n¡ -¡if ¡¡IA\A x.vajo^ 'ST, ''-'K ;-'f n -!-V\O ;v/ix >---tn:.';n ;;i)l 'o ;>¡qi; j_ MÍO.IJ J 0¡'}(ií /x ' !: í r { í > K'Oíí •''' K;O:i'ü -i•--•ií/tnt ---íi/'í-nfijo i--VIST vi ,,,y ^':;:' (.í.'llv) t ' l ! i - 5/ '•i.i;\l_ -i-ui qiSiij-] \ [ i T , t ;i^'i..-¡ i:í:..j^.^¡.vj-v^- ;'"' ''- 1 ' . • i l l i | i ¡ > l . \: í'l:i.M.i.-.V • .;• > • 12-: u fVJ < _i CD :/:• :"•-.- '- * c-i ti .1 ':-: ~\.u CQ * * ** * C A P I T U L O J U CONSTRUCCIÓN DEL AMPLIFICADOR DE. PUTLNCIA * -, -J CQN5THUCCJLUN ü£L AMPLIFICADOR DE POTENCIA El amplificador está construido en una consola como i_n_ dica la fotografía de la figura 1. El conjunto mide 63 cm. da anchura 58 cm, de profundidad y 180 cm. de altura. En la parte inferior del conjunto se encuentra el suministro de alta tensión y en la parte superior la sección de radio f r_a cuencia y sistemas de protección, separadas éstas por una franja de 2 U cm. en la que se encuentra el protector — (breaker) de encendido, un voltímetro para medir la tensión de línea y una luz indicadora de alta tensión. figura 1 "•""-: *. jr^^rt'rf^íp .*.-. - - . ^ ^ % 3 ^ | f í ^ | l p f ',^¿.,-^•^L ^ S -,::fete. M .!t t-' -i^ «te flv k.i^. «-*ar-.-_i «ii« J - 72 - La sección de radio frecuencia es un panel fácilmente desmontable de la consola y atornillado a ésta. En él se ha incluido todo el sistema de protecciones así como la ventila^ ción del amplificador; está construido de aluminio tratada y se compone de dos cuerpos independiente, como se puede ver — en la fotografía de la figura 2« En la parte inferior, que se encuentra atornillada al panel frontal se encuentran, contó se ha dicho, los sistemas de encendido y protecciones y el ventilador de refrigeración del tubo* "Figura 2 Las interconecciones entre el panel de control y la f u_en te de poder se hace mediante la regleta que se pueda apreciar en la fotografía, La disposición de los elementos del panel de control se puede apreciar en la fotografía de la figura 3. El ventilador se encuentra atornillado directamente a la pared superior - del panel, en la cual se ha hecho una perforación que comuai - 73 - ca directamente con el tubo, can lo que se proporciona una muy buena ventilación y con un nivel de ruido bastante bajo. figura 3 En la pared lateral izquierda se encuentra la fuente de polarización do reja, montada sobre un circuito impreso y s_e parada del aluminio por medio de aislantes de porcelana» El potenciómetro de la fuente de polarización de reja ha sido montado en el panel frontal (8IAS) de tal manera que pueda ser ajustado fácilmente por el operador. El relay de tiempo se encuentra también en la pared lateral izquierda. Para variar su tiempo de retardo, sa dabe girar la perilla que se encuentra en IB parte superior riel relay . En este panel se encuentra además, como puede verse» el transformador do filamento cuyo tensión es lie u acá al tubo mediante un cable que atravieza la pared superior y ?s ator— nillado en un pasa-muro que se encuentra en la cavidad. La sección de radio frecuencia, o panel de la cavidad, es una caja de aluminio montada sobre el panel de control, como se ve en la figura dos. Interiormente se encuentra dividido en dos mediante una placa también de aluminio; en el cual se encuentra montado el zócalo, Esta disposición de - los elementos del amplificador provee una muy buena aisla— ción electromagnética entre los circuitos de placa y reja. La parte inferior del panel de la cavioad corresponde al circuito de reja (figura 4). Todos los terminales del z_ó calo sa encuentran desacoplados de tierra meaiante capacito res de ü.l microfaradios, como puede verse en la fotografía. La radio frecuencia entra por un conector tipo N atornji liado en la pared lateral izquierda, a las placas fijas del capacitor variable C, . Eli otro extremo del capacitor, se eji cuentra unido meuiante un alambre, a la reja del tubo. Con alambre esmaltado de cobre tf 18, con un diámetro de 1,5 cm, y tíos espiras, se ha construido la bobina L, la cual se encuentra unida a la reja del tubo y al capacitor C-. La pplaord'zación de reja es traída desde el pasa-muro a través del Ch que tiene 9 espiras con ; un^diámetro de 1,5 cm y co— nectado en la bobina L en un punto en el que la radio fre— cuencia sea mínima» Los capacitores de sintonía de reja se encuentran atb_r nillados directamente sobre la placa de aluminio y tienen — ejes de prolongación que atraviesan la cavidad hasta el panel frontal. - 75 - Figura 4 La sección correspondiente al circuito tíe placa se indica en la fotografía de la figura 5. £n dicha figura se - puede observar claramente la disposición de los elementos constitutivos del circuito de placa. Al igual que los capacitores de sintonía de reja, los de placa tienen ejes de - prolongación hasta el panel frontal. La bobina da acoplamiento L está construida con un diá metro de 3 cm. y dos espiras de alambre ff 6, conectada a la placa del tubo mediante una abrazadera da cobre y al capa- citor de desacoplamiento CR. La tensión de polarización de placa entra a la cavidad a través de un pasa-muro colocado en la parte superior izquierda y mediante el Ch se conecta a la bobina L, también en un punto en donde la radio frecuencia sea mínima. La potencia de radio frecuencia sale desde el capaci—— tor C a través de un cunector tipo N atornillado a la pa— - 76 - red de la cavidad» F i g u ra 5 Como se ha dicho anteriormente, en la parte inferior del amplificador se encuentra la fuente de alta tensión. La fotografía ae la fiyura b muestra la colocación de los campo nenies principales de la fuente. Figura 6 • ir- -77 - El transformador de alta tensión está atornillado direc tamente a la base de la consola, así como los capacitores - y el choque del filtro. £n la parte superior izquierda se eti cuentran las resistencias de potencia que proveen la tensión para la pantalla así como los tubos OA2, montados éstos en zócalos que se encuentran sujetos en una plancha de baquelita. Los rectificadores de alta tensión están montados en la parte superior derecha sobre una plancha de baquelita 9 como indica la figura. Fiyura LIS. v 7 \A Y AJUSTE: UEL Para el ajuste inicial de las bobinas tanto de placa co mo de reja, el procedimiento a seguirse es el siguíente i Con - 76 - 3l capacitor da salida completamente abierta, y el de entraua en una posición intermedia, se construye una bobina qua resuene a la frecuencia requerida (88.1 Mhz), para lo cual - se usa un ondametro de absorción o grid-dip-meter. Variando los capacitores del circuito de acoplamiento, la resonancia debe obtenerse en un margen ae por lo menos unos 5 flhz "alr_e deoor de la frecuencia da trabajo. £1 choque de radio frecuencia va conectado directamente a la bobina de acoplamiento, en un punto en donde la radio — frecuencia sea cero, oo^ativo que GB logra excitando el circuito y localizando, (a lo largo de la bobina) üicho punto, para lo cual se usará* un detector de H.f, Ajuste de la neutralización.-* Como se vio en el capítulo 1, la neutralización del tubo ss puede hacer mediante una capacidad de reja a pisca que se logra msoiante una varilla conectada en la reja, que pasa a través de la lámina de aluminio y cuya distancia a la placa es vari ti ble. Hará obtener el punto de correcta neutralizja cion se excita al amplificador con una potencia prudencial— mente baja (unos 5 wats), estando aplicada la tensión de filamento del tubo* La salida del amplificador debe estar c o— nectüda, y través Oe un medidor de potencia, a una carga artificial de bu olims. Se varía entonces, como se ha dicho, la distancia de la varilla a la placa, hasta que el detector de potencio marque la mí n im a lectura. Una vez qus han sido ajustadas las bobinas de los cir— cuitos do reja y pleca así como la neutralización se puede - - 79 - entonces proceder al encendido total del amplificador para lo cual se debe seguir los siguientes pasosi ; 1.- Se coloca a la salida del amplificador una carga artificial de 50 onms que sea capaz da disipar una potencia de por lo menos unos 2 Kwats» 2.- Se activa el breaker de encendido general (figura 8), - con lo que el voltímetro debe marcar la tensión de línea (22Ü voltios) . 3.- Al activar el breaker del panel frontal (línea), el ventilador debe entrar en funcionamiento. Se comprobará entonces que la ventilación a través del tubo no sufra nin guna obstrucción. Con elfuncionamiento del ventilador djs b8 activarse la espoleta, con lo que entra la tensión al filamento, encendiéndose.la luz da FlLAIMLNTU del panel frontal. Se debe medir, en los terminales corres- pondientes, que la tensión de filamento sea la correcta (5vJ, pudiéndose variar ésta mediante los taps del trajn formauor de filamento localizado en la parte interior de la cavidad, £s conveniente entonces comprobar el f u_n fionamiento de la 1-a espoleta, obstruyendo el aire del ventilador que hdCe que está se active, con que la tensión de filamento debe ser interrumpiaa, apagándose el indicador del panel frontal. 4.- Una vez que la espoleta ha sido activada, el relay de retardo de tiempo inica su funcionamiento enclavándose us contactos después de 9Ü segundos. - 6G - Figura 5.- 8 Al activar el conmutador de ALTrt y si la puerta posterior del amplificador está cerrada, se aplica la tensión a la placa del tubo, así como la tensión corres— pendiente üe pantalla. Se enciende entonces la luz indicadora de HLIH. Uebe verificarse que los tuDQs regulan ores de tensión (en la fuente de poder) entren en funcionamiento,Se ajusta entonces la corriente estática del tubo con el potenciómetro del panel frontal — (dihb), hasta que el medidor correspondiente marque uinos 4UÜ mrt. La tensión del cátodo (en el muítímetro ) debe ser de 2UUU y la tensión de pantalla de AbÜ \J. La potencia de salida debe ser cero en cualquier punto - 81 - de los capacitores de sintonía, pues en caso contrario, debido a que la excitación no ha sido aplicada, el amplificador estaría oscilando. 6,- Al aplicar la potencia de excitación se debe a justar - los capacitores de biwTulMlrt UE HLJh Y b l i M l u w I M DL PLMLA del panel frontal hasta obtener el máximo de potencia de salida con el mínimo dQ corriente de cátodo. Una vez o p t i m izadas las sintonías de placa y reja, las lecturas obtenidas fueron: TLNbluN bL" LIIMLH: ........ . ................... 19Ü Voltios MLirt TLÑblUfoi ......... * .................. , 2.300 Voltios TLNblufo UL PHiMTHLLrt TL^blüÍ\ ÜL Ktjrtí ....................... .......... * ............ ... ÜL FiLAHLlMl'ü* ........... , ......... uL LHTuüU ¡ ...................... Ut bHLlUA; ....................... 450 V U L T l U b 18U Voltios 4,8 Voltios 5 bt) miliamperios 900 vatios. Con loa datos obtenidos experimentalmente, se puede calcular el rendimiento real del amplificador de la siguie_n_ H U c « £p x Idc Pdc = 2,300 V. Ptíc = 1-265 X 55Ü mA. vatios Como la potencia efectiva de solida es de 9ÜU vatios, rendimiento será; ^ Psal-rf Pdc - 82 - vi - 9ÜÜ 1.265 Ui = U,711 « 71,1 ;% Si comparamos con los üatos calculados vemos primeramen te que el renoirniento del amplificador se ajusta con el va— lor obtenido en la práctiva, pues en eldiseño se encentró - quG el rendimiento sería del 71,1 /b. En cuanto a Id potencia de salida se esperaban l.bÜQ v_a_ tíos, pero con un consumo de 859 miliamperios y una tensión en la placa de 2.büÜ voltios. Debido a que la tensión de línea en el luyar de las pruebas es baja, siendo apenas de 19G voltios, mientras que en el diseño se suponía una tensión tíe línea de 22U voltios, la tensión en la placa fue de sólo — 2.3ÜU voltios llegando el tuüo a consumir b5U miliamperios, obteniéndose une potencia de salida de 9ÜO vatios. Esto nos lleva a la conclusión de usar para el funcionamiento del a_m plificador un regulador de t «n 8 i ón con lo que, i n d e p e ntíi e n tji mente ael valor tis ia tensión de línea existente en si lugar rje la i n s lalación del equipo, pudra limentarse a éste con - .lor; 2 2 ü V , r e q u e r i d a s * Se rui f n e d i d o además 1 a corriente alterna total c¡ u e consume el a m p i i í i c a u o r sienüo ésta ue 12,b A. Con esto podemos determinar el rendimiento total üel equipoi Potencia entrada por la l£nea -19Ü V. x 12,5 A. Potencio entreyacja por lu línea *¿ 2.^75 vatios - 83 - En consecuencia: Víaw 9ÜO U 2,375 U Y\_= 0,379 V\,« 37,9 % Se debe señalar que en este rendimiento se incluye el consumo del ventilador, filamento, pantalla, etc., con lo que se puede decir que se ha logrado construir un amplifica^ dor de potencia de radio frecuencia dentro de los márgenes que prácticamente son posibles. & I 8 L I Q G R A F I * R o b e r t Ui, t a n d e e - Ü o n o v a n C« O a u i s - A l ü e r t P. A l b r e c h t , "Electronic Qesitjners* Handbook 1 1 , He Gr-aw Hill book Compa- n y , 1971. - . P a u l n. C h i r l i a n , "Análisis y DiseTio u e C i r c u i t o s nicos", secunda edición, i*íc G r a u Hill, ^léxico, 1974. - Jacob i y lilluian -Christos C, H a l k i t i s , "ELlectrcDnica I n t e y r a da", E d i t o r i a l HÍ8pano-£uropea , B a r c e l o n a s 197b. - Uíilliam I. U r r , "Radio H a n d b o o k 1 1 , ha re a m b o , B a r c e l o n a , 1977, - Joe O oh n son, "Salid C i r c u i t s y o u r HF Wouier A m p l i f i e r M e r f o j r manee, 19770 - Care and F e e d i n y of Moiuer T u b e s , P r e p a r a d by L a b o r a t o r y — S t a f f , W a r i a n , Litnac División. - UHF-FM T r a n s m i t t e r s , rteuista p u b l i c a cía por R o h d s & S c h w a r z , L o n d r e s , 197S0