Receptores de Radio

El receptor más sencillo de radio puede ser hecho de una bobina y un condensador conectados en paralelo, se le añade un rectificador para demodular la señal recibida y unos audífonos para poder escuchar al oído la señal procesada. El condensador y la bobina forman un circuito sintonizado que presenta una alta impedancia a una frecuencia determinada, llamada frecuencia de resonancia, u una impedancia baja para el resto de frecuencias.

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Con un radio sencillo de un diodo detectamos dos parámetros que influye en el diseño de radios de nuevo diseño:
Primero, la selectividad: La capacidad del radio para separar dos emisoras que se encuentran próximas.
Segundo, la sensibilidad, que es la capacidad del radio para recibir señales muy débiles provenientes de estaciones muy alejadas. La sensibilidad se mejora amplificando la señal recibida pero esto nos conduce a otro parámetro. Las señales recibidas en la antena son fuertes para estaciones cercanas o muy débiles para estaciones lejanas por lo cual el factor de amplificación debe ser variable. La capacidad del radio para manejar señales débiles y fuertes se conoce como “rango dinámico” generalmente se expresa en decibeles.
La búsqueda de soluciones para mejorar los valores de los tres parámetros (selectividad, sensibilidad y rango dinámico) ha sido el objetivo de los radios modernos.
La primera mejora que tuvo la radio fue la introducción de un tubo electrónico que amplificara la señal captada por la antena con lo cual se mejoró la sensibilidad pero la selectividad basada en un circuito LC continuaba con los problemas de selectividad.
Una mejora propuesta por el ingeniero americano Edwin Armstrong en 1912 consistió en desviar una parte de la señal amplificada y retornarla a la entrada, esto se conoce como un circuito regenerativo y mejora sensiblemente la capacidad de amplificación de un tubo pero existe un inconveniente que si el factor regenerado es grande el circuito se vuelve inestable y puede terminar como un oscilador o generador de frecuencia.

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La clave de un radio regenerativo consiste en mantener el porcentaje de regeneración justo en un punto antes que el circuito se vuelve inestable. Los radios regenerativos tienen un control para que el operador gradúe el porcentaje de realimentación y mantener el rendimiento en su límite. Esto se convierte en un inconveniente ya que el operador debe estar pendiente continuamente de esto. La ventajas son la sencillez de los circuito, el uso de un tubo o transistor solamente lo que redunda en el precio y que en sí mismo puede decodificar AM y CW y paradójicamente también decodifica SSB sin circuitos adicionales. Además la regeneración causa que el circuito LC se vuelva más selectivo porque mejora un factor que se llama Q conocido como el factor de Calidad (quality) de los circuitos LC.
En el año de 1916 el mismo ingeniero Armstrong que invento el radio generativo propuso una nueva configuración de los radios conocida como Superheterodinos que representa el tipo de radio que es más extensamente usado en el área de telecomunicaciones hasta el día de hoy.
Los radios Superheterodinos hacen uso de un principio conocido como Heterodino. La palabra fue conpuesta de dos raíces Griegas: Hetero que significa diferente (heterogenero, Heterosexual, etc) y la terminación Dino que significa fuerza (dinamómetro) pero en realidad se aplica a un fenómeno físico que ocurre cuando se mezclan dos señales de diferente frecuencia el resultado es que aparecen frecuencias que son la suma y la diferencia de las frecuencias mezcladas.
La idea del radio superheterodino es tomar la frecuencia que se quiere recibir y mezclarle una señal generada localmente de tal manera que la diferencia entre las dos frecuencias produzca una que es la diferencia (o la suma) de las dos. Esta nueva frecuencia la llamaremos frecuencia intermedia y se abrevia como FI.

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El oscilador local se construye variable, es decir que su frecuencia se puede cambiar por un medio externo y por eso se llama Oscilador Local Variable y su abreviación de la versión en inglés es VFO. Normalmente el VFO trabaja en una frecuencia superior a la frecuencia que se quiera recibir de tal manera que la frecuencia del VFO menos la frecuencia FI corresponde a la frecuencia que se desea recibir.
La ventaja es que la FI es una frecuencia fija y normalmente de una frecuencia inferior a la que deseamos recibir. Estos dos factores permiten optimizar el diseño de amplificador, funcionando a la FI, en cuanto a selectividad y sensibilidad. Como la frecuencia es fija entonces se pueden construir filtros más elaborados que el simple LC mejorando la selectividad y el amplificador de FI puede hacerse más estable aun con alto índice de amplificación.
Con la técnica de los superheterodinos se comenzó a fabricar radios para las emisoras comerciales de AM de la época que estaban en la frecuencia de 550 a 1600 kilohertzio, la frecuencia intermedia FI era generalmente 455 kilohertzios. El oscilador local VFO generaba frecuencias entre 1005 y 2055 kilohertzios. La frecuencia se cambiaba alterando la configuración de un condensador variable.
El receptor resulta sensible a las frecuencia resultante de restarle a la frecuencia del VFO menos la FI pero en teoría también es sensible a las frecuencias resultante de la suma del VFO mas la FI es decir 1460 a 2510 kilohertzios. Este rango de frecuencia es conocido como frecuencia (o señal) imagen. Si eventualmente existe una estación radiando en la frecuencia imagen esta seria recibida muy bien por el receptor causándonos interferencia, por este motivo los radios superheterodinos deben agregar circuitos que permitan eliminar las señales imagen. Normalmente esto se consigue agregando un circuito sintonizado LC entre la antena y la entrada del mezclador heterodino que permita seleccionar la frecuencia que se desea recibir y atenué fuertemente la frecuencia imagen. El circuito sintonizado LC de entrada se construye generalmente con una bobina fija y un condensador variable. Para conseguir que el circuito de entrada sintonice (casi) exactamente la frecuencia que se desea recibir, VFO menos FI, el eje de mando del condensador variable del VFO y del circuito de entrada se acopla en un eje común, llamándose a esto un condensador tándem.
Los radios de uso general usan generalmente una FI de 455 kilohertzios y logran la selectividad usando circuitos sintonizados de bobinas y condensadores pero los radios profesionales y los usados por los radioaficionados incluyen al menos un filtro mecanico hechos con cristales de cuarzo consiguen una resonancia muy pronunciada a la frecuencia de 455 kilohertzios incrementando muchísimo la selectividad.

El rechazo de la señal imagen de un receptor es una característica que distingue la calidad de los radios superheterodino. A medida que aumenta la frecuencia de recepción la separación proporcional de la señal a recibir y su imagen se vuelven muy cerca y más difícil de separar. Por ejemplo las transmisiones comerciales de FM se hacen en la frecuencia de 88 a 108 mega hertzios. Si usáramos una FI de 455 para la frecuencia de 108,000 mega hertzios la señal imagen seria 108,910 megahercios y un simple circuito LC sintonizado en 108,000 puede rechazar a 108,910. La solución en los radios comerciales es usar una frecuencia FI mas alta, típicamente se utiliza 10 mega hertzios de FI entonces para 108 mega hertzios la señal imagen será 128 mega hertzios que puede ser más fácilmente rechazada.
Los radios usados por los radioaficionados reciben en las frecuencias de 3.5 a 30 mega hertzios se escoge una FI generalmente entre 3 a 10 mega hertzios. El caso es que con una FI alta mejoramos el rechazo de la señal imagen pero a estas nuevas frecuencias es difícil lograr buena selectividad. La opción es tomar la FI del orden 3 a 10 mega hertzios y aplicarle el mismo principio de heterodinación y bajarla a 455 kilohertzios. Estos receptores se conocen como superheterodinos de doble conversión, es decir que tiene dos FI la primera en una frecuencia entre 3 y 10 mega hertzios y la segunda FI de 455 kilo hertzios.

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En realidad podemos hacer radios de doble conversión en diferentes frecuencia, generalmente una alta, por ejemplo 9 mega hertzios para garantizar un buen rechazo de frecuencia imagen y la segunda en 455 kilohertzios para buena selectividad o primera FI de 1.500 kilohertzios y la segunda de 60 kilohertzios ya que en esta frecuencia tan baja se puede lograr selectividades excelentes. Pero también podemos tener tres conversiones y si se quiere cuatro o mas dependiendo de lo que queremos conseguir: mejorar la selectividad.
En los años 60 y 70 fue muy popular el diseño de radios basados en un VFO muy estable que cubría un rango de 500 kilohertzios lo que permitía cubrir aproximadamente el sector de una banda de radioaficionados. A la antena se le conectaba un circuito sintonizado LC que cubría la banda que se quería recibir y que se seleccionaba mediante un selector. El circuito de banda se conectaba a un primer paso de conversión donde se combinaba con la frecuencia generada por un oscilador controlado a cristal. Cada banda tenía su propio cristal. El resultado de esta primera heterodinación era bajar todas las frecuencia de la banda a una frecuencia mas baja alrededor de 6 mega hertzios. Por ejemplo para la banda de 40 metros se usaba un cristal de 13 mega hertzios, entonces la frecuencia de 7 mega hertzios se trasladaba a 13-7 = 6 mega hertzios y la de 7,5 se bajaba a 13-7.5 = 5.5 (observe que el orden de las frecuencias queda invertido).

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El resultado es una primera FI que varía entre 5.5 y 6.0 mega hertzios. Estas frecuencias se pasan a segundo mezclador con la frecuencia del VFO que suministra un rango entre 8.5 y 9.0 mega hertzios para lograr una FI fija de 3 mega hertzios. Generalmente la segunda FI de 3 mega hertzios se sometía a una tercera conversión de 455 kilohertzios usando un oscilador local a la frecuencia fija de 3,455 mega hertzios. El motivo de usar estas dos frecuencias es que en las FI de 3 mega hertzios y 455 kilohertzios se puede disponer de excelentes filtros de cristal, si se cambia ligeramente la frecuencia de 3,455 se puede lograr un ligero desplazamiento del efecto del filtro alto de 3 megas con relación al bajo de 455 kilohertzios permitiendo controlar el ancho de banda de recepción por superposición de filtros. Esto se conoce en los radios como FI shift.
Esta organización de FI y VFO fue muy útil con la introducción de la banda lateral única (SSB). La modulación y creación de la señal de SSB se hacía a la frecuencia de 455 kilohertzios y esta se subía en frecuencia usando los mismos cristales y el mismo VFO usado en recepción hasta la banda deseada. El resultado es que la señal transmitida se encontraba exactamente en la señal que se está recibiendo lográndose tener los transceptores que popularizaron a los radioaficionados.
En los años ochenta y siguientes la arquitectura de los radios y transceptores cambio impulsado por la existencia de circuitos electrónicos más complejos. Los VFO empezaron a ser construido usando el concepto de PLL (phase loop lock) donde se logra generar una frecuencia muy exacta suministrando el dato de la frecuencia deseada. La frecuencia no es variada por un condensador sino que se envía el dato de la frecuencia y el PLL la genera contando los ciclos que produce. Un solo VFO usando PLL puede generar frecuencia en un rango de 30 o más mega hertzios.
Con estos VFO la primera FI se movió al rango del VHF típicamente 70 mega hertzios con lo que se logra una excelente rechazo de la señal imagen. El VFO trabaja típicamente entre 70.100 y 100 mega hertzios lo que permite lograr un receptor de banda corrida entre 100 kilohertzios y 30 mega hertzios en forma corrida moviendo la señal recibida a la FI de 70 megas.

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La FI de 70 megas típicamente se heterodino dos o tres veces más para bajarla a 10, 3 megas y/o 455 kilohertzios dependiendo del diseño del fabricante.
El frente del radio, es decir el circuito sintonizado que esta entre la antena y el primer mezclador difícilmente puede cubrir todo el rango desde 100 kilohertzios a 30 mega hertzios por lo que este se particiona en varios circuitos que cubren un rango de frecuencia.
Todo el radio paso a ser controlado por un microcomputador que se encarga de recibir la información del operador en forma digital y programa al PLL del VFO para la frecuencia deceada. Conociendo la frecuencia de operación, el microcontrolador activa el circuito de entrada para la banda correspondiente etc.
Todo opera automáticamente pero en el fondo son radios que funcionan bajo el principio heterodino inventado por el ingeniero Armstrong 100 años atrás.
En el siglo 21 los radios han sido actualizado por un nuevo componente, los DSP y los analizadores de espectro, pero esto será tema de otra charla próximamente.

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Transformada de Fourie

Existe una onda que es descrita por la función trigonométrica seno y se conoce como “onda sinusoidal” y que es generada por un círculo que gira a un número de vueltas dada en la unidad de tiempo. El número de vueltas dadas en un segundo se conoce como la “frecuencia” de la onda. Otra característica que tiene una onda sinusoidal es su máxima amplitud que puede alcanzar. Si nosotros tenemos una onda sinusoidal de una amplitud “A” y una frecuencia “f” entonces podemos calcular el valor de la amplitud en un instante de tiempo dado como:
a = A*Sin(2*pi*t)
Recordemos que los generadores de corriente eléctrica casi siempre son motores en que una bobina se hace girar dentro de un campo magnético por lo tanto la corriente generada es una onda sinusoidal de una frecuencia múltiplo de la velocidad de giro del motor. Muchos circuitos electrónicos producen ondas sinusoidales. Un condensador y una bobina tiende a oscilar sinusoidalmente a una frecuencia igual:
f = 1 / 2*pi*(raíz cuadrada) L * C
En general la ondas sinusoidales es como la “onda perfecta” que están descritas por una frecuencia y una amplitud máxima y una función matemática sencilla que nos permite calcular su comportamiento en cualquier instante de tiempo.
Pero en la práctica tenemos ondas que no son precisamente sinusoidales sino que tienen formas complejas. La cuerda de un violín y una guitarra son afinadas para que emitan una nota LA de 440 ciclos por segundo pero al oído nos suena diferente y es que aun cuando usan la misma frecuencia la forma de onda del violín y la guitarra son diferentes ( los músicos lo llaman timbre).
Lo que sucede es que las cuerdas oscilan a la frecuencia de 440 Hz pero también vibran a frecuencias múltiplos de 440 llamadas las armónicas, es decir que el sonido de la cuerda es la mezcla de un sonido fundamental y algunas armónicas. El número de armónicas y el peso de ellas en el sonido total dependen del material de la cuerda, por eso es diferente el timbre del violín y la guitarra.
Cuando nosotros hablamos nuestras cuerdas bucales generan ondas de sonido a diferentes frecuencias que nuestra boca combina para generar las diferentes silabas, es decir que una silaba a otra difiere en el número de señales de diferente frecuencia y con diferente peso en su composición.
Cuando nosotros tenemos una antena, ella capta ondas electromagnéticas de muchas frecuencias. Si nosotros en un instante dado midiéramos el voltaje este seria la sumatoria de muchas frecuencias recibidas con diferentes intensidades, es decir que en la antena parece una señal variable correspondiente a la sumatorias de todas las frecuencias que esta captando.
En resumen, cualquier onda o señal variable en el tiempo está constituida de una sumatoria de frecuencias fundamentales (funciones sinusoidales) con amplitudes específicas.
Entonces tenemos dos problemas (mejor dicho, dos inquietudes). Si nosotros observamos una señal variable queremos conocer que componentes de frecuencia tienen o lo inverso, si tenemos una serie de frecuencia y las mezclamos que forma de onda tendremos? La respuesta teórica no las da la matemática.
A principio del siglo 19 vivió el matemático y físico Francés Jean-Baptiste Joseph Fourier (1769-1830) amigo de Napoleon que encontró un proceso matemático que le permitia descomponer una señal periódica en sus componentes de frecuencia, el proceso se llama “Transformada de Fourie”. Recordemos que Fourie vivió en una época en que la electrónica no existía y su desarrollo matemático fue para resolver unos problemas que tenia de termodinámica pero sus soluciones teóricas están dominando el campo de la electrónica de los últimos años.
La electrónica no es otra cosa sino el manejo, digamos mejor, manipulación de señales: Tenemos una señal y entonces la amplificamos, atenuamos. Extraer información de la señal es encontrar si tiene unas frecuencias específicas, adicionar información es adicionarles algunas frecuencias.
Durante el siglo 20, la electrónica se desarrolló mucho utilizando circuitos electrónicos basados en componentes pasivos como resistencias, condensadores y bobinas y otros componentes activos como los tubos electrónicos que luego fueron sustituidos por los transistores. En la medida que se conseguían más y mejores componentes los circuitos se volvieron más complejos y los resultados más detallados. A fines del siglo 20 un radio de comunicaciones utiliza miles de transistores, condensadores, resistencias con el fin de captar una señal que existe en una antena y darnos como salida la información si existe una frecuencia especifica (portadora) y si en las cercanía de esa frecuencia hay otras (modulación).
En la electrónica del siglo 21 se esta presentando una “reingeniería”, en vez de manipular las señales por medio de circuitos con componentes electrónicos se prefiere analizar directamente la señal y encontrar que componentes tiene. La solución teórica es la “Transformada de Fourie”, pero como esto es un proceso matemático que implica mucho calculo, su implementación práctica solo ha sido posible en la medida que se dispone de computadores más poderosos y más rápidos.
Si nosotros, desprevenidamente, consultamos libros de matemáticas sobre la Transformada de Fourie saldremos frustrados, el tema es de alta matemático. La transformada es la integral en el campo de números complejos de una función en el dominio del tiempo, etc imposible de entender si no somos estudiantes universitarios de matemáticas. Pero ha existido personas que metódicamente han convertido estos conceptos teóricos en aplicaciones prácticas.
La transformada de Fourie es su versión matemática calcula (transforma) una onda periódica en sus diferentes componentes de frecuencia, en la práctica tenemos ondas que aun su periodo cambia con el tiempo. Volvamos a nuestro ejemplo, en un momento suena una cuerda de violín (una señal periódica) pero debido a la interpretación de la música, en otro momento suenan dos cuerdas o el mismo tono producido por un violín y una guitarra, etc. En estas condiciones es imposible calcular la transformada de Fourie para la señal producida durante los varios minutos que resulta de un concierto de música.
En la complementación practica de análisis de señales se realiza el proceso en pequemos periodos de tiempo, es decir se observa la señal durante un periodo discreto de tiempo y con estos valores se calcula la transformada de Fourie, se coleccionan datos del siguiente periodo y entonces se procesa el siguiente periodo. Es decir que la transformada no se calcula de forma continua sino en periodos discretos y por tanto este proceso se llama “Transformada discreta de Fourie”. En ingles se dice “Discret Fourie Transform” y su abreviatura es DFT.
En electrónica no usamos estrictamente la Transformada de Fourie de los textos matemáticos sino una adaptación llamada DFT.
Los cálculos de la DFT son realizados por un calculadora digitales que manejan datos (números) y no pueden manejar lo que se llaman funciones continuas como están definidas en los textos de matemáticas, pero las mismas matemáticas nos permiten formular las funciones continuas en funciones más fáciles de cálculo numérico.
Programadores de computador en conjunto con matemáticos han conseguido optimizar los cálculos necesarios conseguir la transformada de Fourie en menor número de pasos de programa. Esto es como una reformulacion del cálculo optimizado para un procesador y se conoce como la “Rápida Transformada de Fourie” del ingles Faster Fourie Transform abreviado FFT.
Además la industria está produciendo pequeños procesadores preparados específicamente para que calculen la FFT, estos nuevos dispositivos son llamados Procesadores de Señal Digital, en ingles “Digital Signal Processor” abreviados DSP.
Los dispositivos electrónicos del siglo 21 están usando mas y mas DSP que reciben una señal que analizan utilizando FFT (software) y extraemos la información de la señal sin necesidad de extensos circuitos hechos con componentes discretos.

FT-757 adjuste de frecuencia

Mi equipo FT-757GX tiene una edad de mas de 30 años y con el tiempo presenta algunos defectos. Por ejemplo la frecuencia reportada en el display no coincide exactamente con la frecuencia que se esta trabajando. El error es muy pequeño, en mi caso era de 300 Hz y cuando escuchaba una emisora que estaba transmitiendo en 7.145,0 Kilo Hertz el display indicaba 7.149,7 es decir 300 Hz abajo.

Leyendo el manual del equipo se puede conocer que el utiliza un oscilador a cristal de 15 MHz la que multiplica tres veces para logra una señal de 45 MHz que utiliza como referencia. El procedimiento de ajuste recomienda usar un medidor de frecuencia y ajustar esta frecuencia justo a 45.000,000 KHz

Solo un buen laboratorio de electrónica posee un medidor de frecuencia con la presicion deseada, pero en casa podemos ajustar esta frecuencia a una presicion suficiente para nuestro uso diario. Ademas nuestro display digital nos da una lectura en KHz con un decimal, es decir que nuestras mediciones son precisan en +- 100 Hz.

El radio dispone de un “trimmer” (dispositivo de ajuste) denominado TC02 que es un pequeño condensador variable que permite alterar ligeramente la frecuencia del cristal de 15 MHz para lograr la frecuencia correcta de 45 MHz usada como referencia.

Para tener accesos a este trimmer es necesario remover la tapa superior del radio. Por razones de construcción, para remover la tapa superior es necesario previamente remover la tapa inferior. En el manual del radio hay indicaciones sobre como hacer este trabajo.

La tapa superior es abatible como si el radio fuera un libre. Para permitir la completa apertura es necesario desconectar un cable que corresponde al parlante. El radio aun abierto es completamente funcional y puede ser energizado y usado para pruebas. El único inconveniente es que el parlante interno esta desconectado, pero nosotros podemos oír usando unos audífonos o haciendo una acoplamiento de los dos cables del parlante usando alambres provisionales.

El radio abierto se muestra en la foto siguiente:

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La lamina perforada de color dorado tiene expresamente un hoyo mas grande por el cual se tiene acceso al trimmer TC02 sin necesidad de remover mas tapas. La posicion del hueco se muestra indicado con una flecha.

A travez de este hoyo podemos insertar un destornillador de pala angosta y hacer girar el trimmer.

Ahora bien, conectemos el radio a la fuente de alimentación y a su antena, prendamos el radio en modo AM y vamos a la frecuencia de 10 MHz y tratemos de sintonizar la emisora WWV la cual transmite información horaria y es reconocida como patrón de referencia y su frecuencia de transmisión es muy prescisa en 10 MHZ.

Si la lectura en el display es de 10.000.0 el radio esta bien ajustado y no necesita cambios, pero si la frecuencia es ligeramente diferente es posible hacerle un ajuste.

En mi caso el display mostraba 9.999.7. Para proceder al ajuste movi el dial hasta que el display muetre 10.000.0, la emisora se se escucha bien.

Con un destorillador movemos ligeramente el TC02 hasta lograr que la emisora sea sintonizada al maximo manteniendo la lectura de 10.000.0 en el display.

Después de esto el radio esta muy aceptablemente calibrado, solo nos resta volver a taparlo y a disfrutarlo.

 

FT-757 reemplazo de bateria

Tengo un FT-757 GX comprado hace mas de 30 años y aun esta funcionando perfectamente. y debido a su edad su batería de litio esta completamente agotada.

El FT-757GX utiliza una pequeña batería de litio para conservar los datos en memoria cuando el suministro principal de energía esta desconectado. La batería tiene una vida útil de unos 5 años, pero en mi caso el radio tiene mas de 30 años y nunca se le había cambiado antes.

Cuando la batería esta agotada, las funciones de memoria no funciona y cada vez que se enciende el radio el inicia en la frecuencia de 7.000 KHz en vez de la ultima frecuencia en operación que es lo deseable.

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Estudiando como podría hacer el cambio, encontré en Internet la siguiente pagina donde explica muy claro como hacer el cambio de la batería:

http://vk5tm.com/homebrew/FT757/FT757%20Battery%20Replacement.pdf

Lo siguiente son mis experiencias en el proceso.

La batería original del FT-757GX es de CR1/2N (como se muestra en la foto) casi imposible de conseguir. En cambio se puede usar la CR2032, la cual es muy común y se puede adquirir en todos los establecimientos que vendan artículos eléctricos. El problema es que CR2032 tiene un tamaño mayor y entonces toca instalarla en otro lugar del radio.

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El primer paso para el cambio es remover la tapa inferior del radio

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Luego se remueve la tapa superior la cual abre como si el equipo fuera un libro. Hay que desconectar el cable del parlante para permitir abrir completamente la caja.

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La lamina dorada perforada debe ser removida para poder tener acceso a los circuitos interiores.

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Después de esto tenemos a nuestra vista la batería en la esquina interior derecha.

Para poder desoldar la batería y reemplazarla es necesario extraer todo el circuito impreso. Esto es una tarea muy laboriosa ya que hay que desconectar mas de 16 conectores y remover varios tornillos. La siguiente foto muestra la tarjeta de circuito impreso totalmente removida.

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Hay que tener mucho cuidado al remover los plugs, nunca jalar de los cables. Lo mejor es usar una pequeñas piensas y jalar del plástico del plug. En mi caso sufrí un pequeña daño en uno de los plug , como se muestra en la foto, un cable amarillo se desconecto.

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Con la placa removida es muy fácil desoldar la batería antigua y en su lugar se instalo dos cables: uno rojo para el polo positivo de la batería y otro negro para el negativo.  El calibre del alambre no es critico, en general calibre mas delgado es mejor ya que por el circuito no consume una corriente insignificante.

La razón de usar los dos cables es para instalar la nueva batería lejos de su sitio original, ya que la nueva batería CR2032 es ligeramente mas grande que el espacio reservado en la placa de circuito impreso.

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Después de remover la batería e insertar los dos cables la tarjeta puede ser reinstalada de nuevo dentro del radio teniendo muy en cuenta en reconectar todos los plugs en su sitio correcto. La lamina dorada con agujeros debe ser montada. Recuerde que algunos cables quedan por encima de esta  lamina. La figura abajo muestra como quedo el radio después de la reconexion.

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Para instalar la nueba bateria use un soporte de bateria tomada de una placa motherboard de un PC antiguo. Los cables rojo y negro se conecto a este soporte y luego se inserto la bateria CR2032. Hay que tener cuidado para conservar los polos + y – en su correcta posición.

El ensamble de la nueva batería se recubrió con cinta de enmascarar y todo el ensamble se coloco en un espacio existente detrás del miliamperimetro del panel frontal.IMG_2076

Despues de esto se procede a ensamblar todo el radio conectando sus cubiertas exteriores, apretar todos los tornillos y probar que toda la operación incluido la utilización de memoria queden funcionando correctamente.

 

 

 

Votajes Trifasicos

En un comentario anterior sobre electricidad trifásica se mencionaba que el voltaje entre dos fases era igual al voltaje de una fase multiplicado por la raíz cuadrada de 3 ( Vab = Vf *√3), aproximadamente 1.7 veces el voltaje de la fase.
Para aclarar por qué este valor podemos apoyarnos en la trigonometría. Suponemos que el generador trifásico es como una estrella de tres vectores igual al voltaje punta de una fase, estos vectores al girar generan tres voltajes de forma sinusoidal pero separados 120º, como se muestra en la figura 1a y 1b.

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Los voltajes de fases formarían un triángulo isósceles (triangulo de dos lados iguales). Los lados iguales representan el valor del voltaje entre una fase y su neutro (OA y OB) y estarían separados 120º. El voltaje entre dos fases seria el lado que une A con B.
Entonces tenemos un triángulo OAB con sus lados OA = OB y el Angulo en el vértice O es de 120º. Los ángulos en los vértices A y B son de 30º (para que los ángulos internos de un triángulo sea siempre 180º). Ver figura 2a. Nuestro interés es conocer cuanto es el valor del lado AB.
Para el análisis suponemos un punto virtual O’ simétrico a O. La distancia AO’ seria igual a OA. La línea OO’ intercepta la línea AB en el punto X. Entonces tenemos un nuevo triangulo OAO’. Este triángulo tendrá un ángulo en O de 120/2 = 60º, el ángulo en A será 30º*2= 60º y por consiguiente el ángulo en O’ será también 60º, por lo tanto el nuevo triangulo será equilatero es decir sus tres lados son iguales. Por simetría la distancia OX es la mitad de OO, por la misma razón OX es la mitad de OA. Ver figura 2.
En la figura tenemos también otro triangulo OAX el cual es rectángulo ya que el angulo en X se de 90º. Entonces podemos acudir al teorema de Pitágoras:
OA^2 = OX^2 + AX^2                      (1)
OX es la mitad de OA OX = OA/2
AX es la mitad de AB que es el valor que queremos calcular, reemplazando en (1) seria
OA^2 = (OA / 2)^2 + (AB / 2)^2     (2)
OA^2 = (OA^2 + AB^2) / 4              (3)
4OA^2 = OA^2 + AB^2                    (4)
Cambiando el orden,
AB^2 = 3OA^2                                    (5)
AB = OA * √3                                       (6)
Que es la solución a nuestra inquietud.

Suministro de electricidad

La energía eléctrica es trasportada y distribuida a nuestros hogares, oficinas y fábricas en forma de corrientes alternas con un voltaje de 110 voltios 60 Hertz. ¿Qué significa esto?
Los grandes generadores de corriente eléctrica están basados en el uso de una maquina giratoria de otra forma de energía: Una turbina hidráulica, un motor de gasolina, disel, etc. El motor gira una bobina de alambre de cobre entre un campo magnético. Sobre la bobina se genera un potencial eléctrico importante. Como la bobina cambia mucho de posición el voltaje inducido cambia de polaridad un número de veces proporcional a la velocidad de giro.
En resumen la corriente eléctrica generada es alternada, es decir cambia de polaridad dependiendo del giro de la maquina generadora. En el caso de Colombia se ha normalizado para que todos los generadores produzcan corrientes que cambien 60 veces por segundo y por eso decimos que es de 60 Hertz. Estados Unidos y gran parte de los países Americanos usamos 60 Hertz, pero en Europa y el sur de América (Argentina, Uruguay, Chile) la frecuencia es 50 Hertz.
La electricidad siempre se presenta entre dos puntos que llamamos polos entre los cuales se presenta una diferencia de tensión que se mide en Voltios. En nuestras casas tenemos un enchufe eléctrico de dos polos con un diferencial de tensión de 110 voltios. Un polo es positivo y el otro negativo. Cual es cual no lo podemos precisar ya que él está alternándose 60 veces por segundo.
Pero el cambio de polaridad no es instantáneo. Como la electricidad fue generada en una máquina que estaba rotando, el voltaje en un instante es cero, poco a poco empieza a aumentar hasta llegar a un máximo luego decrece hasta llegar de nuevo a cero, en ese instante la polaridad se invierte aumentando a un máximo igual al anterior pero con polaridad inversa después decrece para retornar a cero e iniciar de nuevo el ciclo.
Recordemos que el voltaje fue inducido en una bobina que rota describiendo un circulo por lo tanto el voltaje sigue la forma de una onda igual a una definida por una rama de las matemáticas llamada trigonometría. La forma de onda se llama “SENO” y por tanto decimos que la electricidad tiene forma sinusoidal.
Si nosotros aplicamos un voltímetro a los dos polos de nuestro enchufe de 110 voltios, la aguja del voltímetro tendría que moverse a izquierda y derecha del punto cero 60 veces por segundo. Como la aguja tiene inercia mecánica le queda imposible moverse 60 veces por segundo y opta por quedarse en el valor medio que es cero.
Para medir el voltaje de una corriente alterna debemos usar un voltímetro preparado para este propósito es decir un “voltímetro de corriente alterna”. Básicamente estos voltímetros miden el voltaje en una sola dirección pero seguimos teniendo problemas porque la aguja debería moverse desde cero a un máximo 60 veces por segundo lo cual es imposible. Entonces la aguja, debido a su inercia, se queda en un valor promedio entre el máximo y el mínimo cero.
Los voltímetros de corriente alterna indican un valor que se llama RMS que es igual a el voltaje pico dividido por la raíz cuadrada del número 2.
Luce complicado! No, tiene su lógica.
RMS es el acróstico en ingles de Root Mean Squere que traducido a español seria Raiz Media Cuadratica.
Cuando usamos corriente continua el valor del voltaje es constante en el tiempo y la potencia disipada esta dada por la ley Potencia = Voltaje por Corriente. Pero si usamos una corriente alterna el voltaje esta cambiando entre cero y un máximo o pico, entonces que valor de voltaje debemos usar?
La respuesta viene de trigonometría para una onda sinusoidal. El voltaje RMS produce el mismo efecto en potencia que el mismo valor en corriente continua.
Cuando nosotros medimos en un enchufe 110 voltios RMS tenemos una corriente alternas cuyos picos son 110 multiplicado por la raíz cuadrada de dos. La raíz cuadrada de dos es equivalente a 1.414 por lo tanto el valor pico será de 110 x 1.414 = 155.5 voltios pico.
Si conocemos el valor pico entonces el valor RMS será Vpico dividido por raíz cuadrada de dos lo que es equivalente a multiplicar el valor pico por 0,707.
Como hemos comentado antes, la corriente es generada haciendo girar una bobina entre un campo magnético, pero podríamos poner otra bobina en el mismo eje rotor y entonces tendríamos dos generadores usando un solo campo magnético. Podemos poner la otra bobina paralela a la primera, en esta configuración la onda inducida en la segunda bobina es idéntica a la primera. Otra forma de poner dos bobinas sería una perpendicular a la otra. Si las bobinas están perpendiculares ambas generaran corrientes alternas de 60 Hz con el mismo valor de voltaje RMS pero en un instante dado las dos bobinas tendrán voltajes diferentes. Podemos decir que las dos son ondas sinusoidales pero que están desfasados 90 grados correspondientes a la configuración perpendicular de las bobinas. Cuando una bobina se encuentra en voltaje pico la otra esta con valor cero y viceversa.
Ahora consideremos el caso de tres bobinas puestas sobre el mismo eje rotor, lo lógico sería que las pusiéramos igualmente espaciada. Como el circulo son 360 grados, las bobinas las distribuiríamos formando ángulos de 120 grados. Los voltajes inducidos en las bobinas tendrán el mismo valor RMS y el mismo valor pico, también tendrán las mismas frecuencias pero si nosotros consideramos cuales son los valores en un instante del tiempo, estos serán diferentes.
Este concepto de tres generadores diferentes con voltaje y frecuencia iguales pero generando una corriente alterna separadas 120 grados nos conduce al concepto de “fase” que es el ángulo en que las bobinas están localizadas sobre el eje rotor.
En la generación de electricidad es muy común usar tres bobinas sobre el mismo eje porque resulta muy eficiente. Un extremo de las tres bobinas se unen en lo que llamaríamos conexión común mientras que los otros extremos se conectan a circuitos diferentes que llamaremos polos. Como usamos una configuración con tres fases este sistema se llama “trifásico” es decir de 3 fases.

Para conectar una máquina de estas necesitamos un cable para el polo común y tres cables para cada uno de los polos, en total 4 cables para transportar 3 fuentes de energía. En otra configuración necesitaríamos dos cables por fuente, en total 6 comparado con solo 4 de la solución trifásica lo que resulta más eficiente.
En una distribución de energía eléctrica trifásica se tiene tres cables o polos y una conexión común. La conexión común por lo general se conecta al potencial eléctrico de la tierra.
En un casa comúnmente llega una distribución trifásica, es decir en cuatro cables, uno de ellos es el polo común. Entre el polo común, llamado comúnmente neutro, otro de los cables existe un voltaje RMS de 110 voltios. (155 voltios pico). Esta distribución en dos cables (neutro y un polo) se utiliza para alimentar los diferentes dispositivos eléctricos que se usan en una casa. Los diferentes aparatos eléctricos se distribuyen en tres circuitos separados alimentados por cada una de las tres fases y el común o neutro.
La pregunta que surge es que si hay 110 voltios RMS entre el común y un polo, ¿cuál sería el voltaje entre dos polos?
El problema se resuelve usando las matemáticas y más concretamente la trigonometría. Se puede pensar que el voltaje de 110 voltios es parte de un triángulo Isósceles (dos lados iguales) separados 120 grados. El voltaje entre los dos polos es el valor del tercer lado del triángulo. La respuesta es que el lado seria la raíz cuadrada de 3 veces el valor de un lado. Aproximadamente 1.73 veces el valor del lado. Si el voltaje es de 110 voltios, entre polos seria 110 x 1.73 = 190.5 voltios.