Longitud de Onda y Frecuencia

La luz es uno de los fenómenos de la naturaleza que mas ha intrigado al hombre. Ya desde la más remota antigüedad se discutía si la luz se propaga al instante (velocidad infinita) o a cierta velocidad, velocidad finita.

En el siglo 17, con el interés por conocer las ciencias naturales, se empezó a estudiar más sobre el fenómeno de la luz. En 1617 el astrónomo Danés Ole Roemer observo que el satélite Io de Júpiter presente eclipses. También observo que el periodo de los eclipses era meno cuando Júpiter esta más cerca de la tierra y un poco más largos cuando Júpiter estaba más alejado. Roemel concluyo que la diferencia en el periodo era debido a que la luz procedente de Jupiter tarda menos tiempo cuando está cerca y más cuando esta más lejos. Es decir que la luz tiene una velocidad que se puede deducir comparando el retardo del periodo y la distancia Tierra Sol. Más tarde, a principios del siglo 19 se hicieron experimentos en la tierra que permitieron conocer con más precisión la velocidad de la luz que es ligeramente menor a 300.000 kilómetros por segundo.

Otro detalle que se observa con la luz es que presenta líneas de interferencia. Esto se nota cuando la luz pasa en las cercanías de borde perfectamente recto o cuando se pasa por un agujero muy delgado. En estos casos la sobra cercana al borde presenta líneas intensas y oscuras igualmente espaciadas. Este fenómeno se puede explicar si se admite que la luz presenta características de ondas y la separación entre líneas oscuras corresponde a la longitud de onda. Las mediciones de estas interferencias indicaron que la longitud de onda de la luz era de 400 a 700 nanómetros (un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro o la millonésima parte de un milímetro). La longitud de onda es tan pequeña que nuestros ojos no alcanzan a observarlas.

Otro fenómeno de interferencias se tiene cuando tenemos una superficie con ranuras a muy corta distancia y si esta es iluminada con un rayo de luz, esta se dispersa como si fuera un arcoíris. Este fenómeno lo observamos cuando miramos un disco CD el cual tiene en su superficie finísimas ranuras (donde se almacena la música digitalmente).  Conociendo la separación entre ranuras y el ángulo con que incide el rayo de luz se puede encontrar la longitud de onda.

Lo cierto es que la longitud de onda de la luz depende del color. 400 nanómetros corresponde a la luz azul mientras 800 corresponden a la luz roja.

Ahora bien, longitud de onda es la distancia recorrida por la luz en la unidad de tiempo. Si nosotros conocemos la velocidad de la luz entonces podemos conocer con que frecuencia están variando las ondas de luz:

Frecuencia = Velocidad de la luz/longitud de onda.

Observen que lo primero que se conoció del comportamiento ondulatorio de la luz fue su longitud de onda y de ahí se dedujo la frecuencia.

A mediados del siglo 18, el científico ingles Carl Maxwell, utilizando los resultados sobre electricidad y magnetismo estudiados por Ampere y Faraday encontró que un campo eléctrico y magnéticos que oscilen simultáneamente producen ondas electro-magnéticas que se propagan al espacio a 300.000 Km/seg, es decir a la velocidad de la luz. Inmediatamente se comprendió que la luz debería ser ondas electromagnéticas a una longitud de onda ya conocida.

Lo interesante es que la velocidad de 300.000 Kms/seg fue calculada usando los parámetros dieléctricos de una materia para el campo magnético y eléctrico y coincide con el valor medido apara la luz. Este concepto es importantísimo, en el sentido que la velocidad de la luz es una constante de la materia y es una afirmación en que se basan la físicas modernas de la relatividad y cuántica.

Después del trabajo de Maxwell, los científicos se dedicaron a producir ondas electromagnéticas de frecuencias más bajas que la luz y esta onda constituye lo que actualmente es la RADIO ondas radioeléctricas.

Ya habíamos dicho que la luz tiene una longitud de onda entre 400 y 700 nanometros que corresponde a una frecuencias del orden de 450 a 750 Teraherzios.

Nosotros medimos frecuencias en ciclos llamados también Hertz. mil Hertz son un KiloHertz. Mil Kilohertz son un Megahertz. Mil Megaherz son un Gigahertz y finalmente mil Gigarhertz es un Terahertz.

Para tener una mejor idea de la frecuencia de la luz podemos decir que esta es 450.000 a 750.000 Gigahetz.

Pero en aplicaciones de radio usamos frecuencias desde algunos Hertz hasta unos 10 Gigahertz y algo más..

Como puede verse las frecuencias de las ondas electromagnéticas incluida la luz cubren un campo muy grande y presentas características especiales dependiendo del orden de frecuencias que se esté usando. Para clasificarlas se utiliza el término de bandas caracterizada por un rango de frecuencias que presentan características comunes.

Usando el sistema métrico decimal para medir longitudes, entonces los segmentos de frecuencia se pueden expresar en metros y sus múltiplos.  A principios del siglo 20, quizás, las longitudes de ondas de 1000 a 100 metros se consideraban como las ondas medias, esto corresponden a frecuencias entre 300 kilohertz a 3.000 kilohertz equivalentes a 3 Megahertz. En este rango de frecuencia estaban las estaciones de radiodifusión comercial en AM entre 550 a 1600 kilohertz.

Como estamos diciendo, las longitudes entre 1000 y 100 metros se considera onda medio o mejor dicho “Frecuencias Medías” y en ingles Medium Freqquency abreviado MF. Las longitudes de onda entre 1000 a 10000 metros (30 a 300 kilohertz) se denominan “Baja Frecuencias” en ingles Low frecuency abreviados LF y las longitudes entre 10.000 a 100.000 metros (30 a 3 kilohertz) serian “Muy Baja Frecuencia”, en inglés Very Low Frequency abreviado VLF.

Para longitudes de onda menores a la Frecuencia Media (MF) se tiene:

De 100 a 10 metros correspondiente a frecuencias entre 3 a 30 Mhz se denomina “Alta Frecuencia” en ingles Hi Frequency abreviada “HF”. Este rango de frecuencia es el más usado por los radioaficionados en con nuestras bandas de 80, 40, 20, 15 y 10 metros.

Longitudes de onda entre 10 metros a 1 metro (frecuencias de 30 a 300 MHz) se llama Frecuencia muy elevada, en ingles Very Hi Frequency y abreviada VHF. En este rango están nuestras bandas de 6 y 2 metros.

Para longitudes de onda de 1 metro a 1 decímetro correspondientes a frecuencias de 300 a 3000 MHz  se denominan Ultra Alta Frecuencia, en ingles Ultra Hi Frequency abreviada UHF.

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Años atrás, en el argot popular se consideraba la frecuencia de 1.500 KHz como un límite y las frecuencias menores a este límite se llamaba Onda Larga y las superiores Onda Corta. De esta manera nuestra popular banda de HF es conocida también como Onda Corta.

Frecuencias arriba de 500 MHz se consideran como “Microondas” y se clasifican un poco diferentes en segmentos que llaman bandas. Los primeros usuarios de microondas fueron los militares, especialmente durante la segunda guerra mundial, para uso de radar.

Para lo que trabajan en Microondas las frecuencias por debajo de 500 MHz la denominan Banda “P” de la palabra Previas, en el sentido de Previas a las microondas.

Las frecuencias entre 500 y 2.000 MHz (0.5 a 2 GHz) se denominan Banda “L” de la palabra Larga (Large en inglés) para distinguirlas de las frecuencias de 2 GHz a 4 GHz que la denominan Banda “S” de corto en ingles “short”.

Los militares empezaron a usar equipos entre 8 y 12 GHz para radares que controlaban cañones de tiro. Quizás porque la mirilla tenía la forma de una X a esta banda sele bautizo como Banda X.

Como quedaba un espacio entre 4 GHz de la banda S y 8 GHz de la banda X, a este segmento se le denomino Banda C de la palabra Compromiso, compromice en ingles.

Arriba de 12 GHz, curiosamente toman nombres del Alemán. Se denomina banda K de la palabra alemana “Kurs” que significa Corta y se distinguen tres segmentos:

Banda Ku de 12 a 18 GHz del alemán Kurz Unten “Corta Abajo”.

Banda K propiamente dicha de 18 a 26 GHz.

Banda Ka de 26 a40 GHz correspondiente a  Kurz above “Corta Arriba”

Esta definiciones de bandas de microondas P L S C X y K es la más usadas en el mundo pero puede causar confusión porque los Europeos hicieron otra clasificación, un poco más lógica, llamando bandas A, B, C, etc, pero su denominación no es muy difundida.

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Ondas Electromagnéticas y Antenas

Articulo leído en el programa Colombiano para Radioaficionado el domingo 18 de Octubre 2015.

 

Las comunicaciones de radio se hacen usando “Ondas Electromagneticas” que están compuestas de un “campo eléctrico” y un “campo magnético” perpendicular entre sí, variables cíclicamente en el tiempo a una frecuencia dada. Si el campo eléctrico y magnético cambian periódicamente entonces se presenta el fenómeno que los dos campos se propagan en el espacio en dirección perpendicular a los dos campos.

Entonces, el campo eléctrico, el magnético y la dirección propagación son perpendiculares entre si. Perpendicular indica que sus direcciones están separadas 90 grados y como sinónimo usamos la palabra “Ortogonal”, por lo tanto perpendicular, 90 grados y ortogonal son equivalentes.

Los campos eléctricos o magnéticos tienen una magnitud o valor de su intensidad, asi mismo la propagación o desplazamiento tienen una magnitud que es su velocidad. Pero los tres componentes tienen a su vez una “dirección” o posición en el espacio en que su “magnitud” o intensidad se presenta. Ya hemos dicho que las direcciones del campo eléctrico, magnético y su desplazamiento son “ortogonales” es decir perpendiculares entre si.

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En matemáticas para manejar simultáneamente un componente o variable que tiene magnitud y dirección se utiliza el concepto de “vectores” y crea la matemática vectorial. Una ecuación que describa el comportamiento de un campo electromagnético es normalmente una “ecuación o función vectorial” y una forma de resolver las ecuaciones están asociadas al algebra vectorial.

Las ecuaciones encontradas por Carl Maxwell para describir el campo electromagnético son ecuaciones vectoriales (en su versión moderna de anotación).  Las soluciones a las ecuaciones de Maxwell han conducido al desarrollo de lo que conocemos como “radio”.

Los radioaficionados somos como lo dice la palabra aficionados a usar la radio, es decir ondas electromagnéticas que se rigen por las ecuaciones planteadas por Maxwell. Los radioaficionados somos emisores de ondas electromagnéticas y para ello usamos un trasmisor. Pero esto es en el hablar cotidiano porque el transmisor es un dispositivo eléctrico y estrictamente no produce ondas electromagnéticas.

El aparato o dispositivo que llamamos “transmisor” es un generador de corriente eléctrica alterna a una frecuencia muy alta similar a la usada en ondas electromagnéticas que le podemos dar el nombre de corriente de radiofrecuencia pero que no son ondas electromagnéticas. Los transmisores pueden genera corrientes de radiofrecuencia con una potencia dada (en vatios).

Para emitir ondas electromagnéticas (que es nuestro objetivo), necesitamos un elemento que nos convierta energía de corriente de radiofrecuencia a energía electromagnética y ese dispositivo es la “antena”.

Un principio en física dice que “la energía nunca se crea ni nunca se pierde, solo se transforma”. Todos los dispositivos físicos ya sean eléctricos o mecánicos tienen como fin transformar de una forma de energía a otra. Bajo este concepto la “antena” es la encargada de convertir la energía eléctrica del transmisor en energía electromagnética que liberamos al espacio.  Es más, hacemos todo el esfuerzo para que el transmisor no emita radiofrecuencia sino exclusivamente por la antena ya que toda radiación que no sea por la antena se considera espurea y se estima como perdida de energía.

Las antenas deben localizarse en espacios libres de objetos que puedan interferir con su misión de emitir ondas electromagnéticas al espacio, en cambio el transmisor debe estar protegido del espacio y cerca de los humanos que lo manipulan. Por este motivo, para conectar el transmisor y la antena que requieren ambientes opuestos se utiliza una “línea de transmisión” cuya función es llevar la corriente de radiofrecuencia generada por el transmisor hasta la antena con la menor perdida de energía.

Entonces los tres componentes de una estación de radio son: el transmisor, la línea de transmisión y la antena.

La antena resulta ser el elemento que realmente emite radio es decir ondas electromagnéticas. La antena es un convertidor de energía eléctrica a radio pero paradójicamente la antena es un dispositivo de construcción muy sencilla, sin un funcionamiento mecánico dinámico comparado con la complejidad que tiene un transmisor.

La base de una antena es un alambre o cable lineal con una longitud de ½ longitud de onda llamado un “Dipolo”. Toda antena es en su núcleo un dipolo al cual se le agrega componentes adicionales para mejorar su funcionamiento.

El dipolo teórico es un alambre de ½ onda alimentado en el centro con energía de radiofrecuencia. Pero cómo puede un simple alambre convertirse en un radiador de campo electromagnético? Es más el dipolo desde el punto eléctrico aparece como un circuito abierto y no debería circular electricidad, por lo menos eso es lo que uno pudiera pensar desde el punto de corriente continua, pero cuando consideramos corrientes alternas de muy alta frecuencia el alambre del dipolo empieza a comportarse diferentes.

Como hemos dicho el dipolo se alimenta en el centro. Entonces el transmisor pone en un instante del tiempo una carga eléctrica en el centro del alambre. La carga eléctrica, debido a la energía que le dio el transmisor para a circular por el alambre porque aun no sabe que en el extremo esta abierto. Cuando la carga alcance el extremo del alambre y encontrarlo abierto, no puede continuar y el único camino que le queda es regresarse con lo cual ocaciona una corriente contraria a la que se envió desde el centro.

La carga eléctrica se propago por el alambre a una velocidad casi igual a la de la luz, es decir 300.000 Kmt/seg. La carga toma un tiempo en ir del centro a la punta de alambre. Si la corriente que alimentamos el centro de la antena es oscilante a una frecuencia dada.

Ahora bien, si nosotros nos imaginamos una visión instantánea de la distribución de la corriente en el alambre encontraríamos diferentes intensidades en la longitud del alambre. Es decir que la corriente se distruirian por la longitud del alambre en una forma similar a la onda sinusoidal que alimenta el centro de la antena.

Si nosotros lograramos que los estremos de la antena fueran puntos donde la distribución fuera de cero corriente, el efecto de la corriente que se regresaría seria nulo. En una distribución sinusoidal hay dos puntos que son cero y estos están separados 180 grados. Como la onda total son 360 grados, 180 sería la mitad entonces la condición de tener nodos de cero corriente en los extremos lo conseguimos si la antena tiene una longitud equivalente a media longitud de onda. Cuando esto se consigue decimos que la antena esta sintonizada a esa frecuencia. Nótese que la condición es tener nodos ceros en los extremos y esto se consigue con media longitud de onda pero también con frecuencias que tengan números impares de medias longitudes, esto conduce a que una antena es resonante a una frecuencia y a sus armónicos impares de esta frecuencia.

Tambien podemos pensar que si el extremo de la antena corresponde a un nodo de cero corriente, la corriente que retorna está en la misma fase que la corriente que llega al extremo y se refuerzan. Si la corriente que regresa no está en fase entonces la corriente en un cualquier punto se reduce.

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Lo que se quiere decir  es que si una antena (que es un circuito abierto a la corriente continua) se alimenta con corriente alterna, va a aparecer una corriente eléctrica en el alambre y esta corriente será máxima si la longitud de la antena es ½ longitud de onda.

La corriente eléctrica genera un campo eléctrico paralelo a su circulación, es decir paralelo al alambre de la antena. El campo eléctrico es variable porque la corriente es variable a una frecuencia. De acuerdo a las predicciones de las ecuaciones de Maxwell, un campo eléctrico variable produce campos magnéticos que también serán variables. El campo magnético inducido tendrá una forma toroidal alrededor del alambre de la antena, es decir tendrá la dirección de anillos concéntricos al alambre de la antena que son perpendiculares a la dirección del alambre.

Según las mismas ecuaciones de Maxwell, un campo eléctrico y magnético perpendiculares entre si producen una onda electromagnética que se propagara en dirección perpendicular a los dos campos.

Como conclusión, el alambre de la antena va a provocar la aparición de un campo electromagnético que se va a propagar desde el alambre hacia el exterior.

 

 

Tubos Electronicos

Los tubos en general están compuestos de un recipiente donde se le ha retirado el aire. Todos tienen un filamento similar a los bombillos de luz pero el objetivo en los tubos es generar calor para provocar emisión de electrones por este motivo a los tubos se conocen como “válvulas termoeléctricas” o “válvulas de vacío” o “tubos al vacío”, etc.
En casi todo los tubos el filamento calienta un elemento, mas preparado para emitir electrones , llamado “Cátodo”. Si no existe este elemento, el filamento se considera el cátodo.
Hay un elemento opuesto al “cátodo” que se llamaría “ánodo” pero es mas conocido comos “placa” ya que casi siempre es una placa metálica que envuelve al cátodo. Todo tubo tiene mínimo dos elementos: el cátodo y el ánodo o placa. Un tubo con solo dos elementos recibe el nombre de “Diodo”.
Otros tubos incluyen entre el cátodo y la placa una rejilla metálica llamada “rejilla” o “grilla”, este ultimo nombre es usado por conveniencia porque en ingles se llama “Grill” y se marca en los esquemas como “G”, por lo que resulta mas fácil para identificar. En los esquemas se usa “C” para cátodo y “P” para placa por lo que no causa problemas en español. Cuando un tubo tiene 3 elementos se llaman “Triodo”.

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Primer triodo fabricado por Lee Deforest

Hay otros tubos que tienen dos rejillas. La mas cercana al cátodo sigue siendo la grilla y la mas cercana a la placa se llama “pantalla”. En ingles se llama “screen” y la letra S para marcarla. Un tubo con cátodo, grilla, pantalla y placa se llama un “Tetrodo”. Existen también tubos con 3 rejillas llamadas grilla, pantalla o screen), y supresora. por lo general la supresora esta internamente conectada al cátodo. Estos tubos se llaman “Pentodos”.
Los tubos tienen construcciones especifica dependiendo de su uso pero en general se pueden clasificar como: Diodos, Triodos, Tetrodos y Pentodos.
Los fabricantes de tubos producen modelos de tubos adecuado para aplicaciones especificas. Los modelos de tubos siguen especificaciones nacionales o mundiales para permitir que tubos producidos por diferente fabricantes sea intercambiables
Los tubos son componente muy susceptibles de fallar, la falla mas común es el filamento que se funde, por lo cual los equipos que utilizan tubos están sometidos a trabajos de reparación para cambiarles tubos que resulten defectuosos después de un periodo de operación. Por este motivo los diferente fabricante de tubos producen los mismos modelos de tubos para usarlos como repuesto o elementos de consumo. A demás para permitir el fácil reemplazo de unidades defectuoso, todos los tubos vienen como unidades enchufables. La base en que se enchufa el tubo se conoce con el nombre de “socket”.
Para distinguir los diferente modelos de tubos, se le asigna una denominación. El detalle es que los fabricante de tubos de Estados Unidos usaron una forma de denominarlo diferente a la usada en Europa y no eran compatibles. Al final del uso de los tubos, especialmente lo de ultimo diseño, tenían denominaciones diferente pero equivalente en el formato americano y europeo. Hay denominaciones de tubos hechos en Japón, Alemania o Rusia con diferente formato pero que no ha trascendido a tiempos modernos.
FORMATO AMERICANO
Los tubos americanos se denominaban por una palabra compuesta de un numero seguido por letras y finalizado con otro numero. El primer numero (a la izquierda) indicaba el voltaje del filamento. Lo mas comunes son 1 par 1,5 voltios, 6 para 6,3 voltios y 12 para 12,6. Pero en general es el voltaje del filamento: un tuvo que empiece por 5, 35 o 50 indica el mismo voltaje a aplicar en el filamento.
Las letra o letras en el medio deberían indicar el tipo de tubo (diodo, triodo, tetrodo, etc) pero en la denominación americano no fue consistente y es difícil distinguir el tipo por estas letras. El ultimo numero, solo uno, debería indicar el numero de pines o patas que el tubo tiene. Con este numero la denominación americana no fue muy estricta y en general dada una denominación de un tubo necesariamente hay que consultar las hojas de especificación para saber que tipo de tubo es.
Los tubos americanos mas antiguos usaban socket de 4, 5 , 6 o 7 pines de acuerdo a sus necesidades. Los pines se distribuían en un circulo y se numeraban siguiendo el sentido del reloj. El pin 1 y el ultimo eran mas gruesos, siempre correspondían al filamento y eran la guía para que solo se pudieran enchufar en un solo sentido.
En los años 30 los americanos usaron un socket de 8 pines con una guia en el centro para su correcto enchufe. Los primeros tubos eran construido en un tubo metálico. En realidad era un tubo de vidrio envuelto en un blindaje metálico lo que los hacia muy robusto y se conocen como denominación militar ya que fueron usados muy extensamente durante la segunda guerra mundial. Se distinguen porque en su denominación solo usan una letra. Ejemplo 6K6, 6K7, 6C5, etc.
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Tubos metalicos

Los tubos metálicos resultaron costosos de construir por lo que los fabricantes empezaron a construir los mismos tubos metálicos pero con envoltura de solo vidrio y a costos mucho mas baratos. A los tubos de solo vidrio se distingue con la denominación G, GT o GL (hay otras), entonces estas letras se ponen al final de la denominación. Ejemplo el 6K5 y el 6K6GT son tubos equivalentes pero el primero es metálico y el segundo es de vidrio.
En los años 50 se diseñaron nuevos tubos fabricados enteramente en una envoltura de vidrio (los anteriores de base octal, la parte baja del tubo era de plástico donde se sostenían los pines de conexión). Los nuevos tubos tenían un tamaño mas pequeños que sus equivalentes octales y venían con 7 pines en su base. Los 7 pines se distribuían en un circulo que se conectaban en el sentido del reloj (vistos por el lado de conexión). La separación entre el pin 1 y 7 es mayor que la separación del resto de pines. Esta mayor separación de pines permite que el tubo solo se pueda enchufar en la dirección correcta. Estos tubos son conocidos genéricamente como “tubos miniaturas de 7 pines”.

También se diseñaron tubo miniatura de vidrio similares a los de 7 pines pero venia con 9 pines. Lo interesante de estos nuevos tubos fue que la especificación americana y europea era igual aunque la denominación fuera diferente. Esto condujo a tener tubos equivalentes e intercambiables entre fabricantes Europeos y Americanos.
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Tubos miniatura de vidrio

DENOMINACIÓN EUROPEA
Los europeos usaron una denominación mas consistente compuesta de algunas letras finalizada po un numero. La primera letra, la de la izquierda, indicaba la condición del filamento. Los siguiente valores fueron usados:
A = 4 V. c.a.
C = 200 mA c.c. o c.a.
D = de 1,2 a 1,4 alimentada por batería de c.c
E = 6,3 V. c.a.
K = 2 V. alimentada por batería de c.c
P = 300 mA de c.c. o c.a
U = 100 mA de c.c. o c.a.
X = 600 mA
Y = 450 mA
Z = cátodo frió
La segunda y sucesivas letras indicaba el tipo de tubo:
A = diodo no rectificador
B = doble diodo no rectificador
C = triodo amplificador de tensión
D = triodo amplificador de potencia
E = tetrodo
F = pentodo amplificador de tensión
H = hexodo o heptodo
K = octodo
L = pentodo amplificador de potencia
M = indicador de sintonia
Q = eneodo
X = rectificador de onda completa
Y = rectificador de media onda y alto vacío
Z = rectificador de onda completa y alto vacío
Por ultimo, el numero a la derecha indicaba el modo de construcción del tubo:
00 a 10 = zócalo transcontinental
20 a 29 = serie llave con patilla de guía
30 a 39 = zócalo octogonal y base de vidrio
40 a 49 = serie “rimlock”
50 a 59 = serie subminiatura
80 a 89 = serie noval
90 a 100 = serie miniatura
La serie 80-89 son tubos miniatura de vidrio de 9 pines y son en general compatibles con versiones americana. Ejemplo el EL84 seria E=filamento 6 voltios,L=amplificador de potencia y 84 su serie y es equivalente al 6BQ5 en denominación americana.
La serie 90 a 99 corresponde a tubos miniaturas de 7 pines equivalente a los americanos.
TUBOS DE POTENCIA
Los tubos que manejan mucha potencia en términos de watios, como son los utilizado en la etapas finales de un transmisor, no siguen las denominaciones americanas o europeas anteriormente descritas.
En los años 30, antes de la guerra, los militares de Estados Unidos, diseñaron unos tubos para sus aplicaciones, muy robustos y en envoltura de vidrio conocidos como la serie 800. Estos tubos fueron popularizados por su excelente desempeño durante la guerra y son tan buenoss que aun hoy, en el siglo 21, se siguen produciendo y usando algunos de ellos aun en diseños modernos.
Vale la pena destacar los siguiente, aun en producción:
El “807” un tetrodo de potencia para amplificadores de audio o transmisores con salida de unos 60 watios por tubo.
El “811” un triodo para potencias de salida de 200 watios por tubo muy usado en amplificadores de transmisores. Hay varios amplificadores lineales de nuevo diseño que aun usan este tubo.
El “813” un tetrodo de potencia para salidas de 500 watios por tubo.
Otros tubos de potencia son conocidos por un numero de 4 digitos como ejemplo el “6146” o su versión mejorada “6146B” que es un tetrodo muy similar al 807 pero de base octal y tamaño mas reducido muy común en transmisores de radioaficionados que aun usan tubos y potencias de salida de 100 watios.
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Tubos 807 y 6146
Algunos tubos para transmisores hechos en envoltura de vidrio tienen denominación como 3-400Z, 4-500Z, 3-100Z. En esta denominación el primer numero indica 3=triodo, 4=tetrodo. El siguiente numero es la capacidad de disipacion de la placa, en general la potencia de salida es 3 o 4 veces la disipación de placa.
Otros tubos se denomina 3-CX-1500, 4-CX-1000, etc. De la misma forma el primer numero indica 3=triodo, 4=tetrodo, el CX indica que son tubos fabricados en ceramica ay metal (no usan vidrio) y el ultimo numero corresponde a la disipación de placa.

BC-348-R Reconstrucion

Los radios BC-348 fueron receptores construidos para las comunicaciones de los aviones grandes durante la segunda guerra mundial (1939-1945). Debido al esfuerzo bélico, unos 100.000 de estos radios fueron construido por lo cual algunos aun superviven a pesar de tener más de 70 años de edad.
Tengo en mi poder un ejemplar propiedad de un amigo mio que me lo entrego con el fin de recuperarlo como un radio de colección y su estado lo pueden observar en la foto que le anexo.

HISTORIA.
El BC-348 es un receptor a tubos diseñado por la RCA para la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAAF) a finales de los años 30 y manufacturado en diferentes fabricas para dotar a los grandes aviones de transporte y bombarderos asi como el apoyo en tierra durante la guerra. Hay mucha información disponible sobre este radio en internet.

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Hay varias versiones del radio distinguidas por una letra al final de la especificación. El radio en mi poder corresponder a la versión BC-348-R. La versión R corresponde a radios hechos por una fábrica Belmont de Chicago. Como puede verse en su placa de identificación el número 11414-WF-43 corresponde al número de contrato de producción y supondría que el 43 corresponde a un contrato del año 1943 cuando presuntamente el equipo fue construido. El numero 16056 es el numero serial quizás correspondiente a este contrato.
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El radio debería alimentarse con 28 voltios de corriente continua disponible en los aviones de la época. Por esto el radio tenía en su interior un “dina-motor” . Los 28 voltios movían un motor acoplado a un generador que producía los 220 voltios de corriente continua necesaria para su funcionamiento. En mi ejemplar, previamente le habían removido el “dina-motor” y modificado con un transformador y rectificadores para ser alimentado con 110 voltios de corriente alterna.
El radio utilizaba originalmente 8 tubos electrónicos, 6 de ellos metálicos de base octal, pero al recibirlo solo tiene 4 tubos metálicos en aparente buen estado y falta el resto. Además el radio fue sometido a modificaciones para usar tubos electrónicos más modernos del tipo miniatura de vidrio de 7 y 9 pines. No dispongo de información sobre cómo fue modificado.
El radio es un receptor de tipo súper-heterodino con una frecuencia intermedia de 915 kHz y cubre las bandas de 200 a 500 kHz y de 1.5 a 18 MHz (onda corta). Parece que expresamente la banda comercial de AM de 550 A 1.600 KHz no fue incluida.

El siguiente video muestra el radio como ha sido recibido: https://www.youtube.com/watch?v=ijv49woqtDI

PROPOSITO
El objetivo con este radio es reconstruirlo, por lo cual voy a desarmarlo completamente, y luego re ensamblarlo lo mas cercano a la versión original pero reemplazarle la mayoría de condensadores y resistencias por componentes nuevos ya que estos componentes con la edad se encuentran lejos de sus valores originales. Además el costo de condensadores y resistencias actuales es muy bajo y van a garantizar un mejor funcionamiento del equipo sin perder sus características originales.
La idea es usar la misma cantidad y referencia de los tubos originales.
La alimentación continuara a 110 voltios, no se usara Dina-motor.
A medida que avance el proceso de reconstrucción, volveré a escribir sobre los inconvenientes y resultados encontrados.

OCTUBRE 7 2015

El radio ha sido desbaratado. El siguiente video muestra el resultado: https://www.youtube.com/watch?v=QtgZ-vLq-S0

OCTUBRE 8 2015

El panel frontal fue lavado y pintado lijeramente con esmalte negro mate para taparle las peladuras y mancha que tenia. En las fotos abajo se observa el estado original y despues de la restauracion:
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Ahora la placa de identificacion luce mas clara:
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Por ultimo en esta fase del trabajo, algunas de las partes desconectadas han sido lavadas para removerle la suciedad y el color del aluminio se ha recobrado:
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OCTUBRE 20

El trabajo de reconstrucion continua. Despues de la limpieza general, ahora estamos en proceso de recableada. La mayoria de condensadores y resistencias han sido cambiados por nuevos componentes, para las conexiones se ha usado cables de colores mas vivos. Las siguientes fotos muestran el avance del recableado al día de hoy:
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El radio tiene varios condensadores electroliticos de 0.5 mfd a 500V. Su dieletrico es de aceite y estan en una caja de laton completamente selladas. Sorprende que después de mas de 70 años de haber sido construidos no presentan ningun signo de escape de liquido y al medir su capacidad en promedio indican 0.45 mfd. Por este motivo he desidido conservarlos y porque debido a su tamaño haces ver el radio mas original.
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El radio tenia varias modificaciones, no documentadas. En el proceso de reconstrucion espero regresarlo lo mas fiel al circuito original. La foto siguiente muestra la parte amplificadora de radio-frecuencia:

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Los tubos originales son, 2 tipo 6K7 y un 6J7, metálicos con conexión para la rejilla por la parte superior. El circuito había sido modificado para usar (al menos 1) tubos miniatura de vidrio. He conseguido los tubos originales y las conexiones adaptada para ellos. Originalmente se tenia una lampara de Neón que servia para mantener el voltaje regulado para el oscilador. El circuito había sido modificado con un nuevo socket de 7 patas para usar un tubo regulador tipo 0C2. Esta modificación se conserva ya que el 0C2 es muy superior al antiguo tubo de neos.

Cambios en la etapa de FI:

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En la foto, a la izquierda entre los dos transformadores de FI hay un zocket negro. El radio había sido modificado para usar una base de tipo octal, sin embargo  el tubo en esa posicion debe ser un 6F7 que utiliza un socket de 7 pines (modelo antiguo). Fue un poco difícil, pero conseguí una base de 7 pines y el tubo original para que ocupe esta posición.

Aparentemete, el radio fue modificado para adaptarlo a tubos mas actuales pero, como no esta documentado resulta muy dificil de reconstruir. El tubo 6F7 es un pentodo triodo. El pentodo es el segundo amplificador de FI y el triodo usado como oscilador de BFO (rpara recibir telegrafía, CW, y SSB). Al cambiar la base a octal, quizas, pasaron a usar en esta posición un tubo como el 6K7 o 6SA7, pero como se necesita un triodo para oscilador de BFO, entonces modificaron el socket del tubo situado en la esquina inferior izquierda por un socket de 9 pines para tubo miniatura de vidrio. Creo que usaron un 12AU7 que son dos triodos, uno seria el BFO y el segundo un preamplificaor de audio.  El original en esta posición es un tubo 6F6GT (base octal) que es el amplificador de salida de audio.

En el nuevo re-cableado se ha reemplazado el socket por uno octal y el circuito y funcionalidad ha vuelto al original. Por este motivo los dos socket referenciados son de color negro (plasticos) en reemplazo de los originales, originales que eran de backelita.

 

 

Equipos para radioaficionados

Articulo leido en el programa Colombiano para Radioaficionados el domingo 4 de Octubre 2015.

Después que termino la segunda guerra mundial en 1945, la radioficion tomo un auge inesperado en parte porque las nuevas generaciones tenían una visión más global del mundo y había mucho interés en saber mas del mundo lo que implicaba un aumento en las comunicaciones a larga distancia. Otro factor era que había mucho equipos de radio remanente de la guerra (supplus) que podían ser adaptados y a bajo costo para el uso de los radioaficionados.
En los años 50 había más de 500.000 radioaficionados activos de los cuales más del 50 % eran de Estados Unidos por lo tanto este país ha sido el gran motor de esta afición. Aun ante de la guerra había fabricas que producían radios y transmisores para radioaficionados. Estas compañías durante la guerra produjeron equipos para uso militar y terminada esta siguieron fabricando equipo para la radioaficion.
En esta época las compañías productoras de equipos de radio eran generalmente norteamericanas de las cuales podemos recordar:
HAMMARLUND fue una de las compañías que empezó con la construcción de radios desde 1910 cuando Oscar Hammarlund fundo la compañía “The Hammarlund manufactoring Company” en la ciudad de Nueva York. Fue muy famosa por la construcción de componentes usados en la radio, son muy recordados sus condensadores variables. También produjeron excelentes radio receptores de los que recordamos su serie HQ como HQ-100, 110, 150 y llegaron a la HQ-210.
El termino HAM para referirse a un radioaficionado parece se deriva de esta marca y el significado de Ham sería una persona que usa equipos Hammarlund y se generalizo para referirse a los Radioaficionados.
A finales de los años 50, los dueños originales vendieron la compañía y los nuevos dueños no continuaron con la producción de equipos y finalmente fue cerrada.
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HALLICRAFTER fue una compañía fundada en 1932 por William J. Halligan en Chicago. Se dedicó principalmente a la producción de radiorreceptores y durante la guerra produjo mucho de ellos. Al finalizar la guerra se convirtió en el mayor productor de receptores para comunicaciones. En 1966 la compañía fue vendida a la Northrop Corporation quien continuo con la marca hasta principios de los 70 cuando debido a la competencia con compañías Japonesas la Northrop cancelo la producción de equipo civil. La Northrop es conocida como la mayor suministradora de equipo militar en Estados Unidos.
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Artur Colllins fundo en 1933 la compañía COLLINS RADIO COMPANY en Cedar Rapid, Iowa para producir equipos de radio de onda corta y equipos para radiodifusión comercial en AM. Durante la guerra Collins se convirtió en uno de los grandes suministradores de receptores y transmisores de radio caracterizados por su alta calidad y rendimiento lo que le creo una fama de equipos finos. Después de la guerra también produjo equipos para los radioaficionados constituyéndose en los más finos y costosos equipos disponibles. En 1973 después de una crisis económica la empresa fue vendida a Rockwell International creándose una nueva empresa Rockwell Collins Inc. A partir del año 2000 Rockwell ha concentrado sus negocios al suministro de equipos para la defensa y la aviac ion y se ha retirado del suministro de equipos para uso civil.
Collins es conocido porque desarrollo y produjo los famosos filtros mecánicos Collins que facilitaron producir equipos para banda lateral única que revoluciono el campo de los radioaficionados y las comunicaciones de onda corta.
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Otra compañía sobresaliente en la época de los 50 y 60 fue HEATHKIT. Esta compañía se fundo en 1912 como una compañía fabricante de aeroplanos por el señor Edward Bayard Heath pero con el tiempo se dedicó a la producción de equipos para pequeños aeroplanos. Al final de la guerra desarrollo su negocio bajo un concepto muy especial. Se dedicó a producir equipo electrónico en la forma de kit, es decir su producto se suministraba en sus diferentes componentes y el comprador debía hacer el trabajo de ensamble y prueba. Con este concepto se ahorraban los costos de producción y la idea resultaba muy atractiva para los radioaficionados porque le motivaba a aprender sobre los equipos y le daba la satisfacción de usar un equipo construido con sus propias manos.
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Con la llegada de la competencia de compañías Japonesa en el campo de radioaficionados la empresa fue perdiendo presencia en este campo aunque tomo relevancia en la producción de los primeros equipos de computación en los años 80. En 1979 la compañía Heathkit fue comprada por Zenith con el objeto de aprovechar su potencial en equipo de computación, pero el aumento en la complejidad de los circuitos usados en computación produjo que el concepto de Kit callera en obsolescencia y finalmente la idea de Heathkit desapareció.
Despues de la guerra, en los años 50 y 60 los equipos de radioaficionados estaban compuestos de un receptor y un transmisor de AM trabajando independientemente. Especialmente el transmisor era muy voluminoso y pesado. En los años 60 aparecieron los filtros mecánicos Collins que permitieron fabricar transmisores de SSB confiables y de peso y tamaño muchísimo menor porque ya no necesitaba de los pesados transformadores usado por los equipos de AM. Además el transistor empezó a reemplazar los tubos electrónico haciendo los equipos más compactos y de mayor rendimiento.
Estos dos aspectos, filtros y transistores condujo a que los equipos de radioaficionados combinaran en una sola unidad el transmisor y receptor, llamados ahora “transceptores”. A finales de los 60 las compañías americanas como Collins y Heathkit empezaron a migrar hacia los transeptores pero para esta época irrumpieron las compañías japonesas con productos de exelente calidad, diseño muy atractivo y costos mucho menores que sus equivalentes americanos.
El impacto de los productos Japonés fue total, en pocos años los Japoneses si hicieron dueño de casi totalidad del negocio de equipos para radioaficionados y la mayoría de compañías americanas en el ramo se retiraron o cerraron. El dominio de compañía japonesa en el negocio de radio de comunicaciones es aun hoy en día el dominante.
La primera compañía japonesa, qué incursiono en el campo de equipos para radioaficionados fue YAESU. Esta compañía fue fundada en 1959 como Yaesu Musen Co., Ltd. Por un radioaficionado Sako Hasegawa JA1MP. La compañía tenía su sede en un barrio del centro de Tokio llamado Yaesu. Su objetivo era producir radio y transceptores para el mercado japonés pero en 1964 empezaron a exportar equipos para Alemania y Australia. A finales de los 60 Yesu empezó a exportar equipos para el mercado de Estados Unidos pero en esa época los equipos japoneses eran conocidos como equipos de poca calidad y bajo coste. El concepto cambio en 1970 con la introducción del modelo FT-101 que fue todo un suceso por su calidad, rendimiento y bajo costo y se convirtió desde entonces en una compañía con importante presencia en el mercado americano.
En 2002 Yaesu cambio su nombre a Vertex Standard Co., Ltd y en 2007 MOTOROLA adquirió el 80% de esta empresa pero este negocio se disolvió en el 2012. Actualmente Vertex Estándar es la compañía con sede en Tokio Japón y es la dueña de la división Yaesu Musen que produce equipos para radioaficionados y banda aérea y marina.
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Otra compañía Japonesa es KENDWOOD. La compañía comenzó en 1946 con el nombre de Kasuga Radio Co. Y en 1960 paso a llamarse “Trio Corporation” Con la marca Trio la compañía se consolido como productora de equipos de sonido de alta fidelidad, radios de banda ciudadana y equipos de medición que exportaba al mercado de Estados Unidos.
En esa época, un grupo de empresarios norteamericano pero de origen japonés influyeron para que la marca se popularizara en America y cambiaron el nombre que sonara mas americano como KENWOOD que es una combinación de Ken que en japonés significa “ser” y Wood del inglés que significa madera para significar que el producto era fino y resistente como la madera.
El gran negocio de Kenwood ha sido los equipos de radio para automóviles pero también tiene presencia en equipos para radioaficionados en HF, VHF y UHF. La compañía se caracteriza por producir pocos tipos de radio pero estos los consolida como verdadera iconos en su tipo. En la década de los 80 produjo la serie denominada TS-400 de los cuales sus modelos 430, 440 y 450m son verdaderas leyendas de equipo. En el 2000 presento el TS-2000 que aun se sigue produciendo.
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La tercer de las grandes compañías japonesas que produce equipos para radioaficionados es ICOM Inc. La compañía fue fundada en 1954 por Tokuso Inoue y su sede es en Osaka Japón.
La principal característica de ICOM ha sido su investigación e innovación en la producción de sus equipos presentando al mercado equipos con funciones y diseños de avanzada que lo distingue de sus competidores.
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FUENTES DE PODER

Articulo leido en el programa para Radioadficionados del domingo 28 Septiembtre 2015

Nosotros, como radioaficionados, usamos actualmente transceptores (transmisor-Receptor) que requieren el suministro de 13,8 voltios de corriente continua para trabajar. Como el suministro de electricidad, común en nuestras casas, es de 110 voltios de corriente alterna, entonces utilizamos una caja o dispositivo llamado la “La Fuente” por abreviación de fuente de poder encargada de convertir 110 VAC a 13,8 VDC.
La fuente tiene algunos requerimientos: El consumo de corriente, cuando estamos en posición de recepción, el consumo puede ser menos de un amperio pero si pasamos a transmitir, el consumo varia continuamente teniendo picos de 15 a 20 amperios para un equipo común de 100 vatios.
El otro requerimiento importante es que el voltaje debe ser regulado, esto quiere decir que debemos garantizar 13,8 voltios independiente que el consumo sea 1 o 20 amperios o mas.
En general las fuentes están constituidas de un “transformador” que se encarga de cambiar los 110 voltios de corriente alterna a 13 voltios de corriente alterna también. Los 13 VAC se entregan a una etapa de rectificación que los convierte en 13 voltios de corriente continua y finalmente se pasa por circuito de regulación que monitores el voltaje de salida y ajusta el circuito para mantenerlo estable.
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En las fuentes tradicionales, el elemento más voluminoso y pesado es el transformador. Si se requiere un circuito de regulación, este se hace con transistores de tamaño grande que disipan calor generado durante la regulación de altas corrientes. El número de transistores de regulación depende de la máxima corriente que puede suministrar la fuente.
El desarrollo de la electrónica siempre tiende a hacer dispositivos más livianos, más pequeños y más eficientes y las fuentes no se han escapado a esta tendencia.
Para lograr fuentes más livianas y pequeñas se requiere que su transformador sea más liviano y pequeño. El transformador tradicionalmente hecho de láminas de hierro que es relativamente pesadas.
Un transformador convierte la corriente del primario a un flujo magnético en el núcleo del transformador que a su vez produce corriente en el secundario. Es decir que el flujo magnético del núcleo del transformador es el intermediario. Toda la potencia que la fuente debe suministrar pasa por el flujo magnético del núcleo.
El flujo magnético depende de la permeabilidad magnética del núcleo. A frecuencias de 60 Hz es necesario recurrir a núcleo de hierro para lograr un buen flujo magnético en el núcleo del transformador.
Si se aumenta la potencia, se mejora la permeabilidad magnética, tanto así que para frecuencias del orden de varios mega Hertz el aire es suficiente como núcleo de transformador. Pueden observar en el interior de un transmisor se utilizan bobinas de núcleo de aire, que no son otra cosa que transformadores.
Entonces, la clave para disminuir el tamaño de los transformadores es aumentar la frecuencia a que trabajan para reducir los requerimientos de permeabilidad del núcleo. Si el suministro de electricidad de alta frecuencia, los transformadores seria de núcleo de aire y no pesarían mayor cosa, pero la realidad es que la frecuencia es de solo 60 Hz (50 Hz en Europa) y eso nos fuerza a utilizar pesados núcleos de hierro.
Pero los inventos de la industria electrónica han creado un material llamado “Ferritas” que no es otra cosa que un polvo de hierro mezclado con material cerámico para darle solides. Las Ferritas nos permiten tener núcleos magnéticos adecuados a la frecuencia. Para usar frecuencias bajas como 60 Hz, las ferritas, contienen mucho polvo de hierro, en cambio a frecuencias superiores la ferrita contiene muy poco hierro.
Volviendo a nuestro tema de las fuentes, si usáramos una frecuencia de 10 a 15 KHz entonces podemos usar un transformador hecho con núcleo de ferrita y con un peso y tamaño que son una fracción de los transformadores hechos con hierro.
Las fuentes de diseño moderno están basadas en esta idea, transformadores de ferrita trabajando a frecuencias de varios kilohertzios. Para lograr esta frecuencia se recurre a un switch o conmutador que opera a lata frecuencia por lo cual el nombre genérico con que se conocen son fuentes “Swictchadas” o “Conmutadas”.
¿Cómo se hace esto?
Recordemos que la entrada es de 110 VAC a 60 Hz. Lo primero que se hace es rectificar directamente los 110 VAC para convertir a corriente continua de 110 VDC. Este voltaje continuo de 110 voltios se suministra al transformador de ferrita atreves de un transistor que trabaja físicamente como un interruptor o switch, es decir permito o no permite el paso de la corriente.
El transistor es controlado por un oscilador por un oscilador interno que le ordena ciclos de conducción/no conducción de 10 a 15 veces por segundo. El voltaje conmutado alimenta al primario del transformador que tiene un secundario con una relación de vueltas en el secundario adecuado para bajar de 110 voltios, en el primario, a unos 13 voltios en el secundario.
El voltaje en el secundario será de unos 13 voltios pero es una corriente alterna de 10 a 15 kHz igual a la que se está pasando por el transformador. Como queremos es corriente continua, entonces, simplemente se rectifica y se pasa por unos filtros (condensadores electrolíticos) para que la salida sea lo más limpia posible.
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Este proceso: rectificar, conmutar, transformar, rectificar y filtrar parece complejo pero los componentes electrónicos modernos lo permiten y además aporta una ventaja muy importante y es la regulación dinámica.
La fuente se tiene un circuito que monitorea cual es el voltaje de salida en nuestro caso 13 voltios. Este circuito de monitor re alimenta la información del oscilador que controla el transistor (o transistores) que conmutan. El oscilador con la información recibida controla el ancho del pulso que ordena conducir al transistor, es decir el tiempo que el transistor esta ON.
Si el voltaje de salida disminuye (porque el consumo de amperios aumenta) entonces el oscilador permite mas tiempo el transistor conduciendo. En cambio si el voltaje de salida aumenta, entonces oscilador disminuye el tiempo de conducción.
El rango de regulación conseguido por este medio es tan grande que estas fuentes switchadas (conmutadas) pueden soportar voltajes de entrada entre 100 a 250 voltios y entregar la salida perfectamente estable en 13 voltios.