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Colombiano & Bogotano

Anatomia de JT65, parte 2

En la primera parte tratamos de los antecedentes para llegar al modo JT65, en esta segunda parte estudiaremos como se crean los mensajes de JT65.

Primero que todo hay que decir que JT65 ha sido diseñado exclusivamente para comunicaciones de Radioaficionados en ambientes de señales muy débiles y con mucho ruido. Para cumplir con estos estrictos requerimientos el sistema es muy limitado en facilidades para trasmitir información y es muy lento comparado con otros modos.

La primera razón para desarrollar JT65 fue facilitar los contactos de Radioaficionados usando rebote Lunar. Un radioaficionado emite una señal de radio en dirección a la Luna donde rebota y la señal retorna a la tierra donde es captada por un segundo radioaficionado. La Luna está a 400.000 km de la tierra y la señal recorre dos veces esta distancia, además, la Luna dista mucho de ser un reflector perfecto, es más por su forma dispersa la señal recibida en todas direcciones, entonces la señal que finalmente retorna a la tierra es extremadamente débil. Los primeros contactos de rebote Lunar recurrían a transmisores con potencias de varios kilovatios y usar complejos de antenas direccionales.  Actualmente los radioaficionados usando JT65 y trasmisores modestos de unos 100 vatios con antenas yagis para logran buenos contactos usando rebote Lunar. Fue tanto el rendimiento y eficiencia del JT65 en rebote Lunar que su funcionalidad fue trasladada para ser usados en las comunicaciones de HF (onda corta) y es tal su rendimiento que contactos entre radioaficionadas localizados en cualquier lugar de la tierra son posibles usando potencias de 10 o menos vatios.

La eficiencia del JT65 empieza en el estudio de como son los mensajes que intercambian los radioaficionados. La mayoría de los mensajes de radioaficionados tienen (o deberían tener) esta forma:

“WA1XYZ de HK2ABC  (alguna información) (cambio)”

La primera palabra es el indicativo a quien enviamos el mensaje y la segunda es el indicativo de quien envía el mensaje. La partícula “de” es una conjunción gramatical  que en si no contiene información.

Si el mensaje no es enviado a un receptor específico sino a todo el que lo quiera oír, entonces reemplazamos la primera palabra por “CQ”. Podemos pensar que CQ es un indicativo que significa todos los indicativos.

Después de las dos palabras de indicativos se emite el contenido del mensaje propiamente dicho, la longitud es muy variable y el contenido muy diverso.

Al final se emite una palabra para indicar fin del mensaje. En fonia se acostumbra la palabra “cambio” (en inglés “over”) y en CW emiten el carácter “K”.

Ahora bien, una forma de operar los radioaficionados es lograr contactos con otras estaciones del mundo y cuantas más mejor, esto hace parte del mundo del DX y entonces el campo del mensaje que consideramos como información es muy simple y de pocas palabras. Se reducen a información sobre la localización de la estación, reporte de señal, confirmación que todo está correcto y una despedida.

JT65 está optimizado para pasar estrictamente la información necesaria para confirmar contactos entre radioaficionados. No se puede pasar información sobre saludos, felicitaciones, equipos que uso, estados de ánimo, informes de tiempo, nada de eso.

El indicativo de llamada es en realidad la identificación de los radioaficionados en todo el mundo. Es una combinación de números y letras que es única para cada radioaficionado. Los indicativos son asignados por el gobierno de cada país y siguen una estandarización internacional. Los dos primeros caracteres pueden ser números o letras (caracteres alfanuméricos) e indican el país o estado, ejemplo HK es Colombia, YV es Venezuela, LU es Argentina, etc. Hay países que utilizan solo una letra ejemplo F para Francia G para gran Bretaña, Estados Unidos puede ser A, K, N o W.  De los dos primeros caracteres uno de ellos puede ser un numero pero al menos uno de los dos debe ser una letra, ejemplo 5K es Colombia, 9X Rwanda, S7 Seychelles (en el Océano Indico).

Después de 1 o 2 caracteres de país viene un número que indica la zona del país donde está el operador y después sigue de 1 a 3 letras que distingue al operador individualmente.

Cuando nos referimos a letras no se hace diferencia entre mayúsculas y minúsculas y solo se tiene en cuenta 27 letras del alfabeto usado en inglés y no se tiene en cuenta la eñe del español, ni vocales acentuadas ni caracteres de otros idiomas.  Los números posibles son 10 entonces cuando decimos letras son 1 de 27 posible, un número es 1 de 10 y si decimos alfanumérico son 37 posible.

Entonces los  indicativos de llamada posibles serian:

37 x 36 x 10 x 27 x 27 x27 = 262.177.560 combinaciones

Es decir que cualquier indicativo es una de los 262 millones de posibles combinaciones.  Para escribir números tan grande como 262 millones en sistema binario (en 0 y 1 como se usa en los computadores) se necesitan 28 bits.  228 = 268.435.456 mayor que 262 millones.

En JT65 los indicativos de llamada van a ser codificados y manejados como un número de 28 bits que corresponde al número de combinación del indicativo entre los cerca de 260 millones de combinaciones posibles.

¿Qué ventaja tiene esto?  La información resulta más compacta. En el método tradicional un carácter se codifica en código ASCII de 8 bits (Byte) por carácter, entonces 6 caracteres del indicativo requiere de 48 bits. Aún resulta más compacto que la telegrafía, ejemplo transmitir  el indicativo HK3GZV seria:

…. — …– –. –.. …-,

Requiere de 13 puntos, 10 rayas más los espacios y si consideramos el punto como un bit y la raya como 3 bits necesitaríamos más de 60 bit para enviarlo.

Entonces en JT65 no se transmite los indicativos de llamada como una colección de 6 posibles caracteres si no como un numero de 28 bit que corresponde a la combinación de ese indicativo. Como pueden empezar a notar JT65 está diseñado única y exclusivamente para  para transmitir información relacionada con radioaficionados.

Una información que se ha considerado para transmitir por los radioaficionados es la localización geográfica de la estación. En vez de transmitir el número de grados de longitud y latitud geografía se transmite un código de 2 letras y dos números llamado “Grid Locator” o “Maidnhead grid”. Este código indica un cuadrado de 2 grados de longitud y 2 grados de latitud donde está la estación. En este momento no hablaremos de cómo se codifica el Grid Locator pero podemos decir que como la circunferencia tiene 360 grados, un cuadrado de grid corresponde a 180×180 = 32.400 posibles grid de 2×2 grados y que necesitamos un numero de 15 bits (215 = 32.768) para registrarlo.

JT65 ha sido optimizado para pasar un número pequeño de mensajes normalizados. Un contacto normal de 2 estaciones seria el siguiente:

A -> B              “CQ HK3AAA  FJ24”

A<-B                “HK3AAA WA1XXX ED12”

A->B                “WA1XXX HK3AAA -10”

A<-B                “HK3AAA WA1XXX -06”

A->B                “WA1XXX HK3AAA RRR”

A<-B                “HK3AAA WA1XXX RRR”

A->B                “WA1XXX HK3AAA 73”

A<-B                “HK3AAA WA1XXX 73”

Este es un dialogo QSO originado por la estación HK3AAA con un llamado CQ que fue respondido por la estación WA1XXX. Todos los mensajes incluyen los dos indicativos y el primer indicativo es el del destinatario del mensaje y el segundo de quien emite el mensaje. En los dos primeros mensajes se intercambian el “Grid Locator” (FJ24, ED12).

En el segundo par de mensajes se intercambian la información sobre intensidad de la señal recibida. En JT65 se informa sobre la relación de  señal/ruido expresada en decibeles a diferencia de lo común de reportar el valor subjetivo de S (59 o 599).

En la tercera parte se intercambian indicación de RRR (puede ser RR o R o R73) confirmando que el comunicado ha sido exitoso, equivalente al tradicional “Roger” o QSL usado en fonia.

Por último, se intercambian el tradicional 73 como formal despedida entre colegas.

La información sobre intensidad de la señal son simple números que pueden ser convertido a un número binario, con  8 bit es más que suficiente, y los pocos datos de RRR o 73 pueden ser también codificados en pocos bits, por lo tanto los mensajes más largos son los que incluyen los dos indicativos y el “Grid Locator”. Un indicativo requiere 28 bit y el “Grid Locator” 15, entonces para cualquier mensaje se requieren 28 + 28 + 15 = 71 bits.

Al diseñarse el JT65 si tuvo en cuenta una pequeña adición: Se decidió usar un bit más para llegar a 72, este bit adicional se usa para indicar si el mensaje es del tipo estándar usado para el comunicado, mensajes tipo 1 o considerarlo de tipo 2 que contiene un texto libre introducido por el operador.  El texto libre puede constar de letras números o algunos caracteres especiales (, – : etc) para un alfabeto de 43 caracteres posibles. La limitante es que el texto codificado de 43 posibles caracteres debe caber en 71 bits posibles. El cálculo indica que el máximo número de caracteres es de solo 13.

— 13 es la máxima potencia de 43 (4313) que puede ser contenida binariamente en 71 bits, o más matemáticamente es el mínimo entero del cálculo de 71 log2/log43 (71 * 0,3/1,63 = 13,07) –

En resumen, en JT65 no se transmiten caracteres si no un mensaje siempre de 72 bits que pueden ser mensajes estándar (tipo 1) o de texto máximo de 13 caracteres (tipo 2).

En el próximo articulo nos referiremos a como 72 bit del mensaje se hace robusto para ambientes de señales débiles y como se transmite por radio.

 

 

 

 

 

 

 

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Anatomía del modo JT65, parte 1

Actualmente (año 2017) ha aparecido en el campo de los Radioaficionados de Onda Corta un modo de comunicación conocido como JT65 del cual se han derivados otros como el JT9 y el FT8.  Estos modos tienen algunas características interesantes que vale la pena estudiar que lo diferencia de los modos más tradicionales y que lo hacen más eficiente.  El presente artículo trata de analizar como el modo JT65 trabaja y debido a la variedad de técnicas que utiliza va a ser escrito en varias partes.

El primer modo de transmisión en radio, que sorprendentemente aún se sigue usando, es la telegrafía más conocida en el mundo de los radioaficionados como CW (continuos wave). La telegrafía fue diseñada para transmitir textos escritos, es decir, emite los diferentes caracteres que forman una palabra  que a su vez forman frases con información coherente. Su objetivo era transmitir mensajes escritos a la distancia en lo que se constituyó el “telegrama”.

Los radioaficionados ha usado la telegrafía también desde el principio pero el objetivo no es enviar textos coherentes sobre un tema si no que se usa principalmente para confirmar que se ha hecho contacto entre dos estaciones. Por lo menos este es el objeto del DX pero también existe las excepciones y muchos radioaficionados mantienen verdaderos diálogos usando telegrafía. Los mensajes de los radioaficionados consta de palabras codificadas como son el indicativo de llamada (HK3EU, WA3CDF, F5JJH, etc), los códigos Q (QAP, QRZ, QTH, etc) palabras abreviadas (TX, DE, TN, 73 etc) y rara vez transmiten palabras de uso corriente.

En telegrafía se emite uno a uno los caracteres que forman una palabra. Cada carácter se convierte a un símbolo de código llamado Morse en honor a su inventor. El código Morse consiste en una combinación de puntos y rayas único para cada letra.  Es así como la letra “A” se codifica como “- .”, la letra “B” como “- . . .”, … la ”M” como “- -“ etc.  La telegrafía por ser un sistema primitivo solo se pueden emitir las 27 letras del alfabeto usado en el inglés, los numero (0, 1’ …, 9), algunos caracteres especiales  como la coma, guion, etc.  No se hace distinción entre letras mayúsculas y minúsculas ni existen códigos para caracteres usados en otros idiomas como la “eñe”  del español  o las vocales con acento.

Esencialmente la telegrafía es codificada y decodificada por humanos lo que le produce una desventaja ya que esta propensa a tener errores propios del comportamiento humano.  Para eliminar el factor humano se inventó el Teletipo en el cual una maquina se encarga de codificar o decodificar los caracteres  de acuerdo a unas tablas que da el código para cada carácter. En transmisiones de radio el teletipo paso a llamase “Radioteletipo” y se abrevia como RTTY.

Tanto la telegrafía, CW, como el RTTY transmiten mensajes codificando uno a uno los caracteres de un texto preestablecido.  En los últimos años ha aparecido un modo conocido como PSK31 que su objetivo es mejorar y modernizar el RTTY cambiando la codificación y el modo de transmitir. Con la aparición de los computadores personales PC,  la implementación de RTTY y PSK31 se ha movido a los PC. El usuario introduce el texto a enviar usando el teclado del PC, computacionalmente los caracteres se codifican y se preparan para ser transmitido,  los PC suministran la información procesada como señales de audio que se entregan a transmisores de banda lateral (SSB) como los usados por los radioaficionadas. El transmisor emite la información por ondas electromagnéticas que serán captadas por el receptor remoto de la estación corresponsal. La señal de radio recibida por el receptor se entrega al PC que usando procesos computacionales decodifica el carácter recibido y lo presenta en la pantalla del PC.

El efecto en forma simplificada es como si el emisor oprime una tecla en su PC y causa que el carácter aparezca en la pantalla del PC del receptor remoto. Por eso estos sistemas son conocidos actualmente como “orientados a teclado”.

CW, RTTY, PSK31 y otros modos similares son muy eficientes para transferir textos a la distancia, pero cuando estas informaciones son enviadas por ondas de radio se presentan algunos inconvenientes. Con la distancia las señales de radio se debilitan dificultando que el receptor capte la señal enviada, además se presenta ruido que también afecta al receptor y de esta manera el receptor se confunde afectando la fidelidad de la señal recibida y el codificador puede equivocarse en la detección del carácter recibido.  Bajo estas circunstancias algunos caracteres del mensaje recibido son cambiados.  Uno que otro cambio de caracteres puede ser aceptable ya que la mente humana puede corregir el error por contexto, pero si el número de caracteres cambiados es alto el texto se vuelve ininteligible y la comunicación se vuelve inutilizable.

Para ese ambiente de señales débiles y mucho ruido es que ha aparecido el modo JT65 con el objetivo de lograr comunicaciones confiables. En el campo de la exploración aeroespacial ha surgido el problema de lograr comunicaciones y transmisión de imágenes y datos de sondas espaciales enviada a nuestros planetas cercanos pero que se encuentran a varios cientos de millones de kilómetros, además estas sondas no disponen de mucha energía entonces sus transmisores son de potencia modesta y por lo tanto las señales recibida en la tierra son muy pero muy débiles. La  NASA y algunos científicos han estudiado el problema de cómo lograr comunicaciones muy confiables y exactas  de señales extremadamente débiles captadas de las sondas espaciales.  JT65 incorpora varias de las técnicas usadas en la exploración espacial para lograr comunicaciones Tierra-Luna-Tierra y de HF con señales muy débiles, el resultado en HF ha sido la posibilidad de obtener comunicaciones precisas con un transmisor de apenas unos vatios con casi cualquier lugar del mundo y comunicaciones de rebote Lunar con apenas unos 100 vatios y equipo comúnmente usado por los radioaficionado.

El modo JT65 y similares como JT9 y FT8, surgen de un proyecto denominado  WSJT “Weak Signal Joe Tailor” (Weak = débil) auspiciado por el Dr Joseph Hooton Taylor (Joe Taylor), un insigne radioaficionado K1JT, eminente científico profesor de la Universidad de Pricenton y Hardvard honrado con el premio Nobel de Física en 1993 por sus estudios de astrofísica relacionado con la detección de Pulsares con radiotelescopios.

Como se transmite enl JT65 será el tema del siguiente artículo.

2008JosephTaylor.jpg

Fotografía de Joe Taylor inventor de JT65

 

 

 

Modificación Yaesu FT-840

Tengo un transceptor Yaesu FT-840 en perfecto estado de funcionamiento y he querido adaptarlo para comunicaciones por medios digitales (RTTY, PSK31, JT-65 principalmente) o operarlo a control remoto.  El TS-840 fue diseñado años atrás cuando estos medios o no existían o no se habían desarrollado por lo cual no incluye soluciones para estos tipos de operación. Si embargo el TS-840 tiene características excelentes que lo permite usar cómodamente en modos digitales.

Dispone de un sistema de CAT que, aunque rudimentario,  permite leer y cambiar de frecuencia y bandas desde un PC que es lo básico para operación remota desde un PC (en un artículo anterior se trató el tema de la conexión CAT con el FT-840). En la parte trasera del equipo dispone de un conector RCA para operación del PTT y otro conector RCA donde se suministra el audio saliente del equipo.  Una dificultad es que la única entrada de audio al equipo, que es la entrada de micrófono, solo esta disponible por el frente del equipo en un conector de 8 pines.

La presente modificación, relativamente simple, consiste en tener un conector para micrófono (audio in) en la parte posterior del equipo y de esta manera conectar los equipos de interface para conexión a un PC, todos por la parte posterior del equipo:  CAT, PTT, audio-in, audio-out.

Fig 1.  Este es mi equipo FT-840. La entrada de micrófono es hace por el conector de 8 pines situado a la izquierda parte inferior del equipo.

Fig 2.  La tapa trasera del equipo, que puede ser fácilmente removida, se le adiciono un conector RCA en el lado izquierdo (en la foto se ve arriva de color rojo). Esto se consigue perforando la lamina (que es de aluminio) con una broca de 1/4″ y colocando un conector RCA hembra.

Foto 3. Muestra el conector RCA por el lado interno de la tapa. El conector RCA requier de dos conexiones, una de tierra y la otra es su conector central.

 

Foto 4.  Se observa la s conexiones interna realizadas. Es simple toma en paralelo de el enchufe localizado en la esquina cerca del conector (J1014). El cable gris del enchufe viene directamente del conector de micrófono de la parte delantera.

Fig 5. Se muestra el esquema de la modificación.

Manchas Solares, ciclo 24

Articulo leido en el Programa Colombiano para Radioaficionados el domingo 19 de Marzo 2017.

 

En el año 1610 Galileo Galilei invento el telescopio, lo dirigió al cielo y descubrió eventos que transformaron la forma de pesar sobre el universo. Confirmo la valides de las teorías heliocéntricas, es decir que los planetas giran alrededor del Sol y no de la tierra.

Uno de los descubrimientos al usar el telescopio fue que el Sol presentaba manchas negras sobre su superficie brillante. Esto choco con el pensamiento, imperante en la época, de que todos los cuerpos celestes eran perfectos e inmaculados. Las manchas en el Sol no son permanentes sino que aparecen y desaparecen en un periodo de unos 10 días y aparentemente están sobre la superficie del Sol y por lo tanto se podía deducir una rotación del Sol sobre su eje de aproximadamente 27 días terrestres.

Hay muchas referencias sobre observación de las manchas en el Sol con anterioridad a Galileo, pero después que se dispuso del telescopio, en 1610, se han hecho observaciones continuadas y detalladas.

La aparición de manchas en el Sol es muy variable, hay periodos de mucha actividad seguidos por periodos de nula o casi nula aparición de manchas. A finales del siglo 18 (1700s) había suficiente datos estadísticos sobre aparición de manchas que los astrónomos dedujeron que las manchas solares siguen un ciclo casi constante de 11 años entre máximos y mínimos de actividad.

Como hemos comentado el sol es una esfera que gira sobre sí mismo teniendo un eje que en perpendicular a al eclíptica lo que significa un ángulo de unos 23 grados de inclinación con respecto al eje de la tierra. Entonces podemos considerar al Sol tiene polos,  donde está el eje y el ecuador solar seria la línea equidistante a los polos y podemos medir la latitud para diferentes lugares de la superficie.

Las manchas aparecen en ambos hemisferios en latitudes que van de lo 5º a los 40º, nunca en la línea ecuatorial ni en lo polos. Cuando el número de manchas alcanza su máximo se llama “máximo solar” y el punto de baja actividad será “mínimo solar”. Al principio del ciclo las manchas solares tienden a aparecer en latitudes altas (40º) y a medida que se aproxima al máximo solar aparecen manchas con mayor frecuencia y a latitudes más bajas hasta que se alcanza el máximo, continuando con aparición de manchas en bajas latitudes hasta llegar al mínimo con casi nula aparición de manchas. Poco tiempo después del máximo solar empiezan a aparecer esporádicas manchas en latitudes altas (40º) atribuidas a la iniciación del siguiente ciclo.

Como hemos dicho anteriormente un ciclo solar es de aproximadamente 11 años, no es un número exacto pero 11 años es el promedio, tampoco los ciclos son iguales, ha habido ciclos con máximos (número de manchas en un mes) con valores muy dispares.  Un ciclo solar se cuenta como el periodo entre dos mínimos solares.

Las manchas solares han sido motivo de estudio para encontrarle una explicaion y aun hay mucho por conocer.  Sin embargo sabemos que son producidas en zonas de la superficie que tienen una temperatura menor que su entorno. Al ser zonas más frías, emiten menos luz y parecen como zonas oscuras. No son negras si no que lucen negras en comparación que la zona aledaña mucho más brillante.

También sabemos que las manchas son originadas por la aparición de un fuerte campo magnético  en el sitio de la mancha, que provocan remolinos en los gases de la superficie del sol. Algunas manchas son tan activas que pueden provocar el lanzamiento de chorros de materia desde la superficie del sol (plasma) que debido a la velocidad con que son lanzados pueden abandonar la abrasión del sol y lanzarse al espacio.

El material arrojado por la mancha solar no es otra cosa sino átomos de hidrogeno muy caliente y a mucha velocidad.  Parte de estas emisiones pueden llegar a la Tierra y son tan energéticos que podrían acabar con la vida en la Tierra pero, para nuestra seguridad, la tierra tiene un campo magnético exterior que actúa como un escudo he impide la llegada a la superficie de la tierra de esas partículas. Sin embargo, en los polos de la tierra, donde el campo magnético es más débil, muchas de estas partícula pueden penetrar y causan un espectáculo llamados auroras boreales.

En general, en periodos de máxima actividad solar (muchas manchas) significa que el sol radia muchas partículas al espacio que puede llegar a la tierra causando que las capas altas de la atmosferas se ionicen. Cuando una capa de la atmosfera está fuertemente ionizada actúa como un reflector para las frecuencias de radio entre 1 y 30 MHz.  Esto tiene vital importancia para las comunicaciones de radio y muy especial para los radioaficionados que utilizan habitualmente esta frecuencias conocidas como Ondas Cortas o HF.

En máximos solares, cuando hay muchas manchas, la ionización de la atmosfera es alta, las ondas de radio son reflejadas y es posible lograr comunicaciones a muy largas distancias. En cambio en mínimos solares, la ionización de la atmosfera desaparece y no es posible hacer comunicaciones a larga distancias.

Como hemos comentado las observaciones sistemáticas de las manchas se ha venido realizando desde 1610, posterior a la invención del telescopio, pero aparentemente el Sol entró en un periodo de casi nula actividad desde 1650 hasta el año 1700 (conocido como el mínimo de Maunder). Después de 1700 el sol entro periodo de continuos ciclos con una frecuencia  de 11 años bastante regular. A partir de 1755 se ha llevado anotaciones de los diferentes ciclos y en la actualidad estamos en el ciclo 24.

El ciclo 24 ha resultado muy singular. El anterior ciclo 23 se inició en el año 1996 y termino en 2007 con un máximo en el año 2000 de más de 150 manchas por mes. El ciclo 24 fue pronosticado para empezar en el año 2008 con un máximo para el 2012 pero sorprendentemente el sol permaneció casi quieto hasta el año 2010 cuando empezó su actividad del ciclo y aumento hasta el año 2012 cuando se obtuvo un máximo de 80 manchas por mes pero empezó a decrecer y luego hizo un pequeño aumento para 2015 llegando a un pico de 60 manchas por mes y a partir de ahí ha iniciado un descenso significativo y en la actualidad, marzo 2017 el sol está casi quieto con escasísimas aparición de manchas. Se estima que este ciclo (24) debe terminar en el 2019 para luego espesar el ciclo 25 hacia el 2019 o 2020.

Lo cierto es que el ciclo 24 ha resultado ser uno de los ciclos más débiles en cuanto actividad solar. El mayor en los últimos tiempos fue el ciclo 22 entre 1986 a 1997 con un máximo en 1990 con más de 170 manchas por mes. El anterior ciclo 21 (1976-1986) fue un poco más débil que el 22 pero después del ciclo 22 la intensidad ha estado en franca reducción.

Los estudios actuales han tratado de asociar los ciclos de actividad solar con el clima en la tierra. Parece ser que si la actividad solar se reduce la temperatura media de la tierra se baja y lo contrario, en periodos de alta actividad solar, la tierra se calienta.  La poca actividad solar entre 1650 y 1700 conocido como el mínimo de Maunden está asociado con una bajada de la temperatura que se reporto por esa época. Hay cuadros de pintura representando escenas de nieve en ciudades del Mediterráneo lo cual no es usual actualmente.

Los ciclos 8 y 9 a principio del siglo 19 fuero también muy débiles correspondiendo con un periodo de enfriamiento de la tierra. El año 1816 es conocido como el año sin verano, ya que este fue muy frio en Europa.

 

 

 

 

 

 

Mi Electronica – parte 1 –

Thoma Alba Edison (1847-1931) invento la lámpara eléctrica (o incandescente) en 1879 y en su afán por mejórala realizo un experimento agregándole una placa metálica dentro de la ampolla de vidrio y colocándola cerca del filamento.

Edison noto que si la placa se polarizaba positivamente con relación al filamento  había circulación de corriente en el circuito y en cambio si la polarizaba negativamente la corriente era nula. Edison patento el dispositivo en 1883 y desde entonces se conoce como “efecto Edison”. Como el invento no aportaba aplicación práctica en el funcionamiento de las lámparas incandescentes, Edison abandono el tema y en su momento no se hicieron aportes en el sentido de explicar el porqué del fenómeno.

En 1904, un británico John Fleming (1849-1945) le encontró un uso práctico al efecto Edison. Como la placa detecta la polaridad de un circuito entonces podía usarcé como un rectificador de corrientes alternas donde la polaridad está cambiando continuamente.  Fleming patento un dispositivo consistente de un tubo al vacío rodeado de una placa, al cual se le llamo “Diodo” y podía usarcé para rectificar la corriente alterna. El tema era de moda ya que estaba la controversia si el suministro de electricidad debía hacerse con corriente continua (como defendía el mismo Edison o usar corriente alterna como era las ideas de Tesla. Un rectificador resolvía el problema de convertir corriente alterna a corriente continua.

Para la época, 1904, ya se habían desarrollado las teorías atómicas que consideraban que la materia está constituida de átomos y que los átomos estaban constituidos de un núcleo con cargas positivas y en la periferia pequeñas partículas de carga negativa llamados electrones.

El filamento de una lámpara es un alambre metálico sometido a una alta temperatura que lo vuelve incandescente. Pero la alta temperatura produce que muchos electrones queden libre de sus átomos presentados como una nube de electrones alrededor del filamento. Esta producción de electrones libres por efecto de la temperatura se conoce como emisión “termoeléctrica”. Ahora bien, si una placa en las cercanías del filamento tiene una polarización positiva, los electrones libres serán atraído hacia la polarización positiva, en cambio si la placa esta polarizada negativamente, por el contrario los electrones serán rechazados.

Entonces el “efecto Edison” es una consecuencia del  “efecto termoeléctrico” y su mecanismo de acción puede ser explicado por las teorías atómicas.

Entendiéndose el funcionamiento del diodo de Fleming, un ingeniero norteamericano Lee De Forest (1873-1961) se le ocurrió la idea de introducir unos alambres en forma de grilla o rejilla entre el filamento y la placa de un diodo de Fleming.  De Forest polarizo la rejilla  ligeramente negativa con relación al filamento y con una placa polarizada positivamente.  La rejilla que estaba polarizada negativamente era un obstáculo para los electrones que eran atraído por la placa. La oposición dependía de cuanto más polarizada negativamente se encontraba la rejilla, incluso si la polarización de reja era muy negativa podría llegar a bloquear el paso de corriente entre filamento y placa.

Si la placa es polarizada positivamente atravesó de una resistencia, se puede observar que un pequeño cambio en el voltaje de rejilla produce un gran cambio del voltaje de placa. Esto significa que el dispositivo “amplifica” el voltaje que se aplica a la rejilla. Lee De Forest en 1907 patento el invento con el nombre de ”Audion”. La razón del nombre se debe a que una de sus primeras aplicaciones fue para amplificar las pequeñas señales de un micrófono.  Su característica de amplificar señales permitió en desarrollo de múltiples aplicaciones de lo que paso a ser desde entonces la Electrónica.

Con el tiempo, el nuevo dispositivo pasó a llamarse “triodo” como continuación del diodo de dos elementos y tríodo como el dispositivo con tres elementos.

Los tríodos empezaron a usarse para amplificar la débil señal captada por la antena lo que lo convirtió en un eficiente detector de ondas electromagnéticas permitiendo el desarrollo de receptores de radio.

Antes del tríodo la generación de radiofrecuencia se hacía por producción de “chispas” las cuales producían oscilaciones que se amortiguaban rápidamente  y que no permitían mantener una onda continuamente. Se intentó generar corrientes alternas de alta frecuencia usando motores eléctricos, los cuales si generaban ondas continuas pero su máxima frecuencia estaba limitada por la inercia mecánica de los motores usados.

La aparición del tríodo permitió hacer osciladores de onda continua originado por un circuito oscilante (circuito LC) el cual era real imitado por el tubo que debido a su factor de amplificación permitía auto sostener la oscilación.

La producción de ondas continuas, es decir de amplitud constante, permitió modularlas con señales de audio dando inicio a la Amplitud Modulada que transmite voz y sonido a través de las ondas electromagnéticas.

 

 

 

 

 

 

Transistor 70 años

Articulo leido en el Programa Colombianos para Radioaficionados en 7145 kHz el 12 de Marzo 2017. 

 

En diciembre de 1947 un grupo de científicos de los Laboratorios Bell en Estados Unidos lograron operar un dispositivo basado en un cristal de Germanio trabajara como un pequeño amplificador de voltaje similar a la función de un tubo electrónico.  El nuevo dispositivo recibió el nombre de TRANSISTOR y de eso hace 70 años.

Por este motivo, en el presente año del 2017 habrá muchas celebraciones y homenajes al “transistor” ya que ha sido uno de los inventos que más ha influido el  desarrollo del mundo actual.

La primera demostración práctica del transistor fue realizada el 23 de diciembre de 1947 en una presentación al interior de los Laboratorios Bell y se considera esa fecha como el nacimiento del transistor, pero solo hasta 1948 Bell patento el invento y el 30 de Junio de 1948 la Bell hizo una conferencia de prensa para hacer público el descubrimiento. También adoptaron una política abierta en que los nuevos conocimientos se comparten con otras instituciones. Al hacerlo evitaron la clasificación de la obra como secreto militar e hicieron posible que la investigación y desarrollo del transistor se generalizara.

Finalizada la segunda guerra mundial los Laboratorios Bell encargaron al físico Willian Shockley de un grupo de investigación sobre materiales semiconductores para lograr un dispositivo que realizara las mismas funciones de los tubos electrónicos.  Shockley llamo al grupo a otros dos físicos expertos en semiconductores: John Budeen y Walter Brattain.  El trabajo coordinado de estos tres científicos dio sus resultados en la invención del transistor en 1947.  En 1956, Shockly, Burdeen y Brattain fueron honrados con el premio Nobel de Física.

Aunque hay una foto muy conocida en que se muestra a los tres físico muy juntos y amigables y los esfuerzos de la Bell para mostrar que el transistor había salido de la estrecha colaboración de los tres, la realidad ha sido que aunque la colaboración fue muy intensa en el primer año, las rivalidades y egos los hicieron irreconciliables. Quizás la foto fue el primer y única oportunidad que los tres y el nuevo invento estuvieron juntos.

El líder del grupo era Willian Shockly, un personaje muy egocéntrico, controvertido y conflictivo toda su vida. Ya para finales de 1947 se había disgustado con Burdeen y Brattain y fueron estos dos los que construyeron el modelo de transistor que finalmente funciono y fue presentado.  La primera patente del transistor figura a nombre de Burdeen y Brattain lo que enfureció a Shockley, quien reclamo que el invento era solo idea suya.

Shockly continúo sus trabajos sobre semiconductores y en 1950 patento un nuevo tipo de transistor,  conceptualmente diferente del primer diseño y conocido como Transistores de Efecto de Campo o FET por sus abreviaturas en inglés (Field Effect Transistor). Los primeros transistores se conocen como transistores de contacto.

Aunque los transistores FET son teóricamente superiores a los de contacto, al principio la industrialización y comercialización se hizo con los transistores de contacto y una mejora de ellos llamados transistores de Juntura. Más tarde, hacia los años 70 los FET se volvieron famosos y son muy usados junto con los de junturas dependiendo de las aplicaciones.

Shockley abandono los laboratorios Bell en 1952 después de muchos conflictos con sus subalternos. Trato de crear algunas empresas y continúo su vida como profesor universitario.  En la vida pública fue un personaje también muy controvertido.

Shockley era acérrimo defensor de la Eugenesia y daba conferencias sobre la superioridad de las razas. Sostenía públicamente que el coeficiente intelectual de los Caucásicos sobre los Afrodescendientes se debía a diferencias genéticas. Que los negros al reproducirse mas disminuían su coeficiente intelectual.  Lógicamente el sostener estas ideas no lo hiceron una persona muy querida y receptor de fuertes críticas que opacaron su mérito como inventor del transistor.

 

A diferencia de Shockley, John Burdeen  se retiró de la Bell y continuo en el campo académico y de investigación sobre la física de los semiconductores por lo cual le entregaron un segundo premio Nobel de Física en 1972. Hay 5 personas que han ganado dos premios Nobeles pero Burdeen es el único que lo ha ganado en el mismo campo de física.

Walter Brattain, después que se retiró de la Bell se dedicó a negocios particulares.

La política abierta sobre el transistor de los Laboratorios Bell permitió en 1955 que una pequeña empresa japonesa comprara los derechos de producción de transistores y se dedicara a la fabricación y popularización de receptores de radio hechos con transistores.  El nombre de la compañía es SONY y su historia es bien conocida por su liderazgo en la producción de dispositivos de uso popular miniaturizados debido al uso de los transistores.

Fotografía del primer transistor. En la parte inferior hay un cristal de Germanio que actúa como la “base” del transistor. El pendiente en forma de triangulo tenia en sus caras cubiertas de laminas de oro aisladas entre si pero muy próximas. Las puntas del triangulo hace contacto con la superficie de la base. El experimento consiste en polarizar las dos caras del triangulo, el contacto con polaridad positiva se llamo “colector” y al otro “emisor”. La corriente que circula por este circuito resulto proporcional a la corriente que se se hacia circular entre emisor y base.  La corriente entre “emisor” – “colector” era el doble que la de emisor base por lo cual en dispositivo era un amplificador con ganancia de 2.  Una ganacia de 2 nos puede parecer ridículamente baja pero para este primer transistor significaba un exito.

 

Fotografia muy popular de los inventores del transistor. De izquierda a derecha John Burdeen, Willian Schockly y Walter Battain. Premio Nobel de física 1956.