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Electrónica Completa
Curso en línea gratis de Electrónica Completa por el Ing. Alberto Picerno
Construcción de bobinas ajustables
¿Tan importante es el tema de las bobinas
ajustables? Si, y es muy importante que el reparador sepa como
construirlas ya que es uno de los componentes que producen la llamadas
reparaciones imposibles por falta de repuestos.
En efecto, si Ud. encuentra un dispositivo electrónico con un
transistor quemado, o con un circuito integrado dañado, o un resistor o
un capacitor en malas condiciones, va a una casa de electrónica y compra
el repuesto original o algún reemplazo del mismo, lo coloca, confirma
la falla, entrega y cobra. Pero si el componente dañado es una bobina o
un transformador de RF, por lo general no tiene posibilidades de comprar
el repuesto en los comercios especializados, porque no puede existir un
repuesto genérico tan especifico como el que Ud. necesita. Piense en
una bobina de antena como la que diseñamos en la entrega interior. Debe
tener una determinada cantidad de espiras en el primario otra en la
derivación de antena y otra en la derivación de base. Imposible, hay que
fabricarla específicamente y si forma parte de un dispositivo comercial
comprarla como repuesto en el servicio técnico oficial (si es que la
tienen, si es que tiene un precio aceptable y si es que la venden).
Por lo tanto, una vez más, el técnico de nuestras regiones de América
se debe disfrazar de ingeniero y de fabricante y encarar la
construcción del repuesto adecuado o la reparación del dañado. No se si
por España sucede algo parecido pero un estudio profundo de cómo
fabricar una bobina no le viene mal a ningún técnico.
Nosotros vamos a encarar aquí el tema de las bobinas sintonizables en
la gama de frecuencias que van de unos 200 KHz hasta uno 5 MHz. Es
decir que contempla las radios de AM con ondas cortas y vamos a tratar
tanto las bobinas de dos terminales como las bobinas con derivación y
lo transformadores de RF con bobinados secundarios. Dejamos ex profesor
de lado los transformadores de bajas frecuencia; por ejemplo los de
alimentación de 50 Hz porque de ellos existen repuestos genéricos y los
de audio porque su uso ya es obsoleto.
No son estas las únicas bobinas que existen en electrónica. Otro
material se fabrica específicamente para cubrir frecuencias de 4 MHz a
60 MHz y será tratado oportunamente. Dejamos de lado las bobinas con
núcleo de aire porque de ella tenemos ya experiencia y sabemos
calcularlas, para dedicarnos a las bobinas ajustables con núcleo de
ferrite.
¿Y los materiales para fabricar estas bobinas se consiguen por
unidad? No, lamentablemente no se consiguen y entonces el reparador debe
emplear su imaginación para transformar una bobina o transformador en
otro. Pero la imaginación es un subproducto del conocimiento y si no
conocemos los principio prácticos del diseño y la construcción de estos
diminutos componentes, no podemos encarar la modificación de uno para
adaptarlo a nuestro uso.
Sintéticamente vamos a tomar una bobina similar a la que
necesitamos, la vamos a desarmar, a desbobinar y vamos a utilizar el
material de base para construir las bobinas que requieren nuestro
proyecto.
Y vamos a documentar todo el proceso con claras fotografías de aproximación ya que un foto vale mas que mil palabras.
¿Y si no tengo ninguna bobina de desarme en mi taller? Aun hoy se
consiguen el juego de bobinas de una famosa radio llamada Spica. Su
valor es muy bajo y su tecnología es exactamente la que mostramos en
esta entrega.
Bobinas de baja frecuencia
Este personaje de nuestra historia se pueden observar en la
fotografía de la figura 16.2.1 vistas desde diferentes ángulos de
observación. Pero lo mas importante es su construcción interna.
Fig.1 Vistas de bobinas de baja frecuencia
Un inductor con núcleo de aire es simplemente un arreglo de espiras que no puedan ponerse en cortocircuito entre si.
Su inductancia por lo general es baja, salvo que la bobina sea enorme
debido a que el aire no tiene propiedades magnéticas. El flujo
magnético de una espira es probable que no llegue a las otras con toda
su intensidad y entonces el dispositivo pierde efectividad.
Existen materiales que concentran las líneas de campo magnético y
permiten construir bobinas mucho mas pequeñas, por ejemplo las mostradas
en la fotografía anterior tienen un perímetro de 10 x 10 mm y suplantan
a la bobina de núcleo de aire de nuestro primer receptor.
Los materiales utilizados son derivados del hierro llamados ferrites que
son una combinación de hierro u óxidos de hierro y cerámicas o resinas
epoxis que le confieren su forma. Como sea su permeabilidad magnética
puede ser miles de veces mayor que el aire (o el vacío que tiene el
mismo valor).
En la figura 2 se puede observar una bobina de baja frecuencia
desarmada en explosión en donde se observan 5 piezas sin incluir el
bobinado y el capacitor de sintonía. En efecto el transformador posee un
lugar para colocar un capacitor de mica/plata de gran precisión y muy
pequeña variación con la temperatura. Este capacitor sufre un elevado
stress térmico durante la soldadura por inmersión de las bobinas de
producción lo que con el tiempo produce corrosión y cortocircuito del
capacitor. La solución es desoldar la bobina y romper el capacitor con
un destornillador de relojero cambiándolo posteriormente por un
capacitor cerámico NPO.
Fig.2 Despiece de una bobina de baja frecuencia
La base es la sección que permite que la bobina se comunique con el
circuito por la soldadura de sus patas. La mayoría de las bases son de 5
patas para que no exista la posibilidad de un error de posición al
montarlas en la plaqueta. El primario se suele construir del lado de 3
patas y el secundario del lado de dos patas.
En la infografía se observa que el carretel de ferrite se debe
colocar sobre la base pegado con un adhesivo permanente, un adhesivo
térmico o para nuestro caso en donde posiblemente tengamos que desarmar
la bobina varias veces, con cera de una vela.
En una producción normal el carretel se pega ya bobinado, en nuestro
caso se lo pega virgen y luego se toma la bobina por la base para
bobinarlo. Sobre el carretel bobinado se coloca el blindaje metálico que
en su interior tiene colocado la guía roscada y la cazoleta.
Como ya explicáramos no existe la posibilidad de comprar material por
unidad; por lo tanto vamos a explicar como se desarma una bobina. En
principio observe que la traba del blindaje se encuentra sobre las patas
del mismo. Vuelque la patas del blindaje hacia fuera como indica la
fotografía de la figura 3.
Fig.3 Preparación para el desarme de una bobina de baja frecuencia
- Ahora suba la tapa cazoleta desenroscándola y observará que luego de
hacer tope en la parte superior del blindaje comenzará a sacar la base
de adentro del blindaje. Sigua desatornillando y tendrá la bobina
desarmada y el carretel bobinado con la bobina de desarme.
- Estudie los bobinados porque debe encontrar el alambre de salida
para proceder al desbobinado del carretel. Uno de los instrumentos
ópticos que mas utiliza un reparador, es una lupa compuesta generalmente
tomada de un camcorder viejo de esos con un pequeño tubo de rayos
catódicos como visor. Y debe tener una mesa con iluminación cenital de
tubos fluorescentes e iluminación dirigida con una lámpara de larga vida
de buena potencia. Para esto es muy útil un iluminador para tablero de
dibujo con brazo articulado.
- Tome el alambre de salida; córtelo a ras de la pata y tire del
alambre hasta desbobinar toda esa sección de bobina. Luego busque el
alambre siguiente etc. etc. etc. Luego de vaciar el carretel saque el
resto de alambre de las patas con un soldador de 30W.
- Cuando tenga el carretel vacío ya puede armar una de las dos bobinas
que necesitamos; pero antes debemos terminar de calcularlas ya que
conocemos la inductancia del primario y la relación de espiras en la
derivación y en el secundario pero no sabemos cuantas espiras debe tener
el total del primario.
Cálculo del número de espiras
La permeabilidad de un núcleo es ferrite varía de acuerdo al
fabricante y al modelo del mismo. En nuestro caso si recuperamos una
bobina no tenemos ninguna posibilidad de conocer el correspondiente
parámetro. Solo podemos trabajar en forma aproximada con un dato medio y
luego modificar el proyecto de acuerdo al resultado práctico.
Para realizar este trabajo con precisión se debe utilizar un
instrumento electrónico llamado Qmetro que nos permite medir la bobina
haciéndola resonar con un capacitor variable interno al instrumento
ajustado a la capacidad de nuestro tánden.
El modo de trabajar es el siguiente. Se toma el carretel y se bobinan
por ejemplo 50 espiras. Se arma la bobina y se mide la inductancia con
la cazoleta cerrando el circuito magnético (hacia abajo) y luego
totalmente con el circuito magnético abierto (hacia arriba). En nuestro
caso los valores medidos fueron 40 uHy y 62 uHy lo que significa que
debemos hacer los cálculos con el valor promedio de 51 uHy o
aproximadamente 50 uHy.
Ahora podemos calcular la cantidad de espiras necesarias para obtener
el valor calculado en la entrega anterior que era de 200 uHy. Comparado
el valor obtenido para 50 espiras con el necesario podemos vemos que es
exactamente cuatro veces mayor. Pero la inductancia varía con el
cuadrado del número de vueltas es decir que se deben bobinar 2 veces la
cantidad utilizada en la muestra de 50 espiras es decir 100 espiras.
Para el que desee realizar el calculo matemáticamente le indicamos que
la formula a utilizar es
L2/L1 = (N2/N1)2 = n2
en donde L1 es la inductancia para 50 espiras y L2 la inductancia incógnita. Esto significa que:
n =√L2/L1 = √4 = 2
Así obtenemos el valor mas importante que es la cantidad de vueltas
del primario como de 100 espiras. También de la entrega anterior
obtenemos la derivación de antena que era de 2% y la derivación de base
que era del 4%. En nuestro caso las cuentas son redondas se requieren 2
espiras para la antena y 4 para la base pero en muchos casos el número
no es entero y debe elegirse la pata de comienzo y la de derivación para
realizar una aproximación mayor.
El primario de la bobina de colector es idéntico al de antena porque
tienen el mismo capacitor de sintonía y el secundario elegido para la
simulación fue de 10% de las espiras totales es decir 10 espiras.
En la figura 4 se puede observar un resumen de las bobinas con la cantidad de espiras en cada bobinado.
Fig.4 Resumen de la cantidad de espiras de las bobinas T1 y T2
Le aconsejamos al lector, que no pueda realizar la medición de la
bobina de 50 espiras, que tome los valores indicados, arme el receptor
con las núcleos ajustados en la mitad del recorrido. Sintonice una
emisora cercana a la mitad de recorrido del tandem y reajuste el núcleo
de T2 a máxima señal. Luego analice las emisoras que ingresan para
determinar si la banda es la correcta o si faltan emisoras de las
frecuencias mas bajas (aumentar el numero de vueltas) o de las
frecuencias mas altas (reducir el numero de vueltas).
Fabricación de las bobinas
Lo primero es conseguir el alambre esmaltado. Todas estas bobinas se
construyen con alambre de cobre de 0,10 mm de diámetro, esmaltado
sintético soldable, que no necesita una limpieza del esmalte previo a la
soldadura.
Siempre se comienza con el bobinado secundario sobre el carretel para
asegurar un mejor acoplamiento entre bobinados. Y Luego el terminal de
masa del primario para que opere como pantalla de masa entre los dos
bobinados.
La bobina T1 se comienza a bobinar entonces por la pata 5 donde se
ancla el comienzo del alambre con una 10 vueltas aproximadamente. Luego
se enrosca en el núcleo tomando la bobina por la base con dos dedos, se
bobinan 4 espiras y se saca el alambre enganchándolo con otras 10
vueltas sobre la pata 4.
Fig.5 Secuencia de fotos del bobinado de T1
Ahora se vuelve a tomar el alambre y se ancla sobre la pata 1 (masa)
se bobinan dos espiras y se saca una derivación en la pata 2 sin cortar
el alambre, luego se bobinan las 98 espiras restantes terminando en la
pata 3.
Antes de soldar el alambre a las patas se deben acomodar las salidas
del carretel para que cuando baje la cazoleta no corte los terminales.
Para eso se dieron 10 vueltas en cada pata, lo que permite tener
material de sobra para acomodar el alambre, retirándolo de las mismas.
Suelde con un soldador de 30W y una punta bien limpia con soldadura
63/37 de Sn/Pb. Enderece el blindaje con una pinza de punta y arme la
bobina. Pruebe con el óhmetro la existencia de continuidad entre las
patas 1, 2 y 3. Luego pruebe la continuidad entre las patas 4 y 5. Por
ultimo verifique que el primario y el secundario estén aislados entre
si.
Para fabricar T2 se sigue un procedimiento similar con la única
diferencia que el secundario que se bobina primero tiene 10 espiras y
que el primario no tiene derivación hacia la pata 2. Realice la misma
prueba con el óhmetro.
Construcción del receptor
En algún momento vamos a aprender a diseñar circuitos impresos con el
laboratorio virtual LW que es uno de los mas simples de usar. Pero en
esta entrega vamos a utilizar una plaqueta universal con forma de matriz
de perforaciones con islas tal como se puede observar en la fotografía
de la figura 6.
Fig.6 Fotografía de una plaqueta universal
Sobre esta plaqueta es muy fácil armar nuestro receptor de radio de
un solo transistor; de modo que se observen claramente todos los
componentes involucrados. Las perforaciones están adaptadas a las patas
de las bobinas por lo cual lo mas aconsejable es comenzar colocando las
dos bobinas y el capacitor variable en tandem. Posteriormente se debe
colocar el transistor y por último los capacitores y resistores. Esta
secuencia de armado no es la que se utiliza normalmente con las
plaquetas diseñadas a medida, en donde se comienza a armar colocando los
componentes mas pequeños primero. Si lo hacemos al revés es porque
estamos diseñando el circuito impreso a medida que lo vamos armando.
Por lo general se colocan los componentes analizando el cruce de las
conexiones y luego se unen los cuadraditos utilizando un fino alambre de
cobre estañado soldado sobre cada cuadradito que atraviesa. Si en algún
lugar se produce un cruce el mismo se realiza usando un puente de
alambre del lado de los materiales.
El tandem puede montarse sobre la misma plaqueta o colocarse fuera de la misma con conexiones cortas.
Tenga en cuenta al diseñar un circuito impreso que dentro de lo
posible es siempre mejor realizar una plaqueta alargada (2 x 1 puede ser
un valor adecuado) y que es conveniente llevar una línea de masa en el
borde inferior y otra de fuente en el superior. Luego se debe tratar de
tener el ingreso de señal por una punta de la plaqueta y la salida por
la otra para evitar acoplamientos espúreos de entrada salida.
Prueba y ajuste de la radio
Es muy común que durante el armado de un dispositivo se cometan
errores. Por eso no tiene mayor sentido armar circuitos de los cuales se
desconoce su funcionamiento. En nuestro caso el simulador EWB no
ayudará enormemente en la tarea de arrancar nuestro receptor. Si nuestra
radio funciona inmediatamente escucharemos las emisoras mas potentes
por el parlante en cuanto conectemos la batería y sintonicemos con el
tandem.
Verificación de los valores de los resistores y tensiones continuas
Si no escucha nada deberá proceder a verificar el funcionamiento. Lo
primero es siempre una verificación visual componente por componente
prestando la mayor atención a los valores de los resistores (si tiene
dudas verifíquelos con el óhmetro del tester digital sin desconectarlos
del circuito) y recién después proceda a medir las tensiones continuas.
Para conocer las corrientes y las tensiones de nuestro circuito lo
mejor es recurrir a la sonda medidora del EWB conectada en lugares muy
bien seleccionados para detectar componentes dañados o errores de
armado.
Fig.7 Tensiones y corriente continuas
Lo primero que debemos medir es la tensión sobre el capacitor C3.
Recuerde siempre que en un circuito analógico tal como un amplificador
la tensión continua entre la base y el emisor es siempre de
aproximadamente 650 mV que corresponde con una barrera de silicio en
directa. En nuestro caso como el emisor esta conectado a masa la tensión
en la base del transistor es directamente la tensión entre la base y el
emisor. Y como el bobinado secundario de T1 es prácticamente un
cortocircuito para la CC; la tensión sobre C3 debe tener el mismo valor
que en la base. Observamos que la sonda indica un valor de 693 mV. Los
otros valores indicados no son importantes porque o son iguales al
medido o están midiendo el ruido del circuito como por ejemplo Vp-p de
165 pV (picovolt).
Si esta tensión es de 9V el transistor tiene la base abierta y si es
de 0V tiene un cortocircuito entre la base y el emisor. La sonda también
indica valores de corriente; en este caso de 25,2 uA que podría ser un
parámetro interesante de medir pero que requiere abrir el circuito de
base.
La sonda de colector nos indica 9V con respecto a masa debido a que el
colector está indicando directamente la tensión de batería. Esta
medición no es muy significativa porque su valor sería el mismo aun con
el transistor abierto en la juntura de colector. En este caso es
imprescindible levantar el colector del circuito impreso y medir la
corriente de colector si se desea conocer el estado del transistor.
Por ultimo tenemos la sonda de la prepolarización. Ud. podría suponer
que aun sin prepolarización el diodo detector D1 funciona igual y puede
ser cierto pero solo si está cerca de una emisora y solo se podría
sintonizar dicha emisora. La prepolarización reduce la distorsión de las
emisoras potentes pero ayuda a recibir las mas lejanas que de otro modo
quedan enmascaradas debajo de la barrera del diodo.
La tensión sobre C8 es la barrera del diodo y si se mide en el ánodo del mismo se encontrará el mismo valor de tensión.
Verificación de fallas de capacitores
La falla de un capacitor es mas difícil de encontrar.
- Si un capacitor se pone en cortocircuito afectará la tensión presente sobre él.
- Pero los capacitores no electrolíticos suelen tener un escaso
historial de fallas y cuando fallan por lo general se abren. En ese caso
el circuito quedará afectado en la ganancia, pero seguirá funcionando
por lo menos con emisoras muy potentes.
Para encontrar un capacitor abierto simplemente conecte otro en
paralelo con el sospechoso, si el circuito comienza a funcionar el
capacitor está abierto o desvalorizado.
El capacitor variable también puede ponerse en cortocircuito pero si
es la sección de colector pondría la fuente en cortocircuito y
seguramente lo observaríamos de inmediato. Pero es muy difícil que el
capacitor variable se ponga en corto en todo su recorrido, así que debe
moverlo y si escucha chasquidos muy fuertes entonces desconéctelo y
mídalo con el óhmetro. La sección de antena del tandem es algo mas
difícil de detectar porque sobre ella no hay CC pero al girarla también
se producirán chasquidos muy fuertes.
Si el receptor funciona seguramente lo hará con poca sensibilidad, debido a que aun no esta ajustado.
- Sintonice la primer emisora de la banda de su lugar de residencia
recordando que las ondas medias pueden tener un alcance de varios miles
de Km.
- Escuche cuando emitan su característica y su frecuencia (es
obligatorio que lo hagan por lo menos una ves por hora) y si esta muy
dentro de la banda apriete la cazoleta de ambas bobinas y vuelva a
sintonizarla hasta que caiga aproximadamente en el lugar correcto.
- Si la primer emisora sintonizada es en realidad la segunda, tercera,
etc significa que debe aflojar las cazoletas de las bobinas y volver a
sintonizar.
- Cuando la emisora cae en el lugar correcto debe ajustar la bobina T2 y resintonizar, hasta que la señal sea la máxima.
- Ahora se debe ajustar la parte alta de la banda.
- Sintonice la emisora mas alta de su zona. Si esta muy dentro de la
banda llévela al lugar correcto reduciendo el valor de ajuste de los
trimers. Si se encuentra fuera de banda aumente el valor de los trimers.
- Cuando la emisora ya esté en posición debe dejar de ajustar el trimer de T1 y reajustar el trimer de T2 a máxima sensibilidad.
Este ajuste es iterativo. Luego de volver ajustar la parte baja de la
banda debe ajustar nuevamente la parte alta hasta que no sea necesario
ajustar mas las cazoletas o los trimers, dando así por terminada la
prueba y el ajuste.
Conclusiones
Así terminamos de presentar el primer proyecto de una radio de un
transistor. No es un dispositivo de grandes prestaciones pero la idea es
que el alumno vaya analizando circuitos cada ves mas complicados y
tenga oportunidad de realizar practicas cada ves mas completas. Por
ejemplo en esta entrega no le brindamos el diseño del circuito impreso
aunque le damos indicaciones sobre su diseño sobre una plaqueta
universal. Inclusive no le indicamos como están dispuestas las patas del
transistor porque pretendemos que lo busque en Internet o lo encuentre
en algún manual.
En la entrega próxima vamos a comenzar a estudiar el receptor de
radio de AM del tipo superheterodino que es la base de todos los
dispositivos modernos de recepción. Un TV (a TRC, LCD o Plasma), un
centro musical un sintonizador de radio, un receptor de radioaficionado,
un teléfono celular; todos tienen un receptor superheterodino en su
interior y Ud. debe saber el porque de su casi universalidad y conocer
al detalle sus etapas una a una que son casi un resumen de la
electrónica analógica moderna.
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