Amplificador para Frecuencímetro

Este es un circuito de mucha utilidad para mi ya que muchas veces tengo que contar frecuencia o medir una señal que tiene un nivel de tensión muy bajo (en el orden de los mV) y se hace imposible medirlo con algunos instrumentos como frecuencímetro con microcontrolador donde el gpio soporta niveles TTL o bien en algunos multímetros que cuentan con frecuencímetro integrado tendremos el mismo problema ya que no suelen tener una sensibilidad muy buena.
Este circuito es un simple amplificador en base a los transistores 2N3904 que pueden ser cambiados por otros de mayor frecuencia como los BF... aunque con estos podemos medir hasta unos 200MHz sin problemas.
Este circuito al ter un amplificador con la necesidad de elevar señales del orden del mV, debe contar con una impedancia de entrada elevada para que al conectarlo a nuestro circuito a medir no le produzca una caída de tensión importante y no nos atenué o elimine la señal a medir.
Para lograr esto se ha realizado un amplificador multi-etapa donde la primera etapa en colector común posee una ganancia de al rededor del .9 esto quiere decir que no gana nada en realidad, de echo atenúa, pero esto en conjunto con la resistencia de 1M nos da una impedancia de entrada muy elevada.
Luego a la salida de este tenemos una etapa amplificadora acoplada con un capacitor que se basa en el simple amplificador clase A que posee sus dos resistencia de polarizacion que sitúan al punto Q del transistor en el centro de la recta de carga asegurándonos la máxima excursión simétrica sin recorte, tenemos la resistencia y capacitor de desacople de emisor que no debemos modificar ya que recortara la señal y en lugar de resistencia de colector tenemos choque inductivo que cumple dos funciones, la primera es ser una impedancia dinámica respecto a la frecuencia, es decir a medida que nosotros aumentamos la frecuencia el transistor disminuye la ganancia y nosotros la compensamos reduciendo reactancia, el caso contrario tenemos que aumentarla para que no se sature.
También al igual que una fuente DCDC tenemos un choque que esta oscilando a determinada frecuencia que tendrá por consiguiente una FCEM producida que nos dará un pico inverso de tensión algo mas elevado que la de fuente, por esta razón tendremos que poner una resistencia y un diodo zener para limitar a 5V la amplitud de salida y no quemar la entrada digital del frecuencímetro que utilizamos.
Los dos diodos que tenemos en la entrada son diodos en oposición para que se limite a 700mVpp la señal de entrada y nunca lleguemos a realizar una saturación del mismo.




Ondámetro de Absorción

El Ondámetro de Absorción, o también conocido como Grid Dip Meter, es un instrumento de medición que puede ser una simple versión sencilla o una versión comercial mas profesional, muy útil en el campo de RF.
Este instrumento es en esencia un oscilador libre que se utiliza para medir fuentes resonantes de forma no invasiva, es decir, sin la necesidad de conectar puntas de medición en el circuito a medir.
Esta particularidad nos ofrece un beneficio no menor, ya que muchas veces si queremos medir una frecuencia en un circuito de RF las mismas puntas del instrumento de medición suman su capacidad y resistencia interna al circuito de RF a medir y nos modifica el valor que tiene realmente el circuito.
La manera de utilización de este circuito es el siguiente, la bobina del ondámetro de absorción se acerca al circuito sintonizado a medir, luego se va ajustando la frecuencia de oscilador mediante el potenciómetro que controla los varicap hasta que se vea un movimiento en la aguja del micro-amperímetro, cuando la frecuencia del ondámetro de absorción sea igual a la del circuito sintonizado a medir, la aguja realizara una depresión notoria o "dip" (de ahí el nombre Dip Meter) y podremos saber que esa es la frecuencia del circuito resonante a medir.
Si conocemos el capacitor del circuito resonante a medir y la frecuencia a la que oscila, podremos saber la inductancia y si el caso es contrario podremos saber la capacidad.
Si el circuito que vamos a medir no se encuentra energizado (por ejemplo un circuito tanque LC sin estar conectado a nada) notaremos que la aguja se mueve a un nivel mayor.
Si el circuito no genera ningún movimiento en la aguja entonces quiere decir que el circuito sintonizado a medir esta fuera del rango del ondámetro, entonces tenemos que cambiar la bobina que pusimos en nuestro ondámetro por otra.
El Ondámetro de Absorción es en esencia un oscilador, en nuestro caso esta basado en el transistor JFET MPF102, pero podría implementarse otro, se ha elegido este JFET debido a su facilidad de funcionamiento en alta frecuencia y en su impedancia de entrada elevada.
El circuito funciona gracias al tanque LC donde L es la bobina con toma central y C esta conformado por dos diodos varicap y un potenciómetro, se ha elegido este capacitor variable ya que un capacitor variable del tipo comercial es costoso y difícil de conseguir.
En lugar de utilizar diodos varicap comerciales podremos aprovechar la propiedad capacitiva de los diodos rectificadores como el 1N4007 y aparte de que es mas sencillo de conseguir es de un costo menor.
Luego tenemos un microamperimetro acoplado a la fuente del transistor que nos medirá la corriente que atraviesa el mismo y cuando estemos realizando la medición la corriente bajara ya que se encuentra en resonancia con el circuito a medir y esa baja de corriente sera nuestro "dip" de ajuste.
El micro-amperímetro tiene un potenciometro en serie para graduar la sensibilidad del mismo.
En este circuito se utiliza también una salida para un frecuencímetro u osciloscipio para poder medir en tiempo real la frecuencia de oscilación, la nota sobre el frecuencímetro la encontraran en el siguiente link: http://electgpl.blogspot.com.ar/2017/03/amplificador-para-frecuencimetro.html

El Circuito:






Oscilador Controlado por Tensión (VCO) en base al MC1648

Se me ocurren un montón de aplicaciones para usar un circuito oscilador y sobre todo uno que nos permita funcionar en frecuencias altas, desde unos cientos de kHz hasta unos cientos de MHz, todo esto de una forma muy sencilla y con una estabilidad fuera de lo normal en estos circuitos.
Habitualmente se recurre a circuito como el colpitts, hartley, wein para hacer osciladores en base a circuitos tanque donde tenemos una bobina y un capacitor en paralelo que entran en resonancia.
En este caso el MC1648 posee en su interior toda la electrónica necesaria para que solo tengamos que poner una cantidad muy reducida de componentes en su exterior y así obtener una salida de frecuencia estable en base a un circuito tanque.
El MC1648 que presentamos es un circuito integrado viejo que se usa hace mucho tiempo pero existe una versión actualizada del mismo llamado MC100EL1648 o bien el MC12148 que este nos permite funcionar hasta 1.1GHz, lo cual ya nos esta expandiendo muchísimo las posibilidades de aplicaciones.
En nuestro caso hemos utilizado el viejo MC1648 ya que es mas sencillo de conseguir y hasta 150MHz que nos propone este monolítico, es una frecuencia que nos va a permitir "jugar" sin volvernos locos con engorros diseños de PCB y filtrado de parásitos de capacidades y demás.
Este circuito es un Oscilador, que podemos controlarlo tanto por un capacitor variable como por tensión, es decir utilizarlo como un VCO.
Para este ultimo solo necesitamos de un potenciometro y dos diodos varicap, aunque podemos aprovechar la propiedad capacitiva de un diodo rectificador conectado en inversa, pero esta sera de una capacidad del orden del nF, lo cual nos juega en contra para frecuencias del orden del MHz, pero nos va a venir bien para frecuencias del orden del kHz.
Si polarizamos los diodos varicap tendremos una variación de capacidad que sera función de la tensión de polarizacion (BIAS) de estos diodos, al tratarse de una tensión podríamos pensar en acoplar en esta una señal senoidal por ejemplo sonido, y así tendríamos un circuito que se puede modular en frecuencia.
Ahora sabemos que podemos modular en frecuencia (FM) y que este circuito funciona con facilidad en 100MHz, podríamos hacer un pequeño transmisor al cual después podemos agregar un booster lineal y aumentarle la potencia para obtener una mayor distancia de transmisión.

Aquí podremos ver el diagrama interno de bloques donde tenemos el circuito oscilador y una etapa de amplificación con control automático de ganancia (AGC), podremos ver también que la frecuencia máxima es de hasta 225MHz (no se asegura la estabilidad en esa frecuencia) y un alimentación de 5V máximo.
También tenemos que tener en cuenta los 50 Ohms de impedancia para la linea de transmisión.
Este es el circuito típico de aplicación donde podremos hacer oscilar a nuestro MC1648 a la frecuencia del tanque LC con la siguiente formula:

Donde ingresaremos los valores de Capacitancia e Inductancia y nos dará la frecuencia de resonancia del circuito tanque LC.

Aquí tenemos el análisis espectral para el ejemplo de circuito típico anterior donde sometemos el MC1648 a un tanque resonante en 100MHz.


Como mencionaba al principio de la nota, una aplicación muy sencilla para sintonizar nuestro circuito tanque es la utilización de diodos varicap y una tensión continua de polarizacion, esto hace que no necesitemos conseguir un capacitor variable que suelen ser caros y difíciles de encontrar (a menos que tengamos una vieja radio AM/FM para desarmar).
En este circuito podremos ver el circuito tanque constituido por la bobina L y los dos diodos varicap MV140, aunque podrían ser otros como los BB105, BB205, y si queremos un valor mayor de capacidad (menos frecuencia) y un costo menor, podremos implementar diodos rectificadores tipo 1N4007 o 1N4148.


Esta es la curva de respuesta para el circuito de la figura anterior con los valores de componentes establecidos en ese circuito, así se puede analizar la variación de frecuencia en función a la tensión y dando como resultado el VCO.


Aquí podremos ver una utilización muy común del VCO junto a un PLL para conformar un Sintetizador de frecuencias para un circuito de radio (transmisor o receptor) es una manera muy común, de echo es la que se utiliza en la actualidad para sintonizar estaciones de radio de forma segura y estable gracias al enganche de fase del PLL. Claro que el VCO lo tenemos análogo en este caso pero hay sintetizadores digitales con interfaz I2C o SPI que nos facilitan esta tarea, por ejemplo el LMX1602 entre otros.
Si les interesa el tema del PLL y su utilización como sintetizador de frecuencias les dejare la nota que habla sobre ello y un breve ejemplo en base al 4046.


Bueno ahora un poco del proyecto que estoy montando, ya que primero debería haber realizado la nota del Grid Dip Meter, para medir inductancias o circuitos resonantes sin contacto (muy útil en RF), se me ocurrió utilizar este MC1648 para medir la frecuencia de circuitos tanque LC.
Con la ayuda de un frecuencímetro podremos medir la salida de este MC1648 y utilizando un circuito tanque LC ya sea con trimmer o con varicap, podremos visualizar la frecuencia de operación del mismo.
Podremos saber que frecuencia tiene un tanque LC, como también una antena microstrip sintonizada o una linea de transmisión.
Para ello utilizaremos el MC1648 y dejaremos al aire las dos conexiones del tanque LC, donde ahí probaremos nuestros diferentes circuitos resonantes.
Se debe aclarar que lo ideal es utilizar las conexiones mas cortas posibles y sin conector de por medio para restar al mínimo las capacidades e impedancias parásitas de los mismos para tener una medición lo mas fiel posible.
Aquí les dejo un muy sencillo frecuencímetro con PIC al cual se puede aumentar el rango de medición con un prescaler externo.

El circuito en cuestión es el siguiente:

Este es el circuito mas simplificado donde podremos ver que tiene un mínimo de componentes y que los pines 10 y 12 están en un terminal que he utilizado como ptr500 pero la idea es no soldar le conector y soldar el tanque directamente para realizar la medición.
Luego tenemos dos capacitores de filtrado (recordemos máximo 5Vdc), un capacitor en el control automático de ganancia AGC que podría ser un circuito diferente y también podríamos variarlo desde afuera, pero para simplificar al máximo he puesto ese capacitor de 100nF.
Por ultimo tenemos la salida de frecuencia que tiene un capacitor de bloqueo de DC y una resistencia de 1k2, que es dato del datasheet para que la linea de transmisión tenga una impedancia de 50Ohms cuando le acoplamos un instrumento de medición como un osciloscopio o un frecuencímetro. Si se requiere mas potencia hay que agregar el acoplamiento adecuado mediante la impedancia de entrada de una etapa amplificadora que puede ser un simple clase A con un BJT.


Receptor de AM con control regenerativo y amplificador de audio


Este es otro circuito receptor de AM similar a los otros que ya tengo publicados pero en este caso tenemos un control regenerativo con un potenciómetro, este sirve para variar el valor de la realimentación de la salida del amplificador de RF hacia la entrada del mismo.

En este caso es un control regenerativo a medias ya que los controles regenerativos se suelen hacer en base a una pequeña bobina homologa a la bobina del circuito tanque principal, esta bobina principal sintoniza la estación de radio gracias a su circuito tanque con el capacitor en paralelo, luego ingresa al amplificador de RF y este amplificador nos entrega la señal deseada ya amplificada para seguir con el circuito, pero una pequeña parte de esta salida ya amplificada sirve para excitar otra pequeña bobina que se sitúa en el mismo núcleo donde estaba la bobina principal, haciendo que esta genere el campo magnético necesario para que sea captado por la bobina de sintonia y así ingrese nuevamente al amplificador de RF, de esta forma se realimenta la señal y se regenera.

El problema es que si la realimentación es positiva como en este caso, tendremos probabilidad de que el circuito se convierta en un oscilador y claramente no es lo que estamos buscando.
Por ello en mi circuito tenemos un potenciómetro de 50k, en el circuito original estoy usando una resistencia de 1k como realimentación, por ende si ponemos el fondo de escala del potenciómetro de 50k tendremos seguramente la oscilación que no queremos, pero esto es a modo educativo, por ello estoy usando este valor de potenciómetro, así podremos ver que es lo que pasa con la realimentaciónpositiva.

Luego de amplificar la señal que es captada por el amplificador de RF y la sintoniza con el tanque LC, enviaremos la señal mediante un desacople de continua a un amplificador de audio en base al LM386.