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7/21/2019 Radio_FM

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Componentes Electrónicos y Medidas Proyecto Final: Radio de FM.

Con la colaboración de D. David Henarejos Navarro

PROYECTO FINAL DE COMPONENTES ELECTRÓNICOS Y MEDIDAS

Radio de FM

Las prácticas que hemos realizado a lo largo del curso de Componentes Electrónicos y

Medidas han consistido esencialmente en dos tipos de tareas. Por un lado, la caracterización

eléctrica de componentes básicos de semiconductor, tales como el diodo, el transistor bipolar

y el transistor de eecto campo. !e este tipo han sido las medidas que hemos realizado de

caracter"sticas #$% de diodos, transistores y otros componentes. Por otra parte, hemos

construido circuitos básicos con componentes discretos &es decir, componentes separados, en

contraposición a circuitos integrados abricados enteramente sobre un mismo chip desemiconductor' y hemos caracterizado su comportamiento en continua y en unción de la

recuencia. Como e(emplo de este tipo de prácticas hemos construido rectiicadores, iltros, un

detector de en)ol)ente, un ampliicador con transistor, un adaptador de impedancias &con un

seguidor de emisor', el ampliicador dierencial, circuitos de conmutación, etc...

En este proyecto inal se propone la realización de una aplicación práctica* una radio

de recuencia modulada &+M'. El ob(eti)o es amiliarizarse con el monta(e sobre placas de

circuito impreso, que es donde realmente se realizan los circuitos una )ez que han sido probados. Las placas para monta(e mediante inserción como las que ha )enido utilizando

durante el curso sólo se utilizan para probar prototipos o partes de un circuito antes de realizar

el monta(e de )erdad sobre una placa de circuito impreso. enga en cuenta también que las

capacidades parásitas e-istentes entre las ilas de las placas de prueba pueden alterar

signiicati)amente el uncionamiento de un circuito que sea muy sensible a pequeas

capacidades. Por e(emplo, es muy probable que esta radio de recuencia modulada que )amos

a realizar no uncionara si la montamos sobre una de estas placas. Por ello es necesario y

con)eniente que nos amiliaricemos con el proceso de abricación sobre placas de circuito

impreso.

/ continuación describimos bre)emente el circuito que tiene que montar soldando los

componentes sobre la placa de circuito impreso. El dibu(o del circuito sobre la placa, es decir,

la deinición de las pistas de metal &cobre' para unir los componentes entre s", se realiza

mediante un proceso de re)elado durante el cual se transiere el dibu(o que se ha creado

mediante un programa de diseo a una placa de cobre con un recubrimiento otosensible. Este

proceso requiere )arios pasos con productos qu"micos que sólo se pueden hacer en un

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laboratorio con)enientemente acondicionado para este in. En esta práctica, lo normal será

que le entreguemos la placa con el dibu(o del circuito ya realizado, pero si preiere hacerlo

usted mismo puede encontrar una bre)e descripción del proceso en el ane-o.

La igura de la página siguiente muestra el circuito que )amos a realizar. Como puede

apreciar, el circuito tiene dos etapas, cada una de las cuales consta de un circuito integrado y

di)ersos componentes &condensadores, resistencias, inductancias' que permiten al integrado

realizar su unción. La primera etapa es un demodulador de +M basado en el integrado

!/1233, mientras que la segunda es un ampliicador de audio &ba(a recuencia' basado en el

LM435. El !/1233 es un circuito integrado muy utilizado cuando se pretende realizar una

demodulación de +M con un m"nimo de componentes. / lo largo de este guión

proporcionamos una bre)e descripción del proceso de demodulación de +M que realiza este

integrado. ambién puede consultar sus ho(as de caracter"sticas en #nternet o en el directorio

que contiene el material de la asignatura. La seal de audio, ya demodulada, que se obtiene en

la patilla 6 del 1233 la dirigimos hacia la entrada del LM435, un ampliicador de audio que

necesita un n7mero muy reducido de componentes au-iliares &unos pocos condensadores'

para i(ar su ganancia y iltrar el ruido.

En el caso de la etapa de ampliicación de ba(a recuencia &audio', la unción de los

componentes es sencilla de describir. El condensador C02 (unto con la resistencia del

potenciómetro 89 orma un iltro paso$alta para eliminar el ruido de ba(a recuencia. El

potenciómetro en s" mismo es un control de )olumen* de(a pasar toda la seal que sale del

1233 o sólo una parte. La resistencia 8: (unto con el condensador C64 orman un iltro paso$

ba(a para eliminar el ruido de alta recuencia a la entrada del 435. ;ste 7ltimo es

esencialmente un ampliicador en coniguración dierencial con una realimentación integrada

&)éanse sus ho(as de caracter"sticas'. La resistencia de realimentación es accesible entre los

pines 0 y 3 para controlar la ganancia. Por e(emplo, en nuestro caso, el condensador entre

estos dos pines puentea la resistencia de realimentación y ele)a la ganancia a 622 &:5 d<'. Elcondensador a la salida del ampliicador &pin 9' es un condensador de bloqueo para eliminar

la componente de continua a la entrada del alta)oz, mientras que el condensador en paralelo

con el alta)oz iltra ruido de alta recuencia. +inalmente, el condensador de 022 µ+ conectado

a la alimentación tiene como ob(eti)o estabilizar ésta rente al ruido u otras luctuaciones de la

misma. Para la alimentación de 5 % utilizaremos : pilas de 0.9 %, de modo que nuestra radio

sea portátil. =o ol)ide traer estas pilas para poder escuchar la radio uncionando.

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+ i g u

r a 0 .

E s q u e m a d e l a r a d i o d e + M .

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El signiicado de los componentes que rodean al 1233 requiere en algunos casos

conocer un poco sobre el proceso de demodulación de +M, que )amos a ir describiendo de

manera sencilla a continuación. Para empezar, el 1233 requiere una alimentación inerior al

435, por lo cual utilizamos un zener en serie con una resistencia para reducir la alimentación

de los 5 % a los 4.4 % del zener. Los condensadores C60 y C65 en paralelo con el zener tienen

como unción reducir las oscilaciones de la tensión &es decir, eliminar el ruido de la

alimentación'* el de 662 µ+ para el ruido de ba(a recuencia y el de 022 n+ para el ruido de

alta recuencia. La alimentación de 4.4 % )a al pin : directamente, y a otros pines a tra)és de

condensadores. El pin 0 act7a sobre un circuito silenciador que suprime la salida cuando no

hay ninguna emisora sintonizada &o ésta es muy débil'. El pin 6 es la salida de la seal

demodulada. El pin 4 act7a sobre un iltro interno de la seal de audio. El pin 0: es la tierra,

mientras que el 09 y el 05 están relacionados con un circuito de sintonización automática que

)a buscando la recuencia de las emisoras hasta que encuentra una. En nuestro caso no

estamos utilizando esta posibilidad, por lo que ponemos el pin 05 a tierra y el 09 a tra)és de

un condensador a la alimentación.

La seal de radiorecuencia &la seal modulada procedente de las emisoras' entra por

los pines 00 y 06 desde la antena &en nuestro caso, un simple trozo de cable' pasando por un

circuito resonante ormado por bobinas y condensadores. Este circuito oscilante tiene un

amplio ancho de banda correspondiente a la región de ondas ultra$cortas &>?@* ultra short

Aa)elength', que se e-tiende desde 33 MBz hasta 023 MBz, y es la utilizada por las emisoras

de +M. odas las recuencias uera de esta región son iltradas. La posterior selección de la

recuencia de una emisora dentro de este rango y su demodulación se basan en el concepto de

detector superheterodino. Este tipo de detectores cuenta con un oscilador local que genera una

seal de recuencia muy pró-ima a la de la emisora que se quiere detectar, concretamente en

el caso del 1233 a una recuencia 12 Bz por deba(o de la recuencia deseada. Mediante un

circuito mezclador se realiza el producto de la seal generada por el oscilador local &cuya

recuencia llamaremos ωL' y la seal de radiorecuencia &de recuencia ω8 '. El producto de

dos senos o cosenos da como resultado la suma de dos seales cuyas recuencias son la suma

y la resta de las recuencias multiplicadas*

t t t t L R L R L R 'cos&6

0'cos&

6

0coscos ω ω ω ω ω ω −++= &0'

La recuencia suma es rechazada mientras que la recuencia resta, en nuestro caso 12Bz es ampliicada. Esta recuencia se conoce como recuencia intermedia. El resto de

:

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recuencias son iltradas. =ótese que el detector superheterodino lo que hace esencialmente es

transormar la recuencia de la emisora seleccionada a la recuencia intermedia de 12 Bz. La

selección de la emisora se realiza )ariando la recuencia de oscilación del oscilador local,

puesto que sólo la recuencia situada 12 Bz por encima de ωL pasará a tra)és del iltro y elampliicador situados a continuación del mezclador &o dicho de otro modo, sólo la recuencia

ω8 DωL12 Bz será transormada en la recuencia intermedia de 12 Bz que pasa a tra)és de

dichos iltros'. En nuestro caso, la recuencia del oscilador local se i(a mediante los

condensadores y la inductancia situados en el pin 9. %ariando el condensador C%0

controlamos ωL y realizamos la sintonización. Los pines 5, 1, 3, F, y 02 están todos

relacionados con el procesamiento de la seal de recuencia intermedia &iltrado y

ampliicación' y están conectados a condensadores que i(an los )alores de las recuencias decorte, ganancias, etc... correspondientes a esta etapa.

ras el ampliicador de la recuencia intermedia sigue el demodulador de +M. ;ste es

un circuito cuya amplitud de seal de salida &su ganancia' depende de la recuencia. !e este

modo, la seal modulada en recuencia se transorma en una seal modulada en amplitud y se

puede recuperar la seal de audio de ba(a recuencia por el procedimiento que ya conoce

&mediante el detector de en)ol)ente'.

>na )ez e-plicado el uncionamiento del circuito, pasamos a describir bre)emente el

procedimiento que debemos seguir para montar los componentes sobre la placa de circuito

impreso. La igura de la página siguiente muestra el dibu(o de las metalizaciones en la placa

que utilizaremos. La parte de la izquierda corresponde al 1233 y sus componentes au-iliares,

mientras que a la derecha se sit7a el ampliicador 435. odos los componentes se insertarán a

tra)és los agu(eros desde la parte de atrás de la placa, es decir, por el lado opuesto al dibu(o

del circuito. La 7nica e-cepción es el integrado 1233, ya que tiene un tipo de encapsulado

especial llamado ?M! o de monta(e supericial que requiere ser soldado sobre las mismas

pistas de metalización. Para la soldadura ?M! se necesita un tipo de soldador especial, por lo

que este integrado se les entregará ya soldado sobre la placa.

Para soldar un componente siga el siguiente procedimiento. #nsértelo como se ha

descrito desde el lado opuesto a las pistas de cobre hasta que apoye o quede situado muy

pró-imo a la supericie de la placa. Las patillas del componente sobresaldrán entonces por el

lado de las metalizaciones. Por este lado acerque el soldador a la patilla del componente hasta

que apoye sobre ésta y la pista o pad a la que se )a a soldar. Esto calentará el metal hasta la

temperatura de undición del estao. Entonces acerque el hilo de estao hasta el punto donde

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+ i g u

r a 6 .

P l a c a d e c i r c u i t o i m p r e s o p a r a l a r a d i o d e + M .

/mpliicadorLM435

?alida de alta)oces

Entrada dealimentación de 5 %

#nterruptor paraconectar o desconectarla alimentación de 5 %

al ampliicador y aldemodulador

ierra

Bueco para elcondensador)ariable desintonización,que )a conectadoa los pads*

Pad donde irásoldada la antena

#nductor L4

/qu" irá soldado el integrado 1233con monta(e supericial &?M!'

Cone-ión de la salida de la etapademoduladora hacia la etapa ampliicadora

Potenciómetro decontrol de )olumen

P a t i l l a 0 d e l 1 2 3 3

Gona para montarel circuito conzener y reducir latensión de 5 a 4.4 %

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se tocan la patilla del componente y la pista o pad de metalización. =o es necesario que el hilo

de estao toque directamente la punta del soldador. La temperatura de la patilla undirá el

estao y se ormará una gota alrededor de ésta y sobre el pad . Entonces retire el hilo de estao

y el soldador. #nmediatamente la gota solidiicará, quedando la patilla soldada al pad . La

soldadura ha sido buena si tiene orma de gota y apoya sobre la pista de metalización, sin

tocar a pistas adyacentes a las que no deba ir unida &de lo contrario, estaremos ormando

cortocircuitos'. En caso de que haya quedado estao solidiicado sobre la punta del soldador,

l"mpielo pasándolo sobre la almohadilla de la que dispone el soporte &estas almohadillas

deben mantenerse ligeramente humedecidas mo(ándolas con unas gotas de agua'. /l inal de

la práctica, cerciórese de que su soldador ha quedado limpio y en perecto estado.

Para la realización de las inductancias L0, L6 y L4 abricaremos unas bobinas de hilo

de cobre que debe realizar usted mismo. Para ello enrolle dicho hilo entorno a un cilindro de

unos 6 mm con el in de darle orma de bobina. Como soporte puede utilizar una broca o el

palo de un destornillador que tenga apro-imadamente 6 mm de diámetro. El n7mero de

espiras para conseguir la inductancia deseada es apro-imadamente el siguiente* para la

inductancia L4 conectada a la antena, 6: espiras di)ididas en 6 tramos con una pequea

separación entre ellosH y para la inductancia L0 situada entre los pines 00 y 06, y para el

inductor L6 del circuito oscilador local, entre 5 y 1 espiras cada uno. =ótese que estas

inductancias son muy pequeas y no se podrán medir con el medidor LC8. /l soldarlas sobre

la placa, recuerde que el hilo de cobre lle)a un recubrimiento aislante que será necesario

eliminar de los e-tremos que se )an a soldar. Con este in utilice p. e(. papel de li(a.

En la igura 6 se ha sealado la posición de di)ersos elementos del circuito. Por

e(emplo, podemos )er el pad donde irá soldada la antena &para la cual utilizaremos

simplemente un cable semi$r"gido, cuanto más largo me(or para captar más seal'. En la

salida de alta)oces y la entrada de alimentación podemos soldar unos conectores llamados

regletas de dos tomas que nos permiten unir estos terminales con los correspondientes cablesmediante tornillos, permitiendo as" cambiar ácilmente el alta)oz o la uente de alimentación.

Con)iene respetar la polaridad indicada en los conectores del alta)oz &uniendo el negati)o con

la tierra del circuito y el positi)o con los condensadores de salida del ampliicador'. Para la

alimentación disponemos de unos portapilas para : pilas de 0.9 %, a cuyos terminales deberá

soldar cables para lle)ar la tensión al circuito &el terminal negati)o a la tierra y el positi)o al

pad que )a unido al interruptor'.

El integrado 435 debe soldarlo como el resto de los componentes, introduciéndolo por el lado opuesto a las metalizaciones y haciendo coincidir la patilla 0 con la marca sealada en

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el dibu(o del circuito de la igura 6. Los componentes au-iliares que necesita el 435 se han

incluido en dicha igura, por lo que le será ácil identiicar cuál es cada uno, comparando con

el esquema de la igura 0. Como ya se ha comentado, el integrado 1233 se entregará ya

soldado a la placa por el lado de las metalizaciones. Ello signiica que la pista que transcurre

por deba(o de él &sealada por la lecha en la igura 6' no será )isible. Lo primero que debe

hacer es identiicar la numeración de las patillas &en la igura se ha marcado la posición de la

n7mero 0', y a partir de ah" deberá ir soldando los componentes au-iliares de acuerdo con el

esquema de la igura 0 y utilizando las pistas de metalización y los oriicios de inserción de

los que dispone la placa &nota* no todos los oriicios para inserción de componentes serán

utilizados'. La cone-ión entre la salida de la etapa de demodulación con la etapa de

ampliicación debe realizarla soldando un cable &p. e(. un cable semi$r"gido como el utilizado

para la antena' entre los puntos unidos en la igura 6 por el trazo grueso de dierente color.

>na )ez que hayamos montado todos los componentes podemos probar nuestra radio.

?i todo ha ido bien, deben o"rse la mayor parte de las emisoras del espectro de +M, )ariando

la capacidad del condensador de sinton"a C%0. ?i por alguna razón nos encontramos

demasiado desplazados hacia uno de los e-tremos del espectro, podemos intentar centrar el

rango de sintonización )ariando la capacidad de este condensador mediante pequeos

condensadores &como el C06' en serie o en paralelo. La calidad del sonido deberá ser buena,

ya que como se ha comentado anteriormente el 1233 dispone de una etapa que suprime la

salida cuando no hay ninguna emisora sintonizada o ésta es muy débil. Para dar más

proundidad y resonancia al sonido puede intentar abricar una ca(a de resonancia para el

alta)oz, p. e(. con una ca(a de plástico. En caso de problemas con el circuito, debemos

comprobar los ni)eles de tensión de alimentación y de continua en di)ersos puntos. Por

e(emplo, en las ho(as de caracter"sticas del 1233 puede encontrar cuáles deben ser los ni)eles

de continua en todos los pines del integrado. En particular, aseg7rese que el ni)el de tensión

de alimentación en el pin : ha sido reducido correctamente a 4.4 % mediante el zener. ?i el problema estu)iera en el ampliicador, éste puede ser comprobado por separado

desconectándolo de la salida del 1233 y probándolo con cualquier otra uente de audio &un

MP4, una salida de auriculares de un ordenador o de una radio, etc...'.

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ANEXO:

Breve descripción de la fabricación de la placa de circuito impreso

El punto de partida es el dibu(o del circuito, como el que se muestra en la igura 6, que

podemos realizar p. e(. con I8C/!. Este dibu(o lo imprimimos sobre un papel transparente

que actuará como máscara durante el proceso. El ob(eti)o es trasladar este dibu(o sobre el

cobre con el que se encuentra recubierta la placa. Para que esto sea posible, el cobre está

recubierto a su )ez por un pol"mero otosensible, que quedará impresionado al ser iluminado a

tra)és de la máscara. Esta iluminación se lle)a acabo mediante una insoladora diseada para

este in. En ella se coloca la placa sobre un )idrio y sobre ella se sit7a la máscara, que se

cubre a su )ez con otro )idrio. En principio, la insoladora está preparada para iluminar la

placa por ambas caras, ya que muchos circuitos lle)an pistas de metalización por ambos lados

&placas de doble cara'. En nuestro caso utilizamos una placa de una sola cara. La insoladora se

cierra y una pequea bomba hace )ac"o entre los dos )idrios para presionar la máscara contra

la placa, de modo que no se mue)a durante la iluminación. >nas lámparas se encienden y

mediante un temporizador se regula el tiempo de e-posición, t"picamente entre 4 y : minutos

&dependiendo de las especiicaciones de la placa'.

/ continuación se procede al re)elado, para lo cual se introduce la placa en una cubeta

con una disolución de 1 gramos de hidró-ido sódico por libro de agua. Este paso eliminará el

pol"mero que ha sido impresionado en las zonas iluminadas, por lo que empezaremos a )er el

dibu(o del circuito. >na )ez que el dibu(o es perectamente )isible, la)amos la placa con agua

abundante para detener el proceso de i(ación. El siguiente paso es introducir la placa en otra

cubeta con cloruro érrico para eliminar el cobre de las zonas en las que ha sido desprotegido

del pol"mero. ambién es posible utilizar para este paso una disolución de una parte de ácido

clorh"drico, cinco partes de agua, y una parte de peró-ido de hidrógeno. El cobre seráeliminado de todas las zonas que han sido iluminadas a tra)és de la máscara, mientras que el

pol"mero lo protegerá en las zonas no iluminadas. +inalmente, el pol"mero restante es

eliminado mediante un disol)ente orgánico tal como acetona o alcohol y la ayuda de un

estropa(o de aluminio.

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