La idea de construír un transmisor de Amplitud Modulada con el sistema de "Fuente Modulada", surgió de escuchar varias estaciones en la banda de 40m emitiendo con el sistema, logrando excelentes resultados en lo que respecta a calidad de audio e índice de modulación. Además, la facilidad del armado es otro punto a favor, y mucho más considerando el ya existente diseño del PCB (ver archivos al final). De más está decir que "debajo de cualquier ladrillo" encontraremos una fuente de PC lista para ser usada.
Por supuesto que además de la calidad de modulación que es posible lograr, es posible obtener con muy pocos componentes y dinero extra una potencia interesante. Para ir un poco más allá de la idea de LU1CGI, simplemente pensé en obtener más potencia con algunas pequeñas modificaciones.
Como primer medida, tenía que elevar la tensión de salida, de 24V (del modelo original de LU1CGI), a 45V (voltaje sin modulación).
En segundo lugar, puesto que la fuente trabaja en lazo abierto (no regulada), una mayor potencia de salida implica un mayor consumo de entrada, siendo necesario mayor capacidad en uF en el rectificador de entrada de la fuente para no obtener un "ripple" considerable a la salida.
Para aumentar el voltaje de salida, modifiqué la relación de espiras del transformador de potencia, más especificamente aumenté el número de vueltas del secundario.
Para re-bobinar el transformador, lo primero que se necesita es desarmar el núcleo. Para poder despegar el núcleo E-I o ETD (doble E enfrentadas con núcleo cilíndrico), hay que poner a hervir el transformador durante media hora aproximadamente (mi receta es agregarle sal al agua). Una vez transcurrido este tiempo, las mitades deben despegarse sin hacer prácticamente fuerza, caso contrario se corre el riesgo de partir el ferrite. Por seguridad, el cobre debe desecharse.
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Núcleo E-I de una fuente AT-250W |
TRANSFORMADOR DE POTENCIA:
El bobinado primario, está devanado en dos capas para mejorar el acoplamiento y disminuír así al mínimo la inductancia de pérdida que es perjudicial para los transistores de potencia. Dicha inductancia de pérdida (inductancia que no se acopla al secundario), genera "spikes" o picos de alta tensión en el momento de conmutación del estado ON a OFF. Hay que contar las vueltas de cada mitad ya que se utilizará la misma cantidad y técnica para rebobinarlo. Una vez retirados todos los bobinados, de acuerdo a la siguiente fórmula se obtiene el nro de vueltas del secundario:
Vo/Vp = DC * Ns/Np
donde "DC" (Duty Cycle) es el ciclo de trabajo para 0V de modulación (sin audio de entrada), "Vo" el voltaje de salida de contínua, y "Vp" el voltaje de contínua rectificado de entrada (1.41*220V) dividido por 2, o lo que es lo mismo, el voltaje presente en cada colector de los transistores. En las fuentes de PC que son la mayoría tipo Half-Bridge, este voltaje es Vp = 311V/2 = 155V. Por diseño hacemos DC = 0,5 [*]. Despejando Ns:
Ns = (Vs/Vp) * (Np/DC)
Considerando que el bobinado primario tenga 20 + 20 vueltas = 40T (recordar que los transformadores de conmutación tienen el primario partido o en dos capas para minimizar la inductancia de dispersión), y deseemos un Vo = 45V
Ns = (45V/155V) *(40/0,5) = 23T
[*] NOTA: Los IC controladores PWM disponen de un sistema de seguridad que no es ni más ni menos que un valor máximo de ciclo de trabajo para proteger la fuente de un cortocircuito. Recordar que en un sistema Half Bridge, en donde se disponen dos transistores en cascada (el colector del superior a positivo y el emisor del inferior a masa), los dispositivos conducen alternadamente durante medio período de tiempo variable (en nuestro caso este tiempo será dependiente en forma directa de la amplitud de la señal de audio). Si sucediera que por un pequeño instante ambos estuvieran conduciendo, tendríamos un cortocircuito entre positivo y masa, destruyendo la fuente. Para evitar esto, el IC generará dos señales con un ciclo de trabajo inferior al 50% cada una.
El ciclo de trabajo máximo (DCmax) del TL494 es de aproximadamente 85%, por lo cual deberíamos elegir un DC = 42,5% para el cálculo del transformador, de modo que con una señal simétrica de audio a la entrada podamos generar una señal a la salida que excursione entre 0V y el doble de la tensión de contínua (0V a 90V), para poder así modular una etapa de RF al 100% o cercano a ese valor.
Por otro lado, considerando que la voz humana no es simétrica en amplitud, dependiendo de la fase de de la cadena de audio, si la misma es tal que los picos negativos de audio son mayores a los positivos, es posible utilizar un DC mayor a 42,5%.
A diferencia de la idea original de Rubén (LU1CGI), mi idea fue utilizar una fuente de PC tipo ATX (poseen fuente de stand-by). Una de las principales ventajas es que la sección de potencia queda siempre alimentada desde los 220Vac, y el encendido se hace a través del controlador TL494 con un pequeño circuito RC, produciendo un arranque suave de la fuente.
Para no complicar el circuito, como es necesario tener una fuente de 12V en todo momento alimentando el controlador y los transistores drivers, la idea fue reemplazar la fuente Stand-By original por una fuente externa de 12V. El requerimiento de corriente es mínimo (50-100mA), y en cualquier shack puede encontrarse una pequeña fuente.
El circuito añade la protección por sobrecorriente de LU1CGI (R30, R40, R24, P3, R10).
En la siguiente figura se muestra el esquema eléctrico:
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| Circuito Eléctrico |
CONSIDERACIONES DE POTENCIA:
INDUCTORES DE FILTRO:
Los inductores de filtro se bobinan sobre núcleos toroidales de hierro en polvo para ahorrar espacio. Se utiliza para tal fin, los toroides que traen las mismas fuentes para su regulación cruzada de voltaje de las salidas esclavos, como ser +12, -12V, 3,3V etc.
Estos toroides amarillos con guarda blanca, son de mezcla N°26, y funcionan perfectamente como filtro de conmutación.
ALGUNAS IMÁGENES:
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| Fuente ATX-450 Modificada (Los componentes de la fuente Stand-By están presentes pero desconectados) |
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| Vista de los inductores de filtro y la resistencia de descarga |
Las imágenes previas, no se corresponden con el circuito eléctrico mostrado más arriba. En dicha fuente no implementé la protección por sobrecorriente
ACTUALIZACIÓN (DESARROLLO DEL CIRCUITO IMPRESO)
A principios de 2015, desarrollé el circuito impreso para el armado de la fuente modulada. La construcción es indudablemente mucho más fácil puesto que sólo hay que soldar componentes y no estar haciendo artilugios con las pistas en la placa original.
Además, con la idea de hacer una especie de "Kit de Construcción", desarrollé el circuito impreso de un Amplificador de RF Clase E Bibanda (80m y 40m) utilizando sólo un mosfet canal N (IRFP250 O IRFP260).
AJUSTES:
Antes de realizar cualquier ajuste y de conectar la fuente a los 220Vac, es una buena práctica conectarla a través de una lámpara incandescente de 220V, 60W o 75W. Esto sirve para proteger la fuente de algún posible error en la construcción. Bajo funcionamiento normal, la lámpara encenderá brevemente cuando se conecte a los 220Vac, y luego se apagará al paso de unos segundos cuando los capacitores del rectificador de entrada se hayan cargado. Ajustar P1 (Vout) a un valor medio y chequear la tensión de salida. Para aquellos que no hayan modificado el transformador de potencia, el voltaje de salida debería ser de aproximadamente 48Vcc (el doble de la tensión de salida pretendido en funcionamiento normal, 24Vcc). Esto es normal, y se debe a que como la fuente está sin carga, el capacitor del filtro pasabajos de salida se carga al voltaje pico proveniente del secundario del transformador.
Siendo este el caso, la fuente ya está en marcha, o por lo menos, la parte más peligrosa funciona (la sección de potencia), y no se debería esperar ningún cortocircuito una vez retirada la lámpara serie.
Si aún no hay confianza, puede dejarse aún cuando la misma se pruebe bajo carga, pero será preferente una lámpara de 100W o más, ya que si la lámpara es de poca potencia, la misma se encenderá demasiado y no se podrá llegar nunca a obtener los 24Vcc de salida.
Paso seguido, una buena forma de probar el funcionamiento será conectando como carga dos lámparas de automóvil en serie. Revisar que la tensión de salida varíe en función del preset P1 (Vout). Ajustar P3 (Límite de Corriente) y verificar que algún punto la corriente de salida empiece a descender.
Para el ajuste definitivo, será necesario retirar la lámpara serie. Los pasos a seguir:
La fuente dispone de tres presets multivuelta para el ajuste de los siguiente parámetros:
- P1 [Vout]: Con este preset se regula el voltaje de contínua (CC) a la salida.
- P2 [Gan]: Este preset controla la ganancia de audio. Tiene el mismo efecto que subir o bajar el volúmen de una consola previa a la fuente modulada. Sirve para compensar la falta o el exceso de audio que ingresa a la fuente.
- P3 [Límite Corriente]: Con este preset se ajusta el nivel de corriente de salida al que se desee poner como límite máximo o sobrecarga.
Para aquellos interesados en la construcción, pueden descargar todos los archivos necesarios en los siguientes links:
IMÁGENES:
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| Lado Componentes (Versión anterior - Filtro de salida con 2 inductores y 2 capacitores) |
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| Lado Cobre |
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| Fuente Modulada terminada |
