Transmisor de FM

Laboratorio de Componentes Electrónicos: Práctica 1 “Transmisor de FM”
PRÁCTICA 1: TRANSMISOR DE FM.
0. Introducción
En la presente práctica se introduce al alumno en la fabricación de un dispositivo
electrónico como es un transmisor de FM. Inicialmente se explicarán los conceptos básicos del
proceso de desarrollo de un dispositivo electrónico a la vez que se analiza el modo de
funcionamiento de dicho transmisor. Posteriormente se abordarán los detalles del proceso de
fabricación y montaje de un circuito. Para terminar se detallan los aspectos a testear una vez
montado el dispositivo. Este documento servirá de guía en la fabricación por parte del alumno del
transmisor de FM, estando recogidos la lista de elementos necesarios para el transmisor, el
esquema circuital y el fotolito para la realización de la PCB.
1. Objetivos
Los objetivos de esta práctica se indican a continuación:

Conocimiento del proceso de desarrollo de un dispositivo electrónico

Conocimiento del modo de funcionamiento de un transmisor de FM

Proceso de fabricación de una PCB

Proceso de montaje de componentes sobre PCB

Testeo de las prestaciones del transmisor de FM
2. Material necesario
Material para la fabricación del transmisor de FM
Resistencias (todas las resistencias de ¼ W y 5% de tolerancia)
R1=100
R2=R3=10k
R4=R6=4.7k
R5=220K
Potenciómetros
P1=22k
Condensadores
C1=3.3pF
C2=C4=470pF
C3=C5=4.7uF 25V electrolítico
C6= condensador de capacidad variable entre 2 y 10pF
C7=100nF
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Transistores
TR1= 2N1711
TR2=BC547
Micrófono FOX2213
Inductor en la propia PCB
PCB, placa fotosensible positiva de 1.6mm de grosor
Los ácidos requeridos para la fabricación de la PCB se proporcionarán al alumno en la clase.
Los equipos necesarios para el testeo del transmisor estarán a disposición del alumno en el
laboratorio.
3. Proceso de desarrollo de un dispositivo electrónico
El proceso de desarrollo de un dispositivo electrónico sigue el diagrama de flujo mostrado
en la Figura 1.
IDEA
Transmitir voz a distancia
Diseño del circuito con
modelos de componentes.
Empleo del simulador
Fabricación del prototipo
Testeo del prototipo
¿Funciona?
Rediseño del circuito
Nuevo prototipo
Nuevo montaje
No
Si
Diseño completado
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4. Modo de funcionamiento de un transmisor de FM
En la siguiente figura se muestra el diagrama de bloques de un transmisor de FM.
Oscilador 1
Oscilador 2
Antena
Mezclador
Micrófono
Amplificador
Modulador FM
Amplificador
El micrófono es el dispositivo encargado de transformar la potencia de la voz (ondas de
presión) en una señal eléctrica. La voz humana tiene tonos entre 300Hz y 5KHz, y por tanto la
señal eléctrica a la salida del micrófono ocupa un ancho de banda desde 300Hz a 5KHz.
Existen principalmente dos tipos de micrófonos; los magnéticos y los de condensadores. Ambos
funcionan de forma similar, a través de la presión de la voz se deforma una membrana que hace
variar las propiedades eléctricas del componente en cuestión (la inductancia en el caso de un
micrófono magnético y la capacidad en el caso de un micrófono condensador).
La primera etapa de amplificación es la encargada de amplificar la señal para poder atacar
las etapas siguientes. La señal proveniente del micrófono es una señal con poca potencia que
necesita ser amplificada antes de entrar en el modulador. La señal a la salida de la etapa
amplificadora ocupa el mismo rango frecuencial ya que en esta etapa no se produce translación
frecuencial.
La señal se desea transmitir con modulación FM, es decir, modulada en frecuencia. Para
ello hace falta introducir la señal en una etapa de modulación junto con un tono proveniente del
Oscilador 1. La señal proveniente de micrófono actúa como moduladora y la señal del Oscilador 1
será la portadora. El espectro frecuencial de la señal a la salida de la etapa de modulación se
encuentra centrado a la frecuencia de la portadora (Oscilador 1) y ocupa en torno a esta frecuencia
un ancho de aproximadamente 5KHz.
La siguiente figura ilustra el espectro frecuencial de las señales a la salida del micrófono, a
la salida de la primera etapa de amplificación y a la salida de la etapa de modulación.
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5KHz
P
300Hz
F_osc1
5KHz
f
El bloque posterior al modulador, el mezclador, tiene como objetivo elevar la frecuencia
de la señal transmitida hasta un valor libre donde podamos transmitir. El espectro frecuencial está
regulado por las Administraciones Públicas que conceden licencias de utilización. Así, de 88MHz
hasta los 108MHz se reserva para las emisoras de radio con modulación FM, en torno a los
900MHz se encuentran los canales de telefonía móvil GSM, a 1575MHz el GPS, etc.
El espectro frecuencial de la señal a la salida del Mezclador es el mismo que a la salida del
modulador pero trasladado un valor igual que la frecuencia del Oscilador 2. En la siguiente figura
se muestra de forma esquemática el espectro frecuencial a la salida de la etapa de modulación, el
espectro del Oscilador 2 y de la salida del Mezclador.
P
5KHz
F_osc1
5KHz
F_osc2
F_osc2 + F_osc1
f
A través de la frecuencia de la señal del Oscilador 2 se puede seleccionar en qué canal se
desea transmitir dentro del rango entre 88MHz y 108MHz que se tiene reservado.
El amplificador a la salida del mezclador permite dotar a la señal de potencia suficiente
para cubrir el rango de alcance que se desea. Para aumentar el rango de alcance de un transmisor
de FM habrá que conseguir aumentar la potencia con la que se emite, es decir, aumentar la
ganancia del amplificador a la salida.
La antena es el elemento que transforma las señales eléctricas que se encuentran
contenidas en el interior del circuito en ondas electromagnéticos que viajan por el aire. Este
dispositivo radia la información al exterior.
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5. Esquema circuital del transmisor de FM
El esquema circuital del transmisor de FM que se va a desarrollar en esta práctica se ilustra
en la siguiente figura.
Antena
Pto 3
R3
C6
C2
L1
R4
R6
Pto 4
C7
R5
C1
TR1
+ C3
TR2
C5 +
Micrófono
C4
R2
R1
P1
Pto 5
Modulador, mezclador y
amplificador de salida
Amplificador de señal
Micrófono y acondicionador de señal
6. Fabricación de la PCB
La fabricación de PCBs se basa en la propiedad que poseen ciertas sustancias de
endurecerse tras ser expuestas a la luz actínica. Se utilizan unas películas sensibles adheridas a la
placa, distinguiéndose las fotosensibles positivas y negativas. En el transmisor de FM se utiliza
una película fotosensible positiva, es decir, las zonas afectadas por la luz se reblandecen, por el
contrario en las placas fotosensibles negativas se endurecen.
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Una vez diseñado el circuito que se va a fabricar, éste se fotocopiará a una transparencia
(máscara), en la fotocopia las zonas en negro deben quedar totalmente opacas incluso si fuera
necesario se repasarían las líneas del circuito con un rotulador.
El fotolito que se ha de emplear para el transmisor de FM objeto de esta práctica está dado
en la figura siguiente:
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Es necesario que el contacto entre la placa y la trasparencia sea perfecto. El siguiente paso
es la insolación de la placa de tal manera que en las zonas no cubiertas por la máscara la película
que recubre el cobre se reblandece. Existen distintos focos luminosos para realizar la insolación,
como ejemplo mencionar las lámparas de vapor de mercurio, las lámparas de arco y los tubos
fluorescentes actínicos que son los que se utilizarán en esta práctica. La insoladora debe estar
situada en una habitación oscura para evitar que llegue la luz a la película que recubre el cobre y
se vele. La exposición de la placa a la luz actínica será alrededor de 3 minutos. A continuación se
procede al revelado de la placa, para lo cual se introduce en una cubeta con revelador de placa
positiva (sosa caústica).
La sosa caústica que se utilizará en esta práctica es sólida y viene en un bote de 500cc, este
bote se rellenará con agua, de tal manera que se tendrá concentrado para 2500cc. Es decir, en la
cubeta por cada parte de sosa caústica se utilizarán cinco partes de agua. La duración del revelado
puede ser variable pero normalmente se sitúa en torno a los 5 minutos, aunque es necesaria una
inspección visual del proceso puesto que el revelado acaba en el momento en el que el motivo a
serigrafiar se presenta de forma clara y nítida.
A continuación se procederá al ataque del cobre, éste se realizará en una cubeta en la que
se vierte en cantidades proporcionales ácido clorhídrico (atacador rápido L) y perborato sódico
(atacador rápido S). La duración del ataque del cobre es muy variable dependiendo del tamaño de
la placa, no obstante suele estar entre 4 y 10 minutos.
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Es importante realizar una inspección visual de este proceso puesto que dependiendo del
tiempo que actúe el atacador, éste puede comerse gran parte del circuito o por el contrario obtener
unas pistas demasiado grandes.
Una vez fabricada la PCB se deben realizar los agujeros en la misma para posibilitar el
soldado de los distintos componentes. Antes de taladrar los agujeros en la PCB es conveniente
utilizar un punzón para marcarle al taladro un camino a seguir puesto que es muy fácil que la
broca resbale en la placa
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Una vez marcado el camino se procederá a taladrar los agujeros con una broca del tamaño
elegido.
Una vez completa la PCB se soldarán los distintos componentes a la placa.
La siguiente figura muestra la forma en que se han de ensamblar los componentes en la placa
fabricada. Merece la pena destacar que además de los componentes deben introducirse los dos
puentes (mediante sendos cables) que conectan la bobina de antena (realizada en el circuito
impreso) al condensador.
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7. Montaje de la PCB
En este apartado se explica el proceso que hay que seguir para montar correctamente los
componentes en la PCB. Ante de realizar el montaje hay que:

Taladrar la PCB tal y como se ha comentado anteriormente. Merece la pena destacar que el
proceso de taladrado ha de ser lento para dar tiempo a la broca a eliminar el cobre de la PCB.
Si se forzara apretando demasiado la broca contra la PCB podría llegar a partirse.

Identificar la posición donde se deben colocar los componentes y en qué situación. La mayoría
de los circuitos no son simétricos lo que supone que es importante conectar cada terminal del
componente en el sitio correcto.
El montaje de los componentes sobre la PCB se realiza por medio de un proceso de soldado.
Como los componentes que se van a emplear son tipo THD (Through Hole Device) se
introducirán sus patillas en los agujeros correspondientes y se asegurarán estas conexiones por
medio de estaño. La siguiente figura muestra de modo esquemático la forma en que el
componente queda fijado a la PCB.
Componente THD
Gota de estaño
Aislante de la PCB
Pista de cobre
Terminales del componente
Para conseguir adherir el estaño al componente es necesario seguir los pasos a continuación
indicados:

Calentar un soldador de estaño hasta que alcance los 200ºC.

Derretir un poco de hilo de estaño sobre la punta del soldador (5mm aproximadamente) de
forma que quede como un gota líquida sobre la punta del soldador

Colocar la gota del soldador sobre el componente introducido en los agujeros
correspondientes.
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8. Testeo del circuito
Principalmente se pueden testear 3 aspectos del transmisor de FM: el consumo de corriente, la
señal moduladora y el espectro frecuencial de la señal radiada por la antena.
a) Testeo del consumo de potencia. Para ello se alimentará el circuito a una tensión continua de
12V y se medirá el consumo total y los niveles de tensión en los puntos Base_TR2,
Colector_TR2, Base_TR1 y Emisor_TR1. Para esto emplearemos un polímetro actuando
como amperímetro y otro actuando como voltímetro.
b) Testeo de la señal moduladora. Para ello se alimentará el circuito a una tensión continua de 12
V y se conectará una sonda de un osciloscopio al punto Colector_TR2. En la gráfica del
osciloscopio se podrá apreciar la señal eléctrica que modulará en frecuencia a la portadora
dada por el oscilador. La señal eléctrica moduladora es la señal resultante de transformar las
ondas de presión de la voz en el micrófono.
c) Testeo del espectro frecuencial de la señal radiada por la antena. Para medir esta característica
del transmisor de FM que se desea construir es necesario alimentar el transmisor con 12 V de
tensión continua y conectar a un Analizador de Espectros una antena en su entrada.
Seleccionando correctamente la Frecuencia Central de Analizador de Espectros, su “Span” y
su “Amplitude” seremos capaces de medir a qué frecuencias estamos radiando.
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