Conceptos básicos de electrónica en radio frecuencia

Transcripción

1 Conceptos básicos de electrónica en radio frecuencia Prometheus Radio Project Introducción Te has puesto a pensar cómo es que un sonido que entra en un transmisor de radio llega hasta el radio receptor de tu casa? A veces es mas fácil pensar que lo que sucede dentro de estos dispositivos es mágico y que solamente los magos y brujas lo entienden. Podemos decir que un transmisor de radio es una 'caja negra' donde los sonidos se transforman en ondas eléctricas y el radio receptor es otra 'caja negra' que convierte las ondas de electricidad en ondas de sonido (también llamadas Herzianas). Pero si tu necesitas construir un transmisor o arreglar alguno que esta descompuesto, es útil saber un poco más sobre como trabaja la electrónica. La electrónica usada en radio es conocida como radio frecuencia o electrónica de RF, es un tema extenso con libros enteros dedicados a ella y en este documento no podemos explicar todo, pero nosotros intentaremos explicar algunas de las teorias fundamentales de la electrónica y la función de algunos de los componentes mas comunes usados en radio frecuencia, con la esperanza de que serán de utilidad para empezar. Qué es la electricidad? Toda materia esta compuesta de un positivo y un negativo. Las partículas cargadas se llaman protones (+) y electrones (-). También hay partículas neutrales llamadas neutrones, pero esas no son de interés para nuestros propósitos. Las partículas cargadas de manera opuesta (protones con protones o electrones con electrones) se rechazan. Cuando los protones y los electrones se distribuyen uniformemente en la materia, las cargas se cancelan y decimos que la materia es equilibrada o de carga neutral. Pero cuando los protones adicionales o los electrones adicionales se acumulan en la materia, la materia se carga positiva o negativamente. Si conectamos un objeto cargado positivamente con uno cargado negativamente se crea un camino conductor (una trayecto por el cual los electrones pueden viajar, por ejemplo un alambre o el agua salada) y conseguimos lo que llamamos corriente eléctrica y es cuando los electrones viajan desde un objeto hacia otro para balancear las cargas. Cambiando las características de esta corriente eléctrica, podemos transmitir la información tal como el sonido en una emisión de radio.

2 ALGUNOS CONCEPTOS Carga Simbolizada por el Q se puede pensar en como una colección de electrones (o ausencia de ellos) en un envase, tal como una batería o una esfera del metal. La unidad básica usada para medir la carga es el culombio (abreviado como C), que es la cantidad de carga contenida en cerca de seis quintillones de electrones. Corriente Simbolizada por i, es la velocidad de electrones que se mueven en el material conductor. La corriente se mide en amperios o amps. Un amps es igual a un columbio por segundo. Si nos imaginamos que podemos representar la carga como partículas de agua y una manguera como conductor por donde atraviesa la carga. La corriente es la cantidad de agua por segundo que pasa por la manguera. La corriente viene en dos formas -- corriente continua (C.C.), es el flujo continuo de electrones que conseguimos de una batería, y corriente alternada (CA), el flujo diverso que conseguimos de un enchufe de pared. Voltaje Simbolizado por V, también llamada diferencia potencial o electro fuerza motiva (EMF), es la cantidad de trabajo requerida (tensión) para mover una unidad de carga a partir de un punto a otro. La unidad estándar para el voltaje es voltio (v). Un voltio es igual a un Joule por culombio. (El juole de A es la cantidad de trabajo requerida para mover un objeto que pesa cerca de un cuarto de una libra a través de una distancia de un metro.) El voltaje se mide en relación con el voltaje de la tierra. La tierra contiene muchos protones y electrones que puede absorber una cantidad inmensa de carga. Decimos que la tierra está en 0V, o tierra. Si ponemos un metal de carga neutral cerca la tierra y movemos un culombio de carga desde la tierra a la placa, y esto requiere de un joule de trabajo para hacerlo, se puede decir que la placa tiene un voltaje de 1v en relación con las tierra. Si luego conectamos un alambre desde la placa hacia la tierra, el joule será lanzado como un culombio de flujos de la carga de nuevo hacia la tierra y el voltaje de la placa volverá a 0V. En nuestra analogía del agua, el voltaje es como la presión de agua, y las cargas se moverán desde áreas de la alta presión a las áreas de la presión baja. La tierra es como un depósito gigante donde podemos descargar tanta carga como tengamos gusto. Energía Es el capacidad de trabajo que se tiene para poner en movimiento. La unidad de medida son los Watts (W), donde un Watts es equivalente a un joule por segundo. La energía se puede calcular multiplicando la corriente por el voltaje (P=I*V). En electrónica del Radio Frecuencia, la energía del transmisor determina la fuerza de la señal.

3 COMPONENTES BÁSICOS DE UN TRANSMISOR DE RADIO FRECUENCIA Resistor o resistencia es un dispositivo usado para reducir la corriente en el circuito. El resistor funciona absorbiendo energía cinética* de los electrones que se están moviendo y transformándolos en calor. Algunos resistores son fijos y proporcionan siempre la misma cantidad de resistencia, mientras que otros son variables y se pueden ajustar para proporcionar más o menos resistencia. Volviendo a la analogía del agua, un resistor fijo es como una sección de la manguera con un diámetro más pequeño y un resistor variable es como una válvula ajustable en la manguera. La unidad para la resistencia es el ohmio (Ω), donde un ohmio es igual a un voltio por amperio. Cuando existe una diferencia de voltaje, la corriente dentro del transistor es proporcional al valor de la resistencia. Esto se puede expresar matemáticamente como V=IR, en relación con la ley de Ohms. Cuando en el circuito no hay un camino conductor se dice que el circuito esta abierto y la resistencia es infinita (no hay flujo de corriente). Cuando en el circuito la corriente tiene un camino por el cual conducirse, se dice que el circuito esta cortado y la corriente es finita. En realidad, incluso el alambre más perfecto tiene cierta resistencia, así que la corriente nunca es infinita, pero es grande. Resistor Símbolo del resistor *Energía cinética: es la cantidad de trabajo requerida para poner en movimiento un cuerpo de una masa especifica desde su posición neutral a una velocidad especifica. Capacitor Es un dispositivo que condensa la carga. El capacitor mas simple consiste en dos conductores separados por un material dieléctrico (material con resistencia muy alta). Si conectamos las dos placas de un condensador a los dos terminales de una batería, la carga fluirá hasta que una de las placas tenga el mismo potencial que el terminal positivo de la batería y la otra placa el mismo potencial que el terminal negativo de la batería. Después de que el capacitor se carga se bloquea la corriente y ninguna carga fluirá por el circuito. Sin embargo, si conectamos las placas del condensador a los terminales de una fuente de corriente alterna (CA), la fuente se cargará y descargará constantemente sobre una de las placa. La otra placa se descargará y se cargará en respuesta, debido a las fuerzas atractivas y repulsivas de la primera placa. La corriente no fluirá literalmente a partir de un terminal del condensador al otro, sino que parecerá como que está haciendo carga y la descarga de placas. Podemos imaginarnos un condensador como membrana de goma conectada a una pipa, la membrana no permite que el agua pase, sino que transmite pulsos. La capacitancia (c) de un condensador se mide en los faradios (f), donde un faradio es igual a un culombio por voltio.

4 Capacitor cerámico Capacitor Electrónico Símbolos de los Capacitores Inductor Un inductor es una bobina del alambre cuyo comportamiento es el contrario al de un condensador. Porque un inductor es simplemente un alambre por donde pasa la corriente fácilmente. Cuando una corriente alterna golpea un inductor, crea un campo magnético* que (debido a la geometría del inductor) se opone al flujo actual de la corriente alterna, bloqueándola. Un inductor es como una rueda de paletas en una pipa de agua, la rueda resistirá cambios en el flujo, pero una vez que coloca a cierta velocidad le permitirá que el agua fluya fácilmente. La inductancia de un inductor se mide en Henrios (h), y es determinada por la longitud del inductor, el número de vueltas, y el material alrededor de el cual se hace la bobina. Inductor Símbolo del inductor Diodes Es un componente que permite que la corriente fluya en una dirección mientras que bloquea el flujo actual en la otra dirección. Un diodo tiene dos extremos, llamados el ánodo (extremo positivo) y el cátodo (extremo negativo). Cuando el ánodo es más positivo que el cátodo, el diodo es polarizado y permite que la corriente fluya. Cuando el cátodo es más positivo que el ánodo, el diodo es polarizado al revés y bloquea la corriente. Un diodo Zener es una clase especial de diodo que actúa como un diodo normal cuando es polarizado, pero también permite que fluya la corriente cuando es polarizado al revés. En la analogía del agua, un diodo es como una puerta unidireccional con un resorte, la presión de agua en una dirección estirará el resorte y abrirá la puerta, mientras que la presión en la otra dirección cerrará la puerta. Un diodo Zener es como una puerta con una tensión débil del resorte que se cerró en la dirección delantera y una tensión más fuerte del resorte se cerró en la dirección contraria. Diode Símbolo del diode

5 Transistores Un transistor es un dispositivo con tres piernas, donde el voltaje y/o la corriente se desplaza por una pierna llamada base o puerta y controla la cantidad de corriente que puede fluir entre las otras dos piernas: el colector (Drenaje) y el emisor (fuente). Existen dos tipos de transistores: de ensambladura bipolar (BJTs), que controlan el flujo actual de acuerdo a el control de la corriente, y los transistores del efecto de campo (FETs), donde el control del flujo se basa en el control del voltaje. Podemos pensar en un transistor como grifo de agua, donde hay una perilla en la puerta o el drenaje del grifo que controla la cantidad de corriente que puede atravesar el grifo. Transistor : BJT esquemático FET esquemático símbolo símbolo B=Base G= (gate) Puerta C=Colector D=Drenaje E=Emisor S= (supply) Fuente