Informe Tp Ea III

Universidad Tecnológica Nacional - Facultad Regional ParanáDepartamento de Ingeniería ElectrónicaELECTRÓNICA APLICADA IIIEmail: [email protected].: Ing. Francisco A. Sala Ayte: Ing. Oscar A. Rufine Ayte: Ing. Mariano Benetti

UNIVERSIDAD TECNOLÒGICA NACIONAL

FACULTAD REGIONAL PARANÁ

ELECTRÓNICA APLICADA III

Deniz, Néstor Nahuel Página 1


EQUIPO A ANALIZAR:

RCI-2950AM/FM/SSB/CW

AMATEUR MOBILE TRANSCEIVER

-2013-

Autor: Deniz, Néstor Nahuel



Índice de contenido

Introducción.............................................................................................10

Diagrama en bloques del PLL.................................................................12

Diagrama en bloques de la etapa transmisora..........................................13

Diagrama en bloques de la etapa receptora.............................................14

PLL (Phase Locked Loop).......................................................................15

Primer VCO (voltage controlled oscillator).........................................15

Segundo VCO (voltage controlled oscillator)......................................20

Oscilador..............................................................................................23

Implementacion del PLL......................................................................24

Moduladores............................................................................................25

Modulación en frecuencia....................................................................25

Modulación en amplitud......................................................................27

Modulación en banda lateral única......................................................30

Micrófono............................................................................................ 33

Etapa Transmisora...................................................................................37

Pre amplificador...................................................................................38

Amplificador final................................................................................38

Filtro de salida......................................................................................40

Relacion de ondas estacionarias...........................................................40

Etapa receptora........................................................................................44

Filtro.....................................................................................................44



Primer amplificador y mezclador.........................................................44

Primera etapa de frecuencia intermedia (FI)........................................44

Segunda etapa de frecuencia intermedia (FI).......................................45

Demdulador de AM (el detector de envolvente)..................................46

Demodulacion de frecuencia (UPC1028H).........................................48

Demodulacion de banda lateral unica..................................................48

Control automatico de ganancia de la etapa receptora.........................48

Amplificador de audio.........................................................................49

Anexos.....................................................................................................51

Asignación frecuencias CNC...............................................................51

Fundamentos sobre PLL......................................................................54

Comparador de fase (CF).................................................................54

Filtro pasa bajos (LPF).....................................................................54

Oscilador controlado por tensión (VCO).........................................54

Funcionamiento................................................................................55

Simulaciones........................................................................................57

Modulación en amplitud..................................................................57

AGC (Automatic Gain Control).......................................................63

Oscilador y filtros a cristal...............................................................67

Respuesta en frecuencia filtro de salida...........................................69

Despiece del equipo.............................................................................71

PCB del equipo....................................................................................72



Montaje de componentes (Layout)......................................................73

Bibliografia..............................................................................................74



Índice de ilustraciones

Ilustración 1: Diagrama en bloques del PLL...........................................12

Ilustración 2: Circuito integrado oscilador, mezclador y amplificador. . .15

Ilustración 3: Coenxión entre IC10 e IC17..............................................16

Ilustración 4: Señales de salida del IC17.................................................17

Ilustración 5: Circuito integrado TC5081AP...........................................17

Ilustración 6: Obtencion de 10 [KHz] a partir de un cristal de 10.24 [MHz]...................................................................................................... 18

Ilustración 7: Ajuste de frecuencia (modulación) mediante diodo Varicap................................................................................................................. 19

Ilustración 8: Mezcla de señales en el circuito integrado IC10...............19

Ilustración 9: Mezcla de señales con el segundo VCO............................20

Ilustración 10: Etapa de comparación de fase.........................................21

Ilustración 11: Etapa divisora de frecuencia para controlar los pasos de sintonía.....................................................................................................21

Ilustración 12: Circuito integrado HD10551...........................................22

Ilustración 13: Señal de salida del PLL y amplificador desacoplador.....23

Ilustración 14: Oscilador formado por Q44 y componentes asociados.. .23

Ilustración 15: Componentes asociados al PLL.......................................24

Ilustración 16: Oscilador conformado por Q44 y componentes asociados................................................................................................................. 25

Ilustración 17: Amplificador de la señal proveniente del micrófono......26

Ilustración 18: Transistor Q51 utilizado para modular en amplitud........27

Ilustración 19: Circuito integrado IC16...................................................28



Ilustración 20: Seguimiento de la señal del micrófono...........................29

Ilustración 21: Circuito integrado IC3.....................................................30

Ilustración 22: Circuito del AGC.............................................................31

Ilustración 23: Realimentacion de la señal de salida (antena).................32

Ilustración 24: Conexionado del micrófono............................................33

Ilustración 25: Unidad de comando donde se aloja el micrófono...........34

Ilustración 26: Micrófono........................................................................34

Ilustración 27: Seguimiento de la señal de audio hacia el AGC..............35

Ilustración 28: Control de ganancia del micrófono.................................36

Ilustración 29: Circuito del mezclador....................................................37

Ilustración 30: Etapa de amplificación a la saliada del mezclador..........38

Ilustración 31: Driver de la etapa de potencia final.................................39

Ilustración 32: Etapa de potencia final....................................................39

Ilustración 33: Filtro de salida.................................................................40

Ilustración 34: Circuito para medir ondas estacionarias..........................41

Ilustración 35: PCB y montaje de componentes placa SWR...................42

Ilustración 36: Montaje de la placa sobre el PCB principal....................42

Ilustración 37: Seguimiento de señal en la etapa de recepción...............43

Ilustración 38: Filtros de la frecuenia intermedia....................................44

Ilustración 39: Filtrado y amplificación de la segunda FI.......................45

Ilustración 40: Detector de envolvente....................................................45

Ilustración 41: Circuito integrado UPC1028H para detección de FM....47



Ilustración 42: Circuito integrado TA6324..............................................48

Ilustración 43: Circuito integrado TA722AP amplificador de audio.......49

Ilustración 44: CI amplificador de audio.................................................49

Ilustración 45: Diagrama de bloques del PLL.........................................53

Ilustración 46: Márgenes de captura y enganche.....................................54

Ilustración 47: Circuito modulador de amplitud......................................56

Ilustración 48: Resultado simulacion 1 modulador de amplitud.............57

Ilustración 49: Resultado simulacion 2 modulador de amplitud.............59

Ilustración 50: Potenciometro de calibracion interna (potencia de RF). .60

Ilustración 51: Mando de control externo para potencia de RF...............61

Ilustración 52: Circuito amplificador y AGC..........................................62

Ilustración 53: Resultado simulacion 1 AGC..........................................63

Ilustración 54: Resultado simulacion 2 AGC..........................................64

Ilustración 55: Circuito oscilaor con cristal resonante a 10.6975 [MHz]66

Ilustración 56: Señal de salida del oscilador............................................67

Ilustración 57: Filtro de salida.................................................................68

Ilustración 58: Respuesta en frecuencia del filtro de salida.....................69

Ilustración 59: Despiece del equipo.........................................................70

Ilustración 60: PCB del equipo RCI2950................................................71

Ilustración 61: Componentes montados sobre el PCB............................72



Índice de tablas

Tabla 1: Propiedades generales................................................................11

Tabla 2: Descripcion de pines circuito integrado TA7310P....................16

Tabla 3: Asignación de frecuencias en nuestro país por la CNC.............52



IntroducciónEl dispositivo que se procede a analizar es un equipo de comunicaciones de banda ciudadana, con banda corrida desde 26 [MHz] hasta 31.6999 [MHz], capaz de modular en amplitud (con portadora), en frecuencia, y en banda lateral única, pudiendo elegir entre la banda lateral inferior o la superior. A continuación se detallan algunas de las características más importantes del equipo.

Especificaciones generalesRango de frecuencias 26[MHz] – 31.6999[MHz]

Pasos de sintonía 100[Hz], 1[KHz], 10[KHz], 100[KHz], 1[MHz]

Tipos de emisión USB, LSB, CW, AM, FMControl de frecuencia Phase-Locked Loop Synthesizer

Tolerancia de frecuencia 0.005%Estabilidad de frecuencia 0.001%

Rango de temperatura de operación 0°[C] – 40°[C]Impedancia de antena 50[Ω]

Impedancia de parlante 8[Ω], 2[W]Micrófono 400[Ω], PTT dinámico

Display LCD, frecuencímetro digitalRequerimientos de alimentación 13.8[V] DC

TransmisorPotencia de RF de salida

Emisión espuriaSupresión de portadora (SSB)

Conector de antenaModos de transmisión de RF



Receptor

Sensibilidad para 10[dB] S/N AM 0.5[µV], SSB/CW 0.3[µV]

Sensibilidad para 20[dB] S/N FM 1[µV]

Imagen relación de rechazo 65[dB]

Figura de merito del AGC SSB/CW/AM 80[dB] para 50[mV] para un cambio de 10[dB] en el

audio de salida

Potencia de salida del audio para una THD de 10%

2.5[W]

Tabla 1: Propiedades generales

El equipo de comunicaciones bajo estudio permite la sintonía de cualquier frecuencia, con pasos tan reducidos como 100[Hz], entre 26[MHz] y 31.6999 [Mhz].A continuación se presenta un diagrama en bloques del equipo. La primera parte corresponde al diagrama en bloques del PLL.



Diagrama en bloques del PLL


Ilustración 1: Diagrama en bloques del PLL


Diagrama en bloques de la etapa transmisora.



Diagrama en bloques de la etapa receptora.



PLL (Phase Locked Loop)

El PLL consiste en dos osciladores controlados por voltaje (VCO). El primer VCO es el oscilador local de referencia (LO) para las etapas de recepción y transmisión, y controla la frecuencia en pasos de 10 [KHZ], 100 [KHz] y 1 [MHz]. El segundo VCO se utiliza también de referencia, y además como offset de 2.5 [KHz] para la modulación en banda lateral única (SSB).

Primer VCO (voltage controlled oscillator)

El primer VCO es controlado por el circuito integrado IC17, el cual recibe información del microprocesador. No se entrara en detalles sobre el microprocesador, solo se dirá que se trata de un microprocesador HD614043F de 4 bits, el cual incorpora memoria RAM, ROM, puertos de entrada y salida, interface para comunicación serie, dos timers o contadores y puertos de entrada y salida de alto voltaje.El IC17 es un CX7925B, este se encarga de muestrear la señal proveniente del circuito integrado IC10, el cual es un TA7310P, y este cumple las funciones de oscilador, mezclador y amplificador. A continuación se muestra una imagen del mismo.

Ilustración 2: Circuito integrado oscilador, mezclador y amplificador



Pin Nombre Descripción1 Entrada Oscilador2 Salida Oscilador3 Salida Oscilador

Amplificada4 Entrada Mezclador5 GND Masa6 Salida Mezclador7 Entrada Amplificador8 Vcc Alimentación +9 [V]9 Salida Amplificador

Tabla 2: Descripcion de pines circuito integrado TA7310P

En la siguiente imagen se esquematiza la explicación precedente.

Ilustración 3: Coenxión entre IC10 e IC17



Una vez que el IC17 ha muestreado la señal proveniente de la salida del IC10, la divide (en frecuencia) y saca la señal resultante por su salida. Esto se puede apreciar en la siguiente figura.

Ilustración 4: Señales de salida del IC17

Esta salida ingresa a la entrada del IC5, el cual es un circuito integrado TC5081AP. El TC5081AP consiste en un comparador de fase digital y un amplificador. Las salidas son de tres estados y están conectadas a filtros pasa bajos internos al mismo circuito integrado. Mediante el filtro pasa bajos y el amplificador interno, este circuito integrado puede generar tensión continua para controlar osciladores controlados por voltaje. A continuación se ilustra una imagen de este circuito integrado.

Ilustración 5: Circuito integrado TC5081AP

La señal es comparada con otra de referencia de 10 [KHz] proveniente del IC11, el cual es un TC5082P. El mismo es un oscilador y divisor de 12 etapas. El encapsulado de este IC es igual al ilustrado anteriormente. El pin 3 del circuito integrado IC11 es la entrada de freceuncia de referencia. En la misma se halla un cristal de 10.24 [Mhz]. La salida es



una señal de 10 [Khz]. No es dificil deducir que el factor de division ha sido programado en 1024, ya que 10.24 [Mhz]/1024 = 10 [Khz].

La salida de IC5 se aplica sobre el diodo D43 en el circuito del oscilador, el cual es un diodo varicap FC54M, controlando la frecuencia del primer VCO.


Ilustración 6: Obtencion de 10 [KHz] a partir de un cristal de 10.24

[MHz]


Ilustración 7: Ajuste de frecuencia (modulación) mediante diodo Varicap

La salida del primer VCO es mezclada en el IC10 (recordar que una de las funciones de este circuito integrado era la de mezclador) con una señal modificada proveniente del segundo VCO.

Ilustración 8: Mezcla de señales en el circuito integrado IC10



La señal de salida del IC10 es enviada al IC17.

Segundo VCO (voltage controlled oscillator)

El segundo VCO controla la frecuencia en pasos de 100 [Hz] y 1 [KHz]. Además cuando se modula en banda lateral única, este segundo VCO modifica la frecuencia del oscilador local LO en +2.5 [KHz] para la banda lateral superior, y en -2.5 [KHz] para la banda lateral inferior. El funcionamiento de este segundo VCO es similar a la del primer VCO, con un oscilador, mezclador y amplificador, todos combinados en el circuito integrado IC8, el cual es al igual que IC10, un TA7310P.El segundo VCO se mezcla con una señal de 10.24 [MHz] en el IC8 (TA7310P), y la salida de este ultimo ingresa al circuito integrado IC17 (CX7925B).

Ilustración 9: Mezcla de señales con el segundo VCO

Este ultimo integrado divide la frecuencia de la señal ingresante y la señal resultante se aplica a un comparador de fase TC5081AP, donde la misma es comparada con una señal de 10 [KHz], la cual es conformada por el cristal X1 de 10.24 [MHz] y el circuito integrado IC11 (TC5082P).



Ilustración 10: Etapa de comparación de fase

La salida del circuito integrado IC7 (TC5081AP) controla al segundo VCO. La señal del segundo VCO cambia en pasos de 10 [KHz] y 100 [KHz] al momento de ingresar al IC10. La frecuencia de la señal de salida del segundo VCO es dividida por un factor de diez, mediante el circuito integrado IC12, el cual es un HD10551 y mezclada con una señal de referencia de 10.24 [MHz], la cual es generada a partir del cristal X2.

Ilustración 11: Etapa divisora de frecuencia para controlar los pasos de sintonía



A continuación se muestra un diagrama en bloques y circuito de ejemplo para el circuito integrado HD10551.

Ilustración 12: Circuito integrado HD10551

La señal es dividida por diez una vez más mediante el circuito integrado IC13, el cual es también un HD10551, y la señal resultante es mezclada nuevamente con una de referencia cuya frecuencia es de 10.24 [MHz], la cual es también generada por el cristal X2. La señal a la salida es la referencia para el primer VCO, la cual ingresa al circuito integrado IC10, recordemos que se trataba de un TA7310P. El diagrama completo del PLL se expuso anteriormente, para mayores detalles, refiérase al mismo.En resumen se puede decir que el circuito del PLL o sintetizador de frecuencia es bastante complejo, sin embargo se aseguran una buena estabilidad y precisión en la frecuencia de la señal generada, con pasos de sintonía tan pequeños como 100 [Hz]. El circuito está conformado por varios circuitos integrados: un divisor programable (IC17 CX7925B, de Sony), direccionado y configurado mediante comunicación serie por el microprocesador, un primer VCO (IC8 TA7310P, de Toshiba), dos comparadores de fase (IC5 e IC7, TC5081, de Toshiba), tres mezcladores (IC9, IC10, IC14, TA7310P), un oscilador-divisor manejado por un cristal de 10.24 [MHz]. Finalmente, el transistor Q28 (2SC1675) actúa de buffer separador, siendo simplemente un amplificador en configuración colector común (mediante el capacitor C342 de 5 [pF] que pone a masa el colector del transistor).



Ilustración 13: Señal de salida del PLL y amplificador desacoplador

Oscilador

Dependiendo del modo de transmisión, en AM y FM, el oscilador formado por el transistor Q44 (2SC1675K) es manejado por un tercer cristal, el cristal X3 de 10.6975 [MHz]. Cuando se transmite en banda lateral única, ya sea banda lateral inferior o superior, o en modo CW (onda continua), hay un salto de 1500 [Hz], por encima de 10.6975 [MHz] para el caso de banda lateral superior y CW, y por debajo para el caso de banda lateral inferior.

Ilustración 14: Oscilador formado por Q44 y componentes asociados



Implementacion del PLL

A continuación se expone una sección del diagrama esquemático donde están representados los componentes asociados al PLL. Los marcados en rojo son los correspondientes al primer VCO y los resaltados con naranja los correspondientes al segundo VCO.

Ilustración 15: Componentes asociados al PLL

El circuito integrado coloreado con ambos colores es el IC17 (CX7925B), el cual recibe señales de ambos VCO´s. Como puede observarse, a este circuito integrado ingresan las señales de clock (CLK), datos (DATA) e indicación de transferencia (LAT) provenientes del microprocesador.



Moduladores

El equipo bajo análisis es capaz de producir básicamente, dos tipos de modulaciones diferentes: en frecuencia y en amplitud.

Modulación en frecuencia

La señal proveniente del micrófono es amplificada por el circuito integrado IC16, el cual no es más que dos amplificadores operaciones en el mismo encapsulado. La señal amplificada proveniente del micrófono es utilizada para modular la frecuencia producida por el oscilador implementado con X3, de 10.695 [MHz] y Q44. La señal de audio (señal a transmitir) se aplica sobre dos diodos varicap en paralelo, produciendo una desviación en la frecuencia del oscilador, proporcional a la amplitud de la señal proveniente del amplificador del micrófono. Los diodos varicap son los designados como D87 y D111. En la siguiente figura se puede apreciar el oscilador conformado por X3 y Q44 y los diodos varicap en paralelo.

Ilustración 16: Oscilador conformado por Q44 y componentes asociados



En la siguiente figura se ilustra el amplificador de audio del micrófono.

Ilustración 17: Amplificador de la señal proveniente del micrófono



Modulación en amplitud

La modulación en amplitud es llevada a cabo mediante la variación en el voltaje aplicado sobre el colector del transistor driver Q48 y los emisores de los transistores de la etapa final de potencia Q46 y Q47. Los elementos que conforman el circuito de control de potencia son los transistores Q51, Q52 y Q53. El transistor Q51 suministra el voltaje a los transistores de la etapa de potencia, mientras que Q52 y Q53 controlan y regulan al transistor Q51. Como es Q51 quien suministra la tensión de alimentación a la etapa de potencia final, este debe ser un transistor lo suficientemente robusto. Este transistor es capaz de suministrar una corriente máxima de 7 [A] y disipar una potencia máxima de 60 [W]. Cuando la corriente es de 4 [A], la tensión entre emisor y colector es de sólo 0.4 [V]. En la siguiente figura se observa una imagen del mismo.

Ilustración 18: Transistor Q51 utilizado para modular en amplitud

La señal de audio proveniente del micrófono es amplificada por IC16, y la salida ingresa al transistor Q52. En la siguiente imagen se puede observar la distribución de pines de IC16.



Ilustración 19: Circuito integrado IC16



En la siguiente figura se puede observar, resaltado en rojo, el camino que recorre la señal del micrófono, amplificada, hasta llegar al transistor Q52.

Ilustración 20: Seguimiento de la señal del micrófono

Q52 y Q53 cambian las condiciones de polarización del transistor Q51, en consecuencia, cambiará la amplitud de la señal de salida en función de la amplitud de la señal proveniente del micrófono, consiguiendo de esta manera la modulación en amplitud.



Modulación en banda lateral única

Cuando el equipo transmite en banda lateral única (SSB), el transistor Q53 es polarizado de manera que sature a Q51 para que se aplique sobre la etapa de potencia toda la tensión de alimentación. Mediante simulaciones, se ha comprobado el funcionamiento del modulador de amplitud, para observar los resultados, ver anexos.La modulación en banda lateral única es llevada a cabo en el modulador balanceado, conformado por el circuito integrado IC3, el cual es un AN612, mediante la mezcla entre la señal del micrófono amplificada proveniente de IC16 y una señal de referencia generada mediante el cristal X3, cuya frecuencia es de 10.6975 [MHz] para banda lateral inferior (LSB) y 10.6925 [MHz] para banda lateral superior (USB).En la siguiente figura se puede observar el diagrama esquemático del IC3, junto con su encapsulado.

Ilustración 21: Circuito integrado IC3



La señal mezclada es filtrada por el mismo cristal X3, y mezclada con el oscilador local (LO) en el mezclador conformado por el circuito integrado IC20 (SO42P), el cual se verá con mayor detalle posteriormente, por ahora sólo diremos que se trata del mezclador de la etapa transmisora.En resumen, se puede decir que los componentes principales para el control de potencia en los modos de transmisión AM, FM y CW son los transistores Q51, Q52 y Q53, donde Q51 es el encargado de alimentar los transistores de la etapa final de potencia Q46, Q47 y Q48, donde este último es el driver de los dos transistores finales. Q52 y Q53 controlan la polarización de Q51. El control de potencia en el modo de transmisión en banda lateral única (SSB) utiliza un control automático de ganancia en el circuito amplificador de la señal proveniente del micrófono, conformado por IC16. A medida que la señal proveniente del micrófono crece en amplitud, es mayormente derivada a masa mediante los transistores Q32 y Q34. Esto se puede observar en la siguiente figura.

Ilustración 22: Circuito del AGC



Mediante simulaciones se ha comprobado el funcionamiento del circuito de control automatico de ganancia. Para ver lso resultados obtenidos, dirijase a los anexos.Al transmitir en banda lateral única, la señal de salida sobre la antena es realimentada mediante el transistor Q43 para realizar una medida sobre la potencia. La salida de Q43 determina el punto de polarización del transistor Q31, el cual se puede observar en la imagen anterior. La salida de Q31 interviene en la polarización del transistor Q32, el cual conforma el circuito de control automático de ganancia.Para evitar sobre modulación al transmitir en AM, interviene también el transistor Q32, el cual controla la ganancia del amplificador de micrófono. En la imagen siguiente se puede observar la realimentación de la señal de salida sobre la antema mediante el transistor Q43.

Ilustración 23: Realimentacion de la señal de salida (antena)



Micrófono

El micrófono es una parte fundamental en el sistema de transmisión, en base a la señal entregada por este, es que se logra modular en frecuencia aplicando la señal proveniente del micrófono a un amplificador, y luego de ser amplificada, es aplicada a dos diodos varicap en paralelo para conseguir la modulación en frecuencia. Cuando se modula en amplitud, en base a la señal amplificada del micrófono, es que se logra variar las tensiones de alimentación de los transistores de la etapa final de potencia para conseguir la modulación en amplitud. Es también la amplitud de la señal amplificada del micrófono que actúa para controlar la ganancia en el circuito de control automático de ganancia para evitar sobre modulación al modular en amplitud.En base a lo expuesto anteriormente, queda en evidencia la importancia de este aparente sencillo componente, y es por eso que procederemos a su análisis.En la siguiente imagen se puede observar el conexionado del micrófono.

Ilustración 24: Conexionado del micrófono

El micrófono tiene una impedancia de 400 [Ω]. En la siguiente imagen se puede observar la unidad desmontada, incluyendo el micrófono, el PTT

(Push To Talk), y los pulsadores que permiten sintonizar al equipo.



Ilustración 25: Unidad de comando donde se aloja el micrófono

La siguiente es una imagen ampliada del micrófono.

Ilustración 26: Micrófono



En la siguiente imagen se puede observar, resaltado en rojo, el recorrido de la señal desde el micrófono hasta el amplificador de audio y el circuito de control automático de ganancia.

Ilustración 27: Seguimiento de la señal de audio hacia el AGC

El potenciómetro VR505 actúa como selector de ganancia del micrófono, derivando en mayor o menor medida la señal del micrófono a masa. Este control se encuentra en el panel frontal del equipo. Se lo puede observar en la siguiente imagen.




Ilustración 28: Control de ganancia del micrófono


Etapa Transmisora

La señal a transmitir es producida mediante una mezcla entre una señal de 10.695 [MHz] para AM y FM, ó de 10.6975 [MHz] para banda lateral superior y de 10.6925 [MHz] para banda lateral inferior, con el oscilador local (LO) en el mezclador del transmisor, el cual está implementado en el circuito integrado IC20, el cual es un SO42P de la firma Siemens. Este circuito integrado es un mezclador simétrico con un ancho de banda de hasta 200 [MHz]. Puede ser manejado mediante un oscilador externo, o bien mediante un oscilador interno al mismo. Las señales de entrada son eliminadas a la salida. Las aplicaciones típicas son como mezclador, convertidores y demodulador para AM y FM. En la siguiente imagen se puede observar una sección del diagrama esquemático donde aparece el circuito integrado utilizado como mezclador en la etapa transmisora.

Ilustración 29: Circuito del mezclador

La señal obtenida a la salida del IC20 es filtrada y amplificada por once transistores: Q49 a Q59. En la siguiente figura se puede observar la etapa amplificadora con los transistores Q50 a Q57.



Ilustración 30: Etapa de amplificación a la saliada del mezclador

Pre amplificador

Amplificador final

Una vez que la señal fue amplificada (pre amplificada), puede atacar la etapa de potencia final. Esta está compuesta por un transistor que actúa como driver para atacar los dos transistores de la etapa de potencia final. El driver es el transistor designado como Q48, y se trata de un 2SC2166C. La etapa de potencia final consta de dos transistores, Q46 y Q47, en configuración push pull. Estos dos transistores son del tipo 2SC2312C. El transistor driver tiene una ganancia de potencia mayor o igual a 13.8 [dB] con una alimentación de 12 [V] a una frecuencia de 27 [MHz]. Con una potencia de entrada de 0.25 [W], la potencia mínima de salida será de 6 [W], lo que es suficiente para atacar la etapa de potencia final. En la imagen siguiente se puede observar una figura del transistor driver.



Ilustración 31: Driver de la etapa de potencia

final

En la siguiente imagen se puede observar la etapa de potencia final, formada por el driver (Q48), el pre driver (Q49) y los transistores amplificadores finales (Q46 y Q47).

Ilustración 32: Etapa de potencia final



Filtro de salida

Una vez que la señal es amplificada, antes de llegar a la antena es filtrada para eliminar armónicos y señales espurias. El filtro implementado es del tipo “pi”, y consta de unos pocos componentes pasivos. En la siguiente imagen se puede observar el filtro colocado entre la etapa de amplificación final y la antena.

Ilustración 33: Filtro de salida

Las bobinas L31 y L32 junto con los capacitores C243, C247 y C251 forman un filtro pasa bajos, mientras que la bobina L33 junto con los capacitores C248 y VC3 forman un filtro pasa altos.Para ver la respuesta en frecuencia del filtro de salida, dirijase a los anexos.

Relacion de ondas estacionarias

Si las impedancias de salida del equipo, la linea de trasnmision y la antena no estan debidamente adaptadas, parte de la potencia de

transmision se reflejara y volvera hacia el equipo. El transceptor bajo analisis posee un medidor o indicador de la relacion de ondas



estacionarias. La medicion se consigue haciendo pasar una seccion de pista que transporta señal de RF por un circuito que capta la señal en una direccion y la opuesta. Cunado no existe onda reflejada, la señal de RF se dirije en una sola direccion, mientras que si parte de la potencia se refleja

en direccion hacia el equipo, se tendra una tension proporcional a la potencia reflejada a la salida del circuito detector de ondas estacionarias.

El circuito que posee el equipo para tales fines es el siguiente.

El circuito se encuentra implementadado sobre una placa diferente de la principal. Esta placa se encuentra en posicion vertical, en las cercanias del conector de antena. La pista por la que circula la señal de RF simula una espira de bobina. En las cercanias de esta se encuentra otra pista, existiendo un acoplamiento inductivo entre ambas, captando de esta manera la energia de la señal reflejada.

En la siguiente imagen se puede observar el PCB de la placa y los componentes que se montan sobre esta.


Ilustración 34: Circuito para medir ondas estacionarias


En la imagen siguiente se puede observar una fotografia del montaje de esta placa sobre el PCB principal del equipo.

A la derecha de la placa se puede obseravar tambien el conector de antena.


Ilustración 35: PCB y montaje de componentes placa SWR

Ilustración 36: Montaje de la placa sobre el PCB principal


Etapa receptora

Filtro

La señal recibida, una vez ingresada por la antena, pasa a través de un filtro, el cual es una sección del filtro utilizado en la transmisión, entre la etapa de amplificación final y la antena.

Primer amplificador y mezclador

Luego del filtro, la señal llega al primer amplificador de RF (Radio Frecuencia), el cual está formado por el transistor Q18. La presencia de los diodos varicap D19, D23 y D24, aseguran una perfecta sintonía a la frecuencia seleccionada. Una vez amplificada la señal, ésta pasa a través de un filtro pasa banda, e ingresa al primer mezclador de la etapa de recepción, formado por el transistor Q19.En la siguiente figura se puede observar la señal de recepción desde el conector de antena, hasta llegar al mezclador, pasando por el amplificador de RF y el filtro.

Ilustración 37: Seguimiento de señal en la etapa de recepción

Primera etapa de frecuencia intermedia (FI)

La señal de recepción es mezclada con el primer oscilador local (LO) en el transistor Q19. La señal a la salida es la primer frecuencia intermedia (IF), con una frecuencia de 10.695 [MHz] para AM y FM, 10.6925 [MHz] + AF (audio frecuencia) para banda lateral superior (USB), y 10.6975 [MHz] – AF para banda lateral inferior. Esta señal de IF es



filtrada por las bobinas (transformadores) L12, L13 y L14. Estos filtros se pueden observar en la siguiente imagen.

Ilustración 38: Filtros de la frecuenia intermedia

En esta instancia, la señal puede seguir uno de dos caminos diferentes, dependiendo del modo de transmisión-recepción que se haya configurado en el equipo.

Segunda etapa de frecuencia intermedia (FI)

Las señales de AM y FM son filtradas por el filtro FL2. Luego del filtro, entra al mezclador formado por el transistor Q8, donde la señal de 10.695 [MHz] (recordar que la mezcla en el primer mezclador arrojaba una señal de 10.695 [MHz] para modulación en amplitud y en frecuencia) es mezclada con una de 10.24 [MHz], obteniéndose de esta manera la segunda frecuencia intermedia de 455 [KHz], la cual es filtrada mediante FL1. Luego del filtro FL1, la señal es nuevamente filtrada y amplificada mediante las bobinas L5, L6, y los transistores Q9, Q10 y Q11. La sección del circuito que realiza esta tarea puede ser observada en la siguiente imagen.



Demdulador de AM (el detector de envolvente)

Si el modo de transmisión-recepción seleccionado es AM, la señal en este punto se dirige hacia el detector de envolvente, formado por los diodos D34 y D35. Estos se muestran en la siguiente figura.

Ilustración 40: Detector de envolvente


Ilustración 39: Filtrado y amplificación de la segunda FI


Cuando el modo de Tx/Rx es selecciondo, el transistor Q24 es saturado ya que su base queda a un potencial positivo a traves de la resistencia R166 de 6.8 [kΩ]. Las excursiones positivas de la señal modulada en

amplitud son derivadas a masa a traves del diodo D34 y Q24. Mediante el diodo D35 llegan las excursiones negativas al detector. La señal

portadora es derivada a masa mediante el capcitor C87 de 220 [pF]. Suponiendo que la portadora es de aproximadamente 26 [Mhz], este

capacitor ofrece una impedancia relativamente baja de 27 [Ω].La resistencia R107 de 100 [kΩ] y el capacitor C88 de 1 [μF] forman un filtro pasa bajos para la señal de audio. La constante de tiempo es de 0.1

[Seg] aproximadamente.Una vez que se ha recuperado la señal de audio, esta sigue camino hacia los preamplificdores formado por los transistores Q16 y Q17. Luego la

señal recorre un divisor resistivo, el cual no es mas que un potenciometro accesible desde el panel frontal del equipo, se trata del control de

volumen del transceptor. Luego del mando de volumen, la señal sigue camino hacia el amplificador de audio final.



Demodulacion de frecuencia (UPC1028H)

Para el caso de recepción en frecuencia modulada, la señal ingresa al detector de FM, el cual está constituido por el circuito integrado IC2. Este circuito integrado es un UPC1028H. Se trata de un amplificador de frecuencia intermedia de FM con detector diferencial de pico. El circuito integrado cuenta con un amplificador diferencial de tres etapas, un filtro pasa bajos integrado, y un detector diferencial de pico. A continuación se ilustra el diagrama de bloques y la distribución de pines de este circuito integrado.

Ilustración 41: Circuito integrado UPC1028H para detección de FM

Demodulacion de banda lateral unica

Cuando se desea recibir en banda lateral única, la señal es mezclada con otra de 10.6925 [MHz], para banda lateral superior (USB) ó 10.6975 [MHz] para banda lateral inferior (LSB). La mezcla es realizada en el transistor Q16. La señal resultante de este proceso es directamente la

señal de audio de interés.

Control automatico de ganancia de la etapa receptora

Existe un control automático de ganancia (AGC), implementado mediante el circuito integrado IC1, el cual es un TA6324, que consta de cuatro amplificadores operacionales en el mismo encapsulado. A continuación se expone una imagen con la distribución de pines del mismo.



Ilustración 42: Circuito integrado TA6324

Notar que este circuito integrado (TA6324) puede ser reemplazado fácilmente por un LM324.

Este AGC controla el SQUELCH, implementado mediante el transistor Q17, el mezclador para AM y FM, que funciona con el transistor Q8, la

frecuencia intermedia para banda lateral única (SSB), lograda con el transistor Q20, y la ganancia del amplificador de RF, formado con el transistor Q18, visto anteriormente. Las entradas a los amplificadores operacionales del circuito integrado IC1 provienen del transistor Q23,

correspondiente a la sección de frecuencia intermedia para banda lateral única, el transistor Q11, también correspondiente a la sección de

frecuencia intermedia, pero para AM y FM, y del potenciómetro VR501, el cual maneja los niveles del silenciador SQUELCH.

Amplificador de audio

Una vez que disponemos de la señal demodulada, solo necesitamos amplificarla antes de enviarla hacia el parlante. De la amplificación se encarga el circuito integrado IC19, el cual es un amplificador de audio TA722AP. A continuación se ilustra el encapsulado con distribución de pines y circuito de implementación básico.



Ilustración 43: Circuito integrado TA722AP amplificador de audio

En la siguiente figura se puede apreciar una fotografia del circuito integrado montado en el PCB.


Ilustración 44: CI amplificador de audio


Anexos

A continuación se anexa una breve tabla, tomada de la reglamentación de la Comisión Nacional de Comunicaciones (CNC), con los usos previstos para las frecuencias que utiliza el equipo bajo analisis.

Asignación frecuencias CNC

REGIÓN 2 - U.I.T.ATRIBUCIÓN EN LA

REPÚBLICA ARGENTINA

OBSERVACIONES

25210 - 25550

FIJOMÓVIL salvo móvil

aeronáutico

25210 - 25550


aeronáutico

N37

25550 - 25670RADIOASTRONOMÍA

5.149

25550 - 25670RADIOASTRONOMÍA

25670 - 26100

RADIODIFUSIÓN

25670 - 26100

RADIODIFUSIÓN

26100 - 26175

MÓVIL MARÍTIMO 5.132

26100 - 26175

MÓVIL MARÍTIMO



OBSERVACIONES

26175 - 27500FIJO

26175 - 26345FIJO

N1Sistemas de Mensajería





OBSERVACIONES

MÓVIL salvo móvil aeronáutico

5.150

MÓVIL TERRESTRE RuralSímplex

26345 - 26960FIJO

MÓVIL salvo móvil aeronáutico

26960 - 27410FIJO

MÓVIL TERRESTRE

N1Servicio de Banda

CiudadanaSímplex

Resolución N° 47 SC/82 (20 canales)

27410 - 27500


aeronáutico

27,500 - 28,000

AYUDAS A LA METEOROLOGÍA

FIJOMÓVIL

27,500 - 28,000

AYUDAS A LA METEOROLOGÍA

FIJOMÓVIL

28,000 - 29,700

AFICIONADOSAFICIONADOS POR

SATÉLITE

28,000 - 29,700

AFICIONADOSAFICIONADOS POR

SATÉLITE

Banda de 10 m.

Resolución N° 50 SC/98

29,700 - 30,005

FIJOMÓVIL

29,700 - 29,875

FIJOMÓVIL

29,875 - 29,985 N1





OBSERVACIONES

FIJOMÓVIL TERRESTRE

Sistemas de Mensajería Rural

SímplexResolución N° 520 SC/84

(11 canales)

29,985 - 30,005

FIJOMÓVIL

Tabla 3: Asignación de frecuencias en nuestro país por la CNC



Fundamentos sobre PLL

El circuito PLL es un sistema realimentado cuyo objetivo principal consiste en la generacion de una señal de salida con amplitud fija y frecuencia conincidente con la de entrada, dentro de un margen determinado.

Comprende tres etapas fundamentales. Comparador de fase (CF), filtro pasa bajos (LPF) y un oscilador controlado por voltaje (VCO).

Comparador de fase (CF)Suministra una salida que depende del valor absoluto del desfasaje entre lase seniales de salida y entrada. En algunos casos, esta estapa esta constituida por un multiplicador.

Filtro pasa bajos (LPF)A la salida del comparador de fase se encuentra un filtro pasa bajos. La funcion que cumple es capturar la componente continua de señal a la salida del comparador de fase, para poder controlar la frecuencia de la señal generada por el VCO.

Oscilador controlado por tensión (VCO)Es el encargado de generar la tension de salida, cuya frecuencia depende de la tensión a la salida del filtro pasa bajos.


Ilustración 45: Diagrama de bloques del PLL


FuncionamientoCuando el PLL esta fuera de sintonia, ya sea porque la frecuencia de entrada es muy alta o muy baja, la tension de salida adopta la frecuencia de pulsacion central ωco. Existe una banda de frecuencias ΔωL, el cual se denomina margen de enganche (lock range), dentro del cual el PLL esta en sintonia, y otro rango en el cual es PLL es capaz de sintonizar, el cual se denomian margen de captura (capture range). El margen de captura es siempre inferior al de enganche y ambos estan centrados respecto de la frecuencia de pulsacion central. Esto se ilustra en la siguiente imagen.

Si asumimos que el CF es un multiplicador, entonces la tension a la salida del mismo es:

Siendo Kd la ganancia de conversion del CF (Phase comparator-conversion gain).


Ilustración 46: Márgenes de captura y enganche

V d =K mV i.M V o.M sin(ωi t+ θ i) .sin (ωot+ θo)V d =K d [cos(ωo t−ωi t+ θo−θ i)−cos (ωot+ ωi t+ θo+ θ i)]donde :

K d=K m

V i.M V o.M

2ωi=2πf i

ωo=2πf o


La señal de salida comprende dos componentes con pulsaciones ωo-ωi y ωo+ωi. Cuando el PLL esta fuera de sintonia (ωo≠ωi y |ωo-ωi|τ >> 1) ambas se situan en la banda atenuada del filtro, la tension de salida es practicamente nula y la pulsacion de la señal de salida se fija en ωco. Por el contrario, si el PLL esta sintonizado (ωo=ωi) una de las componentes anteriores es continua, es tambien en valor medio de tension de salida del filtro (Vfm) y, a traves del VCO modifica la frecuencia de la señal de salida. Como Vfm depende del desfase θo-θi, la realimentacion impone que, en regimen permanente las señales de salida y entrada tengan un desfase dependiente de la desviacion de frecuencia ωo-ωco.



Simulaciones

Modulación en amplitudPara comprobar el funcionamiento del modulador de amplitud se ha simulado la configuracion circuital. El circuito es el siguiente:

Este circuito entra en funcionamiento solo si la llave selectora de modulacion esta en la posicion “AM”. En este caso, la forma de onda de la tension de salida (colector de Q51) sera igual a la señal proveniente del microfono. El transistor Q51 provee la corriente suficiente para los transistores de la etapa de potencia y el transistor driver.

Cuando la llave selectora se encuentra en otra posicion que no sea AM, la salida del circuito provee una tension continua, trabajando como fuente de alimentacion para la etapa de potencia. En este caso, la modulacion


Ilustración 47: Circuito modulador de amplitud


correspondiente a la posicion de la llave se realiza de manera diferente según la modulacion seleccionada y esta etapa solo funciona como fuente de alimentacion.

Las imagenes que a continuacion se muestran son los resultados de la simulacion realizada.

En color amarillo se observa la señal de salida sobre el colector del transistor Q51. La señal coloreada en azul representa la señal de audio moduladora.

Los potenciometros VR13 y VR15 son de calibracion y ajuste interno para regular la potencia de RF del equipo. El potenciometro VR13 modifica las condiciones de polarizacion del transistor Q52.

El usuario puede realizar un ajuste de potencia mediante un potenciometro que se encuentra en el panel frontal del equipo bajo la


Ilustración 48: Resultado simulacion 1 modulador de amplitud


etiqueta de “RF POWER”. El potenciometro VR15 calibra la sensibilidad del mando de potencia del panel frontal del equipo.

La siguiente figura ilustra la simulcion para la misma entrda de audio de la simulacion anterior, pero variando el juste de potencia mediante el potenciometro del pnel frontal.



Claramente se puede observar que la amplitud de la señal de slida ha disminuido (grafica amarilla).

En la siguiente imagen se puede obseravr el potenciometro VR13 de clibrcion interna.


Ilustración 49: Resultado simulacion 2 modulador de amplitud



Ilustración 50: Potenciometro de calibracion interna (potencia de RF)


Y por ultimo, en la siguiente imagen se ilustra el mando del panel frontal de equipo que le permite al usuario tener un control en la potencia de transmision.


Ilustración 51: Mando de control externo para potencia de

RF


AGC (Automatic Gain Control)Para evitar sobre modulaciones y mantener la amplitud de audio moduldora con un vaor constante dentro de cierto rango, el equipo cuenta con un circuito que controla automaticamente la ganancia del amplificdor de microfono (IC16). El funcionamiento del circuito ya ha sido explicdo anteriormente, para demostrar su funcionamiento es que se ah realizado la simulacion del mismo. El circuito simulado es el siguiente.

En el circuito se puede apreciar el amplificador de microfono implementado con un amplificador operacional (uno de los cuatro disponibles en el IC16), un control de ganancia de microfono, el cual no es mas que un divisor resistivo que deriva en mayor o menor medida la señal de audio proveniente del microfono, y el circuito de control de ganancia automatico el cual es conformado por los transistores Q32, Q34 y componentes asociados.

A continuacion se ilustran los resultados obtenidos de la simulacion.


Ilustración 52: Circuito amplificador y AGC



Ilustración 53: Resultado simulacion 1 AGC



Ilustración 54: Resultado simulacion 2 AGC


En las graficas anteriores se puede observar claramente como al variar la amplitud de la señal de audio proveninte del microfono, la amplitud de la señal de salida se mantiene constante e invariable (notese que los controles, escalas y demas del instrumento virtual no se han modificado).



Oscilador y filtros a cristalUno de los circuitos principales de todo equipo de RF es el oscilador. Las funcionlidades de este circuito ya han sido explicadas en las secciones correspondientes. Aquí se exponen el circuito simulado y los resultados obtenidos. En la siguiente imgen se ilustra el circuito.

La señal de salida se toma sobre el emisor del transistor Q44. La misma se dirige hacia el circuito integrado IC3 (AN612), y se realimenta hacia el oscilador mediante los componentes C134, C317 y R331.

La señal de salida del circuito se pude observar en l siguiente imagen.


Ilustración 55: Circuito oscilaor con cristal resonante a 10.6975 [MHz]


Como el ancho de banda del instrumento virtul no es lo suficientemente grande como para observar correctamente la señal, no se han realizado mas simulaciones, ya que no tendria sentido al no poder visualizar con claridad de la señal.


Ilustración 56: Señal de salida del oscilador


Respuesta en frecuencia filtro de salidaEl filtro de salida evita irradiar (o consigue por los menos atenuar) potencia en frecuencias armonicas o espureas. Se trata de un filtro pasa banda, cuya frecuancia central se encuentra en 26 [Mhz]. A continuacion se ilustra el circuito simulado.

La señal se aplica sobre L32 y C251, y esta proviene del amplificador final de potencia.

En la siguiente imagen se puede observar la respueta en frecuencia del filtro. Claramente se puede obseravar que se trata de un filtro pasa banda, cuya frecuencia central esta en 26 [Mhz], y posee un ancho de banda de aproximadamente 10 [Mhz].


Ilustración 57: Filtro de salida



Ilustración 58: Respuesta en frecuencia del filtro de salida


Despiece del equipo

A continuacion se muestra un figura del despice completo del equipo.


Ilustración 59: Despiece del equipo


PCB del equipo

La siguiente imagen muestra el PCB (escalado) del equipo.


Ilustración 60: PCB del equipo RCI2950


Montaje de componentes (Layout)

La siguiente imagen muestra un esquema de los componentes montados sobre el PCB.


Ilustración 61: Componentes montados sobre el PCB


Bibliografia

[1] “Estado solido en ingenieria de radiocomunicaciones”, Krauss-Bostian-Rabb. Ed. Limusa, 1984.

[2] “Owner´s manual”, manual de usuario RCI 2950.

[3] “Phase locked loop, fundamento y aplicaciones”, R. Pindado, Universidad politecnica de catalunya.

[4] “RCI 2950, Service manual”.

[5] “www.radioficionado.com”


http://www.radioficionado.com/

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