Con modulación en reja pantalla la tensión
de placa es constante y el aumento de la potencia de salida en condiciones
de modulación se obtiene haciendo variar, tanto la corriente como el
rendimiento de placa.
Para una profundidad de modulación del cien por
cien (Índice de modulación = 1), tanto
la corriente como el rendimiento de placa deben, en el pico de modulación
positivo, poder duplicar los valores correspondientes a la portadora en
reposo. De tal manera, en el pico de la envolvente de modulación se
duplicará la potencia de entrada, y como también se duplicará el
rendimiento de placa en ese mismo instante, la potencia de salida en los
picos será de cuatro veces el valor de la portadora.
El rendimiento obtenible en los picos
depende de cuan cuidadosamente se ajuste el amplificador modulado y, en
algunos casos, puede ser tan elevado como un 80%.
Por lo general, es del 60% al 70% cuando se
ajusta el amplificador para obtener buena linealidad. El rendimiento sin
modulación es la mitad del rendimiento de pico, aproximadamente un 33%.
Este bajo rendimiento reduce la potencia de
salida de portadora admisible a menos de la cuarta parte de la potencia
que se puede obtener de una válvula determinada trabajando en onda
continua (cw) y a menos de un tercio de la potencia de portadora que
podríamos obtener con la misma válvula modulada en placa.
Valores típicos para una válvula 6146
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Operación |
Potencia de disipación de placa (W) |
Potencia de disipación de pantalla (W) |
Tensión de placa (V) |
Tensión de pantalla (V) |
Tensión de reja de control (V) |
Corriente de placa (mA) |
Corriente de pantalla (mA) |
Corriente de reja de control (mA) |
Potencia de excitación (W) |
Potencia de salida (W) |
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CW |
25 |
3 |
500 |
170 |
- 66 |
135 |
9 |
2,5 |
0,2 |
48 |
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CW |
25 |
3 |
750 |
160 |
- 62 |
120 |
11 |
3,1 |
0,2 |
70 |
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La potencia que debe entregar el modulador
es la potencia disipada en la reja pantalla. La modulación en reja
pantalla no puede proporcionar características de funcionamiento lineal,
aún bajo óptimas condiciones de funcionamiento, en presencia de desajustes
se producen deformaciones y generación de ondas no deseadas. Las
variaciones de corriente de placa no serán registradas por un instrumento
de bobina móvil cuando se modula.
Condiciones de funcionamiento
La potencia de entrada de continua de la
placa del amplificador modulado por reja pantalla suponiendo 0,33 para el
rendimiento de placa, no deberá sobrepasar de 1,5 veces la disipación de
placa a régimen normal en la válvula.
Se recomienda proyectar con la máxima
tensión de placa recomendada por el fabricante de la válvula, ya que las
mejores condiciones se logran a medida que la tensión de placa es más
elevada mejorándose la linealidad.
Veamos nuestro proyecto:
Se van a utilizar dos válvulas 6146 con una
disipación de placa de 25 Watt cada una, con modulación en grilla
pantalla. La potencia de entrada máxima permisible con un rendimiento de
0,33 es:
1,5 X (2 X 25 Watt) = 75 Watt
La tensión máxima de placa recomendada para
estas válvulas es de 750 Volt, la corriente de placa para
las dos válvulas es:
75 Watt/750 Volt = 100 mA
Con un rendimiento de 0,33, la potencia de
salida que puede esperarse es:
75 Watt X 0,33 = 25 Watt
La relación tensión/corriente de placa al
doble de la corriente de placa para portadora sin modular es:
750 Volt/200 mA = 3,75
La relación L/C del circuito tanque de
placa deberá ser elegida sobre la base del doble de la corriente de placa.
Si esta relación está basada en la relación tensión/corriente para la
condición de portadora sin modular, el Q puede resultar excesivamente bajo
para un buen acoplamiento con la carga.
La manera más satisfactoria de aplicar la
tensión moduladora a la pantalla es por medio de un transformador. Con las
válvulas en general, es necesario llevar la pantalla a una tensión algo
negativa respecto al cátodo para eliminar por completa la salida de
radiofrecuencia en el proceso de modulación. Por esta razón, la tensión
moduladora de pico requerida para una profundidad del cien por cien de modulación es
aproximadamente el diez por ciento mayor que la tensión continua de
pantalla.
160 Volt X 1,1 = 176 Volt
La tensión de pantalla debe fijarse
aproximadamente en la mitad del valor recomendado por el fabricante para
el régimen de onda continua.
160 Volt X 0,5 = 80 Volt
La potencia de audio requerida para una
profundidad de modulación del cien
por cien es aproximadamente igual a un cuarto de la
potencia de entrada de la pantalla en onda continua, pero varía con las
condiciones de funcionamiento.
160 Volt X 11 mA X 2 / 4 = 880 mW
La relación entre la corriente y la tensión
en la pantalla no es lineal, lo que significa que la carga impuesta al
modulador varía durante el desarrollo de cada ciclo de audiofrecuencia. Es
recomendable, utilizar realimentación negativa en el modulador. si hay
potencia de audio en exceso, es conveniente cargar el modulador con una
resistencia cuyo valor se ajustará de manera de disipar la potencia
excedente. No hay una manera simple de determinar el valor adecuado de
esta resistencia si no es experimentalmente, observando su efecto sobre la
envolvente de modulación con ayuda de un osciloscopio
La relación de vueltas requerida en el
transformador de acoplamiento puede calcularse para una primera
aproximación:
N = Ep/(2,5 X sqr (Pp
X RL))
Donde:
N = Relación de vueltas secundario/primario
Ep = Tensión de pantalla para
onda continua
sqr = Raiz cuadrada
Pp = Potencia de salida del
modulador
RL = Resistencia nominal de
carga del modulador
160 Volt/(2,5 X sqr (880 mW X 4 Ohm)) =
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Comentarios
sobre la determinación de la relación de espiras del transformador
Se
asume como práctica usual utilizar un CI de potencia como modulador, es
común encontrar en muchas implementaciones de equipos de radioaficionado
el uso de los TDA2002 ó TDA2003, es por ello que tomamos como valor de RL
del modulador 4 Ohm.
La
expresión matemática utilizada es una expresión "acomodada"
que surge de relacionar la tensión de primario y secundario del
transformador N = Ep
/ Es
Ep
es la mitad de la tensión de pantalla en la condición de CW E'p
/ 2
Es es la tensión
desarrollada a la salida del amplificador modulador sobre la carga
especificada surge de
Pp = 1,5 (E's)2
/ RL aumentada en un 50% para tener margen de
operación
Operando
N = (Ep / 2) / sqr Pp *
1,5 * E's * RL
=> N = Ep / (2,5 sqr Pp
* RL)
Elección del transformador
Es
deseable construir el transformador de modulación para este fin
específico, no siempre se está en condiciones de tener los medios
necesarios para encarar esta obra que muchas veces se convierte de gran
magnitud. Teniendo la relación de transformación (N) podemos recurrir a
simples transformadores de alimentación, como por ejemplo 220 Volt / 34 =
6,47 Volt uno con primario de 220 Volt y secundario de 6 Volt
trabajándolo en forma invertida (el bobinado de 220 Volt conectado a la
pantalla y al bobinado de 6 Volt la salida del amplificador integrado)
funcionará aceptablemente.
¿Que
tan grande tendría que ser este transformador? El hecho de que la
potencia de audio necesaria para modular al 100% no es mayor de 1 Watt nos
inclinaríamos por uno muy pequeñito. Pues veamos...
El
transformador nos tiene que asegurar una capacidad de aislamiento para los
valores de tensión de pantalla según la válvula en uso, si bien las
válvulas del ejemplo lo resuelve con valores inferiores a 200 Volt, de
repente al utilizar una 813 ascendería a los 400 Volt.
Cuando
se calcula la cantidad de espiras en un transformador de alimentación la
sección del núcleo (S) surge de la raiz cuadrada (sqr) de la potencia
(W) multiplicada por un factor que puede variar entre 1,1 a 1,5 o quizás
aún mayor. ¿Que significa este número? Desde el punto de vista de la
regulación, cuanto mayor es este número mayor será el núcleo y menor
la cantidad de espiras, se dice que el transformador tiene bajas pérdidas
en el cobre y en general son los que toman más corriente en vacío y
tienen mayor regulación (menor variación de tensión ante variación de
la carga).
Desde
el punto de vista constructivo si el transformador se bobinara a mano,
este número será mayor que si se bobinara a máquina.
Cuando
se calcula el numero de espiras en el numerador aparece el valor de
tensión del bobinado, en el caso del primario será 220 Volt y en el
denominador aparecerá la sección del núcleo (S), la frecuencia (f) y la
inducción magnética (B) del tipo de núcleo utilizado.
1)
a mayor núcleo (S) menor cantidad de espiras,
2)
a mayor frecuencia (f) menor cantidad de espiras,
3)
a mayor inducción (B) menor cantidad de espiras.
En
el caso del cálculo de un transformador de alimentación la frecuencia es
fija, 50 Hz, en el caso de un transformador de modulación es variable tan
baja como 20 Hz a valores tan altos como superiores a 5 KHz.
La
inducción (B) de la chapa utilizada para núcleos de transformadores de
alimentación puede variar según calidad entre 10.000 líneas a 15.000
líneas a 50 Hz pero ya a valores de 1KHz la inducción de esa chapa cae a
valores no mayores de 3.000 líneas.
A
medida que aumenta la frecuencia la capacidad entre espiras pasa a ser
importante tener en cuenta, en un transformador de alimentación cuya
frecuencia es de 50 Hz en su construcción esta variable no ha sido tomada
en cuenta.
Existe
un fenómeno de saturación del núcleo que se pone fácilmente en
evidencia cuando circula corriente continua en algunos de los devanados
del transformador, un transformador de alimentación en su cálculo y
construcción este fenómeno no se ha tenido en cuenta dado que no es
usual la aparición de este tipo de corriente.
Un
punto a tener en cuenta sobre el amplificador de audio utilizado
como modulador
Trate
de utilizar amplificadores acoplados a la carga a capacitor, si bien los
acoplados en forma directa aseguran una respuesta en baja frecuencia no
limitada por la presencia de este componente, una diferencia en la
ganancia (hfe) de corriente entre los transistores de potencia de salida
significará la presencia de un valor medio por la diferencia de amplitud
de cada uno de los hemiciclos. La baja resistencia Ohmica del devanado del
transformador utilizado como carga del amplificador significa un
cortocircuito que pondrá en riesgo la vida útil de los transistores de
potencia.
Ajuste
El amplificador de radiofrecuencia debe
estar bien cargado. En las condiciones correctas de funcionamiento, la
disminución de la corriente de placa cuando el circuito de placa pasa por
resonancia, es apenas apreciable. Es conveniente trabajar con la menor
corriente de reja de control posible, puesto que así se reduce la
corriente de pantalla y por consiguiente la potencia demandada al
modulador.
Con un ajuste correcto, la linealidad es
buena hasta el 90% de modulación, Cuando la pantalla se hace negativa
para una profundidad del cien por cien de modulación, ocurre una deformación en la
envolvente de modulación en el momento de pasar por el valor cero de la
tensión generando distorsión. Puede eliminarse esta deformación de la
envolvente y mejorarse la linealidad aplicando una tensión de modulación a
la reja de control simultáneamente.
Ajuste sin osciloscopio
