Analizador de Espectro NeoTeo (Parte IV)

En esta entrega, dedicada al desarrollo electrónico más importante de 2010 que hemos hecho en NeoTeo, te mostramos a todas las partes hasta aquí descriptas trabajando en conjunto y dándole funcionamiento al Analizador de Espectro para VHF y UHF. Además, te completamos los diagramas esquemáticos para que puedas construir las etapas correspondientes y comiences a trabajar dándole tu toque personal a este instrumento que te ayudará a descubrir muchos secretos de la radiofrecuencia y a aprender cada día un poquito más sobre el maravilloso mundo de la electrónica y de la radio.

Completar un desarrollo tan ambicioso y tan grande fue una experiencia muy gratificante ya que, en un solo equipo construido, hemos logrado agrupar sistemas de Apagado Automático, Potenciómetros Digitales, el NE555 y sus maravillas, un Selector de Canales de Televisión, un Microcontrolador, Software Libre y un Receptor Superheterodino de Doble Conversión. Es decir, no hemos visto de manera única y aislada un Analizador de Espectro de VHF y UHF sino que hemos dado forma a este sueño con construcciones que pueden ser utilizadas para fines muy diversos y particulares, que pueden ser de suma utilidad en la aplicación menos pensada, pero que en esta serie de artículos se unieron para darle vida al  instrumento deseado. Aquí comenzamos el trayecto final, mostrándote todo el sistema de placas a utilizar y el resultado en imagen de lo que ofrece un Analizador de Espectro: la amplitud de una señal en función de la frecuencia dentro del mundo de la RF.

El Selector de Canales
Como vimos en la entrega anterior, el selector de canales utiliza para su trabajo una tensión de 12Volts de alimentación, un preset (o resistor ajustable) que cumple la función de Control de Ganancia o, dicho de otro modo, Atenuador de RF de los circuitos de entrada. Este control te será muy útil para atenuar o amplificar la entrada de señal hasta un nivel óptimo de trabajo, por lo tanto, sería una buena idea que en el montaje final lo incluyas como un mando directo en el frente del gabinete que decidas construir y dedicar para este instrumento. Señales muy fuertes van a exigir una ganancia mínima para el amplificador de RF de entrada del selector de canales y a eso lo vamos a ver cuando utilicemos este instrumento para ajustar transmisores. Es decir, tendremos la necesidad de ajustar la amplitud visible en pantalla hasta un valor útil, apropiado y cómodo para trabajar.

La conexión a este circuito de “ganancia de entrada de señal” es muy sencilla y se coloca entre la alimentación de 12Volts y GND. Además, un par de pequeños capacitores para desacoplar ruido completan la sección. La salida de FI es directa hacia la entrada del Receptor de Doble Conversión y lo correcto es que la realices con cable coaxial de buena calidad (bien apantallado) y de un diámetro fino para que sea fácil su manipulación dentro de la construcción final. Uno de los detalles importantes a tener en cuenta aquí es que si deseas, puedes blindar dentro de una caja metálica individual al receptor de doble conversión y realizar su acoplamiento al selector de canales mediante cables con conectores BNC. Por supuesto, esto brindará al sistema una mejor inmunidad al posible ruido externo que en ocasiones, puede ingresar directamente al receptor de doble conversión (si la conexión mencionada no es corta y adecuada) provocando lecturas erróneas en la pantalla del osciloscopio.

También encontramos en el circuito un sistema de conmutación que nos permitirá mediante un Jumper (puente) físico, cambiar la alimentación del amplificador de rampa entre 12Volts y 24Volts. Como te explicamos antes, 256 pasos de un potenciómetro digital sobre una tensión de 12Volts equivaldrán a saltos de 46,875mVolts. Mientras que una alimentación de 24Volts para el LM358 nos permitirá explorar un mayor ancho de banda del espectro (más amplitud de diente de sierra y de polarización final sobre esta), trabajar con 12Volts puede significar una mejor visión de la señal a estudiar. No dejes de revisar las anteriores entregas de este desarrollo para comprender mejor esta situación y trabajar de acuerdo a tu conveniencia. Un par de diodos 1N4007 para aislar las alimentaciones entre sí y un filtrado adecuado al LM358 completan esta parte del montaje de la placa.

Luego encontramos el resto de la conexión del LM358 con un preset de entrada para ajuste de nivel de la tensión de sintonía (este mando también puede ser muy útil en el panel frontal),  hasta llegar (luego de un filtro “pasa-bajos”) al terminal de Tensión de Sintonía del selector de canales. Allí encontrarás un punto de prueba (TPR) para comprobar todos los pasos previos del circuito de rampa y observar que la amplificación sea correcta. Esto es: buena linealidad de la rampa y una tensión pico a pico acorde a la tensión de alimentación del LM358. Por último, tres circuitos de conmutación alimentan los pines apropiados del selector de canales para brindarte en pantalla la banda que puedas seleccionar para trabajar. Las señales de mando para este sector de la placa están determinadas por el microcontrolador y algo más abajo veremos como trabaja. Por supuesto, un buen filtrado en la alimentación a esta sección completa el circuito. Observa que antes de cada diodo 1N4007 hay una resistencia de 1 Ohm que está colocada en el circuito cumpliendo la función de “fusible” para evitar riesgos durante la construcción del equipo. Sería importante que no las elimines del circuito para mantener la protección de la máxima cantidad de componentes ante un eventual fallo.

Sistema de Control
La sección del circuito encargada de controlar el funcionamiento de este instrumento es, como ya te adelantamos, un PIC 18F25K20 programado en Amicus, un software de alto nivel, libre y gratuito que está al alcance de todos. Junto a este PIC encontramos, dentro de la placa de control que hoy te presentamos, todos los circuitos necesarios para completar el montaje de este desarrollo. Estas secciones separadas en esta placa son todas las que tú puedes cambiar. Son todas las que puedes mejorar, reformar y perfeccionar intentando lograr un mejor desempeño del instrumento. Las demás, son etapas que no admiten (y no necesitan) muchos cambios, pero esta placa principal de control puede ser reformada desde el microcontrolador a utilizar, como los potenciómetros digitales seleccionados, el generador de diente de sierra, el programa que hace funcionar al circuito y todos los elementos que fueron reunidos allí por ese motivo: para que allí puedas crear y reformar a tu gusto y placer, sin necesidad de cambiar el resto del trabajo realizado hasta aquí.

En el PCB que hemos desarrollado para albergar todas las etapas finales encontramos muy bien delimitados los límites que corresponden al generador de rampa con su alimentación a 12Volts, el microcontrolador conectado por bus I2C al módulo de potenciómetros digitales, la botonera frontal y el display LCD alfanumérico. A pesar de que pueda parecer un sistema sencillo, aquí se resume el corazón del instrumento y lo veremos de la manera más detallada y fácil de comprender como sea posible. Para esto, lo primero que debemos observar dentro del circuito es la distribución de los pines del PIC hacia todas las etapas. Del puerto A sólo utilizaremos algunos pines y estos estarán conectados a la placa del sintonizador (selector de canales) con la misión de seleccionar las bandas. Si bien esta tarea puede ser realizada por puentes fijos (como se hace la alimentación del LM358), el sistema está preparado para operar desde el menú de opciones que brinda el microcontrolador.

Utilizando los pines RA0, RA1 y RA2 puedes optar por las bandas disponibles en este tipo de selector de canales VHF – L , VHF – H y UHF, es decir, desde un piso aproximado de 50Mhz hasta más allá de los 800Mhz. El puerto B, por su parte, se utiliza para visualizar información en el LCD con excepción de RB0 y RB1. Este último pin está destinado al pulsador MENÚ y RB0 se destina para controlar la luz del display. Cuando al sistema se lo programa para trabajar con apagado automático (y cuando entra en este modo), el mencionado pin del puerto B comienza a cambiar de estado provocando una intermitencia en el encendido de la luz indicando que se está en proceso de apagado. Para revertir este proceso, bastará con pulsar el interruptor de encendido del equipo.

El puerto C es el que posee mayor cantidad de aplicaciones. Además de la conectividad I2C con el módulo de potenciómetros digitales, encontramos la conexión hacia el resto de los pulsadores del panel frontal y las conexiones hacia la placa de la fuente de alimentación de 5Volts y 3,3Volts, con los pines dedicados a manejar el apagado automático y el encendido normal del equipo. El oscilador del PIC utiliza un cristal externo de 16Mhz y la programación puede realizarse, como en la mayoría de nuestros montajes, mediante la conexión ICSP. El display utiliza una alimentación de 5Volts y el ajuste de contraste está realizado por resistores fijos en lugar de un control variable.

Existe una gran cantidad de mejoras y variantes que se podrían realizar sobre esta parte del desarrollo. Algunas, están previstas en el PCB y en los alrededores de C14 para colocar allí resistencias y ensayar una respuesta más ideal para el funcionamiento del capacitor como nexo entre la componente alterna de la señal diente de sierra y la componente continua aplicada a la misma, es decir, a la unión entre los dos potenciómetros digitales. Esta falta de perfección se observa cuando se sintoniza una señal al centro de la pantalla y luego se aplica acción sobre las teclas Span. Las constantes de tiempo del capacitor permiten que la señal se desplace por delante de la pantalla y un circuito RC mejorado podría reducir este defecto al mínimo posible. Otra variación importante y eficaz podría estar sobre los valores de R25 y R26 de acuerdo al valor del potenciómetro digital  empleado. Con otros valores resistivos, podrían modificarse los extremos de bandas cuando se aplica la tensión continua sobre la señal diente de sierra. Esto traería como resultado una mejor exploración de los márgenes inferior y superior de las bandas.

El software utilizado en el PIC, como dijimos antes, está realizado con el software libre Amicus pero cada línea de programa está comentada en detalle para que puedas comprender su función y trasladar el programa a cualquier otro lenguaje de programación. Al final de este artículo encontrarás el código fuente utilizado para que puedas trabajar con él y experimentar sobre todas las variables que creas oportuno hacer. En futuras entregas estaremos desarrollando accesorios para facilitar tu trabajo con este instrumento y tendremos la posibilidad de ver cómo utilizarlo en el ajuste y calibración de un equipo transmisor. La mayoría de las personas cree que la potencia de un transmisor de radio se ajusta con un instrumento para medir Watts, sin embargo, te mostraremos cómo un Analizador de Espectro es mucho más útil y efectivo para ese tipo de ajustes.

Recuerda, siempre estamos en el Foro de NeoTeo para acompañarte en tus dudas y participar de tus logros y avances. Ya tienes todo lo necesario, ahora es cuando la verdadera aventura comienza. Descubrir una transmisión radial, un canal de TV, un servicio que no sabías que existía. Construir antenas específicas para alguna banda interesante y descubrir desde donde provienen las transmisiones. Estas y muchas cosas más podrás lograr con esta ventana que se abre al mundo de la radiofrecuencia y que NeoTeo te acercó como agradecimiento a tu tiempo compartido junto a nosotros.