MC100EL1648: El Regreso del Jedi

Hace muchos años, existía una división de Motorola que fabricaba circuitos integrados aplicados a la RF y uno de ellos era el MC1648, un VCO que era capaz de trabajar hasta 130Mhz. El mundo de la radio estaba al alcance de todos con ese componente que podía brindar un desempeño excelente. Tenerlo era el símbolo de la sabiduría, de lo correcto, de llegar a un VCO de gran calidad. Era el sinónimo de lo mejor. Como todo evoluciona en este mundo, ese circuito integrado se dejó de fabricar y, por mucho tiempo, fue una odisea encontrar un reemplazo adecuado. Onsemi tomó la posta dejada por Motorola y redoblando la apuesta, desarrolló hace algunos años este dispositivo que llega hasta 1100Mhz y que es compatible pin a pin con el mítico MC1648. Descubre a esta maravilla; noble y leal ante La Fuerza de la Radio. Un verdadero Jedi.

Durante las décadas del 80 y 90, Motorola era una de las empresas líderes (junto a Mitsubishi y otros pocos) en el desarrollo y fabricación de transistores, circuitos integrados y dispositivos relacionados con el mundo de las telecomunicaciones. Durante ese tiempo, superar la barrera de 1Ghz era para los grandes emprendimientos satelitales o actividades militares. Sin embargo, con la irrupción de la telefonía celular móvil y el crecimiento exponencial de las nano-tecnologías electrónicas, las compañías fabricantes de semiconductores vieron la evolución hacia una nueva era de las telecomunicaciones.

Los negocios pasaban a concentrarse en otros puntos del espectro radioeléctrico. De este modo, las frecuencias bajas, aquellas que un aficionado podía manejar fácilmente, comenzaron a quedarse sin “materia prima”. Así como alguna vez, los tubos de vacío fueron desplazados por el transistor, dentro de los equipos de radio, los circuitos integrados hicieron el mismo trabajo, con sus antecesores. Más tarde, un cambio de escenario, presentaba un desafío muy grande a los diseñadores: no existían más los fabricantes de partes para las frecuencias bajas de radio. El negocio se cambió de lugar y comenzó un período complejo y duro de transitar, sin las partes esenciales; que hacían fácil la vida del aficionado a construir sus propios equipos de radio.

El MC1648, de Motorola, era un VCO muy noble, económico, fácil de conseguir, versátil para adaptarse a diferentes tipos de configuraciones que permitían llevar adelante osciladores para múltiples aplicaciones. La enorme mayoría de los circuitos de frecuencia modulada comercial se realizaban alrededor de este componente asociado a un PLL (Phase Locked Loop – Lazo Enganchado en Fase) sencillo que también fabricaba Motorola. Con muy pocos materiales, en una tarde de trabajo, era fácil construir un transmisor completo de FM.

Cuando el MC1648 dejó de fabricarse, las alternativas fueron múltiples hasta que On Semiconductor (onsemi.com) decidió continuar con el desarrollo y aplicar todos los avances en construcción de circuitos integrados a un dispositivo que llegaría para devolver la sonrisa a muchos diseñadores. De este modo, nace el MC100EL1648 que, además de devolver la gloria del MC1648, la eleva aún más, llevándola a un límite superior de 1100Mhz (1,1Ghz). Una delicia que no podemos dejar de aprovechar y ensayar en lo que será nuestro Transceptor NeoTeo. Gracias a la generosidad de onsemi.com (como es habitual), las muestras gratis que recibimos serán utilizadas para construir varios osciladores (VCO) y en este artículo, será el turno de un oscilador que trabajará entre 66Mhz y 180Mhz.

Con esta configuración del circuito tanque (formado por L3 – D1 y D2), la frecuencia mínima de trabajo puede alcanzar valores de 50Mhz, pero para mejorar la estabilidad de funcionamiento, en bajas frecuencias, será mejor utilizar otro tipo de montaje que ya veremos a su debido tiempo. Por ahora, con el montaje de hoy, podremos trabajar en bandas muy interesantes como 72Mhz, utilizada en radiocontrol de aeromodelos, en emisoras de FM entre 88 y 108Mhz, en equipos dedicados a la banda aeronáutica desde 108 hasta 136Mhz, en la banda de radioaficionados de 2 metros entre 144Mhz y 148Mhz y para sistemas variados que necesiten un VCO estable y eficiente hasta 180Mhz.  El circuito es muy elemental, está formado por etapas muy definidas y es muy claro de comprender.

La tensión de alimentación del MC100EL1648 está a cargo de un pequeño 78L05 y desacoplada a GND por C3 – C4 – C5 – C6 y C15 de manera que el IC trabaje con una corriente continua pura y sin vestigios de radiofrecuencia que pueda generar un inapropiado funcionamiento del VCO. Como indicamos (y recomendamos) siempre, cada valor de capacitor junto a la vía donde está ubicado, forma una trampa a las radiofrecuencias, enviándolas a GND. La alimentación debe mantenerse limpia, continua y pura. La RF debe manejarse por un camino definido y la alimentación debe mantenerse sin residuos o inducciones indeseadas de ellas.

Observa luego en los videos que al momento de funcionar, el PCB ya tiene incorporados los postes para soldar una chapa de blindaje que separe al MC100EL1648 de la etapa de amplificación del 2N2222A (apto para trabajar hasta más allá de los 300Mhz) y aísle al VCO, propiamente dicho, del resto del escenario donde pueda ser utilizado. Las cercanías de cualquier elemento pueden cambiar los valores de frecuencia de trabajo del oscilador y eso es algo que siempre debe evitarse (ahora lo verás en los videos). A pesar de que el PLL se encargará de mantener siempre estable la frecuencia a pesar de cualquier “entorno desestabilizador”, será apropiado adecuar las protecciones necesarias que sirvan para garantizar el deseado funcionamiento del VCO.

Esta etapa separadora, formada por el 2N2222A es básicamente un amplificador de tensión que utiliza un transistor NPN trabajando en clase A, con configuración de emisor común y resistencia de emisor. Esta parte del circuito no introduce distorsión en la señal, obtenida en la salida (C10 y/o C22), ya que el transistor está polarizado en su región activa de amplificación, donde la zona de trabajo sea hace lineal y no recorta la señal, ni la deforma. R6 y C22 se encargarán de llevar una referencia de la frecuencia de oscilación hacia el futuro divisor programable (utilizado por el PLL en próximas entregas) y C10 entregará la energía de RF a la siguiente etapa de proceso; amplificación en el caso de FM o modulación en el caso de AM o SSB.

R1 – D3 y C1 están colocados para ser utilizados como entrada de audio, para un eventual uso de este circuito dentro de una emisora de FM, o un transceptor dentro de la banda de 2 metros de radioaficionados (FM = F3E). En el caso de que esta parte no sea necesaria, puede quitarse del montaje o conectar el extremo de entrada por R1 a GND. Esto será muy útil cuando trabajemos con equipos de amplitud modulada o SSB (AM = A3E y SSB = J3E). El resto es prolijidad, amor por lo que se está haciendo y mantener el cuidado en cada componente que se coloca, cuidando que los terminales sean tan cortos como te resulte posible (para esto, el SMD es ideal). Luego de montar todos los elementos como te mostramos en las imágenes, debes instalar la inductancia que determinará la frecuencia de trabajo del VCO y un potenciómetro como el que te mostramos en el video para introducir tensión en el punto “Tensión de Sintonía”. Para esto, puedes tomar alimentación desde los 5Volts o desde la tensión de entrada. En nuestro ensayo de hoy lo hemos hecho desde los 5Volts regulados, utilizando un potenciómetro de 25K. Observa en este video como trabaja el MC100EL1648 entre 120Mhz y 180Mhz.

Una de las cosas fundamentales que debes comprender es que tú no necesitas tener el instrumental que se observa en el video para llevar a cabo este trabajo con éxito. Nosotros lo hemos hecho en el video de ese modo para mostrarte los resultados que tú obtendrás si reproduces nuestro circuito de la manera más aproximada. Si deseas reformarlo, modificarlo y/o mejorarlo es probable que necesites de ellos, pero mientras tu objetivo sea construir el VCO, bastarán las instrucciones vistas y expuestas en este artículo para saber que estarás allí, en el mismo lugar que nosotros y con idénticos resultados. Si posees los instrumentos y deseas comprobar el funcionamiento, mucho mejor. De todos modos y pensando en los que no los poseen, lo mejor siempre es comenzar a trabajar sobre lo seguro.

Como ves en el video, para lograr un VCO que trabaje en la porción de 88 – 108Mhz debes hacerlo utilizando diodos varicap de entre 40pF y 50pF  junto a una inductancia de 5 espiras, de 6 milímetros de diámetro en su cuerpo, construida con alambre de cobre de 0,7 milímetros de diámetro. Con estos valores estarás con seguridad trabajando en esta banda y en su defecto, estarás muy cerca de ella. La comprobación sin instrumentos será muy sencilla ya que con un simple receptor de FM escucharás la portadora silenciosa moverse por el dial, mientras tú actúas sobre el “potenciómetro de sintonía”. Nosotros utilizamos los instrumentos y tú observas que en este video que en verdad funciona, sólo te resta construirlo y comprobarlo con un simple receptor de este modo:

Por supuesto, una emisora de FM de buenas características, no puede estar sometida a las variaciones de frecuencia que pueda tener un oscilador libre, que sólo dispone de un potenciómetro para ajustar la frecuencia de trabajo. Los cambios de temperatura, humedad y diversos factores impredecibles siempre terminarán alterando el punto de ajuste de un potenciómetro.

La mejor solución será el uso de un sistema PLL que se encargará de suministrar la tensión de sintonía adecuada al VCO para que la frecuencia sea tan estable como un oscilador de cuarzo. Por supuesto, tú podrás seleccionar la frecuencia que desees para trabajar, pero el resultado final será como haber colocado allí un cuarzo de la frecuencia exacta de trabajo de la emisora. Sin ajustes, sin retoques, sin variaciones aleatorias por factores externos o internos. Estabilidad absoluta que veremos en la próxima entrega. Por ahora, pedir las muestras gratis a onsemi.com, construir este VCO y ensayarlo en la frecuencia que desees, dentro de la franja comprendida por los 65Mhz y hasta los 180Mhz, te atrapará tanto como lo hizo con nosotros. Trabajo que hicimos para allanarte y mostrarte el camino que, como sabemos, te gusta explorar y como dice la hoja de datos, el MC100EL1648 es capaz de llegar mucho más allá de los 180Mhz que experimentaremos nosotros.

 

Nosotros utilizamos en este montaje componentes SMD, pero tú puedes realizarlo con componentes tradicionales y el resultado será el mismo. Nuestro trabajo y nuestro ensayo debe ser útil para ofrecerte un punto de inicio, un pié de apoyo, un punto de partida, un ejemplo a copiar. Por supuesto, nunca dos montajes serán iguales, pero manteniendo reglas mínimas de orden y prolijidad en la construcción, los resultados no serán demasiado dispares como para no lograr el objetivo. Debes cambiar mucho la organización de componentes para no alcanzar un funcionamiento exitoso, como se aprecia en los videos.

Vale aclararte que este tipo de construcciones se realizan sin opción a ensayarlas en un protoboard o en un simulador ordinario dentro del ordenador. Dejando de lado que nuestro MC100EL1648 es un circuito integrado de montaje superficial (tú puedes pedir la versión DIP), los circuitos de radiofrecuencia no pueden ser ensayados en un protoboard, de modo tal que debes comprender que esto no es una recomendación; es un consejo para no fracasar en el intento. Por último, la alimentación con fuentes conmutadas no es una buena elección para poner a funcionar y/o ensayar estos circuitos. Cualquier fuente de regulación lineal será apta para esta aplicación. Te recomendamos, además, no superar los 12Volts de alimentación (entre 9 y 7,5Volts sería el ideal) para que el 2N2222A no eleve su temperatura y necesites colocarle un disipador.

Entre las recomendaciones finales, podemos agregar que utilices una placa de fibra de vidrio (FR4) de doble faz para extremar la superficie de los planos de tierra (o GND) y para algunas vías de conexión que podemos manejar por el lado inferior de la placa. En los archivos de descarga encontrarás los PDF necesarios para utilizar el método de la plancha y construir este VCO. Si decides hacer otro diseño recuerda: conexiones extremadamente cortas y todo el plano de tierra que puedas introducir en el PCB.  El MC1648 ha regresado y con mayor fuerza, como un verdadero Jedi lo haría, nosotros nos uniremos a su capacidad para este tipo de trabajos e iniciaremos el camino de nuestro transmisor/receptor ideal, construido por nosotros mismos.