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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.
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.
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.
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
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
símbolo
B=Base
C=Colector
E=Emisor
FET esquemático
símbolo
G= (gate) Puerta
D=Drenaje
S= (supply) Fuente