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Transmisor de Accionamiento Aleatorio (ART827S)

Describimos el montaje de un transmisor que emite señales en períodos aleatorios. El transmisor puede operar tanto en el rango de FM como VHF y tiene algunas aplicaciones interesantes como la realización de un conocido juego practicado por radioaficionados denominado "Caza a la Raposa". En esta aplicación el transmisor puede ser usado en clubes, campamentos, hoteles-haciendas, etc. El juego consiste en ubicar un transmisor oculto usando como detector una radio común de FM.

La caza del Raposa es un nombre dado a un juego, muy popular entre los radioaficionados, que consiste en intentar localizar un transmisor escondido en lugar fijo o en constante movimiento a partir de las señales que él emite. Cada competidor debe tener su propio receptor, en el que intenta sintonizar y, por la dirección de las señales, localizar dónde está. Basados en la directividad de la antena del receptor y en la propia variación de la intensidad de las señales, el "cazador" puede salir detrás del zorro. Vence a quien la encuentre en primer lugar.

Los radioaficionados utilizan para esta competencia potentes transmisores que se instalan en un vehículo que se desplaza por una vasta región. Como nuestro proyecto es de potencia limitada, dadas las restricciones legales, la operación se hace con señales más débiles cuya captación es posible en un radio de algunos cientos de metros. El interesante de nuestro proyecto es que agregamos algunas características que hacen su ubicación no tan simple.

De hecho, el transmisor que describimos opera de forma intermitente en el rango de FM y tiene un alcance que, en condiciones favorables puede llegar cerca de 1 kilómetro. La alimentación puede ser hecha por pilas o batería recargable y su reducido tamaño permite que se oculte con facilidad dentro de un club, un hotel de granja, una escuela o una plaza o en cualquier otro lugar.

Pero, volviendo al punto básico, que es la operación intermitente, ligando y apagando en instante imprevisibles, exige que el operador del receptor sea bastante "inteligente", en el sentido de estar listo y en la frecuencia exacta para salir detrás de las señales. En la figura 1 mostramos el patrón de las transmisiones, consistente en un tren aleatorio de bips.

 

Figura 1 - Patrón de la señal generada.
Figura 1 - Patrón de la señal generada.

 

Sin embargo, las modificaciones en el proyecto se pueden hacer para que las emisiones sean aleatorias como se verá más adelante. También es posible alimentar el circuito con tensiones mayores (hasta 12 V), cambiando el transistor del transmisor y así obteniendo mayor alcance.

 

Características:

• Tensión de alimentación: 6, 9 o 12 V

• Rango de funcionamiento: VHF o FM, entre 60 y 108 MHz.

• Consumo: 20 a 100 mA dependiendo de la tensión de alimentación

• Alcance: 100 metros a cerca de 1 km - dependiendo de la tensión de alimentación.

• Tipo de emisión: intermitente, modulada en tono.

 

COMO FUNCIONA

En la figura 2 tenemos un diagrama de bloques que representa el transmisor y desde el cual haremos el análisis de su principio de funcionamiento.

 

Figura 2 - Diagrama de bloques del transmisor.
Figura 2 - Diagrama de bloques del transmisor.

 

 

El primer bloque consiste en el sistema generador de bips que tiene como base dos puertas de un circuito integrado 4093, un desencadenador NAND CMOS. El CI-1a es un oscilador de frecuencia muy baja cuya finalidad es generar los intervalos y la duración de los bips que en el caso corresponde a una operación con ciclo activo del 50% .Para modificar el ciclo activo, por ejemplo, con mayor intervalo y menor duración de los bips ,. se establecen recorridos diferentes para la corriente de carga y descarga de C1, como muestra la figura 3.

 

Figura 3 - Programación del ciclo activo a través de R1 y R2.
Figura 3 - Programación del ciclo activo a través de R1 y R2.

 

  En este caso, la relación entre los resistores determinará el ciclo activo y por lo tanto la duración e intervalo de los bips. La tonalidad de los bips es determinada por R2 y C2 que, en conjunto con CI-1b forman un segundo oscilador cuya forma de onda en la salida. Los dos osciladores tienen sus salidas conectadas a un bloque de combinación formado por CI-1c.

En la salida de este elemento tenemos entonces bips de audio que sirven para la modulación del transmisor. El transmisor es muy simple, constando de un solo transistor cuya frecuencia es determinada por L1 y CV. Podemos ajustar CV para operar en una frecuencia libre del rango de VHF, si el juego se realiza con personas que tienen receptores apropiados.

Sin embargo, lo más común es usar la banda FM, en una frecuencia libre, ya que la mayoría de la gente puede fácilmente contar con un receptor que sintonice esta pista. En este circuito, R3 y R4 polarizan la base del transistor mientras que C4 hace su desacoplamiento y C5 es responsable de la realimentación que mantiene las oscilaciones.

La intermitencia del transmisor está determinada por otro oscilador que tiene como base CI-1d. En la frecuencia, la frecuencia se determina por R7 y C7.

Estos componentes determinar los períodos de emisión y los intervalos que en el caso corresponden a una operación con ciclo activo del 50%.

Sin embargo, también podemos cambiar este ciclo activo con emisiones de corta duración (menores tiempos) y mayores intervalos, usando para ello el circuito mostrado en la figura 4.

 

Figura 4 - Programación de la intermitencia de las transmisiones.
Figura 4 - Programación de la intermitencia de las transmisiones.

 

En este caso, R1 determina la duración de la transmisión y R2 el intervalo. El capacitor determina la duración de un ciclo completo de operación (intervalo más largo). También existe una posibilidad interesante para hacer el juego más emocionante que es el uso de un oscilador de pulsos aleatorios (de diferentes longitudes e intervalos) basado en otro circuito integrado 4093, con la configuración mostrada en la figura 5.

 

Figura 5 - Combinando 4 osciladores aleatorios.
Figura 5 - Combinando 4 osciladores aleatorios.

 

Para este circuito tenemos tanto intervalos como duraciones pseudo-aleatorias determinadas por la combinación de efectos de 4 osciladores diferentes. El patrón obtenido por un circuito como el de la figura 5 se muestra en la figura 6.

 

Figura 6 - Patrón aleatorio generado por el circuito.
Figura 6 - Patrón aleatorio generado por el circuito.

 

La duración de cada emisión y también los intervalos medios se pueden ajustar cambiando los resistores y los capacitores del circuito. Esta separación determinará el grado de dificultad para la localización del transmisor, ya que las emisiones parpadearán.

La fuente de alimentación para el transmisor debe ser dimensionada de acuerdo con el tiempo que se desea que sea la duración de la prueba. En la versión inferior sugerimos el uso de pilas medias o grandes del tipo alcalino, mientras que para la versión más grande se puede utilizar una batería recargable NiCad).

 

MONTAJE

Inicialmente, damos en la figura 7 el diagrama completo del transmisor.

 

Figura 7 - Diagrama completo del transmisor.
Figura 7 - Diagrama completo del transmisor.

 

La disposición de los componentes en una placa de circuito impreso se muestra en la figura 8.

 

Figura 8 - Placa de circuito impreso para el montaje.
Figura 8 - Placa de circuito impreso para el montaje.

 

Para los transistores Q1 y Q2 tenemos dos posibilidades según la tensión de alimentación y el alcance deseado. Para alimentación de 6 voltios en la versión de menor potencia (hasta 200 metros de alcance) el transistor Q1 puede ser un BC548 o equivalente y Q2 un BF494 o equivalente. Para alimentación de 9 o 12 V, con alcances entre 500 metros y 1 km, Q1 puede ser el BD135, BD137 o TIP31 que debe montarse en un radiador de calor, mientras que Q2 puede ser el BD135 o 2N2218.

Observe sólo que todos estos transistores tienen diferentes pinos y que el 2N2218 debe tener un radiador de calor de tipo apropiado a su envoltura. La bobina L1 está formada por 4 espiras de hilo 20 o 22 sin núcleo de 1 cm de diámetro. CV es un trimmer de cualquier tipo con capacidad máxima de 30 a 40 pF. Observe que los diversos tipos de trimmers tienen formatos diferentes, debiendo ser efectuada la debida alteración en la placa si es necesario.

Con la bobina indicada el transmisor funcionará en el rango de FM. Con 5 o 6 espiras tendremos la operación entre 60 y 80 MHz y con o 2 o 3 espiras entre 100 MHz y 120 MHz.

Los capacitores usados en el sector del transmisor deben ser cerámicos mientras que los de los demás sectores pueden ser de cualquier tipo. Como antena podemos usar un pedazo de hilo rígido común de 80 a 120 cm de longitud o aún una antena telescópica del mismo tamaño. En la instalación la antena debe estar en posición vertical lejos de cualquier objeto de metal de gran tamaño.

 

PRUEBA Y USO

Para probar el aparato, conecte en las proximidades un receptor de FM (o VHF) sintonizado en una frecuencia libre. Después, sólo para efecto de prueba, haga una interconexión provisional entre el emisor y el colector de Q1. Este procedimiento lleva al transmisor a la condición de funcionamiento continuo. Ajuste entonces CV para captar en el receptor la señal con máxima intensidad.

Hecho esto, desconecte el cable entre el emisor y el colector de Q1 y observe el funcionamiento por algún tiempo, para comprobar si el circuito de intermitencia opera normalmente. Si desea modificar las características de tono e intervalo, cambie las resistencias y los capacitores correspondientes. Si el funcionamiento se instala definitivamente, el aparato en una caja.

Para hacer el juego tenemos dos posibilidades: ocultar el transmisor o hacer que alguien se mueva con él haciendo, en el segundo caso, la ubicación más difícil. Después de encendido, los competidores son instruidos sobre la manera de usar sus radios para encontrar el transmisor. Indicar la frecuencia o dejar que cada uno la encuentre.

 

Semiconductores:

CI-1 - 4093 - circuito integrado CMOS

Q1 - BC548, BD135 o TIP31 - transistores NPN, según la tensión - ver texto

Q2 - BF494, 2N2218 u BD135 - transistores de RF o potencia, según la versión - ver texto

 

Resistores: (1/8 W, 5%)

R1 - 3,3 M ohms - naranja, naranja, verde

R2 - 27 k ohms - rojo, violeta, naranja

R3 - 8,2 k ohms - gris, rojo, rojo

R4 - 6,8 k ohms - azul, gris, rojo

R5 - 47 ohms x 1 W - amarillo, violeta, negro

R6 - 1 k ohms - marrón, negro, rojo

R7 - 1 M ohms - marrón, negro, verde

 

Capacitores:

C1 - 470 nF - cerámico o poliéster

C2 - 47 nF - cerámico o poliéster

C3 - 10 nF - cerámico

C4 - 4,7 nF - cerámico

C5 - 4,7 pF - cerámico

C6 - 100 nF - cerámica

C7 - 10 uF a 47 uF - 12 V - electrolítico

C8 - 100 uF - 12 V - electrolítico

 

Varios:

L1 - Bobina - ver el texto

CV - trimmer - ver el texto

A - antena - ver texto

S1 - Interruptor simple (opcional)

B1 - 6 a 12 V - pilas o batería - ver texto

Placa de circuito impreso, zócalo para el circuito integrado, caja para montaje, soporte de pilas o conector según la batería, cables, soldadura, etc.

 

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