Febrero 2019: Circuitos y amplificadores de radio.
Transmisor FM de 300W autoconstruido
Pues ya han pasado unos años desde mi último de equipo de estas características. Durante este tiempo he ido realizando diversos proyectos de todo tipo, desde los típicos y sencillos montajes con Arduino hasta otros más complejos que poco a poco iré colgando en el blog.
En este artículo explicaré a groso modo el diseño y montaje de un transmisor FM de 300W. En principio no me ha resultado muy difícil de montar pero hacer que todo encaje, funcione y quede más o menos presentable me ha dado más de un quebradero de cabeza.
La caja
Al igual que en otros montajes anteriores he optado por una caja Retex 180 con una profundidad de 360mm. Dado que el amplificador generará una cantidad de calor considerable también será necesario un frontal con la suficiente ventilación. Retex fabrica frontales perforados pero más adelante veréis la solución por la que optado. 🙂
Estas cajas podéis adquirirlas en tiendas especializadas, mi recomendación es alejarse de las ofrecidas en Aliexpress o similares, en estos aparatos es mejor optar por una caja robusta y de buena calidad.
Tiendas: Cetronic, OndaRadio o Diotronic
Preparando la caja
Vamos al lío. 🙂
Presentamos la caja y el disipador térmico (adquirido en poweralia.com). Se trata de un disipador de 300x200x50mm
También se aprecia uno de los ventiladores de 80x80x35. Con esto vamos tomando ideas de como realizar el montaje.
Una vez tomadas las medidas procedemos a instalar el disipador térmico mediante unas escuadras de aluminio colladas en el disipador y la caja. Añadiremos un listón o barra de alumnio de 5cm a la escuadra para alcanzar la altura total de chasis, con lo que conseguiremos aislar a modo de jaula toda la RF que pueda existir dentro de la zona de la etapa final.
También aprovechamos para tomar medidas y hacer los agujeros por donde pasarán los cables que darán vida al amplificador, +48v, negativo, alarma y el sensor de temperatura o inclusive los del sensor REF y SWR.
Una vez montado y ajustado el disipador procedemos a situarlo en la caja, una vez hecho esto ya podemos tomar las medidas pertinentes para realizar los agujeros inferiores para fijar el disipador, los ventiladores, toma RF de antena y otras conexiones del panel posterior.
Como veís disponemos de dos ventiladores y la toma de RF dentro de un gabinete perfectamente apantallado, lo cual nos evitará problemas de RF en el excitador, toma de audio e incluso problemas en la fuente de alimentación. Más adelante hablaré sobre como evitar problemas de regulación en la fuente por retroalimentación RF.
Este sistema de montaje también mejora la ventilación ya que concentra todo el flujo de aire sobre el disipador.
Panel Posterior:
Hay que darle a cada componente su posición correcta, como ya he comentado, aislar la etapa RF del resto es muy importante para evitar zumbidos y retroalimentaciones, por lo que el diseño ha de estar bien estudiado desde un buen principio.
No tengo imágenes del proceso de corte y diseño, basicamente, medidas, lápiz y cinta métrica.. seguidos de un buen café, taladro, dremel y algunas limas… y este es el resultado. Toma RF, dos ventiladores, el portafusibles para la etapa RF (48v y 10A), abajo dos tomas BNC para la entrada MPX o Stereo, seguidos del ventilador que enfría la F.A de 48v y la zona del excitador, otro portafusibles que protegerá la entrada de 220v y su correspondiente toma de corriente.
Montaje de las fuentes de alimentación
Esta sección del transmisor es relativamente sencilla de montar pero hay factores a tener en cuenta. La ventilación que en este caso está más que resuelta y el recorrido de los cables.
Por decirlo bastamente, la RF se pega o resuena con todo lo que no esté bien aislado por lo tanto debemos cuidar y mucho por donde pasaremos los cables, alejándolos todo lo posible del excitador (y su oscilador) y de las tomas de audio y sus recorridos.
También es muy recomendable colocar ferritas en los cables que alimentan la etapa final del amplificador para evitar que nuestra fuente de alimentación se vea afectada y deje de regular correctamente. Lo cual podría causar graves averías tanto en la fuente como en el amplificador.
Las fuentes utilizadas son:
1x MeanWell 48v 13.5A (etapa RF)
1x MeanWell 24v 1A (ventiladores)
1x MeanWell 12v 2.5A (excitador y electrónica)
(importante que nos sobren algunos amperios para que el equipo trabaje correctamente y tenga fiabilidad)
Dicho esto vamos a por el montaje en la caja. Para este montaje he diseñado unas piezas en 3D a medida para el montaje de la fuente que alimentará el excitador y los ventiladores, dicho soporte también servirá como pasacables y soporte para el excitador FM que veremos más abajo.
También hay una aleta a modo de aislante RF, tomando de referencia las utilizadas en la etapa final. Con ello conseguiremos aislar la F.A. y el positivo de 48v de la zona del excitador. La fabricaremos más corta teniendo en cuenta la electrónica del frontal.
Es importante conectar en común todos los negativos de las fuentes y estos a las aletas que separan la fuente de 48v y la zona de la etapa. Con esto conseguimos enjaular o apantallar todas las zonas (alimentación, excitador y amplificador). Lo haremos mediante terminales bien atornillados y con soldaduras limpias.
(Si optáis por el mismo diseño podéis poneros en contacto y mandaría los STL usados en este equipo)
A continuación el montaje va tomando forma:
El Excitador FM
Por internet existen multitud de excitadores FM pero debemos huir de los típicos chinos, primero porque muchos traen entrada stereo y no nos interesa. Necesitamos algo más profesional, con entrada MPX, en la cual podremos conectar nuestro propio procesador Stereo o incluso RDS (más adelante hablaremos de esto)
Tampoco nos interesa un excitador FM barato porque aunque nos marque potencia probablemente sean más armónicos y espurias que otra cosa y esto acabará por estropear nuestra etapa de potencia, por no hablar de que saldrá la música hasta por la tostadora del vecino. Problemas y más problemas.
En otros aparatos que he montado he optado por excitadores BroadCastWarehouse o Tugicom, ambos otorgan un sonido nítido y cristalino, quizás el Tugicom ofrece unos graves más contundentes pero ambos suenan espectacularmente bien aunque otorgan 1W y nuestro montaje necesita un mínimo de 3 y un máximo de 7w para dar la máxima potencia. Por este motivo he optado por un DutchRF, que da unos nada despreciables 10w a plena potencia y además regulable por BIAS o potenciómetro externo así que perfecto!!
La pega… es que vienen en KIT y hay que montarlos… bueno pues vamos a por la cafetera. 🙂
Visto así acojona un poco ¿verdad? La calidad de las placas es a simple vista muy buena, cómo véis hay trabajo por delante pero en un par de tardes se monta perfectamente. Importante, los componentes bien pegaditos a la placa, bobinas bien realizadas (usé un juego de brocas para el diámetro interior) y sobretodo las soldaduras limpias, la pasta de soldar será nuestro mejor aliado.
Una vez soldado procedemos a instalarlo en su cajita EMC para proterlo y a su vez proteger el equipo de las radiaciones electromagnéticas. Antes tomaremos medidas para perforar los agujeros que permitirán conectar la alimentación, audio y la toma RF, ésta última a elección del consumidor, en mi caso opté por una hembra SMA soldada directamente a la caja.
Realizados estos pasos procedemos a montarle el disipador térmico con su correspondiente pasta térmica y ya nos quedará listo para cablear la toma de alimentación y audio por nuestro soporte impreso en 3D.
Posteriormente ajustaremos los BIAS del transistor final y la separación del bobinado ya que esto afectará notablemente a la potencia de salida. También deberemos conseguir una respuesta plana en todo el espectro de emisión.
No hay que olvidar darle unos puntos de estaño a la caja EMC para tener una buena masa en todo el montaje.
y aquí ya lo tenemos instalado en nuestra caja Retex, va tomando forma 🙂
Conexión, primeras pruebas y ajuste de BIAS y bobinados.
Antes de instalar nuestra etapa de potencia tenemos que asegurarnos de que todo funciona correctamente, zumbidos inesperados, respuesta en frecuencia, armónicos y potencia de salida (muy importante para no saturar y dañar los Mosfet de la etapa)
Además en la imagen podréis apreciar un par de barras LED de 10 segmentos montadas sobre una pcb perforada.
Por AliExpress es fácil adquirirlas y además muy económicas. En una de ellas le acoplaré un circuito VU Meter y en la otra un Arduino Nano que junto con un LM35 atornillado al disipador me ofrecerá una referencia de la temperatura del amplificador. Esto os lo dejo a vosotros ya que también puede ir a gusto de cada uno.
Panel Frontal
En otros montajes he utilizado paneles frontales Retex que ya vienen perforados, en esta misma página encontraréis el Amplificador FM de 150W que hice hace unos años y que aún funciona de maravilla.
e incluso paneles de 2U unidades, totalmente perforados que he llegado a mecanizar como el caso de este Transmisor de 200W
Para este transmisor de 300W quería diseñar un equipo exclusivo y opté por hacer un diseño propio.
Para ello existe una gran herramienta, el Front Panel Express, que incluso te permite hacer el pedido online aunque por precio… siempre puedes encontrar algún taller de corte láser o CNC (sale más económico) .
Después de un par de horas y algún otro café… llegó la hora de llevarle el archivo SVG al taller CNC y aquí el resultado. 🙂
Montaje y conexiones del panel frontal
Es relativamente sencillo, una vez más he tenido que recurrir a la impresión 3D para realizar el soporte que albergará los LED indicadores de red 220v, potencia amp, ventiladores en OK, potencia excitador, PLL Lock y alarma de temperatura (ajustado a 50ºC en disipador)
En este soporte se instalarán todos los LED mediante una pcb perforada cortada a medida, cada LED irá con su respectiva resistencia para bajar los diferentes voltajes a los 3V. Para el de 220v utilizaremos una resistencia de 1MOhm en serie con el cátodo y un diodo 1n4007 en el ánodo (por ejemplo)
Una vez terminado el panel LED pasamos a la siguiente fase, el montaje del LCD, controles e indicadores.
Instalaremos la pcb cortada a medida con la correspondiente barra LED soldada y cableada al control VUMeter y éste a su vez a la entrada de audio.
La otra barra LED irá conectada al Arduino Nano y al LM35 respectivamente.
Conectaremos la alimentación de ambos dispositivos a la misma fuente que la del excitador.
Sobre estas líneas el LCD y los botones de selección de frecuencia, PLL Lock y potenciómetro control de potencia. A su derecha VUMeter y medidor de temperatura. Más abajo el BNC que nos permitirá conectar un monitor de RF.
Conectamos y probamos el sistema, seguimos con los ajustes y correcto funcionamiento del excitador, previo paso para la instalación de la etapa de potencia. Este es un buen momento para calibrar el VU Meter en una desviación máxima de 75Khz.
En FM superar una desviación de 75Khz significa interferir con las emisoras adyacentes. Es muy importante este paso y calibrar bien nuestro indicador VU Meter.
Ya se pueden apreciar los cables que darán tensión a la etapa y la entrada de RF de la misma. En este momento el transmisor ya está ajustado perfectamente y capaz de trabajar en frecuencia aunque con una potencia máxima de 7-10w
Instalación del amplificador FM de 300w
Esta es quizás la parte más complicada y peligrosa del invento pues una mala soldadura o un ajuste defectuoso puede hacer saltar nuestro caro y delicado amplificador.
- Es conveniente realizar soldaduras precisas, limpias y con el estaño en su justa medida.
- Es necesario utilizar pasta térmica para mejorar el contacto de los transistores con el disipador de calor.
- La refrigeración ha de ser óptima, con buen flujo de aire.
- La instalación de un fusible en el positivo del amplificador es obligatoria.
- Se recomienda un amperímetro para detectar un consumo excesivo (algo no va bien)
- Instalaremos interruptores térmicos o termostatos para el corte de la alimentación en caso de sobrecalentamiento e incluso alguno que dispare la alarma del equipo.
- Un sensor de temperatura resulta ideal para saber «qué está pasando en el interior)
- Indispensable el uso de un filtro LPF (a ser posible sobredimensionado) para reducir los armónicos y evitar interferir en otras emisoras y servicios marítimos, aéreos, etc…
- Todas las conexiones internas que salen del amplificador se deben realizar con cable RG142 (teflón) o similar y nunca de menor capacidad.
- Indispensable conectar todo bien a masa, disipador, chasis y conector N
De no seguir alguno de estos consejos probablemente explote algo de forma inesperada.
Dicho esto a por el lío. 🙂
Una vez más tomamos medidas y más medidas, es importante que todo quede lo más compacto posible, cables de alimentación y de RF lo más cortos posible.
Para montar el amplificador he optado por instalarlo previamente en una pletina de aluminio cortada a medida (de 5mm de espesor), de este modo puedo montar la etapa final cómodamente en mi mesa de trabajo y de paso evito hacer muchos agujeros en el disipador, también me permitirá cambiar el módulo cómodamente en el caso de que quiera sustituirlo en el futuro.
Esta placa irá collada al disipador con 6 tornillos allen de acero métrica 3mm y antes de fijarla aplicaremos una fina capa de pasta térmica para mejorar la transferencia de calor (obligatorio)
También existe la opción de utilizar pletinas de Cobre Berilio, éstas se usan en amplificadores de mayor potencia ya que la transferencia de calor es más eficiente.
Llegado el momento de fijar el amplificador a la pletina hay que tener algunas precauciones
- Todos los tornillos deben ser de rosca métrica
- Usaremos pasta térmica de buena calidad en el transistor
- Mucha precaución para no forzar o dañar el transistor mecánicamente. Contienen Oxido de Berilio
Manipular estos dispositivos es completamente seguro siempre y cuando no se sometan a una fuerza mecánica que pueda partirlos o que genere polvo!!
Dicho esto ya podemos instalar la pletina y colocar los termostatos, el que alimenta la placa será un NC que corte el +48v a los 60ºC, seguido de un NA que activará la alarma en caso de que el disipador llegue a los 50ºC.
A la derecha colocaremos el LM35 (añadiendo un poco de pasta térmica)
y con esto lo tenemos listo para instalar el LPF y la toma de RF en el chasis.
El filtro es un DutchRF de 600W, más que suficiente para este amplificador. Si os fijáis el diámetro de las bobinas es considerable.
Otra opción muy buena son los BroadCastConcepts, disponibles también en PCS Electronics.
Las conexiones siempre con cable RG142 (teflón), nunca de diámetro inferior. Instalamos el conector N para chasis, lo crimpamos, tomamos medidas y lo soldamos a la salida del filtro LPF.
No estará de más colocar un cable de masa entre el disipador y el chasis de la caja.
Ya solamente nos queda revisar todo a conciencia, conectar nuestro nuevo transmisor a la Dummy Load y encenderlo. 🙂
Supongo que no hace falta decir que no se le ocurra a nadie acercar los deditos a la zona RF cuando todo está conectado porque lo mejor que puede pasar es que sufra una grave quemadura… a estas frecuencias y potencias los voltajes son muy peligrosos
El uso de estos equipos está sujeto a la legislación de tu país, la emisión en frecuencia FM comercial requiere de licencia administrativa y puede estar severamente castigado así que úsalo con responsabilidad!
El autor no se hace responsable de los daños propios o causados a terceros
En mi caso monto los equipos por mera afición, una mañana o tarde te viene la idea, desarrollas el concepto, el diseño y te pones manos a la obra durante unos días. A veces lo más complicado es la logística, encontrar esa pieza, que te encaje en tu diseño y esperar a que te llegue de vete a saber que país…
En este equipo hay componentes de diversas tiendas online, procedentes de Holanda, EEUU, Eslovenia, Inglaterra y China. Creo que el coste (sin contar los cafés y alguna cervecita) puede llegar a los 600E pero si te gusta este mundillo son horas estimulantes y con diversión garantizada.
Otro más para mi colección en habitación de la radio. 🙂
Software y Hardware
En este proyecto he preferido instalar un excitador con entrada monofónica. Esto tiene sus ventajas, la principal a mi entender es que podemos utilizar un codificador stereo y RDS externo y de paso ahorrarnos unos cuantos cables y circuitos en el interior.
En la red existen multitud de proyectos de buena calidad para autoconstruirse uno, también tenemos los kits Veronica de AaReff o Pira.cz entre otras marcas.
Pero si disponemos de un PC y el software adecuado todo se simplifica muchísimo. Lo único que necesitaremos es el programa que mejor se adapte a nuestras necesidades y muy importante, tener una tarjeta de sonido que sea capaz de reproducir a 24bits y a un mínimo de 176Khz (mejor 192Khz), de lo contrario no inyectaremos correctamente la señal MPX en nuestro excitador. Y aún así no sirve cualquier tarjeta del mercado aunque en su especificaciones aparezcan estos datos.
Mejor optar por tarjetas profesionales o semiprofesionales
Tenéis opciones económicas como la EMU-404 de Creative o la MAYA, ambas con una excelente calidad de audio y que además no darán problemas para transmitir la codificación RDS y activar la señal piloto de 19Khz que indicará al receptor que hay señal estéreo.
Simplemente conectaremos la entrada MPX del transmisor a una salida monofónica de nuestra tarjeta de audio profesional y estará listo para transmitir.
Respecto al software existen multitud de programas pero si no os queréis complicar con licencias aún es posible encontrar el plugin StereoTools, puede funcionar dentro de un WinAmp o como otro subproceso del sistema. Sin licencia no es posible activar el Clipper pero lo demás es completamente operativo y la calidad de audio es excelente.
Lista de Materiales
Alimentación:
1x Fuente de alimentación de 48v y 13A (amplificador)
1x Fuente de alimentación de 12v y 2.5A (excitador y electrónica)
1x Fuente de alimentación de 24v y 1A(ventiladores)
Protección de la etapa final:
1x LM35 (sensor temperatura)
1x Interruptor termostato NC 60ºC (corte alimentación etapa)
1x Interruptor termostato NA 50ºC (disparo de alarma)
2x Fusibles 220v-10A
Información en panel:
6x LED (colores a elegir)
2x Barras LED 10 Segmentos
1x Arduino Nano
1x Circuito VU Meter (indicador entrada MPX)
Transmisor FM:
1x Excitador FM controlado PLL 1-7w
1x Amplificador 300w (350W max)
1x Filtro LPF de 600w (eliminación armónicos)
Chasis:
1x Toma de alimentación 220v
2x Portafusibles
3x Conectores BNC
3x Rejillas de 80mm para ventiladores
1x Conector N
1x Botón potenciómetro
1x Escuadras aluminio de 50x20mm
1x Pletina aluminio de 50x2mm
Cableado y componentes internos:
1x SMA Hembra de conector largo 15cm (para etapa final)
1x SMA Macho Macho (Excitador-Amplificador)
1x Cable coaxial RG142 para conector N y filtro/etapa final
Cables de 1mm mínimo (alimentación etapa/fuentes)
Cables de audio apantallados
Resistencias varias para indicadores LED
3x Ferritas
Terminales de anilla
Para la puesta en marcha:
Amperímetro
Medidor ROE que trabaje en el rango de frecuencias
Frecuencímetro para ajustar el Excitador
Carga ficticia de 50ohm o antena dipolo de banda ancha
Cable de antena (mínimo RG213)
Diseño 3D:
1x Soporte Excitador (Fuentes y pasacables internos)
1x Caja para arduino y control VU Meter
1x Soporte LED para frontal
1x Panel aluminio diseño propio o adquirido
Si tienes dudas o comentarios sobre el montaje no dudes en escribirme.
