Frecuencimetro-Estabilizador de frecuencia

Uno de los principales problemas en los circuitos osciladores simples es su deriva de frecuencia, en este caso

describo una aplicación sobre un equipo comercial pero puede ser útil para un equipo sencillo hecho en casa o kit.

Herb Johnson fundó la famosa marca de transceptores Swan sobre el año 1960 y los primeros equipos que vendió

los fabricó en el garaje de su casa en Arizona.Poco tiempo después vendía hasta 400 equipos al mes.

Cuando vendió la compañía aún estuvo cinco años trabajando para ella y se marchó fundando otra nueva compañía

llamada Atlas que produciría los también populares equipos Atlas 210 y 215 por el año 1975

En aquel tiempo , que prácticamente todos los equipos trabajaban con válvulas y eran grandes y pesados,

construyó un transceptor para aficionados totalmente a transistores y muy pequeño con la tecnología más

revolucionaria del momento.

Una de las tecnologías más punteras de la epoca era la mezcla por anillos de diodos balanceados (DBM) como

método para hacer receptores con más resistencia a las intermodulaciones.Este sistema de mezcla ,común hoy en

día,solo lo integraban equipos de alta categoría como el Drake TR7 o equipos destinados al ejercito.Es usual leer

en manuales de equipos para radioaficionado de los años 70 referencias a la construcción y tecnología tipo militar

como sinónimo de calidad.

Visto con los ojos de hoy en día el Atlas 210 es un equipo fantástico para cacharrear, el circuito es el que tienen

muchos equipos QRP y kits de ahora, es sencillo y permite ciertas mejoras fáciles con componentes modernos

dejándolo perfectamente utilizable a pesar de sus 30 años de edad, con una recepción muy agradable y buena

calidad de emisión.

Lo que peor tiene es el dial analógico,no tiene la suficiente resolución para acercarse a lo habitual de los equipos

más actuales y lo normal es que te digan que transmites 50 hercios arriba o 30 abajo, por lo que decidí cambiar el

tambor de sintonía por un frecuencímetro digital

El sistema para conmutar entre bandas laterales según la frecuencia es cambiar la mezcla del oscilador por suma o

diferencia con la frecuencia intermedia que es de 5520 Mhz. De esta manera es 3,5 y 7 Mhz la resta y en las

frecuencias superiores las suma por lo que el frecuencímetro debería hacer lo mismo para mostrar la frecuencia de

trabajo real y no la de la frecuencia del OFV.

Opté por hacerle un frecuencimetro con un microcontrolador tipo PIC con una pata conectada al conmutador de

bandas que disponía de una sección libre , de esta forma cuando se pone a masa la pata del PIC resta a la

frecuencia leída 5520 Mhz y en caso contrario la suma.

BANDA

1.8*

3.5

7.0

14

21

28.4*

FRECUENCIA

1,800- 2,100

3,500- 4,000

7,000- 7,500

14,000- 14,500

21,000-21,500

28,400 - 29,400

OFV

7,320- 7,620

9,020- 9,520

12,520- 13,020

8,480 - 8,980

15,480- 15,980

22,880 - 23,880

A pesar de que no me gusta alterar la estética de los equipos comencé a buscar una pantalla LCD que se adaptara

con la ventana del frontal y por fin conseguí un display LCD de 12x2 con una medidas que coincidían y me

permitía utilizar los agujeros originales para atornillarlo al frontal del equipo.

El frecuencimetro con un PIC 16F84 me funcionaba de maravilla y además estéticamente no quedaba mal pero

aunque el OFV era bastante estable con el tiempo se desplazaba, cuando estaba a la escucha por un tiempo largo

tenía que retocar la sintonía de vez en cuando.Además el frecuencímetro mostraba las decenas de hercio que lo

hacía más evidente.

Me propuse ampliar el programa del frecuencímetro ya que el microcontrolador si es capaz de sumar o restar

¿cómo no va a ser capaz de saber si la frecuencia se desplaza de una referencia?

Como suelo decir cuando tengas un problema seguro que alguien lo ha tenido antes que tú. Así que buscando por

Internet encontré un montaje muy interesante que hacía exactamente lo que buscaba.

El montaje esta basado en una idea de E. Skelton aunque he tenido que hacer bastantes variaciones del programa

original ya que el método de control de frecuencia era muy brusco y he cambiado varias secciones del código para

el PIC 16F84 y adaptarlo a mis necesidades.

Todo el sistema se basa en un frecuencímetro que capta la frecuencia del OFV y la suma o resta con la frecuencia

de FI previamente programada para mostrarla en la pantalla, al pulsar un botón se guarda la frecuencia que está

leyendo en ese momento y la compara continuamente con la frecuencia captada posteriormente. Según si la

frecuencia sube o baja envía tensión positiva o negativa a un condensador que a través de un circuito integrado

operacional controla un diodo varicap adaptado al condensador variable del OFV variando la frecuencia de

oscilación y compensando su deriva.

El esquema es del tipo practico, los circuitos integrados están vistos desde arriba y espero que no os resulte muy

complicado,de todas formas los esquemas teóricos y los programas para el PIC los podéis descargar de mi página

web ya que es imposible reproducir un programa hexadecimal en la revista.

El esquema se puede dividir en secciones para mayor claridad,por un lado la captación de frecuencia con un

transistor y los integrados 74HC00 y 74HC393. El microprocesador 16F84 y el display LCD y por último el

operacional TL081 y su salida de tensión al diodo varicap.

La entrada de frecuencia desde el OFV ha de tomarse intentando no cargar su salida mediante una resistencia en

serie, en este caso a mí me funciona bien con 1K pero puede ser necesario bajarla si vuestro oscilador tiene poca

salida, es importante que sea estable la lectura de frecuencia para el correcto funcionamiento del estabilizador y se

mantenga estable la cifra de los 10 hercios.

La señal se amplifica con un transistor BF494 aunque puede utilizarse otro cambiando la resistencia de 4K7 de su

base.El circuito integrado 74HC00 es una puerta lógica que la controla el PIC para realizar la medición.

Esta se basa en abrir la entrada de impulsos cien milisegundos y contarlos.El circuito integrado siguiente 74HC393

es un divisor por 255 por lo que el PIC debe contar menos impulsos.Estos impulsos divididos por 255 le entran al

PIC por las patas 3 y 13 en paralelo a través de una resistencia de 1200 Ohms desde el divisor.

Al final del los 100 milisegundos el PIC cierra la puerta,nunca mejor dicho, y una cantidad de impulsos se habrán

quedado en el divisor 74HC393 y como también son necesarios para saber la frecuencia debe leerlos enviado unos

impulsos por su pata 8 a través de una resistencia de 100 Ohms al integrado 74HC393 por su pata 2.

Es importante la exactitud del tiempo de 100 milisegundos para la precisión de la medida y este tiempo lo controla

el cristal de cuarzo, para su ajuste es necesario un condensador trimmer a masa, hay que ajustarlo midiendo una

frecuencia conocida .

Por la pata 10 del PIC recibe la orden de sumar o restar, si esta a masa resta y si se deja al aire como se alimenta

del positivo con una resistencia de 10K suma.

El pulsador para estabilizar la frecuencia se conecta a la pata 12 y masa, una pulsación lo activa y otra lo libera, la

pata 11 no la uso de momento y queda con una resistencia de 10K a positivo.

Por las patas 17 y 18 del PIC salen la tensión de control del diodo varicap que cargan o descargan un condensador

electrolitico de 100 microfaradios, cuando esta desactivado el estabilizador deja la tensión media de

aproximadamente 2.41 Voltios. El circuito integrado operacional TL081 tiene sus patas de entrada del tipo FET

con una impedancia de megaohnmios por lo que mantiene la carga del condensador y su función es hacer de

separador con el varicap del OFV por lo que en su salida por la patas 2 y 8 tiene la misma tensión que en sus patas

de entrada.

Hay que tener en cuenta que la tensión de salida al varicap será de 0 a 5 voltios y muchos diodos varicap necesitan

mas de 20 voltios para utilizar toda su capacidad. Al utilizar menos tensión la variación de capacidad será pequeña

por lo que el rango que el OFV se moverá puede ser de un par de kilociclos.Si el OFV está medianamente bien

hecho y su deslizamiento en caliente es unos cientos de hercios hora puede estar enganchado en frecuencia varias

horas.

También debe tenerse en cuenta que este circuito controla el deslizamiento y no la estabilidad general del OFV

como podría hacerlo un circuito PLL, el deslizamiento se supone que debe ser lento y la base de tiempo de las dos

resistencias de 22K y el condensador de 100 microfaradios es alta lo que también asegura que no entren ruidos al

diodo varicap.

Se puede ver un pequeño esquema de la adaptación del varicap,por supuesto el diodo varicap va dentro del VFO y

conectado a través de un condensador de pequeño valor (10 Pf) al condensador variable de sintonía. He probado

varios tipos de diodos varicap y no he notado gran diferencia del rango de frecuencia, supongo que utilizando uno

con características diseñado para VCO que varíe su capacidad mucho con poca tensión el rango de captura de la

estabilización puede extenderse a 10 Khz compensando por más tiempo al VFO.Los BA102 que tenía en el cajón

necesitan 28 voltios para variar 20 Pf por lo que a 5 voltios la variación supongo que será de 1 pico faradio o

menos debido a que no es lineal la relación de tensión capacidad.

El rango de enganche depende del varicap y puede compensarse variando el condensador de 10 Pf,según que tipo

de circuito oscilador tendrá más valor.Este condensador tiene que ser del tipo NP0 o extiroflex.

La pantalla LCD es una poco usual de 12 caracteres por dos líneas por la adaptación mecánica al equipo, pero se

puede utilizar una de 16 caracteres por dos líneas que son muy comunes y económicas.Tal como esta programado

el PIC los últimos 4 caracteres no se utilizarán y quedará el texto un poco a la izquierda, no obstante estoy

trabajando para dejar en la página web códigos precompilados con varios valores de FI (9Mhz,10.7Mhz) y en el

formato de 16 caracteres,Si alguien tiene valores raros de frecuencia intermedia que me envíe un E-mail y se lo

preparo.

Como se puede observar hay patas de datos del display que no se utilizan ya que uso el formato de cuatro bits para

el envío de datos y hay patas del PIC que se usan para dos funciones (6,7,9) y controlan los integrados del

frecuencimetro y el display.Aunque casi todos los displays LCD se conectan igual conviene ver las características

técnicas del modelo que os vendan para confirmarlo, si es con iluminación tendrá dos terminales más con las

conexiones del LED retroiluminador a las que hay que alimentar mediante una resistencia en serie de 220 Ohms

1W a 12 Voltios, ya que consume mucho y el estabilizador de 5 voltios se os calentará demasiado y no merece la

pena.

Todo el circuito lo he montado en una placa de prototipos con poca altura de forma que se adapta al sitio que tengo

libre al quitar el tambor de sintonía.

La alimentación se estabiliza con un 7805 , conviene poner condensadores de desacoplo para evitar que salga

ruido del oscilador del PIC al receptor y en los integrados del frecuencimetro.

Por detrás de la placa le he puesto una chapa ,que por un lado me da resistencia mecánica y por otro blindaje de la

sección de entrada de recepción, y un plástico aislante para evitar cortocircuitos con los componentes.

Para situar el pulsador de activación quité el pequeño condensador variable de ajuste del dial .

Cuando esta actuando el control del OFV en la segunda línea del display aparece la información del error entre la

frecuencia de referencia guardada y la actual y el último carácter cambia según si está ajustado, aparece una “O” y

un más menos si esta ajustando la tensión se sintonía.El ajuste mantiene al OFV en más menos 10 hercios de la

frecuencia programada lo cual es un valor respetable para un oscilador libre.

Lógicamente al añadir el diodo varicap al circuito VFO será necesario reajustar la frecuencia de trabajo del

oscilador.

En mi página web http:\\personal.able.es/jrhernandezg tendréis a vuestra disposición toda la información adicional

y ficheros para programar el PIC con distintas FI de equipos, para cualquier duda me la enviáis a mi correoea2bqh@ure.es

José Ramón Hernandez EA2BQH