Solucionar el problema de sintonización en el receptor de conversión directa de la escuela secundaria (con video)

Aquí está el problema:

Para el elemento capacitivo en el circuito LC tenemos esencialmente dos tapas de 660 pF en serie.
Esto da como resultado una capacitancia total de 330 pf. Medí 362 pF.

Para obtener una frecuencia de resonancia de 7,0 MHz con 362 pF necesitamos 1,428 uH.

Para obtener 1.428 uH en la forma de la bobina de la TDF, necesitamos unas 21 vueltas de cable.

21 vueltas en nuestra forma de bobina produce 1.440 uH y resuena con 362 pf a 6.9708 MHz

Eso está bastante cerca de lo que necesitamos, pero el problema surge cuando enroscamos el tornillo de afinación de latón. Esto reduce la inductancia y aumenta la frecuencia. Introducir el tornillo hasta el fondo reduce la inductancia a 1,138 uH, lo que da como resultado una frecuencia de resonancia de 7,8414 MHz. Entonces, con una bobina tan grande (que debemos usar si queremos sintonizar hasta 7,0 MHz) terminamos con un rango de sintonización que es demasiado grande. Solo necesitamos 7.0 a 7.3. En efecto, esto significa que terminamos usando solo una pequeña porción del rango de afinación: Podemos girar el tornillo aproximadamente 34 veces, pero solo 6 vueltas nos mantienen dentro del rango de 7 a 7,3 MHz (la banda de 40 metros). Hay alrededor de 50 kHz por vuelta del dial. Esto dificulta la afinación. Se vuelve más difícil separar las estaciones y sintonizarlas. Sería mejor si pudiéramos sintonizar toda la banda usando más vueltas del dial. Al menos 15 vueltas del dial estaría bien: Eso significaría alrededor de 20 kHz por turno. Pero, ¿cómo podemos hacer esto?

Posible solución #1:
Tornillo de acero con paso más apretado en las vueltas.

El simple uso de un tornillo de acero reduce la velocidad de afinación. En una toma de fuerza normal aumentamos la inductancia (y reducimos la frecuencia) introduciendo gradualmente un material ferroso que aumenta la inductancia de la bobina, empujando hacia abajo la frecuencia de oscilación. Pero nuestro tornillo de latón no es ferroso. Esto significa que ponerlo en el núcleo no cambia la permeabilidad de la bobina. La permeabilidad del latón es la misma que la del aire.

que pasa, sin embargo, es que la introducción del tornillo de latón en la bobina hace que fluyan corrientes en el tornillo. Estas se llaman corrientes de Foucault. En efecto, se convierten en bobinas secundarias en cortocircuito.
Y tienen el efecto de reducir la inductancia de la bobina, por eso la frecuencia del oscilador aumenta a medida que atornillamos el tornillo de latón.

Cuando usa un tornillo de acero, obtiene ambos efectos: a medida que lo atornilla, las corrientes de Foucault fluyen en el tornillo, lo que reduce la inductancia y aumenta la frecuencia de oscilación.
Pero también está introduciendo material ferroso: esto empuja en la dirección opuesta, aumentando la inducción y reduciendo la frecuencia de oscilación. Creo que domina el efecto de las corrientes de Foucault, pero el aumento de la permeabilidad empuja en la dirección opuesta. Esto significa que con un tornillo de acero tienes que usar más vueltas para cubrir el mismo rango de frecuencia. Y eso es lo que queremos.

Por ejemplo, usando la misma bobina, con tornillo del mismo paso de rosca (las mismas tuercas), con ambos tornillos diez vueltas adentro, una vuelta del tornillo de latón movió la inductancia .014 uH.
La misma vuelta del tornillo de acero solo movió la inductancia 0,005 uH. Entonces, solo por la metalurgia, el tornillo de acero conducirá a una tasa de afinación más baja (mejor). Usé un tornillo Hillman 45479 que es de acero con un revestimiento de zinc (anticorrosivo). https://www.amazon.com/Hillman-Group-45479-Phillips-Machine/dp/B00JDU0PZI y asegúrese de obtener las tuercas correctas: https://www.amazon.com/Hard-Find-Fastener-014973241704-Piece-100/dp/B00L1L76E0/ref=sr_1_4?crid=UOPEF2HLAD75&keywords=1%2F4-28+nut&qid=1678881552&s=hi&sprefix=1%2F4- 28+hex+tuercas%2Ctools%2C71&sr=1-4

Pero hay más: Los tornillos de acero también están disponibles con pasos de rosca más apretados (#28). El Hillman 45479 utiliza este paso de rosca más estrecho. Esto también significa que se necesitan más vueltas para moverse a través del mismo rango de afinación. Una vez más, eso es lo que queremos.

Descubrí que usar un tornillo de acero con paso de rosca #28 permitía cubrir la banda de 40 metros en aproximadamente 11 vueltas del dial. Eso es mucho mejor que lo que obtuvimos con el tornillo de latón: Alrededor de 27 kHz por vuelta en lugar de los 50 kHz por vuelta que obtuvimos con el latón. Pero no es lo suficientemente bueno. Sería mejor si pudiéramos usar toda la gama de esa forma de bobina de PTO.

Solución dos: Agregue un inductor fijo en serie con la bobina PTO.

Después de algunos fideos, decidí dividir el inductor: Una parte permanecería fija, la otra parte seguiría siendo sintonizable.

Calculé que estaba comenzando con una bobina de alrededor de 1.428 uH. Así que simplemente puse un estrangulador de 1 uH en serie con el inductor variable y reduje la bobina variable a aproximadamente 0,428 uH (alrededor de 9 vueltas de bobina). Esto funcionó, ¡pero funcionó demasiado bien! No sintonizaría toda la banda de 40 metros. Así que pensé que necesitaba menos inductancia fija y más inductancia variable. Encontré una bobina con núcleo de aire en mi caja de chatarra y la corté para que midiera alrededor de 0,650 uH.
Agregué vueltas a la bobina variable, llegando a un total de 15 vueltas. Esto REALMENTE funcionó bien y produjo los 26 o 27 giros para sintonizar a lo largo de 40 metros que puedes ver en el video.

YMMV – ¡Mantenlo simple!

Como solían decir en los comerciales: Su experiencia puede ser diferente. Hay muchas maneras de hacer esto. El objetivo es una sintonía suave en la banda de 40 metros. Creo que al variar el tono de las vueltas de la bobina variable podría obtener una respuesta de afinación más lineal (háganos saber si tiene suerte). También puede obtener resultados similares cambiando la cantidad de capacitancia en la red de retroalimentación (que también es el elemento determinante de la frecuencia en este simple oscilador Colpitts). Pero recuerde que la simplicidad y el bajo número de piezas también fueron nuestros objetivos en esto.
Este mod agrega solo 1 parte (el inductor fijo), requiere la eliminación de algunas vueltas de la tapa de afinación principal y quizás el reemplazo del tornillo de latón con un tornillo de acero #28 y tuercas.

Podríamos presentarle al estudiante este problema y nuestra búsqueda de una solución. Este sería un buen ejemplo de cómo trabajan los cerveceros caseros para hacer que sus equipos sean mejores y más fáciles de usar. Ilustra bien los dilemas de diseño que pueden surgir y cómo los aficionados como nosotros podemos encontrar soluciones.