EMISOR Y RECEPTOR MARCONI

[Anilandro]

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Hola chicos.

A veces ocurren cosas que le hacen a uno desviar la atención del tema que está tratando, como por ejemplo cuando construyes una bobina de Tesla pero comienza a interesarte más lo que este investigador hubiera podido obtener con su artefacto, en vez de las chispas escalofriantes que, eso sí, quedaban muy vistosas en las fotografías de la época del inventor croata, pero que tal vez le privaron de ver que el gran futuro estaba en las comunicaciones inalámbricas mediante ondas de radio.

Nicola Tesla se centró mucho más en la posibilidad de transmitir energía a distancia, hecho que hoy sabemos, no era factible con la tecnología de finales del siglo XIX, y persiguiendo su quimera murió sólo y arruinado. De su mente privilegiada quedaron más de 700 patentes, inventos tan importantes como la corriente multifásica y el motor de jaula sin escobillas, los tubos fluorescentes, el diseño de grandes alternadores y centrales hidroeléctricas, y el desarrollo de dispositivos que fueron utilizados por otros, como el industrial Westinghouse, o por Guillermo Marconi, que por primera vez consiguió unir los continenentes mediante las ondas hertzianas. Sin duda, este ingeniero de origen europeo pero afincado en Estados Unidos fue el creador de importantísimos elementos tecnológicos, sin los cuales la industria del siglo pasado no hubiera avanzado a la velocidad vertiginosa que lo hizo.

En mi caso, trabajando en la construcción de una bobina de Tesla, cayó en mis manos el circuito de radio de la emisora del Titanic, y no pude menos que apreciar las similitudes entre ambos diseños.

Investigando un poco encontré otros detalles técnicos de los trasmisores y receptores de T.S.H. (Telegrafía Sin Hilos) de la época pre-electrónica, anterior a la invención y aplicación de la válvula de vacío. Todo ello me llevó a la idea de reproducir algunos dispositivos semejantes a escala reducida, que sirvieran principalmente para un fin didáctico; mostrar el funcionamiento, sencillo y maravilloso a la vez de esta innovación tecnológica a la que hoy en día apenas damos importancia por tenerla asumida desde nuestra infancia, llamada La Radio.

La idea, entonces, ha nacido en este mismo foro, en un tema creado por nuestro compañero César “Anajesusa” titulado “Electrodo superior de la bobina de Tesla”, y también de una pregunta del Profesor Franz, que al hablar de artefactos pasados de época como el Ondámetro, citó la palabra “cohesor”, refiriéndose al dispositivo de Edouard Branly, el primer sistema que permitió detectar ondas de radio a través de largas distancias.

Aparte de ello, tengo dos amigos que en mi ciudad han fundado una asociación para preservar "La Radio Antigua" y de momento ya han montado un museo itinerante en el que muestran más de cien ejemplares de receptores, emisores e instrumentos de medida, muchos de ellos insustituibles, incluso de la década de los años 20.

En cuanto a mí, y como apuntaba nuestro compañero Fucktor (al que tal vez repliqué de manera injustificada), es muy posible que mi interés actual se haya decantado definitivamente hacia la trasmisión y recepción por medios electromecánicos, por lo que he decidido abrir un nuevo hilo que pueda desarrollar este tema.

En los posts siguientes intentaré exponer un pequeño resumen de lo ya publicado en el hilo del que procede, con las pruebas que he llevado a cabo y algunos links interesantes que he podido encontrar.

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Aquí puede verse el circuito básico de la emisora que portaba el R.M.S Titanic, un sistema de la firma Marconi, de una potencia de 5 KW (al menos de consumo) y que era capaz de establecer comunicaciones seguras a 250 millas durante el día y a 700 en la noche (aunque en las pruebas se consiguieron alcances mucho mayores, como enlazar con la estación de radio de Tenerife o con la mucho más lejana de Port Said (3.000 millas).

Circuito básico de la emisora del Titanic


Analizando el circuito, podemos ver que es prácticamente idéntico al de una bobina de Tesla, evidentemente, salvo por la ausencia de la bobina de alta. En este caso, primero hay un motor-alternador, es decir, un motor eléctrico alimentado por la corriente contínua de 100 Volts de la red de suministro del buque, que hace girar un alternador.
Ignoro la tensión de salida de éste, pero a continuación se ataca a un transformador de alta tensión, con una salida de 15.000 volts, que carga un condensador.
El spark-gap, es decir el chispero, es del tipo rotatorio y está montado físicamente sobre el mismo eje del motor-alternador, atacando a una bobina ajustable, que junto al condensador anterior forma el circuito oscilante (que se cierra a través del propio conducto de plasma de la chispa).
Viene después un segundo sistema de acoplo para adecuar la salida a la impedancia de la antena.

Transformador, motor-alternador y condensadores


Esta es una imagen de algunos de los elementos que formaban el sistema, aunque el motor-alternador, se supone que por el ruído, se encontraba en un recinto anexo a la sala de radio.

Sobre el transformador se hallaban colocados dos choques de radiofrecuencia, es decir, dos bobinas que eléctricamente estaban conectadas a la salida de alta tensión del transformador, y tenían la misión de evitar que la radiofrecuencia presente en los bornes del condensador, pudiera "volver hacia atrás" y perderse en el devanado secundario en vez de dirigirse hacia la antena.

Al parecer, los condensadores formaban dos baterías, que podían conectarse en paralelo o en serie para trasmitir en las dos frecuencias básicas de este sistema, 500 Khz (longitud de onda 600 metros) y 1 Mhz (longitud de onda 300 metros), mediante un conmutador llamado "suizo", que podía ser modificado por el operador.
Sobre ellos, hay una bobina variable, que se supone de "ajuste fino" y que parece poder comprimirse o expandirse con el mando superior, para adecuar su inductancia al valor correcto.

El esquema de bloques era el siguiente:


Y finalmente una foto de la estación de radio del Titanic tomada de la película, aunque en realidad, Cameron la montó guiándose de una foto real de la estación de radio de su buque gemelo, el Olimpic.

Pueden distinguirse algunas partes ya comentadas y otras que no:


Estas imágenes han sido obtenidas de The Titanic Radio Page: http://www.hf.ro/

Seguirá

Saludos a todos

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Una vez establecidos los circuitos básicos del emisor de chispas, y debido al hecho que de momento podía utilizar mi pequeña bobina de Tesla para efectuar las pruebas, comencé la construcción de un receptor de la época.

El la fotografía del Titanic, figura en el tabique frontal un receptor llamado "magnético", aunque el infortunado buque llevaba también otro receptor a cohesor de Branly, de menos sensibilidad.
Este receptor "magnético" fue un invento del propio Guillermo Marconi, y pese a que su principio de funcionamiento es muy interesante, lo dejaré para un posterior proyecto. De momento voy a centrarme en el receptor tipo Branly, que fue el más utilizado en la primera década del siglo XX.

En 1886, un profesor de física francés llamado Edouard Branly presentó el que sería el primer detector de ondas de radio de cierta sensibilidad. Estaba formado por un tubo de cristal, con dos armaduras metálicas interiores, entre las cuales se había colocado limaduras de hierro poco apretadas. Éstas, en estado normal, presentaban una alta resistencia al paso de la corriente, pero al recibir una onda de radio, esta resistencia caía a valores muy bajos, permitiendo que se activara un electroimán que hiciera sonar una campana.

El cohesor, nombre que le puso el científico inglés Lodge, se mantenía entonces en estado conductor hasta que era agitado o recibía un pequeño golpecito, con lo que las limaduras se movían ligeramente y regresaban al estado alta resistencia.

Normalmente, el mismo relé que se activaba con la señal del cohesor, era el encargado, mediante una prolongación de su armadura en forma de pequeño martillo, de darle el golpe que necesitaba para quedarse de nuevo a la "escucha" de una nueva onda de radio.

El italiano Guillermo Marconi lo utilizó en sus primeros receptores. Cuyo diagrama puede verse aquí:



Observamos como el cohesor está situado entre la antena y la toma de tierra, y en serie con un auricular, una pila y la bobina de un relé.
A su vez, este relé activa una "campanilla" (que no es más que otro relé con un martillito), encargada de "silenciar" el cohesor con un golpecito, una vez detectada la señal.

Vemos también aquí que son dos los relés implicados, el de activación, que a su vez activa a otro más potente. Esto es lógico, como yo mismo pude comprobar experimentalmente, ya que el situado en serie con el cohesor interesa que sea muy sensible, para que se active con bajas corrientes de cohesor, y un relé de estas características no tiene la fuerza mecánica necesaria para golpear adecuadamente.

Mi primer receptor a cohesor de Branly tenía este aspecto:


Mi cohesor fue construído a partir de un tubo de plástico de bolígrafo Bic, en el que introduje dos tornillos con la cabeza limada para hacerla plana. Y en medio de ellos, las limaduras de hierro.
Al arrancarlo, mi primera sorpresa fue que funcionó a la primera, con una variación de resistencia en el momento de arrancar la Tesla que variaba desde un valor superior a 1 Megahom hasta sólo unos 30 Ohmios de media.
En cuanto a sensibilidad, funcionaba satisfactoriamente, pero como he comentado antes, al único relé, un modelo de 6 volts 50 mA, la faltaba fuerza para golpear al cohesor.

Observé además una serie de detalles interesantes. La sensibilidad del cohesor no parecía variar demasiado al cambiar la tensión de alimentación, de hecho éste cambia su estado de aislamiento a condución aún sin la corriente de alimentación conectada. Aunque, naturalmente, el relé se activará antes con 20 Volts, que con sólo 10.
Otra cosa es que no conviene pasar de los 20 volts, ya que con tensiones superiores es fácil que se forme un arco voltaico en el interior del tubo, que quema las limaduras y puede llegar a inutilizar el dispositivo.

Otra experiencia rápida con limaduras de plata no dió buen resultado, puesto que por su gran conductividad, la resistencia nunca subía de los 100 Ohmios.

Unos buenos consejos para construir un cohesor se pueden encontrar en:

http://home.earthlink.net/~lenyr/coherer.htm

Continuará

Saludos a todos.

[Anilandro]

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He acabado la modificación de mi primer "Receptor Marconi". He colocado un relé de desactivación por "golpe" más potente, el problema es que su consumo es bastante elevado (200 mA a 12 volts) y al cohesor, una vez activado, le costaba bastante armarlo. Por ello, aquí he utilizado dos relés, uno bastante sensible como activación, de 6 volts 50 mA, colocado en serie con el cohesor, y que al cerrar su contacto activa el "gordo" de desactivación.

Este último está conectado de manera que al activarse se corta él mismo la corriente, con lo que actúa como un timbre, abriéndose y cerrándose varias veces por segundo, mientras el cohesor, y por lo tanto el relé de activación siga conduciendo.



Otra vista del receptor


El sistema va perfecto, ahora se desactiva sin problemas cada vez, y aparte del movimiento del relé grande, para detectar la recepción he colocado en paralelo con su bobina un viejo auricular telefónico, que cada vez que el receptor recibe un tren de ondas de la bobina de Tesla, suena tan fuerte que casi te perfora los oídos.

El circuito es el siguiente:


La alimentación del aparato es de 12 Vcc, con polaridad indistinta, es decir , sus bornes se pueden alimentar + -- o -- +, ya que ninguno de los componentes es sensible a la polaridad.

Los choques de RF los he bobinado a mano, con 150 espiras de hilo de 0.2 mm. sobre un nucleo de ferrita de 6X30 mm.

Un detalle importante a tener en cuenta al construir el cohesor; es necesario desmagnetizar tanto las limaduras como los tornillos de las armaduras, ya que en caso contrario, las limaduras se quedan apelmazadas y el cohesor se vuelve sordo y lento, tanto para activarse como para volver al estado de reposo.
Para esta función me he construido un desmagnetizador con un núcleo de ferrita y el bobinado de 230 de un pequeño transformador de alimentación, que va las mil maravillas.

Continuará...

Saludos a todos

[pfdc]

Me parece magnifica tu iniciativa. Y aunque suene a bulo yo me inicie en la electronica con esta tecnologia. Cuando tenia 12 años cayeron en mis manos unas revistan francesas de los años 20 donde se describian estos aparatos.

Por cierto que tengo unas cuantas radio y de ellas cuatro anteriores a 1930.

Lo que echo en falta es un circuito de sintonia, ya que o bien la antena o bien mediante un circuito resonante se debia poder seleccionar la fracuencia de recepcion.
PFDC

[Anilandro]

Es agradable saber que algunos aún apreciamos aquello que la mayoría no ha conocido.
Cuando pienso en la cantidad de receptores a válvulas que destrocé en mi juventud, me tiraría de los pelos. Tuve una emisora BC de la II Guerra Mundial, así como un receptor Marconi inglés de onda larga. Ahora sólo me queda un Atwater Kent de 1930.

Pienso que los principios de la radio, así como la física de finales del XIX y principios del XX es apasionante, más que nada porque representó un salto cualitativo en cuanto a descubrimientos, de todo aquello que comenzó a intuirse a partir de 1.800 y fue desarrollándose en un ambiente de ilusionado empirismo, exento del lastre místico-religioso que había coartado la investigación en los siglos anteriores.

En cuanto a la sintonía de mi receptor, éste es del tipo Marconi primitivo, cuya sintonía estaba determinada sólo por el punto de resonancia y la banda de paso de la antena.
En realizaciones posteriores, Marconi desarrolló un sistema de sintonía aparte, que se conectaba entre la antena y el propio receptor. Este aparato, que puede verse en la foto de la sala de radio del Titanic, en la parte central de la mesa, junto al tabique, tiene tres condensadores variables y bobinas con tomas. He encontrado algunas referencias al mismo, que estoy documentando para incluirlas en un post.

De todas formas, PFDC, experimentar con estos aparatos de manera realista tiene la dificultad de que obtenían el máximo rendimiento en frecuencias muy bajas, desde 100 Khz a 1 Mhz, lo que implica larguísimas longitudes de onda, y por lo tanto antenas que pueden llegar a los 500 metros, imposibles de construir para alguien, como yo, que vive en un bloque de pisos.

Saludos a todos.

[anajesusa]

Anilandro, una cuestión que me preocupa de estos artefactos es la cantidad de espureas, si bien uno no lo va a tener largo tiempo encendido, probaste escuchar la interferencia que produce el emisor en el espectro radioeléctrico? escuchar realmente, si se que lo viste con el analizador casero ese que esta muy bueno, pero escuchar la magnitud de ruido que produce.

[Anilandro]

Hola, Anajesusa.

Espúreas las debe haber a manta, es normal, pero con la baja potencia del emisor (1,7 watios de consumo y probablemente no más de 170 miliwatios de RF) no me preocupa demasiado. Cuando emito a veces noto pequeñas rayas en la pantalla de TV, pero sólo si el emisor está a menos de un metro del aparato. En onda media, el ruido se pierde también a un par de metros del emisor. En FM, al tener la antena en el tejado, ni lo he notado. En todo caso, nada grave que pueda provocar una rebelión vecinal, seguro.

Además, al ser un montaje de demostración sólo está en marcha unos pocos segundos seguidos.

He estado pensando en algún sistema para medir este tipo de RF, ya que el analizador de aspectro no sirve para oscilaciones amortiguadas y además irregulares de estos equipos. Para averiguar un aspectro aproximado intentaré construir cuando pueda un ondámetro sintonizado de integración variable, y para la potencia de RF estaba pensando en calentar una pequeña carga resistiva de valor variable (para averiguar con ello la impedancia de salida del emisor) y medir su temperatura con una PTC. Ya veremos.

En cuanto a este hilo, seguiré resumiendo una parte de lo ya aparecido en el tuyo del "Electrodo superior..." y ampliándolo con nuevas experiencias y links que considere interesantes.

Saludos a todos

[Anilandro]

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Aparte de que el receptor a cohesor de Branly se active perfectamente con la bobina de Tesla, creo que lo interesante es que también pueda hacerse con un pequeño emisor a chispas, que sea portátil, de una estética semejante y sin tensiones peligrosas. De esta manera se podrán efectuar demostraciones sobre una mesa, mostrando el circuito, explicando su funcionamiento y el contexto histórico y técnico en el que se utilizó.

Siguiendo una versión propia de los primeros emisores a resonador que Marconi construyó con una bobina de Ruhmkorff, hago el siguiente montaje:

Circuito del emisor:


El relé que hace de ruptor es del tipo que utilizan los coches para conmutar las luces cortas a largas, la bobina es de encendido de una moto Montesa y el pulsador Morse lo he construido con un fleje de acero sacado de la caja de una cinta de video VHS y con un botón del costurero de mi mujer. Las agujas del chispómetro son también del tipo de costura, y el sistema de ajuste de la distancia entre puntas se ha hecho a base de un tornillo de 1,5 mm. de rosca fina, plástico y soldador.
El circuito sólo tiene 3 condensadores, uno de 100 microfaradios de filtro de alimentación, uno de 220 microfaradios que aumenta la constante de tiempo del relé ruptor a cuatro o cinco ciclos por segundo, y el de cebado de la bobina, de 100 nanofaradios y 400 Volts, responsable de la chispa final.
Se puede observar como el relé ruptor está en serie con el primario de la bobina de encendido, y como al tener dicho relé una impedancia mucho más alta que la bobina, la caida de tensión en sus bornes deja muy poca tensión para atacar la propia bobina.
Esta disposición que podría parecer mejorable si en el relé se intercambiaran los contactos C por NC y la bobina de alta se alimentara a partir del contacto NA (normalmente abierto), y el terminal de éste fuera directamente a masa, en realidad se ha hecho de forma consciente, ya que de esta otra manera, las pequeñas pilas de 9 Volts se agotarían en pocos segundos, perdiendo casi toda su energía en forma de calor en su propia resistencia interna, ya que la bobina de encendido representaría para ellas casi un cortocircuito.

Para este montaje he optado por una configuración resonante más sencilla posible, sin circuito tanque: una simple chispa que hace resonar la antena a su frecuencia natural.



Una vez acabado el montaje, efectúo una primera prueba con hilos de 20 o 30 cm. como antena improvisada, y el conjunto emisor-receptor me permite un alcance de unos 2 metros.

Ahora restará confeccionar unas antenas más estéticas y eficaces, y que puedan conectarse y desconectarse sin utilizar un soldador.

Continuará

Saludos a todos

[Eliau]

Estimado Anilandro

Muy interesante tu descripcion y experimenracion del equipo Marconi, en este tipo sistemas siempre existe la descarga electrica en el gas y este fenomeno presenta una zona la cual electricamente presenta una resistencia negativa y esta segun creo ,hace que las oscilaciones tanto en el sistema de Hertz, Tesla y Marconi no sean tan amortiguadas, ya que la resistencia negativa se suma algebraicamente con la resistencia del circuiro resonante y se miniminiza, si hicieramos las oscilaciones sin chispa le senal se amortiguaria rapidamente.

Un saludo
Eduardo
Rishon, Israel