El medidor de inmersión de la red: instrumento olvidado

Solía ​​ser un gran rito de iniciación para un hacker de hardware adquirir un osciloscopio. Hasta hace poco, los instrumentos nuevos rara vez se encontraban en los presupuestos de las personas normales, por lo que probablemente se conformó con un visor usado. Ahora, hay muchas opciones económicas, especialmente si incluye osciloscopios de PC de gama baja y "medidores de osciloscopio". Los medidores digitales ahora también son económicos (a menudo gratuitos en algunas tiendas importantes), junto con generadores de señales, contadores de frecuencia e incluso analizadores lógicos.

Pero hay un equipo de prueba que no ve tan a menudo como antes y es una pena, porque es un equipo muy versátil. Es cierto que si no está haciendo un trabajo inalámbrico, es posible que no esté en lo más alto de su lista de deseos, pero si hace algo con RF, no solo es una herramienta versátil, sino también un buen valor. ¿Cómo se llama? Eso depende. Históricamente, se llamaban "Grid Dip Oscillator" o GDO. A veces, lo escucharía llamar "Medidor de inmersión de red". Sin embargo, las versiones modernas no tienen tubos (y, por lo tanto, no tienen rejilla), por lo que a veces los escuchas ahora llamados medidores de inmersión o tal vez solo cucharones.

Independientemente de cómo los llame, la teoría de la operación es la misma y es bastante simple. El instrumento no es más que un oscilador de banda muy ancha con una forma de acoplar la salida a un circuito externo. También habrá alguna forma de monitorear cuánta energía se está extrayendo del oscilador. Esto se hace con mayor frecuencia observando la amplitud máxima del oscilador.

El motivo de la caída tiene que ver con la forma en que los inductores y los condensadores se comportan a diferentes frecuencias. Casi cualquier circuito o componente tiene tres fuentes de impedancia: la resistencia, que no debería cambiar según la frecuencia; la reactancia capacitiva, que se debe, por supuesto, a la capacitancia; y la reactancia inductiva de los elementos inductivos. En algunos casos, solo tienes una cantidad significativa de uno de estos. Por ejemplo, en una resistencia de carbono, no debería tener mucho de ningún tipo de reactancia. Un capacitor debe ser predominantemente de reactancia capacitiva.

Para un capacitor dado, la reactancia es muy alta a bajas frecuencias y muy baja a altas frecuencias. La inductancia es lo contrario: las frecuencias bajas producen una reactancia más baja que las frecuencias más altas. Es bastante fácil recordar esto si piensa en una corriente continua como una onda de cero hercios. Un inductor (una bobina de alambre) claramente pasará CC (baja reactancia) y un condensador (dos placas paralelas) claramente no pasará CC (alta reactancia).

Aunque la impedancia total del circuito depende de estos tres elementos, no es tan simple como sumar los valores. Eso es porque la resistencia y la reactancia no son el mismo tipo de cantidad. Si tiene una señal de 1V en una carga de 2 ohmios con 3 ohmios de reactancia, le gustaría saber que se comportaría igual que 1V en una resistencia ordinaria. Si la resistencia y la reactancia están en serie, el valor de esa resistencia efectiva es la impedancia y es la suma vectorial de la resistencia y la reactancia.

En el ejemplo, entonces, 22+32=13. La raíz cuadrada de 13 es alrededor de 3,6, por lo que la magnitud de la impedancia es de 3,6 ohmios. Para complicar aún más las cosas, la reactancia inductiva y la reactancia capacitiva tienden a cancelarse entre sí. Es costumbre tratar la reactancia capacitiva como negativa, aunque como la elevaremos al cuadrado, en realidad no importa cuál considere negativa para hacer este cálculo en particular. Para los que se inclinan por las matemáticas, en realidad estás tratando la resistencia como la parte real y la reactancia como la parte imaginaria de un número complejo. La conversión a forma polar da la magnitud y el ángulo de fase.

En paralelo, es más o menos lo mismo, pero las reactancias se suman como resistencias en paralelo. Sin embargo, este es el punto: a cierta frecuencia, la reactancia inductiva y la reactancia capacitiva son iguales. En un circuito en serie, eso significa que la reactancia llega a cero y todo lo que queda es la resistencia. En un circuito paralelo, el cero termina en el denominador de una fracción, por lo que la reactancia efectiva es infinita (y, en paralelo con una resistencia pura, no cambia el valor de la resistencia). De cualquier manera, la reactancia se cancela dejando pura resistencia.

El punto donde las reactancias se anulan entre sí es la resonancia. El medidor de caída funciona porque en el punto de resonancia, el oscilador del medidor tendrá la carga más alta (impedancia más baja) y, por lo tanto, el voltaje caerá (o caerá). A cualquier otra frecuencia, quedará algo de reactancia y la impedancia total del circuito bajo prueba será mayor que en resonancia.

Claramente, la función más básica del dip meter es medir la frecuencia resonante de un circuito. Si eso fuera todo, sería bastante útil. Pero con solo un pequeño esfuerzo adicional, el medidor de inmersión puede hacer mucho más.

Primero, también puede medir otros circuitos sintonizados, no solo capacitores e inductores hechos de componentes. Por ejemplo, las antenas, los cristales y las líneas de transmisión pueden tener puntos de resonancia particulares y el medidor puede medirlos. Para un cristal, la frecuencia es a la que debería oscilar el cristal (con un pequeño error basado en la capacidad de carga y otros factores). Las antenas pueden resonar en más de una frecuencia, no solo en la que le interesa, por lo que se requiere cierto juicio. Cualquier cosa que no tenga una bobina (como una antena o un cristal) necesitará un pequeño lazo de alambre para acoplar la energía del medidor al circuito.

Para las líneas de transmisión, puede medir haciendo un pequeño bucle para acoplar el medidor de inmersión (cuanto más pequeño, mejor). Busque la caída más baja y eso mostrará la frecuencia de 1/4 de longitud de onda de la línea de transmisión. Por ejemplo, si el cable es resonante a 7,5 Mhz (longitud de onda de 40 metros), entonces el cable tiene una longitud de unos 10 metros. Sin embargo, no olvide tener en cuenta el factor de velocidad de la línea de transmisión. Es decir, una línea de transmisión de un cuarto de onda con un factor de velocidad de 0,66 será más corta que la longitud teórica (en este caso, solo será el 66 % de la longitud).

Por supuesto, puede usar la relación de la línea de transmisión de cualquier manera. Es decir, puede obtener la frecuencia resonante para medir el cable, o puede establecer la frecuencia y recortar la línea para una caída. De hecho, usar lo que sabe para obtener lo que no sabe es generalmente un buen principio con el medidor de inmersión de la red. ¿Quieres medir un capacitor desconocido? Hazlo resonar con un inductor conocido. O comience con un capacitor conocido y encuentre el valor de una bobina desconocida.

Sin embargo, uno de los principales problemas es leer la frecuencia con la suficiente precisión. Algunos medidores modernos tienen pantallas digitales (como el DipIt que se muestra a la derecha). Sin embargo, los medidores más comunes no lo hacen. Por otro lado, puede acoplarlos fácilmente a un contador de frecuencia o usar un receptor para determinar la frecuencia con precisión.

Si no le importa un poco de estimación, puede hacer aún más mediciones. Las bobinas tienen un Q (factor de calidad) que indica cuánta resistencia tienen en relación con su reactancia. Usando un buen capacitor de referencia, forme un circuito resonante y sumerja el medidor. Tenga en cuenta la frecuencia. Luego ajuste el medidor de caída hacia abajo hasta que encuentre la frecuencia en la que el medidor lee aproximadamente un 30% más alto que en la caída. Ahora ajuste el medidor de inmersión hacia arriba, a través de la depresión nuevamente, hasta que encuentre la marca del 30% nuevamente en el otro lado. La Q será aproximadamente igual a la frecuencia de caída dividida por la diferencia entre las dos frecuencias del 30%.

Puede ser obvio, pero el cazo también se puede usar como fuente de señal. Por ejemplo, para reparar una radio, puede colocar el medidor de inmersión en una frecuencia que la radio pueda escuchar y rastrearla a través del circuito. Muchos medidores de inmersión también tienen un modo en el que apagarán su oscilador y usarán la bobina (y el capacitor de sintonización) junto con un diodo para actuar como un medidor de onda. El medidor, entonces, muestra la fuerza de la energía RF en la frecuencia sintonizada. Algunos medidores incluso tienen un conector para auriculares para que pueda escuchar la señal (casi una radio de cristal).

Una de las razones por las que muchas personas no tienen medidores de inmersión hoy en día es que no están tan disponibles como antes. Heathkit era un proveedor muy popular de medidores de inmersión y tenía varios modelos. Otros modelos antiguos populares (a menudo encontrados en eBay) fueron Eico, Millen, Boonton y Measurements Corporation (pero tenga cuidado, los que tienen tubos probablemente no sean una buena oferta a menos que sea un coleccionista). Puede encontrar una lista con imágenes de muchos GDO en el sitio web de [n4xy] (las imágenes están a unos pocos clics del siguiente botón de la página principal). A la izquierda hay una imagen de uno de mis antiguos GDO de Mediciones (y, sí, usa tubos).

Todavía puede encontrar nuevos medidores de caída de MFJ (venden el MFJ-201 que se muestra a la derecha, y también puede convertir algunos de sus analizadores de antena en un medidor de caída útil). También hay un montón de planes en Internet. Si quieres un modelo de tubo real (no recomendado) [w4cwg] tiene planes. Un diseño FET más moderno que tiene un puente novedoso para ayudar a que la inmersión sea más profunda está disponible en [SM0VPO].

Por otro lado, parece una pena construir una nueva unidad sin pantalla digital. Puede agregar uno, por supuesto, o puede elegir uno que esté integrado como DipIt o ELM. Hay muchos otros proyectos e incluso kits por ahí. Mira alrededor. La parte más difícil, por lo general, es enrollar las bobinas, aunque algunos requerirán condensadores variables que pueden ser difíciles de igualar. Realmente, sin embargo, cualquier oscilador que se pueda estabilizar funcionará. De hecho, tengo dos dipper Heathkit viejos que usan un diodo de túnel de resistencia negativa como oscilador (uno de ellos está en la imagen de la izquierda).

Si desea una demostración en video del uso de un medidor de inclinación, no podría hacerlo mejor que [w2aew] ya lo hizo, por lo que puede encontrar su video a continuación.