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Dip Meter: Descifrando las inductancias

Determinar la frecuencia de resonancia de un circuito LC, los valores de pequeños inductores y la frecuencia de sintonía de pequeños receptores es un problema para la mayoría de las personas que carecen de los costosos aparatos que sirven para esas diferentes finalidades. Sin embargo, existe una alternativa económica y eficaz: el Dip Meter. Con este pequeño instrumento, la construcción de bobinas aplicables en radiofrecuencias dejará de ser un misterio irresoluble y pasará a ser una tarea apasionante. Además, basando el funcionamiento de este instrumento en el acoplamiento de circuitos sintonizados, te brindaremos en este artículo muchas analogías y respuestas acerca del origen de las modernas técnicas utilizadas en RFID, entre otras curiosidades funcionales del proyecto.

Un Dip Meter es un instrumento que se compone de un simple oscilador de alta frecuencia, con algunas características que lo hacen muy particular. El mencionado oscilador que compone el corazón del instrumento es capaz de oscilar libremente y sólo requiere de un ajuste externo, a través de un capacitor variable, para cambiar la frecuencia de trabajo. Hasta aquí un oscilador y nada más; pero lo que transforma a este circuito en un importante instrumento es una bobina externa y un instrumento de aguja, que puedes reciclar de algún equipo musical antiguo.

La bobina externa que se acopla y forma parte del circuito sirve para determinar el rango de frecuencias en el que el oscilador tendrá la posibilidad de funcionar. Es decir, una bobina de determinadas vueltas hará oscilar al circuito en un valor establecido de Khz. o Mhz., mientras que una bobina de diferente cantidad de espiras lo hará trabajar en otro rango. Una regla muy sencilla y clara acerca de este punto, que nos sirve para comenzar a aprender la relación entre los inductores (o bobinas) y la radiofrecuencia, es que a mayor cantidad de espiras en una bobina que forma un circuito L-C, menor frecuencia de oscilación. Reiteramos para dejar claro el concepto: más espiras significa menos frecuencia de resonancia, mientras que menor cantidad de espiras significa mayor frecuencia de resonancia, manteniendo un mismo valor de capacidad en C.

Resonante refiere a un circuito capaz de comenzar a oscilar en una frecuencia determinada según su construcción mecánica, con el simple hecho de recibir un impulso de energía. Los ejemplos más elementales de energía que podemos mencionar son la eléctrica, para el caso de una antena o de un circuito L-C (como los que veremos), y la energía mecánica, para el caso de una cuerda de una guitarra o para un diapasón. De acuerdo a su constitución física, resonarán a frecuencias específicas.

Aprovechando estas propiedades constructivas, el Dip Meter puede generar un rango de oscilación que vaya desde unas pocas centenas de Khz. hasta más allá de los 300 Mhz. y puede trabajar cómodamente dentro de la banda de UHF (Ultra High Frequency) con solo cambiar una bobina externa. Uno de los usos habituales es el de poder utilizar este instrumento para generar diversas señales de frecuencias diferentes que nos puedan ayudar a determinar distintos puntos de sintonía en receptores experimentales. Es decir, valiéndonos de conocer la frecuencia de trabajo de nuestro instrumento, podemos definir los extremos de sintonía de un receptor artesanal. Pero la aplicación más importante y útil que puede tener este desarrollo es la de ayudarnos a determinar las propiedades de un circuito L-C con sólo acercarlo al mismo.

Si acercamos el oscilador (nuestro nuevo instrumento) a un circuito L-C cualquiera y la frecuencia de oscilación coincide con la frecuencia de resonancia del conjunto “Inductor-Capacitor” desconocido, se produce un fenómeno de resonancia por acoplamiento entre ambos grupos. Esto provoca la alteración del funcionamiento del circuito oscilador. Podremos apreciar este evento con claridad gracias a un movimiento brusco del instrumento de aguja utilizado en nuestro desarrollo. De esta forma, conociendo la frecuencia de resonancia del circuito, que tendremos marcada en el dial junto al valor del capacitor que se encuentra en paralelo con la bobina, será muy sencillo calcular la inductancia del bobinado estudiado mediante la fórmula: F = 1 / 2*PI* Raíz cuadrada de (L * C) , donde F es la frecuencia de trabajo del Dip Meter expresada en Hertz; C es conocida, igual a (para el ejemplo del dibujo superior) 100pF y en la ecuación se utiliza en Faradios (100pF = 100 * 10 e-12 F) y L resultará en Henrios o Henry.

Ya podemos ir definiendo que nuestro instrumento será un generador de radiofrecuencia, un asistente para el cálculo del valor de una inductancia desconocida y un instrumento para ajustar conjuntos L-C resonantes utilizados en el diseño de transmisores y receptores. Y si hablamos de circuitos resonantes, no podemos dejar de mencionar los modernos dispositivos RFID que vemos en cualquier tienda adosados a los productos para evitar su robo, cuando son pasivos, y/o para facilitar la clasificación de artículos, cuando son activos.

Es decir, con nuestro nuevo instrumento podemos hacer nuestras primeras incursiones y aprendizajes en el mundo del RFID. Con sólo acercar una etiqueta o “tag” RFID pasiva a nuestro instrumento, podemos saber la frecuencia de trabajo del sistema y la resonancia del conjunto. En el mejor de los casos, hasta podemos llevar el principio de funcionamiento de esta clase de aparatos a una aplicación constructiva acorde en tamaño y prestaciones y así crear nuestro propio sistema RFID de activación/desactivación de dispositivos, por ejemplo, la ignición de un automóvil con una tarjeta RFID personalizada y hasta sistemas de alarma antirrobo. Es decir (siguiendo con el ejemplo propuesto), si tú no estás dentro del coche, éste no funciona. Elemental.

El circuito y su construcción
El circuito es muy sencillo y se basa en un puente equilibrado que se ajusta con P1. Al equilibrar el puente, la corriente absorbida por el oscilador que forman la bobina, el capacitor variable y Q1, es igual a la que circula por R3, VU, P1 y R4, pudiéndose colocar el ajuste de estabilidad en cualquier punto conveniente de recorrido de la aguja del instrumento. Variando CV1 y CV2, que estarán acoplados mecánicamente y dispuestos en un mismo montaje, podremos variar la frecuencia de oscilación del circuito empleado. Puede ser que el equilibrio obtenido en el puente se vea alterado provocando así una variación de corriente a través del transistor Q1 al oscilar en distintas frecuencia y al encontrarse con resultados diferentes respecto al momento de ajuste previo de las reactancias capacitivas e inductivas de CV1, CV2, L1 y L2. Este detalle nos hará ajustar nuevamente P1 para lograr un equilibrio adecuado y visible en la aguja del instrumento.

Dependiendo de la cantidad de vueltas o espiras que podamos darle a L1 y a L2, en conjunto con el valor en picofaradios de las secciones de CV1 y CV2, obtendremos distintos rangos de funcionamiento del oscilador, tal como lo anunciamos al inicio del artículo: a mayor cantidad de espiras, menor frecuencia obtenida. Una tabla aproximada para la construcción de la bobina externa es la siguiente:

  • 150 – 460 MHz. = 0 espiras 2mm (diámetro), sin toma central, agregando 470 ohm entre pines J1-J2.
  • 70 – 200 MHz. = 2 espiras 2mm (diámetro), sin toma central, agregando 470 ohm entre pines J1-J2.
  • 30 – 75 MHz. = 5 + 5 espiras 18 SWG, devanada sobre una sola capa.
  • 14 – 35 MHz. = 9 + 9 espiras 22 SWG, devanada sobre una sola capa.
  • 7 – 20 MHz. = 20 + 20 espiras 22 SWG, devanada sobre dos capas.
  • 3 – 8 MHz. = 50 + 50 espiras 28 SWG, utilizando varias capas.
  • 1 – 3.5 MHz. = 120 + 120 espiras, utilizando varias capas.
  • 0.3 – 1.4 MHz. = 300 + 300 espiras, utilizando varias capas.
  • 80 – 310 KHz. = 750 + 750 espiras, utilizando varias capas.

Hacemos hincapié en que los datos de la tabla son meramente orientativos y que variarán de acuerdo a la construcción mecánica que le demos al diseño. En nuestro caso, pudimos alcanzar una excursión de frecuencia desde los 24 Mhz. hasta casi los 110 Mhz. con 2 ½ espiras para L1 y L2 y con un capacitor variable reciclado de una vieja radio AM-FM de 240pF por sección. Para el caso del potenciómetro de ajuste P1, puedes utilizar un modelo que traiga incorporada la llave de encendido, como muestra el diagrama, aunque esto no es necesario pudiéndose implementar un sistema de encendido individual, como hemos hecho nosotros. Además, la inclusión de un LED indicador de funcionamiento en alguna parte visible siempre viene bien para prevenir olvidos y posteriores agotamientos prematuros de batería.

Para el caso del transistor, puedes utilizar otros modelos de FET de canal N, además del BF245, como pueden ser el MPF102, 2N3819, TIS88, J310, etc. Aquellos que tengan algo más de conocimientos y posibilidades constructivas pueden optar por algún MOSFET de doble puerta. Sólo hay que conectar G2 a un divisor resistivo que la coloque a 4,5Volts; también se la puede utilizar como entrada de modulación externa para experimentar con tonos de audio o fonía simple (nuestra voz). Con estos agregados podremos utilizar el instrumento para el ajuste de los amplificadores de audio de los equipos de radio, siguiendo la evolución de las señales con un osciloscopio. Por su parte, el gabinete utilizado puede ser de cualquier material y hasta incluso puedes construirlo tú mismo, tal como lo hemos hecho nosotros. Con un simple corte de un perfil de aluminio y un poco de tiempo y ganas se puede lograr un modelo de gabinete muy personalizado, como puedes ver en las imágenes.

Para obtener facilidad de manejo que permita una amplia cobertura de frecuencias, puedes disponer, como hemos hecho nosotros, de un conector DIN hembra en la parte superior del gabinete donde se insertarán las distintas bobinas que construyas según la gama de frecuencias que pretendas abarcar con el oscilador. Una perilla grande para el dial y otra más pequeña para el potenciómetro de ajuste (del equilibrio del puente), más una pequeña placa de circuito impreso donde montaremos el circuito, completan las partes más destacadas del montaje.

El dibujo y diseño de la placa donde se montan los componentes queda a tu criterio y a tus posibilidades de “espacio” dentro del gabinete adoptado, pero queremos darle importancia a un criterio de construcción que debe prevalecer en equipos que utilicen radiofrecuencias: las conexiones deben ser lo más cortas posible para poder alcanzar altas frecuencias con el oscilador. Si la construcción resulta poco prolija y ordenada, es probable incluso que ni siquiera puedas hacer funcionar el sistema y, mucho menos, alcanzar frecuencias superiores a los 200 Mhz. Otra de las aplicaciones importantes que trabajan en la banda de UHF y dentro del rango de los 400 a 500 Mhz. son los mandos a distancia de las alarmas de coches. Si no realizas una construcción cuidadosa estarás perdiendo un segmento muy interesante para experimentar.

Otra de las características del proyecto es que no se necesita ajuste ni calibración alguna para completar el desarrollo. La única parte crítica es la construcción de la bobina exterior, que puedes realizarla con núcleo de aire o sin núcleo ni soporte, esto último gracias al diámetro del alambre de cobre esmaltado utilizado que la mantiene rígida y en posición. Esto soportado sobre una ficha DIN de tres pines le da forma a la bobina experimentada, pero tú puedes dar mayor rigidez final instalando la bobina en forma vertical, arrollada sobre un núcleo plástico, para armar un conjunto sólido, rígido y fuerte. Con una construcción sólida, puedes fabricar un conjunto de bobinas que abarquen todo el espectro que sea capaz de cubrir el oscilador.

La forma más sencilla de ajustar en el dial las marcas de las frecuencias logradas, de acuerdo a la bobina utilizada, es con la ayuda de un frecuencímetro para observar en él los valores alcanzados, tal como te mostramos en el siguiente video:

Tal vez no quieras realizar un instrumento tan amplio en frecuencias y sólo te interese una pequeña porción del espectro. Un ejemplo podría ser la banda de los 72Mhz para radiocontrol o la banda de emisoras comerciales de FM, cubriendo desde los 80 Mhz a los 110 Mhz. Para “estrechar” la porción del espectro a utilizar debes combinar el capacitor variable CV1 y CV2 con capacitores cerámicos fijos colocados en conexión serie. De esta forma, se puede hacer más “angosto” el ancho de banda alcanzable por el oscilador.

Otra forma de saber la frecuencia de oscilación es a través de receptores que cubran la banda que deseamos utilizar. Primero, debes ir a un extremo del dial de tu receptor y luego recorrer con el dial del instrumento hasta encontrar la emisión en tu receptor. Luego, sintonizas en el otro extremo de la banda y corres el dial del instrumento hasta detectar la presencia del oscilador del transmisor en el receptor. Allí ya tendrás las dos marcas iniciales y luego puedes hacer marcas de centro de banda y otras que puedan interesarte para aplicaciones particulares. Si bien es un método algo complejo, lento y engorroso, es al menos una forma alternativa de saber dónde estás trabajando si no tienes un frecuencímetro. El resto del proyecto lo puedes apreciar en las imágenes que te mostramos.

Circuito tanque
Se denomina Circuito “Tanque” a un circuito formado por un inductor (o bobina) y un capacitor que estén conectados en paralelo. Además, podemos decirte que cuando un “tanque” resuena o está sintonizado, es capaz de entrar en oscilación con una corriente muy pequeña. Por lo tanto, cuando acoplamos en forma mecánica y apropiada un oscilador con un circuito tanque externo que tenga la posibilidad de resonar a la misma frecuencia que trabaja el oscilador, provocaremos un acoplamiento que mejorará el Q o factor de calidad del conjunto. Esto derivará en un menor consumo de corriente por parte del oscilador. A este acontecimiento lo veremos reflejado en la aguja del instrumento en forma de caída brusca e importante.

En la práctica, lo dicho es como se observa en el video. Al acercar un conjunto L-C (circuito tanque) resonante a la bobina de nuestro instrumento, veremos una caída brusca en la aguja que nos indicará que el conjunto está “acoplado”. Una deflexión importante de la aguja significará que estamos trabajando en la frecuencia fundamental del circuito tanque. Pequeños movimientos de la aguja pueden ser producidos al cruzar por un armónico o un sub-armónico de la frecuencia fundamental.

¿Para qué me sirve saber estas cosas?
Primero y principal, para perder el miedo a trabajar con inductores en radiofrecuencia. Segundo, para poder realizar de manera fácil y rápida circuitos pasabandas, filtros, transmisores, receptores y todo lo que tenga que ver con el mundo de la radio que siempre quisiste lograr y nunca te atreviste. Tercero, para demostrarte a ti mismo que puedes construir tus propios instrumentos de medición que te ayudarán a desarrollar con mayor facilidad y comodidad los circuitos con inductancias.

¿Qué valor de inductancia tiene una pista de circuito impreso dibujada en forma de espiral en una placa? Antes de leer este artículo, todo era chino básico, pero ahora es tan sencillo como colocar un capacitor conocido en paralelo, buscar la frecuencia de resonancia con el Dip Meter y hacer un cálculo donde lo más complejo puede llegar a ser una raíz cuadrada. En pocos minutos, gracias a este formidable instrumento, obtendremos las respuestas que antes creíamos que les pertenecían a un grupo selecto de gurúes con barba frondosa que fuman alucinógenos pakistaníes. No dejes de construir uno. Te será muy útil para cuando construyamos receptores de bandas de aviación, de fuerzas de seguridad, de radioaficionados y de móviles marítimos, y para cuando realicemos futuros desarrollos de RFID y hasta incluso de receptores para satélites de órbita baja. Vamos a escuchar hasta a los murciélagos. ¿Vienes con nosotros?

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Escrito por Mario

41 Comments

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  1. Como siempre Mario, con circuitos sencillos y una teoria practica logras conseguir que cada uno acomplete los equipos necesarios para un laboratorio, FELICIDADES¡¡¡….supongo o imagino que el siguiente articulo tuyo sera un ¿capacitometro?…..y hablando de bobinas….puedes armar un simple radio de FM usando un TDA7000 o TDA7088, pero que la sintonia se haga de forma digital, por medio de un pic y un display, me intriga la forma de poder hacerloo como es posible….supongo que para algunos es sencillo, pero aqui aprendi muchos conceptos con tus articulos, gracias y no me queda mas que mandarles un abrazo y saludos a todo el equipo de neoteo por su pagina y ati por tus articulos, continua asi…un abrazo desde Mexico.

  2. Hola Mario,

    Genial este articulaso, y pues tienes toda la razon cuando hablas sobre el miedo ha este tipo de temas, las bobinas son un calvario para todos lo que empezamos en electronica y un miedo que no quien nos metio en la cabeza, pero bueno con este ingenioso dip meter los tabus se fueron.
    Sin duda alguna lo consutruiremos para seguir contigo aprendiendo, y pues cuando mencionas que seguiremos haciendo proyectos con RFID y satelites pues se me pone la piel de gallina.

    Un abrazo gigante desde Colombia

  3. Pues no se como te puede funcionar cuando has puesto el fet al reves…

    Me he dado cuenta porque he construido mi circuito, te he copiado todo… XD y al montarlo resulta que el fet no me coincidia en el sentido que lo pusisteis. Así que le voy a dar la vuelta, se esta calentando el estañador… XD

    y no, tampoco me funciona, aunque ahora por lo menos el amperimetro marca algo… pero no funciona

  4. Amigos, excelente articulo, pero si quisiera que trabajara en 12 Voltios, que modificaciones tendrian que realizar?? disculpen si la pregunta es necia, pero no se nada de electronica.

    Saludos y muchas gracias.

    • Hola martinezvjj

      Ninguna reforma sería necesaria. El circuito puede trabajar con tensiones entre 6 y 12 Volts sin problemas. La elección de los 9 volts es para aprovechar el uso de las baterías comerciales tipo 6LR61 como la que se vé en las fotos, pero si deseas utilizar baterías de 12 Volts, o incorporarle una fuente de alimentación, no habría problemas.

      Nunca dejes de preguntar cuando no sepas algo.

      Saludos cordiales !

  5. si mira io tambien tengo una duda en las imagenes de la vista interior del circuito muestras 5 resistencias i en el diagrama del circuito muestras solo 4 bueno diferentes del potenciometro… solo si sumaras 2 resistencias en serie o paralelo pero si te agredeceria xke estoi tratando de armar tu proye i ahi ia no le entendip.. jejjeje

    • No amigo. No es necesario. Un capacitor y una bobina (o inductancia) solitos conectados en paralelo y sin estar conectados a ningún circuito. Solos en el aire. (O sostenidos por tí, claro !)

  6. Mario, contestame por favor esta duda: Necesito que me expliques mejor lo del capacitor variable, cuando dices "dos secciones" pienso en esos condensadores metalicos que tenia dos lados. Pero en las imagenes tu has puesto el tipico condenso variable de radios mas modernas, se que tienen una seccion en am y otra en fm pero que yo sepa ambos no tienen la misma capacidad en pF, es importante que ambas sean iguales? como haz hecho tu???

    • Exacto Asterion. Pero en vez de utilizar esos antiguos de chapas de aluminio que tenían separaciones de hasta 2 mm. entre sí utilizaremos los modernos que, como bien dices, son de AM/FM.
      También es correcta tu apreciación sobre que los valores de los capacitores variables para AM no son iguales a los de FM peeeeeeeeeeeeero, en la sección de AM (en los terminales que van conectados al circuito de AM) los valores de los capacitores son iguales. Tienes un punto central y a ambos lados dos capacitores variables del mismo valor. Del otro lado (del lado utilizado en FM) no se usan las conexiones.

      • De todos modos, si tienes un capacímetro (el que publicamos aquí en NeoTeo) puedes medir los valores y asegurarte. Recuerda: CV1 y CV2 deben ser iguales y estar en valores conprendidos entre los 200 y los 500 pF.
        Saludos!

  7. Mario, gracias por tu respuesta, tengo 4 preguntas mas:

    1. Mencionas que puede ser cualquier material para el gabinete, entonces no es necesario blindar el circuito? o puede ser plastico como gabinete pero blindando el circuito?
    2. Al ser esto un oscilador como cualquier otro hecho para RF, tiene el problema de la estabilidad de la frecuencia? o pasados unos minutos decae la frecuencia de oscilacion? si es asi, que recomiendas para estabilizarla?
    3. He visto circuitos en los cuales dicen que con un switch pueden volver el dip meter en un ondametro de absorcion, me imagino que es posible en este caso darle esa funcion? si es asi como lo harias?
    4. Tambien he visto que en la mayoria de circuitos no pasan de los 100Mhz, pero en tu caso es mucho mas, eso es debido al FET que usas? o todos los demas podrian tambien llegar a la misma frecuencia que tu?

    Disculpa la cantidad de dudas, espero que te des tiempo con ellas.
    Saludos!!!

  8. Gracias de nuevo, Mario, por este nuevo aporte tuyo. Efectivamente creo que este dispositivo es muy conveniente para moverse por radiofrecuencia.
    Tengo una duda; al describir las bobinas dices " ….■150 – 460 MHz. = 0 espiras 2mm (diámetro), sin toma central, agregando 470 ohm entre pines J1-J2.
    ■70 – 200 MHz. = 2 espiras 2mm (diámetro), sin toma central, agregando 470 ohm entre pines J1-J2….."
    Mi duda es que si el cable es de 2mm de calibre ¿cual es el diámetro de las espiras? porque no creo que te refieras a un diámetro de 2mm ¿no?

    Gracias de antemano.

  9. Hola Mario.. muy buen proyecto.. lo fabrique en protoboard y anda muy bien.. una gran ayuda para iniciarse en el tema radiofrecuencia..

    Una consulta el medidor de agujas es necesario instalarlo abajo.. no puede ir arriba?? para que quede mas comodo a la hora de leer o ver cuando la aguja baja..

    Saludos cordiales de Chile

    Jorge L.

  10. Oscarg: Las resistencia que falta en el esquemático es la de 680 ohms (se ve en el impreso cerca al vúmetro, abajo de todo) que es para conectar el led del dial del dipmeter (En el video se ve un control de volumen con el led encendido).
    Saludos.
    Jukinch

  11. Mario una consulta, como puedo hacer para agregarle una toma para frecuencimetro externo? osea de donde puedo tomar la frecuencia y si es necesario algun capacitor de acople o algo parecido…

  12. Gracias de nuevo, Mario, por este nuevo aporte tuyo. Efectivamente creo que este dispositivo es muy conveniente para moverse por radiofrecuencia.
    Tengo una duda; al describir las bobinas dices

  13. Exelentes aportes!, le hago una pregunta desde mi ignorancia, si no tengo un frecuenciometro como puedo hacer la medicion?, sobre el vumetro?

  14. felicidades por su importante instrumento señor , si es como usted dice es una eramienta muy muy importante felicidades de nuevo ,ora bien ,quisiera saber si es posible tener comunicacion con usted ya sea via correo ,por si tengo complicasiones o si no puedo interpretar los pasos que usted manda ,pues quiero ver si mas adelante dios me permite armar su prototipo ,bueno deseando lo mejor para usted y su familia grasias de antemano

  15. estimado maestro ,le escribo nuevamente ,otrabes tan seguido pues e mirado aora sus videos y le pregunto ,soy nuevo en esta area y mi interes es para acer ese tipo de variadas pruebas que usted menciona pero con bobinas mucho mas grandes ,en diametro tamaño circunferencia
    por ejenplo de un pies de largo por una circunferen cia de unas dos o tres pulgadas ,o vien pudiera ser una bobina de tesla ,entonces la pregunta se le puede alterar el tamaño de las bobinas de su prototipo sin que se alteren las medidas o su presicion ,gracias de antemanos ,maestro

  16. una pregunta lo mas pronto posible esperaria respuestas….. si funciona colocandole los 2 diodos en paralelo de 1N4004 es que no logro conseguir el varicap

  17. Hola Mario! Es un artículo excelente y de vital importancia para el experimentador de la RF pero no está el circuito o al menos yo no lo encuentro. Desde ya te agradezco si lo subes nuevamente, saludos

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