De 
En la práctica de la radioafición, a menudo nos encontramos con la necesidad de una gestión eficaz de la ruta de audio, especialmente cuando se realiza la transición entre recepción (RX) y transmisión (TX). Uno de los efectos secundarios más molestos al manipular audio en tiempo real son los transitorios no deseados, que aparecen en los auriculares o en el altavoz como un desagradable pop, "pop". También pueden suponer un riesgo para la audición del operador.
La solución a este problema es un conmutador de audio electrónico con constantes de tiempo definidas, que asegurará la desconexión inmediata de la señal durante la transmisión y su conexión gradual y suave al volver a recepción. En el siguiente artículo, analizaremos en detalle la conexión mediante transistores MOSFET asequibles, diseñados para este propósito.
Lo leerás en el artículo.
¿Por qué elegir MOSFET en lugar de relé?
La forma tradicional de cambiar el audio en los equipos de radioaficionados solía ser un relé mecánico. Aunque el relé proporciona un excelente aislamiento en estado abierto y una resistencia casi nula en estado cerrado, tiene varios inconvenientes importantes. El primero es el desgaste mecánico y la velocidad de conmutación limitada. El segundo, y más crítico para el audio, es la incapacidad de influir en los bordes anterior y posterior de la señal conmutada. El relé tiene contacto o no.
Los interruptores electrónicos con semiconductores, en concreto los MOSFET, nos permiten trabajar con las llamadas constantes de tiempo. Con ellos podemos hacer que el interruptor se abra (silenciar audio) en microsegundos, pero se cierre (restaurar audio) en milisegundos. Esta forma de onda asimétrica es la clave para eliminar los choques acústicos.
Arquitectura de circuitos y eliminación de diodos parásitos.
La base de la conexión presentada son dos transistores MOSFET de canal N del tipo 2N7000 (marcados como Q1 y Q2). Estos transistores son una excelente opción para la conmutación analógica porque tienen baja resistencia y pueden conducir una señal en ambas direcciones independientemente de su polaridad, lo cual es esencial para una señal de audio de CA.
Sin embargo, al diseñar un interruptor de audio semiconductor, es necesario tener en cuenta una parte integral de la estructura de cada MOSFET: el llamado diodo parásito (diodo del cuerpo). Este diodo está conectado entre el sustrato y el drenaje. Si usáramos solo un transistor, este diodo comenzaría a conducir una corriente eléctrica en el momento en que la amplitud de la señal de audio excediera su voltaje umbral (aproximadamente 0,6 V). Esto significaría que incluso cuando se supone que el interruptor está apagado, los picos de la señal más alta pasarían a través de él, provocando distorsión y silenciamiento imperfecto.
La solución que también utiliza este circuito es la conexión de dos MOSFET en serie, espalda con espalda. En tal configuración, sus diodos parásitos están conectados en dirección opuesta. Independientemente de la polaridad de la señal de audio, uno de los diodos siempre estará en la dirección de cierre, bloqueando efectivamente el paso de la señal en estado inactivo.
Principio de funcionamiento y constantes de tiempo.
El corazón de la parte de control es la resistencia R1 (100 kΩ), el condensador C1 (3,3 µF) y el diodo D1 (1N4148). Todo el proceso está controlado por la señal RX_5V, que está a 5V en recepción y a nivel del suelo (GND) en transmisión.
Modo de recepción (RX): aceleración suave
Cuando el dispositivo cambia al modo de recepción, se aplica un voltaje de 5 V al pin de control RX_5V. El condensador C1 comienza a cargarse a través de la resistencia R1. Es típico del transistor 2N7000 que comience a abrirse cuando el voltaje en su puerta alcanza aproximadamente 2 V con respecto al emisor (fuente).
El tiempo durante el cual el voltaje en C1 alcanza este límite se puede calcular según la fórmula para cargar el elemento RC. En este caso particular, se necesitan unos 168 milisegundos para que el voltaje alcance los 2 V y los transistores se enciendan por completo. Este tiempo relativamente largo garantizará que el audio no aparezca inmediatamente con toda su potencia, sino que "emerja" suavemente, eliminando cualquier estallido una vez finalizada la transmisión.
Modo de transmisión (TX): silencio instantáneo
En el momento de pasar al modo de transmisión, el voltaje en el pin RX_5V cambia a 0 V. En esta situación, se enciende el diodo D1. Esto permitirá que el condensador C1 se descargue casi inmediatamente a tierra, sin pasar por la resistencia de alta resistencia R1. Los voltajes de puerta de Q1 y Q2 caen por debajo del umbral en una fracción de milisegundo, silenciando el receptor antes de que cualquier transitorio del transmisor pueda surtir efecto.
Análisis de atenuación y adaptación de impedancia de un interruptor de audio.
Desde el punto de vista de la calidad de transmisión, es importante que el interruptor de audio no afecte la señal en estado activo y la aísle perfectamente en estado inactivo.
En el estado encendido, los transistores 2N7000 tienen una resistencia total en unidades de ohmios. Con una impedancia típica de la ruta de audio (por ejemplo, 10 kΩ), la pérdida de inserción de este interruptor es de aproximadamente -0,02 dB, lo que es un valor absolutamente insignificante desde el punto de vista del oído humano y de los instrumentos de medición. La resistencia R2 (10 kΩ) sirve para mantener los transistores fuente a nivel de tierra, definiendo así el punto de funcionamiento de la puerta, pero su valor es lo suficientemente alto como para no sobrecargar la señal de audio.
En el estado desconectado (OFF), se manifiesta la capacitancia parásita de los transistores. A una frecuencia de 1 kHz, el aislamiento del circuito alcanza unos excelentes -80 dB. En frecuencias de audio altas, alrededor de 20 kHz, el aislamiento cae ligeramente a alrededor de -45 dB, lo que todavía está muy por debajo del nivel que sería perjudicial en el funcionamiento normal.
Conclusión
El conmutador de audio MOSFET presentado es una solución elegante, de bajo costo y altamente eficiente al antiguo problema de los auges acústicos en la conmutación RX/TX. Gracias a la combinación de dos transistores 2N7000 y un sencillo control RC, conseguimos una herramienta que protege nuestros oídos y nuestra tecnología. Este es un pequeño detalle, pero aumenta fundamentalmente la profesionalidad y la comodidad de cada estación de radioaficionado.
Otro uso es, por ejemplo, para conmutar señales de varias emisoras de radio o entradas de micrófono.
