Receptores de radio
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Receptores de radio. Básicamente un receptor debe recibir las ondas electromagnéticas de radio, convertirlas en corriente eléctrica y luego separar la información de otras componentes (portadora, ruido, otras emisiones, etc.). Se examinará a continuación las diferentes funciones que deben existir en un receptor de radio. Ante todo debe haber una antena.
Sumario
Antenas
Las antenas tienen muchos tipos de formas y tamaños dependiendo de la frecuencia a que se debe operar y de otros parámetros. En la figura 2.37 se da el diagrama de bloques de un receptor de radio. Dado que generalmente la antena recibe un gran número de emisiones es necesario seleccionar la frecuencia deseada. Esto se hace con el amplificador de radiofrecuencia (filtro paso banda sintonizable). La señal recibida suele ser de bajo nivel de potencia y debe ser amplificada antes de que llegue al demodulador, este es el motivo por el que el circuito sintonizado tiene cierta amplificación en la banda de paso. El amplificador sintonizable de radiofrecuencia puede ser realizado con varias etapas conectadas en cascada. La información puede ahora ser detectada o en otras palabras puede ser demodulada. El tipo de demodulador dependerá de la técnica de modulación empleada. La señal resultante debe parecerse lo más posible a la moduladora del transmisor. La señal demodulada se amplifica con un amplificador de audio (si la señal es de fonía) hasta alcanzar un nivel de potencia suficiente para excitar a un altavoz. Esta descripción básica es válida no solo para receptores de AM sino para todos los tipos de receptores de radio que usen otro tipo de modulación.
Los problemas principales del receptor superheterodino se encuentran en el amplificador de radiofrecuencia (en adelante amplificador de RF). Si este amplificador no realiza un buen filtrado no solo pasa por él la estación deseada sino también sus frecuencias adyacentes, que pasan al demodulador y distorsionarán la señal detectada. Esto indica que el amplificador solo debe dejar pasar la estación deseada y rechazar todo lo que se halle fuera de esa banda (otras estaciones, ruido e interferencias). Generalmente la frecuencia de sintonía deseada es mucho mayor que el ancho de banda de la estación lo que implica filtros con un factor de calidad muy grande que son de difícil realización. A esta dificultad hay que añadir que la frecuencia de sintonía de este amplificador debe ser variable para poder recibir diferentes estaciones transmisoras. Estos motivos hacen que sea muy difícil implementar un amplificador sintonizado de estas características, esto fue lo que produjo la aparición del receptor superheterodino de radio.
Mezclador o conversor de frecuencia
Se llama mezclador o conversor de frecuencia a un circuito que desplaza el espectro a otro valor de frecuencia . Si la nueva posición es superior se ha realizado una elevación en frecuencia (up-convert), si es inferior una disminución en frecuencia (down-convert). El mezclador se compone de un multiplicador al que llega la señal pasobanda y un tono proveniente de un oscilador local. La salida se conecta a un filtro paso banda que selecciona el espectro deseado. Según el teorema de la modulación el espectro de la señal y(t) viene dado por la expresión 2-63.
La frecuencia de salida depende de la posición del filtro (trazo continuo o discontinuo) y del valor del oscilador local. El espectro desplazado a fO+fR siempre produce un aumento en frecuencia, el término centrado en fO-fR puede producir un aumento o disminución en frecuencia. Debe observarse que el ancho de banda del filtro debe ser al menos el mismo que el de la señal paso banda y suficientemente pequeño para que rechace el espectro no deseado. En este caso se ha supuesto fO>fR, estudie el caso en el que fO<fR. De esta forma, eligiendo el valor del oscilador y el filtro adecuado se puede desplazar el espectro de la señal pasobanda de entrada a la frecuencia deseada. Debe observarse que existen dos valores posibles del oscilador local que desplazan el espectro a la posición deseada. La arquitectura elegida fija la selectividad y pendientes del filtro. Los mezcladores o conversores de frecuencia son circuitos muy usados en sistemas de comunicaciones por su facultad de desplazar el espectro a una determinada posición. Este circuito es parte fundamental del receptor superheterodino.
El receptor superheterodino de AM
La idea básica del receptor superheterodino es desplazar la estación deseada a una frecuencia más baja. Este desplazamiento a otra frecuencia más baja se realiza con un mezclador. Desplazado el espectro que interesa a esta nueva frecuencia (llamada frecuencia intermedia, en adelante FI) se pasa por un amplificador fijo sintonizado a esta frecuencia de forma que solo deje pasar la estación deseada. El ancho de banda de este amplificador (llamado de FI) es de 18 kHz que es suficiente para permitir el paso de la señal de AM producida por los transmisores comunes de AM. Una vez que se tenga la estación deseada a la frecuencia intermedia se realiza la demodulación de la señal, que en el caso de AM de radiodifusión será un detector de envolvente. Si se desea recibir otra estación es suficiente con poner en el oscilador local la frecuencia apropiada que desplace el espectro deseado a la FI. De esta forma la frecuencia del oscilador local debe ser variable para permitir sintonizar diferentes estaciones, pero en general es mucho más fácil construir un oscilador variable que un amplificador variable. Ahora el amplificador de RF parece no ser esencial; no obstante, se incluye para aumentar el nivel de la señal que se quiere que llegue al mezclador y realizar un primer filtrado centrado en la señal deseada. Además adapta la impedancia de la antena al mezclador.
Parámetros de gran importancia en los receptores superheterodinos
- Sensibilidad: Es el nivel de entrada requerido para producir una cierta potencia de audio. Mide la capacidad del receptor de recibir señales débiles y está determinada por la ganancia total del receptor.
- Selectividad: Es la capacidad del receptor para separar estaciones adyacentes. Está determinada por el ancho de banda total del receptor. El ancho de banda del receptor depende de los anchos de banda de los tres circuitos sintonizados del receptor superheterodino: el amplificador de RF, el mezclador y la etapa de FI.
- Relación señal a ruido: Es la relación entre la potencia de señal deseada a la salida y la potencia del ruido a la salida. Mide la pureza de la señal de salida del receptor. Para obtener una alta relación señal a ruido deben darse dos condiciones: la ganancia del receptor debe ser suficiente para producir la potencia de señal de salida adecuada y el ruido introducido por el propio receptor debe ser mínimo.
- Fidelidad: Es la capacidad de reproducir la señal de información de forma precisa; o sea, cuanto se parece la señal de salida del receptor a la señal original. Depende principalmente de dos factores: el ancho de banda del receptor y la linealidad del detector y los amplificadores. Es la capacidad del receptor de no añadir distorsión a la señal de salida.
Para obtener buena fidelidad el ancho del receptor debe ser suficientemente grande para permitir el paso de todas las componentes de frecuencia de la señal de información. Si algunas de las componentes de frecuencia son atenuadas la fidelidad obviamente se verá reducida por el aumento de la distorsión. Como en el procesamiento de cualquier señal de audio la linealidad de los amplificadores es importante, cualquier alinealidad provocará distorsión de la señal.
Tipos de Receptores de radio
Los tipos de receptores de radio que se han desarrollado han sido muy variados, desde los primitivos receptores equipados con el "cohesor" cómo detector de las señales de radiofrecuencia hasta los superheterodinos con varias conversiones, filtros a cristal y otros refinamientos. En la figura número uno se puede ver el esquema de un receptor con cohesor. Las ondas de radio captadas por la antena producen pequeñas chispas entre las limaduras que constituyen el "cohesor", haciéndole conductor, por lo que el electroimán se activa cerrando sus contactos. Una vez que ha cesado la radiofrecuencia, el cohesor recibe un golpe de un pequeño martillo, con lo que las limaduras se separan, desactivando el electroimán y quedando el sistema preparado para la recepción del siguiente tren de ondas de radio. En la figura número dos tenemos un receptor de aquella época, donde se puede observar el cohesor y el resto de elementos mecánicos. El conjunto está alimentado con unas baterías que se pueden ver en la parte posterior del receptor. Otro dispositivo detector de ondas de radio utilizado fue el detector magnético, desarrollado por Marconi. Un hilo de hierro se mantiene en movimiento por la parte interior de una bobina conectada al circuito antena-tierra. Las ondas de radio generan un campo magnético que induce una corriente sobre otra bobina concéntrica con la primera. En la figura número tres se puede ver un esquema de este detector y en la figura número cuatro tenemos una fotografía de uno de estos detectores. A la vista de los adelantos y refinamientos actuales, parece casi imposible que se pudiesen recibir ondas de radio con estos dispositivos.
Otro tipo es el receptor réflex, en el que se utiliza la misma válvula para la amplificación de RF y de BF, obteniendo un buen rendimiento con economía de componentes. No obstante, la selectividad sigue siendo mediocre por la presencia de un único circuito sintonizado. Los inconvenientes de los receptores de reacción y réflex quedan mejorados en otro tipo de receptor, llamado de radiofrecuencia sintonizada. En este receptor, hay varios circuitos sintonizados, con lo que la selectividad mejora y la presencia de varios pasos hace que haya una buena sensibilidad frente a señales débiles. Existe el inconveniente de que la sintonización es un poco complicada por la presencia de varios controles de sintonía. Las figuras dieciséis y diecisiete nos muestran este tipo de receptor. Para que el lector tenga una idea de las condiciones de recepción de los antiguos aparatos, se propone la construcción de un receptor réflex de estado sólido, en el que se utiliza un número reducido de componentes, que se pueden obtener fácilmente.
La señal es captada por la bobina L01 que está devanada sobre una barra de ferrita. Esta bobina con el condensador C01 forma el circuito sintonizado de entrada. El condensador C02 presenta una impedancia muy pequeña para la RF, por lo que la parte inferior del circuito sintonizado está conectado a masa para la RF. Una parte de esta señal de RF se aplica a través del condensador C03 a la base del Circuito para medir transistores transistor Q01, que procede a amplificarla. La polarización de este paso se realiza mediante la resistencia R02. En el colector de este transistor se encuentra el choque L02 que presenta alta impedancia para la RF, por lo que ésta queda aplicada, a través del condensador C04, al circuito detector formado por los diodos D01 y D02 y cuya carga es la resistencia R01. La señal de BF presente en esta resistencia se aplica, a través del condensador C03, a la base del transistor Q01. La señal de audio amplificada aparece sobre la resistencia R04 y se aplica, a través del condensador C06 al potenciómetro de volumen, P01. El paso final de potencia está formado por el circuito integrado IC01 y los componentes asociados. El receptor se alimenta con una tensión de nueve voltios procedente de una batería o una fuente de alimentación.
Receptores a transistores
Los Receptores a transistores son con el fin de poder escuchar las emisoras mas fuerte, es necesario utilizarlo como preamplificador, que en este caso es un AC125, alimentado con 4.5 voltios, siendo el consumo insignificante. La bobina es de 6 mm. de diametro, y para escuchar la onda media son necesarias 80 espiras siendo la toma intermedia de 40 espiras de hilo de cobre esmaltado de 0.2 mm., pudiendo estar montada sobre un tubo de pvc. Esta bobina nos presenta una mayor sesibilidad que selectividad.
El diodo es un detector de germanio OA70. Los auriculares son de alta impedancia y cierran el circuito de alimentación al conectarlos, por lo que no es necesario usar un Interruptor eléctrico, para desconctar el receptor. Los dos condensadores variables son de 500 picofaradios. Como ves es sencillo de hacer y muy económico, es una buena práctica y experimentación con los circuitos receptores de radio.
