Receptor superheterodino y FM

Características [editar]

El receptor superheterodino lleva a cabo casi toda la amplificación de la frecuencia constante denominada frecuencia intermedia, o FI, utilizando una frecuencia fija, con lo que se consiguen ajustes más precisos en los circuitos y se aprovecha todo lo que puede dar el componente utilizado (válvula termoiónica, transistor o circuito integrado). Fue inventado por Edwin Howard Armstrong, inventor también del circuito regenerativo, del receptor superregenerativo y de la radiodifusión de frecuencia modulada (FM).

En los receptores domésticos de AM (Amplitud Modulada), la frecuencia intermedia es de 455 o 470 kHz; en los receptores de Frecuencia modulada (FM), generalmente es de 10,7 MHz. Los receptores superheterodinos mezclan o heterodinan una frecuencia generada en un oscilador local (Floc), contenido en el receptor, con la señal entrante en antena (Fant). De esta heterodinación resultan dos frecuencias: una superior (Fant + Floc) y otra inferior (Fant - Floc) a la frecuencia entrante. Una de ellas, normalmente la inferior, es elegida como FI (frecuencia intermedia), filtrada con un filtro de alto Q factor de calidad, amplificada y posteriormente detectada o demodulada para obtener la audiofrecuencia que se oirá, después de ser convenientemente amplificada, a través de un altavoz. El usuario sintoniza el receptor mediante el ajuste de la frecuencia del oscilador local (Floc) y la sintonización de las señales entrantes (Fant).

En la mayoría de los receptores estos ajustes se realizan de forma simultánea, actuando sobre un condensador variable con dos secciones en tándem, esto es, acopladas en el mismo eje. Una de las secciones de este condensador forma parte del circuito oscilador local y la otra del de sintonía de la señal entrante, de tal forma que cuando se varía la frecuencia sintonizada en la entrada, se varía también la frecuencia del oscilador local, manteniendo constante la diferencia entre ambas, que es la Frecuencia intermedia) (FI).
a este efecto se lo denomina "arrastre".

Actualmente, casi todos los receptores utilizan este método. El diagrama siguiente muestra los elementos básicos de un receptor superheterodino de conversión simple. En la práctica no todos los diseños tendrán todos los elementos de este esquema, ni este cubre la complejidad de otros, pero los elementos esenciales, un oscilador local, unmezclador seguido por un filtro y un amplificador de FI, son comunes a todos los receptores superheterodinos.

Diagrama de un receptor superheterodino típico

• En el receptor superheterodino el filtro/ amplificador de rf (radiofrecuencia) aisla la señal que deseamos recibir del resto de las señales que llegan a la antena. Este filtro pasabandas es genérico, por lo que tiene poca selectividad en frecuencia.
• El mezclador recorre el espectro en frecuencia de la señal filtrada, centrándolo alrededor de la “frecuencia intermedia” (fin).
• Para desplazar el espectro, el mezclador utiliza la componente de conversión ascendente o descendente, según convenga.
• El filtro de frecuencia intermedia aisla perfectamente la señal a demodular, ya que es un filtro de alta selectividad en frecuencia.
• El detector demodula la señal de frecuencia intermedia (es decir, recupera el espectro de la señal original) y el amplificador le da a la señal de salida la ganancia que necesita.

Ventajas y desventajas del sistema [editar]

• La mayor parte del trayecto de la señal de radio ha de ser sensible solo a una estrecha gama de frecuencias. Solamente la parte anterior a la etapa conversora (la comprendida entre la antena y el mezclador) necesita ser sensible a una gama amplia de frecuencias.

Como ejemplo, en un receptor de AM podría necesitar ser eficiente en una gama de 1 a 30 MHz, mientras que el resto del receptor solo necesitaría una respuesta correcta a la FI, esto es a 460 o 470 KHz. según los casos.

• Otra ventaja es que se evitan los acoplamientos indebidos entre pasos por capacidades parásitas generadas por cables y pistas de circuito impreso, al usar una frecuencia constante.
• Una desventaja importante de estos sistemas es que existe la posibilidad de que se demodule la frecuencia imagen si no se conocen las normas que rigen el espacio radioeléctrico de una determinada zona geopolítica.

Superheterodino de doble conversión [editar]

A veces, para superar obstáculos tales como el fenómeno denominado frecuencia imagen o respuesta imagen, se utiliza más de una FI. En tales casos, la primera parte del receptor debería ser sensible a una banda de 1 a 30 MHz, como en el caso anterior, la siguiente etapa a 5 MHz (1ª FI) y la última a 50 kHz (2ª FI). Se utilizan dos conversores y al receptor así diseñado se le denomina Superheterodino de doble conversión. Frecuentemente se elige como primera frecuencia intermedia 10,7 MHz, y como segunda 455 KHz. Para obtener 455 KHz desde los 10,7 MHz se mezcla la primera FI con una señal proveniente de un oscilador local fijo a 10,245 MHz. Esta frecuencia suele venir fijada por un cristal de cuarzo. Existen, además, superheterodinos de triple y cuádruple conversión.

Ventajas sobre sistemas anteriores [editar]

Los receptores de radiofrecuencia sintonizada, utilizados anteriormente, sufrían de falta de estabilidad de frecuencia y de una muy pobre selectividad radiofónica, dado que, incluso utilizando filtros con un alto Q factor de calidad, tenían un ancho de banda demasiado grande en la gama de las radiofrecuencias. Los receptores superheterodinos tienen unas características superiores, tanto en selectividad como en estabilidad de frecuencia. Es mucho más fácil estabilizar un oscilador que un filtro, especialmente con la moderna tecnología de sintetizadores de frecuencia, y los filtros de FI pueden tener una banda de paso mucho más estrecha para un mismo factor Q que un filtro equivalente para RF (radiofrecuencia). Una FI fija, permite el uso de filtros de cristal en diseños muy críticos tales como los receptores de radioteléfonos, los cuales deben tener una selectividad extremadamente alta.

Transmisores superheterodinos [editar]

La tecnología superheterodina también se aplica a los transmisores de radio. El diseño de un transmisor superheterodino es similar al del receptor, con la diferencia de que las etapas de la señal están dispuestas en un camino inverso.

Futuro [editar]

La próxima evolución de diseño del superheterodino, es la arquitectura de radio definida por software, donde el procesamiento de la FI después del filtro inicial de FI es ejecutado por software.

Receptor FM [editar]

La transmisión en frecuencia modulada aporta varias ventajas, en comparación con la amplitud modulada:

• Mayor fidelidad, se debe a que en FM la señal de modulación (audio) fluctúa entre 50 Hz a 15 Khz. el mensaje musical o hablado que contiene la portadora es más completo y lógicamente cuando el mensaje se reproduce en el parlante del receptor el sonido es más rico de tonos y armónicos, mientras la AM solo llega a una frecuencia máxima de 5 Khz.
• Tiene la posibilidad de eliminar señales indeseables, se debe a que en FM la modulación la contiene la onda portadora en forma de frecuencia variable y amplitud constante, toda interferencia que causa variaciones puede ser eliminada fácilmente usando en el receptor la etapa limitadora. Pero en AM el mensaje se tiene en forma de variaciones de amplitud si usamos parte de limitador se estaría limitando parcialmente parte de la señal útil.

Elementos del receptor de FM [editar]

En la actualidad los receptores FM están compuestos por transistores y por circuitos integrados, que deben trabajar a una frecuencia de 88 a 108 Mhz.

• Antena receptora: En receptores portátiles las antenas son de tipo telescópico y los que tienen en el hogar se forma de un conjunto de conductores que son cortados de una longitud apropiada para una banda de 88 a108 MHz.
• Amplificador de radiofrecuencia: Es el tipo sintonizado, básicamente se encarga de seleccionar una emisora de FM y posteriormente la entrega al sistema conversor conformada por un transistor de alta frecuencia con base a tierra o emisor a tierra.
• Sección conversora: Cambia la frecuencia portadora de emisora seleccionada a un valor de FI (Frecuencia Intermedia) cuyo valor es de 10.7 MHz. En receptores baratos y económicos la conversora usada es auto DINA y en receptores de mayor costo o valor es del tipo de oscilador separado y con control automático de ganancia.
• Canal o sección de frecuencia intermedia: Formado por dos o tres etapas, sintonizado para una frecuencia de 10.7 MHz, se encarga de seleccionar y amplificar la nueva frecuencia a que fue convertida la estación seleccionada cuyo componente finalmente es entregado al discriminador. El canal de FI. (Frecuencia Intermedia) realmente constituye el amplificador principal de la sección de RF.(Radiofrecuencia) tanto de FM y AM, con la única diferencia de que existen dos canales diferentes.
• Discriminador FM: Tiene a su cargo la función demoduladora, es decir se encarga de extraer el envolvente de modulación, en consecuencia en su circuito de salida obtendremos la señal de audio determinada principalmente por la forma de conexión de los diodos, determinando dos tipos de discriminadores: discriminador de Foster ydetector de relación.
• Sección de audio: Es el amplificador de audio que sirve tanto como para AM y FM. Comienza en el control de volumen (mono ó estereo) precedidos de una llave selectora para operar con FM ó con AM. Si el aparato es del sistema estereo la calidad es mejor con sus canales Izquierdo-Derecho que atraviesan el codificador. Cada canal Izq.-Der. opera con su propio parlante.
• Preamplificador de audiofrecuencia
• Parlantes
• Fuente de alimentación