Receptor Heterodino

Receptor HETERODINO

• El receptor heterodio, es el receptor del sistema AM DBL CP • En este sistema, se transmite con portadora y por tanto no es necesario reinsertar la portadora en el receptor, como en el caso del AM DBL SP. Esto simplifica enormemente los receptores y por ello, AM DBL CP se utiliza, en principio, en radiodifusión sonora AM y FM.

• Un receptor heterodino recibe su nombre debido al heterodinaje, que significa mezcla de frecuencias. O sea, un Rx Heterodino mezcla la señal sintonizada con una frecuencia generada localmente, obteniendo como resultado una frecuencia intermedia fija (FI) • La idea consiste en que un solo receptor funcione para toda una banda de frecuencias de estaciones normadas. • Tomemos por ej la banda de AM (520Hz – 1600 Hz).

• Antes de los receptores superheterodinos, existían los receptores regenerativos, en los que para cada emisora se requeria todo un canal de recepción. Obviamente era caro y costoso. • Con el receptor heterodino, se requiere un solo canal, con una sola frecuencia intermedia para todas las emisoras captadas.

• ¿Como se soluciona el echo de tener varias portadoras moduladas a la entrada del receptor? • En principio, luego de sintonizar la portadora deseada, lo que se hace es cambiar dicha frecuencia a otro valor único sin alterar la modulación. • Esa frecuencia única se denomina Frecuencia Intermedia y su valor en AM es de 455 Khz.

• De tal manera que este proceso significa sintonizar cualquier portadora modulada dentro de la banda y cambiar su valor en otra frecuencia única de trabajo. • Este proceso se lo denomina conversión y la nueva frecuencia recibe la denominación de Frecuencia Intermedia (FI).

• De manera muy genérica se utiliza el término de receptor heterodino. • Heterodinar significa mezclar. • La señal de FI, se la amplifica y se la puede detectar con un solo demodulador, con independencia de la portadora sintonizada. • La FI se obtiene mezclando la señal de entrada con una generada localmente por un oscilador.

• A la salida del mezclador o sintonizador, se obtendrá una gama de valores armónicos de sumas y restas y se sintonizara la que se desea. Esto implica que la señal del oscilador deberá variar en la medida de la sintonía manteniendo la relacion de una FI por encima o por debajo. • La frecuencia entregada por el oscilador local, siempre será de un valor que realizando la diferencia con la frecuencia de la señal de entrada de 455 KzHz.

• Obtenida la FI, se la amplifica y luego se realiza la detección y se obtiene la banda base. • La figura a continuación presenta un esquema en bloques simples de un receptor heterodino.

• Cualquiera fuera la frecuencia de entrada por la antena, el oscilador local generara automáticamente una frecuencia superior en 455 Kz . • El mezclador, el mixer producirá un heterodinaje o mezcla de frecuencias, cuyo resultado será frecuencias sumas y diferencias. Se aprovecha la diferencia,. • Este valor de 455 Kz será la Frecuencia Intermedia en AM Comnercial, cuya banda del espectro asignado será de 560 a 1600 Khz • En FM es de 88 a 108 Mhz.

• Esta Frecuencia Intermedia, será igual para todas las emisoras. Ello simplifico las cosas. Lo que nos interesa el al envolvente de la señal; por ello la portadora puede ser cualquiera, por que solo sirvió como train, Carrier. Luego será eliminada a la salida por un filtro pasa bajo. • Los amplificadores de FI pueden ser uno, dos o tres, dependiendo de la calidad en cuanto a sensitividad, selectividad y rango dinamico que que se requiera en el receptor.

• Se denomina Frecuencia intermedia (FI) a la Frecuencia dada en los aparatos de radio que emplean el principio superheterodino. • Esta se obtiene de la mezcla de la señal sintonizada en antena con una frecuencia variable generada localmente en el propio aparato mediante un oscilador local (OL) y que guarda con ella una diferencia constante. • Esta diferencia entre las dos frecuencias es precisamente la frecuencia intermedia de 455 Khz para AM comercial

• La utilidad del empleo de una frecuencia intermedia radica en el hecho de que todos los circuitos sintonizados existentes a partir de la etapa en que se efectúa la mezcla, trabajan a una frecuencia fija (la de la FI, 455 KHz) y por tanto son más fáciles de ajustar. • De este modo se mejora la selectividad y sensitividad y se facilita el diseño de las etapas amplificadoras de FI. • Si no se empleara la frecuencia intermedia, sería preciso diseñar circuitos sintonizadores que tuvieran al mismo tiempo una gran selectividad y un gran rango de selección de frecuencias de actuación, algo difícil y caro de conseguir-

• Un receptor superheterodino es un receptor de ondas de radio que utiliza un proceso de mezcla de frecuencias o heterodinación o heterrodinaje, para convertir la señal recibida en una señal de frecuencia intermedia fija, FI, que puede ser más convenientemente elaborada (filtrada y amplificada) que la frecuencia de radio de la portadora original lo que proporciona un nivel fijo de sensibilidad y selectividad. Prácticamente todos los receptores modernos de radio y televisión utilizan el principio superheterodino.

• En los receptores domésticos de AM (Amplitud Modulada), la frecuencia intermedia es de 455 kHz; • En los receptores de Frecuencia modulada (FM), 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).

• La sintonia de una frecuencia potadora se logra en base a la selección de una frecuencia de sintonia o resonancia, dada por:

• O se varia la capacidad o se varia la inductancia de la ecuación anterior. En los receptores heterodinos AM, se varia la capacidad, para encontrar la frecuencia de sintonia. Esta capacidad se varia mediante un capacitor variable de varias placas en paralelo. Este capacitor variable , esta en tándem con los circuitos de entrada del recptor

• La sintonia , (hallar la frecuencia de resonancia wo) variando la inductancia L, se utiliza por ejemplo en televisores de sintonia manual. Cada televisor tenia un sintonizador cambia canales manual que cambiaba la sintonia variando las inductancias fijas

• De esta heterodinación, mezcla de frecuencias, resultan dos frecuencias: una superior (Fant + Floc) y otra inferior (Floc - Fant) 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 (parlante). • 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 , o sintonia, se realizan de forma simultánea, actuando sobre un capacitor 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 loca, 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, un mezclador seguido por un amplificador de FI, son comunes a todos los receptores superheterodinos.

455 KHz

• En el receptor superheterodino el primer componente, después de la antena, es el amplificador de RF (radiofrecuencia) aísla la señal que deseamos recibir y amplifica la señal que llega a la antena, por llegar esta sumamente debil. • La anta puede ser una bobina de núcleo de ferrita que corta el campo magnético de la señal o una antena telescópica, que corta el campo eléctrico de la señal.

• La señal llega en forma de onda electromagnética al recptor. Esta onda tiene componentes de campo eléctrico y de campo electromagnetico ortogonalmente. Depende de como viaja el CE, horizontal o vertical, se dice que la señal esta polarizada horizontal o vertical. Las antenas, asi, son verticales u horizontales. Una antena puede estar polarizada horizontal o verticalmente.

• El mezclador , mezcla las frecuencias de entrada y la producida por un oscilador local fijo producida en el mismo equipo receptor. • El resultado de esta mezcla da una Frecuencia Intermedia Esta frecuencia intermedia es para todas las frecuencias de cualquier señal sintonizada.

• Obtenida la FI, de 455 KHz, esta se amplifica en una , dos o tres etapas, según el ancho de banda y selectividad que se requiera.

Circuito detector

• La etapa detectora, esta compuesta por un diodo rectificador de Ge y un filtro pasa bajo (generalmente un capacitor a tierra. El diodo rectifica la señal de 455 Khz; dejando pasar solo las ondas positivas. • El filtro pasa bajo filtra las frecuencia altas , dejando pasar solo frecuencias bajas, o sea, la señal envolventa que es la que se desea al final del receptor. Con esta, se exita las bobinas de un parlante y esta produce movimiento del cartón, comprimiendo y descomprimiendo las moléculas del aire y exitando anaalogicamente nuestro oído.

SISTEMA RECEPTOR • En el receptor tiene lugar un proceso inverso al de modulación . De lo que se trata es la recuperación de la señal original • Este proceso se llama demodulación o detección. • La señal de la emisora deseada es recibida por la antena y seleccionada por el selector o sintonizador de RF.

• Luego , la señal FI es detectada. • La señal resultante de rectificar y pasar por un filtro paso bajo, la señal de audiofrecuencia es amplificada y aplicada al altavoz.

RECEPTOR SUPERHETERODINO • El receptor homodino o regenerativo fue superado por el receptor superheterodino. Este es más práctico porque proporciona más selectividad, sensibilidad y estabilidad. Los bloques que componen un receptor de este tipo son:

• a) Circuito de entrada, mediante el cual se efectúa el acoplamiento de la antena al primer transistor y que está sintonizado a la frecuencia de la emisora que se desea recibir fs. • b) Oscilador local, en el cual se genera la señal de frecuencia fo, que para conseguir el efecto heterodino, debe mezclarse (batido) con la señal recibida. La frecuencia de este oscilador es variable a voluntad y debe mantener una diferencia constante, FI de 455 KHz, con la señal sintonizada en los circuitos de entrada (fs).

fs

fo

• d) Mezclador, en el cual se heterodinan las dos señales fs y fo. Normalmente el mismo paso hace de oscilador local y de mezclador denominándose entonces conversor.

fs

fo

CONVERSOR

• e) Frecuencia Intermedia, que consta de una o más etapas amplificadoras sintonizadas a la frecuencia FI de 455 KHz. Este amplificador de entre las diversas frecuencias que se producen en la heterodinación y que están presentes en la salida del conversor, selecciona y amplifica solamente la FI.

• d) Detector, en el que se demodula la FI, obteniéndose así la señal de BF con que está modulada. Este detector debe recibir la señal de FI lo suficientemente intensa para poder trabajar en la zona lineal de la característica del diodo, para que no exista distorsión. Generalmente se deriva del detector una componente de continua para el funcionamiento del CAG, (Control automático de Ganancia).

FRECUENCIA IMAGEN • El inconveniente que tienen los receptores superheterodinos es la llamada frecuencia imagen. • Supongamos que el receptor está sintonizado a una estación de radio a 600 KHz; como la FI es de 455 KHz, quiere decir que el oscilador local estará a 1055 KHz. • Supongamos que una estación funciona en 1520 KHz y que la señal sea lo bastante fuerte para que aparezca en la base del conversor.

• La frecuencia de la señal de 1520 KHz al batirse con la del oscilador local nos dará también una frecuencia diferencia de 455 KHz.

• Entonces las dos señales se oirán en el mismo punto del dial. • La frecuencia de la estación que no se desea recibir se llama frecuencia imagen. • Las frecuencias imagen se identifican por el hecho de que son siempre el doble de la FI del receptor más la frecuencia de la estación sintonizada. • Por este motivo se eligió una FI de 455 KHz, para que las posible frecuencias imagen estuvieran fuera de la banda de OM. • No se puede elegir una frecuencia superior de FI, pues también entraríamos en la gama de frecuencias de OM, 510 a 1600 KHz.

CIRCUITO DE RADIO AM • Primeramente señalaremos que el equipo con el que vamos a realizar las prácticas dispone de una circuitería con la máxima integración y que consta de los mínimos transistores posibles. De hecho no consta de ninguno, excepto en la función de estabilización de tensión, transistores Q1001 y Q1002. • Los circuitos de radio de AM y de FM se construyen alrededor del circuito integrado LA 1826. Este c.i. incorpora amplificadores de RF, mezcladores y amplificadores de FI. Sendos detectores e incluso el circuito de demodulador estéreo para FM.

• Circuito de entrada.- La entrada se realiza por el pin 1 del C.I. 1001. • La señal de RF es captada por la bobina de AM L1005 y no necesita antena exterior. Mediante VC1, seleccionamos la frecuencia a sintonizar, y por lo tanto, la emisora de radio a recibir. El condensador en paralelo con VC1, es ajustable y se les denomina trimmer cuya misión es la de ajustar el barrido del condensador a la banda de AM.

• Oscilador local.- El condensador variable VC1 forma tándem con el condensador VC4, que hace de oscilador local junto con la bobina L1004. VC4 también dispone de su trimmer. Los condensadores ajustables (trimers) actúan como sintonía fina y se ajustan durante la alineación del receptor con el fin de mantener constante la diferencia de frecuencia entre fo y fs. (Radio Frecuencia recibida - Oscilador Local).

• La señal generada por el oscilador local es mezclada interiormente pasando al c.i. por el pin19. La F.I. en los receptores de A.M. es de 455 Khz . • Por consiguiente la frecuencia del oscilador local deberá variar en el margen de 990 a 2060 KHz apróx. La frecuencia del oscilador "sigue" a la RF del circuito sintonizado de antena de modo que la diferencia se mantenga siempre constante e igual a 455 KHz.

• Amplificador de F.I.- En el proceso de mezclado entre la RF recibida y la señal procedente del oscilador local, obtenemos una serie de señales (fs, fo, fs-fo, fs+fo). Los circuitos sintonizados de F.I. seleccionan y dejan pasar solamente la frecuencia diferencia (FI). El proceso de heterodinaje ha reducido la frecuencia de cada una de las posibles portadoras, a una más baja y que siempre es la misma, y por lo tanto más fácil de trabajar.

• La señal de F.I. se compone de la frecuencia portadora F I y de las bandas laterales que contienen la modulación o información. Las frecuencias de las bandas laterales se extienden hasta un máximo de 5 KHz a ambos lados de la portadora de FI, como en la fig. Los amplificadores de FI son amplificadores de paso de banda que tienen una respuesta relativamente plana en la banda de 10 Khz que debe dejar pasar.

• En la misma figura, se puede ver una típica curva de respuesta de un amplificador de FI funcionando en 460 KHz. La máxima salida se obtiene en 460 KHz y la salida desciende a ambos lados del punto de resonancia. Se considera como repuesta plana la que se obtiene entre los dos puntos de media potencia P1 y P2. Estos son los puntos en los que la tensión de salida es el 70,7 % de la tensión máxima

• Las señales procedentes del mezclador de AM salen por la patilla 3 hacia el primer ‘bote’ de FI, T1002 y posteriormente, atraviesa el filtro cerámico CF1. La frecuencia resonante de cada "bote" se modifica girando los núcleos de ferrita que incorporan. • Actualmente estos van siendo sustituidos por los modernos filtros cerámicos, que ofrecen más robustez y precisión como filtros sintonizados. La señal de FI de 455 Khz es de nuevo introducida al primer amplificador de FI por el pin 7.

• La señal pasa por último al detector de AM que se encuentra en el interior del c.i. La señal de BF se obtiene por el pin 16. La señal, al igual que sucede en FM, es reintroducida al integrado por el pin 15, y posteriormente separada en dos señales idénticas en los pines 13 y 14, canal izquierdo y derecho respectivamente. • La señal es tratada como señal mono pues no tiene presencia de la señal piloto de 19 Khz que navegan con las señales estéreo de FM. La señal de BF de la emisora sintonizada en los canales R y L es llevada al conmutador SW2, donde puede ser seleccionada según la posición que ocupe el dicho conmutador. Previamente esta señal pasa por unos filtros C1101/R1100 y C1201/R1200 que evitan el paso de frecuencias superiores a 20KHz.

DETECCIÓN.

• Aunque actualmente los circuitos de detección se hace en el interior de un c.i., expondremos brevemente en qué consiste. • Una vez que hemos amplificado la señal de FI lo suficiente, pasamos a hacer el proceso inverso del emisor, es decir, demodularla o detectarla. Como la señal es modulada en sus dos semiciclos, lo primero que hay que hacer es eliminar uno de ellos para lo cual disponemos un diodo en serie que nos elimina, en este caso el semiciclo negativo,

• No puede conectarse cualquier tipo de diodo, sino que debe ser uno diodo rápido o diodo de señal. Se usan diodos de Ge. Conectado al cátodo del diodo tenemos el condensador C1, cuya misión consiste en eliminar la señal de RF y dejar pasar la BF. A continuación se puede conectar algún componente más con objeto de eliminar algún residuo de RF que pudiera quedar. El punto BF es la salida hacia el amplificador de audiofrecuencia que 'atacará' a un altavoz.

C.A.G. • En los receptores, la señal puede variar de unas emisoras a otras, o por el efecto "fading" (desvanecimiento intermitentes de la señal a causa de las refracciones y difracciones que sufren las ondas de radio a través de la atmósfera), lo cual se intenta corregir, dentro de unos límites, con el circuito de CAG. La tensión del CAG se obtiene de la tensión continua creada al detectar la señal.

• En el caso del circuito anterior, se realiza en el interior del c.i. regulando la ganancia del primer amplificador de RF de AM con la tensión obtenida en el detector y que es filtrada a través del pin 17 mediante el condensador exterior C1011. Esta tensión convenientemente aplicada a las etapa amplificadora anterior, debe contrarrestar las subidas y bajadas de la amplitud de la señal de RF. En el pin 17 podemos medir la tensión continua de CAG.

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ANEXO

• Sensitividad. La sensitividad o sensibilidad de un receptor es el nivel mínimo de señal de RF que puede detectarse en la entrada del receptor y todavía producir una señal de información demodulada utilizable. • Generalmente, la relación de señal a ruido y la potencia de la señal en la salida de la sección de audio se utilizan para determinar la calidad de una señal recibida y si se puede utilizar o no. • Para receptores de la banda de radiodifusión en AM comerciales, una relación de señal a ruido de 10 dB o mayor con 1/2 W de potencia (27 dBm) a la salida de la sección de audio se considera que se puede utilizar.

• Una sensitividad típica para un receptor comercial de radiodifusión en banda AM es de 50 uV. • La sensitividad del receptor se llama umbral del receptor. • La sensitividad de un receptor de AM depende de la potencia de ruido presente en la entrada del receptor. • La mejor forma de mejorar la sensitividad de un receptor es reducir el nivel de ruido. • Esto se puede lograr electrónicamente reduciendo la temperatura, el ancho de banda del receptor, o mejorando la figura de ruido del receptor.

• Selectividad. La selectividad es la medida de la habilidad de un receptor, para aceptar una banda de frecuencias determinada y rechazar las otras. • Por ejemplo, en la banda comercial de radiodifusión de AM, a cada transmisor de la estación se le asigna un ancho de banda de 10 kHz . • Por lo tanto, para que un receptor seleccione solamente aquellas frecuencias asociadas a un solo canal, la entrada al demodulador tiene que estar limitada en banda deseada con filtros pasa-banda de 10 kHz. • Si el pasa-banda del receptor es mayor que 10 kHz, se puede recibir más de un canal y demodular simultáneamente. • Si el pasa-bandas del receptor es menor que 10 kHz, una porción de la información de la fuente, para ese canal, se rechaza o se bloquea desde la entrada al demodulador y, por consecuencia, se pierde.

• La selectividad se define como la medida de la extensión que un receptor es capaz de diferenciar entre las señales de información deseada y las perturbaciones o señales de información en otras frecuencias. • Puede expresarse cuantitativamente como el ancho de banda y la relación del ancho de banda del receptor en algún factor de atenuación. Esto se realiza electrónicamente

RECEPTORES HETERODINOS • Un receptor en general solo requiere un mecanismo de sintonía, un demodulador y, si son necesarios, amplificadores. • De las diferentes formas de receptores que se han inventado solo dos han tenido y tienen sentido práctico y comercial:

• -Receptor de radio frecuencia sintonizada (TRF) • -Receptor Superheterodino: Aunque este último es el tipo más usado, veremos primero el TRF porque es más sencillo y porque permite entender porque el receptor superheterodino es más popular.

• Receptor Superheterodino: El diagrama de bloques de un receptor superheterodino se muestra a continuación:

• Los receptores superheterodinos "baten" o heterodinan una frecuencia generada en un oscilador local (contenido en el receptor) con la señal entrante. De esta heterodinación resultan dos frecuencias una superior y otra inferior a la frecuencia entrante. Una de ellas, normalmente la inferior es elegida como FI, la cual es amplificada y posteriormente detectada o demodulada para obtener la audiofrecuencia que se oirá, después de convenientemente amplificada, a través de un altavoz.

• El usuario sintoniza el receptor mediante el ajuste de la frecuencia del oscilador local y/o la sintonización de las señales entrantes. • En la mayoría de los receptores estos ajustes se realizan de forma simultánea, actuando sobre un condensador variable con dos secciones en tandem, 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 varia también la frecuencia del oscilador local, manteniendo constante la diferencia entre ambas, que es la Frecuencia intermedia (FI). Actualmente, casi todos los receptores utilizan este método.

• El diagrama siguiente muestra los elementos básicos de un receptor superheterodino de simple conversión. 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 de: un oscilador local, un mezclador seguido por un filtro y un amplificador de FI, son comunes a todos los receptores superheterodinos