RADIOCOMUNICACIONES.

Un receptor superheterodino se compone de seis secciones principales:

En el curso ya hemos estudiado los amplificadores de radiofrecuencia, la mezcladora y la osciladora local; el amplificador de audio, y la detectora también han sido estudiados, por lo que nos queda por estudiar en detenimiento la etapa de la frecuencia intermedia.

Sección de Frecuencia intermedia.

Esta sección de FI recibe la señal que entrega la etapa mezcladora o conversora. Como dicha etapa entrega a su salida cuatro tipos de señal, nos interesa separar la señal de menor valor (la señal diferencia entre el oscilador local y la sintonizada), cuyo valor se mantiene constante sea cual sea la sintonizada.

Esta última característica le confiere a la sección de FI una ventaja, ya que permite ajustarla a su valor en condiciones óptimas (por norma general son 455KHz, pero pueden ser otros valores). Este valor no es alterado, ni es necesario cambiarlo para la recepción de la sintonía de las diferentes frecuencias que se quieren escuchar.

Función de la sección intermedia.

Acoplamiento.

El acoplamiento a transformador distingue tres formas diferentes de acoplamiento:

● Acoplamiento a sintonía variable.
● Acoplamiento a sintonía fija.
● Acoplamiento no sintonizado.

El primero es el que lleva transformadores con bobinados primarios y secundarios sintonizados con el circuito, es decir que llevan conectados cada bobina , unos condensadores. El ajuste de la sintonía se realiza variando las capacidades (condensadores variables) o las inductancias de los transformadores (a través del núcleo) mediante el sistema de variación por permeabilidad.

El segundo acoplamiento tiene elementos fijos (condensadores o núcleo fijo), por lo que la sintonía es fija y no varía.

Por último el acoplamiento no sintonizado, no tiene elementos sintonizado en los estremos del transformador, por lo que se realiza el acoplamiento de la señal directamente a la fase siguiente.

Elección de la FI.

El primer factor que hay que considerar es el hecho de que la amplificación que se puede obtener en un circuito está en relación con la frecuencia a que trabaja.

La amplificación es mayor cuanto menor sea la frecuencia y viceversa, menor ganancia a mayor frecuencia; por lo que nos interesa una FI de valor bajo.

En los primeros superheterodinos, se adoptó una FI de 130 y 175 KHz, y estas últimas son las más bajas que se podían usar debido a diferentes factores. Pero estas frecuencias tenían el incoveniente de producir frecuencia imagen, por lo que se adoptó la medida de aumentar la FI para evitarla.

Actualmente se utilizan valores de FI comprendidos entre los 450 y los 490 KHz son los que dan mejores rendimientos en la práctica.

Transformadores de FI.

En la siguiente imagen se representan varios modelos de acuerdo a la disposición de los bobinados mediante el ajuste por variación de permeabilidad y por variación de capacidad.

Transformador a permeabilidad.

El núcleo magnético para radiofrecuencia tiene características diferentes de las del núcleo de tranformadores de baja frecuencia (adaptadores de impedancias). La sustancia magnética no es grande y compacta como en estos últimos, sino que está formada por gránulos o polvo de materia magnética mezclada con pasta aglutinante y aislante.

Los mejores núcleos en la actualidad son los que utilizan las ferritas (óxidos minerales compuestos por sustancias de tipo metálico), que reciben diferentes nombres de acuerdo a su fabricante y a las sustancias que lo integran, como por ejemplo ferrocart, ferroxcube, ferroxdure, etc.

En los transformadores a permeabilidad, el ajuste se realiza introduciendo más o menos el núcleo dentro del soporte de las bobinas, por lo que el condensador es del tipo fijo (de cerámica o Mica), para mejor rendimiento de los circuitos oscilantes.

Influencia del factor Q.

El punto Q, influye sobre el ancho de banda y en el desarrollo de la sobretensión llamado factor de sobretensión.

La figura anterior muestra cuatro curvas de respuesta a la resonancia, o lo que es lo mismo, las curvas pueden pertenecer a cuatro circuitos diferentes, aunque a uno solo alteramos el valor de su resistencia óhmica y por tanto su Q.

Las escalas de ordenadas de la izquierda no está dividida en unidades absolutas, sino en partes de la unidad (o de cien si se considera porcentaje). La unidad considerada es la corriente máxima o de resonancia para cada valor de Q, sin especificar su intensidad en amperios.

Por ejemplo, en un circuito resonante no varía la frecuencia de resonancia pero si puede variar su Q de acuerdo a la resistencia óhmica que posea. La intensidad de corriente es máxima para un valor de frecuencia igual al de la frecuencia de resonancia, pero de distinto valor al Q. Cuanto mayor es el Q, mayor es la intensidad en el circuito. El valor máximo de la intensidad para cada valor de Q, corresponde en el gráfico al número 1.0 de la ordenada de la izquierda.

Observa que la línea de los 3dB resulta mas ancha a medida que disminuye el Q, es decir, la selectividad disminuye.

La ordenada de la derecha, en la abscisa se ha dividido considerando la frecuencia de resonancia fo, como unidad. A ambos lados aparecen fracciones de unidad, es decir, de esta frecuenca de resonancia. Los primeros valores reales a derecha e izquierda de fo, serían fo x 0.95 y fo x 1.05 y sucesivos.

La ordenada de la derecha muestra el amortiguamiento en decibelios.

Por ejemplo. Supón que tienes una fo de 1000KHz para diferentes Q. La tabla siguiente indica el ancho de banda.

De acuerdo a los valores indicados una Q con una elevada resistencia tiene un ancho de banda de 100KHz lo cual indica poca selectividad, mientras que una Q de baja resistencia, el ancho se reduce a 10 KHz siendo mucho más selectivo.

Supón un circuito de entrada cuyo valor Q=10 aparece una frecuencia distinta a la de resonancia, comprendida entre los 100 KHz del ancho de banda. Como esta señal tiene una atenuación menor de 3 dB, pasará a través del circuito introduciendo ruido, frecuencia imagen, o distorsión al receptor.

Si observas la tabla descubrirás que el ancho de banda está dado por el cociente de dividir la frecuencia de resonancia fo, por el Q del circuito.

La caida de los 3dB corresponde a la mitad de la disipación de potencia en un circuito, equivalente a la reducción de 0,7 de la intensidad del circuito. Por ello, el ancho de banda puede definirse como la diferencia de frecuencia entre los puntos de máxima intensidad en un circuito resonante serie en el que se reduce 0,7 su valor máximo, o también como la diferencia de frecuencia entre los dos puntos de la curva de resonancia situados a menos tres decibelios (-3dB).

Sobretensión del punto Q.

A la fo, si el circuito es resonante serie, la corriente circula por el primer elemento, y después por los otros dos restantes, y si está en paralelo, en un semiciclo pasa toda la corriente por una de las reactancias y en el siguiente semiciclo por la otra reactancia.

Imagina un circuitop oscilante en donde la reactancia capacitiva es de 2000Ω y la inductancia ofrece una reactancia de 2000Ω también. La resistencia óhmica del circuito es de 25Ω. Supón que en vez de 50 voltios de tensión alterna, la señal ofrece una tensión de 0,001 voltios.

Como las reactancias son del mismo valor, se anulan entre sí, dejando solamente el valor de la resistencia como oposición de paso a la señal de 0,001 voltios.
Según la ley de Ohm, la intensidad a la frecuencia de resonancia es de:

I = 0,001V ÷ 25Ω = 0,04mA.

Pero como la corriente es alterna, tendrá que pasar una vez por la bobina y otra por el condensador de manera alterna, por lo que la corriente en todo momento encuentra una oposición de 2000Ω de una u otra reactancia, más los 25Ω de resistencia del circuito.

Despreciando la resistencia física (por ser de un valor muy bajo), las caidas de tensiones en las reactancias serán las mismas para ambos elementos reactivos:

V = 0,00004 A x 2000Ω = 0,08V

Valor superior a la de señal de entrada de 0,001V.

Por tanto la ganancia es de:

0,08 ÷ 0,001 = 80

Este valor es el factor de sobretensión o factor de mérito Q de un circuito oscilante.

En los circuitos oscilantes con bobina de núcleo de aire, el factor Q es de una valor inferior a 150, mientras que los que llevan núcleo magnético es superior.

De acuerdo a lo estudiado, la fo, en que ambas reactancias son de igual valor y se anulan, pueden definirse su Q de una manera muy simple: Q viene dado por el resultado de dividir una de dichas reactancias (X_L o X_c) por la resistencia pura del circuito oscilante:

Q = XL ÷ R

Q = Xc ÷ R

Acoplamiento entre primario y secundario.

La forma de hacerlo es aproximar las bobinas de ambos circuitos de manera que las líneas de fuerza del campo magnético excitador corten a las espiras de la bobina del circuito resonante pasivo receptor, Así en la bobina receptora se induce una tensión de la misma frecuencia.

Esta forma de transferir energía por aproximación se conoce como acoplamiento inductivo. El conjunto que hace posible dicho acoplamiento es el tranformador de radiofrecuencia que estás estudiando.

Si el transformador es de ajuste por permeabilidad, posee condensadores fijos para determinar la frecuencia de resonancia. ésta tiene que ajustarse con precisión con el desplazamiento de núcleo.

El grado de acoplamiento entre los devanados queda determinado por la separación entre los mismos que regula el coeficiente de inducción mutua M. Este coeficiente determina a su vez el coeficiente de acoplamiento.

Cuando el primario queda acoplado al secundario y ambos están sintonizados a la frecuencia de resonancia, la impedancia y el factor de merito Q del primero, experimenta una disminución tanto mayor cuanto más próximas se hallen las dos bobinas y cuanto mayor sea la relación de transformación o lo que es lo mismo, cuanto más fuerte sea el grado de acoplamiento.

A todos los efectos, el secundario es una carga del primario.

Una consecuencia directa de lo dicho es que el comportamiento de un conjunto de dos circuitos acoplados depende en gran medida del grado de acoplamiento K entre ellas.

Cuando se aproximan ambas bobinas, la intensidad de corriente inducida en el secundario es débil, alcanzando un valor máximo cuando el circuito secuendario queda sintonizado a la frecuencia de resonancia del primario.

Este secundario extrae por tanto, la energía del primario reduciendo la corriente por el mismo.

A medida que aumenta el acoplamiento, la curva de respuesta de resonancia va adquiriendo mayor altura ya que el secundario recibe mayor energía.

Como puedes ver en la gráfica, el acoplamiento crítico es el mejor acoplamiento de todos, ya que en él se alcanza el valor máximo de la corriente por el secundario. Este acoplamiento crítico tiene un ancho de banda muy pequeño (0,002), haciendolo muy selectivo.

Si teniendo un acoplamiento crítico seguimos aproximando las bobinas, aumenta el K, dando lugar a un acoplamiento fuerte, que disminuye la intensidad al aumentar la resistencia física por la inducción mútua. Esto se traduce en un achatamiento de la curva de resonancia disminuyendo la intensidad que circula por el primario y en el secundario.
En esta condición aparecen dos crestas diferencias en lugar de una sola. Es decir es similar a como si el circuito tuviese dos frecuencias de resonancias distintas entre la que se divide la energía transferida por el acoplamiento, dividiendose la energía entre la frecuencia de cada cresta. Este acoplamiento fuerte recibe el nombre de curva de camello por su semejanzas con las dos jorobas de este animal. Este acoplamiento es menos selectivo que el anterior.

Si seguimos aumentando el acoplamiento, se llega a la condición de acoplamiento muy fuerte en el cual la curva de resonancia se achata mucho más y se ensancha, apareciendo una profunda grieta entre sus crestas. Esa grieta se puede utilizar para anular la influencia de una determinada frecuencia. La selectividad es mucho menor.

Como puedes deducir, a medida que aumenta el coeficiente de acoplamiento K, disminuye la selectividad Q, ya que la transferencia de energía bruta es mayor cuanto más proximas esten las bobinas, pero es menos selectivo porque permite el paso de mayor ancho de banda.