receptor superheterodino jose ignacio

EL RECEPTOR SUPERHETERODINO

José Ignacio Gonçalves1º ME

Introducción:

• El receptor superheterodino es un diseño de amplificador de RF utilizado casi universalmente en todo equipo receptor, que deba comunicarse por aire o por cable con un conjunto de transmisores, o inclusive para la comunicación con un transmisor único. Entre otros, tienen forma de receptor superheterodino las radios de AM, de FM, los TVs de todo tipo, los receptores de comunicaciones etc.

Características:• El superheterodino es un sistema de recepción de señales de

radio basado en el heterodinaje de ondas electromagnéticas.

• La heterodinación consiste en la superposición de dos ondas de frecuencias diferentes, aunque próximas entre sí, para obtener una única onda de amplitud modulada a una frecuencia, denominada frecuencia heterodina, cuyo valor es igual a la diferencia de las frecuencias de las ondas que se combinan. Tal fenómeno se produce tanto si las ondas que se mezclan son de alta como de baja frecuencia siempre y cuando sus frecuencias no sean muy diferentes entre sí.

Características:

• En el caso del receptor superheterodino, la heterodinación se produce combinando dos oscilaciones de alta frecuencia: 1. Una procedente del emisor, que es captada por la antena del receptor y sintonizada por éste.2. Otra generada por el mismo receptor mediante el denominadooscilador local.

Características:• La frecuencia resultante de ambas o frecuencia intermedia

tiene la peculiaridad de ser siempre constante. Ello exige un ajuste de los circuitos del receptor de forma que la frecuencia generada por el oscilador local varíe de acuerdo con la frecuencia de la estación sintonizada, de manera que la suma o la diferencia entre ellas tenga siempre el mismo valor.

• Una vez obtenida esta señal de frecuencia intermedia debe amplificarse para a continuación modificar nuevamente su frecuencia hasta hacerla audible. Finalmente, se pasara a un amplificador de audio y de ahí a un altavoz. Por ello, el superheterodino realiza una doble conversión de frecuencia.

Bloques del Superheterodino:• Con el fin de simplificar el análisis del receptor

superheterodino, se establecen siete bloques o etapas en función del tipo de ondas o corrientes alternas que circulan por cada una de ellas:1. Etapa amplificadora de radiofrecuencia. 2. Etapa osciladora local. 3. Etapa de heterodinación o mezcladora. 4. Etapa amplificadora de frecuencia intermedia. 5. Etapa de detección. 6. Etapa amplificadora de baja frecuencia.7. Etapa de alimentación.

Bloques del Superheterodino:• En un superheterodino, la señal procedente de la antena una vez

sintonizada se inyecta en la etapa amplificadora radiofrecuencia. La etapa osciladora, también denominada oscilador local genera una corriente de frecuencia variable, que se combina con la anterior en la etapa de heterodinación o mezclador. La onda de frecuencia heterodina resultante se amplifica en la etapa amplificadora de frecuencia intermedia mediante circuitos resonantes ajustados a dicha frecuencia. La señal procedente de la etapa amplificadora de frecuencia intermedia se detecta en la etapa de detección, de la cual se extrae una señal de audiofrecuencia. La señal de audiofrecuencia se inyecta finalmente a la etapa amplificadora de baja frecuencia y de ésta al altavoz.

Tipos de Receptores:

• El sistema básico de clasificación de los receptores superheterodinos, se basa en el valor que adopta su frecuencia intermedia: 1. Con frecuencia intermedia baja comprendida entre 100 y 200 kHz 2. Con frecuencia intermedia media comprendida entre 200 y 600 kHz3. Con frecuencia intermedia alta, comprendida entre 600 y 2.000 kHz


• Atendiendo al valor de dicha frecuencia intermedia respecto al margen total de frecuencias cubiertas por el receptor, se establece la clasificación siguiente: 1. Receptores con frecuencia intermedia más baja que cualquiera de las frecuencias a recibir. 2. Receptores con frecuencia intermedia comprendida dentro de los límites extremos del margen de frecuencias cubierto por el receptor. 3. Receptores con frecuencia intermedia más alta que cualquiera de las que haya de sintonizar el receptor.


• Los superheterodinos pueden tener más de un valor para la frecuencia intermedia, aunque los receptores más usuales sólo tienen uno, pudiendo llegar a tener dos o tres, especialmente aquellos que cubrían las gamas de onda corta, media y larga en los que se deseaba obtener el máximo rendimiento en cada una de las bandas. En todos ellos, la frecuencia intermedia es siempre más baja que cualquiera de las recibidas, con el fin de obtener las máximas ventajas del cambio de frecuencia.

• Hasta el descubrimiento de las válvulas multielectrodo, los superheterodinos únicamente incorporaron válvulas diodo y tríodo en sus distintas etapas. Las válvulas multielectrodo simplificaron notoriamente su diseño.

• La incorporación de la Modulación de Frecuencia supuso una importante modificación de los esquemas básicos de los radiorreceptores de éste tipo, que llevó a la inclusión de válvulas de diseño específico para el nuevo sistema de transmisión, como las EABC 80 y UABC 80, empleadas en receptores mixtos, capaces de funcionar tanto en Modulación de Amplitud (AM) como en Modulación de Frecuencia (FM).


• Hoy en día, las válvulas solo se usan en casos específicos como en transmisores fijos de radio profesional y de radioaficionados. En el resto de casos los transistores las han sustituido.

• En cuanto a la frecuencia intermedia de cada tipo de transmisor se ha llegado a una homogeneización mediante unos estándares comunes a todos los fabricantes. Así por ejemplo, la FI de AM es de 455 KHz y la de FM es de 10,7 MHz. A continuación un esquema típico de un receptor de FM y AM.

Fenómenos relativos a la heterodinación:

• Los receptores superheterodinos consiguen una elevada selectividad como consecuencia de un conjunto de amplificadores selectivos de los que forman parte como elemento esencial los denominados circuitos resonantes, integrados fundamentalmente por condensadores y bobinas o inductancias.

• De las distintas etapas que integran un superheterodino, tan solo la etapa selectora y el amplificador de frecuencia intermedia contribuyen a su elevada selectividad, integrando lo que algunos autores denominan amplificador selectivo, cuya propiedad fundamental es la de aumentar únicamente la amplitud de las señales solamente cuando éstas tienen una determinada frecuencia (la frecuencia intermedia en este caso).


• En los primitivos superheterodinos se emplearon válvulas tríodo exclusivamente. Ello conllevaba una reducción de la selectividad como consecuencia de la aparición de las denominadas capacidades parásitas entre placa y rejilla generadoras de realimentaciones positivas que hacían que el circuito fuese inestable. Tal dificultad se subsanó definitivamente con la aparición y posterior incorporación de las válvulas pentodo, que entre otras ventajas, presentaban una resistencia interna muy superior a la del tríodo.

• En el superheterodino las señales recibidas en el circuito de antena son transformadas en otra señal de frecuencia intermedia en el denominado paso o etapa conversora o mezcladora, que junto con la etapa amplificadora de frecuencia intermedia constituyen la esencia de éste tipo de receptores.


• En esta etapa conversora se superponen las ondas captadas por la antena con las producidas por un oscilador contenido en el receptor que se denomina oscilador local. Tal oscilador debe generar una frecuencia variable de manera que la diferencia entre la frecuencia de la estación sintonizada y la generada por oscilador local adquiera un valor constante e igual a la frecuencia intermedia del receptor a la que están ajustadas las siguientes etapas amplificadoras de éste.

• La señal que se pretende sintonizar queda así convertida, cualquiera que sea su frecuencia, en otra señal de frecuencia más baja y siempre constante, denominada frecuencia intermedia. Esta señal está modulada de la misma forma que la señal de entrada y se amplifica convenientemente en un amplificador denominado de frecuencia intermedia, que está formado por varios pasos sintonizados entre sí, y posteriormente se detecta.


• Debido a que el amplificador de frecuencia intermedia tiene los distintos pasos ajustados a una única frecuencia, no existen los inconvenientes del receptor de radiofrecuencia sintonizada, ya que precisan un único ajuste o alineación. Además desaparecen los problemas derivados de la inestabilidad de los circuitos debido a que la frecuencia intermedia es de valor inferior a las correspondientes frecuencias de radiodifusión.

• Así pues es necesario ir variando la frecuencia generada por el oscilador local de acuerdo con la frecuencia a recibir, de manera que la resultante tenga siempre el valor de la frecuencia intermedia a la que el receptor está ajustado por construcción.


• Los superheterodinos modernos se sintonizan en general mediante un único mando. Los distintos condensadores variables van montados sobre un mismo eje, y ello supuso en principio una gran dificultad a superar, ya que las correspondientes curvas de capacidad de ambos condensadores en principio deberían ser distintas. Tal dificultad podría subsanarse empleando dos condensadores de distinta sección y configuración de placas, pero en cada gama de frecuencia sería necesario un condensador distinto, y en consecuencia el usuario debería accionar un segundo mando.


• La solución definitiva supuso el empleo de bobinas de sintonía con las que la frecuencia del oscilador, en el centro de la gama de frecuencias, fuese aproximadamente igual a la suma de la frecuencia intermedia más la frecuencia de la señal de entrada. Este montaje son los denominados filtros FI.


• Un defecto característico ha tener en cuenta es el siguiente. Supongamos que un receptor de frecuencia intermedia de 450 KHz, sintonizase una estación que transmitiese en una frecuencia de 1.314 kHz, simétrica de otra que emitiese en la frecuencia de 657 kHz, este precisaría una frecuencia generada por el oscilador local de 1.107 kHz, por lo que ambas estaciones se superpondrían, hecho en principio indeseable. A tal frecuencia se le denomina frecuencia imagen y el receptor debe disponer de dispositivos que impidan su aparición.


• La sección osciladora del superheterodino genera una corriente alterna cuya frecuencia debe variar de manera que su diferencia con la de la señal sintonizada sea también una frecuencia relativamente elevada. Pero esta diferencia constante no se obtiene sin más, sino que para ello es necesario que la etapa mezcladora a la que se aplican ambas corrientes tenga las propiedades de un detector.

• Como resultado de tal detección, en el circuito de ánodo de dicha etapaa aparecían corrientes alternas de la misma frecuencia que las tensiones aplicadas a ella y, además, otras de frecuencias iguales a la suma y diferencia de ambas.


• Con el fin de permitir el paso únicamente de la frecuencia intermedia, se incluía un circuito sintonizado a tal frecuencia intermedia, con lo que la corriente alterna que aparecía a la salida de la etapa mezcladora tenía exclusivamente esta frecuencia. Esta corriente alterna ya seleccionada se encontraba modulada con la de baja frecuencia correspondiente a la estación sintonizada y era posteriormente amplificada en un amplificador adecuado, que se denominóamplificador de frecuencia intermedia.

• A la salida del amplificador, la señal finalmente se detecta en la etapa detectora, cuya misión es la de separar la baja frecuencia de la frecuencia intermedia mediante la rectificación de la corriente de oscilación. De esta forma se recupera la correspondiente corriente de baja frecuencia que debidamente amplificada se aplica al altavoz.


• Las etapas fundamentales que constituyen un receptor de estas características son:– La etapa de entrada– La etapa de sintonía o selectora– La etapa conversora– La etapa amplificadora de FI – La etapa detectora

Ventajas y desventajas del sistema:

• 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 frecuencia intermedia, 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.

Ventajas sobre sistemas anteriores:

• 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 frecuencia intermedia 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.

Futuro:• La próxima evolución de diseño del superheterodino, es la arquitectura de radio definida

por software o SDR, donde el procesamiento de la frecuencia intermedia después del filtro inicial de FI es ejecutado por software.

• Aunque el concepto de SDR no es nuevo, la reciente evolución de la circuitería digital ha hecho posible desde el punto de vista práctico muchos de los procesos que tiempo atrás eran solamente posibles desde el punto de vista teórico.

• Un SDR básico puede estar conformado por una computadora equipada con una tarjeta de sonido u otro conversor analógico a digital, precedido de algún adaptador de radiofrecuencia (RF). Una gran parte del procesamiento de las señales se realiza en procesadores de propósito general, en lugar de utilizar hardware de propósito específico. Esta configuración permite cambiar los protocolos y formas de onda simplemente cambiando el software.

• Los SDR son de gran utilidad tanto en los servicios de telefonía celular como en el ámbito militar, pues en ambos se manejan varios protocolos en tiempo real, que cambian a necesidad casi constantemente.

• A largo plazo, se prevé que los radios definidos por software se conviertan en la tecnología dominante en radiocomunicaciones, pues es la vía que permite llegar a la radio cognitiva.

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