MAs sobre Receptores

Receptores FM.

El receptor FM de la figura 10 es muy similar al receptor AM. Ambos utilizan el principio superheterodino. Sin embargo, el receptor FM tiene algunas diferencias específicas: tiene frecuencias operativas mucho más altas, Requiere algún método de limitación y desacentuación, utiliza métodos muy distintos de desmodulación y utiliza distintas. Seguidamente analizamos estas diferencias.



Frecuencias operativas.

Un receptor FM funciona a frecuencias de 88-108 MHz. La capacidad inherente de reducir el ruido de FM significa que los receptores FM pueden funcionar satisfactoriamente con amplitudes de señal de entrada mucho más bajas que los receptor AM. La sensibilidad es tal que el receptor puede captar señales de entrada tan bajas como un micro voltio. Pero para evitar que el ruido del mezclador se superponga a la señal de información, esta pequeña señal debe amplificarse antes de entrar en el mezclador. La amplificación requerida la realiza el amplificador de RF de la etapa de entrada del receptor, lo que también reduce los problemas da frecuencia imagen e impide la realimentación del OL hacia la antena. La etapa del mezclador/OL en receptores FM produce una FI de 10,7 MHz. Esta FI estándar se eligió para FM por dos razones: 1) para proporcionar un buen rechazo de frecuencia imagen, y 2) para proporcionar un ancho de banda más amplio, necesario para las señales de radiodifusión FM. Recuérdese que la máxima desviación del transmisor es de +- 75 kHz. Esto significa que el ancho de banda mínimo del receptor FM debe ser 150 kHz. Sin embargo, el verdadero ancho de banda de una señal FM depende de la función de Bessel, no sólo de dos veces la desviación. De hecho, la mayoría de los receptores FM tienen un ancho de banda de 180-200 KHz. El OL del receptor de radiodifusión FM debe ser extremadamente estable. Por ejemplo, una alteración en la frecuencia de sólo un 0,1% a 108 MHz hará que la FI varíe 108 kHz. El resultado de esta variación es una importante distorsión de la señal de salida. Aunque los osciladores a cristal se utilizan en muchos sistemas de comunicaciones FM bidireccionales donde sólo deben seleccionarse unas pocas frecuencias, no son prácticos para los receptores de radiodifusión FM, ya que han deseleccionarse muchas frecuencias. Así pues, se emplea un circuito de CAF en algunos receptores FM para sincronizar la frecuencia del OL con la señal de entrada. El amplificador de FI proporciona la mayor parte de la amplificación de la señal mezclada, que también reduce el ancho de banda recibido para seleccionar la señal correcta deseada mientras rechaza todas las demás.
Acción del limitador.

El limitador elimina cualquier variación de amplitud, como el ruido, de la señal recibida. Para realizar su función, el limitador debe estar sobreexcitado; es decir, el nivel de entrada debe ser lo suficientemente alto como para llevar el limitador hasta su saturación y el corte. La acción del limitador se lleva a cabo yendo hasta la saturación en el corte positivo en la alternancia negativa. De esta manera, tanto los picos positivos como negativos de la forma de onda quedan recortados, eliminándose así cualquier variación de amplitud producida por impulsos de ruido. Las variaciones de frecuencia de la señal original no se ven afectadas por esta acción recortadora.
Desmodulación

Existe multitud de procedimientos distintos para desmodular las señales moduladas en ángulo. Los desmoduladores se denominan también discriminadores o detectores. El detector convierte en tensiones de audio las variaciones de frecuencia (o fase) introducidas en el receptor en la onda FM o PM. La amplitud de la señal de audio detectada depende de la desviación instantánea de la frecuencia portadora su frecuencia depende del tiempo que tarda la portadora en realizar esta desviación de frecuencia. La detección se produce a continuación de los amplificadores de frecuencia intermedia, donde la portadora se ha transformado (convertido) a 10,7 MHz, pero donde permanece la desviación de la frecuencia de modulación original.
Detector por pendiente.

El discriminador por pendiente es el discriminador FM más sencillo pero el menos utilizado. Este se ve en la figura 11-a. El desarrollo de la curva de respuesta que tiene lugar en los circuitos sintonizados aparece en la figura 11-b. Obsérvese que fc en la curva de respuesta no se encuentra en el centro de la frecuencia de FI sino que está en el centro de la parte más lineal de la pendiente. En el punto fc, se aplica una señal de amplitud media al diodo D1. A frecuencias por encima de fc, se aplica una señal de amplitud más alta a D1, y a frecuencias por debajo de fc, se aplica una señal de amplitud más baja. Así pues, los circuitos sintonizados cambian la señal FM en una señal AM. De este modo, el diodo realiza la misma función que el detector con diodo de modulación de amplitud, produciendo una réplica bastante fiel de la señal de información original.


Detector de doble sintonía.

Otro discriminador FM sencillo pero también escasamente utilizado es el detector de doble sintonía, también conocido como detector Travis (Figura 12). El circuito tanque L2-C2 se sintoniza para que resuene ligeramente por encima de la fc de la señal de FI. De igual manera, el circuito tanque L3-C3 se sintoniza para que resuene ligeramente por debajo de la fc de la señal de FI. En fc, las dos mitades del secundario del transformador T1 no están sintonizados, por lo que D1 y D2 conducen de igual manera. Las tensiones que tienen lugar en R1 y R2 se anulan, dado que tienen polaridades opuestas. Por tanto, en estas condiciones, la tensión de salida es cero. Por encima de fc, la señal se aproxima a la frecuencia resonante del circuito tanque superior, siendo la señal aplicada a D1 mayor que la aplicada a D2. Por tanto, se produce una tensión mayor en R1 que en R2, dando lugar a una tensión negativa en la salida. A la inversa, por debajo de fc, la señal se aproxima a la frecuencia resonante del circuito tanque inferior, y la señal aplicada a D2 es mayor que la aplicada a D1. Por tanto, se produce una tensión mayor en R2 que en R1, y la salida es una tensión positiva. Así pues, la señal de salida varía al ritmo de la información contenida en la señal de salida de FM.


Debido a la dificultad para alcanzar la sintonización precisa necesaria para cada uno de los dos circuitos resonantes, raras veces se utiliza el detector de doble sintonía en receptores FM. Sin embargo, se emplea para desmodular señales moduladas por desplazamiento de frecuencia (MDF). Las señales moduladas por desplazamiento de frecuencia son transmisiones digitales donde un 1 binario representa una frecuencia, y un 0 binario representa otra frecuencia ligeramente desplazada de la primera. Cuando se utiliza a este efecto, un circuito tanque se sintoniza a frecuencia del 1 binario y el otro a la frecuencia del 0 binario. La salida sin modular es un tren de impulsos que puede inyectarse a un dispositivo periférico, como un ordenador digital. Las señales MDF normalmente tienen frecuencias de audio; sintonizando el desmodulador a audiofrecuencias, podemos transmitir las señales de salida por línea telefónica.

Discriminador Foster-Seeley.

El discriminador de fase, más comúnmente denominado discriminador Foster-Seeley, que vemos en la figura 13, es similar al detector Travis. El Foster-Seeley convierte en tensiones de audio las variaciones de frecuencia o fase de las ondas FM o PM que entran en el receptor. Debido a que el circuito también es sensible a las variaciones de amplitud de la onda de FM, es necesaria una etapa limitadora que preceda inmediatamente al discriminador. Los bobinados primario y secundario de T1 se sintonizan a la frecuencia central de FI. Este método de sintonización simplifica enormemente el ajuste del circuito y proporciona una mayor linealidad. La salida del circuito tiene la misma curva de respuesta en forma de S que la del detector Travis.


El Foster-Seeley funciona basándose en el principio de que dos tensiones de ca en serie se suman vectorialmente. Esto significa que la relación de fases entre las dos tensiones es un factor importante al determinar la tensión combinada. La tensión total resultante de dos tensiones de corriente alterna en serie viene determinada por la relación de fase entre las dos tensiones. La entrada al circuito Foster-Seeley es una señal de FI, a través de una etapa limitadora, que varía en +-75kHz, según un índice de audio. La salida del circuito es la señal de audio detectada. El circuito funciona de modo similar al detector Travis. Cuando ambos diodos conducen, se producen tensiones iguales pero de polaridad opuesta en los bornes de R1 y R2, las tensiones tienden a anularse y la salida es 0 V. Sin embargo, si D1 conduce con más fuerza, la salida es una tensión positiva, y si es D2 el que más conduce, la salida es una tensión negativa. Por tanto, la señal de salida de audio puede recuperarse cuando se dan las siguientes condiciones:

Ambos diodos conducen exactamente igual a fc.
El diodo D1 es más conductor a frecuencias por encima de fc.
El diodo D2 es más conductor a frecuencias por debajo de fc.
Por medio del transformador, la señal de FI de entrada se acopla desde la bobina primaria L1 hasta la bobina secundaria con toma central L2-L3. Debido a esta configuración con toma central, la tensión V2 que se genera en L2 está desfasada 180° con respecto a la tensión V3 inducida en L3. La conducción de D1 está controlada por V2, y V3 controla la conducción de D2. Recuérdese que estas dos tensiones son iguales en amplitud pero están desfasadas 180° en fc. La señal de FI de entrada está también capacitivamente acoplada a L4 por medio de C2. En L4 se genera la tensión V4 que también controla la conducción de ambos diodos. La configuración del circuito es tal que V4 está 90° adelantada a V3 y 90° retrasada con respecto a V2. Sin embargo, esto sólo es cierto cuando la señal de FI está en su frecuencia central. Por esta razón, la cantidad de corriente que conduce D1 está determinada por V2 y V4, y la cantidad que conduce D2 está determinada por V3y V4. El resultado Es una tensión de salida cero para la frecuencia de entrada de fc. Puesto que el circuito resonante paralelo resuena a fc, Xl es igual (y anula) a Xc, y el circuito resonante aparece resistivo. Sin embargo, por encima de fc, Xl es mayor que Xc. Así pues, la reactancia neta hace que la fase de V2 se aproxime más a la fase de V4, mientras que V3 se desfasa más con respecto a V4. Este cambio de fase significa que V4 tiende a sumarse a V2 y restarse a de V3, lo que hace que D1 conduzca con más intensidad que D2. Este hecho produce una oscilación de tensión de salida positiva cada vez que la señal de salida FI oscila por encima de fc. A frecuencias por debajo de fc, Xc es mayor que Xl y la reactancia neta varía la fase de V2 y V3 en dirección contraria. En este caso, V4 tiende a sumarse a V3 y a restarse de V2. El diodo D2 conduce con más intensidad que el diodo D1, produciendo una tensión de salida negativa. Así pues, cada vez que la señal de FI oscila por debajo de fc, la salida tiene una tensión oscilante negativa. Gracias a esta oscilación de la tensión de salida positiva-negativa, el discriminador produce una onda sinusoidal de salida. Así pues, la señal recuperada es una reproducción de la señal moduladora original.
Detector de relación.

Una mejora sobre el discriminador Foster-Seeley es el detector de relación que vemos en la figura 14.


La ventaja principal de este tipo de detector es su acción autolimitadora, es decir, no necesita ser precedido por una etapa limitadora. Un rápido vistazo puede dar la impresión de que el detector de relación y el Foster-Seeley son idénticos, pero obsérvese que el diodo D1 se invierte y que la configuración de salida es distinta. La inversión de D1 pone a ambos diodos en serie a través de todo el secundario del transformador. La conducción de los dos diodos está controlada por los mismos factores que en el Foster-Seeley; es decir, en fc los diodos conducen igual. Sin embargo, en este circuito, en lugar de tensiones en oposición, las tensiones se acumulan en C5 y C5 en serie. Un condensador de gran valor, C6, es la clave para la única acción del detector de relación. Unos cuantos coclos de la tensión de la señal de entrada cargan C6 con una tensión que es proporcional a la tensión de la señal de entrada media. El condensador es lo suficientemente grande como para que la caída de tensión de R2 y de la combinación serie de C4 y C5 se mantenga constante, aunque haya variaciones de amplitud momentáneas. La constancia de C6 es la razón de que el detector de relación sea relativamente inmune al ruido y, por tanto, no necesite prelimitación. En fc, los dos diodos conducen igual y la tensión en los bornes C4 y C5 es igual. La tensión en C4 más la tensión de C5 siempre deben ser iguales a la de C6. La señal de audio de salida es una tensión de cc negativa suministrada por una muestra tomada de los bornes de C5 y derivada por R1. Los diodos D1 y D2 conducen alternativamente con más intensidad cuando la señal de entrada oscila por encima y por debajo de fc. Cuando los diodos conducen de modo desigual, la corriente diferencial fluye a través de L4. Cuando D1 conduce con más intensidad, la tensión en C4 es mayor que la de C5. Debido a que la suma de estas dos tensiones debe permanecer constante, la tensión en los bornes de C5 tiene que disminuir, Reduciéndose así la tensión de salida. Cuando D2 conduce con más intensidad, la tensión en C4 disminuye, la tensión en C5 aumenta y la tensión de salida aumenta. Así pues, observamos que las oscilaciones de la tensión de salida responden a las oscilaciones de la frecuencia de la señal de entrada; es decir, cuando la frecuencia oscila por encima de fc, la tensión de salida aumenta y cuando la frecuencia oscila por debajo de fc, la tensión de salida disminuye.

Control automático de ganancia.

Debido a que la tensión en los bornes de C6 es directamente proporcional a la tensión media de la señal de entrada, C6 ofrece otro valioso servicio. Resulta una excelent fuente para extraer una tensión para el control automático de ganancia (CAG). El CAG simple se utiliza en la mayoría de los receptores domésticos y en muchos receptores de comunicación de gama baja. En los receptores con CAG simple, la polarización del CAG aumenta en cuanto el nivel de la señal recibida sobrepasa el nivel de ruido de fondo, haciendo que inmediatamente el receptor se vuelva menos sensible. El CAG retardado se utiliza en la mayoría de los receptores de comunicación y radiodifusión de gama alta. El CAG retardado se obtiene evitando la repentina generación de la polarización cuando el nivel de la señal sobrepasa el umbral preestablecido. En este caso, a medida que la intensidad de la señal aumenta, el CAG retardado provoca gradualmente más atenuación. El umbral puede establecerse al diseñar el circuito o puede ser ajustable. Normalmente se fija para que empiece a funcionar cuando la señal alcanza casi el nivel que produce la salida máxima del receptor en condiciones de plen ganancia (máxima sensibilidad). Las señales por debajo del umbral, atravesarán el receptor con una ganancia máxima.
Detector en cuadratura.

Muchos modernos sistemas de FM utilizan CI como parte integrante en su fabricación. El circuito discriminador más frecuentemente utilizado en CI que contienen discriminadores de FM es el detector en cuadratura. Como podemos ver en la figura


, el circuito detector en cuadratura es básicamente un amplificador diferencial formado por los transistores Q1 y Q2, con la salida tomada en el colector de Q2. La corriente en la resistencia R5 es constante y cualquier cambio en la corriente de Q1 produce un cambio igual pero opuesto en Q2. El circuito en cuadratura proporciona la salida de audio cuando se aplica una señal de portadora FM a la entrada. El condensador C1 tiene un valor lo bastante grande como para que no se produzca ningún desfase de la señal de entrada en el punto X. El valor de C2 es lo bastante pequeño como para que su reactancia a la frecuencia portadora sea grande en comparación con el circuito sintonizado (L1-C3), dando como resultado un desfase en el punto Y. La forma de onda en el punto Y es la onda sinusoidal de la portadora FM y la forma de onda en el punto X es la amplitud constante cuadrada del limitador. Las dos formas de onda se combinan (fig-15b) en la base de Q1. Cuando ambas formas de onda son negativas, la salida del detector está a nivel alto (fig-15c). Con modulación, la frecuencia portadora se desplaza y produce un desfase de la señal en el punto Y. El desplazamiento ocurre porque el circuito sintonizado pierde resonancia, lo que produce un cambio en la relación de fase entre el circuito sintonizado y el condensador C2. El cambio de fase en el punto Y causa una variación en el intervalo de la señal de salida cuando las dos formas de onda son negativas. La variación del intervalo tiene el efecto de cambiar el ancho del impulso de salida y el valor medio de la tensión de salida. El cambio en la tensión media del impulso es proporcional a la amplitud de la modulación original, puesto que es la amplitud de la tensión de la señal moduladora la que produce el cambio de frecuencia. Ahora puede separarse en la salida el audio del impulso a través de un filtro paso bajo.

FM estéreo.

La mayoría de las estaciones de radio transmiten en estéreo pero como algunos receptores no pueden reproducir el sonido estéreo la radiodifusión estéreo debe hacerse de manera especial para que sea compatible con los sistemas de recepción. Para transmitir en estéreo se utilizan subportadoras moduladas. Una señal de FM estéreo está compuesta de un canal de audio principal y dos canales estereofónicos independientes. El canal de audio principal consta de las señales de audio combinadas de los dos canales izquierdo y derecho. La frecuencia de esta señal modula la portadoraprincipal entre 15 Hz y 15 kHZ, permitiendo así la recepción de la señal por los receptores sin capacidad estéreo. Las subportadoras impresionan los canales izquierdo y derecho en la señal portadora principal. Una frecuencia subportadora piloto modula la portadora principal a 19 kHz. Al doble de esta frecuencia (38 kHz), la señal diferencial modula en amplitud la subportadora estéreo entre los canales izquierdo y derecho. La subportadora piloto mantiene la frecuencia de la subportadora estereofónica en el receptor.Las bandas laterales de diferentes canales ocupan una gama de frecuencia de modulación de 23 a 58 kHz, centradas a la frecuenciade la subportadora estereofónica. Las diferentes bandas laterales contienen toda la información necesaria para reproducir una señal estéreo completa en el receptor de FM.
Desmodulador por circuito de sincronización de fase (fig 16)

El desarrollo de los circuitos integrados hizo posible que el circuito de sincronización de fase (CSF) sea cada vez más popular como desmodulador de FM. El CSF ofrece muchas ventajas sobre los circuitos anteriormente comentados:

No requiere costosas inductancias o transformadores, eliminando la necesidad de intrincados y prolongados ajustes de bobinas.
Su rendimiento es excelente, a bajo precio y con un mínimo de componentes externos.
Puede utilizarse en muchas otras aplicaciones de sistemas electrónicos.
Un CSF básico consta de un detector de fase, un amplificador de cc, un filtro PB y un oscilador controlado por tensión (OCT). El OCT funciona en la frecuencia de entrada. El detector de fase compara las frecuencias de entrada y el OCT. Entonces el detector de fase suministra una tensión de error proporcional a la cantidad y dirección de la diferencia de frecuencia. El amplificador de cc incrementa la tensión de error al nivel necesario para controlar el OCT. A continuación, la señal de error se acopla al filtro PB. El filtro proporciona muchas de las características dinámicas del CSF. Determina la gama de frecuencias en la cual el circuito captará y mantendrá su sincronización de fase, y determina la velocidad con la que el bucle responderá a las variaciones de la frecuencia de entrada.


La tensión de error del filtro se utiliza para controlar el OCT. Por ejemplo, si la frecuencia de entrada oscila por encima de la frecuencia de la fuente (fs), la tensión de error generada por el detector de fase se amplifica, entra en el filtro y se aplica al OCT. La tensión de error hará que la frecuencia del OCT aumente hasta sincronizarse con exactitud a la frecuencia de entrada. Cuando la señal de entrada está modulada en frecuencia, el OCT sigue exactamente la desviación de FM, y la tensión de error resultante es una reproducción exacta de la señal moduladora.

http://www.dei.uc.edu.py/tai2000/amfm/recefm.htm