RADIOCOMUNICACIONES.

Los sistemas básicos de un receptor de radio el sintonizador, el circuito oscilante y el condensador variable. Al ajustar el condensador variará la frecuencia de resonancia del circuito oscilante y por lo tanto la recepción de la frecuencia.

Pero dicha señal debe de aplicarse a una serie de circuitos como por ejemplo etapas amplificadoras que, por efecto de la constucción de los componentes, ofrecen diferentes impedancias por lo que no todas las señales que pasan del sintonizador se amplifican igualmente.

Así no es lo mismo una inductancia que ofrece alta impedancia a frecuencias elevadas, que un condensador que ofrece baja impedancia. Además de otros efectos indeseados de alta frecuencia en componentes lineales, una señal de alta frecuencia no se amplifica correctamente en todo su ancho de banda, por lo que se presentan distorsiones de la señal.

Para evitar eso, la señal que se desea sintonizar sufra estos efectos, se convierte a una señal de frecuencia más baja y de valor siempre constante llamado Frecuencia intermedia (FI). Esta señal queda modulada de la misma forma que la frecuencia de entrada. Con ello se obtiene una única portadora de radiofrecuencia modulada en amplitud (o frecuencia) y que será más fácil de tratar en las siguiente secciones del equipo receptor. Además, al tratar de amplificar estas señales, al ser de frecuencia más baja se permitirá una respuesta de selectividad mayor y aumentará el rendimiento de la amplificación de las señales captadas por la antena.

Ahora las nuevas etapas amplificadoras sintonizadas a la frecuencia intermedia se les llama etapas amplificadores de FI.

En la figura anterior puedes ver el esquema de un receptor superheterodino en bloques. Consta de una etapa sintonizadora, un conversor, las etapas amplificadoras de FI y el detector y el amplificador de baja frecuencia. Habitualmente encontramos una señal de alta frecuencia a la entrada del conversor y a la salida optenemos una señal convertida como se ve a continuación:

La forma de onda de la salida del conversor es igual que la de la entrada, pero la frecuencia es mucho menor que la de entrada. Abajo tienes la señal de entrada y arriba la señal de salida. Observa como hay una diferencia de frecuencias entre ambas señales (además de la señal de salida estar más amplificada).

En los circuitos típicos la frecuencia FI suele estar un tercio por debajo de la frecuencia de entrada.

Oscilador local.

Los osciladores forman parte de los conversores y nos sirven para atraer la frecuencia correcta al conversor y llevarla al mezclador de forma eficiente.

En este apartado veremos solo los circuitos de los osciladores que se utilizan en las etapas conversoras de los receptores superheterodinos. Pero antes demos un repaso:

El oscilador local, tanto en radio como en televisión, debe de proporcionar una onda de radiofrecuencia que se obtiene por elementos pasivos como inductancias y condensadores o también mediante cristales piezoeléctricos. Los primeros circuitos que utilizan inductancias y condensadores se dicen circuitos osciladores sintonizados. Los circuitos que utilizan un cristal piezoeléctrico se dicen circuitos osciladores de cristal.

Los circuitos sintonizados pueden ser de dos tipos según la forma de realimentar la energía al circuito oscilante:

● Osciladores Hartley.
● Osciladores Colpitts.

Los osciladores sintonizados también poseen dos características:

● Un circuito sintonizado LC red de realimentación que establece la frecuencia de salida.
● La energía perdída se repone en el circuito resonante.

En la figura anterior puedes ver la configuración básica de un oscilador sintonizado. Consta de un circuito resonante paralelo, un amplificador en emisor común y un lazo de realimentación formado por la inductancia de salida.

Si conectamos la fuente de alimentación al circuito resonante circula una corriente su interior que se amortigua si no se alimenta el circuito oscilante con energía externa. Al estar conectado la base al circuito oscilante, las oscilaciones del mismo se llevan a la inductancia de salida que, por efecto electromagnético crean un campo magnético que induce una tensión eléctrica dentro de la inductancia del circuito sintonizado. Esta tensión electromagnética hace más positiva la base del transistor, lo que ocasiona un aumento de la corriente por el transistor, haciendo que por la inductancia de salida circule más corriente y, por consecuencia, aumentando la tensión de inducción sobre la bobina del resonante. Este proceso se lleva a cabo hasta que el transistor esté a la saturación, tras lo cual no sube la corriente por la base.

Como la corriente del transistor no sube, la inductancia de salida ya no tiene un aumento del campo magnético que induce sobre la bobina del resonante, por lo que la corriente del transistor disminuye al hacerse más negativa la base. Según disminuye la corriente por el transistor, aumenta la tensión inversa hasta que el transistor pasa al corte (porque la base es totalmente negativa). En dicho momento empieza a cargarse el condensador del resonante a una tensión inversa. Como la inductancia de salida y a no induce sobre la bobina del resonante por no circular corriente por el transistor, el condensador empieza a descargarse a través de la base del transistor comenzando de nuevo el ciclo, ya que el condensador está cargado positivamente por efecto de la inducción.

La frecuencia por la cual el transistor pasa del estado de bloqueo al de conducción viene determinada por el circuito resonante paralelo L-C. Por lo que, si el condensador es variable, se podrá variar la frecuencia de oscilación al valor que necesitemos.

En este tipo de circuitos la fuente de alimentación tiene la única función de reponer la energía perdida en el circuito oscilante. Además, por constitución del propio circuito, como la corriente de colector es mayor que la corriente de base, el acoplamiento de la inductancia de salida a la bobina del resonante es lo suficiente eficaz como para evitar pérdidas y el circuito seguirá oscilando mientras esté conectada la fuente de alimentación.

Oscilador Hertley en serie.

El oscilador Hartley puede realizarse con alimentación serie o paralelo. En esta sección veremos los circuitos serie en el que en los circuitos de realimentación formados por la inductancia y el condensador están conectados en serie con la alimentación.

Como puedes ver este circuito es un circuito amplificador en emisor común con la base polarizada. En el emisor del transistor la resistencia en paralelo con el condensador estabilizan el circuito. Como puedes ver en el circuito resonante, la bobina tiene tres puntos medios. Dicha bobina con sus bobinas L1 y L2 deben de tener la misma impedancia que el transistor. La impedancia de L2, será la de salida mientras que la impedancia de L1 será la de entrada.

El condensador C1 en serie con la base forma el lazo de realimentación y de este modo impide que la tensión de alimentación quede aplicada directamente a la base. En este circuito, la frecuencia generada depende de los valores de los componentes del circuito resonante:

Para mejorar el rendimiento y estabilidad del circuito, el amplificador debería de trabajar en clase C o en una polarización cercana. Pero claro, el amplificador en clase C provoca distorsión de la forma de onda, por eso se requiere una polarización clase A controlando la ganancia del circuito, para que no se produzca la saturación del transistor.

La señal de salida se obtiene por el condensador C4 que está conectada al emisor. Este condensador es un condensador de acoplamiento a la siguiente etapa.

Funcionamiento.

Como la base del transistor recibe potencial positivo de la alimentación gracias al divisor de tensión R3 y R4, la corriente aumenta y por tanto la misma por el devanado L2. La corriente por L2 crea una inducción sobre L1, que genera una tensión positiva que hace que la base sea aún más positiva. La corriente aumenta hasta que el transistor satura. Mientras que empieza la circulación de corriente hasta que llega a la saturación se carga el condensador del resonante.

Mientras circula corriente por el transistor C1 está cargándose y llega un momento en que el condensador se carga más negativo que positivo; además la saturación del transistor deja de aumentar y por lo tanto no crece la corriente L2, y como consecuencia, deja de inducirse tensión en L1. Esto hace bajar la tensión de base positiva e interrumpe la corriente del transistor. Al parar la corriente del transistor, empieza a descargarse el condensador del resonante. Esto hace que sobre L1 se induzca una tensión inversa a la anterior. La tensión de base se hace menos positiva y disminuye aún más la corriente de colector. También la tensión en L1 ayuda a la descarga del condensador del resonante y al condensador de base C1. Cuando C1 se descarga completamente, se inicia de nuevo su carga pero con polaridad opuesta. La carga y descarga de C1 no es rápida porque junto a la resistencia de base R3, hace que dicha constante de tiempo sea elevada.

Con poca carga positiva, el condensador se descarga sobre R3 hasta que la tensión del condensador no supere la tensión de base emisor. Durante este lapso de tiempo el transistor queda bloqueado. La corriente (y la tensión por ende), sobre L1 queda reducida a cero. El condensador del resonante se descarga y la tensión de polarización de base aumenta, iniciandose de nuevo la corriente de colector. El ciclo se repite.

El problema de usar este tipo de osciladores es que la frecuencia de salida está compuesta también ñor muchos armónicos de segundo, tercer, cuarto, quinto o sexto orden. Por lo que es muy necesario utilizar filtros y circuitos atenuadores para evitar la transmisión de estos armónicos. También con un buen cálculo del circuito se pueden eliminar las capacidades parasitarias de los condensadores.

Oscilador Hartley paralelo.

El oscilador Hartley en paralelo es una variante de su variante en serie. En este el circuito oscilante LC se dispone a la entrada del transistor, con la toma intermedia de la bobina conectada a masa.

La corriente de colector no circula por el circuito oscilante (como lo hace en el serie), ya que el Hartley paralelo tiene conectado el circuito oscilante entre el colector y la base del transistor. Además, la corriente continua no circula por el circuito oscilante LC porque el condensador C5 bloquea el paso. Pero si permite el paso de la señal de radiofrecuencia hacia el resonador, por lo que la señal de radiofrecuencia que llegue del colector se inyectará al oscilador LC. La resistencia de colector R5, puede sustituirse por un choque de radiofrecuencia. Con un choque, la frecuencia que sale del colector se consume y no impide que la corriente continua llegue al colector. Así se mantiene constante la polarización del transistor.

Como ocurría en el Hartley serie, hay que adaptarse las impedancias de entrada y salida para obtener la máxima transferencia de energía. Y la frecuencia de resonancia depende también de los valores del circuito y se calcula igual que el anterior circuito:

Ventajas y desventajas.

● En el Hartley serie, la corriente continua de colector circula por la impedancia L2, lo cual se evita en el paralelo ya que el condensador C5 bloquea la componente continua.

● A la misma tensión de colector, la fuente de tensión en el circuito oscilante Hartley serie tiene que tener una potencia superior al del circuito Hartley paralelo, ya que en el primero debe de vencerse la caída de tensión sobre L2.

En resumen, el L2 del circuito Hartley serie, está más expuesta a sobretensiones, corrientes y por tanto roturas, lo que obligará a crear un espirado más grande (mayor sección), y mejor aislamiento entre ellas, lo cual encarece el coste del circuito.

Oscilador Colpitts.

Si el oscilador Hartley utilizaba una bobina con punto medio, el oscilador Colpitts utiliza dos condensadores.

Puedes ver en el circuito anterior que la bobina L1 está en paralelo con un conjunto de condensadores variables C2 y C6, que forman un divisor de tensión capacitivo. En este tipo de circuitos puedes cambiar la frecuencia de oscilación cambiando el valor de la inductancia L2, pero lo mejor es utilizar condensadores variables o ajustables para modificar dicha frecuencia.

En estos circuitos la frecuencia de resonancia viene dado por la siguiente fórmula:

L va en henrios y la capacidad en faradios. El resultado va en hercios.

La salida del circuito oscilante se aplica a la base del transistor a través del condensador C1. La polarización del transistor se aplica a través de las resistencias R4 y R3. Estas resistencias deben de proporcionar el punto de polarización adecuado para que el porcentaje de distorsión de la señal oscilante sea mínimo. La señal amplificada se realimenta positivamente por el colector a través del condensador C5. En esta configuración, por el circuito oscilante no recorre ninguna corriente continua, ya que es bloqueada por lo condensador del resonante. De dichos condensadores se obtiene la tensión de reacción.

Para evitar las pérdidas entre diferentes etapas del circuito, es necesario que la relación entre impedancias de los condensadores sea igual a la impedancia de entrada y salida del tansistor y eso se consigue haciendo que la capacidad de C2 sea mayor que la de C6.

Se puede añadir otro choque de RF hacia la fuente de alimentación para evitar que la señal alterna se vaya hacia la fuente, pero en el circuito se muestra que dicho choque está en el colector, por lo que dicho choque deberá de tener la suficiente reactancia como para poder polarizar el transistor. Puedes sustituir este choque siempre que utilices uno antes de la fuente de alimentación y utilizar una resistencia de colector en su lugar.

Oscilador Colpitts a cristal.

La estabilidad de los osciladores depende de la temperatura, la elección de los materiales del circuito oscilante y otros fenómenos eléctricos o magnéticos; por lo que al utilizar un oscilador resonante con condensadores y bobinas con cableado de cobre, puede que la estabilidad del oscilador no sea muy buena.

La primera forma de estabilizar la frecuencia del conversor conlleva el uso de cristales piezoeléctricos. Al utilizar cristales piezoeléctricos, las variaciones por temperatura y otros efectos eléctricos ya no se presentan. Sin entrar en detalle, el cristal piezoeléctrico produce una vibración eléctrica cuando se presiona sobre él. Pero también produce una vibración en sentido eléctrico que se puede utilizar cuando se alimenta con corriente continua.

El condensador ajustable de la línea del piezoeléctrico hace de ajuste de frecuencia de resonancia. Suele ser de unos 100pF. El divisor capacitivo, las capacidades que utilizarán dependerán del nivel de realimentación; suelen tener valore de entre 1.5nF para C5 y 330pF para C3. La señal de salida se saca desde el emisor, pero también la podríamos sacar desde el colector.

Este oscilador es muy usado por aficionados y en la industria ya que su frecuencia de salida ronda entre los 1 y 20MHz. Pero existen otros osciladores como el Pierce, que es similar al Colpitts pero en lugar de tener una inductancia como elemento oscilador tiene un cristal de cuarzo.