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Receptor de radio de FM

Receptores de radio de FM
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Concepto:dispositovo capaz de recepcionar ondas de radio cuya portadora presenta variaciones de frecuencia

Un receptor de radio de FM (Modulación por Frecuencia) es un dispositovo capaz de recepcionar ondas de radio cuya portadora presenta variaciones de frecuencia y no de amplitud como es el caso de la Modulación por Amplitud (AM), por las características y calidad en la recepción muy superiores a la AM, hoy día se ha popularizado mucho la transmisión de alta fidelidad empleando la modalidad de FM.

Receptores de radio de FM

El receptor superheterodino de FM tiene mucho en común con el receptor superheterodino de AM, muchos de los bloques o elementos que lo integran son teóricamente similares, y cumplen las mismas funciones, aunque claro está, funcionando de manera diferentes, téngase en cuenta que en la modulación de amplitud (AM), el parámetro que se varía es la amplitud de la señal, mientras la frecuencia se mantiene constante, en la modulación de frecuencia (FM) ocurre todo lo contrario, la amplitud de la señal se mantiene constante siendo la frecuencia de la señal portadora la que se hace variar, las diferencias más marcadas entre ambos receptores se manifiestan a partir de la etapa conversora, y entre ellas podemos enumerar: 1. Como primera cuestión el ancho de banda de la frecuencia intermedia (FI) es de 150 Khz. 2. Utiliza después de las etapas de FI un limitador de amplitud 3. El demodulador responde a las variaciones de frecuencia. 4. Las etapas de audio presentan un ancho de banda mayor que en los receptores de AM, alcanzando una banda de paso desde los 30 Hz hasta los 15 Khz, mientras que en los receptores de AM cuando más es de 8 Khz. 5. El receptor de FM para compensar sus características de banda ancha necesita más etapas de amplificación en su sección de FI ya que el producto ganancia/ancho de banda es menor.

La FM es utilizada fundamentalmente en la radiodifusión de alta calidad, muy superior a las que se pueden realizar con un equipo de AM, aunque también se aplica en la TV y otras aplicaciones relacionadas con las comunicaciones tanto civiles como militares.

Diagrama en bloques

Esquema en bloques.jpeg

En la figura se muestra el esquema en bloques del receptor de FM, como se aprecia, la arquitectura de este sistema es muy similar al del receptor de AM e incluso muchos de los módulos del receptor de FM funcionan de forma similar al de AM, pues ambos son receptores superheterodinos, es decir, mediante un conversor de frecuencia logran transformar las señales recibidas en la llamada frecuencia intermedia (FI), bloque este que además de amplificarlas eliminan perturbaciones e interferencias como las producidas por el canal adyacente.

Principio de funcionamiento

En esencia las señales se recepcionan mediante una antena, en los equipos del hogar esta suele ser del tipo telescópica, una antena directiva formada por pequeños tramos de varillas, las señales captadas por la antena llegan al circuito de entrada, este constituye un circuito resonante del tipo L-C formado por bobinas y condensadores, por lo general el condensador es variable, cuando sintonizamos una estación de radio en un receptor, estamos haciendo coincidir la frecuencia de resonancia de nuestro circuito L-C con la frecuencia de la señal que se recibe, de esta forma es posible al menos reducir el número de estaciones radiales que pudieran ser captadas, pues los circuitos resonantes por eficientes que sean no son ideales, por lo que aquellas frecuencias muy cercanas a la frecuencia de resonancia de la señal deseada también pasarán a la siguiente etapa, es decir, al amplificador de RF creando inestabilidad e interferencias en nuestro receptor, por lo que estas etapas además de amplificar la señal seleccionada dotan al receptor de selectividad, la que podemos definir como la propiedad de separar y amplificar la señal deseada de las no deseadas, eliminando aquellas señales cuyas frecuencias de resonancia se encuentren muy próximas a la de la señal deseada.

El conversor trabaja de forma similar al de un receptor de AM, en este caso mediante la señal producida por un oscilador local se logra un batimiento entre las señales de entrada y la generada por el oscilador formando la llamada frecuencia intermedia (FI), en realidad a la salida del mezclador se obtienen 4 frecuencias, siendo estas la suma de la señal del oscilador y la frecuencia de la señal de entrada, la resta de ambas señales, la señal de entrada, y la señal del oscilador local, mediante un filtro pasabanda se selecciona la señal de nuestro interés del resto de las señales, en el caso de los receptores comerciales de radiodifusión se escogió como valor de la frecuencia intermedia 10,7 Mhz.

Es precisamente en estos pasos de frecuencia intermedia donde la señal experimenta la mayor amplificación antes de llegar al bloque de audio frecuencias, pues al ser el amplificador de FI un filtro pasabanda donde todos sus circuitos están sintonizados a una frecuencia fija, 10,7 Mhz, dota al equipo de selectividad y estabilidad, tal es así que el funcionamiento estable del receptor se debe en gran medida al diseño de su etapa de frecuencia intermedia y al buen funcionamiento del mismo, una vez amplificada la señal en el bloque de FI es entregada al demodulador de frecuencia, un dispositivo que responde a las variaciones de frecuencia quien se encarga como en el receptor de AM de separar las frecuencias sonoras que fueron moduladas en la portadora durante el proceso de transmisión de la señal en la estación de radio, una vez demodulada la señal pasa al amplificador de baja frecuencia el que se encarga de amplificarla lo suficiente para que pueda excitar al altavoz o bocina.

El control automático de frecuencia más conocido como (CAF) se encarga de corregir las inestabilidades del oscilador local, por lo general se emplea un diodo especial llamado diodo varicap o voltacap, este diodo tiene la propiedad de variar la capacidad entre sus electrodos (ánodo – cátodo) mediante el voltaje que se aplique al mismo, este voltaje de corrección es generado por el bloque de frecuencia intermedia y entregado al diodo mediante el discriminador, el voltaje de corrección es proporcional al corrimiento detectado en la etapa de FI, al aplicarse al diodo este varía su capacidad y actúa sobre el circuito resonante del oscilador local el que de inmediato deberá corregir la frecuencia generada de manera tal que el resultado de la mezcla siempre sea 10.7 Mhz.

Requisitos para el diseño

Al diseñar el receptor superheterodino de FM se tuvieron en cuenta varios requisitos, el primero de ellos fue la anchura de la banda de la frecuencia intermedia, el segundo requisito fue que contase con un dispositivo que transformara las variaciones de frecuencia en variaciones de amplitud y el tercer requisito fue aprovechar al máximo la capacidad de reducción de ruido mediante la utilización de un dispositivo limitador para eliminar las variaciones de amplitud antes que llegue al detector cosa esta que hace que la recepción en FM esté libre de interferencias y ruidos de amplitud.

La modulación por frecuencia

La modulación por frecuencia consiste en que la portadora de radio frecuencia es desviada para una más alta o más baja frecuencia en una razón decidida por la frecuencia de la señal de audio, mientras que la amplitud de la portadora es constante.

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Cuando la señal moduladora es aplicada, la frecuencia portadora es incrementada durante un semiciclo de la señal moduladora y decrece durante la otra mitad de polarización opuesta, cuando la señal moduladora es positiva, los ciclos de RF ocupan menos tiempo (alta frecuencia) y cuando la señal es negativa ocupan más tiempo (baja frecuencia). Estos cambios en la frecuencia portadora es llamada desviación de frecuencia Δf la que es controlada por la amplitud de la señal moduladora. En radiodifusión, la desviación máxima de la de la frecuencia (Δf máxima), la cual corresponde a las amplitudes máximas de la señal moduladora es de 75 Khz. Esto significa que la emisora de radio ocupa un canal de 150 Khz. Puesto que cada estación está localizada en canales de 150 Khz, la FM se usa por estas condiciones en las ondas ultracortas (VHF) Muy alta frecuencia y (UHF) Ultra alta frecuencia.

Eliminación del ruido

Los receptores de FM como hemos explicado anteriormente son inmunes a las interferencias, esto se debe a que la amplitud de la señal permanece sin cambios en la modulación, para comprender mejor este fenómeno compararemos lo que sucede en las modulaciones de amplitud y en la modulación de frecuencia.

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En el caso de la AM, la relación señal ruido está cambiando constantemente, en las mayores amplitudes la señal es considerablemente mayor que el ruido, por lo que el ruido afecta muy ligeramente la recepción, sin embargo, en bajas amplitudes, la señal y el ruido pueden ser iguales en nivel y el ruido puede hacer imposible la recepción. Consecuentemente, para la AM, la amplitud mínima de señal debe ser algunas veces mayor que el nivel de interferencia. Esta situación es diferente en el receptor de FM, la relación señal/Ruido permanece constante e igual al obtenido en los máximos de la modulación de amplitud.

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En realidad los ruidos que afectan a la modulación de frecuencia son las variaciones de fase y las variaciones de frecuencias de estos, los cuales son más pequeños que las variaciones que suceden en su amplitud.

Utilizando un circuito limitador de amplitud que recorta a un mismo nivel la señal aplicada lo cual permite que las amplitudes de los ruidos sean limitadas y discriminadas puede solucionarse esta dificultad. Esta técnica no puede ser empleada en los receptores de AM debido a que la eliminación parcial de las variaciones de amplitud de la señal y el ruido puede crear distorsión no lineal en la señal de audio. Por el contrario, en los receptores de FM el proceso de eliminación de la amplitud de la señal no distorsiona la información contenida en la modulación.

Enlaces relacionados

Fuentes

  • Libro de texto: Receptores de radio. Autor: A. Herrera
  • Libro de texto: Radioreceptores. Autor: José de Paula P.