Receptor a reacción para Onda Corta (II)

Radioaficionados

Continuamos con la segunda parte de este interesante tema que trata de la construcción de un sensible receptor regenerativo con escucha en altavoz, constituido por solo dos componentes activos; 1 transistor y 1 circuito integrado.

A pesar de incorporar tan pocos componentes estamos seguros que, aquellos que se aventuren a construirlo, obtendrán una tremenda satisfacción cuando al ponerlo en marcha puedan oir una gran cantidad de emisoras, incluyendo aquellas de paises muy alejados del nuestro.

Una vez que llevemos a la práctica este circuito, montando en su correspondiente placa de circuito impreso todos los componentes, podremos instalarlo en el interior de una caja a la que habremos añadido los controles necesarios para su uso y manejo en las mejores condiciones, e incluso fabricarle una bonita carátula, lo que le dará un excelente aspecto.

El circuito puede alimentarse con pilas corrientes ya que su consumo ciertamente es muy bajo. De esta manera tendremos la oportunidad de llevarlo con nosotros a cualquier parte y lo convertiremos en un equipo portable, aunque si pensamos usarlo únicamente en casa quizás sea mejor incorporarle una pequeña fuente de alimentación para conectarlo a la red de distribución eléctrica.

En el artículo anterior ya explicamos el principio de la "reacción" o "regeneración" de señales de alta frecuencia. No obstante, aún no hemos dicho nada sobre el funcionamiento detallado de nuestro receptor. Vayamos al grano entonces.

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EL RECEPTOR PROPIAMENTE DICHO
Básicamente, nuestro receptor está constituido unicamente por el transistor T1. El circuito integrado LM386 realiza el trabajo de amplificar la señal de B.F. ya detectada y por lo tanto no interviene para nada en la recepción de la señal de R.F. ni en su procesado. Por esta razón, y para más claridad, vamos a desarrollar este artículo basándonos en la parte receptora a reacción que es la que gestiona la señal de alta frecuencia.

Como puedes apreciar, está sección está compuesta solo por el transistor T1 y algunos componentes pasivos. La señales captadas por el sistema de antena-tierra son aplicadas a través de L3 al circuito tanque formado por la bobina L2 y el condensador variable C1. Este circuito tanque, un circuito resonante paralelo L-C, selecciona una única frecuencia que acto seguido será procesada por el transistor T1.

Para no amortiguar la curva de resonancia de dicho circuito tanque la señal seleccionada no se toma de los extremos de la bobina. En vez de eso se usa lo que se llama una toma intermedia que evita, dentro de lo posible, que se produzca una pérdida de selectividad.

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Por el mismo motivo, las tomas para el sistema de antena-tierra no se conectan directamente al circuito tanque, sino que se hacen a través de un acoplamiento por transformador de alta frecuencia (L3 es el primario y L2 el secundario), mejorando además notablemente la adaptación de impedancias del circuito.

Para entender que significa que un circuito resonante esté amortiguado será mejor que empecemos a explicarlo desde el punto de vista de la calidad de su bobina y con la ayuda de algunos gráficos. Posteriormente podremos entender con facilidad lo que acabamos de exponer en este subtema.

EL FACTOR DE CALIDAD "Q" DE LA BOBINA
Seguro que ya sabes que un circuito resonante paralelo, o circuito tanque, ofrece una impedancia muy alta a aquella señal de radio cuya frecuencia coincide con su frecuencia de resonancia. Conforme la frecuencia de la señal se aleja de la de resonancia, para arriba o para abajo, la impedancia del circuito LC disminuye drásticamente. Antes de seguir aclararemos el significado del término "impedancia" pues para algunos quizás aún sea algo desconocido.

Impedancia es la oposición total que ofrece a la corriente alterna un circuito que contiene bobinas, condensadores y resistencias ohmicas puras. Cuando intervienen al menos dos de estos elementos (bobina, condensador y resistencia), al hablar de oposición a la corriente alterna ya no se habla de resistencia, sino de impedancia. Para mayor claridad de ideas piensa que la impedancia es simplemente la "resistencia" que opone un circuito a la corriente alterna (entiendo que para algunos esta última definición no sea muy ortodoxa).

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La impedancia varía con la frecuencia de la corriente alterna. Si estuvieramos ante un circuito paralelo LC ideal la impedancia que opondría este a una señal de radio en su frecuencia de resonancia sería infinita. Pero desgraciadamente no existen los circuitos LC ideales, por lo que dicha impedancia, aunque es alta, no es con mucho infinita. Esto se debe a diferentes causas; por ejemplo, la resistencia ohmica que opone el hilo con que está construida la bobina produce pérdidas por efecto Joule, pérdidas dieléctricas en el aislante usado en el condensador, pérdidas de radiación, etc...

Cuanto más calidad tengan los componentes usados en el circuito tanque mejor hará este su trabajo y mayor impedancia ofrecerá en su frecuencia de resonancia. Además, debemos tener en cuenta que cuanto más alta sea la impedancia que ofrece el circuito mayor será la tensión de la señal que obtendremos en él cuando resuene y mejor será también la característica de selectividad que ofrecerá. Todo ello está ligado al llamado "factor de calidad" de la bobina (y por extensión del circuito LC del que forma parte) a su frecuencia de resonancia, el cual se representa con la letra "Q".

Para hacernos una idea de lo que significa este parámetro puedes observar el gráfico siguiente en el que se evalúa el nivel de la señal obtenida en dos circuitos LC paralelos, uno con un factor de calidad "Q" alto (el de color rojo) y otro con el mencionado parámetro de menor valor (el de color verde). Suponemos que ambos circuitos tanque están conectados de la misma manera y en circuitos electrónicos idénticos. Además, el nivel de las señales que recibe la antena usada también es idéntico para todas las emisoras.

En este gráfico de coordenadas cartesianas hemos representado en el eje de la abscisa (la linea horizontal) las diferentes emisoras de radio que recibe nuestro circuito resonante paralelo (A, B, C, D, E...), cada una de ellas con diferentes frecuencias y con una separación que respeta la canalización establecida. Por otro lado, en el eje de la ordenada (la linea vertical) se ha representado el nivel de las señales medidas en bornes de cada uno de estos circuitos LC (no confundir con el nivel de las señales recibidas por la antena, el cual se supone idéntico para todas las emisoras).

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Vemos como la señal de la emisora "C" que se obtiene en el circuito LC con un alto "Q" (el rojo), cuya frecuencia coincide con la de resonancia de ambos circuitos tanque, tiene un nivel bastante mayor que el que se obtiene con el circuito representado por la curva de color verde (bajo "Q"). Pero además se ven otros detalles interesantes en este gráfico.

Por ejemplo, si miramos cada curva individualmente nos damos cuenta de algo muy importante, y es que la diferencia de niveles entre la emisora "C" (la que está en resonancia en ambos circuitos) y sus emisoras adyacentes "B" y "D", es muy superior en el circuito con alto "Q" (el rojo) que en el de "Q" bajo (el verde). Miremos esto primero en el circuito LC con un "Q" alto, el de color rojo.

Aquí la diferencia es tremendamente alta entre ambas señales. No te preocupes ahora de si este nivel está expresado en voltios, milivoltios o microvoltios. Lo que verdaderamente nos interesa son sus magnitudes absolutas y las diferencias entre ellas. La emisora "C" arroja una salida en bornes de este circuito LC de un nivel de 10, mientras que de las emisoras adyacentes (la "B" y la "D") solo se obtiene un nivel de 0,8. ¿Que nos dice esto?.

Pues que la "selectividad" del circuito LC rojo es extraordinariamente buena. Efectivamente, entre la emisora que está en resonancia (la "C") que es la que pretendemos escuchar y las dos que están más cercanas a ella (la "B" y la "D") existe un diferencial de un 92%. Es decir, el nivel de cualquiera de las emisoras adyacentes a "C" es un 92% inferior al de la propia emisora "C" sintonizada. Lo ideal sería que las señales de las emisoras adyacentes fueran un 100% inferiores, lo que las dejaría en un nivel cero (nulas). Pero recuerda que no existen los circuitos resonantes ideales.

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Esto significa que las señales de las emisoras adyacentes "B" y "D" serán entregadas por el circuito resonante al receptor de radio con un nivel casi imperceptible si lo comparamos con el nivel que entrega de la emisora "C", que sí está en resonancia y que es precisamente la que nos interesa a nosotros. Se dice que este circuito LC es muy selectivo, ya que tiene la capacidad de "separar" de manera muy efectiva la emisora que sintoniza de las que la rodean.

Observemos ahora la curva de color verde de bajo "Q". Aquí el panorama es completamente distinto como vamos a ver a continuación. Hagamos las mismas operaciones de cálculo que con el circuito anterior.

La diferencia entre las señales de las respectivas emisoras ya no es tan alta. Concretamente las señales de las emisoras adyacentes "B" y "D" (con un nivel de 1,2) solo son un 60% inferiores a la "C" (cuyo nivel es de 3), o sea casi la mitad. Trasladando este porcentaje a los mismos niveles que tiene la curva roja, es decir, suponiendo que con este circuito LC recibieramos la emisora "C" con un nivel de 10, sus adyacentes las recibiríamos con niveles de 4, lo que contrasta con los 0,8 del circuito LC anterior.

Esto provocaría una audición poco cómoda en nuestro receptor ya que las emisoras las íbamos a oir mezcladas unas con otras (probablemente alguien compararía esto con "una jaula de grillos"). Es muy desagradable estar oyendo un programa de radio y al mismo tiempo estar escuchando de fondo otras dos emisoras distintas a la que verdaderamente queremos oir. Esto pasa con los circuitos poco selectivos. No tienen capacidad para separar eficientemente unas emisoras de otras.

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La fórmula para hallar el factor de calidad "Q" de una bobina es la expresada a continuación, en la que "f" es la frecuencia de resonancia del circuito, "L" es la autoinducción de la bobina y "R" la resistencia ohmica de dicha bobina.

Ha quedado claro que un factor "Q" bajo en una bobina influye negativamente en el rendimiento general del circuito tanque del que forma parte y lo amortigua, bajando la impedancia máxima que puede ofrecer a una determinada señal alterna cuya frecuencia sea la propia de resonancia de dicho circuito LC, y disminuyendo también su selectividad.

Pero además del bajo "Q" de su bobina, existe otra manera en la que un circuito LC puede acabar amortiguado.

MALA ADAPTACIÓN DE IMPEDANCIAS
Imaginemos que al circuito tanque anterior, el de "Q" alto con la curva de resonancia de color rojo y una excelente selectividad, le aplicamos en paralelo una resistencia de valor relativamente bajo. ¿Que ocurriría?.

¿Recordamos lo que pasa al colocar dos resistencias en paralelo?. Puedes repasar si lo deseas el artículo relativo a este tema clicando aquí. No obstante, te adelantamos que la resistencia total que se obtiene es siempre menor que el menor de los valores de resistencia utilizados.

Pues bien, ocurre lo mismo con el circuito resonante y la resistencia en paralelo, solo que hablamos de una impedancia en paralelo con una resistencia. La resultante sería también una impedancia y siempre de menor valor que la resistencia.

Lo que en realidad hemos hecho ha sido bajar el valor de impedancia que la señal de radio "ve" en el circuito resonante LC o, lo que en este caso es lo mismo, bajar su factor de calidad "Q". Hemos amortiguado el circuito.

Resulta que cuando un circuito LC se conecta a cualquier tipo de red formada por componentes electrónicos, como puede ser la que en nuestro receptor está compuesta por C2, T1 y C3, ello va a suponer una bajada de la impedancia que ofrece en su frecuencia de resonancia, ya que estamos colocándole otra impedancia de poco valor en paralelo con él.

Efectivamente, el circuito base-emisor de T1 (junto con los condensadores que la acompañan) ofrece a la señal de radio una impedancia muy baja comparada con la que brinda el circuito tanque.

De hecho, los condensadores C2 y C3 se comportan como verdaderos cortocircuitos para las señales de radiofrecuencia, lo que deja a la unión base-emisor del transistor conectada practicamente en solitario con el circuito resonante.

De ahí que si conectamos directamente a los bornes del circuito LC de nuestro receptor la entrada del transistor T1, lo cual supone una muy baja impedancia, el circuito tanque quedará fuertemente amortiguado y lógicamente, y según lo que hemos aprendido en este artículo, su selectividad e incluso su sensibilidad van a quedar muy mermadas. Es por eso que el acoplamiento entre el circuito resonante y el transistor se hace mediante una toma intermedia en la bobina.

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Cada espira de dicha bobina tiene su propia impedancia con respecto a masa. Por lo tanto, se ha de procurar de manera prioritaria que la impedancia que se "vea" en dicha toma intermedia tenga un valor similar a la impedancia que arroja el circuito de entrada del transistor.

Si conseguimos igualar esas impedancias, entonces conseguiremos una adaptación perfecta. El nivel de la señal transmitida al transistor será máximo, el circuito resonante apenas resultará amortiguado y su selectividad seguirá siendo muy buena.

Creo que podemos poner aquí punto y aparte y continuar el desarrollo del funcionamiento de este receptor en un próximo artículo. ¿No te parece?. Hasta entonces, te esperamos aquí, en Radioelectronica.es, tu punto de encuentro.

 
C O M E N T A R I O S   
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#2 egon abásolo » 25-03-2018 03:14

no me queda tan clara la explicación de la impedancia, si esta corresponde a la oposición al paso de la corriente alterna, al ser mas alto su valor no circulará corriente por el circuito y no se supone que lo que buscamos es que la circulación de corriente sea máxima...podrías aclarar este punto

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RE: Receptor a reacción para Onda Corta (II)

#1 gabriel » 06-06-2015 13:07

Buenisima explicación. Esperamos con ganas la tercera entrega, muchas gracias

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