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Electrónica Completa
Curso en línea gratis de Electrónica Completa por el Ing. Alberto Picerno
Receptor Superheterodino
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.
etc. El lector debe recordar que comenzamos nuestras experiencias
practicas con una radio a galena y que con ese sencillo dispositivo
podíamos seleccionar una radio en particular de las muchas que llegan
por el aire a nuestro receptor. Recuerde que cada radio posee una frecuencia característica por la
cual se comunica con sus radioescuchas y que debíamos variar la
capacidad de nuestro tándem de sintonía para seleccionar una radio
particular y rechazar las otras. Seguramente el alumno realizo las
prácticas y debe haber observado:
- Muchas veces se mezclaban las emisoras adyacentes sobre todo si una
ingresaba a la antena con mucha energía y la otra lo hacia débilmente.
- Solo se escuchaban las emisoras más potentes y más cercanas. Las
lejanas ingresaban muy débilmente. Por esa razón agregamos un transistor
amplificador con el que se podían recibir algunas emisoras más.
Este circuito de un transistor utilizaba dos circuitos resonantes.
Uno en la bobina de antena y otro como carga de colector del transistor.
Y cada circuito tenía su propio capacitor de sintonía; es decir dos
capacitores montados sobre un mismo eje que se llamaba Tandem. El lector se debe imaginar que esos capacitores deben variar en forma
muy pareja para lograr que los dos circuitos sintonizados resuenen a la
misma frecuencia. Por lo general esto es imposible de conseguir y hay
que utilizar algún circuito que nos permita realizar un ajuste de las
diferencias entre los capacitores en tándem. Pero un receptor con un solo transistor amplificador no alcanza para
obtener la sensibilidad que posee un receptor moderno. En los comienzos
de las radios a válvulas llegaron a utilizarse tándenes de hasta 5
secciones; si consideramos como vamos a ver después que cada sección
posee dos ajustes entonces la calibración total posee 10 ajustes que es
una imposibilidad desde el punto de vista económico para las
producciones del tipo Asiático que buscan minimizar la cantidad de
operarios. A continuación vamos a analizar como se realiza el ajuste de una
radio de dos transistores y tres secciones para luego ingresar
directamente al mundo de un superheterodino. Ajuste del receptor de 2 transistores En la figura 1 se puede observar un circuito simulado con un
transistor que nos permitirá comprender la complejidad de la calibración
del equipo. 
Fig.1 Radio de AM de 1 transistor Como opera la sintonía de esta radio; en principio hay dos circuitos
sintonizados con el primario de T1 y T2 que fueron modificados para
llevar su inductancia de magnetización a un valor de aproximadamente 200
uHy. En Multisim, picando sobre el símbolo con el botón de la
izquierda del mouse y luego seleccionando “edit mode” para que salga el
programa del transformador TS_RF. Dentro del programa se debe entrar en
Lm y modificar la última columna a 200e-006H. Esta inductancia de
primario resuena con C1 o con C5 con C2 o C4 en paralelo. Ambos son capacitores variables; C1 y C5 se mueven en tándem cuando
el usuario desea sintonizar una emisora. C2 y C4 son ajustables con un
destornillador perillero por el reparador. Los transformadores y los
capacitores variables del Multisim tiene el valor exacto que uno les
asigna, pero eso no ocurre en la realidad. Por eso para ajustar esta
radio se debe realizar una operación iterativa que lleva varios minutos
de trabajo. Comencemos explicando que la banda de OM (Onda Media, más conocida en
la Argentina como de OL u onda larga) va desde 530 a 1600 KHz.
- Siempre se debe comenzar el ajuste colocando los capacitores C2 y C4
en su posición central (al 50%). Y los capacitores C1 y C5 a máximo
valor.
- Luego debe medir con un tester digital la prepolarización generada por R5 y R4 sobre C7 que es del orden de los 0,9V.
- Luego debe conectar un generador de RF sin modular sobre la entrada
de antena o irradiar con una bobina irradiante una señal de 530 KHz de
una amplitud tal que la tensión continua sobre C7 suba unos 100 mV.
En el mundo real T1 y T2 tienen un núcleo ajustable de ferrite. En la
simulación los transformadores no tienen esa posibilidad y entonces se
deben agregar inductores variables, en serie con otros fijos y ambos en
paralelo con los primarios, para simular un transformador que tenga una
inductancia de magnetización variable. En la figura 2 se puede observar
el circuito modificado con el agregado de LV1 y LF1 sobre T1 y LV2 y LF2
sobre T2. 
Fig. 2 Circuito con la inductancia de primario variable
- Lo primero que hay que hacer es modificar la inductancia de
magnetización de los dos transformadores a un valor de 2 mHy (en la
nomenclatura del Worbench sería 2e-3H) para que no influya sobre el
circuito. Ahora todo se maneja con LV1 y LV2.
- Ahora si se puede realizar el primer ajuste que consiste en
modificar ambos inductores buscando la máxima salida de continua. Si la
tensión sobre C7 aumenta mucho reduzca la salida del generador de RF y
vuelva a justar LV1 y LV2.
- Ahora lleve el tanden a mínima capacidad; cambie la frecuencia del
oscilador a 1600 KHz y ajuste los capacitores C2 y C4 que se llaman
“trimers” (literalmente: enroscado) siempre a máxima tensión
continua de salida.
- Si ahora vuelve a realizar el primer ajuste se encontrara que está
corrido porque C2 y C4 modifican levemente al ajuste en 530 KHz. Ajuste
nuevamente los inductores LV1 y LV2. Luego vuelva a ajustar los trimers y
así sucesivamente hasta lograr que no haga falta reajustar los
inductores. Ahora se puede dar por ajustado el sistema.
En este caso el ajuste es relativamente sencillo pero el receptor
solo posee la ganancia de una sola etapa amplificadora. Al agregar más
transistores y transformadores de RF el problema se complica. Lo típico
es utilizar 4 transistores y entonces nos encontramos con 8 ajustes. Además la ganancia depende del factor de calidad de las bobinas y es
imposible adecuarlo a toda la banda de frecuencias. Esto significa que
las emisoras que están en las puntas de banda siempre tienen menos
salida que las que están en el centro. Los osciladores de radiofrecuencia Un bloque oscilador es una etapa que entrega una señal de salida de
RF sin necesitar el ingreso de otra. Es decir que es un circuito
electrónico que permite generar una señal de frecuencia y amplitud
relativamente constante. Un oscilador es un amplificador realimentado.
Cuando analizamos los amplificadores de audio utilizamos la
realimentación negativa sobre un amplificador para estabilizar sus
características. La realimentación positiva realiza una operación
inversa a la negativa.
- Un amplificador con realimentación negativa tenía menos ganancia que uno sin realimentación
- Un amplificador con realimentación positiva tiene más ganancia que el amplificador sin realimentar
En la figura 3 se puede observar un oscilador clásico llamado Hartley por el científico que trabajó con el. 
Fig.3 Oscilador Hartley Un oscilador comienza a oscilar por el pulso de polarización del
circuito o por algún pulso de ruido que aparezca en la base del
transistor. Cuando se aplica la tensión de fuente VCC, el capacitor C2
se encuentra descargado y por lo tanto la base conectada a través del
primario de T1 y R2 no tiene tensión. En ese estado Q1 esta cortado y no
circula corriente por el bobinado secundario de T1. Un instante después C2 tiene suficiente carga para que T1 conduzca y
al hacerlo comienza a circular corriente de colector generando un pulso
hacia abajo de la tensión de colector. Dado que el bobinado de base se
encuentra invertido esto significa que la base tiene un pulso positivo
que refuerza la conducción del transistor. Estos pulsos de energía
excitan al circuito oscilante formado por el primario de T1 y C1 y las
variaciones de corriente de colector comienzan a tomar una forma
senoidal característica de un circulito LC. La señal sigue una forma
senoidal creciente hasta que se satura la base de Q1 y deja de crecer. Dada la acción del circuito resonante podemos observar que se obtiene
una senoide prácticamente pura en el colector, de 5V de pico (el
potencial de fuente) apta para excitar a otros circuitos. Con la
derivación del bobinado de colector o agregando u pequeño resistor en
emisor se puede conseguir una tensión de salida mas pequeña. Condiciones de oscilación Un científico llamado Barkhausen analizó las condiciones para que un
circuito se comporte como un oscilador enunciando lo que llamó
“Condiciones de oscilación”. Para entenderlas vamos a aplicarlas a
nuestro oscilador Hartley. La primera es la condición es la de ganancia; ella implica cortar el lazo de realimentación en algún punto sin afectar la polarización y agregar un generador de RF. 
Fig.4 Medición de las condiciones de Barkhausen Observe que para cortar el circuito fue levantado el resistor R2 y
conectado a un generador con la misma frecuencia a la que se producía la
oscilación. Para mantener la polarización al generador se le ajustó la
tensión de bias en el mismo valor que tenia el capacitor C2 del circuito
original. Los oscilogramas se toman sobre el generador agregado y el
lugar donde antes estaba conectado R2 y se observa que el valor
realimentado sea superior al del generador. En este caso se realimentan
20V de pico y se aplica 1V de pico. Esto indica que sobra energía para
mantener la oscilación cumpliéndose la condición de amplitud. La segunda condición es la de fase y a pesar de que
existe un pequeño desfasaje entre las señales, se observa que las dos
señales tienen prácticamente un desfasaje de 0º lo que asegura que
la realimentación es positiva. Los conversores de frecuencia Cualquier dispositivo alineal al que se le inyecten dos señales
senoidales genera múltiples componentes de salida que incluyen a cada
una de las dos señales, la suma de las dos señales, la diferencia y
todas las armónicas de las mencionadas señales. Este dispositivo alineal con un adecuado filtro de salida que
seleccione una de las componentes generadas se transforma en un
conversor de frecuencias. El dispositivo alineal más simple es el diodo
que deberá ser explorado en la parte mas curva de sus características.
En la figura 5 se puede observar un circuito de demostración. 
Fig.5 Conversor de frecuencia a diodo Aquí podemos observar el resultado de modular la característica curva
del diodo D1 con una señal de 1,5 MHz mediante un resistor de
100K y un generador de funciones y agregar una señal para ser convertida
en frecuencia con una elevada resistencia de 1 MOhms. El diodo puede
ser considerado como una resistencia que esta variando desde un valor
mínimo a uno máximo, al ritmo de la corriente de la señal de 1,5 MHz.
Aunque la resistencia no sea constante siempre se cumple la ley de Ohms
que indica que V = R x I V es la tensión sobre el diodo e I es en este caso la corriente
producida por la señal a convertir (la que circula por R2). Si R fuera
fijo (reemplazar al diodo por un resistor) el producto solo tendría una
componente de 1 MHz. Pero cuando R varia a un ritmo de 1,5 MHz la
tensión V es el producto de dos números que varían en forma senoidales y
matemáticamente se puede demostrar que aparecen componentes suma,
diferencia y armónicos. A la señal V se la llama poliarmónica y en el circuito se la filtra
con el circuito resonante L1 C1 que resuena a 500 KHz, anulando el resto
de la poliarmónica como puede apreciarse en el oscilograma
correspondiente y en el frecuencímetro. Es cierto que la señal de 500
KHz aparece distorsionada pero eso se debe a que el filtro LC tiene algo
de respuesta a la componente fundamental de 1,5 MHz. En los circuitos
reales el filtro está formado por varias etapas amplificadoras
sintonizada que eliminan todas las componentes espurias. Antes de dejar de lado al conversor es interesante mostrar el
oscilograma de tensión sobre el diodo para comprobar como se modula su
característica curva. 
Fig.6 Oscilograma de modulación de resistencia sobre el diodo El proceso de heterodinaje Con los conocimientos adquiridos sobre el oscilador y el conversor de
frecuencia vamos a analizar el funcionamiento de receptor
superheterodino. La frecuencia de la emisora deseada más todas las demás
frecuencia de la banda son captadas por la antena; de todas ellas el
circuito resonante de antena selecciona la emisora deseada por medio de
una sección del tanden doble y atenúa a las demás. Esta señal se envía
al circuito conversor como señal de antena. Por separado se construye un oscilador con la otra sección del
tanden, que oscila a una frecuencia 455 KHz mas alta que la señal de
antena. Esta señal se envía al conversor como señal de modulación de
resistencia o mas comúnmente del “oscilador local”. El conversor realiza
el producto de modulación de ambas señales, generando una poliarmónica.
De ella se extrae la señal diferencia con un filtro de 455 KHz de
varias etapas. A esta señal se la llama señal de FI (Frecuencia
Intermedia). En la figura 7 se puede observar el diagrama en bloques de este receptor. 
Fig.7 Diagrama en bloques de un receptor superheterodino Solo nos faltan por conocer algunos bloques que hasta este momento no
fueron necesarios aplicar. El receptor supeheterodino puede tener una
sensibilidad muy alta debido a la enorme amplificación que proveen las
tres etapas amplificadoras de FI y el amplificador de antena. Considere
que las amplificaciones calculadas en veces se multiplican y en promedio
podemos calcular que una amplificación de 100 veces es algo común para
un amplificador sintonizado. Con tres etapas tenemos una amplificación
total de 100 x 100 x 100 = 1.000.000 lo que significa que para una
salida del diodo detector de 2 o 3 V, la sensibilidad de la radio es de 2
o 3 uV. En realidad el conversor tiene una perdida de conversión por lo
que lo normal son las sensibilidades del orden de los 10 uV. Esto significa que se podrán escuchar emisoras muy lejanas o de poca
potencia pero también significa que las emisoras cercanas pueden saturar
a los amplificadores de FI y la radio funcionaría con distorsión. Control automático de ganancia (AGC) Para evitar este problema se utiliza una etapa llamada “Control
Automatico de Ganancia” o sus iniciales “CAG”; en ingles se indica como
AGC (Automatic Ganance Control). Esta etapa basa su funcionamiento en la
tensión continua que detecta el diodo detector, que se utiliza
rectificando el semiciclo negativo. Es decir que a mayor ingreso de
señal por la antena le corresponde una tensión continua negativa
rectificada mayor. La polarización de los transistores amplificadores de FI se realiza
de modo que esta tensión continua participe de la misma, esto significa
que cuando ingresa una señal intensa la polarización de los transistores
es baja y las etapas de FI amplifican muy poco. Por lo contrario cuando
se genera poca tensión negativa los amplificadores de FI funcionan a
plena ganancia. Funcionamiento a nivel de diagrama en bloque El circuito de antena es un amplificador sintonizado a la frecuencia
de la emisora a recibir. Por lo tanto debe ser posible ajustarlo entre
530 y 1600 KHz y debe estar controlado por el “CAG”. No todas las radios
poseen este amplificador. En realidad solo lo poseen los receptores del
tipo profesional como el Zenith Transocianic y otros similares; de
estos receptores se dice que posee “etapa de alta” (refiriendose a alta
frecuencia, como que es superior a la FI). En todos los casos las viejas
antenas del tipo chicote o las antenas de cuadro pasaron a la historia
junto con las válvulas. Los receptores a transistores poseen una antena interna llamada
antena de ferrite. Se trata de una bobina enrollada sobre un cilindro de
ferrite de 8 a 12 mm de diámetro y entre 10 y 25 cm de largo. Cuando
mayor es el volumen de la antena mayor es el campo electromagnético
capturado por la misma. El problema es que esta antena es direccional y
muchas veces se debe girar un poco el receptor cuando la emisora cae
justo en los dos puntos ciegos de la antena. Pero si se trata de un
centro musical no hay posibilidades de girarlo y entonces se vuelve a la
vieja antena de cuadro que se conecta en forma externa al equipo,
montada sobre una pared o apoyada en un pedestal de plástico. En realidad el nombre de bobina de antena está mal utilizado, porque
se trata de un transformador sintonizado en el primario con un
secundario para conectar a la base del transistor amplificador de la
etapa de alta o directamente a la base del conversor en caso de que no
posea dicha etapa. El circuito de antena debe estar correctamente sintonizado a dos
frecuencias de la banda; una baja (680 KHz) y otra alta (1250 KHz). En
el resto de las frecuencias se acepta un mínimo desajuste. El circuito oscilador debe oscilar a una frecuencia 455 KHz por
arriba de la de antena. Se puede demostrar matemáticamente que si las
dos secciones del tanden son iguales no se puede lograr que se produzca
una diferencia de frecuencia fija. Es decir que si el tanden es de dos
secciones de 310 pF y se utilizan diferentes bobinas para lograr que
cuando la antena este en 530 KHz la osciladora esté en 985 KHz
(530+455); luego cuando se abra por completo el tanden las frecuencias
no van a ser 1600 y 2055 (1600 + 455) sino un valor menor a este. El error va aumentando a medida que aumenta la frecuencia de la emisora. Para evitar este problema hay dos alternativas:
- la primera es utilizar lo que se llama un tanden recortado que tiene las chapas de la sección osciladora mas pequeñas y con una forma que compensa el error
- la otra es utilizando un tanden de secciones iguales, con un capacitor en serie con una de las secciones para compensar la falla y utilizar esta serie como capacitor del oscilador
El capacitor en serie se llama “Padder”. Esta segunda solución
presenta errores acotados en la sintonía que se consideran aceptables.
Estos errores se llaman errores de “Traking” (literalmente “arrastre”). En la figura 8 resumimos esta parte del circuito con los nombres típicos de los componentes. 
Fig.8 Circuitos de entrada de una radio superheterodino Conclusiones En esta entrega presentamos lo que podríamos llamar el primer
receptor comercial de la era moderna. Antes del supeheterodino casi en
cada casa había una radio de las llamadas “Capillita” con tandem
de 4 o 5 secciones que tenían mas aluminio que un motor de moto. A
partir del supeheterodino las radios funcionaban bien y eran mucho más
chicas. Dejando el punto de vista histórico el superheterodino es la base de
todo equipo de comunicaciones moderno, analógico o digital y yo les
insisto a mis alumnos que si desconocen su funcionamiento se dediquen a
otra cosa. En la próxima entrega vamos a presentar un circuito comercial
de una radio a transistores moderna que nos va servir para repasar el
funcionamiento y para aprender a reparar con método. La mayoría de los
reparadores trabaja “cambiando y probando”; es decir que juegan a la
lotería sin pensar en lo que hacen. Si aciertan de entrada con el
componente dañado trabajan poco y si no, trabajan mucho y probablemente
rompan lo que está sano, con tanto cambio. Este curso es la antitesis de ese criterio y me siento orgulloso de
decir que dada la cantidad de gente que ingresa a la página estoy
logrando cambiar lentamente la realidad y logrando que los reparadores
vuelvan a estudiar los principios de la electrónica aplicando un método
de reparación.
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