|
Electrónica Completa
Curso en línea gratis de Electrónica Completa por el Ing. Alberto Picerno
Transmisor y receptor de FM stereo
En la lección anterior
explicamos cosas realmente difíciles de entender. Las transmisiones de
FM debe seguir siendo por modulación de FM cuando se transmite sonido
estereofónico, porque en caso contrario los receptores monofónicos no
serían compatibles. Pero también dijimos que el canal estereofónico se
transmitía en amplitud modulada y entonces algún alumno se podrá
preguntar: ¿En que quedamos; se transmite en AM o en FM? La transmisión es realmente de FM, pero la señal de modulación no es
solo la banda base de audio, como en una transmisión monofónica, sino
que es un paquete de señales que consiste en la banda base o señal I+D y
una subportadora de 31.250 Hz modulada en amplitud con portadora
suprimida y una señal piloto de 15625 Hz de baja amplitud. Es decir que
la modulación es un conjunto de señales sumadas una de las cuales es una
AM. Inclusive podemos decir que algunas señales del paquete se eliminan
como por ejemplo la portadora de AM que como sabemos no transporta
información. De este modo todo el paquete tiene las ventajas de una transmisión de
FM con su bajo ruido inherente y una gran facilidad para la detección
del canal estereo luego de regenerar la portadora por ser una simple
transmisión de AM. Y además tenemos un sistema que puede ser adoptado inmediatamente por
los canales de TV monofónicos, aunque la realidad fue finalmente que
los canales de TV modificaron el sistema agregando la posibilidad de un
tercer canal de audio en donde se pudiera transmitir una información
totalmente diferente a la señal estereofónica, como por ejemplo la
información de audio en otro idioma. Debido a esto, la norma de radio se
desentendió de la de TV y se cambiaron las frecuencias de la señal
piloto y la subportadora por 19 KHz y 38 KHz. Diagrama en bloques de un transmisor estereofónico BTSC En la figura 1 se puede observar el diagrama en bloques de un transmisor de FM estereofónico por el sistema norteamericano BTSC. 
Fig.1 Diagrama en bloques de un transmisor BTSC Todo surge de las señales I y D obtenidas en el estudio. La señal D
sufre una inversión generándose la señal -D que a continuación se suma a
I en el bloque sumador generándose la señal I – D. La señal diferencia
pasa por un enfatizador normalizado terminando su circulación en el
modulador de AM como señal de modulación.
- La señal I y la señal D se suman en un sumador se enfatizan y se aplican directamente como señal monofónica al sumador final.
- La portadora de AM se genera en un oscilador a cristal, que es muy
estable y preciso, con una frecuencia de 19 KHz. Esa señal se envía a un
duplicador que genera la frecuencia de portadora de 38 KHz.
- Una muestra del generador de 19 KHz se aplica directamente al sumador como señal piloto.
- El modulador de AM es un tipo especial de modulador que genera solo las bandas laterales suprimiendo la portadora.
La señal del sumador final contiene por lo tanto la banda base de
sonido monofónico; la señal de AM con portadora suprimida que representa
la señal estereofónica y una muestra de baja amplitud de la señal
piloto de 19 KHz. Todas esas señales sumadas se aplican al modulador de
FM y de allí a la antena transmisora. Es posible que el lector no entienda muy bien para que sirve cada
señal pero esa comprensión la va a obtener cuando analicemos el diagrama
en bloques de un receptor estereofónico, en el apartado siguiente. En
el transmisor se juntan las señales para transmitirlas en un paquete; en
el receptor tenemos que abrir ese paquete para obtener las señales
originales I y D. El receptor estereofónico El procesamiento de la señal de FM desde la antena hasta el detector
de FM es el mismo que vimos en el receptor de FM monofónico. Tal vez
debamos mas adelante repasar el desarrollo circuital del funcionamiento
de un detector de FM moderno; pero aun no es tiempo. Por ahora nos basta
con saber que es un circuito que toma una señal modulada en frecuencia y
entrega la señal de modulación utilizada en la emisora para modular la
portadora. En la figura 2 se puede observar entonces el diagrama en bloques del receptor. 
Fig.2 Diagrama en bloques del receptor de FM estereofónico La emisora ingresa por la antena y es seleccionada por la sección del
receptor hasta que esta entrega el paquete de señales de modulación de
FM que consiste en M+Sm+P en donde M es la señal monofónica (I+D); Sm es
la señal estereofónica que una señal modulada en amplitud con portadora
suprimida (I-D) y por ultimo P que es una muestra senoidal de baja
amplitud de 19 KHz que sirve para reconocer que se trata de una emisora
de FM y para regenerar la portadora suprimida. El bloque de los filtros, separa esta señal en sus tres componentes
que van a ser procesadas por separado. La componente M no requiere mayor
procesamiento que el simple filtrado con un filtro pasabajos que corte
en aproximadamente 15 KHz. Por supuesto que la señal no puede
escucharse tal cual está, ya que primero debe pasar por un circuito
sumador que anule el canal derecho y deje solo el canal I. En el sumador
superior se realiza la operación (I+D)+(I-D) = 2I La señal separada de 19 KHz se envía a un circuito duplicador que genera una señal de 38 KHz. Las bandas laterales de AM con la información del canal estereofónico
I-D se envian a un sumador de portadora donde se reconstruye la señal
de AM con su portadora de 38 KHz. Esta señal puede ahora procesarse con
un simple diodo detector para extraer la señal de audio (en realidad en
el momento actual se utilizan detectores sincrónicos que tienen menor
distorsión y que veremos en su oportunidad). La señal detectada es
justamente la señal estereofonica I-D. La señal I-D se invierte en el inversor obteniéndose la señal –I+D
que se aplica al sumador inferior, junto con la señal I+D, de modo que
en su salida se obtiene la señal (–I+D) + (I+D) = 2D . Ambas señales son amplificadas y enviadas a los correspondientes parlantes. Funcionamiento de un duplicador de frecuencia Un duplicador basa su funcionamiento en la captación amplificación y
distorsión de la señal piloto. Nosotros sabemos que la frecuencia de la
señal de antena de una radio se convierte en la frecuencia de FI por el
proceso de herodinaje en el transistor conversor. Es decir que no nos
parece extraño que una señal de una frecuencia se transforme en otra. En
nuestro caso una misma frecuencia se transforma en el doble de su
valor. Esto se debe al agregado de la llamada distorsión armónica de las
señales. Una señal cuadrada puede considerarse una distorsión de una
senoidal y el multisim con su analizador de espectro nos puede mostrar
el espectro de una señal cuadrada de 19 KHz tal como se observa en la
figura 3. 
Fig.3 Espectro de una señal cuadrada de 19 KHz. Como se puede observar existe un vestigio de componente en la
frecuencia de 38 KHz. Esto nos indica que la deformación elegida no es
la mas adecuada. En la figura 36.4.2 podemos observar el espectro de una
señal rectangular con un periodo de actividad de 10% en donde el
vestigio se convirtió en una señal de 4V con una tensión de la onda
rectangular de 10V. 
Fig.4 Espectro de una señal rectangular de 19 KHz Existen múltiples circuitos posibles de realizar, que generen una
señal rectangular de bajo periodo de actividad. Por ejemplo un
amplificador de la señal separada de 19 KHz y luego un comparador de
alta velocidad con un valor de comparación elegido para generar una
corriente rectangular de salida. Por supuesto posteriormente se debe
filtrar la señal que tiene no solo la componente de 38 KHz sino todas
las otras a frecuencias armónicas de 19 KHz. Pero en la electrónica actual utilizar una bobina ajustable es casi
un pecado no solo por el costo de la bobina sino por el costo de su
ajuste y porque existe la posibilidad de que el mismo quede mal
produciéndose un retardo en la producción. Antes de utilizar una bobina ajustable el diseñador de un circuito
integrado prefiere usar un circuito con 10 o 20 transistores y sus
correspondientes resistores. Por esa razón nos conformamos con que el
alumno entienda el concepto, la idea del funcionamiento y no el circuito
especifico que se utiliza dentro del circuito integrado. El automatismo estereofónico y el estereofoco ¿Que ocurre con una radio estereofónica que deja abierto el detector
de AM mientras recibe una emisora monofónica? En principio parecería que
no ocurre absolutamente nada, porque el canal que recibe I-D no tiene
salida y entonces la matrización envia la misma información a los dos
canales del equipo Es decir que la ecuación del canal inferior termina siendo (-I+D) +
(I+D) = I+D y la del canal superior (I+D) + (I-D) = I+D como corresponde
a una señal monofónica. ¿Entonces no tiene ningún sentido cortar el canal estereofónico de
AM? Si lo tiene y por una razón muy importante. El ancho de banda de una
recepción monofónica no tiene porque ser mayor que 20 KHz; en cambio
para una recepción estereofónica se requieren unos 70 KHz y el ruido
aumenta en la misma proporción que el ancho de banda. Por eso es
conveniente dejar activo solo el filtro pasabajos, cuando se recibe una
emisora monofónica. Inclusive debemos darle al usuario la posibilidad de optar entre
monofónico y estereofónico para el caso que desee recibir una emisora
lejana que entre con mucho ruido para que opte entre bajo ruido o efecto
estereofónico. Por todo esto los integrados receptores de AM/FM poseen un sistema
automático que reconoce si una emisora es estereofónica y conecta el
detector de AM. El mejor sistema para detectar la característica de una
emisora es la detección del tono piloto. Por lo general los circuitos detectores están relacionados con el
sistema de recuperación de portadora. Si se recupera la portadora y esta
está enganchada con el tono piloto, entonces la emisora es
estereofónica y se conecta el detector de AM y al mismo tiempo se
enciende un LED históricamente llamado estereofoco. En caso contrario se
corta la salida del detector de AM para reducir el ruido. Volviendo al circuito de la radio AM/FM En el capítulo 32 explicamos el funcionamiento de una radio AM/FM con
un circuito integrado LA1828 en todo lo que respeta a AM y a FM
monofónica. Dejamos para más adelante la explicación de la sección de FM
estereofónica y llegó el momento de explicar la sección faltante. 
Fig. 5 Diagrama en bloques de la radio de AM/FM En este caso vamos a explicar desde atrás hacia delante. En la pata
13 existe un circuito RLC que es la imprescindible bobina de carga del
detector principal de FM aunque también cumple funciones de filtrado de
las bandas laterales de AM de la componente estereofónica; llamada así
en forma general. Se puede observar que el detector esta conectado por un lado a la
salida de la FI de FM para cumplir su función de detectar el paquete de
señales de modulación, transmitido por las emisoras estereofónicas. La otra pata se conecta al detector estereofónico en la pata 19 que
posee el capacitor de filtrado del detector de FM. En la pata 19 se
puede apreciar el paquete de señales completo que se acopla
capacitivamente a la pata 18 en donde se conectan dos amplificadores
internos. Uno va a una combinación de detector de AM de la I-D que toma
señal de portadora de la etapa ST-SW que significa llave estereofónica.
Cuando se suprime la portadora restaurada el receptor funciona en
monofonía. Por la pata 16 sale la señal de canal I y sobre la pata 17 la de
canal D que requieren un nuevo capacitor de desacoplamiento a masa, que
opera como filtro de desenfasis final. La otra componente amplificada se dirige a una etapa que cumple una
doble función. Por un lado al conectarla a masa manda la tensión
continua a cero y corta todo el canal de FI de FM para que la radio
funcione en AM. Cuando se abre se corta el canal de AM y se conecta el
capacitor electrolítico de desacoplamiento del comparador de fase. En nuestro curso vamos a tener muchas oportunidades de analizar el
funcionamiento de los circuitos comparadores de fase ya que se usar en
muchos equipos y en múltiples posiciones de los mismos. Esta es su
primer aparición en nuestro curso y será estudiado en forma resumida. Un comparador es una etapa que recibe dos señales de entrada y genera
una tensión continua de salida, que es función de la fase existente
entre las dos señales de entrada. En nuestro caso existe un generador de 39 KHz que es el responsable
de restaurar la subportadora estereofónica. Para que esta restauración
sea efectiva la frecuencia de la portadora debe ser exactamente el doble
de la señal piloto de 19 KHz y con una fase fija y muy precisa que es
el único modo de garantizar que ambas frecuencias son armónicas. La responsabilidad de mantener esa fase es del comparador de fase,
que genera una continua de corrección sobre el capacitor de la pata 14
comparando por un lado la señal de un VCO, que es un oscilador
controlado por tensión que oscila libremente cerca de los 38 KHz cuando
no hay una emisora sintonizada. Aunque en el diagrama no está dibujado
la tensión continua variable de la pata 15 se aplica al VCO para variar
su frecuencia. La pata 14 es también una pata de doble función. Cerrada a masa
realiza una función que es forzar el funcionamiento mono. Abierta agrega
un capacitor de filtrado en donde se detecta una tensión continua que
solo aparece si la emisora es estereofónica y posee la señal piloto de
19 KHz. En este caso aplica la señal piloto a la etapa FF (de flip flop)
que multiplica la señal de 19 a 38 KHz y la aplica al comparador. Ahora el comparador recibe dos señales de aproximadamente la misma
frecuencia y es capaz de compararlas y generar la tensión continua de
error en caso de que no sean iguales. Si no lo son, la continua se
encarga de que la frecuencia del VCO se corra y ajuste la fase del mismo
enganchándola con el tono piloto. Por supuesto parte de la señal del VCO ya enganchado se reenvía al detector de AM como portadora recuperada. El detector de piloto tiene una conexión extra que se envía al bloque
triger que limpia la señal de activación estereofonica para evitar
efectos de corte y encendidos espureos. Es decir que para que una
emisora se considere estereofónica el tono de 19 KHz debe estar presente
por un tiempo considerable y no solo como una ráfaga. El triger a su vez opera la llave monofónico/estereofónico y enciende
el LED de FM estereofónica a través del bloque ST LED por la pata 9. Seguramente el alumno estará pensando en lo complejo de toda esta
sección del receptor y sobre todo como se realiza una reparación de la
misma si solo tiene disponible el generador/emisora de FM que le
indicamos construir y un tester. Reparaciones en la electrónica actual Prácticamente todo el problema del reparador moderno consiste en que
muchas partes de los equipos son totalmente internas y que hay
importantes puntos de prueba a los que no tiene un acceso libre. Por
supuesto eso dificulta la reparación pero es algo a lo que debemos ir
acostumbrándonos paulatinamente, porque la electrónica actual es un
proceso de integración de diferentes etapas, que antes estaban separadas
y permitían su control individual y hoy están juntas dentro de un mismo
chip diseñado para una función especifica. El estado actual no es ni peor ni mejor para el reparador; es
diferente y nuestra función es adaptarnos a una realidad que cada día
cambia más rápidamente. Yo siempre le llevo mi palabra de aliento a mis
alumnos, cuando se quejan de que un equipo tiene integrada tantas
funciones, que se hace difícil repararlo, porque prácticamente tiene
solo uno o dos circuitos integrados gigantes, que son prácticamente la
mitad del costo del equipo. Eso reduce la distancia desde el valor de la reparación al costo de
un equipo nuevo y el usuario suele optar por comprar un nuevo equipo ya
que los comerciantes le dan todas las facilidades para hacerlo (tarjeta,
planes de pago, etc.). En realidad parecería que en este momento el proceso de integración
se ha detenido porque ya no resulta práctico continuar con el y porque
ya hay muchos usuarios que dejan de comprar equipos muy integrados a
sabiendas que es imposible repararlos económicamente. Un circuito
integrado siempre tiene un cierto rechazo de producción llamado “scrap”.
Ese scrap debe tener un valor acotado a un nivel de aproximadamente 20 %
para que una producción sea económica. A medida que se aumenta la integración aumenta el scrap y hay un
punto en que las técnicas ya no pueden mejorarse y entonces no tienen
sentido aumentar más la integración. Aparentemente ya llegamos a ese
punto de inflexión y en muchos casos algunos fabricantes están retornado
a la desintegración de lo que habían integrado en demasía. En nuestra querida America, un usuario pretende que un equipo le dure
muchos años aunque deba repararlo varias veces durante su vida útil.
Durante la época de bonanza los fabricantes de CI se olvidaban del
tercer mundo y producían solo pensando en Europa EE-UU y Canadá. Pero
con la caída de las ventas descubrieron que existimos y seguramente sus
nuevos diseños van a tratar de respetar nuestro criterio de la economía
de mercado. Reparaciones en la sección estereofónica Antes de preguntarse por qué no funciona la sección estereofónica es
necesario controlar el funcionamiento de la radio en FM forzada a mono
por medio de la llave MN/ST. En la pata 14 deben medirse 3,8V cuando el
aparato no esta forzado a mono y cero si está forzado. Luego del forzado se deben probar todas las emisoras de la banda y
anotar la frecuencia de aquellas que entran con elevada señal (sin
ruido). Recuerde que el circuito integrado tiene la facultad de medir la
relación señal a ruido de una emisora y si considera que el ruido es
alto corta el funcionamiento en estereofonía. Si todas las emisoras ingresan con elevado ruido se debe proceder a
verificar el ajuste y el funcionamiento de la sección de antena y FI
antes de continuar buscando un problema en el decodificador
estereofónico. Recuerde que la tensión de fuente debe ser la
correspondiente a 3 pilas es decir 4,5V para todas las mediciones
siguientes. Recuerde que las bobinas de la pata 13 y 5 deben estar ajustadas a
máxima salida con nuestro generador que este aplicando un tono de audio
de 1 KHz. Y que para que las bobinas sean sensibles al ajuste, la señal
de antena debe ser relativamente baja (es decir que se aprecie algo de
ruido sobre la señal). Si la radio funciona en forma óptima forzada en mono y al correr la
llave sobre una emisora estereofónica sigue funcionando en mono es
porque tiene un problema en el decodificador estereofónico. El siguiente paso es observar el led estereofónico. Si el mismo esta
encendido significa que la etapa detectora del tono piloto funciona y
eso significa que el comparador de fase tiene señal de 19 KHz con
suficiente amplitud. Controle la tensión de la pata 9 para desestimar
algún problema en el led o el resistor externos. La tensión debe variar
entre 4,5V con mono forzado y 0V en estereofónico. Coloque la pata 9
provisoriamente a masa y verifique que encienda el LED a pleno. Si la pata 9 no cae a potencial de masa significa que no hay señal
aplicada al comparador de fase desde el VCO o el capacitor de la pata 15
esta con fugas. Esta es una falla probable porque se trata de un
capacitor de bajo valor. La tensión normal en esta pata es de 3,8V y en
caso de fugas puede ser superior a 4V hasta llegar a 4,5V en caso de
cortocircuito. El capacitor que se usa normalmente en esta posición es
de .1 uF que es el menor valor que se fabrica en capacitares
electrolíticos. Si tiene suficiente lugar y desea que la reparación sea
realmente durable, cambie el capacitor por uno de poliéster metalizado. Otro componente que puede generar un efecto aleatorio sobre la
recepción estereofónica es el capacitor electrolítico de 3,3 uF
conectado sobre la pata 14. El mismo filtra la tensión continua del
detector de piloto. Si está normal, la tensión es de unos 3,8V pero si
tienen fugas puede llegar a tener el valor de fuente de 4,5V. Nuestro
consejo es cambiarlo y volver a probar. Como puede observar el alumno solo hay dos componentes externos que
pueden afectar el funcionamiento en estereofonía si el aparato funciona
bien en monofonía y son dos candidatos probables debido a sus
características (electrolíticos de bajo valor). Luego el principal
sospechoso es el circuito integrado mismo que debido a su bajo precio
debe ser cambiado inmediatamente. Parecería que nos estamos olvidando de un componente fundamental que
el capacitor colocado entre las patas 18 y 19 pero recuerde que el mismo
tiene una aplicación multiple. Acopla tanto el audio de AM como el
paquete de señales de FM estereofónica o la banda base de las
monofónicas. Si funcionara mal para un uso funcionaria mal para todos
los otros. Con esto terminamos de dar una completa información sobre la
reparación de una radio de AM y FM estereofónica que consideramos de
gran valor para nuestros alumnos del curso completo de electrónica. Pero
el tema radio no termina aquí. Hasta ahora solo explicamos el
funcionamiento de la sección analógica de una radio donde las emisoras
se sintonizan con un capacitor variable de plástico. Estas radios solo se fabrican como productos de bajo precio y no
pueden generar una ganancia que permita mantener un taller de
reparaciones. Fueron explicadas más que nada como un medio didáctico. Pero cada centro musical, o cada home tiene una radio en cierto modo
similar a la vista pero con la sintonía y el control de volumen
totalmente digitales. El capacitor mecánico se reemplaza con diodos
varicaps y el control de volumen con circuitos integrados. Y por supuesto la sección de amplificadores de potencia no tiene nada
que ver con los que contiene una radio que puede llegar a manejar solo
algunos cientos de mW. En un home o en un centro musical, se manejan
cientos de W y actualmente con amplificadores del tipo digital. Conclusiones En la próxima lección vamos a ingresar de lleno en un mundo distinto.
En el mundo digital del cual ya tuvimos algunos adelantos muy
elementales, pero que despertaron la curiosidad de muchos alumnos: Me
refiero a la clase dedicada a los microprocesadores programables. En el momento actual la radio la TV y las PCs están separadas pero
juntándose. Hoy en día es común escuchar radio con la PC (y de cualquier
punto del mundo) utilizando auriculares PWM que presentan una fidelidad
asombrosa. También es común grabar música en un pendriver y escucharla
luego en el auto o en un reproductor portátil. Recién ahora se esta
popularizando el uso de la PC para ver TV de definición estandar o de
alta definición utilizando una placa adecuada para captar señales de
aire o de cable, o simplemente desde una pagina web (la NBA transmite
todos los partidos en alta definición por un servidor especial). Por otro lado ya existen TV LCD que navegan por Internet usando el
control remoto infrarrojo. Esto significa que ya no podemos hablar de
técnicos en electrónica y técnicos informáticos. El camino se fue
acercando, ya es uno solo y es mi deber llevarlo de la mano para
recorrerlo. Por eso en la próxima lección vamos a hablar de
las compuertas lógicas para comenzar un estudio que terminará en los
microprocesadores. Como siempre vamos a tratar de recorrer el camino
aprendiendo temas prácticos. En este caso la meta final es aprender a
reparar un centro musical moderno.
| 
