1. No category

Receptores Superheterodinos
Circuitos Electrónicos II
Ingeniería Electrónica
Ing. Fernando Clara – Ing. Gustavo Meschino
Universidad Nacional de Mar del Plata
Facultad de Ingeniería
Edwin Howard Armstrong
Ingeniero eléctrico e inventor
estadounidense, nacido en 1890.
1890
Famoso por sus importantes aportes al
desarrollo de la radio.
Descubrió que las válvulas oscilarían cuando
la realimentación positiva se incrementaba.
En su servicio en la Primera guerra mundial,
desarrolla el diseño del circuito
superheterodino.
1923
1925
Crea la modulación de frecuencia (FM), que
fue patentada luego de la guerra.
1933
El 31 de enero de 1954 se suicida después de
sufrir durante años el rechazo y maniobras
para dejarle fuera del negocio de la
radiodifusión (RCA, Westinghouse por un
lado, y De Forest y AT&T por otro).
1954
t
Desarrollo de las comunicaciones por radio
One of the first amateur superheterodyne
receivers, built in 1920 even before Armstrong
published his paper. Due to the low gain of
early triodes it required 9 tubes, with 5 IF
amplification stages, and used an IF of around
50 kHz. (Wikipedia)
The history of amateur radio:
http://www.astrosurf.com/luxorion/qsl-ham-history.htm
Un receptor actual
Receptor de RF sintonizado (Homodino)
Sensibilidad: capacidad para
recibir señales débiles
Selectividad: capacidad para poder discernir a
una estación deseada de las que la rodean.
Ancho de Banda
Receptores AM: 10 KHz
Comunicaciones AM: 6KHz
Comunicaciones BLU: 3 KHz
Requerimiento de Q para AM
f0
1 MHz
10 MHz
100 MHz
Q
f0
B
f0
10 KHz
37
370
3700
N etapas idénticas en cascada
B( N )
B(1) 21/ N 1
Ej.: AM Broadcasting con 5 etapas sintonizadas
10 KHz
B(1)
Ÿ B(1) # 26 KHz
1/5
2 1
Problemas del receptor de Radio Frecuencia sintonizado
• Tendencia a oscilar debido a la alta ganancia del conjunto de n etapas.
• Necesidad de sintonizar un gran número de circuitos oscilantes.
• Al aumentar la frecuencia de portadora, se requiere cada vez mayor Q
de las etapas sintonizadas para lograr el mismo ancho de banda.
Receptor Superheterodino
Oscilador local
fi
500 KHz 5 etapas sintonizadas
500 KHz
B(1) # 26 KHz Ÿ Q
# 20
26 KHz
Pro
Propiedades
del Receptor:
• Selectividad.
• Rechazo de Canal Adyacente.
Amplificadores de FI:
• Sintonía fija.
• Q razonable.
Ventajas, desventajas, frecuencia imagen
Ventajas:
• fi baja y fija.
• Se sintoniza con el OL.
• Filtros de fi prefabricados.
• Sintonía escalonada.
Desventajas:
• Interferencia: frecuencia imagen;
• Interferencia: frecuencia intermedia.
Frecuencia imagen: señal fi por encima
del OL tal que al mezclarse obtiene fi
fx
Rechazo de
frecuencia imagen
Af x
1
Afa
§ f
f ·
1 Q ¨ a x ¸
© f x fa ¹
2
2
Peor condición: f S
f S max
f 0 fi
Rechazo de
frecuencia intermedia
Afi
1
Afa
§ f
f ·
1 Q ¨ a i ¸
© fi f a ¹
2
2
Peor condición: f S
f S min
Arrastre
Desventajas:
• El Capacitor Variable es el mismo en antena y oscilador.
• Debe cubrirse la banda completa de sintonía.
Extremo inferior
1
fOL min
2S L0CV MAX
1
f a min
2S La CV MAX
­
° f S min
°
®
°
° f S max
¯
fOL max
f a max
fOL min
f a min
Extremo superior
1
fOL max
2S L0CV MIN
1
f a max
2S La CV MIN
Datos
§
fi ·
¨¨1 ¸¸
f
OL
min
©
¹ f S max f
Ÿ f
a max
a min
fi ·
§
fi · f S min
¸¸
fOL max ¹
¨¨1 ¸¸
f
OL max ¹
Queda impuesta©
fOL min fi
§
fi
fOL min ¨1 ¨
fOL min
©
fOL max fi
§
fOL max ¨1 ¨
©
·
¸¸
¹
Consecuencia:
Atenuación
At
Problema:
Ajustando ‫ܮ‬௔ para que
sintonice la ݂ௌ൶୫௜௡ …
݂௔൶୫ୟ୶ ് ݂ௌ൶୫ୟ୶
A f S max A f a max 1
§ f
·
f
1 Qa ¨ S max a max ¸
© f a max f S max ¹
2
2
Capacitores Trimmer
f S min
f S max
1
2S L CV MAX
1
2S L CV MIN
Agregando un
capacitor trimmer
en el OL podemos
sintonizar un rango
requerido.
Agregando un
capacitor trimmer en
antena podemos
lograr 2 puntos de
arrastre nulo.
Sin trimmers
1 punto de arrastre nulo
Ÿ
f MAX
f MIN
CV MAX
CV MIN
Con trimmers
2 puntos de arrastre nulo
La frecuencia máxima queda impuesta
por los valores de capacidad.
fOL min
1
2S L0 (C V MAX Cto )
fOL max
1
2S L0 (C V MIN Cto )
Cto
f a1
1
2S La (C V 1 Cta )
a
fa2
1
2S La (C V 2 Cta )
a
fOL max
C V MAX C to
fOL min
C V MIN C to
C V MAX a 2 C V MIN
a2 1
fa2
f a1
Cta
NO interviene
en el arrastre
C V 1 C ta
C V 2 C ta
C V1 a2 C V 2
a2 1
NO interviene
en la sintonía
Interferencias entre estaciones
vS (t ) VS (1 m cos Zmt ) cos ZS t
v1 (t ) V1 (1 m1 cos Zm1t ) cos Z1t
v2 (t ) V2 (1 m2 cos Zm 2t ) cos Z2t
Intermodulación
Producidas por el término cuadrático del amplificador de RF
a f1 r b f 2 f i
Se superponen a la frecuencia intermedia Æ se demodulan.
a f1 r b f 2
fS
Se superponen a la señal útil Æ se demodulan.
Modulación cruzada
Producidas por el término cúbico del amplificador de RF
3
2
! >V1 (1 m1 cos Zm1t ) @>VS (1 m cos Zmt ) @ cos ZS t !
2
Señal de frecuencia ݂ௌ modulada en amplitud por la señal de frecuencia ݂ଵ . Se superpone a
la señal útil ݂ௌ , de modo que ambos se demodulan en forma superpuesta.
Intermodulación con armónicas del Oscilador Local
Producidas en el mezclador
a f1 r b fOL
fi
Se superponen a la frecuencia intermedia Æ se demodulan.
Mejoras en rechazo de la frecuencia imagen (1/2)
Solución 1: Aumento de la frecuencia intermedia
La frecuencia imagen se aleja: aumenta rechazo.
Los amplificadores de ݂௜ se hacen más inestables.
En AM de broadcasting no es posible,
pues ݂௜ queda muy cerca de ݂ௌ௠௜௡ .
Solución 2: Aumento del Q del sintonizado de antena
Aumenta rechazo a frecuencia imagen.
Empeora el problema del arrastre.
Solución 3: Agregado de un amplificador de RF
Aumenta rechazo a frecuencia imagen (dos sintonizados).
Aumenta la relación Señal a Ruido
(menos ruido en TBJ amplificador que mezclador).
Empeora el problema del arrastre como el caso anterior.
Requiere un tándem triple.
Mejoras en rechazo de la frecuencia imagen (2/2)
Solución 4: Doble conversión
La frecuencia intermedia en la primera etapa aumenta.
Por lo tanto la frecuencia imagen se aleja: aumenta rechazo.
En la segunda etapa se sintoniza la frecuencia intermedia final.
'f O1 SR u 't u f O1
f alta Æ corrimiento en f
'f O 2 SR u 't u f O 2
f baja Æ menor corrimiento en f
Control automático de ganancia
Portadora
vi (t ) Vi cos Zi t
vS ( t )
vi (t ) g m RL
R1 R3
n2
n1
RL
V0 # K VS
IC #
K Vi
IC
n
RL 2
VT
n1
§n ·
RP //Req ¨ 1 ¸
© n2 ¹
2
Portadora
amplificada, en
secundario
VCC R3 0.7 R2 R3 V0 R2
RE R2 R3 V0 # AVi
(Thevenin desde la base, despreciamos
ciamos ‫ܫ‬஻ )
A K
A mayor ܸ଴ , menor ‫ܫ‬஼ ,
menor ganancia
VCC R3 0.7 R2 R3 1 AR2Vi
RL n2
1
RE n1 R2 R3 VT
La tensión ܸ଴ es proporcional a la
amplitud de la portadora (en un rango)
Vm mVi Ÿ Vmd # mV0
Amplitud audio demodulado Æ también proporcional a ܸ଴
Receptor de AM polarizado – Sin AGC
Oscilador local
Receptor de AM polarizado – Sin AGC
Sintonizado
FI
Sintonizado
antena
Mixer
Detector
Amplificador
FI
Polarización de la base
Oscilador local
Sintonizado
Oscilador Local
Receptor de AM polarizado y con oscilador local
Receptor de AM polarizado con conversor
Receptor de AM polarizado con conversor
Detector
Conversor
Sintonizado
antena
Sintonizado
FI
Amplificador
FI
Control automático
de ganancia
Receptor completo en bloques
Etapa conversora con mezclador autooscilante
Sintonizador con etapa de FI y oscilador local separado
Amplificador de FI con dos etapas
Amplificador de audio clase B típico
Receptor de AM clásico
Sintonizado
de Antena
Mezclador
Autooscilante
Amplificador de Frecuencia
Intermedia (2 etapas)
Demodulador
v0 (t )
0V
VCC
Control Automático de Ganancia
Análisis del receptor de AM clásico
Circuito Sintonizado de Antena. Basado en antena de ferrite. Rechaza frecuencias interferentes.
Mezclador Autooscilante (Q1). Oscilador base a masa, sintonizado en emisor, con carga inductiva en colector, acoplada
inductivamente al emisor. La base está a masa para el OL, pues está sintonizada a ݂௦ . La señal de antena ve al transistor
como si operara en emisor a masa, pues el mismo está sintonizado a ݂଴ . El sintonizado de FI presenta baja impedancia
a ݂௦ y a ݂଴ .
Amplificador de Frecuencia Intermedia (FI). Dos etapas amplificadoras (Q2 y Q3), tres circuitos sintonizados a 465 KHz,
que dan rechazo al canal adyacente. Los colectores se conectan entre el punto medio y uno de los extremos de los
primarios, aumentando así el Q cargado de esos circuitos resonantes. Los resistores de polarización de base están
dispuestos de modo de no cargar a los circuitos sintonizados.
Control Automático de Ganancia (AGC). La tensión continua negativa demodulada es filtrada y aplicada al circuito de
base del primer amplificador de FI. En presencia de una señal de gran amplitud, la tensión negativa desarrollada en el
detector disminuye la ganancia del amplificador. Otros circuitos controlan ambas etapas amplificadoras de FI. El
mezclador nunca se controla mediante AGC.
Demodulador. El control de volumen es utilizado como resistor de carga del demodulador.
Receptores superheterodinos
Objetivos logrados
• Comprender el concepto de la aplicación de la conversión de
frecuencias en un receptor.
• Comprender el concepto de sintonía y especificaciones del
Oscilador Local.
• Comprender el concepto de arrastre y especificaciones del
Sintonizado de Antena.
• Estudiar las interferencias propias de la heterodinización y qué
etapa del circuito es la encargada de rechazar a cada uno.
• Identificar las etapas básicas en un circuito típico de un
receptor de AM polarizado y correctamente acoplado.
• Relacionar conceptos previos de la asignatura en esta
aplicación.
Receptores superheterodinos
Autoevaluación
1. Explique qué ventaja tiene el Receptor Superheterodino (SH) sobre el de
Radiofrecuencia Sintonizada y viceversa.
2. Explique por qué los circuitos sintonizados interetapa de un receptor Radiofrecuencia
Sintonizada requieren un Q cada vez mayor al aumentar la frecuencia de trabajo.
3. Indique qué parte del receptor SH provee el rechazo de canal adyacente. Brinde la
expresión correspondiente.
4. Indique qué parte del receptor SH provee el rechazo de frecuencia imagen. Brinde la
expresión correspondiente. Explique por qué se produce esta interferencia.
5. Indique qué parte del receptor SH provee el rechazo de frecuencia intermedia. Brinde
la expresión correspondiente. Explique por qué se produce esta interferencia.
6. Escriba y analice la expresión del ancho de banda resultante de colocar ݊ etapas
idénticas en cascada.
7. Escriba la expresión que permite calcular la atenuación de un circuito de sintonía
simple a una frecuencia cualquiera.
8. Explique cuál es la causa del fenómeno de arrastre.
9. Explique por qué el agregado de capacitores trimmer reduce la atenuación de la señal
útil producida por el fenómeno de arrastre.
Receptores superheterodinos
Autoevaluación
10. Explique cuál es el origen de las interferencias por intermodulación, por modulación
cruzada y por intermodulación con armónicas del oscilador local.
11. Explique cuáles son las formas de mejorar los rechazos a las interferencias.
12. Explique cuál es la ventaja que ofrece la doble conversión en receptores de
comunicaciones.
13. Dibuje el diagrama en bloques de un receptor con doble conversión. Si el receptor
debe cubrir una banda comprendida entre ݂ௌ ௠௜௡ y ݂ௌ ௠௔௫ , grafique en forma
correlacionada las variaciones de frecuencia de las señales involucradas.
14. ¿Por qué en un receptor con doble conversión conviene utilizar un oscilador a cristal
como primer oscilador local y un oscilador de frecuencia variable como segundo
oscilador local y no a la inversa?
15. Dibuje el circuito de un control automático de ganancia y calcule la tensión ‫ݒ‬଴
demodulada en función de la tensión ‫ݒ‬௜ de entrada al amplificador de RF (݂௜ ).
16. Describa el método de ajuste de un receptor de AM.
17. Describa el procedimiento de medición de los rechazos de frecuencia imagen y canal
adyacente de un receptor de AM.