Receptor superheterodino

1. EL RECEPTOR
SUPERHETERODINO
José Ignacio Gonçalves
1º ME

2. Introducción:
• 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.

3. Características:
• El superheterodino es un sistema de recepción de
señales de radio basado en el heterodinaje de ondas
electromagnéticas.
• La heterodinación consiste en la superposición de dos
ondas de frecuencias diferentes, aunque próximas
entre sí, para obtener una única onda de amplitud
modulada a una frecuencia, denominada frecuencia
heterodina, cuyo valor es igual a la diferencia de las
frecuencias de las ondas que se combinan. Tal
fenómeno se produce tanto si las ondas que se
mezclan son de alta como de baja frecuencia siempre y
cuando sus frecuencias no sean muy diferentes entre
sí.

4. Características:
• En el caso del receptor superheterodino, la
heterodinación se produce combinando dos
oscilaciones de alta frecuencia:
1. Una procedente del emisor, que es captada
por la antena del receptor y sintonizada por
éste.
2. Otra generada por el mismo receptor
mediante el denominado
oscilador local.

5. Características:
• La frecuencia resultante de ambas o frecuencia
intermedia tiene la peculiaridad de ser siempre
constante. Ello exige un ajuste de los circuitos del
receptor de forma que la frecuencia generada por el
oscilador local varíe de acuerdo con la frecuencia de la
estación sintonizada, de manera que la suma o la
diferencia entre ellas tenga siempre el mismo valor.
• Una vez obtenida esta señal de frecuencia intermedia
debe amplificarse para a continuación modificar
nuevamente su frecuencia hasta hacerla audible.
Finalmente, se pasara a un amplificador de audio y de
ahí a un altavoz. Por ello, el superheterodino realiza
una doble conversión de frecuencia.

6. Bloques del Superheterodino:
• Con el fin de simplificar el análisis del receptor
superheterodino, se establecen siete bloques o etapas
en función del tipo de ondas o corrientes alternas que
circulan por cada una de ellas:
1. Etapa amplificadora de radiofrecuencia.
2. Etapa osciladora local.
3. Etapa de heterodinación o mezcladora.
4. Etapa amplificadora de frecuencia intermedia.
5. Etapa de detección.
6. Etapa amplificadora de baja frecuencia.
7. Etapa de alimentación.

8. Bloques del Superheterodino:
• En un superheterodino, la señal procedente de la antena una
vez sintonizada se inyecta en la etapa amplificadora
radiofrecuencia. La etapa osciladora, también denominada
oscilador local genera una corriente de frecuencia variable,
que se combina con la anterior en la etapa de heterodinación
o mezclador. La onda de frecuencia heterodina resultante se
amplifica en la etapa amplificadora de frecuencia intermedia
mediante circuitos resonantes ajustados a dicha frecuencia. La
señal procedente de la etapa amplificadora de frecuencia
intermedia se detecta en la etapa de detección, de la cual se
extrae una señal de audiofrecuencia. La señal de
audiofrecuencia se inyecta finalmente a la etapa
amplificadora de baja frecuencia y de ésta al altavoz.

9. Tipos de Receptores:
• El sistema básico de clasificación de los
receptores superheterodinos, se basa en el
valor que adopta su frecuencia intermedia:
1. Con frecuencia intermedia baja
comprendida entre 100 y 200 kHz
2. Con frecuencia intermedia media
comprendida entre 200 y 600 kHz
3. Con frecuencia intermedia alta,
comprendida entre 600 y 2.000 kHz

10. Tipos de Receptores:
• Atendiendo al valor de dicha frecuencia intermedia
respecto al margen total de frecuencias cubiertas por
el receptor, se establece la clasificación siguiente:
1. Receptores con frecuencia intermedia más baja que
cualquiera de las frecuencias a recibir.
2. Receptores con frecuencia intermedia comprendida
dentro de los límites extremos del margen de
frecuencias cubierto por el receptor.
3. Receptores con frecuencia intermedia más alta que
cualquiera de las que haya de sintonizar el receptor.

11. Tipos de Receptores:
• Los superheterodinos pueden tener más de un
valor para la frecuencia intermedia, aunque los
receptores más usuales sólo tienen uno,
pudiendo llegar a tener dos o tres, especialmente
aquellos que cubrían las gamas de onda corta,
media y larga en los que se deseaba obtener el
máximo rendimiento en cada una de las bandas.
En todos ellos, la frecuencia intermedia es
siempre más baja que cualquiera de las recibidas,
con el fin de obtener las máximas ventajas del
cambio de frecuencia.

12. • Hasta el descubrimiento de las válvulas multielectrodo,
los superheterodinos únicamente incorporaron
válvulas diodo y tríodo en sus distintas etapas. Las
válvulas multielectrodo simplificaron notoriamente su
diseño.
• La incorporación de la Modulación de Frecuencia
supuso una importante modificación de los esquemas
básicos de los radiorreceptores de éste tipo, que llevó a
la inclusión de válvulas de diseño específico para el
nuevo sistema de transmisión, como las EABC 80 y
UABC 80, empleadas en receptores mixtos, capaces de
funcionar tanto en Modulación de Amplitud (AM)
como en Modulación de Frecuencia (FM).

13. Tipos de Receptores:
• Hoy en día, las válvulas solo se usan en casos
específicos como en transmisores fijos de radio
profesional y de radioaficionados. En el resto de
casos los transistores las han sustituido.
• En cuanto a la frecuencia intermedia de cada tipo
de transmisor se ha llegado a una
homogeneización mediante unos estándares
comunes a todos los fabricantes. Así por ejemplo,
la FI de AM es de 455 KHz y la de FM es de 10,7
MHz. A continuación un esquema típico de un
receptor de FM y AM.

15. Fenómenos relativos a la
heterodinación:
• Los receptores superheterodinos consiguen una elevada
selectividad como consecuencia de un conjunto de
amplificadores selectivos de los que forman parte como
elemento esencial los denominados circuitos resonantes,
integrados fundamentalmente por condensadores y
bobinas o inductancias.
• De las distintas etapas que integran un superheterodino,
tan solo la etapa selectora y el amplificador de frecuencia
intermedia contribuyen a su elevada selectividad,
integrando lo que algunos autores denominan amplificador
selectivo, cuya propiedad fundamental es la de aumentar
únicamente la amplitud de las señales solamente cuando
éstas tienen una determinada frecuencia (la frecuencia
intermedia en este caso).

16. Fenómenos relativos a la
heterodinación:
• En los primitivos superheterodinos se emplearon válvulas tríodo
exclusivamente. Ello conllevaba una reducción de la selectividad
como consecuencia de la aparición de las denominadas
capacidades parásitas entre placa y rejilla generadoras de
realimentaciones positivas que hacían que el circuito fuese
inestable. Tal dificultad se subsanó definitivamente con la aparición
y posterior incorporación de las válvulas pentodo, que entre otras
ventajas, presentaban una resistencia interna muy superior a la del
tríodo.
• En el superheterodino las señales recibidas en el circuito de antena
son transformadas en otra señal de frecuencia intermedia en el
denominado paso o etapa conversora o mezcladora, que junto con
la etapa amplificadora de frecuencia intermedia constituyen la
esencia de éste tipo de receptores.

17. Fenómenos relativos a la
heterodinación:
• En esta etapa conversora se superponen las ondas captadas por la
antena con las producidas por un oscilador contenido en el receptor
que se denomina oscilador local. Tal oscilador debe generar una
frecuencia variable de manera que la diferencia entre la frecuencia
de la estación sintonizada y la generada por oscilador local adquiera
un valor constante e igual a la frecuencia intermedia del receptor a
la que están ajustadas las siguientes etapas amplificadoras de éste.
• La señal que se pretende sintonizar queda así convertida,
cualquiera que sea su frecuencia, en otra señal de frecuencia más
baja y siempre constante, denominada frecuencia intermedia. Esta
señal está modulada de la misma forma que la señal de entrada y
se amplifica convenientemente en un amplificador denominado de
frecuencia intermedia, que está formado por varios pasos
sintonizados entre sí, y posteriormente se detecta.

18. Fenómenos relativos a la
heterodinación:
• Debido a que el amplificador de frecuencia intermedia
tiene los distintos pasos ajustados a una única frecuencia,
no existen los inconvenientes del receptor de
radiofrecuencia sintonizada, ya que precisan un único
ajuste o alineación. Además desaparecen los problemas
derivados de la inestabilidad de los circuitos debido a que
la frecuencia intermedia es de valor inferior a las
correspondientes frecuencias de radiodifusión.
• Así pues es necesario ir variando la frecuencia generada
por el oscilador local de acuerdo con la frecuencia a recibir,
de manera que la resultante tenga siempre el valor de la
frecuencia intermedia a la que el receptor está ajustado por
construcción.

19. Fenómenos relativos a la
heterodinación:
• Los superheterodinos modernos se sintonizan en
general mediante un único mando. Los distintos
condensadores variables van montados sobre un
mismo eje, y ello supuso en principio una gran
dificultad a superar, ya que las correspondientes curvas
de capacidad de ambos condensadores en principio
deberían ser distintas. Tal dificultad podría subsanarse
empleando dos condensadores de distinta sección y
configuración de placas, pero en cada gama de
frecuencia sería necesario un condensador distinto, y
en consecuencia el usuario debería accionar un
segundo mando.

20. Fenómenos relativos a la
heterodinación:
• La solución definitiva
supuso el empleo de
bobinas de sintonía con
las que la frecuencia del
oscilador, en el centro de
la gama de frecuencias,
fuese aproximadamente
igual a la suma de la
frecuencia intermedia
más la frecuencia de la
señal de entrada. Este
montaje son los
denominados filtros FI.

21. Fenómenos relativos a la
heterodinación:
• Un defecto característico ha tener en cuenta es el
siguiente. Supongamos que un receptor de
frecuencia intermedia de 450 KHz, sintonizase
una estación que transmitiese en una frecuencia
de 1.314 kHz, simétrica de otra que emitiese en la
frecuencia de 657 kHz, este precisaría una
frecuencia generada por el oscilador local de
1.107 kHz, por lo que ambas estaciones se
superpondrían, hecho en principio indeseable. A
tal frecuencia se le denomina frecuencia imagen
y el receptor debe disponer de dispositivos que
impidan su aparición.

22. Fenómenos relativos a la
heterodinación:
• La sección osciladora del superheterodino genera una
corriente alterna cuya frecuencia debe variar de
manera que su diferencia con la de la señal sintonizada
sea también una frecuencia relativamente elevada.
Pero esta diferencia constante no se obtiene sin más,
sino que para ello es necesario que la etapa
mezcladora a la que se aplican ambas corrientes tenga
las propiedades de un detector.
• Como resultado de tal detección, en el circuito de
ánodo de dicha etapaa aparecían corrientes alternas de
la misma frecuencia que las tensiones aplicadas a ella
y, además, otras de frecuencias iguales a la suma y
diferencia de ambas.

23. Fenómenos relativos a la
heterodinación:
• Con el fin de permitir el paso únicamente de la frecuencia
intermedia, se incluía un circuito sintonizado a tal frecuencia
intermedia, con lo que la corriente alterna que aparecía a la salida
de la etapa mezcladora tenía exclusivamente esta frecuencia. Esta
corriente alterna ya seleccionada se encontraba modulada con la de
baja frecuencia correspondiente a la estación sintonizada y era
posteriormente amplificada en un amplificador adecuado, que se
denominó
amplificador de frecuencia intermedia.
• A la salida del amplificador, la señal finalmente se detecta en la
etapa detectora, cuya misión es la de separar la baja frecuencia de
la frecuencia intermedia mediante la rectificación de la corriente de
oscilación. De esta forma se recupera la correspondiente corriente
de baja frecuencia que debidamente amplificada se aplica al
altavoz.

24. Fenómenos relativos a la
heterodinación:
• Las etapas fundamentales que constituyen un
receptor de estas características son:
– La etapa de entrada
– La etapa de sintonía o selectora
– La etapa conversora
– La etapa amplificadora de FI
– La etapa detectora

25. Ventajas y desventajas del sistema:
• La mayor parte del trayecto de la señal de radio ha de ser sensible
solo a una estrecha gama de frecuencias. Solamente la parte
anterior a la etapa conversora (la comprendida entre la antena y el
mezclador) necesita ser sensible a una gama amplia de frecuencias.
• Como ejemplo, en un receptor de AM podría necesitar ser eficiente
en una gama de 1 a 30 MHz, mientras que el resto del receptor solo
necesitaría una respuesta correcta a la frecuencia intermedia, esto
es a 460 o 470 KHz. según los casos.
• Otra ventaja es que se evitan los acoplamientos indebidos entre
pasos por capacidades parásitas generadas por cables y pistas de
circuito impreso, al usar una frecuencia constante.
• Una desventaja importante de estos sistemas es que existe la
posibilidad de que se demodule la frecuencia imagen si no se
conocen las normas que rigen el espacio radioeléctrico de una
determinada zona geopolítica.

26. Ventajas sobre sistemas anteriores:
• Los receptores de radiofrecuencia sintonizada, utilizados
anteriormente, sufrían de falta de estabilidad de frecuencia y de
una muy pobre selectividad radiofónica, dado que, incluso
utilizando filtros con un alto Q factor de calidad, tenían un ancho de
banda demasiado grande en la gama de las radiofrecuencias. Los
receptores superheterodinos tienen unas características superiores,
tanto en selectividad como en estabilidad de frecuencia. Es mucho
más fácil estabilizar un oscilador que un filtro, especialmente con la
moderna tecnología de sintetizadores de frecuencia, y los filtros de
FI pueden tener una banda de paso mucho más estrecha para un
mismo factor Q que un filtro equivalente para RF (radiofrecuencia).
Una frecuencia intermedia fija, permite el uso de filtros de cristal en
diseños muy críticos tales como los receptores de radioteléfonos,
los cuales deben tener una selectividad extremadamente alta.

28. Futuro:
• La próxima evolución de diseño del superheterodino, es la arquitectura de radio
definida por software o SDR, donde el procesamiento de la frecuencia intermedia
después del filtro inicial de FI es ejecutado por software.
• Aunque el concepto de SDR no es nuevo, la reciente evolución de la circuitería
digital ha hecho posible desde el punto de vista práctico muchos de los procesos
que tiempo atrás eran solamente posibles desde el punto de vista teórico.
• Un SDR básico puede estar conformado por una computadora equipada con una
tarjeta de sonido u otro conversor analógico a digital, precedido de algún
adaptador de radiofrecuencia (RF). Una gran parte del procesamiento de las
señales se realiza en procesadores de propósito general, en lugar de utilizar
hardware de propósito específico. Esta configuración permite cambiar los
protocolos y formas de onda simplemente cambiando el software.
• Los SDR son de gran utilidad tanto en los servicios de telefonía celular como en el
ámbito militar, pues en ambos se manejan varios protocolos en tiempo real, que
cambian a necesidad casi constantemente.
• A largo plazo, se prevé que los radios definidos por software se conviertan en la
tecnología dominante en radiocomunicaciones, pues es la vía que permite llegar a
la radio cognitiva.