Sintonizador AM/FM
En el ámbito profesional, se utilizan emisores y receptores de radio para transmitir señales sonoras sin necesidad de cables. Esta tecnología inalámbrica también está disponible para el público en general, como auriculares o micrófonos de calidad media para uso doméstico.
Modulación
Para enviar información sonora por el espacio en forma de onda electromagnética, es necesario modularla. La modulación es una especie de codificación en alta frecuencia que permite enviar la señal a través de una antena de radio. Una vez que la señal modulada se recibe en la antena receptora, es necesario decodificarla, es decir, demodularla, para obtener la señal de sonido original, que es de más baja frecuencia.
La señal de sonido se puede modular mediante tres procedimientos básicos:
- Modulación de amplitud (AM)
- Modulación de frecuencia (FM)
- Modulación de fase
Modulación de amplitud (AM)
La modulación de amplitud es la utilizada en la onda media, onda larga y onda corta:
- Onda larga (150 a 300 kHz): radio para aviones y barcos
- Onda media (560 a 160 kHz): radio comercial
- Onda corta (5 a 30 MHz): radioaficionados
Este tipo de modulación no proporciona una alta calidad de sonido. La frecuencia que se selecciona con el dial del sintonizador, dentro de la banda de frecuencia elegida, corresponde a la frecuencia portadora, que es la que transporta la señal de sonido entre las antenas. La modulación de amplitud consiste en hacer variar la amplitud de esa portadora en función de la señal de baja frecuencia (BF).
La demodulación en el receptor consiste en detectar esas variaciones de amplitud para recuperar la señal moduladora. Los ruidos, sobre todo en la red eléctrica, al encender una lámpara o poner en marcha un motor eléctrico, producen picos de tensión que pueden hacer variar la amplitud de la señal recibida, provocando los conocidos ruidos típicos de la AM. Esta es una de las razones por las que este sistema no es el más apropiado para enviar señales de audio de alta fidelidad (Hi-Fi). Además, el ancho de banda máximo que se puede transmitir es de tan solo 4500 Hz, lo que cubre únicamente las frecuencias medias del sonido, pero no llega a las frecuencias agudas de alta fidelidad.
Sin embargo, la ventaja fundamental de la emisión en AM es que el alcance de la emisión es mucho mayor que en FM, debido a la mayor longitud de onda de la frecuencia portadora, que se refleja en las capas ionizadas de la ionosfera, llegando a alcanzar distancias muy lejanas, especialmente cuando las condiciones atmosféricas favorecen dicha reflexión.
Modulación de frecuencia (FM)
La modulación de frecuencia es la solución a los problemas de ruido que presenta la AM, ya que no le afectan las variaciones de amplitud que se pueden producir por picos parásitos de tensión. La información de la señal sonora, o de baja frecuencia, va modulada sobre una frecuencia portadora, dentro de la banda de frecuencias asignadas a este tipo de radio comercial, que va desde 87,5 MHz hasta 108 MHz.
La señal modulada hace variar la frecuencia de la portadora, de tal modo que a mayor amplitud de señal, aumenta la frecuencia, y a medida que disminuye la amplitud, va disminuyendo proporcionalmente la frecuencia portadora.
El demodulador detecta las variaciones de frecuencia y las vuelve a transformar en sonido de alta fidelidad, ya que el ancho de banda normalizado para estas emisiones es de +/- 75 kHz, superando ampliamente el ancho de banda Hi-Fi.
Antenas
La antena es el elemento que adapta la salida del amplificador de radiofrecuencia (RF) con el medio de propagación, que en este caso es el aire. Del mismo modo, la antena receptora adapta la impedancia del aire con el amplificador de entrada al sintonizador. Para que se produzcan esas adaptaciones, es necesario que la antena tenga unas dimensiones similares o proporcionales a la longitud de onda de la señal que se desea emitir o recibir. Las ondas de radio viajan a la velocidad de la luz (300.000 km/seg).
Antena receptora de AM
Aunque se suelen fabricar antenas con dimensiones en lambda/4, aún resulta excesivamente grande, por lo que se recurre a simular dicha antena arrollando una bobina en un núcleo de ferrita. La posición de la ferrita influye en la recepción, cosa que se puede comprobar fácilmente en cualquier receptor portátil de AM cambiándole de posición.
Algunos sintonizadores de cadenas de alta fidelidad suelen traer la ferrita exteriormente para que pueda orientarla el usuario. Sin embargo, la mayoría de los aparatos actualmente traen una antena de cuadro o de lazo, que también se conecta exteriormente al sintonizador, permitiendo su orientación para la máxima recepción. La antena de cuadro consta de un soporte cuadrado de plástico muy ligero, en el que va arrollado el hilo conductor que simula la antena. La fragilidad de las antenas de ferrita, que se rompen al más mínimo golpe, se evita con este otro tipo de antena de AM.
Antena receptora de FM
Los sintonizadores comerciales de Hi-Fi permiten conectar una antena exterior de FM mediante cable coaxial de 75 ohm, que puede tener instalada la vivienda de forma similar a las antenas de televisión. En caso de no tener instalación externa de antena de FM, el sintonizador incluye una antena interior en dipolo, que consta de dos hilos con una impedancia de 300 ohm, que deben estar correctamente extendidos y orientados para la máxima recepción.
El sintonizador
Receptor AM
La frecuencia en el preamplificador sintonizado va variando simultáneamente con la frecuencia del oscilador local, de tal modo que cuando el mezclador realiza la resta de las dos frecuencias de entrada, siempre resultan 456 kHz a la salida. Una vez filtrada y amplificada la frecuencia intermedia de 456 kHz, es detectada o demodulada, obteniéndose la señal de sonido original, con las limitaciones del ancho de banda ya comentadas. La detección o demodulación en AM consiste, básicamente, en un simple diodo detector, lo que abarata considerablemente la fabricación de estos aparatos.
Receptor FM
La recepción de FM se realiza mediante el procesamiento de superheterodinación como en AM, es decir, se convierten las frecuencias recibidas en una frecuencia intermedia, que está fijada en 10,7 MHz. El receptor de FM se encarece algo más que el de AM por varias razones:
- La transmisión es de un ancho de banda mayor.
- La utilización de frecuencias más elevadas, que encarecen los diseños y los circuitos.
- El demodulador de FM es algo más complejo que el simple diodo de AM.
El demodulador de FM recibe el nombre de discriminador y se encarga de acusar las variaciones de frecuencia mediante una comparación o discriminación respecto de la frecuencia central, y las convierte en señal de sonido de BF. Para mantener la calidad en la recepción es muy importante mantener la estabilidad en la frecuencia del oscilador local. Para evitar estas desviaciones de frecuencia se añade el circuito de control automático de frecuencia que mantiene la frecuencia del oscilador local enclavada exactamente en el valor elegido.
FM estéreo
Cuando se desarrolló la emisión en estéreo, se planteó como condición indispensable que se pudieran recibir en los receptores monofónicos las emisiones en estéreo. Para ello se obtiene la señal suma de los canales (I+D), cuyo resultado sonoro es similar al de un canal monofónico. Mediante un restador, se obtiene la información necesaria para la separación de los dos canales estéreo (I-D). Dicha señal se modula en amplitud y fase con una frecuencia de 38 kHz. La mezcla o suma de la señal (I+D) y la señal (I-D) se modula, finalmente, en frecuencia para mandar a la antena de emisión. Las dos señales enviadas se dice que están multiplexadas en frecuencia, porque están separadas en el espectro de frecuencias. El ancho de banda que ocupa la información de los dos canales es de 53 kHz, y recuerda que la FM comercial puede transmitir hasta 75 kHz, por lo que sobra ancho de banda.
La señal multiplex contiene el piloto de 19 kHz, el cual debe recuperarse exactamente en el receptor para poder realizar la demodulación correctamente. La señal multiplex se modula en frecuencia a la frecuencia de la portadora de emisión y una vez que llega al receptor y se demodula, se tiene que decodificar para separar los canales izquierdo y derecho.
El diagrama del módulo decodificador de la señal multiplex muestra que primeramente hay que separar mediante filtros especiales la señal piloto, la banda de I+D y la señal I-D, que se demodula con la señal recuperada de 38 kHz. Una vez que se tienen las dos señales compuestas, mediante la suma (I+D) + (I-D) = 2I, se obtiene la señal del canal izquierdo, y mediante la resta (I+D) – (I-D) = 2D, se recupera la señal del canal derecho.
RDS
El sistema de datos por radio (RDS), que hoy día traen incorporado la gran mayoría de sintonizadores digitales, permite enviar datos a través de la señal de FM. El efecto más instantáneo de la recepción en RDS es que nada más sintonizar la emisión, sale en pantalla el nombre de la cadena emisora, aparte de cualquier otro dato que desee proporcionar la emisora.
Los campos y funciones más comunes que se pueden encontrar en un receptor con RDS son:
- PS: muestra el nombre de la emisión por pantalla
- TA: proporciona noticias sobre el tráfico
- CT: muestra la hora oficial
- PTY: clasifica las emisiones por su contenido
Características principales de un sintonizador
- Respuesta en frecuencia
- Distorsión armónica total (THD)
- Distorsión de intermodulación
- Relación señal/ruido (S/N)
- Ancho de banda
- Sensibilidad: se mide en microvoltios, indicando la tensión en antena mínima para recepción con una relación señal/ruido determinada. Por tanto, un valor más pequeño indica una mayor sensibilidad y un mejor receptor. Debe comprobarse la relación S/N que el fabricante admite en la medida, sobre todo cuando se realice comparación de características entre diferentes aparatos. Actualmente en receptores de FM se usa bastante como medida de sensibilidad el dBf, que equivale a 0,000000000000010 V.