Un receptor para la práctica de telegrafía

Este capítulo describe como construir un simple receptor de “conversión directa” para la banda de radioaficionados de 40 metros en telegrafía (CW). Este receptor puede ser usado para escuchar estaciones de CW y también en Banda Lateral Única (SSB, fonía) estaciones de radioaficionados y de radiodifusión extranjeras. Cuando se combine con el transmisor de CW QRP descrito en el capítulo 6, podrás usarlo para hablar con otros radioaficionados.

La principal virtud de este receptor es su simplicidad. El diseño básico sólo tiene 5 transistores y es ideal como primer proyecto. Puede ser alimentado con una batería de 9 voltios. De cualquier forma, una batería de 12V hecha de pequeñas pilas tipo AA, durará mucho más y se escuchará con mayor volumen en los auriculares.

Tiene una buena sensibilidad y estabilidad. Desgraciadamente, debido a los modernos estándares de selectividad de los receptores, la selectividad es pobre para recibir CW. Durante las noches, en la banda de CW de 40 metros, escucharás demasiadas estaciones a la vez y será difícil escuchar una sola estación. Añadiendo el filtro de audio de 700 Hz descrito al final de este capítulo mejorará notablemente. También, si tienes una potente estación de radiodifusión de AM cercana, puedes construir un filtro paso bajo para evitar la interferencia. El filtro es la pequeña caja que se ve a la parte derecha del receptor.

Cuando seas capaz de hacer una primera valoración de la selectividad así como la sensibilidad del receptor, desearás comprar un receptor comercial o empezar a trabajar con un receptor superheterodino como el descrito en el capítulo 13. Es posible conseguir el mismo rendimiento que un receptor superheterodino, pero esto requerirá filtros de audio superselectivos, canceladores de la frecuencia imagen y otras mejoras que yo nunca probé. Si estás interesado, ¡adelante!

Receptores de conversión directa

Un receptor de conversión directa (RCD) tiene cuatro bloques básicos. Un filtro pasa banda, un oscilador de frecuencia variable por tensión (VFO), un mezclador o “detector de producto” y un amplificador de audio.

La sintonía de un RCD se consigue con un oscilador de frecuencia variable, llamado VFO (variable frequency oscilator). La señal sinusoidal que genera el VFO es mezclada con las señales de radio entrantes en un amplificador especial llamado detector de producto. Las señales que oímos por los auriculares son aquellas que distan de la frecuencia del VFO una frecuencia dentro del rango audible, esto es, entre 20 Hz y 2.5 KHz. La diferencia de frecuencia la escucharemos como una señal musical, el tono de 700 Hz del código Morse.

La diferencia de frecuencia es filtrada, amplificada y entregada a los auriculares. ¡Sencilla radio! Considerando las pocas partes que tiene, asombra lo sensible que es. Medí la sensibilidad del mío y descubrí que podía detectar fácilmente señales de 0.5 micro voltios en 40 metros.

El filtro de entrada

El detector de producto tiene unas características ligeramente parecidas al diodo. Esto significa que es propenso a actuar como una radio de galena y detectar señales fuertes presentes en la antena, que no están cerca de la frecuencia del VFO. Por consiguiente, las señales que entran por la antena deben ser filtradas primero para restringir la entrada sólo a señales cercanas a los 7 MHz. Como podrás recordar de tus experiencias con radios de galena, la selectividad de un simple filtro de entrada LC es muy limitada. Sin embargo, un simple filtro puede evitar mucho ruido de fondo producido por fuertes señales de estaciones comerciales de AM y onda corta, que operan cerca de los 7 MHz.

El filtro de entrada consiste en dos circuitos sintonizados LC. La entrada, que viene de la antena, está cableada como un transformador de RF que adapta la alta impedancia del filtro y la alta impedancia del detector de producto con la baja impedancia de la antena. Se supone una impedancia de antena aproximada a los 50 Ohmios, típica de un dipolo con bajada de cable coaxial. El transformador eleva diez veces el voltaje de RF usando una relación de vueltas 1:10. Si el receptor se fuera a usar con la alta impedancia de un cable largo o una antena de látigo, el terminal de entrada se conectaría directamente al trimer utilizando un pequeño condensador de bloqueo.

Al escuchar señales de telegrafía en 40 metros ajustaremos el trimer hasta que estas se oigan más fuertes y desaparezca el ruido producido por las estaciones de fonía. Si este filtro no es suficiente para eliminar las señales de las estaciones locales de AM, utilizaríamos el filtro pasa altos que se describe más adelante en este capítulo.

El filtro de entrada también puede incluir un amplificador de RF. Sin embargo, seguramente no será muy útil en 40 metros debido a que el ruido atmosférico por debajo de los 20 metros es muy molesto. Por el contrario, si quisiéramos construir un receptor para 20 metros o bandas más altas, el amplificador de RF mejoraría la sensibilidad. Los amplificadores de RF de entrada serán descritos en el capítulo 13.

El Oscilador sintonizado de RF (VFO)

El circuito inferior muestra un oscilador sintonizado también llamado oscilador de frecuencia variable (en inglés VFO). Como se muestra, los valores de bobina y condensador sintonizan la banda de 40 metros, y las bandas de onda corta por encima y por debajo de los 7 MHz. El circuito es un oscilador sintonizable, comparable en sus funciones al oscilador controlado a cristal del transmisor QRP visto en el capítulo 6. En lugar de un cristal de cuarzo, el control de la frecuencia lo tiene un circuito LC sintonizable, con un ancho de algunos cientos de KHz. Este VFO es demasiado basto para controlar la frecuencia de un transmisor. Patinará mucho y la gente no querrá contactar contigo debido a tu inestable señal. Sin embargo, como estas escuchando 1 KHz de audio a la vez, el desplazamiento de 100 Hz es muy poco significativo. En el capítulo 10 veremos como fortalecer el VFO para utilizarlo en transmisión.

TRANSISTORES JFET

Este oscilador sintonizable utiliza un transistor de efecto campo (JFET). Estos son ideales para los VFO’s. Al contrario que en los bipolares, la corriente principal del JFET circula de drenador a surtidor y no atraviesa ninguna unión PN. Las uniones PN varían con la temperatura, por ello, los VFO’s construidos con transistores bipolares tienden a patinar más que los construidos con JFET’s. Los JFET funcionan de manera similar a los MOSFET, aunque la puerta de control es una unión PN en lugar de un fino condensador. Los MOSFET de potencia se vieron en el capítulo 6 como una forma de controla la alimentación del QRP.

Uniones PN

Como vimos en el capítulo 4, una unión semiconductora PN conduce cuando se aplica un voltaje positivo al tipo P. Inversamente, no conduce cuando el positivo se aplica al tipo N. En la radio de galena manejábamos corrientes muy pequeñas (microamperios). Los diodos comerciales manejan corrientes mucho más grandes, miliamperios o incluso amperios. Con estos diodos la conducción no empieza hasta que se alcance el umbral, que en una diodo de silicio está en 0,6 voltios. Para un diodo Schottky comercial estará en 0,2 voltios. Por lo tanto, si aplicamos un voltaje positivo al tipo P por debajo del umbral, por ejemplo 0,1 voltios, la corriente será muy inferior a una miliamperio, y el diodo estará realmente en no-conducción.

Las uniones PN pueden actuar como un condensador

En un MOSFET, se evita que la corriente de base pase al canal principal, por medio de una fina capa aislante de vidrio. En un JFET, la puerta se asemeja a un diodo polarizado directamente sin llegar a conducir hasta que se supere el voltaje de 0,6 voltios. Con cero voltios en la entrada, el JFET está ya parcialmente en conducción. Es decir, con cero voltios en la puerta está operando ya como un amplificador de clase A, sin necesitar ninguna resistencia de polarización como ocurría con los bipolares.

Los JFET funcionan con voltajes de entrada inferiores a 0,6 voltios.

El JFET se pone completamente en conducción (esto es, se satura) cuando el voltaje de puerta se aproxima o supera los 0,6 voltios. Observa que el diodo evita que el voltaje de puerta supere los 0,6 voltios. Para poner el JFET en corte, se debe aplicar un voltaje inverso a la base, de manera que los portadores, electrones o huecos (según el tipo de canal) se reduzcan. Por ejemplo, en un JFET canal N el transistor pasa a corte cuando la puerta se vuelve negativa con respecto al surtidor del transistor.

Como es de esperar, los JFET canal P son la imagen inversa en cuanto a construcción y polaridades. Para poner en corte un canal P, se utiliza voltaje positivo para polarizar en inversa el diodo de puerta.

El detector de producto

Este proyecto de receptor utiliza un detector de producto. Este amplifica y mezcla la señal del VFO con la señal que viene de la antena. La mezcla resultante es amplificada y mandada hacia el amplificador de audio. La única componente de audio de las señales que salen del mezclador es la diferencia de las radio señales entrantes, y esta es la que amplificador mandará a los auriculares.

El detector de producto descrito a continuación utiliza un MOSFET canal N de doble puerta. Un MOSFET de doble puerta funciona igual que uno de una sola puerta, pero como su nombre indica, tiene dos puertas de control modulando la corriente que circula de drenador a surtidor. Con dos puertas, este MOSFET es muy útil para mezclar dos señales separadas, debido a que la salida es la mezcla amplificada de las dos entradas. Se pueden construir mezcladores y detectores de producto con MOSFET y JFET de una puerta, pero con los de dos puertas, ambas entradas son amplificadas a la vez.

Las puertas del MOSFET son pequeños condensadores y tienen una impedancia de entrada muy alta. El amplificador es un montaje en surtidor común, que implica que el surtidor esté a masa. Esto también implica que la resistencia de carga (1,5 Kohm) estará en el lado del drenador. Debido a que la salida deseada es una señal de audio, la impedancia de carga es una resistencia y no una bobina como en frecuencias de radio. Para trabajar con frecuencias de audio, una bobina tendría que ser enorme, y para esta aplicación tendría pocas ventajas sobre la resistencia. El choque de 470 microhenrios y los condensadores de 0.001 y 0.1 microfaradios actúan como un filtro para eliminar cualquier resto de RF de la salida de audio. Sin este filtro, el amplificador de audio actuaría como un rectificador de todas las señales fuertes que llegaran al detector de producto, en lugar de la deseada señal de audio.

Los diseños modernos utilizan circuitos integrados mezcladores. Personalmente, prefiero los MOSFET de doble puerta en lugar de los misteriosos circuitos integrados. Suelo usar los NTE221, NTE222, NTE454 o NTE455. Además, cualquiera de la serie 3N como el 3N140, también funcionaría. Desgraciadamente son difíciles de encontrar en los catálogos modernos.

El amplificador de audio

A la salida del detector de producto tenemos una señal audible que necesita ser amplificada antes de llegar a unos auriculares o un altavoz. De nuevo, muchos diseños publicados en revistas, hacen uso de circuitos integrados denominados amplificadores de audio. Yo los he usado y suelen funcionar bien. Pero por supuesto, no aprendo nada experimentando con ellos.

El esquema anterior muestra un amplificador lineal básico para audio acoplador por RC. Si observas detenidamente los valores de los componentes, verás que es similar al amplificador de RF clase A utilizado como buffer en el capítulo 6. La diferencia está en los mayores valores de los componentes y la ausencia de inductancias. Se utiliza una resistencia de 5,1 Kohm como carga en lugar de la inductancia que aparecería en un amplificador de RF. Observa que la resistencia de 36Kohm pone al amplificador en funcionamiento parcialmente, por ello las ondas de audio se moverán entre 0 y 12 voltios. De otra manera el amplificador sólo amplificaría señales positivas por encima de 0,6 voltios. Sin la polarización, las semiondas negativas serían eliminadas y el sonido estaría muy distorsionado.

La resistencia de 200 Ohm y el condensador de 47 microfaradios aíslan el amplificador de la fuente de alimentación, y con ello hacen menos probables las autoscilaciones. Sin estos componentes, seguramente funcionará bien y no apreciaras ninguna diferencia.

Mi amplificador de audio es una versión modificada de un ejemplo del Handbook de 1986. Se trata de tres amplificadores en serie acoplados directamente por RC. El diseño original tenía más componentes que no entendía. Cada componente que no entendía lo quitaba, así aprendo yo. El amplificador estaba muerto cuando lo encendí por primera vez.

Control automático de ganancia para audio

Estaba liado con la red de realimentación de baja frecuencia formada por R1, R2 y C1. No entendía que tipo de filtraje de baja frecuencia intentaba conseguir el diseñador. Cuando el circuito parecía muerto, coloqué estos misteriosos componentes en el circuito y los auriculares volvieron a la vida. Esta red pone el amplificador en funcionamiento para señales débiles y lo apaga para señales fuertes. Es una especie de control automático de ganancia (AGC).

Recuerda que para poner un transistor bipolar en conducción, la señal de entrada debe ser mayor que 0,6 voltios, para que circule corriente hacia la base. En un amplificador clase A se añade a la base una tensión continua, de manera que el voltaje de base sea superior a 0,6 voltios, con lo cual, siempre está en conducción. La red de baja frecuencia ajusta la polarización para señales débiles o fuertes. Cuando las señales son débiles, el segundo transistor queda en corto (apagado), así que la tensión de colector será alta y no cambia. Esta tensión de colector circula hacia C1 a través de R2. El voltaje en C1 polariza la base a través de R1, directamente, aumentando la sensibilidad del transistor. Por el contrario, cuando las señales son fuertes, la corriente de colector circula y por tanto la tensión de colector a masa será baja. Este voltaje polariza el transistor para que conduzca menos.

Protegiendo tus oídos de las señales fuertes

Este amplificador de audio es capaz de reventarte los oídos cuando encuentres alguna señal fuerte. Por lo tanto es imprescindible añadir un circuito para limitar el voltaje que llega a los auriculares a menos de un voltio. Primero lo hice con dos diodos zener de 5 voltios invertidos uno respecto al otro. En la práctica, con los modernos altavoces de 8 Ohm, un voltaje de 1 voltio tiene suficiente volumen. Normalmente utilizo dos diodos de silicio normales 1N914. Estos evitan que los voltajes positivo y negativo superen los 0,6 voltios y con ello protegemos nuestros oídos.

¿Cuánto Hi-Fi será?

El circuito original está salpicado de condensadores de desacoplo de 0,1 microfaradios como si el diseñador estuviera intentando asesinar todos los sonidos agudos, llevándolos a masa. Cuando estaba intentando conseguir más ganancia, quite estos condensadores. El amplificador funcionaba bien sin ellos, pero el sonido agudo de la estática me irritaba. Monté de nuevo los condensadores, con lo que esperaba que sonara más grave y más débil. Sin embargo, la eliminación del penetrante sonido de estática, justificaba la perdida de ganancia. ¡Experimenta!

El diseño original no tenia el condensador de emisor de 10 µF. Al no tenerlo, la ganancia es menor, debido a que un cierto voltaje de señal cae en la resistencia de 220 Ohm. Como no quería desperdiciar más ganancia monté el condensador y la ganancia aumentó notablemente. Este condensador no tiene ninguna desventaja apreciable.

Construcción mecánica

Construí mi receptor en una caja hecha con trozos de placa de circuito impreso soldadas. Es el mismo tipo de construcción descrito en el capítulo 6. Los latiguillos de cable coaxial RG-174 conectan el filtro opcional de 700 Hz que describiremos posteriormente. Sólo un extremo de la malla debe estar soldada a masa, para que cumpla su función de evitar que se induzca RF.

El mando de sintonía debe ser mecánico del tipo vernier para que cubra toda la banda de 40 metros y sea fácil sintonizar las señales. Alternativamente, se puede utilizar un pequeño condensador variable, de 1 a 10 pF. De esta manera, la mayor parte de los 180 grados de rotación útil se dedicará para la banda de CW . Otra solución es utilizar dos condensadores variables en paralelo, el grande sintonizaría la banda entera y el pequeño, conectado en paralelo sería para el ajuste fino.

La alimentación del receptor

El receptor funcionará bien con 9 voltios y 10 miliamperios. Sin embargo, cuando el voltaje baja por debajo de 8 voltios, el volumen y la sensibilidad caen bruscamente. Por tanto, si utilizas pequeñas pilas alcalinas funcionará bien durante 1/3 de la vida útil de las pilas.

Para conseguir el máximo de las pilas alcalinas, necesitas que sea capaz de funcionar, incluso por debajo de 2/3 del voltaje inicial, por ello el receptor tendría que funcionar bien con menos de 6 voltios. Yo recomiendo fabricarse una batería de 12 voltios con pilas AA. Algunas compañías venden soportes de batería para 6 u 8 pilas, consiguiendo 9 o 12 voltios. Si estas usando el transmisor QRP descrito en el capítulo anterior, puedes alimentar el receptor de la misma fuente de alimentación.

Escuchando el VFO

Al utilizar el receptor con mi transmisor, me di cuenta que escuchaba el VFO de mi transmisor sobre las estaciones que quería llamar. Para observar esto, cogí un trozo de cable coaxial e improvisé un conector de señal VFO en la caja débilmente acoplado al transmisor. El receptor no tenía conexión directa al VFO. Con un pequeño cable en este conector, tenemos una antena que transmite la débil señal del VFO.

Analizando las limitaciones de la conversión directa

Debido que estos receptores tienen casi toda su ganancia en el amplificador de audio, se supone que tendrán tendencia a la microfonía. Es decir, se supone que serán sensibles a las vibraciones. Al tocar un mando o golpear la mesa, deberías escuchar el golpe amplificado en los altavoces. Yo, en cambio, no observé microfonía alguna.

Un receptor de conversión directa detecta ambas bandas laterales a la vez.

Desgraciadamente, el detector de producto mezclador, detecta la banda lateral superior y la inferior simultáneamente. Esto es perfecto para escuchar estaciones de radio en AM, pero supone una muy mala selectividad en una banda de CW repleta de estaciones. Un buen receptor para CW debe tener un ancho de banda de 500 Hz o menos. Un receptor simple de conversión directa tiene un ancho de 10 Khz o más, dependiendo del filtro de audio.

Aunque el filtro de ayuda es de gran ayuda, el principal problema es que estás escuchando audio de las dos bandas laterales a la vez. Por ejemplo: supongamos que tienes un filtro de audio muy agudo para tonos entre 600 y 700 Hz. Escuchas una estación de 650 Hz muy bien, pero estarás confundido por una señal que estará a 1,3 Khz en la banda lateral opuesta. Esto es, 2 x 650 Hz = 1,3 Khz. Cuando respondas a un CQ, esta confusión te pondrá difícil saber en que banda lateral estará escuchando la otra estación, ya que tú lo escuchas por dos sitios (las dos bandas laterales), pero él sólo te escucha por uno.

Un receptor de conversión directa más sofisticado elimina una banda lateral , mediante el uso de dos receptores. Una banda lateral es cancelada desplazando la fase de la señal del VFO y desplazando también la señal de audio resultante, para eliminar una banda lateral. Además de tener que construir dos receptores simples, debes construir un sofisticado filtro de audio. Personalmente, decidí que la mejor opción era el receptor superheterodino.

Interferencias de estaciones comerciales de AM

En mi ciudad, tenemos una estación de radio comercial de AM que emite alta potencia durante todo el día. Conectando un osciloscopio a mi dipolo de 40 metros, observo un pico de 1,75 voltios de RF en el cable, incluso con una resistencia de 50 Ohms conectada a la antena. Esto representa ¡31 milivatios de potencia!. No me extraña que mi radio de galena fuera tan chillona.

Potencia = Voltaje (RMS) al cuadrado / resistencia de carga

Voltaje RMS = Voltaje de pico x 0,707

Potencia = (1,75 x 0,707)2 / 50 = 31 milivatios Las señales de radioaficionados que intentaba escuchar, quedaban mezcladas entre la tormenta de voltajes procedente de la estación de AM. Aunque podía escuchar estaciones, de fondo siempre podía escuchar la música rap. ¡Necesitaba un filtro mejor!

En el Handbook de 1986 encontré un buen filtro, funcionó a la primera y rebajo el voltaje en mi antena a 0,15 voltios de pico, sin afectar a las señales de la banda de 40 metros.

Un filtro de audio de 700 Hz, porque necesitas uno

Muchos radioaficionados utilizan transceptores que automáticamente escuchan 700 Hz por encima o por debajo de su frecuencia de transmisión. Este desplazamiento es ajustable, pero siempre entre 500 y 1000 Hz. Por convenio, en las bandas de HF por encima de 30 metros, los radioaficionados escuchan por encima de la frecuencia de transmisión. De 40 metros para abajo, el desplazamiento es por debajo de la frecuencia de transmisión. Este convenio tiene su origen en el método usado hace 40 años para generar la banda lateral única. El viejo diseño de banda lateral única ya no se utiliza, pero el convenio se mantiene. La única excepción es la nueva banda de 60 metros, en la que se utiliza la banda lateral superior (USB).

En resumen, cuando intentas contestar a un colega llamando CQ, debes asegurarte que estas escuchando la misma banda lateral que él. En un receptor de conversión directa escuchas la señal telegráfica por encima y por debajo de la frecuencia de transmisión. Si ajustas el batido en la banda lateral equivocada, transmitirás 1,4 Khz (2 x 700 Hz) más lejos de donde está escuchando el otro, con lo cual nunca te oirá.

Por ejemplo, en 40 metros, sintonizando la banda hacía arriba, escucharías primero el código Morse en el lado de debajo de la frecuencia de transmisión. Esta es la banda lateral inferior (LSB). Si seguimos para arriba, la señal va bajando de tono hasta que desaparece, para seguir sonando después, primero en un tono bajo y subiendo de tono conforma vamos sintonizando la banda. Cuando lleguemos al mismo tono de la LSB estaremos en la banda lateral superior (USB).

Si deseas contestar a un CQ de otro colega, escucha la banda lateral inferior (en este caso, 40 metros). Ahora pulsa el botón de anuncio (“spot”) y sintoniza el trimer de tu transistor hasta que los dos tonos sean iguales.

Si tienes un oído musical podrás acoplar los dos tonos con más facilidad. Resumiendo, buscando un CQ en la banda de 40 metros, sintonizas hacia arriba la banda. Para poner tu transmisor en la frecuencia de un CQ al que vas a responder, con el botón “spot” ajustaríamos el transmisor hacia abajo.

Los equipos ultramodernos utilizan en recepción unos filtros de audio exquisitamente estrechos. Por ello, mucha gente sólo te escuchará si el tono de transmisión no se diferencia mucho (200 Hz como mucho) de su frecuencia de recepción. Incluso con filtros digitales se puede reducir este margen a unos pocos Hercios.

Un filtro de audio analógico

Si dispusiéramos de componentes ideales, la mejor forma de construir un filtro analógico de audio sería utilizando bobinas y condensadores como si se tratara de un filtro de RF. Podríamos incluso imaginar que existen cristales para frecuencias de audio para construir filtro super precisos.

Desgraciadamente, en la realidad, estos componentes no existen. A estas frecuencias tan bajas, las bobinas serían grandes y caras. En la practica se utilizan resistencias y condensadores. Estas redes RC no resuenan, pero atenúan unas frecuencias más que otras. Un condensador grande carga más lentamente que uno pequeño. Al combinarlo con una resistencia tenemos un filtro que atenúa bien altas frecuencias o bien bajas frecuencias.

Filtro Pasa Bajo

Como hemos visto arriba, con una simple resistencia y un condensador tenemos un filtro pasa bajos cuando cogemos la señal del condensador. Si el condensador es grande, las frecuencias altas quedarán cortocircuitadas a masa. Recuerda, el voltaje a través del condensador no puede cambiar instantáneamente.

Por el contrario, un condensador pequeño será insignificante para las bajas frecuencias que tienen tiempo suficiente para cargar el condensador durante cada semiciclo. La resistencia carga el circuito y la corriente circula hacia el condensador. De manera similar, durante el próximo semiciclo, la resistencia tendrá una resistencia suficientemente baja para descargar completamente el condensador y dejarlo listo para el siguiente semiciclo.

Filtro Pasa Alto

Cuando se invierten la resistencia y el condensador y la salida se coge de la resistencia, el filtro RC se convierte en un filtro pasa altos. Las altas frecuencias pasan a través de un condensador como si no estuviera allí. El condensador se asemeja a un cable sin caída de voltaje en sus extremos. A altas frecuencia no hay tiempo para cargar. A bajas frecuencias la carga del condensador se completa y la caída de voltaje en los extremos del condensador alcanza el voltaje total de la señal de entrada. Estos filtros RC tienen una frecuencia particular llamada punto de ruptura en donde el condensador se vuelve insignificante. Un solo filtro RC atenúa el voltaje de la señal 10 veces (20 dB) para un desplazamiento en frecuencia de 10 veces desde el punto de ruptura.

Compensar la atenuación

El problema de los filtros RC es que la resistencia atenúa todas las frecuencias, no sólo las que queremos. Sin embargo, si combinamos la red RC con un amplificador de audio lineal, podemos compensar la atenuación. Amplificando la salida, restauramos la fuerza de la señal, en las frecuencias deseadas, a su valor original.

Filtro Pasa Banda = Red RC más amplificador

Para construir un filtro pasa banda necesitamos combinar un filtro pasa bajo con un filtro pasa alto y amplificar el resultado. El circuito de abajo es un filtro de audio de una sola etapa RC, que acentúa los tonos de 700 Hz y atenúa, más o menos, los tonos por encima de 800 Hz y por debajo de 600 Hz.

En este filtro, las R y los C no están colocados como esperarías. Sin embargo, si analizas cuidadosamente como pasan las señales a su través, trabajan igual como en los circuitos separados descritos anteriormente. Es decir, atenúa las frecuencias por encima y por debajo de 700 Hz sin afectar relativamente a estos. La red RC de entrada (2Kohm y 0,15 µF) atenúa las bajas frecuencias, ya que no pueden atravesar el condensador. Por ello, la red de entrada es un filtro pasa altos.

Observa que la resistencia de 6K2 y el condensador de 0.02 µF están conectados entre la entrada y la salida del amplificador lineal. Esta red de realimentación es el filtro pasa bajo. Esta combinación de componentes tiende a cortocircuitar el amplificador y atenuar todo por encima de 700 Hz. El pequeño condensador de 0.02 µF afecta poco a las bajas frecuencias, ya que se carga instantáneamente. Sin embargo, para altas frecuencias este condensador de 0.02 µF carga lentamente respecto a la velocidad de los ciclos de la señal. Entre cada semiciclo, la resistencia de 6K2 tiene la resistencia adecuada para permitir la descarga del condensador de 0.02 µF, de manera que la red queda lista para el siguiente semiciclo.

Esta gráfica muestra la respuesta del filtro de una etapa. Como puedes ver, el filtro es muy suave. Para que el voltaje de la señal quede atenuado 10 veces (20 dB) la frecuencia debe estar por debajo de 38 Hz o por encima de 19 KHz. Para ser sinceros, esto no ayuda mucho. Puede quitar algo del molesto ruido de alta frecuencia por estática, pero no será nada útil contra el QRM (interferencias de otras estaciones).

Un filtro más preciso puede conseguirse colocando varios filtros en serie. La gráfica de abajo muestra uno hecho con cuatro filtros en serie. Es una gran mejora y ayuda a escuchar una sola estación a la vez. También elimina el ruido de estática y hace la escucha menos cansada.

Diseñando el filtro

Podemos construir filtros que trabajen igual que la gráfica anterior, utilizando amplificadores lineales de audio a transistores. Aquí tenemos un filtro de 700 Hz de una etapa:

Amplificadores Operacionales- amplificadores “perfectos”

Observa el gran condensador de bloqueo necesario para evitar que varíe la polarización para clase A del amplificador. Normalmente, no se construyen filtros de audio usando componentes discretos. En su lugar se utilizan circuitos integrados con amplificadores operacionales. Siendo compulsivo, pensé en todo el cableado de todas esas resistencias de polarización y condensadores y decidí, ¡qué diablos! Voy a probar los amplificadores de audio, ¡voy a utilizar un circuito integrado cuádruple operacional!.

Los operacionales son circuitos integrados que contienen de 12 a 30 transistores y resistencias en una red que produce un amplificador ideal o “perfecto”. ¿Cuánta ganancia puedo conseguir con un amplificador “perfecto”?. La respuesta es que la ganancia puede ser infinita y se utiliza una realimentación para ajustar la ganancia al valor que desees. Sin embargo, en la realidad, los amplificadores operacionales tienen una ganancia cercana al infinito y una impedancia de entrada cercana al infinito.

Normalmente, hay en de dos a cuatro operacionales en un integrado. El símbolo para representar al operacional es un triángulo. Con un terminal de salida y dos de entrada. Un voltaje positivo en la entrada positiva produce una subida de la tensión de salida. Por el contrario, un voltaje positivo en la entrada negativa produce un descenso en la tensión de salida. Mediante la realimentación, el operacional intentará ajustar su voltaje de salida hasta que se igualen los voltajes de las dos entradas. Si la realimentación es insuficiente para producir el equilibrio, la salida llegará al valor de la tensión de alimentación o al de masa, según lo que suceda primero.

Para polarizar un operacional de manera que la onda alcance de cero a 12 voltios, el amplificador debe tener una línea base a la tensión mitad. En este caso, el nivel de descanso debe estar en 6 voltios. En el filtro de abajo, la entrada positiva está conectada a un voltaje de 6 voltios, hecho con un divisor de tensión.

Cacharreo con circuitos integrados

Las placas de circuito caseras hechas con gubia, que se vieron en el capítulo 6, normalmente son muy bastas para utilizar en ellas circuitos integrados. Por ello, cuando trabajo con circuitos integrados, utilizo placas perforadas. Son placas de fibra de vidrio de un grosor de 1,5 mm. No tienen una capa de cobre, pero tienen una cuadrícula de agujeros con una separación de un décimo de pulgada. Los circuitos integrados tienen una separación entre pines de 1/10 de pulgada y una separación entre filas de múltiplos pares de un décimo de pulgada. Solamente tenemos que colocar el circuito integrado sobre la placa perforada y por el otro lado soldar los componentes y el cableado a los pines.

Yo prefiero utilizar zócalos , ya que en caso de avería en un circuito integrado , puedes reemplazarlo inmediatamente. Los zócalos tienen los mismos pines y separación entre pines que el circuito integrado, por lo tanto, se utilizan de igual manera.

Para el cacharreo, es mejor utilizar los circuitos integrados con la separación que hemos visto. Los modernos integrados para montaje superficial, tienen los pines más juntos. Están diseñados para ser montados por robots de producción en masa y son más complicados de soldar. Podemos practicar haciendo pequeñas placas adaptadoras que acepten integrados de montaje superficial. Estas placas tendrán pistas con la finalidad de expandir los pines del integrado a un tamaño utilizable manualmente. Usando pinzas y microscopio, soldaremos los integrados en estas pequeñas placas, y después de inspeccionar cada pin bajo el microscopio, podremos soldar estas placas adaptadoras sobre la placa perforada.

Un filtro pasa banda de cuatro etapas para 700 Hz construido sobre una placa perforada

Utilizando el esquema del filtro de una etapa visto con anterioridad, y simplemente conectando una salida a la entrada de la siguiente etapa, hasta tener cuatro etapas en serie. Los cuatro operacionales pueden utilizar el mismo voltaje de referencia de 6 voltios.

¡Etiqueta tus pines!

Seguir la pista a los pines es más fácil cuando los etiquetas. Normalmente corto una tira de papel blanco adhesivo y la pego entre pines. Escribo el número del pin en la etiqueta más cercana al pin respectivo. El pin 1 está en el extremo del integrado que tiene la ranura. Los pines están numerados, vistos desde arriba, en sentido antihorario. Sin embargo, viéndolos por la cara de soldadura, los números van en sentido horario, empezando por el extremo de la ranura.

Hay dos tipos de zócalos para circuitos integrados, para soldar y para liar. Los zócalos para liar tienen pines más largos que permiten liar el cable a su alrededor. Yo prefiero los de soldar, ya que son más pequeños y ocupan menos.

Conectando el filtro de 700 Hz al circuito.

Diseñé el filtro con operacionales para tener una pequeña cantidad de amplificación. Desgraciadamente, con el tiempo, coloqué cuatro en serie y con ello tenía más ganancia que con una sola etapa. Por ello, la salida de mi filtro va a la entrada del segundo amplificador de audio. Si la conectara al primer amplificador de audio, este recibiría mucha señal y se volvería inestable. Podría puentear el segundo amplificador , pero perdería el control automático de ganancia (CAG). Como vemos en el diagrama de bloques de mi receptor, un conmutador de dos circuitos sustituye el filtro por el primer amplificador de audio.

La solución digital al filtrado de audio

Actualmente, los filtros con operacionales están pasados de moda. La opción moderna para construir filtros de audio es el filtrado digital. Básicamente, consta de un microprocesador programado para medir el ancho de ondas individualmente. Por ejemplo, una onda de 700 Hz tiene un ciclo de 1,43 milisegundos. El filtro digital mide la altura y los anchos de los ciclos de la señal. Si los ciclos son de la longitud deseada, el filtro reconstituye la onda, y toda onda que sea más corta o más larga es ignorada. Para conseguir la representación más exacta de la onda original se utilizan algoritmos matemáticos de integración. En la práctica, un filtro digital pasabanda de un solo Hercio es fácil de construir, pero es difícil sintonizarlo con el mando de tu VFO. Por ello, el paso de banda de un filtro digital suele ser ajustable. Cuando el ancho es bastante ancho, por ejemplo 200 Hz, la sintonización no es complicada. Sin embargo, la precisión de un filtro digital, puede ser tan selectiva como desees.

Concluyendo

El diagrama de bloques anterior muestra el receptor que construí. Monté el filtro contra interferencias comerciales de la banda de AM en una caja aparte, para poderlo utilizar con otros receptores. Con el conmutador conecto el filtro de 700 Hz cuando lo necesito. Si lo utilizas en fonía de banda lateral, eliminarás mucho ruido, pero la calidad de la voz será muy pobre. Las estaciones de AM pueden ser sintonizadas, pero se escuchará un obvio pitido. Este pitido se produce porque las emisiones en AM incluyen una portadora fija comparable a la señal de telegrafía. Para deshacerse del pitido, debes colocar el VFO de manera que no haya frecuencia de audio de diferencia entre la portadora y tu VFO. Cuando consigues esto, el pitido desaparece y escuchas el audio de la banda lateral.

¿Así? ¿Has conseguido que funcione el receptor? Si estuviéramos en el año 1935, todos tus amigos de radio tendrían celos de tu capacidad. Desgraciadamente, para los tiempos modernos es una especie de juego. Es adecuado para la escucha de onda corta y para CW mediante un operador experimentado. Yo lo he usado con el transmisor del capítulo 6 para hablar con amigos de otros estados. Espero que esto me haga convertirme en un experimentado operador. Los novatos lo pueden utilizar siempre que la banda no esté muy llena, ya que tiene mucha sensibilidad pero poca selectividad.

ATRAS