¿Quieres saber como funcionan las radios a lámparas?
¿Quieres aprender a repararlas?

 

Para empezar, sería bueno que visitaras el siguiente enlace de la foto para conocer un poquito  la apasionante historia de la radio.

Transmisor

Una vez hojeada la historia de la Radio, para mí cabe destacar 2 personajes, que son:

Guillermo Marconi                y                Edwin Armstrong.

Fotografía Guillermo Marconi         Fotografía Edwin Armstrong.

Pinchando en las fotos, accederás a sus respectivas biografías.

Llegados a este punto y sin querer entrar en detalle sobre como se propagan las ondas electromagnéticas a traves del éter y dando por supuesto que ya se sabe (y sino está san Google para algo), pasaremos a detallar los tipos de receptores más comunes:

Receptor de galena - Este receptor fue uno de los primeros en existir y hoy en día está totalmente en deshuso, excepto para el experimentador nostálgico o novicio.

Su funcionamiento es sencillo, pues consta de un simple circuito sintonizado (LC) y un detector, sus principales virtudes son: Sencillez, limpieza de sonido y que se alimenta de la propia energía del emisor (no usa pilas ni fuente de alimentación), por contra sus defectos son: Poca sensibilidad, poca selectividad y poco rendimiento en audiofrecuencia. A continuación puedes ver un ejemplo de dicho circuito en su forma más básica, pinchando sobre él, accederás a su página de procedencia, donde se habla mucho y bien de este tipo de circuitos:

Radio de galena.

La bobina y el condensador variable (circuito tanque LC) hacen que el circuito resuene a la misma frecuencia que el transmisor (ésta se altera moviendo el cursor del condensador o variando la inductancia de la bobina), una vez en resonancia, entra en accion el detector, llegados a este punto cabe decir, que ya no se usa el detector construido con piedra de galena y que éste se ha sustituido por un detector de germanio (diodo de germanio), que es mucho más sensible y barato que el de galena, dicho esto , queda claro que el nombre correcto de este circuito es receptor de germanio y que el llamarlo radio de galena no es más que una costumbre tradicional y nostálgica.

El diodo por si mismo, no es capaz de eliminar por completo la radiofrecuencia (desde ahora la llamaremos RF), por ello, se ayuda del condensador de la derecha, éste deja pasar la radiofrecuencia (enviándola a tierra) y retiene la audiofrecuencia, esto sucede porque su capacidad retiene la tensión continua que llega a sus extremos durande una mínima fracción de tiempo, sufucientemente larga como para neutralizar los rápidos cambios de fase de la RF, pero suficientemente corta para no afectar a los de audiofrecuencia (desde ahora la llamaremos AF).

Nota: El circuito descrito anteriormente, solo es capaz de detectar la modulación en amplitud (desde ahora la llamaremos AM), ésta y la modulación en frecuencia (desde ahora la llamaremos FM), son las únicas que trataremos en este artículo y en especial la primera, ya que son las utilizadas en radiodifusión, por lo tanto son las que nos interesan.

Receptor de amplificación directa - Este circuito también llamado de radiofrecuencia sintonizada está basado en el anterior, pero en lugar de ser pasivo, es activo, consta de uno o varios circuitos sintonizados en cadena que cuentan con una válvula o un transistor, cada uno para incrementar ganancia, esto los convierte en algo más selectivos (por llevar varios circuitos LC, cuantos más mejor) y mucho más sensibles, el secreto de este circuito es conseguir la ganancia justa para no saturar al paso siguiente y siempre hay que tener en cuenta que lo ideal es poca ganacia y muchos pasos sintonizados, así se logra una selectividad mayor (mayor Q). Éste receptor se montaba en circuitos comerciales en los años 20 y 30, por lo que para los coleccionistas de radios antiguas es de tener en cuenta, aunque el más utilizado, es el superheterodino que veremos más adelante.

Nota: Dado que los circuitos amplificadores, principalmente por capacidades internas de las propias lámparas, tienden a oscilar, hay una variante de este circuito llamada Receptor neutrodino que incorpora un neutralizador capacitivo intercalado entre la rejilla y el secundario del transformador del paso siguiente, esta mejora se debe al profesor Louis Alan Hazaltine.

¿Qué es el factor Q? Pincha aquí para saberlo.

He aquí un ejemplo de dicho circuito:

Receptor de radiofrecuencia sintonizada.

En el esquema se puede apreciar el doble circuito sintonizado, el primero es el marcado como "AMP. RF" y el segundo es el "DETECT." que además de amplificar la RF, actúa como detector por reja, esto hace que en la placa de dicha lámpara la señal presente sea ya AF, con la que a través de un condensador de acoplo atacamos el paso final de AF en su reja primera, este último marcado como "AMP. BF", entrega la energía (el audio) ya amplificada al altavoz, por medio del transformador de acoplamiento (nótese que BF y AF es lo mismo, pues baja frecuencia y audiofrecuencia, en los circuitos aquí tratados son palabras análogas). La válvula inferior marcada como "RECTIF", es la rectificadora a doble diodo, que se encarga de convertir la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC o DC) y que asociada a sus componentes periféricos, forman la fuente de alimentación. Es importante familiarizarse con ella, pues es similar en la mayoría de receptores a lámparas, a excepción de los llamados universales, que suprimen el transformador para ahorrar costes, esto posibilita la utilización de CA o CC indistintamente, pero su masa o tierra (chasis) va normalmente conectada a un polo de la linea eléctrica y esto puede ser peligroso.

A continuación puedes ver un ejemplo de dicha fuente:

Rectificador universal con Válvula 25Z5

El punto A se usa para alimentar todas las lámparas en serie, o sea, una después de otra, estas pueden tener un voltaje cualquiera, siempre que la suma de todas no exceda la tensión de la red eléctrica, pero el consumo de sus filamentos debe ser idéntico o bien de forma natural o por medio de resistencias en paralelo (este último sistema se usa poco). luego de sumar todos los voltajes se le suele intercalar una resistencia para absorver la tensión sobrante, el valor se obtiene simplemente aplicando la ley de Ohm. en nuestro ejemplo ésta es de 200 Ohmio. El punto B es la salida de AT (alta tensión) y éste suele rondar los 250 voltios en CC.

Receptor reflex - Este receptor es igual que el de amplificación directa, puede tener tantos pasos como se quiera y después de la detección, donde ya solo hay BF se produce la particularidad de que ésta vuelve a ser inyectada al último amplificador de RF que esta vez actúa como preamplificador de audio. Este sistema nos ahorra un paso en BF que además en el caso de las lámparas conlleva una disminución relativamente notable en el consumo, ya que nos evitamos el caldeo de filamentos de una lámpara, en los circuitos SOLID STATE (a transistores), este ahorro no es significativo. En todo caso es un sistema poco recomendable y poco utilizado, ya que por razones técnicas que no voy a enumerar para no extenderme, el asignarle dos tareas distintas a un mismo circuito hace que su rendimiento sea algo menos fiable, además de los posibles problemas de ruidos y pitidos que pueden causar una realimentación inadecuada. Este circuito apenas ha sido usado en circuitos comerciales. En mi opinión es mejor que cada paso cumpla con su misión y nada más.

Puedes ver un ejemplo a continuación:

Esquema receptor Reflex.

La señal procedente del ánodo de V1, es aplicada a través de T2 al ánodo de V2 que la rectifica y junto a P1, que actúa como regulador de volumen y C5 la convierten en BF, luego esta señal se retorna a la grilla de V1 por medio de T1, esta lámpara amplifica tanto la RF que viene de la antena a través del primario de T1, como la BF que retorna de V2, por lo tanto en su ánodo aparecen ambas señales, la primera sigue su camino hacia el detector y la segunda es aplicada al altavoz por medio de T3 después de pasar por el primario de T2 que actúa como filtro pasa bajos, es decir, que cuando llega a T3 la RF, está practicamente suprimida. Este circuito es a modo de ejemplo, ya que el rendimiento del altavoz es pequeño por falta de excitación, es obvio que dicho altavoz podría ir precedido de uno o varios pasos amplificadores, incluso el transformador podría sustituirse por otro sistema de polarización y acoplamiento, por ejemplo una resistencia y un condensador.

Receptor regenerativo - Este tipo de receptor, también llamado receptor a reacción, fue inventado por el señor Edwin Armstrong, como no podía ser de otro modo, constituyó un gran avance en lo que a sensibilidad y selectividad se refiere, además puede detectar indistintamente señales de AM y FM y como veremos más adelante, también las de CW, a cambio, su calidad de audio es inferior, a causa de la realimentación que lo caracteriza, además dicha realimentación lo convierte en radiante, por lo que es buena idea incorporarle un paso preamplificador de RF, con lo que además de aumentar su sensibilidad, evitaremos interferir a otros dispositivos.

Consiste en un paso sintonizado activo (similar al de los circuitos anteriores), al que se le añade una realimentación en RF (al contrario del Reflex, ésta no está detectada), dicha realimentación, suele consistir en un devanado extra que convive con el de antena (primario) y el de sintonía (secundario) que toma una porción de la señal de RF amplificada y la reinyecta por inducción al secundario, mezclándose con la de la antena que proviene del primario, el secreto de estos receptores consiste en controlar el nivel de realimentación, pues si es muy grande, el circuito entrará en oscilación y si es muy pequeña, no causará el efecto deseado, normalmente se ajusta fisicamente a una distancia tal, que por medio de un control de reacción, que puede ser por capacidad (condensador variable) o por tensión de polarización (resistencia variable) se obtenga un margen suficiente para conseguir un rendimiento óptimo, además, si se ajusta en un punto ligeramente oscilante, se podrán detectar las señales de CW (continuous wave), o sea, las transmisiones de morse por el método de la interrupción de la onda electromagnética continua. este ajuste siempre conviene que esté en el panel de control, ya que su  correcta calibración depende de muchos factores de los que destacamos los siguiente:

Carga de antena.

Frecuencia de trabajo.

Intensidad de la seña recibida.

El ajuste de la reacción genera un característico silbido y aun ajustándolo con precisión, éste, no se elimina por completo, de ahí, el apunte anterior sobre la pérdida de calidad de audio. El aumento en sensibilidad es obtenido por la múltiple realimentación de la señal y el aumento de selectividad es porque al amplificar muchas veces una señal pasando ésta cada vez por un filtro LC, se produce un rechazo de las frecuencias adyacentes, por el mero hecho de no ser amplificadas. Por último , la señal es detectada y ya está lista para excitar al amplificador de audio correspondiente.

Este circuito se ha usado en aparatos comerciales, pero no es probable que nos encontremos con muchos, es muy interesante construir uno para ondas cortas y experimetar con él.

Puedes ver el siguiente ejemplo a continuación:

Circuito receptor Regenerativo

Como se puede observar, éste es el ejemplo perfecto de regenerativo, ya que dispone de preamplificador de RF y paso amplificador de audio, en el detector regenerativo (lámpara 6J7) se puede apreciar en la parte superior, la bobina de regeneración, así como el control de dicha regeneración ( en este caso capacitivo) que consiste en un condensador variable (C11) que atenuará en mayor medida cuanto mayor sea su capacidad, el poder radiante de la bobina regenerativa. Este condensador se podría sustituir perfectamente por un potenciómetro que controlase la polarización de la rejilla pantalla y esto constituiría otro de los más clásicos sistemas utilizados para el control de la regeneración. La detección se realiza gracias al elevado valor de R4 y la colaboración del condensador que tiene en paralelo para rechazo relativo de la RF, esto le da una pobre polarización a la reja, variando tanto la amplificación de la válvula (Detección en AM), como la frecuencia (detección en FM) por simpatía con la señal recibida. Logicamente estas variaciones aparecen en forma de audio mezclado con RF en la placa de la lámpara, dicha RF es terminada de eliminar por el choque de radiofrecuencia CH.

Hay una variante muy común en estos circuitos que consiste en aplicar la regeneración por la misma bobina de sintonía y así suprimir el devanado usado a dicho efecto, esto se logra derivando el cátodo a una toma intermedia de la bobina de sintonía, proporcionando una leve realimentación a la rejilla.

Puedes ver esta variante en el siguiente ejemplo:

Receptor Regenerativo Katodino

En este caso el autor a optado por controlar la regeneración variando la polarización (tensión) de la rejilla pantalla (potenciometro R2).

Receptor superregenerativo - Se trata de una evolución del receptor regenerativo y es casi tan antiguo como su predecesor, pero por motivos que veremos después, no se le encontró utilidad hasta el nacimiento de la VHF (muy alta frecuencia, rango comprendido entre los 30 y los 300 Mhz.), quedando por aquel entoces, como mero descubrimiento científico. Para variar, tambien es obra del señor Armstrong.

Imaginamos que él debió pensar "que lástima no poder aumentar la regeneración a su máximo exponente, así conseguiría todavía un rendimiento mayor, casi rozando el umbral de la amplificación de la lámpara", pero eso a priori, era imposible, ya que una regeneración total significaba que el circuito entraría en oscilación y su propia señal al ser mucho mayor que la que viniese por la antena, no permitiría recepción alguna, la solución que encontró fue, dejar el circuito en oscilación e interrumpir ésta ciclicamente, dejando al circuito en una conmutación constante de corte/saturación (en ingles quenching), en realidad, dicha señal de extinción, debe ser de una frecuencia tal, que no pueda ser audible y que no permita que el circuito llegue al punto de oscilación, esta frecuencia, aun sin ser crítica, suele estar situada alrededor de 100 Khz., También es sabido que ésta debe guardar cierta proporción con la señal a recibir y que en frecuencias inferiores a 30 Mhz. debería rondar las frecuencias audibles (de 20 a 20.000 Khz.). Por este motivo y por otros más complejos, no es aconsejable usarlo en frecuencias inferiores a 30 Mhz., además los armónicos generados por el oscilador de interrupción (éste es el nombre correcto a usar), dificultarían su uso en frecuencias donde estos pudieran llegar. La oscilación de interrupción, comunmente es generada por la misma lámpara detectora, pero también se puede generar aparte, esto tiene la ventaja de que da más estabilidad al circuito, pues esta oscilación no se ve alterada por factores, como por ejemplo la carga de la antena o la variación de sintonía del receptor, evitando así, puntos muertos en la sintonía, cosa que en el sistema de auto interrupción, es un calvario evitar y por contra tiene el inconveniente de complicar el circuito, con lo que éste pierde su gracia original de magnífica relación rendimiento/sencillez. Su estabilidad en frecuencia, al igual que el regenerativo común, es mediocre y su selectividad también, aunque algo mejor que el regenerativo, pero en sus tiempos se consideraba buena comparada con los circuitos anteriores y suficiente para los usos a que se destinaba, además esta falta de selectividad (poco Q) podía ser ventajosa, pues compensaba la relativa inestabilidad en frecuencia. Al legar la FM de banda estrecha (NFM), el uso de éstos receptores se volvió inviable, pero para recepción aeronaútica y exploración experimental de la VHF, sigue siendo un circuito muy atractivo. Hoy en día es todavía usado para algunos circuitos comerciales tales como, algunos mandos a distancia, Walkies de juguete, etc.

Ejemplo de receptor Superregenerativo auto interrumpido (Self quenching):

Esquema Receptor Superregenerativo 

Como puede observarse, la regeneración es capacitiva (C2) que junto a R1 se encargan también de la detección, esta configuración tiene un fuerte acoplamiento, lo que facilita llevar el circuito al punto de oscilación, si por ejemplo R1 que es de varios megaohmios se llevase a masa y se sustituyese por otra de unos 15k ohmios, manteniendo R3 (control de regeneración) con el cursor a positivo, convertiriamos este receptor en un emisor, que añadiéndole algunos pequeños cambios, podría incluso ser facilmente modulado. Hay muchos transceptores antiguos de VHF que funcionan con este sistema, por lo demás, es similar al regenerativo comun, excepto la oscilación de interupción, pero.. ¿Como se genera dicha interrupción?.

Si montamos un receptor regenerativo común, observaremos que al aumentar la regeneración, éste empieza a silbar, esto se debe a que además de regenerarse la RF, también se regeneran frecuencias menores, que en función de sus valores capacitivos e inductivos, pueden ser, o no, del orden audible. Pues bién, si se calculan los valores convenientemente y se "juega" con la polarización del ánodo y aunque no tan importante, si se desea, también con la de la reja (como en nuestro ejemplo), esta realimentación se puede llevar a valores cercanos a los deseados (100 Khz. aprox.) y así conseguir que el circuito se auto interrumpa, en otras palabra, podemos construir dos osciladores en uno.

A continuación podemos ver un ejemplo de un circuito con interrupción independiente:

Circuito Superregenerativo con interrupción independiente.

Aquí la única diferencia radica en el circuito inferior, que genera la señal de interrupción y ésta es aplicada al detector polarizando su ánodo, cabe destacar que en caso de utilizar un péntodo en lugar de un triodo como detector, es mas eficaz, aplicar la interrupción a la rejilla pantalla, en la práctica, tanto un sistema como el otro, lo que hacen es modular el detector, como si de un emisor de AM se tratase, pero a 100 Khz., cuando los ciclos son positivos, el detector "oscila" y cuando son negativos, entra en corte "interrumpe la oscilación del detector".

Receptor superheterodino - Se trata sín duda alguna, del mejor receptor inventado jamás, hoy en día se ha perfeccionado mucho, se le ha añadido filtros, segundas y terceras conversiones, circuitos digitales, etc. Pero en esencia, sigue siendo el mismo y es el comunmente utilizado en la mayoría de circuitos. Como no podía ser de otro modo, una vez más, lo inventó Edwin Armstrong en 1918.

Para comprender su funcionamiento, es indispensable conocer un principio llamado heterodinaje y basicamente es el siguiente:

Al superponer dos señales (llamémoslas A y B) no lineales (señales oscilantes), se obtienen cuatro señales que son A, B, A+B y A-B. Así que por ejemplo si superponemos una señal de 5 Mhz. con otra de 15 Mhz. Obtendremos 5 Mhz., 10 Mhz., 15 Mhz. y 20 Mhz. El acto de superponer dichas señales se conoce como heterodinaje o batido.

Una vez que conocemos este fenómeno, vamos a imaginarnos al receptor de amplificación directa descrito anteriormente. Este receptor sería perfecto, ya que puede dotarse de gran selectividad y sensibilidad, tiene una estabilidad en frecuencia casi perfecta y se le puede implementar el tipo de detección que uno quiera facilmente (AM, FM, SSB, etc), pero, entonces, ¿Por qué no lo es?. Basicamente por dos razones:

1ª - Para que tenga una magnífica sensibilidad y una estupenda selectividad, éste debe contar con varios pasos amplificadores, estos, al estar sintonizados, para variar su frecuencia de resonancia (sintonía), deben variar a la vez, con lo que hay que montar algún dispositivo en tándem, generalmente capacitivo, hecho que lo complica mecanicamente y lo convierte en algo crítico de ajustar. De esto se puede deducir, que si este receptor se diseña para trabajar en una única frecuencia, este problema no existirá.

2º - Aun usándolo para una única frecuencia, el comportamiento del receptor variará, en función de la frecuencia elegida. Así, si la frecuencia es muy baja, tendremos un Q mayor, que en ocasiones podría resultar excesivo, pues la fonía y las transmisiones de datos digitales, precisan un mínimo de ancho de banda, si por el contrario la frecuencia es elevada, tendremos poca selectividad y además los sistemas comunes de detección, no dan buenos resultados en dichas frecuencias.

De estas razones deducimos que el receptor de amplificación directa perfecto, es aquel que además de trabajar en una sola frecuencia, ésta corresponde a la más adecuada a nuestras necesidades, por ello nació el circuto intercambiador de frecuencia que junto al amplificador sintonizado resonando a la frecuencia adecuada, forman el superheterodino.

Echemos un vistazo al siguiente diagrama de bloques:

Receptor Superheterodino-Diagrama de bloques.

Desde el primer paso de FI (frecuencia intermedia) hacia la derecha, es exactamente igual que un receptor de amplificación directa, pero sintonizado a una frecuencia fija generalmente menor que la del propio receptor. En la entrada de dicho paso se halla un circuito mezclador que se encarga de batir dos señales, una proveniente de la antena a través de un circuito sintonizado (éste suele ir amplificado) y la otra de un oscidador local. ¿Y cómo funciona todo esto?.

Lo explicaré con un ejemplo práctico:

Supongamos que queremos construir un receptor capaz de sintonizar en un rango de frecuencias comprendido entre 5 y 20 Mhz. Para ello construiremos un circuito sintonizado que pueda variar a través de un condensador variable, entre dicho margen. Luego decidiremos la FI a utilizar que en este ejemplo y en muchos circuitos modernos es de 455 Khz. (0.455 Mhz.). El oscilador local puede trabajar por encima o por debajo de la frecuencia a recibir, en nuestro ejemplo, estará por debajo. Pues bien, como 5 - 0.455 = 4.545 y 20 - 0.455 = 19.545 tenemos que nuestro oscilador local debe oscilar en un margen comprendido entre 4.545 y 19.545 Mhz. El condensador variable del oscilador local y el del circuito sintonizado (amplificador de RF), conviene estén montados en tándem. Si por ejemplo sintonizamos nuestro receptor a 10 Mhz. pasará lo siguiente:

1º - La frecuencia real a recibir (10 Mhz.) llegará hasta el mezclador, pero será rechazada por el amplificador de FI, pues está muy alejada de los 455 Khz. de la la FI.

2º - La frecuencia del oscilador local (9.545 Mhz.) llegará hasta el mezclador y por la misma razón anterior, será rechazada.

3º - La suma de ambas frecuencias (19.545 Mhz.) también será rechazada por el amplificador de FI.

4º - La resta o diferencia de las dos señales (10 - 9.545 = 0.455) producto del batido producido en el mezclador, al llegar a la FI, será admitida, amplificada y detectada, de este modo hemos conseguido convertir una frecuencia comprendida en nuestro ejemplo entre 5 y 20 Mhz., en otra constante y así hemos comprendido el funcionamiento básico de un superheterodino.

A continuación puedes ver el esquema de un superheterodino:

Esquema Receptor Superheterodino

La lámpara inferior es la rectificadora y las cuatro superiores de izquierda a derecha son:

1 - 1/2 Amplificadora de RF y mezcladora o conversora ( héxodo de la lámpara).

1 - 2/2 Oscilador local (triodo de la lámpara).

2 - Amplificadora de frecuencia intermedia (generalmente alrededor de 470 Mhz. para radios a lámparas).

3 - 1/2 Diodo detector (esta señal tambien se usa para el G.A.C. (control automático de ganancia).

3 - 2/2 preamplificadora de audio (triodo de la lámpara).

4 - amplificadora de audio.

Para radios que dispongan de FM, la FI comunmente es de 10,7 Mhz., ésta generalmente es puesta en serie con la de 470 Khz., ya que por su baja inductancia, no afecta a su funcionamiento y esta última, es puenteada por el conmutador de bandas, cuando seleccionamos FM en el receptor.

Para acabar este artículo, te ofrezco un organigrama básico de reparación de receptores superheterodinos a lámparas, está pensado para el novicio y me he decidido a hacerlo, porque en la red no he encontrado nada similar y creo que puede dar un empujoncito al aficionado, para iniciarse en este apasionante mundillo.

Nota: Este organigrama está en PDF, con lo que tienes que tener instalado el Acrobat Reader. Pincha en la imagen para verlo o descargarlo.

Organigrama reparación radios.

Alternativamente puedes verlo en JPG desde aquí , pero es preferible en PDF, ya que lo he desarrollado con gráficos vectoriales.