Para obtener una comprensión básica de las operaciones de radio y televisión, primero veremos un receptor de radio simple. Este receptor de radio consta de porciones pequeñasantena, tierra, circuito tanque, diodo, filtro y altavoz o casco.
Principio de funcionamiento del receptor de radio.
yo Figura 1, hay tres estaciones de radio, cada una de las cuales transmite en una longitud de onda diferente. Cada estación transmite una señal de radio que consta de una onda portadora y una señal de audio. La estación 1 transmite en AM 920, la estación 2 en AM 1460 y la estación 3 en AM 1040.
Antena
Las ondas de radio de las tres estaciones entran en contacto con la antena del receptor de radio. La antena convierte las señales de radio en corriente alterna, que se envía arriba y abajo de la antena al suelo. El circuito de la antena está acoplado al circuito del tanque por inducción mutua.
Figura 1. Una simple radio de cristal puede recibir señales de radio AM y convertirlas en sonido.
circuito del tanque
El circuito del tanque consta de un inductor y un condensador variable conectados en paralelo. Como sabemos, un inductor y un capacitor conectados en paralelo tendrán una frecuencia resonante.
Mediante el uso de un condensador variable, puede cambiar la frecuencia de resonancia del circuito del tanque hasta que coincida con la frecuencia de la estación deseada.
Por ejemplo, si quiere sintonizar la emisora 1, se cambia el capacitor hasta que la frecuencia de resonancia del circuito tanque sea igual a 920 kHz. Si se adopta una frecuencia de 920 kHz, la caída de voltaje será la mayor en el circuito del tanque.
Las otras frecuencias (1040 estación 3 y 1460 estación 2) no causarán una gran caída de voltaje en el circuito del tanque.
un detector
El detector rectifica la señal de radio en una señal pulsada continua. El condensador de filtro resuelve la alta frecuencia de la parte de audio de la señal de radio.
El diodo detector y el capacitor de filtro son necesarios para convertir la frecuencia de transmisión y la señal de audio en sonido reproducible en auriculares.
La descripción anterior puede parecer sencilla, y es que se trata del funcionamiento sencillo de un receptor de radio. La radio descrita se llama receptor de radio de cristal.
Una vez construido correctamente en el laboratorio, puede recibir y escuchar algunas estaciones. El desempeño de esta radio, sin embargo, es extremadamente pobre para los estándares actuales.
Las radios y televisores de hoy en día funcionan con los mismos principios que se acaban de describir, pero son un refinamiento significativo del paquete de cristal.
Tenga en cuenta que no hay batería u otra fuente de alimentación convencional para esta radio. Primero, analicemos la fuente de energía de esta radio.
ondas de radio
Una onda de radio es una radiación electromagnética producida por una corriente alterna que pasa a través de una antena.
Una antena transmisora está rodeada de radiación electromagnética. En el estudio del electromagnetismo, hemos aprendido que un conductor que transporta una corriente eléctrica está rodeado por un campo magnético. En un campo magnético creado por una corriente alterna, el campo se expande, disminuye y cambia de polaridad dependiendo de la frecuencia.
Un oscilador puede producir corrientes alternas de alta frecuencia que, cuando se conectan a una antena, producen una onda de radio. En general, la onda de radio es una radiación electrostática de energía producida por un circuito oscilador.
El campo electrostático es perpendicular al campo electromagnético. Ambos se alejan de la antena. Por lo tanto, una onda de radio se compone de campos electromagnéticos y electrostáticos. Mira Figura 2. La dirección de radiación de estas ondas, relativa a la tierra, se llama polaridad.
yo imagen 3 las ondas son radiadas desde una antena vertical. Tenga en cuenta que las ondas electrostáticas, o E, están en el mismo plano que la antena, pero perpendiculares a la dirección de viaje. Las ondas polarizadas verticalmente son perpendiculares a la superficie terrestre.
Figura 2. La relación entre las ondas electrostáticas y electromagnéticas. Son perpendiculares entre sí y ambos son perpendiculares a la dirección de viaje.
Imagen 3. Una antena vertical emite una onda polarizada verticalmente.
yo Figura 4, la onda es emitida por una antena horizontal. Siempre es perpendicular a la dirección de viaje pero es paralela a la superficie de la tierra.
En general, la antena que recibe estas ondas debe colocarse de la misma manera que la antena transmisora. A altas frecuencias, la polarización cambia ligeramente a medida que se mueve la onda.
Figura 4. Una antena horizontal emite una onda polarizada horizontalmente.
¿Significa todo esto que la antena transmisora emite dos ondas? La respuesta es que el otro no puede existir sin uno.
Un campo electrostático en movimiento produce un campo electromagnético en movimiento, y del mismo modo un campo electromagnético en movimiento produce un campo electrostático en movimiento. Estas condiciones existen ya sea que un conductor real esté presente o no.
Las ondas radiadas por una antena se pueden dividir en dos grupos. Estas son ondas de tierra y ondas de cielo.
ondas de tierra
Una onda de tierra sigue la superficie de la tierra hasta el receptor de radio. Una onda de superficie tiene tres partes:
- La onda superficial.
- La onda directa, que sigue un camino recto desde el transmisor hasta el receptor.
- El suelo refleja una onda, que golpea el suelo y luego es reflejada por el receptor.
Las dos últimas ondas se combinan y se llaman onda espacial. Las ondas que componen la onda espacial pueden o no llegar al receptor en el orden correcto. Pueden encontrarse o anularse entre sí, dependiendo de qué tan lejos haya viajado cada ola.
Las estaciones de transmisión confían en la onda de superficie para comunicaciones confiables. A medida que la onda superficial viaja a lo largo de la superficie terrestre, induce corrientes en la superficie terrestre. Estas corrientes consumen la energía contenida en la onda. La onda se vuelve más débil a medida que aumenta la distancia que recorre.
Una nota interesante es que el agua salada conduce las ondas superficiales unas 5000 veces mejor que la tierra. Las comunicaciones de ultramar son muy fiables cuando los transmisores están cerca de la costa. Estas estaciones usan alta potencia y operan en frecuencias por debajo de la banda de transmisión normal.
olas del cielo
El segundo tipo de onda radiada es una onda del cielo. Las ondas del cielo utilizan la capa ionizada de la atmósfera terrestre para su transmisión. Esta capa se llama la ionosfera. Se encuentra entre 40 y 300 millas sobre la superficie terrestre. Se cree que está compuesto por una gran cantidad de iones positivos y negativos.
Cuando la onda del cielo se irradia, golpea la ionosfera. Algunas de las ondas pueden ser absorbidas en la ionosfera. Pero algunos rebotarán en la capa y regresarán a la superficie de la tierra. Mira Figura 5.
Figura 5. Las ondas del cielo rebotan en la ionosfera y regresan a la superficie terrestre.
Principio de funcionamiento del transmisor de radio
Cualquier oscilador producirá ondas de radiofrecuencia. Cuando el oscilador está conectado a un sistema de antena, envía energía a la atmósfera. La amplitud aumentará la amplitud de la onda del oscilador para que impulse un amplificador de Poder ultimo.
Transmisor de onda continua
En el diagrama de bloques se muestra un transmisor simple de onda continua (CW). Figura 6. El primer bloque es el oscilador de cristal tradicional, luego el amplificador de potencia final. Se proporciona una fuente de alimentación para el oscilador y el amplificador de potencia final.
Imagen 6. Diagrama de bloques que muestra las diversas etapas de un transmisor de radio básico de onda continua.
Como resultado de la acción de la Figura 6, el oscilador crea una onda sinusoidal alterna a la frecuencia deseada. Este signo se llama el onda portadora. Luego, la onda portadora es amplificada por el amplificador de potencia de radiofrecuencia (RF) a la potencia de salida deseada.
Se requiere una fuente de alimentación para proporcionar los voltajes y la corriente necesarios para operar el oscilador y el amplificador de potencia de RF. Luego, la salida se transmite a una antena. Desde allí, la energía se envía por el aire en forma de ondas electromagnéticas.
Tenga en cuenta que un transmisor CW envía energía sin un mensaje de audio o video. El transmisor CW tiene solo dos estados, encendido o apagado. ¿Cómo puede ser útil este tipo de transmisor? Al agregar un interruptor, el transmisor se puede encender y apagar siguiendo un código. Por ejemplotal transmisor podría usarse para enviar mensajes en código Morse, Imagen 7. Imagen 8 enumera el conjunto de caracteres para enviar mensajes en código Morse.
Imagen 7. Transmisor de onda continua con llave de telégrafo. Tenga en cuenta la interrupción en la forma de onda de RF que indica un interruptor abierto en este punto.
Imagen 8. Descarga la serie de caracteres en código Morse.
El transmisor CW básico conmutado o modulado se puede mejorar colocando un amplificador de búfer entre el oscilador y el amplificador de RF.
El amplificador de búfer aísla el oscilador del amplificador de RF y evita que se desplace de la frecuencia deseada. También proporciona cierta amplificación de la onda portadora.
Muchos transmisores CW usan multiplicadores de frecuencia para aumentar la frecuencia producida por el oscilador base. Estos circuitos multiplican la onda portadora por dos (doble) o por tres (triple). Estos circuitos funcionan según el principio de los armónicos en la frecuencia portadora fundamental creada por el oscilador.
Una frecuencia fundamental es una frecuencia fundamental producida por el oscilador. Una frecuencia armónica es un múltiplo de la frecuencia fundamental.
Micrófonos
¿Cómo se convierte una onda sonora en una onda eléctrica? Tus cuerdas vocales envían vibraciones a través del aire. Estas ondas viajan a todos dentro del rango de audición.
Un micrófono convertirá estas ondas sonoras en ondas sonoras eléctricas de la misma frecuencia y amplitud relativa. Los micrófonos a veces se llaman transductores. De hecho, transforman una forma de energía (vibración del aire o mecánica) en energía eléctrica. Figura 9 muestra un micrófono integrado en una cámara de vídeo.
Figura 9. Esta videocámara está equipada con un micrófono estéreo. (Sony Electronics Corp.)
microcarbonos
Un diagrama de un micrófono de carbono se muestra en Imagen 10. Los gránulos de carbón se envasan en un recipiente pequeño. Las conexiones eléctricas están hechas en todos los lados.
Un transformador y una pequeña batería están conectados en serie con el carbón. Un diafragma está unido a un lado del recipiente. Este diafragma a veces se llama botón.
Imagen 10. En un micrófono de carbón, las ondas de sonido cambian la resistencia del circuito.
Las ondas de sonido golpean el diafragma (botón) y hacen que los gránulos de carbón se compriman o empujen. Esto cambia la resistencia del carbono.
Una resistencia variable hace que fluya una corriente variable a través del botón de carbón y el primario del transformador. La salida es una corriente que varía a la misma frecuencia que las ondas sonoras que actúan sobre el diafragma.
El micrófono de carbón es un dispositivo muy sensible. Tiene una respuesta de frecuencia de hasta aproximadamente 4000 Hz. Esto es útil para la comunicación de voz, pero no para la reproducción de música. Proporciona una buena respuesta para las frecuencias previstas. Un micrófono de carbono no es direccional, lo que significa que captará el sonido de todas las direcciones.
microcristales
El segundo tipo de micrófono utiliza el efecto piezoeléctrico de ciertos cristales. Esto se llama un micrófono de cristal. Cuando las ondas de sonido golpean un diafragma, la presión mecánica se transfiere al cristal. Doblar o doblar el cristal crea una ligera tensión entre sus superficies. Este voltaje tiene la misma frecuencia y amplitud relativa que la onda de sonido, Imagen 11.
Los micrófonos de cristal tienen una respuesta de frecuencia de hasta 10 000 Hz. Son sensibles a golpes y vibraciones. Deben manipularse con cuidado.
Imagen 11. La presión mecánica se utiliza para producir energía eléctrica. El micrófono de cristal aprovecha el efecto piezoeléctrico.
Micrófono dinámico
Un micrófono dinámico, o micrófono de bobina móvil, se dibuja en Imagen 12. Cuando las ondas de sonido golpean el diafragma, impulsan la bobina móvil hacia adentro y hacia afuera. La bobina móvil está rodeada por un campo magnético constante.
Cuando la bobina se mueve, se induce un voltaje en la bobina (descubrimiento de Faraday). Este voltaje inducido hace que fluya una corriente a una frecuencia y amplitud similar a la onda de sonido que causa el movimiento. Tiene una respuesta de frecuencia de hasta 9000 Hz. Es direccional y no requiere voltaje externo para operar.
Imagen 12. Micrófono dinámico. Las ondas sonoras eléctricas son producidas por una bobina que se mueve en un campo magnético.
Micrófono de condensador
Un micrófono de condensador funciona según el principio de la capacitancia. Su construcción es similar a la de un condensador, formado por dos placas separadas por aire.
Una placa es rígida y la otra es móvil. Cuando las ondas de sonido golpean la placa en movimiento, la distancia entre las dos placas cambia, cambiando la capacitancia del micrófono.
La capacitancia variable del micrófono hace que la señal de audio se reproduzca de manera similar en frecuencia y amplitud. El micrófono de condensador es muy sensible en comparación con otros tipos de micrófonos.
Micrófono de velocidad
Un micrófono de alta calidad, llamado micrófono de velocidad, se fabrica suspendiendo una cinta de metal corrugado en un campo magnético.
Las ondas de sonido que golpean la cinta directamente hacen que la cinta vibre. Cuando la cinta corta el campo magnético, se induce un voltaje.
Las conexiones apropiadas en los extremos de la cinta llevan el voltaje a los terminales. Este voltaje varía según la frecuencia y la amplitud de las ondas de sonido entrantes.
El micrófono de velocidad es un micrófono ligeramente sensible con una respuesta superior a 12 000 Hz. Al usar este micrófono, el orador debe hablar cara a cara o pararse a unas 18 pulgadas de distancia. De lo contrario, se crea un efecto de "boom".
Modificación
Cuando enciendes la radio o la televisión, esperas escuchar música y voces que entiendes. Las señales del transmisor CW no significan nada para la persona promedio.
Para comprender un mensaje, una onda de sonido se combina o superpone con una onda portadora. Mira Imagen 13.
El proceso de combinar una onda de sonido con una onda portadora se llama modulación.
Los micrófonos convierten las ondas de sonido en ondas eléctricas, las amplifican y luego las combinan con la onda de radio CW.
Imagen 13. Ondas portadoras y ondas moduladas resultantes. A–Modulación de amplitud, o AM. b– Modulación de frecuencia, o FM.
La modulación de amplitud ocurre cuando la amplitud de las ondas de radio CW cambia a la velocidad de la frecuencia de audio. La modulación de amplitud se llama AM.
En el segundo método, la frecuencia de la onda de radio cambia a la velocidad de la frecuencia del sonido. Esto se llama modulación de frecuencia o FM.
La Parte A muestra la modulación de amplitud de la onda portadora. La Parte B muestra la modulación de frecuencia de una onda portadora.
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