T.P. Nº9: Recepción de FM

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El TDA7000 incorpora todo lo que un receptor superheterodino requiere para su funcionamiento: una etapa de entrada de RF, un mezclador, un oscilador local, un amplificador/limitador de frecuencia intermedia y hasta un circuito de mute incorporado para silenciar el ruido de banda en caso de no recibir ninguna señal.
El canal de frecuencia intermedia se constituye con amplificadores operacionales configurados en un circuito que permite obtener una FI de 70Khz de banda de paso, con muy buena amplificación y selectividad, siendo necesarios sólo algunos capacitores para ajustar el ancho del canal de FI y su correcta amplificación.
La señal de Rf llega al receptor de FM a través de la antena y es filtrada mediante el filtro formado por los dos capacitores a la entrada de antena y la bobina L, dicha bobina es una bobina impresa, es decir construida mediante pistas del circuito.
La señal de radio una vez filtrada es conducida hacia el TDA7000, el cual demodula la señal, bajando la señal de radiofrecuencia a la F.I.
El circuito de sintonía está formado por dos bobinas y un diodo varicap DV, el cual es un diodo cuya capacidad varía al variar la tensión aplicada entre sus terminales.
La frecuencia que queremos sintonizar es seleccionada por un potenciómetro mediante una resistencia que conduce diferentes niveles de tensiones, las cuales varían la capacidad del diodo varicap, haciendo así que se desplace la frecuencia de sintonía para, de esta forma, seleccionar la emisora deseada.
El utilizar un diodo varicap obliga a alimentar el circuito mediante la tensión estabilizada, pues si la tensión varía, modificaría la tensión de sintonía y el receptor cambiaría de frecuencia sintonizando otra emisora.
Una vez que la señal es demodulada y seleccionada mediante el circuito de sintonía, es decir, una vez obtenida la señal de audio, esta es conducida, mediante un condensador de paso hasta la etapa separadora y la parte decodificadora para que tenga una salida de audio stereo.

luego la señal es amplificada:

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Se debe ser prudente al realizar escuchas en esta porción del espectro debido a que está prohibido escuchar las conversaciones privadas de terceras personas (entre los 46Mhz y los 50Mhz).
Alimentación: bateria de 9V
Banda de frecuencia: en este caso, 88 - 108 MHz
FI (ya dicha anteeriormente): 70KHz

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El TDA7000 es un circuito integrado ideal para iniciarse gracias a su encapsulado DIP de 18 pines que permite una manipulación sin cuidados especiales. Sin embargo, en su época también existió en el mercado la versión SMD de este dispositivo con la característica TDA7010T. Más adelante, se agregó el TDA7021T, también de montaje superficial, pero con la posibilidad de brindar una audición estéreo. Por último, Philips incorporó el TDA7088T, que también era monoaural y que tenía la particularidad de disponer de un interruptor de búsqueda automática de sintonía (scan), lo que simplificaba aún más la tarea de búsqueda de emisoras y favorecía así la miniaturización del receptor final.
Según la hoja de datos del dispositivo, se puede obtener buenos resultados desde 1,5 Mhz hasta los 110Mhz, pero la realidad nos indica que es posible trabajar un poco más arriba en frecuencias. Lo primero que aparece en escena es la actividad en la banda de los 11 metros (27Mhz) que puede permitir escuchar estaciones transmisoras ubicadas a más de 1000 kilómetros gracias al salto que caracteriza a este tipo de frecuencias favorecidas por el rebote en las capas altas de la ionosfera. Luego, viene la porción asignada a los radioaficionados en 10 metros, donde se suelen escuchar muchas estaciones amateurs intercambiando datos técnicos y comentarios en general.
Más arriba, entre los 46Mhz y hasta los 50Mhz se puede encontrar las transmisiones provenientes de los teléfonos inalámbricos domésticos. A pesar de que muchos han pasado a la tecnología de los 900Mhz, existe un alto porcentaje de equipos trabajando aún en esta porción del espectro radioeléctrico. Se debe ser prudente al realizar escuchas en esta porción del espectro debido a que está prohibido escuchar las conversaciones privadas de terceras personas.
De allí y hasta los 72 Mhz se oye el audio de los canales bajos de TV para luego entrar en las frecuencias específicas de radiocontrol que ocupan un ancho de 4 Mhz compartiendo el espacio con otros servicios. Después, viene la aplicación más popular del TDA7000, de la que pueden disfrutar todos: la recepción de emisoras comerciales en la banda de 88Mhz a 108Mhz (objetivo del artículo). Por último, a partir de los 136Mhz, y hasta donde los circuitos de RF del TDA7000 nos lo permitan, se puede escuchar una infinita variedad de servicios de comunicaciones punto a punto que pueden deleitar y entretener durante largas horas. Un ejemplo de esto es recepcionar los satélites meteorológicos de órbita baja (LEO) en los 137Mhz y visualizar las imágenes satelitales en el ordenador en tiempo real (próximo objetivo).

Grafico de las frecuencias en las que trabaja el TDA7000

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Se obtiene la información de los 2 canales con un el integrado LM1800 de National Semiconductors. el Circuito se alimenta con una tensión de +12Volts con una corriente menor a 100mA. El LED "Stereo" se enciende cuando una señal ingresa al integrado y éste la decodifica exitosamente. La señal en la entrada es desacoplada en continua para que solo pase la componente de AF. Como es un circuito simple, es de bajo costo y es muy facil de armar en un protoboard o placa de proyectos.

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Un demodulador de FM en cuadratura (a veces llamado un detector de coincidencia) extrae la señal de información original, de la forma de onda de IF compuesta, multiplicando a dos señales en cuadratura (90º fuera de fase). Un detector de cuadratura utiliza un desplazador de fase de 90º y un detector de producto para demodular las señales de FM. El desplazador de fase de 90º produce una señal que esta en cuadratura con las señales de IF recibidas. El circuito sintonizado convierte las variaciones de frecuencia a variaciones de fase y el detector de producto multiplica las señales de IF recibidas por la señal de IF desplazadas en fase.

La señal entrada IF (vi) se multiplica por la señal en cuadratura (vo), en el detector de producto, y produce una señal de salida que es proporcional a la desviación de frecuencia. A la frecuencia resonante, la impedancia del circuito tanque es resistiva. Sin embargo, las variaciones en la frecuencia en la señal de IF producen un desplazamiento adicional de fase positiva o negativa. Por lo tanto, el voltaje de salida del detector de producto es proporcional a la diferencia de fase entre las dos señales de entrada y se expresa matemáticamente como:

V_Salida = V_i .V_o = [V_i sen (ω_i . t + θ)] . [V_o cos (ω_o . t)]

Procediendo trigonométricamente para el producto de onde de seno y coseno de igual frecuencia:

V_Salida = Vi.Vo [sen (2 ω_i . t + θ) + sen θ]

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La segunda armónica (2 ω_i) se filtra, dejando:

V_Salida = Vi.Vo sen θ

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Conclusiones:

Vimos como trabaja un receptor superheterodino comercial (en nuestro caso TDA700) y explicamos sus etapas, y su señal luego sería convertida a estéreo y finalmente amplificada. Vimos como realiza esta operación de decodificación mono-estéreo. Analizamos un circuito detector de cuadratura y sus procesos de demodulación. Vimos que para recuperar la señal del mensaje con la menor distorsión se deben establecer unas mejoras en el proceso de demodulación. Encontramos algunas semejanzas entre un receptor de AM y uno angular. Finalmente vimos como trabaja un demodulador de FM con PLL.