El receptor superheterodino

agosto 29, 2024 on 4:29 pm | In colección, hist. fotografía, radio, tv y vídeo | Comentarios desactivados en El receptor superheterodino

Adolfo García Yagüe | En la Primera Guerra Mundial se comprobó como el uso de las telecomunicaciones representaba una ventaja en el escenario bélico, por esta razón, para contrarrestar o aprovecharse de las comunicaciones por radio que hacía el enemigo, asistimos a los albores de la guerra electrónica. Aunque existen antecedentes en la confrontación que tuvo lugar entre Rusia y Japón (1905-1906), y también en la guerra ítalo-turca (1911-1912), es en la Gran Guerra donde se inicia esta doctrina militar teniendo presente, además, que el término “electrónica” acababa de nacer y hace referencia al control que se hace de los electrones dentro del tubo termoiónico o triodo (1907).

Escuchar las trasmisiones del adversario y adelantarse a sus movimientos teniendo en cuenta sus comunicaciones, ocultar estas, descifrar mensajes, la radiogoniometría o la identificación de la posición del rival a partir de sus emisiones, perturbar sus frecuencias de comunicación o, guiar hacia objetivos -en noches cerradas- a los torpes dirigibles alemanes que pretendían emplearse como bombarderos, fueron algunas de las primeras misiones de los ingenieros de trasmisiones. Uno de aquellos ingenieros fue Edwin Howard Armstrong (1890-1954) quien, en 1917, tras la entrada en la Gran Guerra de EE.UU. sirvió con el grado de Mayor en el legendario Signal Corps y, cuya misión conocida, fue la de rastrear las comunicaciones del enemigo.

El joven Armstrong llegó a Europa avalado por su experiencia en el mundo de la radio tras inventar el circuito regenerativo y, mientras estaba destinado en París, su principal ocupación fue mejorar la sensibilidad y selectividad de los equipos para lograr la escucha de las comunicaciones alemanas emitidas en alta frecuencia. Recordemos que los primeros triodos tenían dificultades para amplificar señales superiores a 3 megahercios (100 metros). Evidentemente, esta limitación también era sufrida por la parte contraria y condujo en 1919 a la invención del tetrodo por el alemán Walter Schottky (1886-1976).

La línea de trabajo de Armstrong se basaba en el fenómeno de heterodinación o la mezcla de dos señales de frecuencia diferente de la que resulta una tercera de frecuencia inferior. Este comportamiento era conocido y el primer intento en aplicarla a las comunicaciones inalámbricas fue hecho en 1901 por Reginald Aubrey Fessenden (1866-1932). Años más tarde, Lucien Lévy (1892-1965), quién en 1917 era el responsable del laboratorio de radio telegrafía militar situado a los pies de la Torre Eiffel, trabajó con la heterodinación con el fin de ocultar una señal de audio fuera del rango audible y, posteriormente, modular una portadora de alta frecuencia. Por su parte, Armstrong avanzó en la idea de bajar la frecuencia de una emisión del enemigo a una región intermedia que fuese fácilmente amplificable con los triodos disponibles. Por último, hay que recordar que, en el bando contrario, estas ideas también estaban en la cabeza del citado Schottky y de Alexander Meissner (1883-1958).

En noviembre de 1918, tras la firma del Armisticio de Compiègne, se daban los primeros pasos para poner fin a la primera contienda mundial y nuestros protagonistas se apresuraron en patentar las aplicaciones desarrolladas en torno a la heterodinación. Armstrong fue el primero en obtener la patente en EE.UU. el 30 de diciembre de 1918 y, cuyos derechos explotación, serían vendidos a la Westinghouse en 1920. Meses antes, también en 1918 y en Alemania, a Schottky se le había concedido una patente. Por su parte, Lévy ya había presentado una solicitud de patente en 1917 en Francia y argumentaba que Armstrong le había robado el concepto mientras estuvo destinado en París… En este sentido, parte de sus reivindicaciones fueron reconocidas en EE.UU. y, a pesar de estas diferencias, Lévy ya había alcanzado un acuerdo con la AT&T lo que allanaba el camino para que la Radio Corporation of America (RCA) pudiera comercializar un futuro receptor superheterodino con las patentes de Westinghouse y los derechos que controlaba la AT&T. Recordemos que en sus comienzos la RCA es una sociedad en la que participaban General Electric (GE), AT&T y Westinghouse con sus respectivas patentes en tecnología radio además de aportar sus capacidades industriales, como las de GE, para la fabricación del equipo que nos ocupa.

 

RCA Radiola Superheterodyne AR-812
Aunque en 1920 el concepto de la heterodinación estuviese claro, la realización práctica de un receptor con fines comerciales quedaba distante. Como hemos comentado en textos anteriores, en aquellas fechas todavía no se había desarrollado el servicio de radiodifusión que hoy conocemos y, fabricar un equipo doméstico que funcionase con más de dos o tres triodos era impensable. Estos motivos permitieron a Armstrong y a su ayudante, Harry William Houck (1896-1989), contar con unos años para ir perfeccionando el circuito de heterodinación, ajustar la cantidad de triodos empleados, optimizar el consumo eléctrico y que, aquel futuro receptor, fuese fácilmente sintonizable.

Houck y Armstrong

Como explicábamos, la ventaja más evidente de la heterodinación es que permite amplificar frecuencias fuera del rango de operación del triodo cuando la señal que se pretende escuchar es trasladada a una frecuencia inferior, es decir mejora la Sensibilidad del receptor. Es importante destacar que esta frecuencia de destino siempre será la misma y la llamaremos Frecuencia Intermedia (FI). En el empleo de esta FI reside otra de las ventajas de la heterodinación al permitirnos utilizar unos transformadores de acople optimizados solo para esa frecuencia intermedia en lugar de para una banda completa como, por ejemplo, la de onda media. Esta optimización de los transformadores para “dejar pasar” una única frecuencia (FI) lleva consigo que las siguientes etapas de amplificación solo amplificarán la emisora que está siendo trasportada en esta FI, es decir, hemos incrementado la Selectividad.

El primer receptor comercial superheterodino que diseñaron Armstrong y Houck fue el RCA Radiola Superheterodyne AR-812 (1924) y, repasando su circuito, identificamos sin dificultad un oscilador local, elemento clave de un circuito heterodino (ver zona de triodo T2). Este oscilador genera una frecuencia que puede ser modificada a través del condensador variable C3, etiquetado como Station Selector II. En el caso del AR-812, se genera esta frecuencia de heterodinación a partir del segundo armónico de la frecuencia fundamental (ver Wikipedia). En este triodo T2 también se produce la mezcla entre la frecuencia de la emisora a escuchar y la frecuencia de heterodinación y, cuyo resultado, es una resta de frecuencias igual a la Frecuencia Intermedia (FI). Por lo tanto, T2 está funcionando en modo réflex o dúplex al desempeñar dos funciones.

Ahora dirijamos nuestra atención al comienzo del circuito. Allí, tras captar la emisora deseada a través del circuito de sintonización y su condensador variable C1 denominado Station Selector I, entregamos la señal de radiofrecuencia (RF) a T1 donde es amplificada junto con la señal FI procedente de T2. Como podemos apreciar, este triodo también trabaja en réflex para lo cual se apoya en el trafo A2 que únicamente permite el paso de la FI, y el condensador C2 sólo RF. A continuación, desde T1 parten dos señales, pero el trafo A1 solo permitirá el paso de RF mientras que la señal de FI solo podrá recorrer su primario para llegar hasta el trafo A3 que está ajustado para permitir únicamente el paso de la FI al triodo T3 donde es amplificada.

Al igual que en la etapa previa, A4 solo permite el paso de la FI a T4 que actúa como detector para extraer la señal de audio. A continuación, A5 solo permite el paso de la señal de audiofrecuencia para ser amplificada en T5 y, de igual forma, en A6 y T6. Tras estas etapas ya estamos en condiciones de reproducir la señal en unos auriculares o altavoz, respectivamente.

A tratarse de un diseño que se apoya en las capacidades réflex, el AR-812 cuenta con 6 triodos en lugar de 8. Estos triodos son del modelo UV-199, que fue diseñado y fabricado por General Electric, pero etiquetado y comercializado como RCA Radiotron. Estos triodos eran de lo mejor que en aquel momento se podía utilizar en un equipo de consumo. Su corriente de filamento era de solo 0.06 amperios y 3 voltios, y su tensión de placa se situaba en 45 voltios para detección y 90 voltios como amplificador. Por este motivo, con sus 86 centímetros de largo y cerca de 20 kilogramos de peso, el AR-812 se posicionó como un equipo “portable” ideal para ser alimentado con baterías.

Ahondando en las interioridades del AR-812 diremos que tiene una antena de cuadro integrada lo que facilita la citada portabilidad, unos condensadores variables, etiquetados como Station I y II, reóstatos para el control de volumen y amplificación y… poco más… RCA se preocupó en ocultar los detalles de este equipo frente a la competencia. Para ello construyó el equipo alrededor de una caja de metal, o catacumba, donde se conectan los mencionados triodos y, en su interior se ocultan los transformadores de acople sumergidos en una capa de resina.

Volviendo a los condensadores variables que están a la vista, el ajuste de este equipo se inicia con el giro de Station Selector I. Recordemos que con este control sintonizamos la emisora que queremos escuchar, por lo tanto, tenemos que situarlo en el punto donde creemos o sabemos que se está emitiendo (por ejemplo, en el 25 del dial). A continuación, nos dirigimos a Station Selector II y lo fijamos a una posición próxima a 25 (15, por ejemplo) y, suavemente, giramos en sentido del reloj y, al aproximarse a 25, empezará a recibirse la emisora deseada. En resumen: lo que hemos hecho es fijar la frecuencia de la emisora a escuchar (Selector I) y, a continuación, hemos ido modificando la Frecuencia Intermedia (Selector II) hasta que esta ha sido compatible con los trasformadores A2, A3 y A4.

La calidad de la recepción ofrecida por el RCA Radiola AR-812 era inmejorable y, a pesar de contar con un oscilador interno, no generaban las mismas interferencias que los regenerativos ya que el usuario solo actuaba sobre la frecuencia heterodina (Selector II), no en su amplitud, permaneciendo está muy baja. Como dato curioso y para hacernos una idea de esta calidad, su precio en 1925 era de 269 dólares y, ese mismo año, un coche Ford T costaba 260 dólares.

Los otros superheterodinos
La adopción a esta tecnología por parte del resto de fabricantes fue gradual y, quizás, esta lentitud tuvo que ver con el estricto control que hizo la RCA sobre sus patentes. Digo esto porque sorprende, por ejemplo, ver como Radio Stanislas, un pequeño fabricante francés, presentó un equipo superheterodino en 1927, pero, a la vez encontramos que en 1930 Philips seguía produciendo equipos, como el costoso (y pesado: 21,5Kg) Modelo 2511, basados en amplificación tradicional, eso sí, con tetrodos.

De lo que no cabe ninguna duda es que pocos inventos han tenido una longevidad similar a la heterodinación permaneciendo, aun hoy, en la base de la mayoría de receptores de radio ajena al cambio que supuso pasar de tubos de termoiónicos a transistores y, posteriormente, a circuitos integrados y, sin importar tampoco, si la modulación está basada en amplitud (AM) o en FM (frecuencia).

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Receptor réflex De Forest D-10

agosto 3, 2024 on 5:39 pm | In colección, hist. fotografía, radio, tv y vídeo | Comentarios desactivados en Receptor réflex De Forest D-10

Adolfo García Yagüe | Al comienzo de la segunda década de Siglo XX, mientras decenas de fabricantes se apresuraban en adquirir de la Westinghouse una licencia que les autorizase a fabricar y comercializar un receptor regenerativo, Lee De Forest (1873-1961) tenía las puertas cerradas a esta innovación. La razón, a modo de escarmiento, era consecuencia de su intento de reivindicación años atrás de la patente de Edwin Howard Armstrong (1890-1954). Por otro lado, también a raíz de su disputa con John Ambrose Fleming (1849-1945) y su representada la Marconi Wireless, y tras saltarse el acuerdo que le obligaba a informar de la contabilidad relativa a la venta de triodos, una sentencia le impedía fabricar audiones hasta noviembre de 1922, momento en el que expiraba la patente del diodo termoiónico de Fleming.

Para intentar romper el bloqueo en el que se encontraba, la De Forest Radio Telephone & Telegraph comercializó algunos receptores que podían ser fácilmente reconvertidos en regenerativos mediante pequeños cambios hechos por el usuario. Aquella argucia no tardó en chocar con la justicia y no prosperó. Otra maniobra fue adquirir en 1922 la compañía Radio Craft y hacer uso de su licencia para fabricar equipos regenerativos. Una vez más los abogados de la Westinghouse salieron al paso recordando que estas licencias no eran trasferibles. Afortunadamente, tras la compra de Radio Craft se mantuvo en su puesto a su fundador Frank M. Squire quien, para eludir las repetidas obstrucciones, propuso diseñar un receptor de radio totalmente diferente a lo conocido y basado en triodos Audion.

La propuesta de Squire era desarrollar un receptor de gran capacidad de amplificación y, a la vez, emplear pocos triodos en su diseño. Para ello recurrió a los servicios de William H. Priess quien, durante su estancia en la US Navy, trabajó en un circuito de un único triodo con el que se amplificaban simultáneamente dos señales de frecuencia diferente (radiofrecuencia y audio). Esta técnica de amplificación se conoció como réflex o dúplex y se basaba en la amplificación lineal que ofrece el triodo en ambas regiones: alta y baja frecuencia. Realmente, esta idea ya había sido presentada por los alemanes Wilhelm Schloemilch (1870-1939) y Otto von Bronk (1872-1951) en una patente de 1914 y, posteriormente, fue mejorada en 1917 por el francés Marius Latour.

De Forest D-10
Este equipo fue presentado en Nueva York en marzo de 1923 y empleaba cuatro triodos audion DV-2 (filamento 5V y 0,25A) o DV-6 (6V y 0,75A). En cambio, si se pretendía ahorrar baterías y ganar en portabilidad, se recomendaba el uso de triodos DV-1 (1,5V y 0,2A). El D-10 era una evolución del modelo D-7 de tres triodos DV-1 presentado en octubre de 1922. Por su parte, el D-7A también venía equipado con tres triodos DV-6A (6V y 0,3A) y es de febrero del ‘23.

En los receptores D-7, D-7A y D-10 destaca su antena de cuadro orientable para ganar más selectividad. Esta mejora contrasta con su pobre etapa de sintonía, fiando su capacidad a las diferentes etapas de amplificación radio y a la configuración manual de bandas que se hace mediante la sustitución de sus transformadores radio.

Como se ha comentado, el D-10 cuenta con cuatro triodos que, al tratarse de funcionamiento réflex, se corresponde con 6 etapas de amplificación actuando de la siguiente manera: Tras orientar la antena de cuadro y, simultáneamente, sintonizar la estación deseada mediante los condensadores variables de tuning (ajuste grueso) y vernier (fino), la señal de radiofrecuencia elegida llegará al primer triodo (T1) donde se amplifica y gana en sensibilidad. A continuación, esta señal pasa del primario al secundario del transformador de acople A1 (cuyo núcleo es de aire) y de ahí a la segunda etapa de amplificación réflex T2. Tras esta etapa la señal puede tomar el camino a través de B1 y B2. En nuestro caso, al tratarse de una señal de alta frecuencia, solo se cursará a través de primario de B1 (núcleo aire) y B2, con núcleo de hierro, representa una barrera. A continuación, el triodo T3 (réflex) vuelve a amplificar la señal radio y, a través de C1 (núcleo aire), llegamos hasta el elemento detector que, sorprendentemente, está basado en un cristal de galena. De ahí al primario y secundario de A2 (hierro), mientras que A1 (aire) es una barrera para esta señal de baja frecuencia. En T2 (réflex) la señal de audiofrecuencia también se amplifica y recorre el primario de B1 (trafo de núcleo de aire) pero no logra pasar a su secundario llegando hasta el primario de B2 y su secundario (trafo hierro). De ahí se vuelve a amplificar en T3 (réflex). La salida de esta etapa recorre el primario de C1 y, como se trata de una señal de baja frecuencia, no llega a su secundario. En este punto estaríamos en disposición de hacer una escucha con auriculares, pero, para lograr más volumen y, si el usuario tiene desconectados sus auriculares, se cierra un circuito y se deriva la señal al primario del trafo de acope C2 desde donde la señal de audio es amplificada en el triodo T4 antes de atacar a un altavoz o altoparlante.

La manipulación de este receptor de onda media no era fácil y, a las dificultades de ajuste que supone trabajar con dos controles para la sintonía y otros dos de amplificación, hay que añadir el intercambio necesario de transformadores para fijar la banda de trabajo. Para este propósito el usuario tenía a su disposición un set de cinco trafos y una tabla donde se indicaba la posición que tres de ellos debían ocupar en el circuito en función de la banda deseada. Por último, a estas dificultades había que añadir el uso de un detector de galena y su bigote de gato que, en mi opinión, tenía que ver con alguna de las muchas disputas que tenía abiertas De Forest impidiéndole utilizar un triodo como detector. A su favor, y a diferencia de los receptores regenerativos, el D-10 era un equipo que no generaba interferencias.

En agosto de 1924, tras algo más de un año en el mercado, el D-10 fue modificado por Priess para mejorar el circuito de sintonía de la primera etapa amplificadora y así ganar en selectividad. Aquel nuevo equipo se llamó D-12. Tras acabar su trabajo Priess abandonó la compañía y se aseguró un contrato de pago de royalties por cada unidad vendida. Para ocupar su puesto Lee De Forest contrató a Roy Alexander Weagant (1881-1942) quien prosiguió con los rediseños añadiendo un quinto triodo para funciones de detección y, así, prescindir de la galena (abril 1925). No conforme con estos cambios, y con los almacenes repletos, volvió a rediseñar el D-12 para prescindir totalmente del funcionamiento réflex y así perjudicar a su ahora competidor, Priess… Imaginaros las pérdidas millonarias y la desconfianza que esto generaba entre los vendedores del D-12 y sus clientes, significando, en cierto modo, el declive de De Forest como empresario del mundo de la radio.

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