Consideraciones acerca de la inclusión de un detector de producto para la recepción de SSB en un receptor de AM

La inclusión de un detector de producto (PD) en un receptor de AM es mucho más que la simple inclusión de la circuitería específica del detector en sí mismo; implica tener en cuenta la diferente filosofía de diseño de un oscilador de batido (BFO) para uso en telegrafía que la de un oscilador de batido asociado a un detector de producto (BFO-PD) para uso en SSB; así como la de un control autómático de ganancia (AGC) para AM que la de un AGC para SSB.

Una correcta asociación BFO-PD-AGC permite además que el S-Meter funcione tanto para AM como para SSB. En los receptores con recepción de SSB por BFO normalmente el S-meter queda desconectado junto con la línea AGC, el motivo es que la inyección de tensión BFO pasaría a la línea AGC silenciando la recepción, y hay otro motivo colateral: Las variaciones de tensión de un AGC de diseño clásico causarían intestabilidad en el oscilador maestro del mezclador.

Un BFO para telegrafía es concebido para producir simplemente una nota de batido, por lo que no es necesario que dicho BFO sea capaz de proporcionar potencia, sino simplemente la tensión adecuada para heterodinarse con la señal morse de entrada y dar la nota de batido mediante un acoplo débil. Un BFO para un detector de producto debe seguir los criterios de diseño de un mezclador: el acoplo ya no es tan débil y debe dar un nivel de salida suficiente para que la mezcla con la señal de entrada tenga eficiencia dando así claridad en la demodulación. El BFO asociado a un PD debe de quedar lo suficientemente aislado del detector para que ninguna carga producida pueda afectarle, un BFO "dominado por un detector" hará que una señal de SSB nunca se clarifique. Además, el nivel de inyección de la señal del BFO en un mezclador es capital para comprender su eficiencia: un nivel bajo producirá falta de sensibilidad y resolución; un nivel demasiado elevado producirá bufido excesivo y distorsión con generación de frecuencias espúreas.

Otro punto muy importante a tener en cuenta es la diferente naturaleza de una señal de AM con una señal de SSB. La señal de AM posee frecuencia portadora, es decir, posee una tensión alterna que esta en relación directa con la información contenida en sus bandas laterales; es una señal de "peso fijo declarado". La señal de SSB no posee frecuencia portadora, idealmente cuando no se habla por el micrófono en un transmisor de SSB el resultado debería de ser CERO (no es así debido al ruido de fondo); es una señal de "peso variable pulsante". Por ello, la potencia SSB se define como PEP o "pico a pico de envolvente": es el equivalente en RF a una "señal" (sonido) humana. Todo esto es de especial relevancia en lo que concierne a un circuito que es esencial en un receptor de comunicaciones: el AGC, el control automático de ganancia, también llamado control automático de volumen (AVC). Para SSB el AGC debe de estar diseñado para procesar una señal que no tiene un valor de referencia (la portadora), por lo que debe de construir una tensión de control sólo con la referencia de la envolvente de la banda lateral recibida. Eso crea un problema importante que debe ser resuelto con eficacia si se quiere recibir la señal de SSB con la misma comodidad como si fuese una señal de AM. El "truco" para ello consiste en crear una tensión de equivalencia y luego controlar su lapso para así ajustarse a la naturaleza pulsante de la señal de SSB. Hay otro sistema de crear una tensión de referencia proporcional a la señal recibida, es el llamado "AGC de audio", que consiste en convertir la señal alterna de AF en una tensión contínua equivalente amplificada.

Como consecuencia de todo lo anterior, en un proyecto de mejora de recepción SSB, es mucho más importante estudiar las posibilidades de expansión del AGC y evaluar el nivel de salida del BFO que instalar un detector de producto, ya que si éste no recibe ayuda efectiva del AGC y la inyección de BFO no es suficiente se habrá hecho mucho trabajo para nada. Entonces, para la inclusión de un detector de producto en un receptor de AM/CW deberemos tener en cuenta:

• Que el control automático de ganancia se adapte al diseño del detector de producto y a la ganancia global del receptor.
• Que el diseño del detector de producto se adapte al diseño del receptor (operativa, mandos externos, espacio interno).

Prioridades de diseño:

1. Que la salida del BFO tenga capacidad de potencia (BFO a pentodo).
2. Que el AGC tenga capacidad de controlar niveles muy diferentes de señal (AGC largo, muy importante). Si esto se da junto con lo anterior no será estrictamente necesario incluir un detector de producto en el receptor.
3. La última prioridad para recibir SSB en un receptor es precisamente el detector de producto. Este tipo de detector es necesario cuando la señal del BFO es de poca potencia (triodo), pero si el AGC es corto tampoco solucionará nada. El detector de producto funcionará correctamente con una configuración mínima de triodo + AGC medio/largo; sus ventajas se notarán cuando la señal del BFO sea mas bien justa, pero no muy justa, por sí mismo sólo da la ventaja de necesitar menos señal de BFO y mantener bajo control la distorsión por intermodulación.

En este caso se trataba de diseñar un detector de producto que no añadiera conexiones de conmutador, aprovechara el mismo zócalo del tubo detector (miniatura) y se integrara "naturalmente" en el diseño de origen del receptor. Para ello tenía que encontrar un tubo doble triodo miniatura adecuado.

Buscando en el catálogo de tubos miniatura escogí el tubo E92CC →

El esquema de este detector se parece mucho al tipo "doble triodo", pero tiene una modificación clave que lo hace diferente y posibilita su uso como detector combinado: la inversión de las entradas de señal y BFO.

Esto por un lado causa que lo que constituye el detector de producto sea unicamente una parte triodo, pero por otro lado posibilita que con simplemente cancelar la entrada de señal del BFO por el catódo compartido se convierta en un detector de AM por placa.
 

Específicamente, esta inversión convierte al detector en :

• Un seguidor catódico, que hace de "buffer" del BFO, y que adapta su salida de forma integrada con el detector a través del cátodo común del tubo. Conviene que este paso trabaje en clase "A".
• Un detector por placa. Este detector servirá tanto para la AM como para SSB/CW y debe trabajar en clase "B" (en el punto de corte).

Por lo tanto, y teniendo en cuenta el diseño del tubo (cátodo común), hay que escoger los valores adecuados de voltaje de placa para que se cumpla este funcionamiento diferente con la misma tensión de cátodo.

El detector por placa amplifica la señal, pero por contra es poco sensible a las señales débiles, y además hay que evitar la producción de corriente de rejilla para prevenir la distorsión. El mejor sistema es emplear un tubo de resistencia interna moderada (8300 ohmios para la E92CC) con alto potencial en placa (165 a 185 voltios) y una polarización suficiente para reducir la corriente anódica a un mínimo absoluto (la polarización normal en una E92CC son -1,7 voltios, pero se la hace trabajar entre -5,7 y - 6,2 voltios por medio de una resistencia de cátodo elevada de 2700 ohmios, con lo que la corriente de placa se acerca a casi cero en estático tal como se muestra en el cuadro de arriba). La corriente anódica sube con el ciclo positivo de la señal y queda reducida a casi cero en el ciclo negativo. Cuando el BFO esta conectado se produce en el ciclo conmutativo positivo el producto de la señal de entrada y la señal del BFO, el tubo "se abre" debido a la entrada de señal de batido procedente del BFO, y se produce un incremento de sensibilidad en SSB de forma automática al aprovecharse la amplificación del detector. En AM no existe esa inyección del BFO, por lo que la amplificación es mucho menos evidente, además, la resistencia de cátodo no está desacoplada por lo que también contribuye a un cierto nivel de reacción negativa, pero ello tiende a corregir la distorsión inherente a este tipo de detector con señales fuertes, el único detector que puede funcionar sin distorsión con señales fuertes es el detector a diodo.

Ver entrada en reja y salida en placa (sin filtrar) de la detección en AM.

Para el diseño de este detector de producto se ha partido de un criterio inicial de nivel de amplificación teniendo en mente la falta de sensibilidad de la banda 10-30. Para ello se ha escogido un valor de 100K para la resistencia de carga del detector (valor medio-alto para tener mayor amplificación). Luego, haciendo variables las resistencias de carga del seguidor catódico y la de cátodo, se ha comprobado mediante osciloscopio y voltímetro su funcionamiento. Los valores adecuados fueron 2K2 para la resistencia de placa del seguidor catódico (formando su red de desacoplo, 225 voltios en placa) y 2K7 para la resistencia de cátodo común (pivotando en los 6 voltios, AM/SSB). Como se puede ver, su funcionamiento coincide con las características de uso del tubo. Al coincidir con una curva bastante "tumbada" hace que el detector funcione a alta impedancia, con un consumo mínimo, no provocando efectos de carga ni sobre el secundario del transformador de IF, ni sobre la línea de alimentación; muy justa de capacidad de carga en este receptor, ya que lleva un transformador poco dimensionado.

Su funcionamiento es el siguiente: Las entradas del circuito son el cable blindado proviniente de la placa del BFO y la salida activa (verde) del secundario de T11, y especificamente, el detector de producto a triodo tiene dos entradas: cátodo y reja. La señal entra por la reja y el "buffer" provee la señal de salida del BFO al cátodo (entrada por reja acoplándose a alta impedancia y reflejándose en el cátodo común a baja impedancia). La tensión de polarización del cátodo pivota en +/- influída por la tensión alterna del BFO y por la entrada se señal en reja, por lo que se produce una corrección automática de nivel mediante realimentación negativa. El detector esta polarizado en clase "B", es decir, sin un ciclo de entrada de señal positivo el tubo no conduce. ¿Cuando conducirá? Cuando la señal procedente del BFO o la procedente del secundario del transformador de FI (señal recibida), o las dos juntas sumadas algebraicamente, "abran" el tubo (reja positiva, cátodo negativo). Con ello ya tenemos el "efecto diodo" que se requiere para la detección y además la mezcla de la dos señales puestas en fase. La salida se reflejará en la placa en forma de ciclos negativos de radiofrecuencia modulada. Esa salida se procesa a través de un filtro pasa-bajos para eliminar la parte de RF dejando la AF, y ahí se sitúa la resistencia de carga que de esta forma puede amplificar una señal AF limpia. La función detectora para AM se realiza automaticamente y de la misma forma, pero sin la señal procedente del BFO, constituyendo un detector por placa con corrección automática de señal por realimentación negativa.

Para adaptar la impedancia BFO/Buffer (primera mitad de la E92CC) se ha procedido a sustituir el doble tubo 12AX7 (que hace las funciones de oscilador de batido y previo de AF), por una 12AU7 (ECC82) que equivale a dos 6C4 juntas. Los valores circuitales del BFO son perfectamente compatibles con dicho cambio. Este tubo tiene más capacidad de carga que una 12AX7 y es más adecuado para "atacar" a un detector de producto. Su impedancia de salida se adapta mucho más que la 12AX7 a la impedancia de entrada del buffer, por lo que es capaz de mantener el nivel de tensión de salida del BFO con mejor regulación (y más teniendo en cuenta que en este receptor la conexión de salida del BFO es un cable coaxial tipo RG-58A/U bastante largo). El seguidor catódico baja algo ese nivel, pero se ha recuperado incrementando el valor de acoplo con un condensador de paso de 470 pf. En estas condiciones, la tensión del BFO en el cátodo es de unos 2 voltios RF-AC. No es necesario hacer ningún cambio circuital en el BFO ya que los valores son equivalentes para ambos tubos.

En cuanto a la función de previo de AF, ambos tubos funcionan con los mismos resultados.

Limitador de Ruido de Audio

A la salida del Detector de Producto se ha asociado un recortador de picos de doble onda con diodos de germanio (OA95) en la entrada de audio, polarizado a 4,5 voltios desde un divisor de tensión con toma en la línea de alimentación estabilizada a 108 voltios por la 0B2. Al igual que el de origen, es conectable a voluntad desde el panel mediante un interruptor ON/OFF. Esta tarado para señales débiles y compacta el chisporroteo de fondo. Es muy eficaz cuando la relación señal/ruido es muy baja.

Logicamente, cuando la señal supera el nivel de tarado comienza a haber distorsión de AF (como en todos estos tipos de circuitos) pero se puede regular su nivel de definición actuando sobre el control SENSITIVITY. Para "abrirlo" más simplemente se tendría que incrementar la polarización.

1) AGC X-Multiplicado y compensado.

Teniendo en cuenta lo explicado anteriormente, se ha procedido a diseñar un AGC que compense la diferente naturaleza de una señal AM con una SSB. Se parte de la idea de construir una tensión a partir de la energía de la banda lateral, pero que esa tensión sea equivalente a la que correspondería a una señal con portadora y, alternativamente, deconstruir esa tensión en equivalencia a la portadora cuando se reciba una señal de AM.

Lo primero es determinar el punto de toma de esa tensión, el cual debe estar minimamente afectado por la inyección del BFO, pero también debe estar lo suficientemente avanzado para que tenga el máximo nivel de tensión de señal. Se ha escogido el punto de máxima ganancia separado del detector: la entrada del transformador T11, el pin 5 de la 6BA6. Sin embargo, hay que decir que este punto no está todavía lo suficientemente separado; en posición CW/SSB hay un retorno de BFO a través de T11 que se refleja en la línea del AGC y por lo tanto en el S-meter, pero sirve de ayuda para el arranque rápido del AGC durante la recepción de señales SSB.

Generación de voltaje AGC. Se ha tenido en cuenta que el acoplo del AGC en ese punto sea lo más débil posible para no afectar al Q de resonancia; por ello, el valor de acoplo consiste en un condensador de tan sólo 12 pf. Consecuentemente, se ha considerado que habría que multiplicar por 8 la tensión de RF que provee este acoplo. Para ello se han puesto en serie 4 células simples de diodos de germanio duplicadoras de tensión, cátodo a masa, con el resultado de que la tensión en cada ánodo a partir del lado de masa es 1x, 2x, 3x, 4x, 5x, 6x, 7x, 8x. Por lo tanto, el circuito tiene 8 diodos y 8 condensadores, generando una tensión incrementada adecuada a la recepción de una señal SSB. La señal AM debe ser controlada por una tensión de AGC normal, no incrementada, ya que la AM lleva portadora, la rectificación de la misma ya da voltaje suficiente, no necesita ser aumentada.

Niveles de voltaje y constantes de tiempo. A la salida del multiplicador hay un hay un filtro que realiza dos funciones: el condensador aplana la tensión contínua pulsante y una resistencia crea la constante de tiempo del AGC. La constante de tiempo debe ser lenta para SSB y rápida para AM, el voltaje debe ser alto para SSB y normal para AM. La resistencia tiene dos secciones en serie, una de 470K ohm, y otra de ese valor multiplicado casi por 5 (2M2 ohm). Es evidente que poniendo a masa sólo la sección de bajo valor dará automaticamente constante de tiempo baja y voltaje reducido, y cuando se pongan las dos en serie a masa darán constante de tiempo alta y voltaje elevado. Mediante el contacto del conmutador de funciones que va desde posición REC a CW/SSB se adecúan los diferentes voltajes y constantes de tiempo que necesitan los dos sistemas de recepción. Es decir, la igualación de equivalencia AM/SSB se realiza con dos valores de resistencia seleccionables: 1x para AM y 5x para SSB. La sección 1x hace BAJAR simultaneamente constante de tiempo y tensión para adecuarse a la AM; e inversamente, la selección 5x hace SUBIR las dos para adecuarse a la CW/SSB.

Para el control capacitivo común de constante de tiempo se ha escogido un condensador de 1 microfaradio de buena calidad, con el resultado de que el tiempo de subida en SSB es muy corto, dando como resultado un arrastre silábico muy bueno incluso con señales fuertes. El tiempo de subida queda favorecido al quedar desplazado el punto de arranque inicial por una rectificación residual de la inyección del BFO a través del transformador de FI como se ha comentado anteriormente, y el tiempo de bajada queda suficientemente retardado en todos los casos. Con este multiplicador se consigue un comportamiento del S-Meter en SSB similar a la recepción en AM, es decir el S-meter indica un nivel de portadora (reconstruída en este caso), o sea, sin movimiento rápido de la aguja, el cual es habitual en otros receptores cuando están recibiendo SSB.

El AGC FAST/SLOW se provee automáticamente dentro de la selección de funciones REC y SSB/CW, ya que la adopción del detector de producto hace que quede libre la posición de desconexión del S-meter para SSB/CW del circuito original (platina S5 front que sólo se cruzaba en AM). Esta posición de cruce se ha aprovechado para la anulación de la resistencia 5x de control de constante de tiempo extendida del AGC para CW/SSB como se explica más arriba. El cruce a masa de esta línea esta controlada desde el panel por el interruptor AVC ON/OFF. El esquema es el siguiente:

2) Modificaciones en la línea AGC (control automático) y SENSITIVITY (control manual).

Incremento de la acción del AGC en el receptor: Añadiendo un paso de FI a la cadena AGC. Se consideró seriamente mejorar la respuesta del receptor al AGC para las señales fuertes (que mostrara mas aplanamiento). Para ello había que incluir en la línea de AGC otro paso. El único candidato apto que seguía libre era el tubo V5 de FI 6BA6 asociado al S-meter (nota: aunque es posible, no es bueno aplicar AGC a las mezcladoras, ya que normalmente tiran del oscilador asociado, salvo que esté convenientemente "bufferizado"). Para disponer de circuitería adaptable a AGC se modificó el circuito del S-meter creando un comparador de voltaje estático, liberando así un paso FI para incluirlo en la línea AGC, y el paso de FI restante se convirtió en el que provee de señal al S-meter en vez de realizar la función de comparador de base. El resultado es un control del AGC sobre el receptor mucho más plano y compacto. Esta modificación implica liberar este tubo del circuito asociado al control SENSITIVITY, ya que si no se hace así, el S-meter se mueve como el de un Collins (si se reduce nivel de sensibilidad, a la izquierda, el S-meter actúa de forma inversa, a la derecha, como si el nivel de señal se hubiese incrementado), lo que no me parece apropiado.

Como ya se ha dicho anteriormente, para recibir correctamente SSB es mucho más importante mejorar la línea AGC y el nivel de salida del BFO en vez de creer que un detector de producto solucionará los problemas de recepción de este tipo de señal. El detector de producto mejora la interacción de un BFO de nivel de salida moderado con una señal SSB entrante fuerte, pero la ayuda de la línea AGC es indispensable para el tratamiento correcto (aplanación) de señales SSB en un receptor.