El radio "5+1" de AM/FM
El receptor AM/FM de 5 válvulas + un paso conversor de 1 válvula fue el diseño más popular de receptor destinado a la escucha de la Frecuencia Modulada combinada con la recepción en AM. Mediante un diseño sencillo, pero al mismo tiempo muy eficaz, fue sustituyendo al clásico receptor "musiquero" de Onda Media y Corta en los hogares. Su diseño consistió en adaptar la circuitería del receptor existente para la AM incluyéndole un paso conversor de VHF y unas modificaciones en los transformadores de FI que añadían otros bobinados de FI para la FM. Simplificando se puede decir que este radio era = a un conversor de VHF + un "radio de 5 lámparas" con diseño integrado-separado de amplificación de FI y detección. El conversor añadía una válvula más, pero si se sustituía la rectificadora por un rectificador seco el diseño se quedaba también en 5 (clic en esquema de abajo para ver esta configuración). Este tipo de superheterodino AM/FM fue muy corriente a partir de mediados de los años 60 y coetáneo del "transistor" (receptor a pilas transistorizado). La intención de esta página es definir los conceptos en que se basa y esquematizar sus partes de forma concisa.
Partes que se añaden y modifican en el clásico radio de 5 lámparas para su adaptación a la FM
Circuitería (partes)
  1. Paso de Antena a entrada de FM (Conversor de VHF): En posición FM sintoniza la señal de antena y la convierte por heterodinación a una Frecuencia Intermedia de 10,7 Mcs sirviendose de un oscilador local que genera una frecuencia resta (normalmente) de la frecuencia de la señal de antena menos el valor de resonancia del transformador de frecuencia intermedia. La sincronización de frecuencia antena/oscilador se lleva a cabo mediante un condensador variable en tándem de unos 15 + 15 pf o por permeabilidad (variación del núcleo dentro de las bobinas de RF y osciladora: PTO) con la parte osciladora desplazada de frecuencia mediante la acción de un condensador padder en paralelo con el circuito oscilante que puede estar inclúido en el mismo diseño del oscilador. Este paso define la sintonía y sensibilidad del receptor en FM. Una válvula combinada (dos en una) con una parte osciladora y otra mezcladora, usualmente UCC85 o ECC85. La eficiencia de la parte osciladora en la gama "(88 a 108) - 10,7 Mcs" de frecuencias es determinante en el rendimiento en el punto de sintonía y en la sensibilidad global de la FM. En posición AM este paso queda puenteado.
  2. Paso de Antena a entrada de OM/OC (Conversor para AM, Amplificador de FI para FM): En posición AM sintoniza la señal de antena y la convierte por heterodinación a una Frecuencia Intermedia sirviendose de un oscilador local que genera una frecuencia suma (normalmente) de la frecuencia de la señal de antena más el valor de resonancia del transformador de frecuencia intermedia. La sincronización de frecuencia antena/oscilador se lleva a cabo mediante un condensador variable en tándem o por permeabilidad (variación del núcleo dentro de las bobinas de RF y osciladora: PTO) con la parte osciladora desplazada de frecuencia mediante la acción de un condensador padder en serie con la bobina. Este paso define la sintonía, cobertura (bandas), y sensibilidad del receptor. Una válvula combinada (dos en una) con una parte osciladora y otra mezcladora, usualmente UCH81 o ECH81. La eficiencia de la parte osciladora en una amplia gama de frecuencias es determinante en el rendimiento en el punto de sintonía y en la sensibilidad global del receptor, especialmente en onda corta. En posición FM este paso se convierte en el primer amplificador de frecuencia intermedia (10,7 Mcs) por medio de la anulación de la parte osciladora mediante la puesta a masa de la reja de modulación, con lo que queda asimilada la parte heptodo a un pentodo amplificador, y la placa va conectada al primer transformador de FI.
  3. Paso Amplificador de Frecuencia Intermedia: Selecciona y amplifica la frecuencia útil resultante del heterodinaje anterior en AM o constituye el segundo amplificador de FI en FM. Es un paso muy importante en la selectividad y sensibilidad del receptor. Una válvula, usualmente UF89, EF89 o similar intercalada entre dos transformadores sintonizados a la FI, uno de entrada de acoplo al mezclador y otro de salida de acoplo al detector. Estos transformadores son de doble sección, una correspondiente a la frecuencia intermedia correspondiente para la AM (455 Kc) y la otra correspondiente a la FM (10.7 Mc), y van conectados en serie situándose el de FM en la parte de arriba activa (placa/reja) seguido más abajo por el de AM. La única precaución que hay que contemplar es evitar el acoplo capacitativo, y por ello se invierte la correlación entrada/salida, quedando que la placa queda conectada al bobinado primario superior correspondiente a la FM, y la rejilla queda conectada al bobinado secundario inferior correspondiente a la AM. También puede realizarse a la inversa. Otras combinaciones consisten en cortocircuitar y/o seleccionar bobinados dependiendo de si se está en AM o en FM (ver esquema de arriba). Estos procedimientos se utilizan sólo con el primer transformador de FI, con el segundo no es necesario ya que los secundarios quedan independientes al quedar asociados a dos circuitos detectores totalmente diferentes.
  4. Paso Detector: En posición AM extrae la información de la señal de frecuencia intermedia rectificandola y la convierte en una señal de baja frecuencia filtrando la componente de frecuencia intermedia (CA de RF de valor más elevado). Una válvula combinada (triodo - triple diodo) específicamente diseñada para ese uso, usualmente UABC80 o EABC80 (6T8) utilizando sólo un diodo de los tres existentes. Este paso tiene un circuito complementario llamado Control Automático de Volumen o de Ganancia (CAV o CAG), el cual se sirve de la parte negativa de la corriente rectificada para inyectarla en las rejillas de los tubos precedentes, controlando así su ganancia, compensando los diferentes niveles de las señales recibidas. En posición FM este paso se transforma en un detector de relación, que es sensible unicamente a las variaciones de frecuencia, las cuales quedan transformadas en una señal de baja frecuencia con la componente de FI eliminada. Para ello se utiliza la misma válvula combinada utilizándose los dos diodos restantes. Como el detector de relación proporciona una salida de tensión negativa, la cual es proporcional al nivel de la señal de entrada, se la utiliza para controlar la ganancia del paso amplificador de FI previo al detector, y para ello se inyecta esa tensión a la rejilla supresora de la válvula de ese paso.
  5. Paso Previo de Baja Frecuencia (Audio): Sin modificación con respecto al radio de 5 lámparas. Amplifica la señal de baja frecuencia preparandola para el paso de potencia. Utiliza la parte restante (triodo) de la válvula del paso anterior. En su entrada está el control de volumen.
  6. Paso de Potencia de Audio: Sin modificación con respecto al radio de 5 lámparas. Amplifica la señal procedente del paso anterior para que se pueda reproducir en un altavoz a través de un transformador de salida. Una válvula, usualmente UL84, EL84 o similar.
  7. Paso de Alimentación: Sin modificación con respecto al radio de 5 lámparas. Provee de tensión a los filamentos de las válvulas y alimentación de corriente contínua a los pasos anteriores. Una válvula, usualmente UY85, EZ80 o similar con un filtro de compensación (aplanamiento), aunque modernamente se sustituía la vávula por diodos rectificadores sólidos, con lo cual el radio se convertía en uno "de 5 lámparas" pero con FM. Este paso también dividía a estos radios en dos tipos: los llamados "universales" (podian ser conectados tanto a corriente continua como alterna, normalmente 125 voltios), y los "de transformador" para corriente alterna de 125/220 voltios. Los universales llevaban normalmente válvulas cuya primera letra empezaba por U (diferente voltaje de filamento, pero mismo amperaje para así poder ser conectadas en serie), y los de transformador llevaban válvulas cuya primera letra empezaba por E o 6 (6,3 voltios de filamento pero de diferente amperaje para asi poder ser conectadas en paralelo).
 
Ejemplo: Radio AM/FM Philips B2E14A de 125 voltios CA adaptado para uso a 230 voltios
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Este receptor lleva una mezcla de válvulas tipo "E" con tipo "U" para hacerlo más económico. La adaptación a 230 VAC requiere sustituir el autotransformador con salida elevadora para tensión B+ CC, entrada central para 125 CA, salida reductora para filamentos en serie de válvulas UABC80 (V4), UL84 (V5), UY85 (V6), y salida 6,3 de filamentos en paralelo para válvulas ECC85 (V1), ECH81 (V2), EF89 (V3), por un simple transformador de filamentos de 230 a 6,3 VCA.

Ahora la conexión para tensión CC será la rectificada directa de línea (al igual que en un radio "universal"), por un diodo rectificador de silicio montado dentro de un enchufe noval V6 (ver foto 3), con ello tendremos una línea CC B+ cercana a 250 VCC, y así ya se puede uniformizar todas las válvulas a tipo "E" (ver foto 2).

Pasar el mouse sobre "unidad FM" a la izquierda para visualizar el esquema del tuner conversor VHF con PTO (sintonía por cambio de permeabilidad). Los receptores AM/FM a válvulas son perfectamente usables en la actualidad, pero para uso cómodo se necesita que funcionen a 230 voltios. Los de sólo AM, ya sean de 125 o incluso 220 voltios, son muy pobres para uso actual debido a falta de opciones de recepción (emisoras), tanto en OM como en OC.

Materiales: 1 transformador 230/6,3 (3 A), 1 válvula EABC80, 1 EL84, y 1 rectificador de silicio cualquiera pero suficiente, por ejemplo 1N4007. Ahora todos los filamentos ya se pueden conectar en paralelo, que es la mejor conexión para filamentos. La alimentación de CC queda como la de un radio del tipo "universal", pero la salida rectificada de los 230 VCA de entrada permite hacer funcionar las válvulas tipo "E" a sus voltajes nominales, y como el autotransformador proporcionaba una linea de CC incrementada, los condensadores de filtro ya vienen con margen de voltaje suficiente, al menos en esta unidad (el condensador doble de filtro es el original, ver foto 6 abajo).

Aquí un esquema que permite analizar con mucha claridad el interconexionado AM/FM en este tipo de receptores. Al igual que los radios tipo American-Five ("musiqueros" de 5 válvulas), los de AM/FM tenían un esquema casi clónico. Eso siempre sucede cuando ya se ha encontrado la manera de obtener un funcionamiento muy bueno combinado con la mínima inversión en materiales. Al tener tuner de FM conversor se añadía una válvula, pero como muchos sustituían la rectificadora por un diodo, al final quedaban dentro del "diseño a 5".

 
Tipos de demoduladores de FM y conceptos básicos

Detección de FM por la pendiente de la respuesta de FI: Utilizando el mismo detector de AM se puede detectar las variaciones de frecuencia que representan al sonido en FM. Simplemente hay que situar el punto de sintonía en la parte central de un lado u otro de la curva de respuesta, es decir, la recepción debe de estar ligeramente desintonizada. Las variaciones de frecuencia proyectan en ella variaciones de tensión equivalentes a la onda de audio, que se detecta al igual de AM mediante un filtro pasabajos que elimina la componete de alta frecuencia de la Frecuencia Intermedia. La mejor calidad se consigue con pendientes de curva de respuesta de selectividad mediana a baja (unos 60º, "Q" de bajo a medio), ya que así se "dibuja" mejor la onda de Baja frecuencia a la salida. Logicamente este sistema no se usa comercialmente debido a sus limitaciones intrínsecas y a que la emisora no queda perfectamente sintonizada, pero funcionará bien en la detección de transmisiones de FM de banda estrecha (voz) en un receptor normal de AM.

Detección de FM por rectificación doble pivotada en centro (de doble sintonía o DETECTOR TRAVIS): Evolución del anterior con la intención de que la sintonía sea central. El circuito es similar al de un rectificador de doble onda usando un transformador de FI con dos secundarios en serie con su conexión central conectada a la conexión central de dos resistencias de carga en serie con dos condensadores en paralelo cada una. Los dos secundarios están desintonizados 100 Kcs arriba/abajo de la frecuencia central y conectados a sendos diodos cuyos cátodos se conectan a los extremos de las resistencias de carga, las cuales llevan sendos condensadores en paralelo. Un extremo es el activo de la salida y el otro la masa. Con ello en los extremos de las resistencias sólo habrá tensión cuando la frecuencia no sea la central, proyectándose así en la salida la onda de audio que viene "codificada" en la variación de frecuencia, y que refleja las desviaciones arriba y abajo desde el punto central de la Frecuencia Intermedia. El ajuste simétrico de los dos secundarios a las frecuencias desplazadas del centro es crítico. Debido a este sistema, al detector de FM se le llama discriminador. Este circuito no posee efecto limitador, necesita de una entrada de amplitud constante.

Detección de FM por desviación de fase cuando la frecuencia es distinta a la de resonancia en un circuito resonante serie (discriminador de fase o DETECTOR FOSTER-SEELEY): Evolución del circuito anterior con la intención de que la frecuencia de resonancia sea única. En vez de utilizar dos secundarios sintonizados uno por encima y otro por debajo de la Frecuencia Intermedia, se utiliza un sólo secundario sintonizado a la FI y con una toma central. Esa conexión central no queda conectada directamente a la conexión central de las resistencias de carga, las cuales llevan sendos condensadores en paralelo, sino a través de una bobina de alta impedancia a la frecuencia, además, a esa toma central se le aplica a través de un condensador de acoplo una tensión alterna tomada desde el extremo activo del primario, por lo que en la práctica esa bobina queda conectada en paralelo con ese primario. Los extremos del secundario están defasados 180º de los del primario, por lo que esa conexión proviniente del extremo activo del primario produce un decalaje de 90º en ese punto central del secundario al reflejarse en la bobina mencionada (la tensión inyectada está 90º adelantada en fase con respecto a la tensión del extremo superior y 90º retrasada con respecto al extremo inferior, pero sólo tiene estos valores equilibrados cuando la señal de FM está centrada en la sintonía y esa tensión está en el centro del secundario). Cuando la frecuencia se mueve de su centralidad, los extremos del secundario permanecen defasados 180º de forma equlibrada entre sí, pero ya no estarán defasados equilibradamente 90º de su centro al variar la reactancia del secundario (inductiva al subir la frecuencia, capacitativa al bajar la misma), y a que ese centro está acoplado a un extremo del primario, y asociado a la bobina independiente de choque que salva la tensión CA generada en el mismo. Entonces la tensión CC que aparecerá en las resistencias de carga será la suma vectorial de dos tensiones: la "normal" generada en los extremos simétricos del secundario y la "perturbadora" generada en ese centro, que está conectado a la bobina independiente, y la cual está conectada realmente en paralelo al primario a través del condensador de acoplo. Esas tensiones se producen solamente cuando la frecuencia varía desde su centralidad, pero con la ventaja de que la bobina está ajustada a esa centralidad y no de forma diferenciada como el caso anterior. Este circuito no posee efecto limitador, necesita de una entrada de amplitud constante.

Detección de FM por desviación de fase y acumulación diferenciada de cargas (DETECTOR de RELACION): Evolución del discriminador de fase con la intención de que sea inmune a las variaciones de amplitud, por lo que no requiere circuito limitador previo. Los diodos están conectado al secundario en posición invertida, por lo que las tensiones quedan conectadas en serie y se acumulan en los condensadores de salida. La conducción de los dos diodos está controlada por los mismos factores que en el Foster-Seeley, pero por su disposición, en lugar de haber tensiones en oposición hay tensiones acumulativas.A la frecuencia central los condensadores puestos en serie y paralelos a la resistencia de carga tienen la misma tensión, pero cuando varía la frecuencia la tensión de un condensador aumenta y la del otro disminuye, por lo que la relación de cargas en esos condensadores varía. La salida de audio va conectada en la toma central de los mismos, y refleja esa relación mediante una corriente alterna de BF. Al estar los diodos en serie, el circuito se adapta como limitador asociandolo a una tensión media de referencia, que se consigue conectando en paralelo a la resistencia de carga un condensador de gran capacidad que introduce una constante de tiempo media en el circuito. Ello tiene la ventaja que la tensión acumulada en ese condensador puede utilizarse como tensión para el CAG, ya que es reflejo del nivel de la portadora. Esa toma se hace en el lado del condensador que provee la salida de polaridad negativa (placa del diodo). En la práctica la bobina de choque RFC se construye como un arrollamiento "terciario" estrechamente acoplado al bobinado primario, lo que permite eliminar el condensador de acoplo. La tensión inducida en ese "terciario" por el primario esta defasada 180º del mismo, e igualmente sucede con la tensión entre los extremos del secundario, pero como el extremo en fase con su correspondiente del extremo del primario esta conectado en el centro del secundario, su efecto equivale al del condensador conectado al extremo del primario. Mediante este sistema se sustituye un acoplo capacitivo por un inductivo con los mismos efectos, pero respetando la impedancia del primario y no amortiguándolo, ya que ese "terciario" actúa como un transformador adaptador de impedancias.

Detección de FM por válvula: Consiste en el uso de una válvula especial que hace las funciones de detectora del defasaje y limitadora recibiendo la señal de FM del transformador de FI en sus rejas de control de forma análoga a un detector de relación. Las válvulas para este propósito son la Noval EQ80 y la Miniatura 6BN6. Estos detectores pueden parecer ventajosos pero requieren una entrada de nivel muy alto aunque su efecto de inserción es bajo. Por ello que requieren unos cuantos pasos de amplificación de la FI a su entrada, aunque luego permitirán conexión directa al paso amplificador sin necesidad de válvula previa. Es decir, comparativamente no requieren pasos limitadores pero si amplificadores de banda ancha previos a su entrada. Como cada paso de amplificación en banda ancha es de poca ganancia, requerirán varios en cascada.

Excursión de frecuencia o desviación de frecuencia (swing/sweep-deviation): Diferencia de desplazamiento pivotante desde un punto central: en FM unos 75 kilociclos. Excursión de medio ciclo, su magnitud es proporcional a la amplitud (tensión) de la señal moduladora.

Rango de frecuencias cubierto o desviación de barrido (sweep-range/swept-area): En un punto dado del espectro de frecuencias, diferencia entre la frecuencia más alta y la más baja: en FM unos 150 kilociclos. Excursión de ciclo completo, el número de veces por segundo de esa excursión equivale a la frecuencia de modulación, y es la "portadora global" a detectar.

Modulación de Amplitud: Sometimiento de una corriente alterna de alta frecuencia FIJA (portadora) a VARIACIONES de AMPLITUD debido a la interacción con una corriente alterna de baja frecuencia (modulación). Con ello se genera una onda portadora de frecuencia fija pero de amplitud variable. Portadora y modulación son corrientes alternas con una amplitud determinada por su tensión. El porcentaje de modulación depende de la amplitud de la portadora (potencia de la emisora) que queda modificada por la acción de la baja frecuencia, cuyos ciclos positivos suman a los de la portadora y los negativos restan quedando dicha portadora modificada y por lo tanto modulada. Si no hay modificación de la portadora no hay modulación. Si la interacción de la baja frecuencia hace que la portadora baje a nivel cero sin superarlo se consigue la máxima modulación, pero si se supera se produce sobremodulación y distorsión. Por todo ello, en una emisora de AM la potencia del modulador (capacida de entregar una tensión determinada) está DIRECTAMENTE relacionada con la potencia de la emisora (nivel de tensión de portadora en antena).

Modulación de Frecuencia: Sometimiento de una corriente alterna de alta frecuencia FIJA (portadora) a VARIACIONES de FRECUENCIA desde un punto central y pivotando dentro de unos márgenes dependiendo de una corriente alterna de baja frecuencia (modulación). Con ello se genera una onda portadora de frecuencia variable pero de amplitud fija que se desplaza arriba y abajo en un margen de frecuencias que depende de la tensión de la corriente alterna de modulación, y la cantidad de veces que lo hace depende de la frecuencia de esa corriente alterna de modulación; la portadora pivota desde un punto central a unas distancias laterales y con una velocidad que dependen respectivamente de la tensión y frecuencia de modulación. Es decir, la desviación de esa portadora o excursión de frecuencia (swing) depende del nivel de tensión de baja frecuencia aplicada, y la velocidad de desplazamiento de la frecuencia de la BF aplicada. En FM comercial va desde 0 a 75 kcs (lo que implica 150 Kcs de barrido o sweep-area). El índice de modulación en FM es variable ya que depende de la relación entre la excursión o swing y la frecuencia de BF aplicada, así un swing de 3 Kcs cuando está modulado con 3000 Cs tiene un índice de 1, y cuando esta modulado con 1000 de 3. Si consideramos que la frecuencia de modulación máxima para una transmisión de voz es de 3000 Cs, el rango de desviación máximo se limita a +/- 3 kHz desde el centro (swing 3, sweep-range 6). En una emisora de FM, la tensión de BF de modulación no requiere energía (potencia) porque actúa sobre un circuito que tampoco requiere energía (el oscilador maestro o circuito asociado de bajo nivel), por lo que la potencia del modulador NO esta directamente relacionada con la potencia de la emisora, lo único que hay que tener en cuenta es no superar la excursión predefinida de 75 kcs. La emisora puede tener diferente potencia de portadora, pero esa una portadora se moverá dentro de unos márgenes máximos de frecuencia (índice máximo de modulación).

Limitador de amplitud: El limitador es un circuito que asegura que la portadora que procese el detector de FM tenga siempre la misma amplitud. La portadora de amplitud fija pero de frecuencia variable procedente de la emisora puede quedar afectada por factores que provoque que quede modulada en AM durante su viaje al receptor (interferencias atmosféricas) o incluso por deficiencias del mismo receptor (amplificación desigual de frecuencias, zumbidos de AC superpuestos a la tensión CC de alimentación, etc.). El limitador es un circuito que debe de procesar la señal de entrada recortando sus picos, lo que causa un defecto de forma que debe restituirse a su salida, pero con la amplitud de ese recorte. Para ello se procura que el recorte se produzca en la rejilla de la válvula, pero que su placa restablezca la forma de onda. El amplificador que provee esto es el de clase C sintonizado funcionando con baja tensión de pantalla y con polarización de escape de reja, la cual se ajusta automáticamente a un nivel medio dependiendo del nivel de la señal de entrada y de la constante de tiempo de carga y descarga provocados por el condensador y resistencia asociados a la reja. Ello provoca recortes de pico de la señal por reja muy negativa en el ciclo negativo y por reja positiva con saturación de placa y amortiguamiento de la señal de entrada en el ciclo positivo, por lo que tiende a oponerse a su aumento. Las señales fuertes quedan cortadas en sus picos positivos y negativos, y las débiles sólo en sus picos positivos, manteniéndose así la amplitud aunque no la simetría, pero mientras que la acción de corte en su rejilla no supere determinado nivel afectando a la forma de la corriente de placa, no aparecerá distorsión en la señal de salida de placa debido al efecto volante de su circuito sintonizado que restituye la forma original de onda en los momentos en que la válvula se corta o satura. De un limitador puede obtenerse también la tensión negativa de CAV aprovechando la tensión rectificada que genera automáticamente la polarización por escape de reja, y ello se consigue mediante el cambio de esa resistencia que va de la reja a masa por un divisor de tensión de dos resistencias en serie, el punto divisor es la toma del CAV. Los limitadores sólo funcionan correctamente procesando señales elevadas, por lo que deben ir precedidos por un paso amplificador de ganancia suficiente, o por la adición de otro paso limitador y trabajando ambos con constantes de corte distintas, combinandose así ganancia con eficiencia al sumarse sus efectos.

Preacentuación: La FM se puede utilizar para aplicaciones de Alta Fidelidad al permitir poder transmitir una amplia gama de frecuencias de audio, que llega a más de 15.000 ciclos. Sin embargo, las mayor parte de las frecuencias superiores a 5000 ciclos sólo contienen los armónicos de las frecuencias fundamentales de voz y música. Estas frecuencias armónicas son de mucha menor amplitud y existe el riesgo que se pierdan durante el proceso de transmisión. Para evitarlo, se incrementa progresivamente la ganancia de las frecuencias altas en el amplificador de BF del transmisor mediante una red divisora de tensión comensada en frecuencia, donde las frecuencias elevadas tengan más facilidad de paso que las más bajas. El circuito consiste en un divisor resistivo con el elemento superior shuntado por un condensador.

Desacentuación: Inversión del proceso anterior en el receptor para recuperar así la respuesta plana. El circuito consiste en un divisor resistivo con el elemento inferior shuntado por un condensador. Este circuito se encuentra normalmente entre la salida del detector y la entrada del previo de audio.