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El Receptor Tomado con Pinzas
Ing. Daniel Pérez LW1ECP

Uno de los sueños dorados del radiooperador, ya sea aficionado o profesional, es poseer el "súper cañón": un transmisor con la máxima potencia legal en su salida,. Suponiendo que su señal esté razonablemente limpia de armónicas, distorsión y banda lateral opuesta, el objetivo a lograr es bien claro: muchos watts.
Pero, qué pasa con el receptor de la estación?. En este eslabón tan delicado, es donde las buenas intenciones de los diseñadores caseros (y también algunos comerciales) pueden errar la puntería. Según el individuo, la meta se llama doble etapa de RF (la "etapa de alta"), triple conversión, cuádruple etapa de FI...
Ya en la década del 50 un señor llamado Goodman hizo despertar a muchos con su artículo "En qué nos equivocamos con nuestros receptores actuales", publicado en la QST, en el cual denunciaba los errores en base a los cuales se había llegado a engendrar esas estufas de 15 válvulas. En efecto, para que un receptor sea bueno, es necesario cuidar el diseño y la elección de componentes, más que aumentar su complejidad. Por el contrario, demostraremos que agregar más cosas donde no hacen falta puede ocasionar problemas sin solucionar nada.

Comportamiento con señales débiles
Veamos ese receptor que Ud. tiene. ¿Qué es, en su propia opinión, lo que limita la recepción de señales débiles en ese aparato?. El motivo puede encuadrarse en alguno de los cuatro casos siguientes:

1) Supongamos que se pierde estaciones porque las capta con muy bajo volumen, y no porque las tape el barullo. En ese caso, el diagnóstico es muy sencillo: al receptor le falta ganancia. Pero, ¿dónde agregar la o las etapas adicionales?. ¿En RF, en FI, o en audio?. Por el momento, obedezcamos la ley del menor esfuerzo, y agreguemos ganancia en audio, un transistorcito más.

2) Ahora resulta que al receptor no le falta amplificación, pero se sigue sin escuchar bien las emisoras débiles porque las tapan las emisoras adyacentes. Lo único que se puede hacer es usar el mínimo ancho de banda posible en la FI, o una antena direccional. En el caso de interferencia que cae en la mismísima señal deseada, la direccionalidad es el único remedio.

Quedan todavía otras posibilidades. Hay momentos del día en que, por mala propagación o por haber pocas estaciones activas, se pueden sintonizar espacios libres de emisiones en el dial. Lo único que se escucha es ruido de fondo. ¿De dónde viene ese ruido?. En parte es captado por la antena, y en parte generado por el receptor.

3) Si el ruido que predomina es el exterior, nada puede hacerse, salvo el mencionado racionamiento de ancho de banda. Este ruido exterior está compuesto por soplido galáctico, descargas de contactos eléctricos, descargas atmosféricas, armónicas de 100Hz de los tubos fluorescentes comunes, dimmers, motores, etc. (QRN).

4) Hagamos la prueba de desconectarle la antena al receptor y reemplazarla con un resistor de valor cercano al que se supone que debería tener la impedancia del sistema de antena, generalmente de 50 ohm. En estas condiciones, el único ruido presente es el soplido o siseo uniforme generado en los circuitos del receptor. Si sucede que el soplido que se escucha ahora es notablemente más bajo que con la antena conectada, no cabrá duda que el ruido predominante era el exterior. Pero si el soplido prácticamente no varía, el principal culpable del ruido es el receptor.

¿Cómo es que se genera el ruido en los circuitos?. Hay varias causas, tales como la agitación térmica de los electrones en cualquier componente que tenga resistencia (incluida la antena en sí, y el resistor que la reemplaza), la emisión irregular en los cátodos, recombinaciones al azar de electrones y lagunas en los semiconductores, repartición irregular del haz electrónico entre los electrodos positivos de las válvulas con más de una grilla, etc. Todos estos son fenómenos que producen tensiones de ruido muy pequeñas, pero si las etapas en cuestión son las primeras del receptor, estos ruidos serán amplificados por las que vienen después, hasta llegar al parlante.
Esto significa que en la etapa de RF (si la hay) y en el 1er conversor usaremos transistores de bajo ruido, y en las siguientes podrán ser menos especiales.
Además del tipo de transistor, es necesario tener cuidado con la forma en que se lo va a usar: polarización, niveles de impedancia. Sin embargo, es inevitable que una etapa conversora, por mejor diseñada que esté, produzca menos amplificación y más ruido que una amplificadora que use el mismo transistor. Por este motivo es que se suele agregar la clásica "etapa de RF", preamplificador de bajo ruido. Su misión es reforzar la señal antes del conversor para que la ensucie menos el ruido de éste. Así, aparte de la mayor ganancia total, el resultado es una mayor relación señal a ruido a la salida del conversor.
Vamos ahora a considerar los receptores imaginarios A, B y C. Requeriremos del lector un poco de atención a los ejemplos numéricos.
- Los tres receptores tienen igual ganancia; difieren en el uso o no de preamplificación en RF.
- En cada etapa se anotó su ganancia de tensión (ya tiene incluida la pérdida introducida por los circuitos sintonizados entre etapas) y la tensión de ruido propio que producen a su salida (el total es el propio, más el de entrada a la etapa multiplicado por su ganancia).
- Además, se colocó los niveles de señal y ruido en cada punto.
Para mayor claridad se hicieron estas simplificaciones:
a) Todas las impedancias de entrada y de salida y la de antena son iguales.
b) Igual ganancia para el amplificador de RF y el de FI.
c) La señal recibida es una portadora continua.
d) La antena capta señal solamente, sin ruido.
e) Se evitó el uso de decibeles, para los lectores no familiarizados.
El receptor A no posee etapa de RF. Se tomó un nivel de señal en antena de 100uV:



Si se saca una etapa de FI y se pone como amplificador de RF, la ganancia total no variará, pero se mejorará el ruido:



Nuestro receptor es ahora menos ruidoso. Podría suceder que el experimentador, entusiasmado por el resultado, olvide aquello de "lo bueno y breve...", y pase otra etapa a RF:



Volvió a mejorar la S/R, pero no tanto como en la penúltima vez. Para el caso del ejemplo, no vale la pena el costo extra. Es más, veremos que esta nueva etapa nos puede llegar a costar algo más que dinero.

Cuando la relación señal a ruido (S/N) llega a ser 1, ya resulta difícil entender lo que se recibe. Al nivel de señal de entrada que un receptor necesita para cumplir esta condición (S/N=1) se lo llama mínima señal discernible. Haciendo unos sencillos cálculos, la MDS para los tres receptores vistos es de 0,56 , 0,36 y 0,26uV respectivamente. O sea que una señal de 0,26uV todavía se puede entender con el receptor C, y prácticamente se pierde en el A y el B.
¡Pero atención!. Esto es válido sólo si se cumple la simplificación de ausencia de ruido captado por antena. Supongamos tener 1uV de ruido externo. Como la ganancia de los tres receptores es 500, este ruido será amplificado 500 veces al igual que la señal, y se tendrán 500uV más de ruido en la salida del detector. Es decir: 781 , 681 y 631uV respectivamente, o sea que se acortó la ventaja introducida por la o las etapas de RF. Las nuevas MDS son ahora de 1,6 , 1,4 y 1,3V.
En situaciones como la de los últimos ejemplos, se dice que el ruido externo supera al interno. Así que, aunque los receptores B y C sean mejores que el A en cuanto a ruido, la ventaja se pierde ante las condiciones reales de banda en que han de operar. Esto se da siempre en las bandas más bajas de HF, o sea 80 y 40m; el ruido atmosférico y el generado por el hombre superan al de cualquier receptor medianamente bien diseñado. Por el contrario, el QRN en frecuencias de UHF es tan bajo que nunca es el culpable de la limitación a las señales débiles. Yendo un poco más abajo, en 6 y 2m el ruido interno y el de un conversor son comparables, requiriéndose una buena etapa de RF. Entre 20 y 10m, la elección dependerá del diseñador y de la contaminación electromagnética de la zona. En general, un buen conversor de bajo ruido con transistores FET no requerirá etapa de RF aún en 30MHz.
Antes de seguir, conviene llamar la atención sobre la forma de especificar la sensibilidad. Antiguamente, esto se hacía diciendo que se necesitaba una dada cantidad de uV en antena para producir una potencia de 50mW en el parlante. Por tratarse de AM, se solía además especificar la profundidad de modulación para efectuar las mediciones, generalmente normalizada en 30%. O sea, que lo que se especificaba era la ganancia global, en tiempos en que más ganancia era más válvulas y mayor costo. Hoy en día, una especificación de este tipo carecería de sentido, porque con lo económicos que son los transistores no hay problema en poner los que haga falta para lograr la ganancia necesaria.
En cambio, es más útil especificar la tensión de antena que hace falta para obtener una dada S/N (dando por sobreentendido que la ganancia será suficiente para producir un volumen razonable). Una especificación típica es de 0,5uV para S/R=10dB, para un receptor de BLU con ancho de banda de 2,5kHz. Valores menores que éste no representarán una mejora apreciable en las bandas de HF.

Comportamiento con otras señales fuertes
100uV es una señal moderada. Corresponde a S9+6dB. Podría suceder perfectamente que se esté recibiendo al mismo tiempo un "cañonazo" de 10mV (100 veces mayor), esto es S9+46dB, pero fuera de frecuencia, digamos unos 10kHz más arriba o más abajo. Por supuesto, si hay una buena selectividad de FI prácticamente no será detectada, pero veremos que aún así puede ocasionar severos problemas.
Un ancho de banda de 2 a 3kHz es fácil de lograr en la FI mediante un filtro mecánico o a cristal, aún en 9MHz. Pero la selectividad que aportan los sintonizados de antena e interetapa es más bien modesta: el ancho de banda en RF nunca es menor que varias decenas de kHz. Por lo tanto, al llegar al conversor, esa señal que está a 10kHz fuera de sintonía fue amplificada casi lo mismo que la deseada. Para el receptor C, si se tienen 2500uV de señal deseada en ese lugar, a la interferencia le corresponderán 250mV, o sea 350mV pico. Por la transformación de impedancias, la tensión en la base o compuerta será aún mayor, sobrecargándolo. ¿Qué significa esto?.

- En primer lugar, que se "comprime" la ganancia. Según que la interferencia sea más o menos fuerte, obligará al receptor a achicarse más o menos. O sea, influirá a la señal más débil. Si la interferencia está modulada, la señal útil quedará "contagiada" con esta modulación cruzada.
En el caso del receptor B, en cambio, las dos señales llegan al conversor con un nivel 5 veces menor, con lo que se reducirá este riesgo de modulación cruzada.
Conclusión: con una sola (o ninguna) etapa de RF se ahorra secciones de tándem, no desmejora mucho la S/N, y hay mucho mejor comportamiento con señales fuertes cercanas en frecuencia.

- Muchos radiooperadores habrán encontrado más de una vez que el receptor parecía captar una fuerte emisora repetida en varios puntos del dial. Este fenómeno se llama intermodulación.
Supongamos dos emisoras que son captadas con bastante nivel por nuestra antena, una en f1=3,6MHz y la otra en f2=3,65MHz, y llegan al conversor. Debido a la inevitable alinealidad en esta etapa, se generarán armónicas dentro de ella:

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