Electricidad

La palabra Electricidad viene de la palabra Griega “Electrón” que era el nombre de una substancian resinosa de color amarillo conocida por nosotros como “Ámbar”. El ámbar tiene una característica que cuando se frota atrae pequeñas partículas hacia si. Esta propiedad la tiene algunos plásticos, por ejemplo la “peinilla” usada para peinarnos después de pasar por el pelo tiene la propiedad de atraer por ejemplo pequeños pedacitos de papel.

Es difícil entender hoy en día como este pequeño efecto observado por los Griegos es hoy la energía más usada y la que nos ha dado tantos dispositivos que hacen nuestra vida actual más placentera.
Las inquietudes de los humanos por conocer la razón por la cual el ámbar atrae partículas después de ser frotado ha sido la causa de entender mejor esta forma de energía y su utilización para beneficio de la humanidad.
Cuando frotamos el ámbar, el adquiere carga eléctrica que produce un campo eléctrico alrededor del ámbar y que es el responsable de atracción de pequeñas partículas. La electricidad generada se llama “electricidad estática” porque aparentemente no se mueve.

El cuerpo humano puede trabajar igual al ámbar y adquirir electricidad estática especialmente si esta vestido con materiales susceptibles de generar corriente estática como son los vestidos de lana y muy abrigados. En los países donde existen las cuatro estaciones, durante los meses de invierno las personas generan mucha electricidad estática y cuando una persona se acerca a otra persona o a una superficie metálica grande se produce una descarga eléctrica muy molesta y puede aparecer una chispa similar a un rayo en forma reducida.

En Colombia que es un país de la zona ecuatorial, el aire tiene mucha humedad lo que impide que el cuerpo humano almacene electricidad estática por lo cual el fenómeno de descargas por estática no se presente. Excepto en Bogotá, en días muy secos, es posible que nos carguemos con estática y se presentas descargas cuando vamos a saludar a otra persona o tocamos un automóvil.

En el siglo 18, con el interés por estudiar las ciencias naturales algunos físicos empezaron a usar un dispositivo construidos con una botella de vidrio la cual recubrían el interior con una capa de estaño. Lo mismo se hizo con la pared exterior de la botella. Este dispositivo se conoce como una “botella de Leiden” porque aparentemente fue inventada en la ciudad de Leiden en Holanda alrededor de 1746.

Los físicos frotaban un trozo de Ámbar y luego tocaban la pared exterior de la botella. Después de frotar y tocar el ámbar varias veces la botella, la cual, acumulaba más y más energía estática que aumentaba el potencial entre la pared interior y exterior de la botella que era posible hacer saltar una chispa entre las dos capas de estaño que constituía el dispositivo. Hoy podemos decir que la Botella de Leiden no es otra cosa que un condensador con un dieléctrico que era el vidrio de la botella.

Al observar la chispa que se producía entre los extremos de la botella de Leiden esta se parecía mucho a los relámpagos que acompañan a una tormenta por lo cual los científicos del siglo 18 pensaron que los dos efectos eran lo mismo, es decir una presencia de electricidad estática en las nubes.
En 1752 el científico y político norteamericano Benjamín Franklin realizo un famoso experimento. Elevo una cometa cerca de nubes de tormenta, el hilo de bajada de la cometa era de seda y este hilo lo conecto a una botella de Leiden. El resultado fue que la botella de Leiden se cargó de electricidad. Este experimento demostró que los relámpagos de las tempestades y las pequeñas chispas logradas con las botellas de Leiden eran demostraciones de una misma fuente de energía llamada Electricidad.

En el idioma Chino y Japonés que utilizan Kanjis para representar palabras, el Kanji de electricidad es un derivado del kanji de lluvia.

Las botellas de Leiden permitió a los científicos tener una fuente de electricidad que se almacenaba internamente en la botella y cuando se descargaba se hacía produciendo una chispa que es una liberación de la energía en forma de luz y calor. Entonces los científicos empezaron a descargar la botella de Leiden no en forma violenta como era una chispa, si no utilizando delgados hilos metálicos. Con esto lograron hacer circular “una corriente” por los hilos y empezaron a observar comportamientos extraños que nos han conducido a tener la “corriente eléctrica” que llamamos “electricidad dinámica”. Estática y dinámica son expresiones opuestas del mismo fenómeno conocido como electricidad. La gran mayoría de aplicaciones de la electricidad se consiguen con electricidad dinámica.
En 1820 el matemático y físico Frances Andre-Marie Ampere observo que cuando un alambre que conduce electricidad (desde una botella de Leiden) causaba el desvió de la aguja de una brújula que se encontraba cerca. Ampere también calculo las fórmulas matemáticas que relacionaban el desvió demostrando que habían relaciones entre las fuerzan observadas de la electricidad y el magnetismo.

Las observaciones y formulaciones de Ampere llevaron a los científicos de pensar en dos posibles usos prácticos del fenómeno.

Primero, la aguja de una brújula podía usarse como un detector de electricidad y su mayor o menor desviación indicaba la magnitud de la corriente circulando con lo cual se consiguió tener un medidor de la magnitud de la electricidad. Los primeros medidores de electricidad se llamaban Galvanómetros.

Segundo, si la electricidad producía la desviación de una aguja magnética se podía pensar en un dispositivo que fuera aplicando electricidad en forma adecuada a la aguja hasta lograr que esta girara 360 grados. Esta aplicación se logró al poco tiempo y es la base de los motores eléctricos que ahora tenemos.

En 1824 el físico Ingles Michael Farady estaba experimentando en construir un motor eléctrico de acuerdo a las observaciones de Ampere cuando descubrió que si un imán se movía en inmediaciones de un alambre, sobre el alambre aparecía una corriente eléctrica detectada por un galvanómetro. Un imán moviéndose cerca de un alambre genera electricidad pero si el imán está quieto con respecto al alambre no hay producción de electricidad.

Los experimentos de Ampere y Faraday demostraron que había una relación muy estrecha entre electricidad y magnetismo: Una corriente eléctrica genera un campo magnético que afecta a la aguja de una brújula que no es otra cosa que una aguja imantada. Y también que un campo magnético variable (un imán moviéndose) genera electricidad.
Hacia 1850, el matemático Ingles Jame Clark Maxwell emprendió la tarea de poner las formulaciones de Ampere y Faraday en un contexto matemático, el resultado fue la formulación de 4 ecuaciones matemáticas conocidas como las Leyes de Maxwell que explican las observaciones de Ampere y Faraday.

Las leyes de Maxwell permiten derivar cálculos que han ayudado a la fabricación de dispositivos electrónicos que combinan la electricidad y el magnetismo como son motores, generadores, electroimanes, etc. Pero había mucho más, al analizar las fórmulas matemáticas se podía deducir que si un campo eléctrico y otro magnético oscilaran simultáneamente la energía de este fenómeno debería desplazarse en el espacio. Pero lo más sorprendente es que de la misma fórmula se podía deducir la velocidad de este desplazamiento. Para sorpresa esta velocidad resulto ser 300.000 kilómetros por segundo que era la misma que se había medido para la Luz.

Esta deducción condujo a pensar que la luz no era otra cosa que un campo eléctrico magnético oscilante a las frecuencias que ya se conocía de la luz porque se tenía evidencia que la luz era un fenómeno ondulatorio. Los científicos se movieron con la idea de crear ondas electro-magnéticas de frecuencias menores a la luz lo que condujo a la “radio” y su utilización de la cual nosotros como radioaficionados somos uno fanáticos usuarios.

Como podemos ver una serie de descubrimientos en el siglo 19 fueron ampliados y utilizados durante el siglo 20 llevando un fenómeno observado en piedritas de ámbar a lo que es hoy el uso de la electricidad.
La electricidad no es otra cosa que una forma de energía. La gran ventaja de la electricidad es que su energía puede ser transformada a cualquier otra forma de energía y viceversa casi todas la forma de energía puede ser transformada en energía eléctrica. Otra ventaja es que la energía eléctrica se puede almacenar y liberar en forma controlada. Esto hace de la electricidad el intermediario en transferencia de energía preferido.

Anuncios

Modos de transmisión 2

La semana anterior hablamos sobre modos de transmisión y terminamos refiriéndonos al RTTY que es una manera de telegrafía normalizada para que la codificación y decodificación pueda ser hecha por maquinas.

En RTTY cada carácter se codifica por cinco (5) impulsos en el cual cada impulso tiene uno de dos posibles estados: Marca o Espacio (En literatura actual no hablamos de pulso con dos estados sino que los llamamos “Bits”). La duración de los 5 impulsos es siempre la misma. La codificación es conocida como “Código Baudot” o “Alfabeto Telegráfico Internacional número 2” abreviado “ITA2”. Con 5 pulsos podemos tener 25 = 32 posibles combinaciones, pero nosotros usamos un alfabeto de mínimo 27 letras y 10 caracteres numéricos, por lo tanto no es posible codificarlos con solo 32 combinaciones.

El problema se resuelve usando dos tablas de codificación: Una tabla codifica las 27 letras y la segunda codifica los 10 caracteres numéricos. En las dos tablas existe un código especial con significado de cambiar de tabla de codificación y así fue posible adicionar códigos especiales como son el “Espaciador” para indicar fin de una palabra, el “Retorno de carro” o CR para indicar fin de párrafo o el NULL para indicar ningún carácter, etc. También existen códigos para algunos caracteres usados en la escritura como son “asterisco”, “coma”, “dos puntos”, etc. y hasta uno para hacer sonar una campanita “BELL” para llamar la atención del operador en recepción.

El código Baudot con dos tablas puede codificar 64 caracteres suficientes para incluir las letras y los números pero en la práctica necesitamos más. Ejemplo las letras pueden ser mayúsculas o minúsculas lo que nos duplica el número de códigos, además se requiere más caracteres de control y más símbolos lo cual hace insuficiente ls 64 posibles códigos del Baudot.

La oficina de normas de Estados Unidos (equivalente a nuestro INCONTEC) normalizo una codificación llamada “American National Standard Code for Information Interchange” abreviado como ASCII que ha pasado a ser el estándar más extensamente usado en el mundo y es también conocido como “Alfabeto Internacional número 5” abreviado IA5 dentro de las recomendaciones de la ITU. El código ASCII o IA5 consta de 7 bits lo que nos permite 27 = 128 combinaciones lo que permite incluir letras, números, símbolos y hasta figuras.

A diferencia del Baudot en ASCII si permite distinguir entre letras mayúsculas y minúsculas pero no incluye caracteres especiales de algunos idiomas como es la “eñe” del español. Como hemos dicho el código ASCII consta de 7 bits y se ha convertido en el estándar para transmitir información no solo en radio sino en todas las aplicaciones en que se intercambia información como es en el mundo de los computadores.

Como en la informática se maneja el grupo de 8 bits (un byte) entonces el ASCII se ha extendido a 8 bits permitiendo 28 = 256 diferentes combinaciones. Las primeras 128 combinaciones constituyen el ASCII estándar y si usamos 8 bit tendremos el llamado ASCII extendido el cual incluye letras específicas de otros idiomas como es la “Ñ” del español y caracteres figurativos.

Aunque no hace estrictamente parte del estándar ASCII en transmisión de datos se adiciona al final de los 8 bits (o 7) un bit llamado bit de paridad. Se cuentan cuantos bits de los 8 están en estado “uno”, si la suma da un número par de bits entonces el bit de paridad es “cero” pero si la suma es impar el bit de paridad será “uno”. La razón del bit de paridad es controlar que la transmisión del carácter se recibida sin error. En el lado de transmisión se calcula el bit de paridad de los 8 bits y se transmite. En el lado receptor se reciben los primeros ocho bits y calcula la paridad para la información recibida. Si la paridad coincide con el noveno bit recibido entonces los ocho bits han sido correctamente recibidos, pero si al contrario la paridad no coincide significa que hubo la pérdida de un bit y la codificación de los 8 bits recibido es errónea. En radio podemos transmitir los 7 o 8 bits del ASCII o los 5 del Boudot modulando un bit (baud) al tiempo. Para enviar 8 bit nos tomamos 8 tiempos o 8 baud. Esta forma de transmitir enviando un bit sucesivamente se conoce como “Transmisión serial”.

En computadores se utilizan cables de varios hilos llamados buses y cada hilo puede portar un bit al tiempo por lo que 8 bits pueden ser transmitidos simultáneamente conocida entonces como “transmisión en paralelo” pero en radio las transmisiones siempre son seriales.

La información es transmitida en forma de bit equivalente a Baud o baudio que significan cambios de estados de la portadora. Como un bit tiene una duración determinada es necesario que tanto el transmisor como el receptor tengan el mismo criterio para determinar la duración del bit.

Esto se especifica como la velocidad de transmisión expresada normalmente en número de bit por segundo o número de baudios por segundo. En principio podemos decir que bit o baudio son términos equivalentes pero no siempre es así.

Pero hay otro problema, en el lado receptor se necesita saber cuándo empieza un pulso o bit. Una forma es transmitir continuamente una pulsación entre los dos terminales llamados pulsos de reloj que sincronizan el envió de datos entre transmisor y receptor. Este tipo de transmisión se llaman “Sincrónicas”. Las transmisiones sincrónicas son casi imposibles en transmisiones de radio ya que requeriríamos de dos canales y uno para la información de sincronía y otra con la transmisión de datos. En la práctica en radio se utiliza la transmisión “Asincrónica”.

En trasmisión asincrónica, el primer pulso o bit transmitido es una indicación de inicio de transmisión y se conoce como bit de arranque “start bit”. Este bit generalmente tiene una duración más larga que el bit normal. Después del bit de arranque se emiten los 5, 7 o 8 bit de información seguido del bit de paridad (si lo hay). También se pueden incluir uno o dos bit al final para indicar fin de la transmisión del carácter.

Para hacer una transmisión de datos seriales de forma asincrónica, el transmisor y receptor deben haberse puesto de acuerdo antes de transmitir sobre:

Velocidad de transmisión, es decir cuántos bit por segundo se van transmitir.

Numero de bit de información se van a transmitir como un carácter: 5, 7 u 8.

Si se incluye bit de paridad. Y cuanto bit de parada se va a usar.

Falta agregar que los dos terminales deben estar de acuerdo que van a usar codificación ASCII.

Cuando transmitimos datos no nos contentamos con emitir un carácter sino que transmitimos “ideas” en forma de palabras compuestas de una sucesión de 3, 4, o más caracteres o ideas más compuestas de varias palabras conocidas como parágrafo ( o líneas) o textos largos de muchísimos parágrafos.

También tenemos cifras compuesto de varios números o colección de datos que forman unidades de información coherente.

Cuando transmitimos, en general enviamos una sucesión de caracteres que conforma nuestra información a enviar. Después de enviar un numero dado de información paramos de transmitir y pasamos a recibir información del terminal remoto o reiniciamos la transmisión de otro grupo de información.

Este método de transmisión se conoce como “Semi-Duplex”.

Entonces en la transmisión de datos se ha pasado al envió de un grupo de caracteres de información compacta que llamamos paquetes y la transmisión de datos se hace ahora como “transmisión de paquetes” en donde un paquete está constituido por un numero dado de caracteres que se transmite ininterrumpidamente y en forma secuencial.

La transmisión de datos en forma de paquetes nos conduce a otros métodos de transmisión que por su extensión van a ser parte de otros temas en próxima ocasión.

Modos de transmisión

Cuando nosotros como radioaficionados emitimos señales de radio al aire estamos enviando una onda portadora que lleva una información. La portadora se modifica para qué lleve la información, la modificación la llamamos modulación.
La información transmitida por los radioaficionados son, por lo general, de dos tipos. Si la información es voz humana decimos que el tipo es “Fonia” pero si la información es caracteres alfabéticos o numéricos entonces el tipo se llama “telegrafía”. Hay otros tipos usados ocasionalmente por los radioaficionados como es Televisión (video), facsímil, datos, telemetría, tele comandos etc.
La modulación es la forma en que alteramos la portadora. Formalmente alterando alguno de los parámetros que definen la portadora como es Amplitud, Frecuencia o Fase.
La telegrafía es básicamente una transmisión de textos posible de imprimir en el lado receptor, aunque en telegrafía por código Morse es recibida al oído del operador, el significados son letras que forman palabras entendible por el operador.
La telegrafía por código Morse es tramitida mediante el cierre y apertura de una llave que permite o cancela la salida de una onda continua (CW o continius wave) se conoce como ASK del inglés “Amplitud Shift Keying”. La codificación de las letras se hace de acuerdo al alfabeto “Morse” internacional.
Dependiendo de la habilidad del operador, un texto es enviado en un tiempo determinado. Esto corresponde a la velocidad con que el operador envía puntos y rayas. La velocidad de transmisión se mide en términos de número de palabras por minuto que el operador transmite. Las transmisiones de telegrafía se hacen normalmente a velocidades de 5 a 60 palabras por minuto. Como hay palabras con pocos caracteres y otras con muchos, para la medición de velocidad se considera que una palabra tiene 5 caracteres. La palabra “Paris” es una palabra pero la palabra “Multimedia” se considera dos palabras para la pruebas de velocidad.
En trasmisión de datos se utiliza el término de “Baudio” que corresponde a un cambio de estado del medio de transmisión. En telegrafía la emisión de un punto representa un cambio de no portadora a portadora y luego de portadora a no portadora, por lo tanto un punto en telegrafía Morse son dos Baudios.
Es común mente aceptada que la telegrafía Morse que la velocidad en palabras por minuto es igual a 1,2 veces la velocidad en Baudios. Si emitimos 25 puntos por segundo es equivalente a 50 baudio y esto significaría 50*1.2 = 60 palabras por minuto.
La eficiencia de textos en código Morse se incrementa por el uso de códigos cortos para representar la palabras mas usadas y el uso intensivo de abreviaciones y códigos-Q lo que permite el envio de información esencial muy rápido. Las abreviaciones son internacionalmente aceptadas lo que permite el intercambio de información entre estaciones de lenguajes hablados diferentes.
La telegrafía en Morse está orientada a ser copiada por el oído humano y decodificada por el cerebro. El código Morse está compuesto de puntos y rayas pero estos dos términos no tienen valores absolutos, son valores relativos. Una raya se considera igual a la duración de tres punto pero la duración del punto no tiene un valor absoluto sino que depende de la apreciación del operador. Por ejemplo, un punto representa la letra “E” y una raya es la letra “T”. Si oímos un punto y una raya, quien recibe puede interpretar la separación entre signos como dos letras y en este caso recibimos esto como la palabra “ET” pero si apreciamos la separación entre punto y raya como perteneciente a una letra entonces esto sería la letra “A”.
Esto son debilidades de la telegrafía, se requiere un ser humano para decodificarla, su decodificación por maquinas o computadores es muy difícil y es muy sensible a errores en la recepción.
Para evitar estas debilidades de telegrafía Morse se creó una codificación de señales a carácter de longitud fija. Cada carácter se codifica con 5 elementos que pueden ser presencia de portadora o no. Con 5 elementos podemos tener 25 = 32 combinaciones. Como tenemos 27 letras 10 dígitos y varios signos de puntuación, todo no se puede codificar en 32 posible combinaciones, entonces la codificación de letras se hace con una tabla y los números y signos de puntuación en otra tabla. En cada una de las tablas hay ciertas combinaciones que significa cambio de tablas. La codificación en código de 5 elementos se conoce como código “Baudot” o Alfabeto Telegráfico Internacional #2 (ITA2).
Co el uso de un código como el Baudot o ITA2 fue posible diseñar maquinas que transmitieran y recibieran textos. Cada carácter consta de 5 elementos, cada elemento tiene dos estados posibles: presencia de señal llamados “Marca” o ausencia de señal llamados “Espacios”.
Las maquinas usadas para transmitir y recibir se llamaron “Teletipos” algo así como impresores a distancia. El nombre en inglés es Teletype y su abreviación TTy. Cuando el medio de comunicación entre transmisor y receptor es la Radio entonces se llaman Radio Teletipos abreviados como RTTY.
La transmisiones de TTY o RTTY se clasifican como transmisiones “Asincrónicas”. Esto se refiere a que no hay ninguna sincronización entre el transmisor y receptor. Cuando no hay transmisión el receptor permanece a la espera censando en la línea a que aparezca una señal.
El receptor puede recibir en cualquier momento una transmisión. Para evitar que el receptor se inicie por ruido en la línea, la primera señal es una de Marca con una duración mayor que el receptor interpreta como inicio de transmisión y ponerse en condiciones iniciales para recibir lo que se conoce como un “reset” del receptor. A partir de este momento la medición de tiempo en el transmisor y el receptor pasan a ser iguales es decir estar en “sincronía”.
Al finalizar la marca de inicio, el primer pulso de espacio es tomado como un pulso de inicio (Start pulse) de un carácter y después los siguientes 5 pulsos son tomados como el código de un carácter. Al final de los 5 pulsos la transmisión regresa a marca con duración mayor a un pulso. Esta marca se conoce como pulso de parada (Stop pulse). El próximo espacio que se reciba será un “start pulse” seguido por 5 pulsos de código y un nuevo “stop pulse” y asi sucesivamente.
Los primeros teletipos se diseñaron para lograr una velocidad de 60 palabras por minuto, es decir una palabra por segundo. Como una palabra se considera de 5 caracteres es lo mismo que emitir una palabra por segundo. El código Baudot usado es de 5 pulsos pero necesitamos minimos dos mas para inicio y parada (start stop) lo que significan 7 pulsos por carácter. Entonces necesitamos transmitir 5 caracteres por segundo por 7 pulsos cada uno, total 35 pulsos por segundo. Como la duración de los pulsos de parada debe ser mayo que la de un pulso normal entonces la velocida de transmisión se normalizo a 45,45 baudios o lo que es equivalente 45,45 pulsos por segundo. La duración de un pulso es el inverso de la velocidad en baudios es decir 1 dividido por 45,45 igual a 22 milisegundos.
Las primeras transmisiones de teletipo por radio o RTTY la marca significaba emisión de portadora y los espacios eran periodos sin portadora. Es decir que la modulación de la portadora era en amplitud similar a la usada en telegrafía Morse. El modo de transmisión es entonces ASK (Amplitud Shift Keying). Este modo de transmisión es muy afectado por el ruido que existe en la radio y su rendimiento depende de las condiciones de transmisión.
Con el desarrollo de la tecnología se encontró que era muy fácil que la señal de marca cambiara el valor del condensador usado en el oscilador lo que producia una cambio en la frecuencia de la portadora usada, esto es una forma de modulación en frecuencia en el cual la marca y el espacio son emitidas con diferentes frecuencias muy cercanas. La diferencia entre la frecuencia de marca y espacio es generalmente de 800 Hz pero puede variar. Lo importante para el receptor es que exista una diferencia para que el pueda reconocer si es una marca o un espacio. Este método de modulación se conoce como FSK es decir Frequency Shift Keying.
Para los radioaficionados surgió la posibilidad de usar las maquinas necesarias para tener teletipo como unidades que emiten y reciben marca y espacio como dos tonos audibles. Estos tonos pueden ser entregados a un micrófono o tomados del parlante de un transmisor/receptor de banda lateral (SSB) de los que radioaficionados usan normalmente para fonia. Como el equipo de SSB modula los tonos de audio y luego suprime la portadora el resultado es que los dos tonos de audio aparecen como dos frecuencias en las bandas laterales equivalentes a un FSK. Este modo de transmisión es conocido como AFSK Audio Frequency Shift Keying.
El RTTY utiliza un código Baudot o ITA2 de 5 pulsos que en lenguaje actual llamamos “bits” y permiten codificar 32 diferentes caracteres. Con el avance de las telecomunicaciones el código fue ampliado a 7 bits lo que nos permite codificar 27 = 128 caracteres y se conoce como código ASCII permitiendo la implementación de otros modos de transmisión, pero esto, por su extencios, será tema de nuestra próxima charla.

Receptores de radio, parte 2

Días pasados hable sobre los receptores súper heterodinos caracterizados por el uso de un oscilador local variable VFO con el cual se consigue trasladar la frecuencia que se quiere recibir a una frecuencia fija llamada FI mediante un proceso llamado heterodino.
Una primera pregunta es por qué se llaman “súper heterodinos”? La respuesta es que el principio heterodino fue inventado unos años que el radio. En esa época, con el fin de hacer audibles las transmisiones de telegrafía, a la portadora de la señal telegráfica se le mesclaba un tono audible para que pudiera ser entendido. Esta mezcla de dos señales condujo al uso del término heterodino de las raíces griegas Hetero que significa diferente y Dino que significa fuerza. Cuando Armstrong invento los radios hacia 1918 el nombre era “Supersónico Heterodino”, el termino Supersónico tenía el significados de ondas más allá de las frecuencias audibles aunque ahora significa una velocidad mayor que la del sonido. Lo importante es que los radios se llamaban “Supersónico Heterodino” pero el público lo simplifico como Súper Heterodinos.
Casi todos los radios usados para telecomunicaciones están basados en el principio Heterodino. Los receptores de HF (3 a 30 Mhz) son radios de dos, tres o cuatro conversiones y la primera frecuencia intermedia está en la banda de VHF generalmente 70 MHz. La escogencia de una frecuencia muy alta es logran un mejor rechazo de la señal imagen. Recordemos que en el principio heterodinos mezclamos un frecuencia del VFO con la frecuencia que queremos recibir a la salida tendremos frecuencias suma y resta de las dos señales que se mezclan. Nosotros estamos interesados o en la suma o en la diferencia y debemos rechazar la otra. Si nosotros queremos la suma entonces debemos rechazar la frecuencia resta o viceversa. La señal que rechazamos se llama la frecuencia imagen y podemos ver que la separación entre la señal recibida y la señal imagen es dos veces el valor de la frecuencia intermedia. Si usamos una FI de 70 MHz la señal imagen estará 140 Mhz más arriba lo que resulta fácil de rechazar.
Otra característica común a los modernos receptores es el uso de VFO basados en el principio PLL. Estos VFO permite generar una frecuencia muy exacta en un valor fijado numéricamente.
PLL corresponde al acrónimo en inglés de Phase Loop Locked que significa algo así como “bucle de fase enganchado” y es el resultado de circuitos electrónicos posibles con el uso de componentes de reciente desarrollo.
Los circuitos oscilantes clásicos están construidos con un condensador y una bobina y la frecuencia depende de los valores del condensador y la bobina. Para conseguir que la frecuencia cambie, variamos el valor de uno de estos dos componentes. Generalmente se usa un condensador variable por rotación de un eje y dependiendo de la posición del eje se determina la frecuencia de operación.
Actualmente existen los diodos semiconductores hechos con germanio o silicio. Cuando un diodo se polariza inversamente, es decir en el sentido de no conducción, el diodo se comporta como un condensador cuyo valor depende de la magnitud del voltaje inverso aplicado: a mayor voltaje inverso es menos la capacidad presentada.
Esta propiedad de los diodos semiconductores nos permite usar a los diodos como si fuera un condensador variables cuyo valor capacitivo depende de la magnitud del voltaje inverso aplicado. En teoría cualquier diodo actúa como un condensador variable controlado por voltaje pero en la industria existen condensadores especialmente construidos para tener esta propiedad y se conocen entonces como Varicap.
Si construimos un circuito con una bobina y un Varicap tenemos un oscilador cuya frecuencia depende del voltaje aplicado al Varicap, es decir que la frecuencia depende de un voltaje y estos circuitos se denominan genéricamente VCO (Voltage Control Oscilator).
Recordemos que un VFO antiguo la frecuencia se fijaba por medio de un condensador variable mecánico y uno con la mano cambiaba de frecuencia cambiando la rotación del condensador. Con el uso de Varicaps podemos fabricar VCO cuya frecuencia depende del voltaje aplicado. Como el voltaje es un parámetro que puede ser manipulado por circuitos electrónicos entonces los VCO se convirtieron en VFO de control automático.
El siguiente paso fue usar un oscilador de una frecuencia fija y muy exacta (oscilador con cristal de cuarzo) y disponer de un oscilador de tipo VCO. Las frecuencias del VCO y del oscilador fijo se llevan a un circuito que compara las dos frecuencias. El comparador da un voltaje cero cuando las dos frecuencias son iguales y diferente de cero si existe una diferencia entre las dos frecuencias. Este voltaje de “error” se lleva hacia el VCO superpuesto al voltaje usado para controlar la frecuencia. El resultado es que nuestro VCO debe oscilar exactamente a la misma frecuencia del oscilador fijo. Si hay alguna diferencia el detector de frecuencia produce un voltaje de error que se usa para corregir el voltaje de control sobre el varicap y alterar la frecuencia del VCO hasta que llegue a estar exacta con la fija y que el error sea nulo donde se queda estable.
El comparador de frecuencia se hacen generalmente como un comparador de fase (son más sencillos). El circuito de tomar una información de error y usarla para que un circuito cambie se conocen como bucles o lasos de realimentación con lo que se consigue que la frecuencia quede asegurada o enclavada en un valor da lugar al nombre de esta técnica: PLL Phase o fase, Loop o bucle o laso y LOCKED es asegurado.
Ahora bien un VFO construido como un PLL la frecuencia del oscilador será exactamente la frecuencia del oscilador fijo que tenemos como referencia y esto no seria nada practico. Producir un circuito que nos genera una frecuencia igual a otra que ya tenemos, pero aquí intervienen la electrónica diseñada para los circuitos digitales y de computadoras.
En el PLL la frecuencia del oscilador variable será exactamente la frecuencia usada como referencia. Si nosotros dividimos la frecuencia de referencia por 2 (la mitad) y usáramos este resultado como nueva frecuencia de referencia, la frecuencia del VFO será la mitad de la frecuencia fija original. Si dividimos la frecuencia de referencia por dos y el resultado lo dividimos de nuevo por dos podríamos poner el VFO a trabajar en una frecuencia que sería un cuarto de la frecuencia original.
Es decir que si nosotros tenemos un PLL en el cual la frecuencia de referencia es dividida por un circuito antes de usarla en el comparador de fase podemos tener un oscilador en la frecuencia resultante del factor de división. Aquí es donde llega la ayuda de circuitos diseñados para usar en computadores donde podemos construir un divisor programable cuyo factor de división dependa de un valor numérico introducido previamente al circuito.
El circuito del divisor programable es muy complejo requiere un numero inmenso transistores pero actualmente se construyen dentro de circuitos integrados en los cuales se integra también el comparador y el oscilador de la frecuencia de referencia. En la práctica lo único que tenemos es un circuito integrado PLL al cual le adicionamos un VFO controlado por voltaje. La frecuencia de trabajo del VFO será la frecuencia de referencia dividido por el valor a que programamos el divisor. Si queremos cambiar de frecuencia, lo que debemos hacer es cambiar el factor de división.
Por ejemplo, podemos usar un PLL que utiliza un cristal para una frecuencia de referencia de 120 MHz pero queremos emitir una frecuencia de 7 MHz. Entonces tendríamos que programar el divisor a un factor de 120/7 = 17,1428571. Parece complicado, pero no es problema porque la división la hace un microprocesador que acompaña a los radios modernos. Además la división debe hacerse con números binarios y el factor debe ser un numero binario, es decir que es 2 elevado una potencia dada.