En radio , un detector es un dispositivo o circuito que extrae información de una corriente o voltaje de radiofrecuencia modulada . El término data de las primeras tres décadas de la radio (1888-1918). A diferencia de las estaciones de radio modernas que transmiten sonido (una señal de audio ) en una onda portadora ininterrumpida , las primeras estaciones de radio transmitían información por radiotelegrafía . El transmisor se encendía y apagaba para producir períodos largos o cortos de ondas de radio, deletreando mensajes de texto en código Morse . Por lo tanto, los primeros receptores de radio podían reproducir los "puntos" y "rayas" del código Morse simplemente distinguiendo entre la presencia o ausencia de una señal de radio. El dispositivo que realizaba esta función en el circuito receptor se llamaba detector . [1] Una variedad de diferentes dispositivos detectores, como el coherer , el detector electrolítico , el detector magnético y el detector de cristal , se utilizaron durante la era de la telegrafía inalámbrica hasta que fueron reemplazados por la tecnología de tubo de vacío.
Después de la invención de la modulación de amplitud (AM), que permitió el desarrollo de la radiotelefonía AM , la transmisión de sonido (audio), durante la Primera Guerra Mundial, el término evolucionó para significar un demodulador (normalmente un tubo de vacío ) que extraía la señal de audio de la onda portadora de radiofrecuencia . Este es su significado actual, aunque los detectores modernos suelen consistir en diodos semiconductores , transistores o circuitos integrados .
En un receptor superheterodino, el término también se utiliza a veces para referirse al mezclador , el tubo o transistor que convierte la señal de radiofrecuencia entrante a la frecuencia intermedia . El mezclador se denomina primer detector , mientras que el demodulador que extrae la señal de audio de la frecuencia intermedia se denomina segundo detector . En la tecnología de microondas y ondas milimétricas, los términos detector y detector de cristal se refieren a los componentes de la línea de transmisión coaxial o de guía de ondas, utilizados para la medición de potencia o ROE , que normalmente incorporan diodos de contacto puntual o diodos Schottky de barrera de superficie.
La envolvente de una forma de onda es la curva que delimita la forma de onda. Una categoría importante de la técnica de demodulación de AM implica la detección de la envolvente , ya que la envolvente de una señal de AM es la señal original .
El detector de diodos es un detector de envolvente simple. Consiste en un diodo conectado entre la entrada y la salida del circuito, con una resistencia y un condensador en paralelo desde la salida del circuito hasta tierra para formar un filtro de paso bajo . Su constante de tiempo RC debe ser lo suficientemente pequeña para descargar el condensador lo suficientemente rápido cuando la envolvente está cayendo. Mientras tanto, la frecuencia de corte del filtro debe estar muy por debajo de la frecuencia de la onda portadora para atenuar suficientemente la portadora.
Una de las primeras formas de detector de envolvente fue el detector de cristal , que se utilizaba en los receptores de radio de cristal . Una versión posterior que utiliza un diodo de cristal todavía se utiliza en los equipos de radio de cristal de la actualidad. La respuesta de frecuencia limitada de los auriculares elimina el componente de RF, lo que hace innecesario el filtro de paso bajo.
Los detectores de envolvente más sofisticados incluyen el detector de fugas de rejilla , el detector de placas , el detector de impedancia infinita , sus equivalentes de transistores y rectificadores de precisión que utilizan amplificadores operacionales.
Un detector de producto es un tipo de demodulador utilizado para señales AM y SSB , donde la señal portadora original se elimina multiplicando la señal recibida con una señal en la frecuencia portadora (o cerca de ella). En lugar de convertir la envolvente de la señal en la forma de onda decodificada por rectificación como lo haría un detector de envolvente, el detector de producto toma el producto de la señal modulada y un oscilador local , de ahí el nombre. Mediante heterodinación , la señal recibida se mezcla (en algún tipo de dispositivo no lineal) con una señal del oscilador local, para dar frecuencias de suma y diferencia a las señales que se están mezclando, al igual que una primera etapa de mezclador en un superheterodino produciría una frecuencia intermedia ; la frecuencia de batido en este caso, la señal moduladora de baja frecuencia se recupera y las frecuencias altas no deseadas se filtran de la salida del detector de producto. Debido a que las bandas laterales de una señal modulada en amplitud contienen toda la información en la portadora desplazada desde el centro por una función de su frecuencia, un detector de producto simplemente mezcla las bandas laterales hacia abajo en el rango audible para que se pueda escuchar el audio original.
Los circuitos detectores de producto son esencialmente moduladores de anillo o detectores sincrónicos y están estrechamente relacionados con algunos circuitos detectores sensibles a la fase . Se pueden implementar utilizando algo tan simple como un anillo de diodos o un solo transistor de efecto de campo de doble puerta o algo tan sofisticado como un circuito integrado que contenga una celda de Gilbert . Los oyentes de onda corta y los radioaficionados suelen preferir los detectores de producto a los detectores de envolvente, ya que permiten la recepción de señales AM y SSB. También pueden demodular transmisiones CW si el oscilador de frecuencia de batido está sintonizado ligeramente por encima o por debajo de la portadora.
Los detectores AM no pueden demodular Señales de FM y PM porque ambas tienen una amplitud constante . Sin embargo, una radio AM puede detectar el sonido de una transmisión FM mediante el fenómeno de detección de pendiente que ocurre cuando la radio está sintonizada ligeramente por encima o por debajo de la frecuencia de transmisión nominal. La variación de frecuencia en un lado inclinado de la curva de sintonización de la radio le da a la señal amplificada una variación de amplitud local correspondiente, a la que el detector de AM es sensible. La detección de pendiente brinda una distorsión y un rechazo de ruido inferiores en comparación con los siguientes detectores de FM dedicados que se utilizan normalmente.
Un detector de fase es un dispositivo no lineal cuya salida representa la diferencia de fase entre las dos señales de entrada oscilantes. Tiene dos entradas y una salida: se aplica una señal de referencia a una entrada y la señal modulada en fase o frecuencia a la otra. La salida es una señal proporcional a la diferencia de fase entre las dos entradas.
En la demodulación de fase, la información está contenida en la cantidad y velocidad del desplazamiento de fase en la onda portadora .
El discriminador Foster-Seeley [2] [3] es un detector de FM ampliamente utilizado. El detector consta de un transformador especial con toma central que alimenta dos diodos en un circuito rectificador de CC de onda completa . Cuando el transformador de entrada está sintonizado con la frecuencia de la señal, la salida del discriminador es cero. Cuando no hay desviación de la portadora, ambas mitades del transformador con toma central están equilibradas. A medida que la señal FM oscila en frecuencia por encima y por debajo de la frecuencia de la portadora, se destruye el equilibrio entre las dos mitades del secundario con toma central y hay un voltaje de salida proporcional a la desviación de frecuencia.
El detector de relación [4] [5] [6] [7] es una variante del discriminador Foster-Seeley, pero un diodo conduce en dirección opuesta y utiliza un devanado terciario en el transformador precedente. La salida en este caso se toma entre la suma de los voltajes de los diodos y la toma central. La salida a través de los diodos está conectada a un capacitor de gran valor, que elimina el ruido AM en la salida del detector de relación. El detector de relación tiene la ventaja sobre el discriminador Foster-Seeley de que no responderá a señales AM , ahorrando así potencialmente una etapa limitadora; sin embargo, la salida es solo el 50% de la salida de un discriminador para la misma señal de entrada. El detector de relación tiene un ancho de banda más amplio pero más distorsión que el discriminador Foster-Seeley.
En los detectores de cuadratura, la señal FM recibida se divide en dos señales. Una de las dos señales pasa a través de un condensador de alta reactancia , que desplaza la fase de esa señal en 90 grados. Esta señal desplazada de fase se aplica a un circuito LC, que es resonante en la frecuencia "central" o "portadora" no modulada de la señal FM. Si la frecuencia de la señal FM recibida es igual a la frecuencia central, las dos señales tendrán una diferencia de fase de 90 grados y se dice que están en "cuadratura de fase", de ahí el nombre de este método. Las dos señales se multiplican juntas en un dispositivo analógico o digital, que sirve como detector de fase; es decir, un dispositivo cuya salida es proporcional a la diferencia de fase entre dos señales. En el caso de una señal FM no modulada, la salida del detector de fase es, después de que la salida se ha filtrado ; es decir, promediado en el tiempo, constante; es decir, cero. Sin embargo, si la señal FM recibida ha sido modulada, entonces su frecuencia variará con respecto a la frecuencia central. En este caso, el circuito LC resonante desplazará aún más la fase de la señal del condensador, de modo que el desplazamiento de fase total de la señal será la suma de los 90 grados impuestos por el condensador y el cambio de fase positivo o negativo impuesto por el circuito LC. Ahora, la salida del detector de fase será diferente de cero y, de esta manera, se recupera la señal original que se utilizó para modular la portadora FM.
El proceso de detección descrito anteriormente también se puede lograr combinando, en una compuerta lógica OR exclusiva (XOR), la señal FM original limitada y una copia de esa señal que pasa a través de una red que impone un cambio de fase que varía con la frecuencia, por ejemplo, un circuito LC (y entonces limitado también), o una portadora de onda cuadrada de frecuencia fija en la frecuencia central de la señal. La compuerta XOR produce un flujo de pulsos de salida cuyo ciclo de trabajo corresponde a la diferencia de fase entre las dos señales. Debido a la diferencia de fase variable entre las dos entradas, se produce una señal modulada por ancho de pulso (PWM). Cuando se aplica un filtro de paso bajo a esos pulsos, la salida del filtro aumenta a medida que los pulsos se hacen más largos y su salida disminuye a medida que los pulsos se hacen más cortos. De esta manera, se recupera la señal original que se utilizó para modular la portadora FM.
Cuando se utiliza una versión desfasada de la señal original, el resultado es una demodulación de frecuencia, ya que la diferencia de frecuencia entre las entradas de la puerta XOR permanece cero y, por lo tanto, no afecta su relación de fase.
Con una portadora de frecuencia fija, el resultado es una demodulación de fase , que en este caso es una integral de la señal moduladora original.
Los tipos de detectores menos comunes, especializados u obsoletos incluyen: [8]
El detector de bucle de enganche de fase no requiere una red LC selectiva de frecuencia para lograr la demodulación. En este sistema, un oscilador controlado por voltaje (VCO) está bloqueado en fase por un bucle de retroalimentación , que obliga al VCO a seguir las variaciones de frecuencia de la señal FM entrante. El voltaje de error de baja frecuencia que obliga a la frecuencia del VCO a seguir la frecuencia de la señal FM modulada es la salida de audio demodulada. El detector de bucle de enganche de fase no debe confundirse con el sintetizador de frecuencia de bucle de enganche de fase, que a menudo se utiliza en radios AM y FM sintonizadas digitalmente para generar la frecuencia del oscilador local .
Medios relacionados con Detectores (radio) en Wikimedia Commons