Circuitos de Radio a Cristal y Transistor: Desde Detectores Básicos a Receptores AM/FM Integrados

El núcleo de una radio a cristal consiste en una antena, una conexión a tierra, un circuito tanque (C1 y L1), un detector de pico y auriculares. La antena captura señales de radiodifusión (b), que viajan a través del circuito a tierra. El circuito tanque, un par LC resonante, selecciona una sola estación del espectro; C1 es variable para permitir sintonía. Un diodo de germanio rectifica la radiofrecuencia (RF) permitiendo pasar solo los semiciclos positivos, produciendo la envolvente de RF (c). El capacitor de filtrado C2 elimina el componente RF restante, dejando solo la frecuencia de audio (d) que impulsa los auriculares.

Las radios a cristal operan sin ninguna fuente de alimentación externa. Se prefiere un diodo de germanio sobre silicio porque su menor caída de tensión directa (~0,2 V) ofrece mayor sensibilidad, especialmente para señales débiles. Si se usa un diodo de silicio, el circuito seguirá funcionando, aunque con rendimiento reducido.

Aunque el esquema muestra auriculares magnéticos de 2000 Ω, un auricular "cristal" cerámico ofrece mayor sensibilidad y es la opción preferida para la mayoría de señales. Los auriculares magnéticos pueden sustituirse por auriculares de baja impedancia cuando se emparejan con un transformador de audio apropiado.

A continuación se muestra una variante más potente que reemplaza el detector de cristal con un transistor. El transistor PNP de germanio está polarizado para conducir solo durante los semiciclos positivos de la entrada RF, actuando así como detector con amplificación integrada. Esta configuración produce una salida más fuerte capaz de impulsar auriculares de 2000 Ω directamente. Un transistor NPN de silicio también funcionará si se ajusta la resistencia de polarización de base según corresponda.

Los auriculares modernos de baja impedancia pueden reemplazar los auriculares originales de 2000 Ω, siempre que se acoplen con un transformador de audio o un amplificador adecuado.

El siguiente esquema añade una etapa amplificadora de audio al detector de cristal, aumentando aún más el volumen en auriculares. El diseño original usa un diodo de germanio y transistor; un diodo Schottky puede reemplazar al diodo de germanio, y un transistor de silicio puede usarse si se modifica la resistencia de polarización de base según la tabla adjunta.

Para una perspectiva más amplia sobre diseños de radio a cristal, radios simples de un transistor y configuraciones avanzadas de pocos transistores, véanse los ejemplos siguientes.

La radio AM de circuito integrado (CI) consolida todos los componentes RF activos en un solo CI, con solo unos pocos capacitores, inductores y resistores externos. Un capacitor variable de 370 pF sintoniza la entrada RF, mientras que un capacitor de 320 pF ajusta el oscilador local 455 kHz por encima de la RF. La mezcla ocurre en el pin 15, produciendo frecuencias suma y diferencia; un filtro cerámico de 455 kHz selecciona la diferencia deseada. La mayor parte de la amplificación ocurre en la etapa de frecuencia intermedia (IF) entre pines 12 y 7, con un diodo en el pin 7 recuperando el audio. El control automático de ganancia (AGC) deriva del pin 9.

La sintonía mecánica del sintonizador RF y oscilador local, como se muestra en (a), puede reemplazarse con sintonía electrónica por diodo varicap en (b). Usar un diodo varicap reduce el volumen de componentes; aumentar la tensión de polarización inversa disminuye la capacitancia, subiendo la frecuencia de sintonía. La tensión de polarización puede generarse con un potenciómetro.

Una reducción adicional en el conteo de piezas se logra cuando el filtro paso‑banda IF se integra en el CI, eliminando transformadores IF y filtros cerámicos externos. La entrada RF y el oscilador local aún requieren sintonía L‑C, que nuevamente puede reemplazarse por diodos varicap si se desea.

Para recepción FM, un CI TDA7021T de NXP Wireless ofrece una solución de bajo conteo de piezas. Los transformadores IF externos son reemplazados por filtros RC; el CI suministra las resistencias necesarias mientras los capacitores permanecen externos. El circuito de sintonía simplificado refleja la Figura 5 de la hoja de datos de NXP, y un sintonizador más elaborado puede encontrarse en la Figura 8. Una versión estéreo FM incluye un amplificador de audio capaz de impulsar un altavoz.

Para aficionados construyendo esta radio FM, el inductor de 56 nH puede bobinarse con ocho vueltas de alambre #22 AWG desnudo o esmaltado en un mandril de 0,125 pulgadas, luego estirado a 0,6 pulgadas. Un capacitor trimmer miniatura sirve como elemento de sintonía.

El siguiente esquema demuestra un amplificador RF de base común (CB). Como carece de red de polarización, opera como amplificador de clase C, conduciendo menos de 180° de la forma de onda de entrada. La configuración CB ofrece mayor ganancia de potencia a altas frecuencias RF que un diseño de emisor común. Con redes π de adaptación en ambas entrada y salida, el circuito alcanza terminación de 50 Ω y filtra armónicos. Para estándares modernos de emisiones radiadas, secciones de filtrado adicionales pueden ser necesarias.

Un amplificador CB de aún mayor ganancia se muestra a continuación. Con divisores de tensión 1 kΩ–4 kΩ y resistencias de polarización de emisor de 500 Ω, el transistor opera en clase A. La configuración alcanza 38 dB de ganancia a 100 MHz con ancho de banda de 9 MHz.

Combinar una etapa de entrada de emisor común con una etapa de salida de base común produce un amplificador cascode que ofrece tanto alto ancho de banda como impedancia de entrada moderada. La red de polarización, detallada en el Capítulo 4 del texto BJT, se ilustra a continuación.

Simulaciones del amplificador cascode pueden encontrarse en la sección "Cascode" del capítulo BJT. Para mejor rendimiento en alta frecuencia, use transistores RF o de microondas.

Los diodos PIN forman una red atenuadora π. Diodos anti‑serie reducen la distorsión armónica comparado con un solo diodo serie. Una alimentación fija de 1,25 V polariza directamente los diodos paralelos, proporcionando corriente CC y conducción RF a través de sus capacitancias de unión. Variando la tensión de control (Vcontrol), la resistencia puede sintonizarse desde 80 dB de atenuación a 10 MHz (Vcontrol = 0,5 V) hasta 3 dB a 5 V, con respuesta plana hasta 2 GHz.

HOJA DE TRABAJO RELACIONADA:

• Hoja de trabajo de Fundamentos de Comunicación por Radio