Tomas Bradanovic

NULLA DIES SINE LINEA. Filosofía barata, historias, historietas, mecánica, moralejas, chamullos, relatos absurdos, la vida de un vago, cosas de Arica, literatura, música, pornografía, política, física, cocina regional, minas, copete y cosas por el estilo. The awesome, absurd and often bored adventures of our Man of Mistery in Arica, from the trenches, in the Northern Front. Sacar a mil, sacar a mil. Streams of brilliance often springs from boredom. Atendido por su propio dueño, dentre nomás.

Telecomunicaciones para dummies 2

domingo, 13 de febrero de 2011

Ya sabemos que las ondas de radio se propagan infinitamente por el espacio más o menos como las capas de una cebolla (si se usan antenas direccionales la propagación puede tomar otras formas pero la esférica es el ejemplo más simple) ¿Cuanta distancia pueden alcanzar? Aunque los campos electromagnétios disminuyen con la distancia su alcance es indefinido, solo debemos tener un receptor los suficientemente sensible.

La electrónica nació con la aparición de tres circuitos básicos: los osciladores, rectificadores y amplificadores que solo fueron posibles cuando se inventaron las válvulas de vacío primero y luego los transistores o IC. Válvulas, transistores e IC hacen exactamente lo mismo, solo que los transistores y circuitos integrados requieren mucha menos energía y son infinitamente más eficientes. Antes que se inventaran las válvulas se usaban motores, máquinas de vapor y chispas para irradiar señales lo que era tremendamente ruidoso y poco eficiente.

La primera válvula que se inventó fue el diodo que, al ponerle corriente alterna la deja pasar para un solo lado. Así un diodo "recorta" las señales alternas por la mitad lo que en la práctica permite transformar corriente alterna en continua pulsante. Esto se llama rectificación o detección.

Luego se inventó el triodo que es como un diodo pero con un terminal de control, esto permitió crear los amplificadores y osciladores. Un amplificador no "agranda" una señal débil, lo que hace es usarla para controlar una corriente continua mucho mayor, que modifica para hacer una copia de la señal débil. Es una idea super ingeniosa. Supongamos que tengo una señal de corriente alterna de 1 milivolt (que es muy poco) entre su máximo y mínimo ¿como podría amplificarla?. Bueno, si con esa pequeña señal puedo controlar una corriente continua digamos de 100 volt para que tome la misma forma que la señal de control, entonces la tendré amplificada. El equivalente moderno del triodo es el transistor

La figura muestra el amplificador más simple con un transistor, la señal de entrada es pequeña y controla a la corriente continua +Vc que es más grande de modo que produce una copia con la misma forma que la señal de entrada, igual como podemos levantar un auto de muchos kilos aplicando muy poca fuerza con ayuda de una gata hidráulica, la amplificación copia la forma de la señal de entrada usando una corriente continua mucho más grande. Si la copia no es exacta se dice que el amplificador distorsiona.

Esto permitió que las señales de radio que en el aire son sumamente débiles (unos pocos milivolts) se puedan copiar usando una corriente mucho mayor, o sea se "amplifican" y pueden hacer sonar un parlante con un volumen ensordecedor.

El oscilador para generar señales alternas de alta frecuencia, se hace con un amplificador, una bobina y condensador conectados para que "resuenen" a una cierta frecuencia y usando la realimentación, que consiste en que la salida se conecta a la entrada. Esto hace que el circuito pueda oscilar a la frecuencia ajustada para el condensador con la bobina. Así se puede convertir una corriente continua en una oscilación de corriente alterna.

Con esto estamos casi listos para entender por que funciona la radio a galena. Pero falta un detalle: las frecuencias. Cuando hablamos frente a un micrófono el aire mueve una membrana que está conectada a un electro imán. Así el movimiento de la membrana produce una corriente eléctrica sumamente débil, pero que importa si ahora tenemos amplificadores. El problema es la frecuencia, los sonidos tienen un rango de frecuencias muy bajas -entre unos 20 Hz a 20.000 Hz- esas frecuencias prácticamente no se propagan porque al ser tan bajas para transmitirse y recibir se necesitarían antenas y equipos enormes.

La propagación empieza a ser eficiente a partir de los 500 Khz más o menos, las antiguas transmisiones en AM son entre 555 Khz y 1750 Khz eso equivale a longitudes de onda de cientos de metros. Luego está lo que se conoce como "onda corta" que son las bandas más eficientes para transmitir porque son frecuencias que rebotan en la ionósfera, así con muy poca potencia se puede dar la vuelta al mundo usando las bandas de 10, 20, 40 u 80 metros.

Pero ¿como transmitir entonces si las frecuencias de sonido no se propagan? Aquí aparece otro invento genial llamado "modulación" que consiste en montar o combinar una frecuencia de audio con otra de frecuencia mucho más alta (llamada "portadora") que si se propaga, hay varias formas de modular y la más simple es la modulación en amplitud (AM) donde la portadora se "envuelve" con la forma del sonido, al llegar al receptor se detecta (o sea se pasa por un diodo) porque la modulación es simétrica y para recuperar el audio debemos tener solo una mitad, luego la portadora se descarta.
Ahora podemos entender como funciona la radio a galena. En la planta transmisora AM se genera una señal portadora con un oscilador y se mezcla con la señal de audio que queremos transmitir, eso se amplifica y se propaga usando una antena. Como la propagación es esférica la señal la podemos captar en todos lados, para capturarla usamos una antena (podría ser un pedazo de alambre) que va a un condensador y una bobina conectadas en paralelo, estas "atrapan" la frecuencia de la portadora y la dejan pasar con preferencia sobre las demás: eso es un sintonizador o filtro pasa-banda.

Luego el diodo recorta la señal portadora por la mitad y un condensador envía a tierra la portadora que ya no nos sirve. Tenemos entonces la misma señal de audio en nuestros audífonos, que funcionan eactamente igual que el micrófono pero al revés, e les aplica corriente y generan sonido: micrófonos y audifonos funcionan exactamente bajo el mismo principio.
¡ Fantástico! ¿y por que no son todas las radios a galena? Hay muchas razones. Habrán notado que nuestra radio no tiene amplificación así es que los audifonos se tienen que mover con los escasos micro volt que capta la antena. ¿Y por que no agregarle un buen amplificador y ya? Ah, porque si amplificamos con la señal portadora nuestro receptor empezará a irradiar y se convertirá en transmisor perdiendo toda la energía, entre muchos otros problemas.

Entonces fue cuando el ingeniero Armstrong inventó el circuito más ingenioso de todos, el famoso superheterodino, que soluciona la mayoría de los problemas prácticos de los receptores bajando la frecuencia de la portadora a una frecuencia intermedia FI mucho menor, que puede ser amplificada sin que irradie y usando amplificadores de banda estrecha. Hasta el día de hoy el superheterodino se usa hasta en los sistemas más sofisticados de comunicaciones que existen, es el más útil de los circuitos inventados.

Pero la radiación electromagnética no se usa solo en programas de radio AM, también existe la modulación de frecuencia y de fase, que permiten mayor fidelidad aunque alcance más corto, usando frecuencias mucho más altas que ya no rebotan en la ionosfera. Los radares, los telecomandos y el aparato electrónico más complicado que existe -lejos- que es la televisión en colores. Los desafío a que junten a diez ingenieros en telecomunicaciones de primer nivel y le pidan que explique como funciona la tele a color, apuesto que ni uno solo puede hacerlo. Casi ninguno de los ingenieros que yo conozco tiene idea clara de como funciona la tele a color.

Y si después de toda esta lata a alguien todavía le queda interés por saber más de comunicaciones, les recomiendo el extraordinario libro De la Galena a la Banda Lateral Moderna, de Frank W. Harris. Es apasionante, está muy bien escrito y me identifica plenamente por qué me gustó tanto la electrónica y por qué dejó de gustarme. Si a alguien le interesan las comunicaciones se va a divertir mucho leyéndolo. Hasta mañana.

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9 Comments:

Blogger Otto said...

Le confieso que cuando el mensaje real se esconde en la portadora para ser correctamene identificado y amplificado, y separado de la portadora misma, mi suspensión de la incredulidad tambalea. La suma de ambas ondas acaso no es algo cuya frecuencia no es ni la de la portadora ni la del mensaje real? y entonces porqué el aparato igual las detecta?

13 de febrero de 2011, 12:31

 
Anonymous EDO said...

Hola tomas lei tus 2 post sobre teleco para dummies, sobre el tema de la ingenieria electrica podrias investigar y poner el tema del padre de la ingenieria electrica: NICOLA TESLA. La gente se soprenderia de todo lo qe llego a hacer este personaje el cual invento toda la tecnologia electrica que usamos hasta hoy. saludos

13 de febrero de 2011, 12:55

 
Blogger Tomas Bradanovic said...

Otto, el efecto de modulación es idéntico al de batido de frecuencias que se produce en el superheterodino: se junta una señal de frecuencia alta (portadora) con otra de frecuencia baja (información), de esta mezcla salen 4 componentes: las dos originales, la suma y la resta. Si se mira ben un analizador de espectro son muchas más porque hay un montón de "armónicas" para arriba y para abajo.

La explicación matemática de eso creo que está en las series de fourrier que dicen que cualquier señal periódica de cualquier forma (en este caso una portadora modulada en amplitud), puede ser representada por una suma de senos y cosenos (que físicamente serían las armónicas). La solución matemática es relativamente sencilla en este caso y la solución técnica para recuperar la información es mucho más sencilla: basta con rectificar (cortar por la mitad) la portadora y desechar la frecuencia alta con un condensador a tierra. Son http://tinyurl.com/4s3jry6 y se pueden ver efectivamente con un osciloscopio. La modulación AM es el sistema más simple que existe, FM y PM son un poco más peludos.

Edo Nicola Tesla fue un gran genio pero también un tremendo embustero, hizo muchos anuncios falsos en su vida porque tenía un ego inmenso. Para mi el mayor genio de las telecomunicaciones fue Edwin H Armstrong, quien inventó los circuitos y métodos más fundamentales: el oscilador, el superheterodino, la modulación FM entre los más importantes. Otro ególatra que trabajaba para la RCA (lee de Forest) le robó todos sus inventos con abogados, Armstrong se suicidó tirándose de un edificio.

Creo que Maxwell, Armstrong y Claude Shannon son los tres papis de las telecomunicaciones.

13 de febrero de 2011, 14:09

 
Blogger Renato said...

Hola Tomas:
Interesante el tema de las ondas de radio y como se relaciona con el proyecto HAARP en YouTube.
Los comentarios van a dar para rato.
Saludos

13 de febrero de 2011, 14:11

 
Blogger Tomas Bradanovic said...

Hola Renato, hasta donde yo se la mayoría de las cosas que se escriben sobre el HAARP son un enorme engaño. Yo también sentí curiosidad al principio por esas ideas de calentar la ionosfera, controlar el clima y cosas por el estilo. Me parece que no tienen pies ni cabeza desde el punto de vista técnico.

He encontrado documentos sobre los primeros experimentos del HAARP que fueron construir cañones enormes para sustituir a los cohetes que después mutó al estudio de la ionósfera y como afecta las telecomunicaciones. HAsta donde yo se todo lo que relaciona al proyecto con terremotos, cambios climáticos etc no tiene pies ni cabeza, me parece que son puros cuentos, las explicaciones son inverosímiles.

13 de febrero de 2011, 14:18

 
Anonymous Sigfridus said...

Existe algún libro para electrónicos amateur??? encuentro que es una disciplina entretenida, en apariencia.

14 de febrero de 2011, 15:02

 
Blogger Tomas Bradanovic said...

Con la electrónica pasó algo muy parecido a la computación, los años de los pioneros (digamos hasta los 80) eran trabajos fascinantes pero después se convirtió en un asunto de obreros ensambladores y cambia-piezas.

El mejor libro que he leído lo puedes bajar de http://tinyurl.com/4l5fcal

Lo escribió un radioficionado y es fascinante porque explica todo desde cero. No es necesario leerlo completo ni en orden (son más de 400 pgs) pero picotearlo es una completa delicia.

Además escribe de todos los problemas de la electrónica moderna, te lo recomiendo

14 de febrero de 2011, 15:09

 
Anonymous Anónimo said...

Hola Tomás,
Leo siempre tu interesante blog y me llama la atención este comentario tuyo en el post de telecomunicaciones
“les recomiendo el extraordinario libro De la Galena a la Banda Lateral Moderna, de Frank W. Harris. Es apasionante, está muy bien escrito y me identifica plenamente por qué me gustó tanto la electrónica y por qué dejó de gustarme”
Siendo que tu profesión es Ingeniero Ejecución Electrónico, porque dejo de gustarte de la electrónica, que hay en este libro que explique esta situación?

15 de febrero de 2011, 00:26

 
Blogger Tomas Bradanovic said...

Hola, bueno, la electrónica cambió radicalmentecon la llegada de los circuitos integrados, ahora todo se limita a enchufar, desenchufar y cambiar piezas no hay espacio para experimentar con casi nada, le llaman "integracion".

Es algo parecido a lo que pasó con la computación desde que se empezaron a popularizar el uso de estructuras y bases de datos y programación orientada a objetos, perdió toda la gracia.

En el libro ese sale mejor explicado.

15 de febrero de 2011, 21:24

 

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