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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.
