Comprender el discriminador de Foster-Seeley

El discriminador de Foster-Seeley es un tipo de detector de FM que se usó ampliamente a mediados de los años años antes de 1900.Funciona utilizando un transformador especial para cambiar los cambios de frecuencia en una señal FM en cambios en la amplitud.Estos cambios de amplitud se procesan para producir una salida de CC, con el voltaje que cambia en función de la frecuencia de la señal FM.Este detector es conocido por ser simple y efectivo, especialmente cuando la señal es fuerte y estable.

Este artículo analiza cómo funciona el discriminador Foster-Seeley, explicando sus partes, cómo funciona y su importante papel en cosas como receptores de radio FM y sistemas de radar.También lo compara con otros discriminadores de FM, como el detector de la relación y el detector de bucle de fase bloqueado (PLL), para comprender sus beneficios, inconvenientes y qué tan bien se ajusta a diferentes tecnologías.

Catalogar

Figura 1: Diagrama de circuito discriminador de Foster-Seeley

Orígenes e inventores del discriminador de Foster-Seeley

Dudley E. Foster y Stuart William Seeley fueron inventores importantes en el campo de la electrónica, mejor conocida por crear el circuito de Foster Seeley en 1936. Esto fue durante un momento en que la tecnología de radio estaba creciendo rápidamente, y mejorar las señales de radio era un enfoque principal.Foster trabajó como ingeniero en Western Electric, mientras que Seeley estaba con RCA.Juntos, hicieron un circuito que ayudó a mejorar la tecnología de modulación de frecuencia (FM), resolviendo problemas relacionados con la estabilidad de la radiofrecuencia.

El circuito Foster Seeley fue diseñado originalmente para mantener las frecuencias de radio estables durante la transmisión, que se llama control de frecuencia automática.Más tarde se descubrió que también era excelente en la demodulación FM, significa que podría convertir los cambios de frecuencia en sonido.El rendimiento constante y confiable del circuito lo convirtió en parte de las radios FM.

Desde la década de 1930 hasta la década de 1970, el circuito Foster Seeley se usaba comúnmente en radios para decodificar señales de FM.Jugó un papel importante en la Segunda Guerra Mundial y en los sistemas de comunicación militar y civil.Su diseño simple lo hizo popular durante muchos años.A fines del siglo XX, los circuitos integrados (ICS) se usaron ampliamente.Estos pequeños chips podrían contener miles de transistores, haciendo que los dispositivos sean más pequeños, más baratos y más eficientes.Como resultado, los métodos más nuevos para la decodificación de FM reemplazaron el circuito Foster Seeley, y se hizo desactualizado, lo que refleja un cambio importante hacia la tecnología compacta y digital en la industria electrónica.

Figura 2: Discriminador de Foster-Seeley

Componentes del discriminador de Foster-Seeley

Transformador

La parte principal del discriminador de Foster-Seeley es un transformador con una bobina secundaria tocada en el centro.Este transformador divide la señal FM en dos corrientes opuestas.El grifo central está conectado a tierra y las dos mitades de la señal van a diodos separados.Esta configuración ayuda a comparar las diferencias en la fase y la amplitud que se requieren para la decodificación de señal precisa.

Una diferencia principal es que el discriminador Foster-Seeley no tiene un tercer devanado en el transformador.El detector de la relación utiliza un devanado adicional para ayudar a que la decodificación sea más estable, especialmente cuando cambia la intensidad de la señal.Este devanado adicional también hace que el detector de relación sea menos sensible a las variaciones de amplitud.

Ahogo

El estrangulador en este circuito mantiene la salida estable manteniendo un nivel de CC constante.Se coloca donde se encuentran las señales rectificadas de los diodos.El estrangulador ayuda a suavizar el ruido de alta frecuencia y controla el flujo de corriente.Sin ella, la salida sería inestable, afectando la señal decodificada.

En el circuito Foster Seeley, el estrangulador juega un papel similar al tercer devanado en el detector de la relación, pero es menos efectivo.Si bien el estrangulador ayuda a estabilizar la salida, no maneja completamente los cambios en la amplitud, así como el tercer devanado en el detector de relación.Esto hace que el discriminador Foster-Seeley sea más simple y más barato de construir, pero es más probable que se vea afectado por los cambios en la intensidad de la señal.

Diodos

Dos diodos se colocan simétricamente a cada lado de la bobina secundaria del transformador.Cada diodo procesa la señal desde su lado, creando dos voltajes de CC separados.Estos voltajes se comparan con los cambios de medición en la señal FM.La configuración equilibrada de los diodos garantiza que la salida coincida estrechamente con la señal original, incluso si la amplitud de entrada cambia.

Condensadores

Los condensadores son importantes en los circuitos que coinciden con la frecuencia de la señal FM.Trabajan con diodos y el transformador para filtrar señales no deseadas, permitiendo que solo pasen las correctas.Junto con el transformador, ayudan a dividir la señal en las partes correctas y mantenerla equilibrada.Los condensadores ayudan a mantener estable la frecuencia del circuito y la señal estable.

Resistencias de carga

Las resistencias de carga se encuentran en la salida de los diodos, donde convierten la corriente en un voltaje coincidente.Este voltaje contiene la señal final que contiene el sonido o los datos originales.Las resistencias ayudan a formar la señal correcta, permitiendo que el contenido original se recupere después del proceso de demodulación.

Figura 3: Componentes discriminadores de Foster-Seeley

¿Cómo funciona el discriminador Foster-Seeley?

El discriminador Foster-Seeley funciona convirtiendo los cambios en la frecuencia de una señal FM (modulación de frecuencia) en algo útil, como el sonido.A diferencia de AM (modulación de amplitud), que cambia cuán fuerte es una señal, FM cambia su frecuencia.El trabajo del discriminador es recoger y comprender estos cambios para que otras partes, como los altavoces, puedan usar la información.

El núcleo del discriminador tiene dos circuitos hechos de bobinas y condensadores.Estos circuitos se ajustan cuidadosamente para que coincidan con la frecuencia principal de la señal FM.A medida que la señal pasa por estos circuitos, reaccionan a sus cambios de frecuencia y ayuda a convertir esos cambios en señales eléctricas que pueden procesarse más.

Figura 4: Trabajo discriminador de Foster-Seeley

Una parte principal del discriminador es el transformador, tiene un devanado especial con tocado central.Este transformador divide la señal FM en dos partes que son las mismas pero con fases opuestas, cuando aumenta una señal, las otras caídas, como las imágenes de espejo.

Esta división prepara las señales para el siguiente paso, donde los cambios de frecuencia se convertirán en variaciones en la intensidad de la señal.Estas dos señales se envían a diodos separados y convierten la corriente alterna (AC) en corriente continua (DC).Esto proporciona dos salidas de CC, una para cada parte de la señal dividida.

Comportamiento del circuito con frecuencias coincidentes y no coincidentes

Frecuencia emparejada (sin desviación): cuando la frecuencia de la señal entrante se alinea exactamente con la frecuencia central de los circuitos sintonizados, la señal se divide de manera uniforme a medida que pasa a través de las dos mitades del transformador.Ambas porciones de la señal permanecen perfectamente equilibradas.Después de pasar por los diodos, las señales rectificadas producen voltajes iguales pero opuestos.Estos voltajes opuestos se cancelan entre sí, dando como resultado un voltaje de salida.Este estado equilibrado ocurre cuando no hay modulación, que representa la frecuencia del portador.

Frecuencia no coincidente (desviación): cuando la frecuencia de la señal entrante se aleja de la frecuencia central, debido a la modulación, se altera el equilibrio entre las dos señales.Si la frecuencia aumenta por encima de la frecuencia central, un lado del circuito genera un voltaje más alto que el otro.Por el contrario, si la frecuencia cae por debajo de la frecuencia central, el otro lado produce el voltaje más alto.Los diodos rectifican estas señales desiguales, y la diferencia en los voltajes crea un voltaje de salida positivo o negativo.Si la salida es positiva o negativa depende de si el cambio de frecuencia está por encima o por debajo del centro.Este voltaje de salida está directamente relacionado con la cantidad de desviación de frecuencia y lleva la información modulada.

Figura 5: Esquema del sistema de discriminadores de frecuencia basado en la línea de retraso

Diferencia de fase en el procesamiento de la señal y los efectos de la modulación y la demodulación

La diferencia en la fase entre las señales juega un papel importante en el procesamiento de señales, especialmente en la forma en que funciona el discriminador Foster-Seeley.Cuando una señal FM entra en el discriminador, se divide en dos caminos por un transformador.Este transformador crea dos señales que son exactamente opuestas en fase (180 grados de distancia).Esta diferencia de fase es necesaria para que los diodos del circuito detecten correctamente los cambios en la frecuencia de la señal.

A medida que la frecuencia de la señal entrante cambia debido a la modulación, la diferencia de fase entre las dos rutas cambia ligeramente.Este cambio en la fase está conectado a la variación de frecuencia.Cuando la frecuencia se aleja del valor central, la diferencia de fase se vuelve más notable.Estos cambios de fase afectan la resistencia de las señales que alcanzan los diodos, causando diferentes niveles de voltaje.

Figura 6: Demodulación discriminadora de Foster-Seeley

Impacto de la modulación: la modulación cambia la frecuencia de la señal FM en función de la amplitud de la señal original.Estos cambios de frecuencia afectan la diferencia de fase entre las dos señales en el discriminador.El circuito detecta estos cambios y los convierte en cambios de voltaje que representan la señal de modulación original.

Impacto de la demodulación: durante la demodulación, el discriminador utiliza las diferencias de fase para producir un voltaje que coincida con los cambios de frecuencia en la señal FM.Este voltaje corresponde a la señal original, como una transmisión de audio, que luego se puede procesar o amplificar para escuchar.

Figura 7: Curva de demodulador

Aplicaciones del discriminador Foster-Seeley

Receptores de radio FM

El discriminador Foster-Seeley es mejor conocido por su uso en radios FM.Antes de que se desarrollara este método, las formas anteriores de decodificar las señales FM no eran tan buenas y causaron más distorsión.Gracias al discriminador de Foster-Seeley, las radios FM ahora producen un sonido más claro, haciendo música y transmitidas mucho mejor para millones de oyentes hoy.

Telecomunicaciones

En las telecomunicaciones, se requiere una decodificación de señal clara para una comunicación suave.El discriminador Foster-Seeley se utiliza en sistemas como las comunicaciones de microondas y satélite, a menudo usa la modulación de frecuencia para enviar datos a largas distancias.Ayuda a extraer datos con precisión de la señal, asegurándose de que la voz, el video u otra información se transmitan claramente.

Sistemas de radar

Los sistemas de radar utilizan la modulación de frecuencia para rastrear distancias y detectar objetos móviles.El discriminador Foster-Seeley ayuda a procesar las señales de radar, lo que permite que el sistema calcule la ubicación y la velocidad de los objetos correctamente.Sin él, la precisión del radar disminuiría, afectando a sistemas importantes como el control del tráfico aéreo y el monitoreo del clima.

Radios bidireccionales

En dispositivos como Walkie-Talkies y radios de comunicación de corto alcance, el discriminador Foster-Seeley ayuda a proporcionar transmisión de voz clara.Esto es importante para los servicios de emergencia, los militares y otras industrias donde se requiere una comunicación clara, especialmente en entornos ruidosos o difíciles.

Aviones y comunicaciones marinas

En la aviación y los sistemas marinos, las señales FM se usan porque resisten el ruido y la interferencia.Por ejemplo, las radios de aeronaves usan FM para hablar con el control de tráfico aéreo.El discriminador Foster-Seeley se asegura de que estas señales estén decodificadas correctamente, asegurando una comunicación fluida y clara como situaciones de emergencia.

Sistemas de control de frecuencia automática (AFC)

El discriminador Foster-Seeley es útil en sistemas que necesitan mantener las frecuencias estables, como receptores de televisión y equipos de comunicación.Ayuda al sistema a corregir cualquier cambio de frecuencia en tiempo real, asegurándose de que la señal se mantenga fuerte y estable para un mejor rendimiento.

Análisis comparativo de discriminadores de FM

Discriminador de Foster-Seeley vs. Detector de relación

Tanto el discriminador Foster-Seeley como el detector de la relación están diseñados para demodular señales moduladas con frecuencia (FM), sin embargo, operan con configuraciones distintas y rasgos de rendimiento.El discriminador Foster-Seeley utiliza un transformador de RF de doble ajuste y un par de diodos.Esta configuración convierte los cambios de frecuencia en cambios en la amplitud, y luego se traduce en voltaje que representa la señal original.

El detector de relaciones funciona de manera similar pero incluye mejoras: un condensador adicional que mejora su capacidad para rechazar las variaciones de amplitud.Esta característica hace que el detector de la relación sea más estable y menos vulnerable al ruido que el discriminador Foster-Seeley.Sin embargo, requiere más precisión durante la alineación y la calibración.Si bien tanto ofrecen buena linealidad y sensibilidad, el detector de relación funciona mejor cuando la señal está expuesta a cambios de amplitud.

Figura 8: Diagrama de circuito del detector de relaciones

Discriminador de Foster-Seeley vs. detector de cuadratura

El detector de cuadratura adopta un enfoque diferente del discriminador Foster-Seeley al demodular las señales de FM.Mientras que el discriminador Foster-Seeley convierte las desviaciones de frecuencia en cambios de amplitud, el detector de cuadratura cambia la fase de una señal de referencia en 90 grados en relación con la señal FM entrante.Al mezclar las señales cambiadas de fase y recibidas, la salida se correlaciona directamente con la desviación de la frecuencia.

El detector de cuadratura sobresale en el manejo de fluctuaciones de amplitud de señal, lo que lo hace altamente efectivo en condiciones ruidosas.En comparación, el discriminador Foster-Seeley es más susceptible al ruido y requiere un ajuste cuidadoso de sus componentes para funcionar de manera efectiva.Debido a esto, el detector de cuadratura a menudo se prefiere en los sistemas de comunicación digital.

Figura 9: El detector de cuadratura funciona

Detector de Discriminador de Foster-Seeley vs. Fase Locked (PLL)

Al comparar el discriminador de Foster-Seeley con un detector de bucle de fase bloqueado (PLL), las diferencias en la tecnología y el rendimiento se aclaran.Un PLL se bloquea en la fase de la señal FM entrante y ajusta continuamente un oscilador local para mantener una relación de fase consistente.Este proceso demodula la señal con alta precisión.Los detectores de PLL superan al discriminador Foster-Seeley en términos de estabilidad de frecuencia, resistencia al ruido y la capacidad de manejar desviaciones de frecuencia más grandes.

Figura 10: Diagrama de detector de bucle de fase bloqueado (PLL)

Discriminador de Foster-Seeley vs. Detector de cruce cero

El detector de cruce cero ofrece un enfoque mucho más simple para la demodulación FM al identificar cuándo la señal cruza la línea de voltaje cero.Este método contrasta bruscamente con el discriminador Foster-Seeley, que se basa en un diseño más intrincado para traducir los cambios de frecuencia en variaciones de amplitud.

Si bien el detector de cruce cero es fácil de implementar y rentable, tiende a ser menos preciso y más susceptible al ruido.Funciona bien en aplicaciones de bajo costo donde la fidelidad de alta señal no es una prioridad.Por otro lado, el discriminador Foster-Seeley, aunque más complejo, ofrece una calidad de señal mucho mejor y es ideal para aplicaciones que requieren una mayor precisión en la demodulación.

Figura 11: Diagrama de detector de cruce cero

Discriminador de Foster-Seeley vs. Detector de pendiente

El detector de pendiente es otra alternativa más simple para la demodulación FM.Utiliza un circuito ajustado único, con su curva de respuesta de frecuencia colocada ligeramente fuera del centro de la frecuencia portadora.A medida que pasa la señal FM, las desviaciones de frecuencia producen cambios de voltaje en función de dónde caen a lo largo de la pendiente de la curva de respuesta.

Aunque es fácil y económico de construir, el detector de pendiente es menos preciso y más propenso a las variaciones de ruido y señal.Por el contrario, la configuración equilibrada del discriminador Foster-Seeley proporciona una mayor estabilidad y precisión, por lo que es la mejor opción cuando se requiere una demodulación FM confiable y de alta calidad.

Figura 12: Diagrama del detector de pendiente

Ventajas y desventajas del discriminador de Foster-Seeley

Ventajas	Desventajas
Diseño simple: utiliza principalmente un transformador y un anillo de diodo, lo que facilita la construcción y mantenimiento.	Sensible al ruido de amplitud: no Filtre los cambios en la intensidad de la señal, permitiendo que el ruido afecte la decodificación de FM.
Fácil de sintonizar: no se requieren habilidades especializadas para ajustar, haciéndolo fácil de usar.	Mayor costo: mientras que las piezas básicas son Circuitos adicionales asequibles como los limitadores pueden aumentar los costos.
Voltaje de salida alto: produce alta salida Voltaje durante los cambios de frecuencia, reduciendo la necesidad de una amplificación adicional.	Se requiere ancho de banda ancho: necesita un El ancho de banda para operar de manera efectiva, lo que puede ser limitante en algunas aplicaciones.
Preciso y confiable: proporciona claro y audio de alta calidad, manteniendo la claridad de la señal.	Limitaciones de tamaño: transformador y relacionado Las piezas lo hacen voluminoso, desafiante para dispositivos compactos.
Linealidad consistente: ofrece estacionamiento rendimiento en una amplia gama de niveles de señal, asegurando la estabilidad incluso en Condiciones fluctuantes.

Conclusión

El discriminador Foster-Seeley, con su diseño detallado y operación efectiva, es una herramienta principal para demodular las señales FM.Aunque tiene algunas debilidades, como ser sensible al ruido y necesitar un ancho de banda ancho, tiene beneficios como un diseño simple, un ajuste fácil y la producción de alto voltaje de salida.Esto lo convierte en una opción popular en muchos usos.Ayuda a ofrecer un sonido más claro en las radios FM y mejora la confiabilidad de los sistemas de telecomunicaciones y radar.A pesar de que las tecnologías más nuevas ofrecen una mejor resistencia y estabilidad al ruido, el discriminador Foster-Seeley sigue siendo importante en la electrónica, especialmente cuando se requiere bajo costo y confiabilidad.Su uso continuo muestra el valor de conocer sus fortalezas y debilidades a medida que avanza la tecnología de modulación de frecuencia.

Preguntas frecuentes [Preguntas frecuentes]

1. ¿Cuál es el discriminador de Foster-Seeley?

El discriminador Foster-Seeley es un circuito electrónico utilizado para demodular señales moduladas con frecuencia (FM).El circuito incluye un transformador con un devanado secundario tocado en el centro y dos diodos, que están configurados de manera que puedan detectar la diferencia en la fase entre una señal de entrada y una señal de referencia generada localmente.Esta diferencia de fase, varía con la frecuencia de la señal FM entrante, se convierte en una variación de amplitud correspondiente, demodulando efectivamente las variaciones de frecuencia nuevamente en la señal de audio o datos original.

2. ¿Cuál es la función del discriminador en el receptor FM?

En un receptor FM, la función del discriminador es convertir las variaciones de frecuencia en la señal recibida en variaciones de amplitud en el voltaje, que son más fáciles de procesar y volver a convertir el formato de audio o datos original.Este proceso es importante ya que la información en una señal FM está codificada en las desviaciones de frecuencia de una frecuencia portadora, en lugar de variaciones de amplitud.El discriminador permite al receptor detectar estas desviaciones y traducirlas en una forma utilizable.

3. ¿Cuál es la diferencia entre el detector de relaciones y el circuito discriminador de Foster-Seeley?

Tanto el detector de la relación como el discriminador Foster-Seeley se utilizan para demodular las señales de FM, pero difieren en diseño y rendimiento.El detector de relación utiliza una configuración similar con un transformador y diodos, pero incluye un condensador adicional que proporciona una regulación de amplitud automática y un mejor rechazo de ruido.Esto hace que el detector de la relación sea más estable y menos propenso al ruido en comparación con el discriminador Foster-Seeley.El Foster Seeley, por otro lado, es más simple y fue más popular en la tecnología de radio anterior debido a su implementación directa, pero es más sensible a las variaciones de amplitud y el ruido.

4. ¿Qué es un discriminador en un receptor?

Un discriminador dentro de un receptor es un circuito que realiza la función de la demodulación para señales moduladas con frecuencia.Sirve como componente que extrae la información de audio o datos de la onda portadora detectando cambios de frecuencia y convirtiéndolos en variaciones de voltaje que representan la señal original.

5. ¿Cuál es el uso del discriminador de frecuencia?

Se utiliza un discriminador de frecuencia para demodular señales moduladas con frecuencia al convertir los cambios en la frecuencia de la señal recibida en los cambios correspondientes en el voltaje.Esto es bueno en los sistemas de comunicación donde la información de datos o audio se transmite a través de distancias utilizando FM, ya que permite que el receptor reconstruya con precisión la información transmitida de las variaciones de frecuencia de la señal recibida.