Amplitud Modulada (AM) Modulación por Ancho de Pulso (PWM) Amplitud Modulada (AM): La palabra modulación no esta estrictamente ligada al audio o la radio, la acción de modular consiste en modificar los parámetros que intervienen en un proceso para obtener distintos resultados. En nuestro caso se trata de modificar el valor de amplitud de una señal de radio o portadora en función de las variaciones de otra señal de menor frecuencia, esta señal denominada modulante o moduladora, generalmente corresponde a una información de origen vocal o musical. En AM se busca modular la portadora en un nivel o porcentaje cercano al 100% ya que, de este modo se aprovecha al máximo la potencia que es capaz de entregar el transmisor y luego en el detector del receptor, que se encarga de eliminar la portadora y rescatar el audio, mientras mayor sea el porcentaje de modulación mayor será el nivel de audio recuperado. Cierta remos a modo de ejemplo un amplificador de RF modulado en alto nivel (modulación en placa), donde la portadora sin modulación tiene una amplitud determinada por la potencia que entrega la etapa amplificadora de RF y se modula con una señal de audio senoidal (Fig. 1). Por su parte el nivel o porcentaje de modulación esta ligado a la potencia de la señal moduladora, para obtener dicha potencia apelamos a un amplificador de audio comúnmente llamado modulador.
La potencia de audio necesaria para modular una portadora al 100% esta dada por la tensión máxima y minima que es posible aplicar a la etapa a modular. La tensión máxima en principio no tendría limite (en la practica el limite lo determina la tensión máxima que admite la válvula de salida), en cambio la tensión minima es cero. Si la señal modulante es una onda senoidal (que es simétrica), la tensión de pico de dicha onda puede tener como valor máximo la tensión de alimentación, lo que hará variar la tensión aplicada a la etapa de RF entre cero y el doble de la tensión de la fuente. Esta condición implica que la etapa moduladora debe ser capaz de entregar una potencia igual a la mitad de la potencia de entrada de la etapa de RF, en otra palabras si tenemos una válvula 6DQ6 con 500V en placa cargando 100mA tendremos una potencia de entrada de 50W, necesitaremos entonces un modulador capaz de entregar 25W, conviene sumarle a este valor un 25% durante el diseño del modulador para que este trabaje en una zona cómoda y lejos del recorte. Para la condición de 100% de modulación la potencia promedio aumentara un 50% pero la potencia instantánea en el pico positivo será cuatro veces la potencia de portadora, esto es debido a que la tensión se duplica y, si la etapa se comporta linealmente, también lo hará la corriente de modo que el producto tensión por corriente será cuatro veces el valor sin modulación entonces la potencia en el pico positivo será igual a cuatro veces la potencia de la portadora sin modulación, mientras que en el pico negativo la potencia es cero. Es importante evitar que el pico negativo corte la portadora, ya que esta condición genera armónicos de elevado orden que modulan la portadora produciendo bandas laterales innecesarias que generan interferencias en los canales adyacentes. Esta condición es denominada Sobre modulación. Cuando la modulación es de origen vocales es importante verificar la Fase de audio mediante el osciloscopio, en caso de no contar con este instrumento se puede apelar al chequeo por parte de una estación receptora dotada de este. La voz humana tiene una característica asimétrica, es decir que posee mas energía en un sentido que en el otro, por lo que es posible sacar provecho de esta cualidad rotando si es necesario 180º la fase de audio en algún punto del modulador para concentrar mas modulación en el pico positivo y no cortar la portadora en sentido negativo, siendo esta la condición denominada de Fase Correcta. Para sacar máximo provecho de esta situación es importante que el modulador sea capaz de entregar bastante mas potencia que la necesaria para modular con onda senoidal, ya que la relación entre pico positivo y negativo en la voz humana puede llegar a ser de hasta dos o tres a uno. Otro método para evitar sobre modulación es el uso
de algún tipo de limitador o recortador de picos, que evite el corte de la portadora y la distorsión por sobrecarga del modulador. Existe una manera de simetrizar la voz humana apelando al uso de redes rotadoras de fase, que acomodan las componentes armónicas de la voz de modo que la forma de onda resultante es más simétrica que la original. Claudio LU1DCL colaboración de Luis LU1AGP
Modulación por Ancho de Pulso (PWM): A grandes rasgos el sistema de modulación por ancho o duración de pulso aplicado a un transmisor de radio, en nuestro caso uno de AM consiste en un dispositivo electrónico capaz de modificar la duración o tiempo de encendido de una señal rectangular de frecuencia fija, esta frecuencia llamada de (clock) es generada por un oscilador a una frecuencia de 70 a 100 Khz. en los sistemas mas tradicionales y 240 Khz. para los sistemas polifásicos. En origen la forma de onda de la señal de clock es triangular, la variación del ancho o ciclo de trabajo de la señal rectangular es consecuencia de comparar a cada instante la señal triangular con la señal modulante en nuestro caso (audio) en un dispositivo comparador Ej.: LM311
Una vez obtenida la señal rectangular es importante mencionar que en ausencia de modulación los pulsos son simétricos es decir igual tiempo de encendido e igual tiempo de apagado, cuando aplicamos señal de audio hacemos variar el tiempo de encendido o ancho del pulso en función de la amplitud de la señal. La señal modulada en ancho luego será aplicada a un dispositivo capaz de manejar un nivel de corriente acorde a los requerimientos de potencia del caso. El dispositivo utilizado bien puede ser una válvula o un transistor que trabaja como una llave en modo conmutación, trabajo-reposo (swiching) decimos entonces que la etapa trabaja en clase S, en esta condición la eficiencia esta en el orden del 90%.
Detalles del Ciclo de Trabajo:
Los moduladores PWM están conectados en serie con la etapa de RF através de unas redes L-C las que se encargan en primer lugar de integrar la señal de audio en función de la forma de onda original y en segundo lugar filtrar o atenuar al menor valor posible la señal de clock. Para completar el ciclo de trabajo en los momentos que la llave esta abierta se utiliza un diodo de alta velocidad (damper) Ej.: BY299 o 6AX4, cuando la llave se cierra circula corriente por la bobina lo que produce un campo magnético, este fenómeno es reversible por lo tanto cuando la llave se abre ese campo genera una tensión en la bobina que por su polaridad hace circular corriente a través del diodo damper completando así el proceso. La tensión o amplitud de salida del modulador PWM es proporcional al ciclo de trabajo de la señal rectangular.
Dato: Este sistema fue desarrollado en teoría en 1932 pro recién pudo llevarse a la practica en los años 60.
Conclusión: Como explicamos oportunamente en el capitulo Amplitud Modulada en la etapa de salida de un transmisor de AM la modulación se produce haciendo variar la tensión de alimentación en función de la señal de audio (esto es valido para válvulas o transistores) una de las formas clásicas es por medio de un transformador llamado de modulación, aunque existen diferentes métodos todos hacen variar la tensión de alimentación entre cero y el doble y también en todos los casos el modulador queda conectado en serie entre la fuente de alimentación y la etapa de RF. Citaremos a modo de ejemplo un amplificador de Rf que trabaja con 600V en placa, en el que tenemos el secundario del transformador de modulación en serie entre la fuente y dicho amplificador, en este bobinado a 100% de modulación se producen 600V pico a pico de audio, esta tensión según su fase se suma o resta a la continua, obteniendo una variación entre 0 y 1200V, en ausencia de modulación la tensión será 600V. Volviendo al sistema de ancho de pulso, como dijimos el modulador esta en serie entre la fuente y la carga (etapa de RF) y por tratarse de un circuito serie es completamente indistinto que el modulador este de arriba o de abajo desde el punto de vista técnico, de Hecho en la actualidad se fabrican transmisores a nivel comercial de varios Megavatios tanto a válvulas como a transistores, algunos con el modulador por arriba y otros por abajo con idéntico resultado. Claudio LU1DCL colaboración de Norberto LU8EHA
