REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA. MINISTERIO DE LA DEFENSA. D EFENSA. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCTICA DE LA FUERZA ARMADA. (UNEFA).
MODULADORES Y DEMODULADORES DE AMPLITUD - FRECUENCIA
Realizado por: Espinoza Juana CI: 19.244.062 Mejias Héctor CI: 19.426.208 Fernández Napsys CI: 19.524.739 Fajardo Karinyer C.I: 19.771.076
Sección: G-002-D
Guacara, 22 de febrero de 2011
Modulación de Amplitud (AM)
Como su nombre lo indica, consiste en variar la amplitud de una sinusoide de acuerdo al mensaje que se desea transmitir. A la sinusoide se le llama portadora debido a que llevará la información sobre sí. Este tipo de modulación se usa en radiodifusión comercial y en algunas bandas de transmisión de banda ciudadana. Sea x(t) un mensaje que cumple las condiciones indicadas en la introducción; sea xc(t) = AcCosct la portadora. La señal modulada en amplitud (AM) se expresará como: xAM(t) = Ac ( 1 + mx(t)) Cos ct m es el índice de modulación que se encuentra entre 0 y 1. Se muestra la señal xAM(t) para un mensaje x(t) sinusoidal. La envolvente de la señal modulada tiene la forma del mensaje. Sin embargo si m superase la unidad, se presentaría un cambio de fase que haría perder el parecido entre la envolvente y el mensaje. La señal moduladora, la señal portadora y la señal modulada en AM en sus distintas etapas. Al considerar la señal moduladora (señal del mensaje) como: y Señal portadora como:
La ecuación de la señal modulada en AM es la siguiente:
y(t ) = Señal modulada xn(t )
= Señal moduladora normalizada con respecto a su amplitud = ys(t )
/ As
m = Índice de modulación (suele ser menor que la unidad)= As / A p
Básicamente, se trata de multiplicar el mensaje a transmitir x(t) por la portadora cosenoidal y, a su vez, sumarle esa portadora cosenoidal. El espectro en frecuencias de la señal quedará trasladado a w p radianes por segundo, tanto en la parte positiva del mismo cómo en la negativa, y su amplitud será, en ambos casos, el producto de la señal moduladora por la amplitud de la portadora, sumado a la amplitud de la portadora, y dividido por dos. Modulación Analógica Por Muestreo Y Mediante Dispositivos Analógicos
Modulación De Pulsos O Muestro En Amplitud La señal de muestreo es en general una sucesión de pulsos unipolares, cuyas amplitudes son proporcionales a los valores muestra instantáneos del mensaje de datos.
Puesto que en este caso tiene las mismas características que modulación de amplitud, se desprende que el espectro de frecuencias tendrá las mismas características, repitiéndose a f s, 2f s, etc. Modulación Por Impulsos Codificados La modulación
por
impulsos
codificados (MIC o PCM por
sus
siglas inglesas de Pulse Code Modulation) es un procedimiento de modulación utilizado para transformar una señal analógica en una secuencia de bits (señal digital), este método ha sido inventado por Alec Reeves en 1937.
Moduladores Que Utilizan Elementos No Lineales
Por ejemplo se pueden usar dispositivos donde: xout (t) = a1 xin2(t) . Si se tiene xin (t) = AcCoswct.+ x(t) xout (t) = a1 ( AcCoswct.+ x(t))2 xout(t)=a1 Ac 2Cos2wct.+2 a1 Acx(t)Coswct.+ a1 x 2 (t) Los 3 términos están: Término 1: Ubicado f= 2fcy en f=0 Término 2: Ubicado alrededor de fc (Necesario para la señal DSB) Término 3: Ubicado en banda base, ancho 2W. Por lo tanto si xout(t) pasa por un filtro pasabanda ubicado en fccon ancho de banda 2W, solo quedará: xout(t)=2 a1 Acx(t)Coswct que es una señal DSB. Como los dispositivos no lineales de ley cuadrática perfecta son difíciles de conseguir, en la práctica se utilizan dos moduladores AM que, combinados como se indica a continuación, producen un modulador balanceado.
En la rama superior, a la salida del modulador AM se tiene Ac( 1 + 0.5x(t)) Coswct En la rama inferior, a la salida del modulador AM se tiene Ac( 1 - 0.5x(t)) Coswct Al restar estas dos señales se obtiene la señal DSB.
Moduladores balanceados
La siguiente figura muestra el diagrama esquemático para un modulador de anillo balanceado construido con diodos y transformadores. Los diodos semiconductores son perfectos para usarlos en circuitos de modulador balanceado, porque son estables y no requieren de una fuente de potencia externa, tienen una larga vida y virtualmente no requieren de mantenimiento.
El
modulador de anillo balanceado a veces se llama modulador de rejilla (lattice) balanceado o simplemente modulador balanceado. Un modulador balanceado tiene dos entradas: una portadora de frecuencia sencilla y la señal modulante, que puede ser una forma de onda compleja o de frecuencia sencilla. Operación Del Circuito Esencialmente, los diodos D1 a D4 son interruptores eléctricos que controlan si la señal modulante pasa del transformador de entrada T1 al transformador de salida T2, como está o con un cambio de fase de 180’ .
Con la polaridad de la portadora, los diodos interruptores estan directamente polarizados y activados, mientras que los diodos centrales estan polarizados inversamente y desactivados. En consecuencia, la señal modulante se transfiere a través de los interruptores cerrados a la señal de salida, sin inversión de fase. Cuando la polaridad de la portadora se invierte, los diodos interruptores de las orillas, estan polarizados inversamente y desactivados mientras que los diodos interruptores centrales estan polarizados directamente y activados.
Por consiguiete,
la señal modulante experimenta una inversión de fase de 180’ antes de alcanzar la señal
de salida.
La corriente de la portadora fluye de su fuente a los límites centrales de la entrada y la salida, donde se divide y va en direcciones opuestras a través de las mitades superiores e inferiores de los transformadores. Por lo tanto, sus campos magnéticos se cancelan en los embobinados secundarios del transformador, y la portadora se suprime.
Si los diodos no estan
perfectamente acoplados o si los transformadores no estan exactamente conectados y encapsulados en el centro, el circuito está fuera de balance y la portadora no está totalmente suprimida. Es virtualmente imposible lograr un balance perfecto; por lo tanto, siempre está presente una pequeña componente de la portadora de la señal de salida. Esto comúnmente se llama dispersión de la portadora.
La cantidad de supresión de la
portadora es típicamente entre 40 y 60 dB. Técnicas De Modulación De Amplitud
Existen dos posibilidades para la demodulación de una señal x(t) modulada en AM. La primera de ellas, la más simple, es sólo posible en caso de que se cumpla la condición siguiente: En este supuesto, la envolvente de la señal modulada, esto es
es siempre
positiva y para recuperar la señal moduladora es suficiente con un receptor que capte dicha envolvente. Esto se consigue con un simple circuito rectificador con carga capacitiva. Así funcionaba la pionera radio de galena. El demodulador coherente utiliza la siguiente propiedad matemática de la función coseno:
Para multiplicar la función y(t) por la portadora:
A partir de esto, con un filtro paso-bajo y un supresor de continua, se obtiene la señal x(t). Detector Sincrónico Y De Envolvente
Detector Envolvente La principal ventaja de modular en AM consiste en que es posible recuperar el mensaje (desmodular) con un simple detector de envolvente con tiempo de carga corto y De tiempo de descarga largo. Cuando se aplica una señal a la entrada, el capacitor se carga a través de R; por lo tanto el producto RC debe ser mucho menor que el inverso del ancho de banda del mensaje. Cuando la tensión baja, el diodo se abre y el capacitor comienza a descargarse; por lo tanto el producto RC debe ser mucho mayor que el inverso de wc. La salida de este circuito es el mensaje sobre una DC que puede bloquearse con un condensador, aunque esto empobrece la respuesta a bajas frecuencias. La sencillez de este demodulador permite aplicaciones masivas, tal como radiodifusión comercial. Detector Síncrono Otra forma de demodular la señal AM es la siguiente: Al multiplicar la señal modulada por la portadora se tendrá: xAM(t) Cosct = AcCos2ct + Acmx(t)Cos2ct=0.5Ac( 1 + mx(t))(1+Cos2ct) Al filtrar y quitar la DC solo quedará 0.5Acmx(t) .Observe que se asume que el receptor tiene una muestra de la portadora de la misma frecuencia y fase que la usada en el modulador. El efecto que tendría un error de fase o frecuencia en el oscilador del demodulador será analizado posteriormente. Modulación En Frecuencia (FM)
La frecuencia modulada (FM) es una modulación angular que transmite información a través de una onda portadora variando su frecuencia (contrastando esta con la modulación de amplitud (AM), en donde la amplitud de la onda es variada mientras que su frecuencia se mantiene constante). Modulación FM Directa E Indirecta
La modulación FM directa es la modulación angular en la cual la frecuencia de la portadora varía (es desviada) directamente por la señal modulante. Con la FM directa, la desviación de frecuencia instantánea es directamente proporcional a la amplitud de la señal modulante. La figura 6-14 muestra un diagrama esquemático para un generador de FM simple aunque altamente impráctico) y directo. El circuito tanque (L y Cm) es la sección para determinar la frecuencia para un oscilador LC estándar. El capacitor del micrófono es un transductor que convierte la energía acústica a energía mecánica, la cual se usa para variar la distancia, entre las placas de Cm y, consecuentemente, cambiar su capacitancia. Conforme Cm varía, la frecuencia de resonancia varía. Por lo tanto, la frecuencia de salida del oscilador varía directamente con la fuente de sonido externa. Esta es la FM directa porque la frecuencia del oscilador se cambia directamente por la señal modulante y la magnitud del cambio de frecuencia es proporcional a la amplitud del voltaje de la señal modulante. Transmisores De FM Directos
Los transmisores de FM directos producen una forma de onda de salida, en la cual la desviación de frecuencia es directamente proporcional a la señal modulante. Consecuentemente, el oscilador de la portadora debe desviarse directamente. Por lo tanto, para los sistemas de FM de índice mediano y alto, el oscilador no puede ser un cristal, porque la frecuencia a la cual el cristal oscila no puede variarse de manera significativa. Como resultado, la estabilidad de los osciladores en los transmisores de FM directos frecuentemente no puede llenar las especificaciones.
Para superar este problema, se utiliza un control de frecuencia automática (AFC) Un circuito de AFC compara la frecuencia de la portadora del oscilador sin cristal con un oscilador de cristal de referencia y, entonces, produce un voltaje de corrección proporcional a la diferencia entre las dos frecuencias. El voltaje de corrección se regresa al oscilador de la portadora para compensar automáticamente cualquier movimiento que pueda haber ocurrido. Moduladores De FM Indirectos
La modulación FM indirecta es una modulación angular en la cual la frecuencia de la portadora se desvía indirectamente por la señal modulante. La FM indirecta se logra cambiando directamente la fase de la portadora y es, por lo tanto, una forma de modulación en fase directa. La fase instantánea de la portadora es directamente proporcional a la señal modulante. Transmisores De FM Indirectos
Los transmisores de FM indirectos producen una forma de onda de salida, en la cual la desviación de fase es directamente proporcional a la señal modulante. Consecuentemente, el oscilador de la portadora no se desvía directamente. Por lo tanto, el oscilador de la portadora puede ser un cristal, ya que el oscilador, por sí mismo, no es el modulador. Como resultado, la estabilidad de los osciladores con transmisores de FM indirectos pueden llenar las especificaciones del FCC sin utilizar un circuito de AFC. Modulador De Amstrong
Armstrong patentó un método para generar la modulación de frecuencia de señales de radio . El método de Armstrong genera un doble banda lateral suprimida señal portadora , cambios de fase de esta señal, y luego vuelve a insertar la compañía para producir una señal de frecuencia modulada. La modulación de frecuencia genera la alta calidad de audio y reduce la cantidad de ruido en el canal en comparación con modulación de amplitud . Los primeros organismos de radiodifusión utilizan la modulación de amplitud, ya que era
más fácil de generar que la modulación de frecuencia y porque los receptores eran más sencillos de hacer. Limitadores
Un limitador es un dispositivo no lineal que remueve las variaciones de amplitud espurias de una onda modulada en forma exponencial sin destruir la modulación. Como tal, encuentra un lugar tanto en transmisores como en receptores de FM. La característica de transferencia de un limitador riguroso ideal, mientras que la figura 6.16b es una realización de circuito sencilla de ello. Puesto que el voltaje a través de un diodo semiconductor en sentido directo se aplana en aproximadamente 1 V, tan pronto como el diodo empieza a conducir en forma intensa, el voltaje de salida se recorta en forma rectangular cuando la amplitud de entrada sobrepasa ese nivel. Claro que si la entrada es una sinusoide no modulada, cuya amplitud es de varios voltios, la salida será de manera esencial una onda cuadrada.
