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INTRODUCCION
Modulación de amplitud (AM) es el proceso de cambiar la amplitud de una
portadora de frecuencia relativamente alta de acuerdo con la amplitud de la señal modulante (información). Las frecuencias que son lo suficientemente altas para radiarse de manera eficiente por una antena y propagarse por el espacio libre se llaman comúnmente radiofrecuencias o simplemente RF. Con la modulación de amplitud, la información se imprime sobre la portadora en la forma de cambios de amplitud. La modulación de amplitud es una forma de modulación relativamente barata y de baja calidad de transmisión, que se utiliza en la radiodifusión de señales de audio y vídeo. La banda de radiodifusión comercial AM abarca desde 535 a 1605 kHz. La radiodifusión comercial de televisión se divide en tres bandas (dos de VHF y una de UHF) Los canales de la banda baja de VHF son entre 2 y 6 (54 a 88 MHz), los canales de banda alta de VHF son entre 7 y 13 (174 a 216 MHz) y los canales de UHF son entre 14 a 83 (470 a 890 MHz). La modulación de amplitud también se usa para las comunicaciones de radio móvil de dos sentidos tal como una radio de banda civil (CB) (26.965 a 27.405 MHz) o los aviones con los aeropuertos (118 a 136 Mhz). Un modulador de AM es un aparato no lineal con dos señales de entrada: a) una señal portadora de amplitud constante y de frecuencia única b) la señal de información. La información “actúa sobre” o “modula” la portadora y puede ser una forma de
onda de frecuencia simple o compleja compuesta de muchas frecuencias que fueron originadas de una o más fuentes. Debido a que la información actúa sobre la portadora, se le llama señal modulante. La resultante se llama onda modulada o señal modulada. La frecuencia modulada (FM) o modulación de frecuencia es una modulación angular que transmite información a través de una onda portadora variando su frecuencia(contrastando esta con la amplitud modulada o modulación de amplitud (AM), en donde la amplitud de la onda es variada mientras que su
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frecuencia se mantiene constante). En aplicaciones analógicas, la frecuencia instantánea de la señal modulada es proporcional al valor instantáneo de la señal moduladora. Datos digitales pueden ser enviados por el desplazamiento de la onda de frecuencia entre un conjunto de valores discretos, una modulación conocida como FSK. La frecuencia modulada es usada comúnmente en las radiofrecuencias de muy alta frecuencia por la alta fidelidad de la radiodifusión de la música y el habla. El sonido de la televisión analógica también es difundido por medio de FM. F M. Un formulario de banda estrecha se utiliza para comunicaciones de voz en la radio comercial y en las configuraciones de aficionados. El tipo usado en la radiodifusión FM es generalmente llamado amplia-FM o W-FM (de las siglas en inglés "Wide FM"). En la radio de dos vías, la banda estrecha o N-FM (de las siglas en inglés "Narrow FM") es utilizada para ahorrar banda estrecha. Además, se utiliza para enviar señales al espacio. La frecuencia modulada también se utiliza en las frecuencias intermedias de la mayoría de los sistemas de vídeo analógico, an alógico, incluyendo incluyen doVHS, VHS, para registrar la luminancia (blanco y negro) de la señal de video. La frecuencia modulada es el único método factible para la grabación de video y para recuperar de la cinta magnética sin la distorsión extrema, como las señales de vídeo con una gran variedad de componentes de frecuencia - de unos pocos hercios a varios megahercios, siendo también demasiado amplia para trabajar conequalisers conequalisers con la deuda al ruido electrónico debajo de -60 dB. La FM también mantiene la cinta en el nivel de saturación, y, por tanto, actúa como una forma de reducción de ruido del audio, y un simple corrector puede enmascarar variaciones en la salida de la reproducción, y que la captura del efecto de FM elimina a través de impresión y pre-eco. Un piloto de tono continuo, si se añade a la señal - que se hizo en V2000 o video 2000 y muchos formatos de alta banda - puede mantener el temblor mecánico bajo control y ayudar al tiempo de corrección.
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Técnicas de Modulación de Amplitud
En general existen 4 métodos básicos a través de los cuales se puede lograr la modulación de amplitud: a) Multiplicación Analógica. b) Modulación por conmutación o modulación de interrupción (Chopper modulation) c) Modulación mediante dispositivos no lineales. d) Modulación directa por circuito sintonizado. Modulación Analógica
La modulación (o multiplicación) analógica se alcanza en cualquier dispositivo cuya salida v0(t) es directamente proporcional a dos entradas v 1(t) y v2(t), es decir: ( ) ( ) ( )
Claramente, si
()
(1) y v2(t) = g (t), entonces v 0(t)= () , que es
la onda AM deseada. En tales dispositivos no existen limitaciones teóricas; sin embargo, limitaciones practicas del dispositivo imponen limites tanto en amplitud como en frecuencia de v0(t) , v1(t) y v2(t) para poder mantener la validez de la ecuación (1). La modulación analógica puede lograrse también con dos dispositivos cuadráticos como se muestra en la figura 1.
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Figura 1. Modulador analógico construido con dos dispositivos cuadráticos.
En este sistema la salida del dispositivo cuadrático superior, v3, esta daba por: ( )
(2)
La salida del dispositivo cuadrático inferior esta daba por: ( )
(3)
La salida del sistema es: () () ()
La cual es la forma de onda de salida de un modulador analógico. Modulación por Conmutación o Modulación de Interrupción
La modulación por interrupción se logra eliminando g(t) del índice de frecuencia portadora y pasando la señal resultante a través de un filtro pasobanda centrado en la frecuencia portadora. La estructura general del circuito se muestra en la figura 2, en la cual el switch que es controlado por permanece abierto para y se cierra para .
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Figura 2. Modulador por Interrupción.
Modulación Mediante Dispositivos no Lineales.
Se logra sumando la modulación y la portadora, aplicándolas a un dispositivo no lineal, y luego pasando la salida del dispositivo a través de un filtro pasabanda centrado en ω0 para extraer la señal Am deseada. Un diagrama de bloques de un dispositivo modulador no lineal se muestra en la figura 3. Este tipo de modulador tiene más restricciones para correcta operación que los dos moduladores discutidos anteriormente.
Figura 3. Diagrama de bloques de un modulador no lineal.
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Primero que nada el dispositivo no lineal no debe ser de un grado mayor a dos (cuadrático). Segundo, la máxima frecuencia modulante ω m debe ser menor que ω0/3; y tercero si el dispositivo no lineal contiene un término “medio cuadrado”, no
es posible 100% de modulación o modulación por supresión de portadora. Modulación Directa por Circuito Sintonizado.
Se emplea g(t)=A[1+mf(t)] para controlar directamente el voltaje que atraviesa el circuito resonante sintonizado a la frecuencia de la portadora e impulsado por una fuente de corriente periódica. La figura 4 ilustra este tipo de modulador. Si el Q T cargado de el circuito sintonizado es suficientemente alto, es evidente que v0(t) contiene solo un término fundamental. Además el valor máximo de la envolvente de v0(t) debe ser g(t); consecuentemente el modulador de alto nivel produce la señal AM deseada.
Figura 4. Modulador directo por circuito sintonizado.
Como todos los otros moduladores considerados previamente, el modulador de alto nivel tiene un límite en el máximo índice de modulación ω m. Si g(t) se incrementa demasiado rápido, el incremento normal en la envolvente de v0(t) no puede mantener el ritmo, el diodo permanece abierto, y la envolvente de de v0(t) es independiente de g(t). La distorsión resultante se denomina failure-to-follow- distorsion.
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Moduladores Analógicos Prácticos y Multiplicadores. Multiplicador FET
Un N-Channel junction FET con un bajo voltaje drenaje-fuente (drain to source) puede ser modelado como una conductancia controlada por voltaje de la forma:
Donde gDS es la conductancia drenaje-fuente, IDSS es la corriente drenaje con vGS=0 y vDS = - Vp, y Vp es el voltaje de pellizco (pinch-off voltage). Este FET se coloca en la entrada de un amplificador operacional como se muestra en la figura 5, entonces el voltaje de salida se puede escribir de la siguiente manera:
Figura 5. Multiplicador FET
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Lo que es proporcional al producto de v1(t) y v2(t). Sin embargo, este multiplicador FET está restringido en el rango dinámico. El voltaje | ()| | | debe mantenerse menor a 100 mV para limitar la distorsión, y v 2(t) es restringido a valores positivos menores que || . Valores negativos de v2 saturarían al FET, mientras que valores positivos en exceso de
||
encenderían el
diodo de puerta a la fuente. Una versión aun más simple del multiplicador puede obtenerse reemplazando el amplificador operacional por un transistor, como se muestra en la figura 6
Figura 6. Multiplicador FET con transistor.
En este circuito CE se escoge la suficientemente grande para ser cortocircuitado por las componentes de frecuencia de v1(t) y Idc se escoge lo suficientemente grande tal que gin=qIdc /kT>>gDSmax ; por lo tanto v 1(t) aparace directamente en el FET. Además no aparece ningún voltaje dc en el FET a causa de C E; asi:
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Y finalmente
Es evidente que v0(t) contiene términos que son directamente proporcionales al producto de v1(t) y v2(t); sin embargo, como en el caso del multiplicador FET con amplificador operacional, |()| | | debe mantenerse menor que 100 mV mientras que v2(t) está restringido a valores positivos menores que || . Los multiplicadores que emplean potenciómetros lineales para producir la multiplicación, como el mostrado en la figura 7, también están limitados por la máxima frecuencia a la que puede variar el potenciómetro y por el hecho de x está restringida a ser positiva.
Figura 7. Multiplicador con Pote nciómetro.
Los circuitos integrados han hecho posible un multiplicador analógico en el cual ambas entradas tienen un rango lineal el cual es una buena fracción del voltaje de alimentación y también tiene características de frecuencia que se extienden en la región de los Gigahertz. Un multiplicador integrado típico, introducido por Gilbert, y que hace uso del par diferencial se muestra en la figura 8.
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Figura 8. Par Diferencial Multiplicador.
Cuando los dos pares diferenciales se combinan como se muestra en la figura i3 varía en proporción a i1’ mientras que i 4 varía en proporción a i2’. Además ambos i3 e i4 varían directamente con Ig; así que si restringimos I g’ a un valor constante (podemos lograrlo desarrollando i1’ y i2’ de los colectores de otro par diferencial polarizado con una corriente de alimentación Ig’/α) entonces si i 3 es proporcional al producto de i1’ y Ig mientras i4 es proporcional al producto de i2’ e Ig. Moduladores Balanceados.
Modulador balanceado es un circuito que general señal de DBL, suprime la portadora y deja en la salida solo la suma y diferencia de las frecuencias. La salida de un modulador balanceado puede procesarse más adelante mediante filtros o circuitos de corrimiento de fase para eliminar una de las bandas laterales resultando una señal de BLU. Moduladores de Celosia.
Uno de los moduladores balanceados más populares y de mayor uso es el anillo de diodos o modulador de celosía, que se ilustra en la figura 9, que consta de una transformador de entrada T1, un transformador de salida, T 2, y cuatro diodos conectados en un circuito puente. La señal de la portadora se aplica a las
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derivaciones centrales de los transformadores, y la señal moduladora se usa en la entrada del transformador T 1. La salida aparece a través del secundario del transformador de salida T 2
Figura 9. Modulador Balanceado Tipo Celosia.
La operación del modulador de celosía es bastante sencilla. La portadora senoidal que por lo general es de frecuencia y amplitud mucho más altas que la señal moduladora, se utiliza como fuente de polarización en directa y en inversa de los diodos. La portadora conmuta los diodos en apagado y encendido a velocidad muy alta, y los diodos actúan como interruptores que conectan la señal moduladora en el secundario de T1 al primario de T 2, Las figuras 10 y 11 muestran cómo operan los moduladores de celosía. Suponga que la entrada moduladora es cero. Si la polaridad de la portadora es positiva, como muestra la figura 10 a). D1 y D2 se polarizan en directa. En este momento D 3 y D4 están polarizados en inversa comportándose como circuitos abiertos. Como se observa la corriente se divide por igual en las porciones superior e inferior del devanado primario de T2. La corriente en la parte superior del devanado produce un campo magnético que es igual y opuesto al campo magnético que la corriente genera en la parte inferior del secundario. Los campos magnéticos por lo tanto se
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cancelan uno a otro. No se induce salida en el secundario y la portadora y la portadora se suprime en forma efectiva. Cuando la polaridad de la portadora se invierte como muestra la figura 10b, D 1 y D2 se polariza en inversa y D3 y D4 conduce. Otra vez la corriente fluye en el devanado secundario de T1 y el devanado primario de T2. Las magnitudes iguales y opuestas de los campos magnéticos producidos en T 2 se cancelan otra. La portadora es balanceada de manera efectiva y la salida es cero. El grado de supresión de la portadora depende de la precisión con que se fabrican los transformadores y se localiza la derivación central.
Figura 10. Operación del modulador celosía.
Figura 11. Formas de onda en el modulador balanceado tipo celosía: a) portadora, b) senal Moduladora, c) señal de DBL primeria de T 2, d)salida de DBL.
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Demoduladores AM Detector de envolvente .
La principal ventaja de modular en AM consiste en que es posible recuperar el mensaje (demodular) con un simple detector de envolvente con tiempo de carga corto y de tiempo de descarga largo. Su versión más sencilla es la siguiente:
Figura 12.Detector de Envolvente.
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 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:
Figura 13. Detector Síncrono.
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Al multiplicar la señal modulada por la portadora se tendrá: x 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 de Frecuencia (FM)
Es una modulación angular que transmite información a través de una onda portadora variando su frecuencia (contrastando esta con la amplitud modulada o modulación de amplitud (AM), en donde la amplitud de la onda es variada mientras que su frecuencia se mantiene constante). En aplicaciones analógicas, la frecuencia instantánea de la señal modulada es proporcional al valor instantáneo de la señal moduladora. Datos digitales pueden ser enviados por el desplazamiento de la onda de frecuencia entre un conjunto de valores discretos, una modulación conocida como FSK. La frecuencia modulada es usada comúnmente en las radiofrecuencias de muy alta frecuencia por la alta fidelidad de la radiodifusión de la música y el habla. El sonido de la televisión analógica también es difundido por medio de FM. Un formulario de banda estrecha se utiliza para comunicaciones de voz en la radio comercial y en las configuraciones de aficionados. La frecuencia modulada también se utiliza en las frecuencias intermedias de la mayoría de los sistemas de vídeo analógico, incluyendo VHS, para registrar la luminancia (blanco y negro) de la señal de video. Dentro de los avances más importantes que se presentan en las comunicaciones, el mejoramiento de un sistema de transmisión y recepción en características como la relación señal – ruido, sin duda es uno de los más importantes, pues permite una mayor seguridad en las mismas. Es así como el paso de Modulación en Amplitud (A.M.), a la Modulación en Frecuencia (F.M.),
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establece un importante avance no solo en el mejoramiento que presenta la relación señal ruido, sino también en la mayor resistencia al efecto del desvanecimiento y a la interferencia, tan comunes en A.M. Técnicas de Modulación en Frecuencia FM FSK
Es una técnica de transmisión digital de información binaria (ceros y unos) utilizando dos frecuencias diferentes. La señal moduladora solo varía entre dos valores de tensión discretos formando un tren de pulsos donde un cero representa un "1" o "marca" y el otro representa el "0" o "espacio". En la modulación digital, a la relación de cambio a la entrada del modulador se le llama bit-rate y tiene como unidad el bit por segundo (bps). A la relación de cambio a la salida del modulador se le llama baud-rate . En esencia el baud-rate es la velocidad o cantidad de símbolos por segundo. En FSK, el bit rate = baud rate . Así, por ejemplo, un 0 binario se puede representar con una frecuencia f1, y el 1 binario se representa con una frecuencia distinta f2. El módem usa un VCO, que es un oscilador cuya frecuencia varía en función del voltaje aplicado. Índice modulación general para una M − FSKn = (2fd ) / [(M − 1)Rsymb ] Siendo: fd: máxima desviación en frecuencia; Rsymb: Velocidad de símbolo por segundo.
Transmisión de señales FM a través de filtros lineales
Un filtro lineal es aquel filtro electrónico que aplica un operador lineal a una señal variable en el tiempo. Son usados ampliamente en procesamiento de señales. Una de sus aplicaciones más frecuentes es la eliminación de frecuencias no deseadas de una determinada señal de entrada o, al contrario, discriminar una determinada frecuencia de las demás.
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La teoría matemática empleada para el diseño de filtros es independiente de la naturaleza eléctrica, electrónica o mecánica del filtro, así como del rango de frecuencias en el que se vaya a trabajar. Sin embargo, la implementación, así como las tecnologías necesarias para su fabricación varían.
Filtro paso bajo
Un filtro paso bajo corresponde a un filtro caracterizado por permitir el paso de las frecuencias más bajas y atenuar las frecuencias más altas. El filtro requiere de dos terminales de entrada y dos de salida, de una caja negra, también denominada cuadripolo o bipuerto, así todas las frecuencias se pueden presentar a la entrada, pero a la salida solo estarán presentes las que permita pasar el filtro. De la teoría se obtiene que los filtros están caracterizados por sus funciones de transferencia, así cualquier configuración de elementos activos o pasivos que consigan cierta función de transferencia serán considerados un filtro de cierto tipo. En particular la función de transferencia de un filtro paso bajo de primer orden corresponde a , donde la constante es sólo una ponderación correspondiente a la ganancia del filtro, y la real importancia reside en la forma de la función de transferencia , la cual determina el comportamiento del filtro. En la función de transferencia anterior corresponde a la frecuencia de corte propia del filtro, aquel valor de frecuencia para el cual la amplitud de la señal de entrada se atenúa 3 dB. De forma análoga al caso de primer orden, los filtros de paso bajo de mayor orden también se caracterizan por su función de transferencia, por ejemplo la de un filtro paso bajo de segundo orden corresponde a , donde el factor de amortiguamiento de este.
es la frecuencia natural del filtro y
es
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Filtro paso alto
Un filtro paso alto (HPF) es un tipo de filtro electrónico en cuya respuesta en frecuencia se atenúan las componentes de baja frecuencia pero no las de alta frecuencia, éstas incluso pueden amplificarse en los filtros activos. La alta o baja frecuencia es un término relativo que dependerá del diseño y de la aplicación. El filtro paso alto más simple es un circuito RC en serie en el cual la salida es la caída de tensión en la resistencia. Si se estudia este circuito (con componentes ideales) para frecuencias muy bajas, en continua por ejemplo, se tiene que el condensador se comporta como un circuito abierto, por lo que no dejará pasar la corriente a la resistencia, y su diferencia de tensión será cero. Para una frecuencia muy alta, idealmente infinita, el condensador se comportará como un cortocircuito, es decir, como si no estuviera, por lo que la caída de tensión de la resistencia será la misma tensión de entrada, lo que significa que dejaría pasar toda la señal. Por otra parte, el desfase entre la señal de entrada y la de salida si que varía, como puede verse en la imagen. El producto de resistencia por condensador (R×C) es la constante de tiempo, cuyo recíproco es la frecuencia de corte, es decir, donde el módulo de la respuesta en frecuencia baja 3dB respecto a la zona pasante:
Donde fc es la frecuencia de corte en hercios, R es la resistencia del tweteer o parlante en ohmios y C es la capacidad en faradios. El desfase depende de la frecuencia f de la señal y sería:
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Filtro paso banda
Un filtro paso banda es un tipo de filtro electrónico que deja pasar un determinado rango de frecuencias de una señal y atenúa el paso del resto. Un circuito simple de este tipo de filtros es un circuito RLC (resistencia, bobina y condensador) en el que se deja pasar la frecuencia de resonancia, que sería la frecuencia central (fc) y las componentes frecuenciales próximas a ésta, en el diagrama hasta f1 y f2. No obstante, bastaría con una simple red resonante LC. Otra forma de construir un filtro paso banda puede ser usar un filtro paso bajo en serie con un filtro paso alto entre los que hay un rango de frecuencias que ambos dejan pasar. Para ello, es importante tener en cuenta que la frecuencia de corte del paso bajo sea mayor que la del paso alto, a fin de que la respuesta global sea paso banda (esto es, que haya solapamiento entre ambas respuestas en frecuencia). Filtro elimina banda
El filtro suprime banda, filtro elimina banda, filtro notch, filtro trampa o filtro de rechazo de banda es un filtro electrónico que no permite el paso de señales cuyas frecuencias se encuentran comprendidas entre las frecuencias de corte superior e inferior. Pueden implementarse de diversas formas. Una de ellas consistirá en dos filtros, uno paso bajo cuya frecuencia de corte sea la inferior del filtro elimina banda y otro paso alto cuya frecuencia de corte sea la superior del filtro elimina banda. Como ambos son sistemas lineales e invariantes, la respuesta en frecuencia de un filtro banda eliminada se puede obtener como la suma de la respuesta paso bajo y la respuesta paso alto (hay que tener en cuenta que ambas respuestas no deben estar solapadas para que el filtro elimine la banda que interese suprimir), ello se implementará mediante un sumador analógico, hecho habitualmente con un amplificador operacional.
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Otra forma más sencilla, si bien presenta una respuesta en frecuencia menos selectiva, sería la de colocar lo que se conoce como "circuito trampa". En efecto, si unimos las dos bornas (la considerada activo y la considerada masa) con un dipolo resonante LC serie o paralelo, la respuesta global sería la de un filtro elimina banda (el mínimo de la respuesta estaría en la frecuencia de resonancia del dipolo resonante). En este enlace se puede encontrar un ejemplo de filtro elimina banda (realmente se muestran los cuatro tipos de filtros, el filtro notch es el último de todos ellos) construido únicamente con componentes pasivos.
Modulación FM directa e indirecta
FM Directa
La 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 siguiente 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.
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Figura 14. Generador de FM Simple.
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. La figura siguiente muestra un diagrama esquemático para un modulador de FM indirecto. El modulador consiste de un diodo varactor VD, en serie con una red inductiva (bobina sintonizable L, y el resistor R) La red combinada, serie-paralelo, aparece como un circuito resonante en serie a la frecuencia de salida del oscilador de cristal. Una señal modulante se aplica a VD,, el cual cambia su capacitancia y, consecuentemente, el ángulo de fase de la impedancia visto por la portadora varía, lo cual resulta en un desplazamiento en fase correspondiente en la portadora. El desplazamiento en la fase es directamente proporcional a la amplitud de la señal modulante. Una ventaja del FM indirecto es que se usa un oscilador de cristal con búfer para la fuente de la señal de la portadora. Consecuentemente, los transmisores de FM indirectos son más estables en la frecuencia que sus contrapartes directas. Una desventaja es que las características de capacitancia-vs-voltaje de un diodo varactor no son lineales. En realidad, se parecen bastante a una función de raíz cuadrada. Consecuentemente,
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para minimizar la distorsión en la forma de onda modulada, la amplitud de la señal modulante debe mantenerse bastante pequeña, lo cual limita la desviación de fase a valores pequeños y sus usos a las aplicaciones de banda angosta de índice bajo.
Figura 15. Modulador de FM Indirecto
Modulador de Amstrong
Uno de los primeros sistemas utilizados por los transmisores de radiodifusión FM fue el sistema Armstrong, que vemos en el diagrama de bloques siguiente. El sistema Armstrong utiliza un desfasador y un modulador equilibrado. La señal de RF del oscilador a cristal se aplica al desfasador y al modulador equilibrado. Lo único que ocurre en el desfasador es un desfase de 90° de la señal sin modular. Tanto la señal de AF moduladora como la señal de RF sin modular se aplican a la entrada del modulador equilibrado. En éste, la señal de RF está modulada en amplitud por la señal de AF, produciéndose las frecuencias de las bandas laterales superior e inferior. Sin embargo, recordemos que la acción de un modulador equilibrado es tal que la portadora de RF se suprime o se anula, dejando sólo la salida de la banda lateral a la salida. La energía de la banda lateral del modulador equilibrado se combina entonces con la frecuencia de la portadora de salida en el
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desfasador. El resultado es una señal de PM, cuya consecuencia será la FM si en primer lugar se integró la señal de audio. A continuación los circuitos procesan aún más esta señal de FM de banda estrecha produciendo la FM de banda ancha.
Figura 16. Modulador Amstrong
En el sistema Armstrong, la AM se utiliza para generar las bandas laterales. Seguidamente se elimina la portadora de la señal de AM, y una nueva portadora, desplazada 90° de la original, sustituye a la portadora original. Este proceso de sustitución de portadora, o reinserción de una nueva es sustitución de una antigua, se denomina reinserción de portadora. Es difícil obtener desviaciones de frecuencia muy amplias en sistemas de PM. Estabilización de Frecuencia
La estabilidad de frecuencia es la habilidad de un oscilador para permanecer a una frecuencia fija y es de máxima importancia en los sistemas de comunicación. La estabilidad puede clasificarse como de corto o largo plazo Estabilidad de Corto Plazo: Hace referencia a las variaciones de la
frecuencia producto de las fluctuaciones en las condiciones de operación de continua (corrientes y tensiones).
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Estabilidad a Largo Plazo: Se ve afectada por el desgaste con el paso del
tiempo de los componentes, producto de la temperatura y humedad. Limitadores
La señal de FM posee la ventaja respecto de una señal de AM, de que no le afecta en gran parte medida el ruido impulsivo que se suma durante la transmisión. Precisamente, el bloque limitador cumple la función de recortar o suprimir dicha señal interferente (el ruido impulsivo se debe a cambios o perturbaciones atmosféricas y ruidos introducidos por el hombre). En realidad, el sistema de FM no es totalmente inmune al ruido. Es posible recortar o limitar la mayor parte de las interferencias producidas ya que estás se presentan principalmente como pulsos de ruido en amplitud, Pero en menor proporción también producen desviaciones de fase que se notan parcialmente como una desviación de frecuencias; este efecto se hace mínimo al permitir una variación grande de frecuencia al modular la portadora. Demodulación de Frecuencia
Los demoduladores de FM son circuitos dependientes de la frecuencia, diseñados para producir un voltaje de salida que sea proporcional a la frecuencia instantánea en su entrada. La función general de transferencia para un demodulador de FM es no lineal, pero cuando se trabaja en su intervalo lineal, es:
() ()
Donde es igual a la función de transferencia. La salida de un demodulador de FM se expresa como sigue: ()
En donde () señal demodulada de salida (volts)
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= función de transferencia del demodulador (volts por hertz)
diferencia entre la frecuencia de entrada y la frecuencia central del
demodulador (hetz). Hay varios circuitos que se usan para demodular las señales de FM. Los más comunes son: el detector de pendiente, el discriminador de Foster-Seeley, el detector de relación, el demodulador PLL y el detector de cuadratura. Método de PLL
Es muy directo el uso de PLL para demodular las señales de FM. La señal de FM entrante se utiliza para controlar la frecuencia del VCO. A medida que varia la frecuencia entrante, el PLL genera un voltaje de control para cambiar la frecuencia del VCO, que sigue a la de la señal entrante. Este voltaje de control varia a la misma rapidez que la frecuencia de la señal entrante, así que puede utilizarse directamente como la salida del circuito. A diferencia de los PLL utilizados en los circuitos moduladores de transmisores, este PLL debe tener una constante de tiempo corta para que pueda seguir la modulación. No es importante el intervalo de captura del PLL, puesto que la frecuencia de operación libre del VCO se hace coincidir con la frecuencia portadora de la señal en el detector. El intervalo de enganche debe ser por lo menos dos veces la desviación máxima de la señal.
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CONCLUSION Modulación engloba el conjunto de técnicas que se usan para transportar
información sobre una onda portadora, típicamente una onda sinusoidal. Estas técnicas permiten un mejor aprovechamiento del canal de comunicación lo que posibilita transmitir más información en forma simultánea además de mejorar la resistencia contra posibles ruidos e interferencias. Básicamente, la modulación consiste en hacer que un parámetro de la onda portadora cambie de valor de acuerdo con las variaciones de la señal moduladora, que es la información que queremos transmitir. En general existen 4 métodos básicos a través de los cuales se puede lograr la modulación de amplitud: a) Multiplicación Analógica. b) Modulación por conmutación o modulación de interrupción (Chopper modulation) c) Modulación mediante dispositivos no lineales. d) Modulación directa por circuito sintonizado. La modulación Analógica se realiza por un elemento multiplicador o por otro dispositivo cuya salida sea proporcional al producto de las entradas f(t) y p(t). La modulación por conmutación se realiza tomando muestras de la señal de información f(t) a una frecuencia dada por la portadora. Cuando la portadora tiene la polaridad (+,-) todos los diodos conducen, entonces la salida es cero. Con la polaridad (+,-) ningún diodo conduce y la señal de salida es igual a la señal de entrada f(t). Un modulador balanceado es un circuito que genera una señal DBL. El modulador de celosía o anillo de diodos es un modulador balanceado muy ampliamente usado.
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Los circuitos demoduladores aceptan una señal modulada y recuperan la información original de la señal moduladora. El comportamiento del detector básico de diodo puede mejorarse con un circuito rectificador de onda completa. Los detectores síncronos emplean la señal de un reloj interno para interrumpir la señal de AM, lo que produce la rectificación. Los filtros que se emplean para generar señal de BLU deben tener selectividad muy alta. Se usan tantos filtros con cristal como los mecánicos. La frecuencia modulada (FM) o modulación de frecuencia es una modulación angular que transmite información a través de una onda portadora variando su frecuencia (contrastando esta con la amplitud modulada o modulación de amplitud (AM), en donde la amplitud de la onda es variada mientras que su frecuencia se mantiene constante). En aplicaciones analógicas, la frecuencia instantánea de la señal modulada es proporcional al valor instantáneo de la señal moduladora. Modulador de FM
La modulación de una portadora sobre FM, aunque se puede realizar de varias formas, resulta un problema delicado debido a que se necesitan dos características contrapuestas: estabilidad de frecuencia y que la señal moduladora varíe la frecuencia. Por ello, la solución simple de aplicar la señal moduladora a un oscilador controlado por tensión (VCO) no es satisfactoria.
Modulación del oscilador. En oscilador estable, controlado con un cristal
piezoeléctrico, se añade un condensador variable con la señal moduladora (varactor). Eso varía ligeramente la frecuencia del oscilador en función de la señal moduladora. Como la excursión de frecuencia que se consigue no suele ser suficiente, se lleva la señal de salida del oscilador a multiplicadores de frecuencia para alcanzar la frecuencia de radiodifusión elegida.
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Moduladores de fase. Un modulador de FM se puede modelar
exactamente como un modulador de PM con un integrador a la entrada de la señal moduladora. Modulador con PLL. Vuelve a ser el VCO, pero ahora su salida se compara con una frecuencia de referencia para obtener una señal de error, de modo que se tiene una realimentación negativa que minimiza dicho error. La señal de error se filtra para que sea insensible a las variaciones dentro del ancho de banda de la señal moduladora, puesto que estas variaciones son las que modulan la salida del VCO. Este método se ha impuesto con la llegada de los PLL integrados ya que ha pasado de ser el más complejo y costoso a ser muy económico. Presenta otras ventajas, como es poder cambiar de frecuencia para pasar de un canal a otro y mantiene coherentes todas las frecuencias del sistema.
