MODULACIONES DE AMPLITUD: Formas de onda y espectro de frecuencia la señal AM

Formas de Onda AM

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 propagase 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 modulación que se utiliza en la radiodifusión de señales de audio y video. La banda de radiodifusión comercial AM abarca desde 535 a 1605 Khz.


Video sobre la Forma de la Onda AM

Un modulador AM es un aparato no lineal con dos señales de entrada de información: una señal portadora de amplitud constante y de frecuencia sencilla, y 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 onda de radiofrecuencia modulada es entonces transmitida a alta potencia.

Los receptores de esta señal de radiofrecuencia reciben una señal con potencia muy baja. Esta señal se debe amplificar.

En el proceso de modulación la amplitud de la portadora varía de acuerdo a la variación de la señal de audio. La amplitud de la envolvente de la portadora modulada, depende de la amplitud de la portadora y de la moduladora (la señal de audio). El nivel de modulación que es la relación entre la magnitud de la señal de audio a la señal de la portadora, se llama factor de modulación.

Portadora y Moduladora. Descripción

Onda Portadora

Onda Moduladora

Onda Modulada

Espectro de la Frecuencia AM

Como se estableció anteriormente un modulador AM, es un dispositivo no lineal. Por lo tanto, ocurre una mezcla no lineal (producto) y la envolvente de salida es una onda compleja compuesta por un voltaje de c.c., la frecuencia portadora y las frecuencias de suma (fc + fm) y diferencia (fc - fm) (es decir los productos cruzados) La suma y la diferencia de frecuencias son desplazadas de la frecuencia portadora por una cantidad igual a la frecuencia de la señal modulante.

Por lo tanto una envolvente de AM contiene componentes en frecuencia espaciados por "fm" Hz en cualquiera de los lados de la portadora. Sin embargo, debe observarse que la onda modulada no contiene una componente de frecuencia que sea igual a la frecuencia de la señal modulante. El efecto de la modulación es trasladar la señal de modulante en el dominio de la frecuencia para reflejarse simétricamente alrededor de la frecuencia portadora.

La siguiente figura muestra el espectro de frecuencia para una onda AM. El espectro Am abarca desde (fc - fm(max)) a (fc - fm(min) ) en donde fc es la frecuencia portadora y fm(max) es la frecuencia de señal modulante más alta. La Banda de frecuencia dentro de esta banda se llama frecuencia lateral superior más alta y la frecuencia inferior más baja o sea dos veces la frecuencia de la señal modulante más alta es decir, B= 2fmmax para la propagación de una onda de radio, la portadora y todas las frecuencias dentro de las bandas laterales superiores e inferiores debe ser lo suficientemente altas para propagarse por la atmosfera de la tierra (incluida la ionosfera).

Demodulación de Discriminación de Conversión FM

El término desmodulación engloba el conjunto de técnicas utilizadas para recuperar la información transportada por unaonda portadora, que en el extremo transmisor fue modulada con dicha información.

La modulación de frecuencia (FM) tiene numerosas ventajas sobre la modulación AM, como mejor fidelidad e inmunidad de ruido. Sin embargo, es mucho más complejo modular y demodular una onda portadora con FM.

Hay varios tipos comunes de demodulador de FM:

• El detector de cuadratura, en el qué la fase de la señal cambia 90 grados y se multiplica con la versión entrante. Uno de los términos que se retira de esta operación es la señal de información original, que es seleccionada y amplificada.
• La señal se alimenta en un PLL y la señal de error se utiliza como la señal demodulada.
• El más común es un “discriminador Foster-Seeley”. Está formado por un filtro electrónico que disminuye la amplitud de algunas frecuencias en relación con otras, seguido por un demodulador de AM. Si la respuesta del filtro cambia linealmente con la frecuencia, la salida analógica final será proporcional a la frecuencia de entrada.
• Una variante de la discriminadora de Foster-Seeley llamada el “detector de relación”.
• Otro método utiliza dos demoduladores de AM, uno había sintonizado en el extremo superior de la banda y el otro en el extremo inferior y alimentan las salidas en un amplificador de diferencia.
• Usando un procesador digital de señal, como se utiliza en una radio definida por software.

El discriminador de Foster-Seeley  es un tipo común de circuito del detector de FM, inventado en 1936 por Dudley E. Foster y Stuart William Seeley. El circuito se previó para el control automático de frecuencia de los receptores, pero también se encontró aplicación en la demodulación de una señal de FM. Utiliza un transformador de RF sintonizado para convertir los cambios de frecuencia en cambios de amplitud. Un transformador, sintonizado a la frecuencia portadora, está conectado a dos diodos rectificadores. El circuito se asemeja a un puente rectificador de onda completa. Si la entrada es igual a la frecuencia portadora, las dos mitades del circuito del transformador sintonizado producen la misma tensión rectificada y la salida es cero. A medida que cambia la frecuencia de la entrada, el equilibrio entre las dos mitades del secundario del transformador cambia, y el resultado es un voltaje proporcional a la desviación de frecuencia de la portadora.

Los discriminadores de Foster-Seeley son sensibles a las variaciones de frecuencia y amplitud, a diferencia de algunos detectores. Por lo tanto, se debe utilizar una etapa amplificadora de limitador antes del detector, para eliminar las variaciones de amplitud en la señal que se detectaría como ruido. El limitador actúa como un amplificador de clase A con amplitudes inferiores; A mayores amplitudes se convierte en un amplificador saturado que acorta los picos y limita la amplitud.

Otros tipos de detectores de FM son

Detector de pendiente

Detector de Ratio

Detector de cuadratura

Detector de bucle con bloqueo de fase.

PLL Video

Operación de Lazo de Enganche de Fase

El principio básico de ope­ración de un PLL puede ser ex­plicado brevemente como si­gue: sin ninguna señal de entrada aplicada al sistema, la tensión de error Vd(t) es igual a cero.  El VCO opera a una frecuencia establecida “wo” que es conocida como la frecuencia de operación libre o frecuencia natural. Si se aplica una señal entrante al sistema, el comparador de fase compara la fase y la frecuencia de la entrada con la fre­cuencia del VCO y genera una tensión de error Ve(t) que está relacionada con la fase y la diferencia de frecuencia entre las dos señales.  Este error de tensión es luego filtrado, amplificado y aplicado a la terminal de control del VCO.  De esta manera, la tensión de control Vd(t) fuerza a la frecuencia del VCO a variar en una dirección que reduce la diferen­cia de frecuencia entre “wo” y la señal de entrada. Si la frecuencia de entrada “wi” está suficientemente cerca a “wo”, la na­turaleza de feedback del PLL hace que el VCO se sincronice o enganche con la señal de entrada.  Una vez enganchado, la frecuencia del VCO es idéntica a la señal de entrada excepto por una dife­rencia de fase finita.  Esta diferencia de fase neta qo es necesaria para generar la tensión de error correctivo Vd(t), para desplazar la frecuencia del VCO de su valor de frecuencia libre a la frecuencia de la señal entrante “wi” y, así, mantener el PLL enganchado.  Esta habilidad de auto corrección del sistema también permite al PLL rastrear los cam­bios de frecuencia de la señal entrante una vez que está enganchado.

El rango de frecuencias sobre las cuales el PLL puede mantener su enganche con una señal entrante es definido como el rango de enganche del sistema.  La banda de frecuencias sobre las cuales el PLL puede adquirir enganche con una señal entrante se conoce como el rango de captura del sistema, y nunca es mayor que el rango de enganche.

Principio de Lazo de Enganche de Fase PLL

Un PLL es un sistema de feed­back que comprende un comparador de fase, un filtro pasa bajas y un amplificador de error en la trayectoria de la señal hacia adelante y un oscilador controlado por tensión (VCO) en la tra­yectoria de feedback. El diagrama en bloques de un sistema PLL básico apa­rece en la figura 1.

El detector de fase, como su propio nombre indica, es capaz de determinar el desfase existente entre dos señales.

Dentro del lazo de realimentación de un PLL aparte de un filtro y de un detector de fase se encuentra un VCO. Los VCO son osciladores controlados por voltaje. Hay varios tipos de VCO que se pueden usar en los PLL: osciladores de cristal, osciladores LC y multivibradores RC. Los dos factores que se analizan para elegir el tipo de VCO más adecuado son la estabilidad de fase y el intervalo de control.  La frecuencia del VCO está sujeta a la señal de entrada, pero la relación de fase de salida del oscilador con la entrada va a depender de la frecuencia natural del oscilador. Por otro lado, es conveniente que el VCO esté relacionado en un rango de frecuencias lo más grande posible, debido a que cuanto mayor sea el intervalo de control resulta más fácil para el lazo mantener dicho control.

MODULACIONES DE AMPLITUD: Diseño de un Modulador y Demodulador de Amplitud

Diseño de un Modulador de Amplitud

Diseño de un De-modulador de Amplitud

Video de Modulación y De-modulación AM

MODULACIONES DE AMPLITUD: Porcentaje de Modulación

Porcentaje de Modulación

El porcentaje de modulación para una onda de modulación angular se determina de diferente manera que con una onda modulada en amplitud. Con la modulación angular, el porcentaje de modulación simplemente es la relación de la desviación de frecuencia realmente producida a la máxima desviación de frecuencia permitida por la ley establecida en forma porcentual.