DEMODULADOR AM

Lorena Vargas Galeano

Michael Yesid Murcia J.

SEÑALES Y SISTEMASGRUPO 3

PROFESOR:

Ing. Carlos Alberto Peñuela

UNIVERSIDAD CENTRALFACULTAD DE INGENIERIA

CARRERA DE INGENIERIA ELECTRONICA2011

1. INTRODUCCIÓN

Las señales de información deben ser transportadas entre un transmisor y un receptor sobre alguna forma de medio de transmisión. Sin embargo, las señales de información encuentran una forma adecuada para la transmisión. La modulación hace que ésta adquiera una forma más apropiada para su transmisión y por eso este proceso se utiliza en sistemas de comunicación, como radio y televisión, y de transmisión de datos. Demodulación es el proceso inverso; la recepción de AM es el proceso de la transmisión AM. Cuando se demodula una onda AM, la portadora y la porción de la envolvente que lleva la información (es decir, las bandas laterales) se convierten o trasladan del espectro de radio frecuencia a la fuente original de información (banda base).

El propósito de este trabajo es describir el proceso de demodulación AM y diseñar un sistema receptor de señales AM.

2. TRANSMISIÓN DE LA INFORMACIÓN

La señal de corriente alterna se puede utilizar para transportar información de un sitio a otro. En la figura 1 representa el flujo del información y los elementos básicos para la transmisión de información.

Figura No. 1

3. MODULACIÓN

La modulación es la modificación de una magnitud física a través de una información. La información física que se modifica es la señal de corriente alterna, que se representa por una onda que se denomina “portadora”. Cuando se habla de una onda portadora se refiere a cualquier señal de corriente que circula por un conductor y une dos puntos, el emisor y el receptor que están unidos físicamente; si esta unión no existe se usan ondas electromagnéticas para enviar la información, en cuyo caso la onda portadora es una señal de alta frecuencia.

La señal enviada está formada por la suma de dos ondas: una onda portadora y una onda moduladora. La portadora es la señal eléctrica y la moduladora es la señal que va a variar según la información que se le introduzca.

El principio básico de la modulación implica la sobre-imposición de la señal de información (una onda de baja frecuencia) sobre una onda de alta frecuencia. En la figura 2 permite visualizar una señal de amplitud modulada, donde Vm(t) representa la onda moduladora y Vc(t) representa la onda portadora. En esta figura el transporte es senosoidal y tiene una frecuencia fc y una amplitud Vc(t) que cambia con el tiempo de acuerdo a la señal de modulación Vm(t).

Figura No.2

Como implica su nombre, AM (Amplitude Modulation) envuelve modulación de la amplitud del transporte. Todos los procesos de modulación AM generan valores extremos de frecuencias de los cuáles puede extraerse la señal original. Si consideramos una señal de información senosoidal con frecuencia fm, los extremos serán (fc-fm) y (fc+fm).

Una señal AM típica como la que aparece en la figura 2, puede representarse como:

donde cos2πfct es el transporte, vm(t) es la señal de modulación, m es el índice de modulación y Vc(t)=K[1+mvm(t)] es la cubierta (envelope) de la señal AM. El índice de modulación representa la fracción por la cual la amplitud de la cubierta Vc(t) se desvía del promedio, o el grado de modulación. Si –1≤vm≤1, entonces el valor de m debe limitarse a |m|<1.

La generación de una onda AM se obtiene del producto del transporte y la señal de modulación. En la práctica esto puede obtenerse con un elemento no-lineal como un diodo. Si vm=Vmcos2πfct, la señal modulada se convierte en:

La ecuación 2 tiene tres componentes espectrales. El primero representa una señal con la frecuencia de transporte fc y amplitud VDCVC y dos componentes con igual amplitud, 0.5VmVc, y con frecuencias extremas, (fc-fm) y (fc+fm).

En el anterior paso observamos claramente, que llevar a cabo el proceso de modulación, tomamos la señal mensaje, le variamos su amplitud, además la montamos sobre un nivel

DC y en seguida la multiplicamos, lo que se logra con un amplificador, simplemente variando el voltaje de referencia.

DEMODULACIÓN

La demodulación o detección es el proceso de recuperar la información transportada por la señal modulada. La figura 4 se puede apreciar un esquema receptor de AM.

Figura No. 4

La recepción AM es el proceso inverso de la transmisión AM. Un receptor AM convencional simplemente convierte la onda de amplitud modulada nuevamente en la fuente original de información, es decir, la demodula. Cuando una señal es enviada por un emisor va a ser recibida por un receptor, y lo primero que éste debe hacer es demodular la señal la señal modulada que llega para obtener la que la información que esta trae impresa.

Para demodular señales AM, las constantes de tiempo se seleccionan de manera que:

En el receptor AM la señal de transporte se selecciona sintonizando un circuito resonante LC a la frecuencia fc. Esto permite seleccionar una estación en particular de todas la que están transmitiendo en la banda AM. La señal seleccionada se amplifica en la región RF y se demodula, utilizando el circuito de cubierta de la figura 6, para extraer la parte de la señal que representa la información transmitida. La señal demodulada se amplifica en la región de audio y mediante un amplificador de potencia se prepara para alimentar una bocina de 8Ω.

Para comprender mejor el proceso de demodulación, es necesario tener una comprensión básica de la terminología utilizada para describir las características de los receptores y de sus circuitos. Teniendo en cuenta el diagrama de bloques de la figura 4 se puede explicar de la siguiente forma:

La sección RF es la primera etapa y se le llama parte frontal. Sus principales funciones son: detectar, limitar las bandas y amplificar las señales RF recibidas. En pocas palabras, la sección RF establece el umbral del receptor. Esta sección abarca uno o más de los siguientes circuitos: antena, red de acoplamiento de la

antena, filtro (pre-selector), y uno o más amplificadores de RF. La sección de mezclador / convertidor reduce las frecuencias de RF recibidas a frecuencias intermedias (IF). La sección de IF generalmente incluye varios amplificadores en cascada y los filtros pasa-bandas. Las funciones principales de la sección de IF son la amplificación y selectividad. El detector de AM demodula la onda de AM y recupera la información de la fuente original. La sección de audio simplemente amplifica la información recuperada a un nivel utilizable.

RECEPTOR DE AM

Receptor Superheterodino: Inventado en 1918 por Edwin H. Armstrong. Es uno de los receptores que aún son utilizados debido a que sus características de ganancia, selectividad y sensitividad son superiores a las otras configuraciones de receptores. Heterodino significa mezclar dos frecuencias juntas en un dispositivo no lineal o trasladar una frecuencia a otra utilizando mezclas no lineales. En un receptor superheterodino hay cinco secciones que se muestran en la figura 9: la sección RF, la sección mezclador/convertidor, la sección de IF, la sección de detector de audio y la sección de amplificador de audio.

Sección RF: Consiste en un preselector y una etapa de amplificador. Pueden ser circuitos separados o un solo circuito combinado. El preselector es un detector de pasa-bandas de sintonización amplia con una frecuencia central

ajustable que se sintoniza a la frecuencia portadora deseada. Sus principales funciones son: proporcionar suficiente limitación inicial de bandas para evitar la frecuencia específica de radio indeseada denominada “frecuencia imagen”, y reducir el ancho de banda de ruido del receptor al ancho de banda mínimo requerido para pasar las señales de información. (Umbral de la señal). Se utiliza un circuito tanque conformado por una bobina y un condensador.El condensador rechaza las latas frecuencias, mientras la bobinas rechaza las bajas frecuencias por lo cual en un circuito tanque la señas con mayor amplitud es aquella que tiene la frecuencia intermedia, entre la bobina y el condensador.La frecuencia intermedia se calcula de la siguiente manera.

Dad la anterior ecuación nos damos cuanta que la frecuencia varia con variar la inductancia, o la capacitancia, y dado que es mas fácil hacer condensadores variable, se opta por utilizar uno.

Sección de mezclador/convertidor: Incluye una etapa de oscilador de radiofrecuencia conocido como “oscilador local”, y una etapa de mezclador/convertidor conocida como “detector principal”. El oscilador puede ser cualquier circuito oscilador dependiendo la estabilidad y exactitud deseadas. El mezclador es un dispositivo lineal y su propósito es convertir frecuencias intermedias (de RF a IF).En nuestro caso utilizaremos una bobina en paralelo con un condensador, y una realimentación, para desarrollar el oscilador el cual se calibre para que oscile a la frecuencia intermedia de AM que es de 455 Khz.

La señal que capta el circuito tanque esta descrita de la siguiente manera.Teniendo en cuanta que es la señal modulado de una onda

El mezclador, multiplica la señal que ingresa del circuito tanque, con la señal del oscilador local, la cual tiene una frecuancia wi

Es importante aclarar que el oscilador mantiene la frecuencia intermedia de diferencia con la frecuencia de la señal de entrada, así que es necesario que varia le frecuencia de oscilación, por lo que la variación del circuito tanque influye que también se tiene que variar la oscilación del mezclador; esto se logra tomando un condensador que contenga 2 inmerso en el para que al variar uno, también varíe el otro.

En el mezclador podemos ver que se realiza la multiplicación de la señal de entrada, con la señal generada por el oscilador.

Sección de IF: Consiste en una serie de amplificadores IF y filtros pasa-bandas y frecuentemente y es en esta etapa donde se logra la mayor parte de ganancia y selectividad del receptor. La frecuencia central y el ancho de banda en IF son constantes para todas las estaciones, y se seleccionan para que su frecuencia sea menor que cualquiera de las señales RF que se van a recibir.

Sección de Detector: Su propósito es convertir nuevamente las señales IF a la información de fuente original. Generalmente se conoce como “Detector de audio” ó segundo detector en un receptor de banda de radiodifusiónEl detector de AM puede ser tan sencillo como un solo diodo, o tan complejo como un lazo de fase cerrada o un demodulador balanceado.El último detector se utiliza más en sistemas digitales para demoduladores FM.

Por lo cual para nuestro análisis utilizaremos el circuito con el diodo.

La señal que ingresa al detector es la siguiente:

Como es necesario obtener la señal: , es necesario transformarla hasta llegar a ella.

El diodo es puesto para seleccionar el envolvente que tomaremos de la señal, ya que es al que le vamos a realizar la transformación.

Se aplica un filtro pasabjos para quitar los componentes que tienen una frecuencia alta, quedando así la ecuación:

En seguida se observa una constante que se relaciona con un nivel DC, por lo cual se pone un condensador para quitarlo:

Sección de Audio: Abarca varios amplificadores de Audio en cascada y una o más altoparlantes. El número de amplificadores varía dependiendo de la potencia deseada para la señal de audio.Para tener una alta calidad de audio es preciso diseñar un amplificador con una CMRR (relación de rechazo de modo común) alto para el asilamiento de ruido, y con un THD (distorsión total armónica) muy baja.

Como la señal obtenida del detector es muy baja se ajusta el valor de

hasta obtener una amplitud considerable:

ETAPAS DE AMPLIFICACION DE AUDIO

La etapa de potencia es la encargada de suministrar la potencia a los altavoces al ritmo de la señal de entrada. Los altavoces son los que transforman la potencia eléctrica en potencia acústica.En la siguiente figura se representa cómo la etapa aumenta la tensión de la señal sin perturbar la forma de onda, suministrando además gran cantidad de corriente.

La estructura global de una etapa de potencia es la siguiente:

Control de entrada: es el punto a donde llega la señal de entrada. Esta sección define la impedancia de entrada del aparato y es donde se selecciona el nivel de amplificación deseado. Aumenta un poco la tensión de la señal de entrada antes de pasarla al driver. Los mandos que controlan la potencia de salida trabajan sobre esta etapa.

Driver: es la encargada de excitar la etapa de potencia. Para ello amplifica mucho la señal que recibe del control de entrada para elevar mucho su voltaje antes de pasarla a la etapa de amplificación.

Etapa de potencia o de salida: es la encargada de dar la potencia necesaria a la señal. La señal que recibe tiene mucho voltaje, pero muy poca intensidad. Esta etapa es la que proporciona varios amperios de intensidad de corriente eléctrica a la señal, sin embargo, apenas aumenta el voltaje que traía desde el driver. Maneja tensiones y corrientes muy elevadas y es la que más recursos energéticos demanda de la fuente de alimentación, es decir la que más consume. Esta es la etapa que se conecta al altavoz, donde se consume la energía eléctrica, transformándose en movimiento que genera ondas acústicas y calor.

Fuente de alimentación: es un dispositivo que adapta la electricidad de la red eléctrica general, para que pueda ser usada por las distintas etapas. Estas fuentes de alimentación suelen ser simétricas. Tiene que ser suficientemente grande para poder abastecer a la etapa de salida de toda la energía que necesita en el caso de estar empleándose el aparato a plena potencia. Un punto débil de las etapas de potencia suele ser la fuente de alimentación, que no puede abastecer correctamente a la etapa de salida.

Protecciones: las etapas de potencia actuales incorporan diversas medidas de protección contra avería, que son más o menos sofisticados en función de la calidad y coste del equipo. Pueden ir desde el típico fusible a dispositivos activos de control de potencia. Las protecciones que se pueden encontrar normalmente son:

Protección electrónica frente a cortocircuito y circuito abierto. Protección térmica para transistores de salida y transformador. Protección contra tensión continua. Protección contra sobrecarga. Protección contra transitorio de encendido.

La Fuente de Alimentación es la encargada de transformar la tensión de 220V en las diferentes tensiones de trabajo que necesita el amplificador para trabajar correctamente. Existen tres partes diferenciadas dentro de la fuente de alimentación: el transformador de alimentación, el rectificador y los filtros.

El control de volumen y balance se suele hacer utilizando un potenciómetro. Una de las ventajas que ofrece es que no puede añadir distorsión armónica a la señal, aunque por el contrario presenta la desventaja de que si añade ruido.

La distorsión, la ecualización y efectos como la reverberación se añaden a la señal básica de nuestro instrumento en esta parte del amplificador. Debido a esto

tendremos que más de un 50% del carácter del sonido del amplificador depende del diseño del pre-amplificador. En la mayoría de los amplificadores de alta gama no se incluyen controles de graves y agudos, ya que se entiende que a este nivel cualquier ecualización del sonido, para evitar reverberaciones y para ajustar el sonido al gusto personal debe hacerse en los altavoces.

Una señal de audio es una señal analógica eléctricamente exacta a una señal sonora; normalmente está acotada al rango de frecuencias audibles por los seres humanos que está entre los 20 y los 20.000Hz, aproximadamente (el equivalente, casi exacto a 10 octavas). Dado que el sonido es una onda de presión se requiere un transductor de presión (un micrófono) que convierte las ondas de presión de aire (ondas sonoras) en señales eléctricas (señales analógicas). El micrófono es un transductor electroacústico. Su función es la de transformar (traducir) las vibraciones debidas a la presión acústica ejercida sobre su cápsula por las ondas sonoras en energía eléctrica o grabar sonidos de cualquier lugar o elemento

Construcción

Para la construcción del radio se opto por utilizar el circuito integrado TA7641, el cual contiene inmerso un amplificador de FI, el detector de AM, amplificador de potencia para el audio.

DISEÑO IMPLEMENTADO DEL RADIO AM

DISEÑO IMPLEMENTADO DEL AMPLIFICADOR DE AUDIO EN PROTEUS

En la entrada del amplificador (e1 – e2)=0

e2= Eg/2e1= (Vo/2)[R1/(R1+R2)]

Para la ganancia de tensión:

Vo/Eg= (R1+R2)/R1

IMPLEMENTACION DE AMPLIFICADOR

Los valores de bobinas y condensadores vienen expresados en la siguiente tabla.

CONCLUSIONES

Un amplificador de potencia es un componente en la cadena de procesadores de señal, su funcion es aumentar el nivel de dicha señal.

En el receptor AM la señal de transporte se selecciona sintonizando un circuito resonante LC a la frecuencia fc.

La etapa de potencia es la encargada de suministrar la potencia a los altavoces al ritmo de la señal de entrada. Los altavoces son los que transforman la potencia eléctrica en potencia acústica.

La distorsión, la ecualización y efectos como la reverberación se añaden a la señal básica de nuestro instrumento en esta parte del amplificador. Debido a esto tendremos que más de un 50% del carácter del sonido del amplificador depende del diseño del pre-amplificador.

REFERENCIAS

http://www.ie.itcr.ac.cr/acotoc/Tecnico%20en%20Telematica/Tecnolog %20Transmision%20Datos/Material%20del%20Curso/4_Modulaci%F3n%20AM.pdf

http://lmi.bwh.harvard.edu/papers/pdfs/2002/martin-fernandezCOURSE02.pdf http://informatica.uv.es/iiguia/TSTD/presentatema2.pdf http://www.profesaulosuna.com/data/files/TELECOMUNICACIONES/APUNTES

%20DE%20COMUNICACIONES,%20CHECALO/Cap04RecepciondeAM.pdf http://cuhwww.upr.clu.edu/~rarce/fisi3144/proyfinal2002.pdf http://www.profesores.frc.utn.edu.ar/electronica/ElectronicaAplicadaIII/Aplicada/

Cap04RecepciondeAM.pdf