demoduladores de amplitud
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Electrónica de Comunicaciones
CONTENIDO RESUMIDO:
1- Introducción
2- Osciladores
3- Mezcladores.
4- Lazos enganchados en fase (PLL).
5- Amplificadores de pequeña señal para RF.
6- Filtros pasa-banda basados en resonadores piezoeléctricos.
7- Amplificadores de potencia para RF.
8- Demoduladores de amplitud (AM, DSB, SSB y ASK).
9- Demoduladores de ángulo (FM, FSK y PM).
10- Moduladores de amplitud (AM, DSB, SSB y ASK).
11- Moduladores de ángulo (PM, FM, FSK y PSK).
12- Tipos y estructuras de receptores de RF.
13- Tipos y estructuras de transmisores de RF.
14- Transceptores para radiocomunicaciones ATE-UO EC dem AM 00
ATE-UO EC dem AM 01
7- Demoduladores de amplitud (AM, DSB, SSB y ASK).
Idea fundamental:
Obtener la forma de onda de la moduladora (información) de la portadora modulada, normalmente convertida a una frecuencia intermedia.
Información (moduladora)
Amplificador de FI (o de RF) Demodulador
Amplificador de banda base
Portadora modulada
ATE-UO EC dem AM 02
Tipos de modulaciones analógicas de amplitud (I)
Modulación de amplitud, portadora completa (AM)
Moduladora
Portadora modulada en AM
Portadora sin modular
Modulación
Demodulación
ATE-UO EC dem AM 03
Modulación en doble banda lateral, portadora suprimida (DSB, DBL)
Moduladora
Portadora sin modular
Modulación
Demodulación
Portadora modulada en DSB
Tipos de modulaciones analógicas de amplitud (II)
ATE-UO EC dem AM 04
Modulación en banda lateral única, portadora suprimida (SSB, BLU).Banda Lateral Superior (USB, BLS)
Moduladora
Portadora sin modular
Modulación
Demodulación
Portadora modulada en USB
Tipos de modulaciones analógicas de amplitud (III)
Una portadora de Banda Lateral
Inferior (LSB, BLI) tendría el mismo
aspecto (cambiaría la frecuencia)
Demodulación de AM con detector de pico (I)
+
-vdp
RvpAM
+
C
D
vpAM
ATE-UO EC dem AM 05
vdp
Demodulación de AM con detector de pico (II)
vpAM
ATE-UO EC dem AM 06
vpAM
vdp
+
-vdp
RvpAM
+
C
D
Detector de pico
+
-
C2
Amplificador de banda base
R2
vpAM
C1
R1
Filtro pasa altos
+
-vdpsc
vdpsc
Demodulación de AM con detector de pico (III)
Cálculo del detector de pico (I)
Condición de diseño:
penvolventepRC
Por tanto:
d[vAM(mt)]
dtpenvolvente =
-vAM(mt)
RCpRC =
+
-vdp
R+
C
D
vpAM(mt, pt)
-Vp·m·m·sen(mt)-Vp·[1 + m·cos(mt)]/(RC)
-R·C·m·m·sen(mt)-[1 + m·cos(mt)]ATE-UO EC dem AM 07
Ecuaciones:
vpAM(mt, pt) = vAM(mt)·cos(pt)
vAM(mt) = Vp·[1 + m·cos(mt)]
vpAM(mt, pt)
RC
vAM(mt)
Demodulación de AM con detector de pico (IV)
Cálculo del detector de pico (II)
vpAM(mt, pt)
ATE-UO EC dem AM 08
Partimos de:
-R·C·m·m·sen(mt)-[1 + m·cos(mt)]
Por tanto:
R·C 1 + m·cos(mt)]/[m·m·sen(mt)]
Buscamos el mínimo valor del término de la derecha, que corresponde a cos(mt) = -m
Sustituyendo:
R·C 1 – m2]1/2/(m·m)
El peor caso será:
R·C 1 – mmax2]1/2/(m max·mmax)
Si m = 1 entonces la expresión anterior no se puede cumplir. Se toma mmax = 0,99.
+
-vdp
R+
C
D +
-
+
--vdp
R+
C
D
+
-
vdp
Filtro pasa altos
+
-vdpsc
Detector de pico+ Vcc
GD
S
1:n
RC
D
C1
R1
Amplificador de FI (o de RF)
LmCR
Demodulación de AM con detector de pico (V)
Realización práctica de un detector de pico de media onda
vpAM vdp
vdpsc
vpAM
+
-
ATE-UO EC dem AM 09
Demodulación de AM con detector de pico (VI)
Realización práctica de un detector de pico de onda completa
ATE-UO EC dem AM 10
vdp
vpAM
vpAMvdpsc
+
-vdpsc
+
-
vdp
Filtro pasa altos
Detector de pico
+ Vcc
GD
S
1:n
RC
D1
C1
R1
Amplificador de FI
(o de RF)
LmCR
vpAM
+
-
D2
vpAM
+
-
Demodulación de AM con detector coherente (I)
Principio de operación
ATE-UO EC dem AM 11
Señales de entrada:
vpAM(mt, pt) = Vp·[1 + vm(mt)]·cos(pt)
vo(ot) = Vo·cos(ot + )
Salida del mezclador:
Recuerdese:
cosA·cosB = 0,5[cos(A+B) + cos(A-B)]
vmez = k·0,5·Vp·[1 + vm(mt)]·Vo·[cos[(p + o)t + ] + cos[(o - p)t + ]]
Salida del filtro:
vf = k·0,5·Vp·[1 + vm(mt)]·Vo·[cos[(o - p)t + ]]
Si la señal del oscilador coincide en frecuencia y fase con la portadora, es
decir, o = p y = 0º, entonces:
vf = k·0,5·Vp·[1 + vm(mt)]·Vo que es proporcional a vm(mt) + una componente
de continua, que se elimina como en el detector de envolvente
¿Cómo conseguir o = p y = 0º?
vf
Mezclador
vpAM(mt, pt)
vo(ot)
vmez
Demodulación de AM con detector coherente (II)
Recuperación de la portadora
ATE-UO EC dem AM 12
vf = k·0,5·Vp·[1 + vm(mt)]·Vo
vfca = k·0,5·Vp·Vo·vm(mt)
vpAM(mt, pt) Mezclador
vo(pt)
= 0º
vfvmez
V = k()
PLL
vfca
Demodulación de AM con detector coherente (III)
Principales formas de onda con = 0º
Mezclador
vpAM
vo
vmez vf vo(pt)
vpAM(mt, pt)
vmez(mt, 2pt)
vf(mt)
ATE-UO EC dem AM 13
Moduladora con nivel
de continua
Demodulación de AM con detector coherente (IV)
Principales formas de onda con = 90º
Mezclador
vpAM
vo
vmez vf vo(pt)
vpAM(mt, pt)
ATE-UO EC dem AM 14
vmez(mt, 2pt)
vf
Como el valor medio de vmez
es cero, no se obtiene la
moduladora por filtrado
Demodulación de DSB con detector coherente (I)
Principio de operación
ATE-UO EC dem AM 15
Señales de entrada:
vpDSB(mt, pt) = Vp·vm(mt)·cos(pt)
vo(ot) = Vo·cos(ot + )
Salida del mezclador:
Recuerdese:
cosA·cosB = 0,5[cos(A+B) + cos(A-B)]
vmez = k·0,5·Vp·vm(mt)·Vo·[cos[(p + o)t + ] + cos[(o - p)t + ]]
Salida del filtro:
vf = k·0,5·Vp·vm(mt)·Vo·[cos[(o - p)t + ]]
Si la señal del oscilador coincide en frecuencia y fase con la portadora, es
decir, o = p y = 0º, entonces:
vf = k·0,5·Vp·Vo·vm(mt) que es proporcional a vm(mt)
¿Cómo conseguir o = p y = 0º?
vf
Mezclador
vpDSB(mt, pt)
vo(ot)
vmez
Demodulación de DSB con detector coherente (II)
Recuperación de la portadora
ATE-UO EC dem AM 16
Si elevamos al cuadrado la portadora modulada DSB obtenemos:
[vpDSB(mt, pt)]2 = [Vp·vm(mt)]2·[cos(pt)]2 =
= 0,5·[Vp·vm(mt)]2·[1 + cos(2pt)]
Existe una componente de frecuencia doble. A esta frecuencia se engancha el PLL y su frecuencia de salida se divide por 2
vpDSB(mt, pt) Mezclador
vo(pt)
= 0º
vfvmez
PLLx2 2
Demodulación de DSB con detector coherente (III)
Principales formas de onda con = 0º
Mezclador
vpDSB
vo
vmez vf
vo(pt)
ATE-UO EC dem AM 17
Moduladora
vpDSB(mt, pt)
vmez(mt, 2pt)
vf(mt)
Demodulación de DSB con detector coherente (IV)
Principales formas de onda con = 90º
Mezclador
vpDSB
vo
vmez
vf
vo(pt)
ATE-UO EC dem AM 18
vpDSB(mt, pt)
vmez(mt, 2pt)
vf(mt)Como el valor medio de vmez
es cero, no se obtiene la
moduladora por filtrado
vmez = k·0,5·Vp·Vo·[cos[(p + o + m)t + ] + cos[(p - o + m)t - ]]
Salida del filtro:
vf = k·0,5·Vp·Vo·[cos[(p - o + m)t - ]]
Si la señal del oscilador coincide en frecuencia y fase con la frecuencia
característica (la portadora suprimida), es decir, o = p y = 0º, entonces:
vf = k·0,5·Vp·Vo·cos(mt) que es proporcional al tono de modulación cos(m)t
Demodulación de SSB con detector coherente (I)
Principio de operación (explicado para USB)
ATE-UO EC dem AM 19
Señales de entrada:
vpUSB(mt, pt) = Vp·cos(p + m)t
vo(ot) = Vo·cos(ot + )
Salida del mezclador:
cosA·cosB = 0,5[cos(A+B) + cos(A-B)]
vf
Mezclador
vpUSB(mt, pt)
vo(ot)
vmez
La explicación se hace para una modulación de un tono único, cos(m)t .
Se puede hacer para todo el espectro con la transformada de Hilbert
Demodulación de SSB con detector coherente (II)
ATE-UO EC dem AM 20
Preguntas:
• ¿Cómo conseguir o = p y = 0º?
• ¿Qué pasa si no se cumple?
Respuestas:
• Para conseguir o = p y = 0º hay que enviar una señal “piloto” de la
portadora. No siempre se hace esto.
• La señal demodulada vf = k·0,5·Vp·Vo·[cos[(p - o + m)t - ]] tiene otra
frecuencia y está desfasada, pero no se cancela como en los otros
casos No es tan grave.
Demodulación de SSB con detector coherente (III)
Principales formas de onda con o = p y = 0º
Mezclador
vpUSB
vo
vmez vf
vo(pt)
ATE-UO EC dem AM 21
Moduladoravf(mt)
vmez(mt, (2p + m)t)
vpUSB(mt, pt)
Demodulación de SSB con detector coherente (IV)
Principales formas de onda con o p y = 0º
Mezclador
vpUSB
vo
vmez vf
vo(ot)
ATE-UO EC dem AM 22
Moduladora
vpUSB(mt, pt)
vmez((p - o + m)t, (p + o + m)t)
vf((p - o + m)t)
Señal demodulada
Dependiendo de la aplicación puede o
no ser importante esta discrepancia
Demodulación de SSB con detector coherente (V)
Problema: ¿qué pasa si hay una señal interferente en la frecuencia de la banda lateral no utilizada (banda imagen)?
ATE-UO EC dem AM 23
Mezclador
vpUSB1
vo
vmez vf
+
vpUSB2
Señales de entrada:
vpUSB1(m1t, p1t) = Vp1·cos(p1 + m1)t
vpUSB2(m2t, p2t) = Vp2·cos(p2 + m2)t
vo(ot) = Vo·cos(ot + )
Salida del mezclador:
vmez = k·0,5·Vp1·Vo·[cos[(p1 + o + m1)t + ] + cos[(p1 - o + m1)t - ]] +
k·0,5·Vp2·Vo·[cos[(p2 + o + m2)t + ] + cos[(p2 - o + m2)t - ]]
Salida del filtro:
vf = k·0,5·Vp1·Vo·[cos[(p1 - o + m1)t - ]] + k·0,5·Vp2·Vo·[cos[(p2 - o + m2)t - ]]
Supongamos o = p1 y = 0º, entonces:
vf = k·0,5·Vp1·Vo·cos(m1t) + k·0,5·Vp2·Vo·cos((p1 – p2 - m2)t)
Luego existe una componente indeseada a la salida del filtro
Demodulación de SSB con detector coherente (VI)
ATE-UO EC dem AM 24
Vp2
(p2+m2)
p2 p1
Vp1
(p1+m1)0
Con un tono único:
Con un espectro:
p1
Vp1
(p1+m1)0
p2
(p2+m2)
Vp2
Señal no inteligible
Mezclador
vpUSB1
vo
vmezvf
+
vpUSB2
Mezclador
vpUSB1
vo
vmezvf
++
vpUSB2
(p1-p2-m2)
k·0,5·Vp1·Vo
m1
0k·0,5·Vp2·Vo
(p1-p2-m2)
0m1
k·0,5·Vp1·Vo
k·0,5·Vp2·Vo
Demodulación de SSB con detector coherente (VII)¿Como eliminar una señal interferente en la frecuencia
de la banda lateral no utilizada (banda imagen)?
ATE-UO EC dem AM 25
• Por filtrado de la portadora modulada
• Usando un mezclador con rechazo de banda imagen (estructura I/Q)
Filtrado de la portadora modulada
vpUSB1
vpUSB2
Amplificador de FI
Detector coherente
Amplificador de banda base
vo
Filtro de banda base
Filtro a cristal
+
p10 p2
vpUSB1
vpUSB2
Filtro a cristal
Demodulación de SSB con mezclador con rechazo de banda imagen (estructura I/Q), (I)
ATE-UO EC dem AM 26
Supongamos o = p1 y = 0º, entonces (igual que en ATE-UO EC dem AM 23):
vf1 = k·0,5·Vp1·Vo·cos(m1t) + k·0,5·Vp2·Vo·cos((p1 – p2 - m2)t)
Procediendo de igual forma con el mezclador de abajo, pero teniendo en cuenta el desfase de 90º en la señal del oscilador, queda:
vf2 = k·0,5·Vp1·Vo·cos(m1t - /2) + k·0,5·Vp2·Vo·cos((p2 – p1 + m2)t - /2) =
k·0,5·Vp1·Vo·sen(m1t) - k·0,5·Vp2·Vo·sen((p1 - p2 - m2)t)
Señal USB/LSB
vf1
vo
vpUSB1
+
vpUSB2
/2
/2
-/+
vf2
vf2’
vs
ATE-UO EC dem AM 27
Retrasamos otros 90º vf2 para obtener vf2’ y queda:
vf2’ = k·0,5·Vp1·Vo·sen(m1t - /2) - k·0,5·Vp2·Vo·sen((p1 - p2 - m2)t - /2) =
- k·0,5·Vp1·Vo·cos(m1t) + k·0,5·Vp2·Vo·cos((p1 - p2- m2)t) =
- k·0,5·Vp1·Vo·cos(m1t) + k·0,5·Vp2·Vo·cos((p2 - p1 + m2)t)
Como vf1 = k·0,5·Vp1·Vo·cos(m1t) + k·0,5·Vp2·Vo·cos((p2 - p1 + m2)t),
entonces:
vs = vf1 - vf2’ = k·Vp1·Vo·cos(m1t)
La opción de suma es para LSB
No aparece la componente de frecuencia p1-p2-m2, que es la señal interferente
Demodulación de SSB con mezclador con rechazo de banda imagen (estructura I/Q), (II)
SeñalUSB/LSB
vf1
vo
vpUSB1
+
vpUSB2
/2
/2
-/+
vf2
vf2’
vs
SeñalUSB/LSB
vf1
vo
vpUSB1
+
vpUSB2
/2
/2
-/+
vf2
vf2’
SeñalUSB/LSB
vf1
vo
vpUSB1
+
vpUSB2
/2
/2
-/+
vf2
SeñalUSB/LSB
vf1
vo
vpUSB1
+
vpUSB2
/2
/2
-/+
vf2
vf1
vo
vpUSB1
+
vpUSB2
/2
/2
-/+vo
vpUSB1
+
vpUSB2
vpUSB1
+
vpUSB2
/2/2
/2/2
-/+
vf2
vf2’
vs
ATE-UO EC dem AM 28
Dificultad tecnológica: realizar el desfasador de banda base
Señal USB/LSB
/2
-/+
vf2
vf2’
vs
Señal USB/LSB
vf1
vo
/2-/+
vf2
vf2’
vs
1
2
Se construyen dos cadenas de desfasadores 1 y 2, con
circuitos con amplificadores operacionales, tal que: 2 - 1 = /2
en toda la banda base
Demodulación de SSB con mezclador con rechazo de banda imagen (estructura I/Q), (III)
Ejemplo de esquema real de desfasadores de audio para demodulador de SSB con mezclador con rechazo de
banda imagen (obtenidos del ARRL Handbook 2001)
-/+
1
2
Error con relación a un desfase relativo de 90º
(con distintos valores de componentes)
ATE-UO EC dem AM 29
ATE-UO EC dem AM 30
Tipos de modulaciones digitales de amplitud (I)
Modulación digital de amplitud, (Amplitude Shift Keying, ASK).También On-off Keying, OOK y Continuous wave, CW
Modulación
Demodulación
Moduladora
000 11 0
Portadora sin modular
Portadora modulada en ASK
ATE-UO EC dem AM 31
Tipos de modulaciones digitales de amplitud (II)
Modulación digital de amplitud en cuadratura, (Quadrature Amplitude, Modulation, QAM)
Modulación
Demodulación
00 0 01 1I
000 0 11Q
Portadoras sin modular
Portadora modulada en QAM
Moduladoras
110 00 0 1 10 0 0 0
Demodulación de ASK
ATE-UO EC dem AM 32
• Con detector de pico
• Con detector coherente+
-vdp
R+
C
D
vpASK
Mezclador
vo(pt)
= 0º
vf
vmez
PLL
vpASK
vo(pt)
vpASK
vmez
vf
Demodulación de radiotelegrafía al oído
ATE-UO EC dem AM 33
Con detector coherente o detector de batido
O p
pero O p
Mezclador vf
vmez
vpASK
vo(Ot)vo(ot)
vpASK
vmez
vf
Demodulación de QAM con detector coherente I/Q
ATE-UO EC dem AM 34
vf1
vpQAM
/2
vf2
vmez1
vo(pt)Recuperada de la portadora
vmez2
vpQAM
vo(pt)
vo(pt-/2)
vmez1
vmez2
I 00 0 01 1
vf1
000 0 11Q
vf2