Mod demod am_2014_1(1)
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Otros aspectos sobre modulación y demodulación en Amplitud

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Mod demod am_2014_1(1) Mod demod am_2014_1(1) Presentation Transcript

  • Sistemas de Comunicación 2014
  • Modulación en Amplitud La señal de voltaje modulada en Amplitud (AM) es producida por un circuito que puede multiplicar la portadora por la señal moduladora. En algunos casos, adicionalmente, se suma a este producto la portadora. El producto de la señal portadora y la señal moduladora se puede generar aplicando ambas señales a un componente no lineal, como un diodo o un transistor.
  • Generación de una señal AM
  • Tipos de Moduladores en Amplitud Hay dos tipos de moduladores en amplitud: de bajo nivel y de alto nivel. Moduladores de bajo nivel (Low-level modulators): Estos generan pequeñas señales AM que deben ser amplificados antes de transmitirse. Moduladores de alto nivel (High-level modulators): Estos producen señales AM con altos niveles de potencia que se agregan, usualmente, en la etapa final de amplificación del transmisor.
  • Moduladores de amplitud de bajo nivel Modulador de Diodo Modulador de Transistor Modulador con diodo tipo PIN Modulador por amplificador diferencial
  • Modulador de Diodo La modulación de amplitud basada en diodo se apoya en una red de mezcla resistiva, un diodo rectificador y un circuito LC sintonizado. La portadora se aplica a un resistor de entrada y la señal moduladora al otro resistor de entrada. Esta red resistiva hace que las señales se mezclen linealmente (i.e. que se sumen algebraicamente). El diodo conduce los medios ciclos de la señal aplicada cuando se polarice directamente. La bobina y el capacitor intercambian energía repetidamente, produciendo una oscilación a la frecuencia de resonancia.
  • Modulador simple con diodo (http://en.wikibooks.org/wiki/Communication_Systems/Amplitude_Modulation)
  • Modulador simple con diodo El diodo, al ser un elemento no lineal, debido a su respuesta v/i produce un término que es el producto de la moduladora y la portadora, sin embargo se producen otros componentes adicionales de señal que no serán de utilidad para
  • Modulador simple con diodo con circuito con filtro sintonizado (http://circuit-diagram.hqew.net/amplitude-modulator_17654.htm)
  • Modulación en Amplitud (Armónicos) Un aspecto a tener en cuenta es que los diodos y transistores generan, a partir de lo que se conoce como intermodulación, armónicos de tercer, cuarto y otros ordenes mayores Para tratar de eliminar los productos de la intermodulación se agregan circuitos sintonizados para centrarse en la portadora y las bandas laterales.
  • Modulación en Amplitud con Diodo (Armónicos Producidos) Es así como, debido a la utilización del diodo, no solo se logra la multiplicación de la moduladora y la portadora sino que se genera una serie de componentes adicionales de señal que, en la práctica, actuarán como ruido de intermodulación.,,
  • Modulador AM Simple con Transistor La modulación en amplitud se apoya en una red de mezcla resistiva y un circuito LC sintonizado. La juntura emisor-base del transistor actúa como un diodo y por ende como un dispositivo no lineal. La modulación y la amplificación se da a medida que la corriente de base controla una corriente de colector que es mayor.
  • Modulador con diodo PIN Los diodos PIN son diodos con un tipo de juntura especial de silicio que están diseñados para utilizar a frecuencias superiores de 100 MHz. En este diodo las regiones P y N están separadas por una región de semiconductor Intrínseco (I) que es Silicio, de ahí su nombre. Los circuitos de atenuadores variables que utilizan diodos PIN producen AM en las bandas de VHF, UHF y para microondas. Cuando los diodos PIN se polarizan directamente operan como resistencias variables. La atenuación causada por los circuitos de diodos PIN varía con la amplitud de la señal moduladora.
  • Más acerca de los diodos PIN (disponible en: www.microsemi.com/document-portal/.../14620-pin-diode-fundamentals
  • AM de alta frecuencia utilizando diodos PIN (http://www.hpmemory.org/an/pdf/an_58.pdf) A frecuencias por debajo de los 100 MHz el diodo se comporta como un rectificador. Por encima de los 100 MHz la rectificación no se efectúa debido a la carga almacenada en la capa intrínseca (I), por lo tanto el diodo actúa como una resistencia, conduciendo en Las características de respuesta en alta frecuencia de los diodos PIN hacen que puedan utilizarse como moduladores en el campo de las microondas.
  • AM por amplificador diferencial Con amplificadores diferenciales se pueden realizar muy buenos moduladores en amplitud porque estos tienen una alta ganancia, buena linealidad y se puede alcanzar modulaciónd del 100% . El voltaje de salida puede ser balanceado o también conocido como diferencial (i.e. la salida tomada entre los dos colectores) o de terminación sencilla (i.e. la salida tomada de cualquiera de los dos colectores a tierra). La señal moduladora se aplica a la base de una fuente de corriente constante con transistor. La señal moduladora varía la corriente del emisor y por lo tanto la ganancia del circuito. Esto resulta en una señal de AM.
  • Modulador de amplitud por amplificador diferencial
  • AM de alto nivel En modulación de alto nivel el modulador varía el voltaje y la potencia en la etapa final del amplificador de RF en el circuito del transmisor. El resultado es alta eficiencia en el amplificador de RF y un rendimiento de alta calidad. Entre los moduladores de alto nivel encontramos: Modulador de colector Modulador serie
  • Modulador de colector de alto nivel
  • Modulador serie
  • Modulador balanceado Un modulador balanceado es un circuito que genera una señal DSB, suprimiendo la portadora y dejando solo las señales de suma y diferencia de las frecuencias en la salida. La salida de un modulador balanceado puede ser procesada mediante filtros o circuitos que introduzcan desfase para eliminar una de las bandas laterales, lo que resulta en una señal SSB. Entre los tipos de moduladores balanceados encontramos el tipo cuadrícula o rejilla, el multiplicador análogo y otros basados en semiconductores como el MC1496.
  • Modulador balanceado basado en el MC1496 El 1496 es un circuito versátil disponible para aplicaciones de comunicación. El 1496 puede operar como modulador balanceado o puede ser configurado para desempeñarse como un modulador de amplitud, un detector de producto o un detector síncrono. Este circuito integrado se basa en lo que se conoce como la celda de Gilbert, un multiplicador basado en transistores.
  • Generación de AM-DSB con el MC1496 En la figura se muestra el circuito de aplicación típica para generar AM de doble banda lateral con el circuito integrado MC1496. Esta versión de modulador (a diferencia de otras con el mismo chip) no requiere alimentación dual. Con un control de potenciómetro es posible suprimir la portadora
  • Modulador de rejilla (“lattice”)
  • Operación del modulador tipo Lattice La portadora debe tener una frecuencia y una amplitud considerablemente mayor que la señal moduladora. La señal portadora senoidal se utiliza como una fuente de polarización inversa y directa para los diodos, poniendolos en estado de conducción y no conducción a una alta tasa de cambio. Los diodos actuan como interruptores que conectan la señal moduladora al secundario de T1 y al primario de T2.
  • Multiplicador análogo Un multiplicador análogo es también un tipo de circuito integrado que puede utilizarse como modulador balanceado. Los multiplicadores análogos comúnmente para generar señales DSB. El multiplicador análogo no es un circuito de conmutación como el modulador balanceado, este utiliza amplificadores diferenciales operando en modo lineal. La portadora debe ser senoidal y el multiplicador produce el verdadero producto de las dos entradas análogas.
  • Circuitos de una sola banda lateral (SSB) Los dos metodos más comunes de generar señales de una sola banda lateral (SSB) son: Método de filtrado Método por fase
  • Generación de señales SSB: Método del filtro El método del filtro es el más simple y más ampliamente utilizado. La señal moduladora se aplica al amplificador de audio. La salida del amplificador se ingresa por una entrada del modulador balanceado. Un oscilador de cristal suministra la señal portadora que también es aplicada al modulador balanceado. La salida del modulador balanceado es DSB. Se produce una señal SSB pasando la señal DSB a través de un filtro pasabanda altamente selectivo.
  • Transmisor SSB: Método con filtro
  • Generación de señales SSB: Método por fase El método de la fase para generación de SSB utiliza una técnica de cambio de fase que hace que se cancele una de las bandas laterales. Este método utiliza dos moduladores balanceados que eliminan la portadora. El oscilador de la portadora se aplica sobre el modulador balanceado superior junto con la señal moduladora. La portadora y la señal moduladora se desfasan 90 grados y se aplican a otro modulador balanceado. El desfase hace que una banda lateral se cancele cuando las salidas de los dos moduladores se sumen .
  • Generador de SSB: Método de fase
  • Recepción de AM (Demodulación o “Detección”) Es el proceso inverso de la transmisión de AM. Un receptor de AM convencional, simplemente convierte una onda de amplitud modulada nuevamente a la fuente original de información (o sea, demodula la onda AM) Cuando se demodula una onda AM, la portadora y la porción de la envolvente que lleva la información (o sea, las bandas laterales) se convierten (se “bajan”) o se trasladan del espectro de radiofrecuencia a la fuente original de información (Banda Base)
  • Demoduladores de AM Los demoduladores o detectores son circuitos que reciben las señales moduladas y recuperan la información original de la señal moduladora. Para AM se habla principalmente de dos tipos: Detector con diodo Detector síncrono
  • Demodulador de AM con detector por diodo En los semiciclos positivos de la señal AM, el capacitor se carga rápidamente al valor pico de la señal pulsante entregada por el diodo . Cuando el voltaje de la señal pulsante cae a cero el capacitor se descarga a través de la resistencia.
  • Detector por diodo La constante de tiempo del conjunto capacitor-resistencia es grande en comparación con el periodo de la portadora, por lo tanto el capacitor solo se descarga levemente cuando el diodo no está en conducción. La señal resultante a través del capacitor es una aproximación cercana de la señal moduladora original.
  • También llamado detector de envolvente Puesto que este detector recupera la envolvente o contorno de la señal AM también se denomina Detector de envolvente. Si la constante de tiempo RC en el detector por diodo es muy larga, la descarga del capacitor será muy lenta para seguir los rápidos cambios de la señal moduladora, esto se denomina distorsión diagonal o por clipping.
  • Detección síncrona Los detectores síncronos utilizan una señal de reloj local a la frecuencia de la portadora en el receptor para conmutar entre conectada y desconectada la señal AM, produciendo rectificación similar a la de un detector por diodo estándar.
  • Diferencias entre los tipos de detección para AM
  • Demodulación DSB y SSB Para recuperar la señal original a partir de una señal DSB o SSB, debe reinsertarse la portadora que fue suprimida en el receptor. Un detector de producto es un modulador balanceado que se utiliza en el receptor para recuperar la señal moduladora.
  • Modulador balanceado utilizado como detector de producto
  • Naturaleza del Receptor Un receptor debe ser capaz de recibir, amplificar, y demodular una señal de RF. Un receptor también debe ser capaz de limitar las bandas del espectro total de radiofrecuencias a una banda específica de frecuencias. En muchas aplicaciones el receptor debe ser capaz de cambiar el rango (banda) de frecuencia que es capaz de recibir. A este proceso se llama sintonizar el receptor.
  • Naturaleza del Receptor Una vez que una señal de RF se recibe, se amplifica y se limitan las bandas, deberá convertirse a la fuente original de información (banda base). A este proceso se le llama demodulación. Una vez demodulada, la información podría requerir de mayor limitación de las bandas y una amplificación, antes de considerarse lista para usar.
  • Diagrama de Bloques Receptor típico de AM La figura muestra un diagrama de bloques simplificado de un típico receptor de AM. La sección de Radiofrecuencia (RF) es la primera etapa (también se llama parte frontal). Sus funciones principales son: detectar, limitar las bandas y amplificar las señales RF recibidas. En esencia, la sección de RF establece el umbral del receptor (o sea, el nivel mínimo para la señal de RF que el receptor puede detectar y demodular a una señal de información útil) La sección de RF abarca uno o más de los siguientes circuitos: antena, red de acoplamiento de la antena, filtro (preselector), y uno o más amplificadores de RF.
  • Diagrama de Bloques Receptor típico de AM La sección de mezclador/convertidor reduce las frecuencias de RF recibidas a frecuencias intermedias (IF o FI ).
  • Diagrama de Bloques Receptor típico de AM 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.
  • Diagrama de Bloques Receptor típico de AM El detector de AM demodula la onda de AM y recupera la información de la fuente original.
  • Diagrama de Bloques Receptor típico de AM La sección de audio simplemente amplifica la información recuperada a un nivel utilizable.
  • Referencias http://163.25.99.51/Huang_Comm/Chapter04.pdf http://en.wikibooks.org/wiki/Communication_Syste ms/Amplitude_Modulation http://www.hpmemory.org/an/pdf/an_58.pdf www.microsemi.com/document-portal/.../14620-pin- diode-fundame