Consulta Moduladores Demoduladores FM

8/17/2019 Consulta Moduladores Demoduladores FM

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UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE EXTENSIÓN LATACUNGA

CARRERA DE ING. EN ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓNFECHA: 24 de junio de 2015

ASIGNATURA: Sistemas de Comunicaciones.NOMBRE: William Chicaiza.DOCENTE: Ing. Cesar Naranjo.TEMA: Moduladores y Demoduladores FM.

Moduladores FM.

Para generar una señal modulada en frecuencia debe utilizarse un oscilador cuyafrecuencia varíe según la amplitud de la señal de información, de modo que esnecesario que alguno de los elementos del oscilador debe variar su reactancia,según la señal de información.

En los principios de la modulación en frecuencia se utilizaron válvulas al vacíoconfiguradas en un circuito que actuaba como una reactancia variable según elvoltaje de la señal, constituyendo así un oscilador de reactancia variable (VCO). VCO: Voltage Controlled Oscillator u oscilador controlado por voltaje.

En los circuitos transmisores actuales, se utilizan con frecuencia VCO integradosy bien sea que se trate de circuitos con elementos discretos o integrados, el VCOsuele ir seguido de un amplificador que actúa como buffer para producir elaislamiento entre el oscilador y la carga y mantener la estabilidad de frecuencia.

En este contexto un buffer es un amplificador de alta impedancia deentrada y baja impedancia de salida que actúa como elemento de

separación entre el oscilador y la carga, a fin de que las variaciones deésta no afecten a la frecuencia de oscilación.

La señal modulada en frecuencia se amplifica hasta obtener el nivel deseado depotencia a la salida. Los amplificadores de potencia en FM pueden funcionar enclase C y cerca de la saturación para conseguir la máxima eficiencia y, aunquesi bien, la potencia en FM es constante al ser constante la envolvente de la señalmodulada, es necesario algún circuito limitador de picos para mantenerconstante el nivel de la señal transmitida.

Osciladores controlados por voltaje


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Puesto que un VCO requiere de un elemento cuya reactancia varíe de acuerdoa la amplitud instantánea de la señal de entrada, un método simple para controlarsu frecuencia es el de utilizar un varactor o varicap. Un varactor o varicap es un diodo que, en polarización inversa varía el

ancho de la región desértica alrededor de la unión, según el voltajeaplicado, actuando así como un elemento de capacidad variable.

Un varactor (variable reactor), designado también como varicap (variablecapacitor), es un diodo cuyas propiedades fueron observadas inicialmente porSchottky7 y analizadas también por Schockley8, particularmente la presencia deuna capacidad, alrededor de la unión, sensible al voltaje inverso aplicado aldiodo.

Cuando se aplica a un diodo un voltaje inverso, alrededor de la unión P-N se

forma una región desértica sin carga eléctrica significativa respecto a la carga enlas regiones N y P fuera de dicha región desértica, de anchura W, como semuestra en la figura 1, de modo que esta región actúa como un dieléctrico entredos regiones cargadas, constituyendo así un condensador que, si es de placasplanas tiene una capacidad dada por:

= Donde A es el área de las placas en , = 0 es la permitividad deldieléctrico y W la distancia entre las placas en m. En esta geometría simple, de

placas planas y paralelas, la capacidad es función únicamente de la distanciaentre ellas. En el caso del diodo, puesto que la anchura de la región desérticadepende del voltaje inverso aplicado, la capacidad depende del voltaje, del nivelde impurificación del semiconductor y de la geometría de la unión. Para unaunión N-P abrupta, la capacidad de la región desértica entre las regiones delsemiconductor, suponiendo nivel de impurezas constante está dada por:

() = 0

√ 1 +

Figura 1: Diodo varactor y símbolo del mismo.


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Donde 0 es la capacidad a VR = 0, VR, el voltaje inverso aplicado al diodo y es un pequeño voltaje positivo de contacto, generalmente menor de 1 V.

En la figura 2, se muestra un circuito modulador de frecuencia, muy sencillo,utilizando dos varactores. En este modulador, el circuito LC constituye el tanquede un oscilador LC.

Un método simple de variar la frecuencia de resonancia de ese circuitosintonizado, es emplear varactores, para variar la capacidad total del tanque y,por consecuencia su frecuencia de resonancia según la magnitud del voltaje deseñal aplicado a la entrada. La capacidad total del circuito está dada por C = C0+ ∆C, en que ∆C es la capacidad total de los dos varactores, proporcional a

(), el voltaje de señal.

A la entrada del circuito se aplica, además, un voltaje para mantener lapolarización inversa de los varactores. La frecuencia angular de resonancia delcircuito en estas condiciones está dada por:

Si el cambio en la capacidad es pequeño, es decir, ∆C


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La variación de capacidad de los varactores depende del voltaje de señal demodo que ∆ = (), por lo que la frecuencia instantánea de la señalmodulada en frecuencia puede expresarse ahora como:

o bien:

Con lo que la frecuencia de oscilación del circuito resonante queda directamenterelacionada con la amplitud de la señal moduladora.

Moduladores directos de FM.

La modulación angular de FM directa es aquella en la que se varia (se desvía) lafrecuencia de la moduladora, en forma directa, mediante la señal moduladora.

Con la FM directa, la desviación instantánea de frecuencia es directamenteproporcional a la amplitud de la señal moduladora.

Figura 3: Modulador directo de FM con varactor.


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Moduladores de FM de reactancia. La fig. 5 muestra el diagrama de unmodulador de reactancia que usa un JFET, como dispositivo activo. Estaconfiguración de circuito se llama modulador de reactancia porque el JFET se vecomo una carga de resistencia variable desde el circuito tanque LC.

La señal moduladora hace variar la reactancia de Q, lo que causa un cambiocorrespondiente en la frecuencia de resonancia del circuito Oscilador.

Moduladores directos de FM en circuito integrado lineal.

Los osciladores controlados por voltaje en un circuito integrado lineal y losgeneradores de función pueden generar una forma de onda de salida FM directaque es relativamente estable, exacta y directamente proporcional a la señalmoduladora de entrada.

La desventaja primaria de usar VCO y generadores de función LIC(circuito integrado lineal) para modulación directa de FM es su bajapotencia de salida y la necesidad de otro componente externo.

La figura 5 muestra el diagrama monolítico de FM Motorola MC1376. Es unmódulo completo de FM en un circuito integrado DIP con 8 terminales. Puedefuncionar con frecuencias de portadora de 1.4 a 14 MHz y es para usarse en laproducción directa de ondas FM, para aplicaciones de baja potencia.

Figura 4: Modulador directo FM con VCO y diodo varactor.


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Demoduladores FM.

Los demoduladores de FM son circuitos dependientes de la frecuencia paraproducir un voltaje de salida que sea proporcional a la frecuencia instantánea ensu entrada. La función general de transferencia para un demodulador FM es nolineal, pero cuando se trabaja en su intervalo lineal es:

= () ()

Donde , es igual a la función de trasferencia.

Figura 5.: a) Transmisor de FM en un circuito integrado lineal MC 1376

b) Curva de respuesta de salida VCO en función de frecuencia de entrada.


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La salida de un demodulador de FM se expresa como sigue:

() = ∆

Detector por pendiente.

Es la forma más sencilla de discriminador de frecuencias con circuitossintonizados. El detector por pendiente no balanceado tiene las característicasno lineales de voltajes en función de frecuencia y, en consecuencia, casi nuncase usa. Sin embargo, su funcionamiento es básico para todos los discriminadoresde frecuencia con circuitos sintonizados.

Discriminador de Foster-Seeley.

Se lo llama también discriminador de desplazamiento de fase es un discriminadorde frecuencia con circuito sintonizado cuyo funcionamiento es muy parecido a

del detector por pendiente balanceado.

Figura 6: Detector de pendiente a) Diagrama b) curva de voltaje en función de frecuencia.


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Detector de relación.

Tiene una gran ventaja sobre el detector por pendiente y el discriminador deFoster-Seeley para demodulación FM: es relativamente inmune a variaciones deamplitud en una señal de entrada.

Demodulador de FM con lazo de fase cerrada.

Desde que se desarrollaron los circuito integrados lineales en gran escala, se

puede lograr con mucha facilidad la demodulación FM con un lazo cerrado (PLL:phase locked loop).

Figura 7: Diagrama eléctrico del discriminador Foster-Seeley

Figura 8: Diagrama eléctrico del detector de relación.


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Un demodulador de frecuencia PLL no requiere circuitos sintonizados, ycompensa en forma automática los cambios de frecuencia con PLL, no requierencircuitos sintonizados, y compensan de forma automática los cambios defrecuencia de portadoras debidos a inestabilidad del oscilador del transmisor.

Demodulador de FM por cuadratura.

Llamado a veces detector por coincidencia extrae la señal de información originalde forma de onda compuesta. De FI, multiplicando dos señales en cuadratura,es decir, desfasadas 90°. Un detector por cuadratura usa un desplazador de fasede 90°, un solo circuito sintonizado y un detector de producto, para desmodularseñales de FM.

El desplazador de 90° produce una señal que está en cuadratura con señalesrecibidas de FI. El circuito sintonizado convierte variaciones de frecuencia en

variaciones de fase, y el detector de producto multiplica las señales recibidas delFI por señales FI con fase desplazada.

Figura 9: Demodulador PLL FM con PLL XR-2212 en circuito integrado.


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Bibliografía

[1] J. M. Z. S. d. l. Maz, «Modulación de Angular: Circuitos

moduladores de frecuencia _ Demodulacion de frecuencia.,» de

Sistemas de Telecomunicaciones, Snatander, 2007, pp. 224-228.

[2] W. Tomasi, «Receptores por modulacion de angulo FM estereo yradio de FM EN DOS SENTIDOS.,» de Sistemas de comunicaciones

electrónicas, Prentice Hall, 2003, pp. 275-284.

Figura 10: Demodulador de FM por cuadratura.

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