Otros aspectos sobre modulación y demodulación en Amplitud

1. Sistemas de Comunicación 2014

2. 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.

3. Generación de una señal
AM

4. 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.

5. Moduladores de amplitud de bajo nivel
Modulador de Diodo
Modulador de Transistor
Modulador con diodo tipo PIN
Modulador por amplificador diferencial

6. 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.

7. Modulador simple con diodo
(http://en.wikibooks.org/wiki/Communication_Systems/Amplitude_Modulation)

8. 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

9. Modulador simple con diodo con circuito
con filtro sintonizado
(http://circuit-diagram.hqew.net/amplitude-modulator_17654.htm)

10. 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.

11. 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.,,

13. 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.

14. 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.

15. Más acerca de los diodos PIN
(disponible en: www.microsemi.com/document-portal/.../14620-pin-diode-fundamentals

16. 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.

17. 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.

18. Modulador de amplitud por
amplificador diferencial

19. 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

20. Modulador de colector de alto
nivel

21. Modulador serie

22. 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.

23. 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.

24. 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

27. Modulador de rejilla
(“lattice”)

28. 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.

29. 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.

30. 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

31. 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.

32. Transmisor SSB: Método con filtro

33. 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 .

34. Generador de SSB: Método de fase

35. 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)

36. 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

37. 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.

38. 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.

39. 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.

40. 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.

41. Diferencias entre los tipos de
detección para AM

42. 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.

43. Modulador balanceado utilizado como
detector de producto

44. 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.

45. 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.

46. 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.

47. Diagrama de Bloques Receptor
típico de AM
La sección de mezclador/convertidor reduce las frecuencias de RF
recibidas a frecuencias intermedias (IF o FI ).

48. 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.

49. Diagrama de Bloques Receptor
típico de AM
El detector de AM demodula la onda de AM y recupera la información
de la fuente original.

50. Diagrama de Bloques Receptor
típico de AM
La sección de audio simplemente amplifica la información recuperada a
un nivel utilizable.

52. 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