demodulador am

5/13/2018 Demodulador Am - slidepdf.com

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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONALFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES

PROYECTO DE FISICA III

DEMODULACIÓN AM

OBJETIVO

y Diseñar un demodulador AM utilizando un detector de envolvente.

MARCO TEÓR ICO

¿CÓMO LLEGAN LA RADIO HASTA SU CASA?

PROPAGACION DE LAS ONDAS

Cuando una onda de radio se aleja de la emisora se propaga a través del aire. Esto hace que la parteque se radia hacia abajo, o sea con una inclinación negativa con respecto al plano horizontal serefleja parcialmente. El resto es absorbido por la superficie terrestre constituyendo lo que se ledenomina ONDA TERRESTRE. La energía radiada con una inclinación positiva, o sea hacia arriba,se propaga a lo largo del espacio, constituyendo así la onda espacial.

Las ondas terrestres pueden ser: Ondas de superficie y ondas aéreas. Las de superficie son las que se propagan a través de la corteza terrestre, las aéreas unas viajan a través del aire en línea recta y otra parte se reflejan en superficie terrestre.

La zona útil de la propagación por onda directa y el alcance de la transmisión viene dada y limitada por el horizonte geográfico de la antena transmisora. Por el contrario en la transmisión por ondasterrestres el alcance es considerablemente mayor que el visual o directo pues puede llegar a ser devarios miles de kilómetros, dependiendo de la potencia de la emisora. Es muy importante tener encuenta que en igualdad de condiciones, el mayor alcance se obtiene cuando la onda viaja a travésdel agua salada. En las Bandas de O.C. la propagación es muy difícil de predecir, pues la onda en elespacio puede encontrarse con condiciones buenas, regulares o malas, continuamente con cambios.También depende en gran parte de la antena receptora que tengamos instalada y conectada alreceptor y la hora a la que recibamos las emisiones y la estación del año en que estemos en esosmomentos.





Las ondas de radio pueden viajar también a través del aire y son dirigidas al espacio, siendodenominadas ondas espaciales. En este caso la atenuación es relativamente pequeña, por lo que elalcance puede ser muy grande con muy poca potencia en la transmisión.

Las ondas espaciales tienen mucha dependencia de la Ionosfera y de las características que en esemomento y en ese punto se estén reflejando. Hemos de tener en cuenta que la ionosfera durante lanoche su altura se reduce considerablemente por lo que el alcance de las ondas es aun mayor durante esta etapa.

La ionosfera esta subdividida en varias capas situadas, según cada momento, a diferentes distanciasde la tierra. Su efecto varía durante el día y afecta de diferentes formas y maneras a las diversasfrecuencias que podamos transmitir en ese momento.

El transmisor radia en muchas direcciones, en el momento que las ondas encuentran a la ionosfera,esta las refracta con diferentes ángulos que no siempre son devueltas a la tierra. Así mismodependiendo de la frecuencia de transmisión, las ondas pueden alcanzar diferentes capas de laionosfera, y pueden ser reflejadas o no dependiendo de las condiciones de esta última. A mayor frecuencia mayor altura alcanzan las ondas, lo que por el contrario es perjudicial ya que las

primeras capas son las que más fácilmente reflejan las ondas. También podemos considerar que lamisma onda transmitida puede ser reflejada por diferentes capas, obteniendo así diferentesdistancias en su refracción.





En este grafico podemos apreciar como se produce las diferentes refracciones según sean reflejadaslas ondas por sus diferentes frecuencias y capas que se encuentren favorablemente ionizadas en laionosfera. También se aprecian las reflexiones múltiples produciendo diferentes alcances según serefleje en una capa u otra, o bien si las ondas son devueltas por la tierra a la ionosfera para que seanuevamente reflejada.

La propagación en frecuencias muy altas (V.H.F.), donde también se encuentra la la banda deradiodifusión de F.M., podemos decir que es de poco alcance, ya que al ser tan alta la frecuencia,las ondas no son reflejadas por la ionosfera, y se escapan de esta hacia el espacio, fuera de la

atmósfera. Por otro lado, además las ondas viajan por el aire en modo visual, por lo que el alcancede estas emisoras es muy limitado por el terreno y obstáculos que encuentren en su camino,dependiendo así con gran influencia de la altura a la que se encuentren las antenas transmisoras.

En el segmento de frecuencia asignado a los radioaficionados en esta banda de VHF las buenascondiciones de propagación para poder hacer un enlace a larga distancia (DX), son muy escasas yesporádicas. Dependen mucho de unas condiciones atmosféricas muy determinadas, o tambiéndichos contactos DX se realizan a través de la llamada propagación troposferica o por lluvia de





meteoritos. Siendo esta última escasa y muy aprovechadas por los radio operadores sobre todo en laépoca estival cuando hay lluvia de estrellas. Por eso en esta banda es frecuente el uso de antenasdireccionales que aumentan tanto la ganancia de transmisión como la de recepción

considerablemente.

Resumiendo todo lo expuesto anteriormente podemos considerar que la Propagación de las ondashertzianas tienen mucha variación dependiendo de la frecuencia y el modo en que se transmite asícomo la estación del año en que nos encontremos, las condiciones atmosféricas, las ionosfericas, ylas estelares. En las frecuencias muy altas las ondas viajan en modo visual, en la onda corta enmodo espacial y en onda media y larga en modo terrestre.

DIODO EN UNA RADIO AM

El funcionamiento de este receptor, solamente apto para la recepción de AM, es bastante simple.

Las ondas electromagnéticas que alcanzan la antena generan en ésta, mediante el fenómeno de lainducción electromagnética, una fuerza electromotríz que hace recorrer una corriente por eldevanado primario del transformador T-1 y que se induce en el secundario, el cual tiene uncondensador variable (CV) en paralelo.

El diodo D1 toma la señal de la emisora sintonizada y la rectifica generando una tensión continuasobre la salida.

El resto es sencillo, al estar las señales moduladas en amplitud el nivel de la onda portadora de altafrecuencia variará en función de la señal moduladora de baja frecuencia (voz, música, etc) que setransmite, con lo que a la salida del diodo D-1 obtendremos una tensión que variará de la misma

forma que la moduladora y por tanto reproducción de la baja frecuencia original, con lo que podremos oírla en los auriculares.

La envolvente de AM

AM DSBFC se le llama algunas veces como AM convencional. La onda modulada de salidacontiene todas las frecuencias que componen la señal AM y se utilizan para llevar la información através del sistema. Por lo tanto, a la forma de la onda modulada se le llama la envolvente. Sin señalmodulante, la onda de salida simplemente es la señal portadora amplificada. Cuando se aplica unaseñal modulante, la amplitud de la onda de salida varía de acuerdo a la señal modulante.

La suma y diferencia de frecuencias son desplazadas de la frecuencia portadora por una cantidadigual a la frecuencia de la señal modulante. Por lo tanto, una envolvente de AM contienecomponentes en frecuencia espaciados por fm Hz en cualquiera de los lados de la portadora. Sinembargo, debe observarse que la onda modulada no contiene un componente de frecuencia que seaigual a la frecuencia de la señal modulante. El efecto de la modulación es trasladar la señal demodulante en el dominio de la frecuencia para reflejarse simétricamente alrededor de la frecuenciadel conducto.





Detector de Picos

La función de un detector de AM es demodular la señal de AM, recuperar y reproducir lainformación de la fuente original. Y debe tener las mismas características relativas de amplitud.Detector de Picos La siguiente figura muestra un diagrama esquemático para un demodulador deAM sencillo no coherente, que se llama comúnmente detector de picos.

Debido a que el diodo es un dispositivo no lineal, ocurre una mezcla no lineal en D1 cuando dos omás señales se aplican a su entrada. Por lo tanto, la salida contiene las frecuencias de entradaoriginales, sus armónicas, y sus productos cruzados.

Esencialmente, la diferencia entre un modulador de AM y un demodulador de AM es que la salidade un modulador se sintoniza con las frecuencias de suma (convertidor de altas frecuencias),mientras que la salida de un demodulador se sintoniza a las frecuencias de diferencia (convertidor de baja frecuencia).

El circuito demodulador mostrado en la figura 1 se le llama común mente detector de diodos puestoque el dispositivo no lineal es un diodo, o un detector de picos, porque detecta los picos de laenvolvente de entrada, o un detector de envolvente o de figura porque detecta la figura de laenvolvente de entrada.

Esencialmente, la señal de la portadora captura el diodo y lo obliga a activarse y desactivarse(rectificar) sincrónicamente (tanto frecuencia como fase). Así las frecuencias laterales se mezclancon la portadora, y se recuperan las señales de banda base original. La red RC que sigue al diodo enun detector de picos es un filtro de pasa - bajas.





La pendiente de la envolvente depende tanto de la frecuencia de la señal modulante como delcoeficiente de modulación (m). Por lo tanto, la pendiente máxima ocurre cuando la envolvente estácruzando su eje cero en la dirección negativa. La frecuencia de la señal modulante más alta que

puede demodularse por un detector de picos sin atenuarse se da como:

en donde fm(máx) = frecuencia máxima de la señal modulante (hertz). m = coeficiente demodulación (sin unidades). RC = constante de tiempo (segundos). Para 100% de modulación, elnumerador de la ecuación anterior tiende a cero, que esencialmente significa que todas las

frecuencias de la señal modulante son atenuadas cuando se demodula.

y Modulacion para AM

La modulación AM, consiste en variar la amplitud de una sinusoide acorde con el mensaje que sedesea transmitir. A esta sinusoide se la conoce con el nombre de portadora debido a que lleva la

portadora sobre sí.

La señal modulada en amplitud se obtiene afectando la amplitud de la portadora por el mensaje, es

decir la señal modulada es la siguiente: SAM(t)= (Ap+Xm(t))cosWpt

DEMODULADOR AM

Diagrama de un receptor de AM Cuando una señal es enviada por un emisor va a ser recibida por un receptor. Lo primero que tieneque hacer un receptor es demodular la señal modulada que le llega para obtener la información queésta trae impresa.





Circuito demodulador de AM (detector de envolvente)

El proceso de demodular consiste en recuperar la onda moduladora (que es la que tiene bajafrecuencia) y separar la de portadora (que es la que tiene alta frecuencia). Podemos demodular la

señal modulada en amplitud o en frecuencia. Nos vamos a centrar sólo en la señal modulada enamplitud y ya veremos después cómo funcionan los demoduladores de FM. Un demodulador deAM sencillo puede ser el formado por un diodo, un condensador y una resistencia. El proceso dedemodulación consiste en un proceso de rectificación de la señal.

Proceso de demodulación de una onda modulada en amplitud

Para que este circuito funcione aplicamos la tensión de la señal de alta frecuencia en los bornes deentrada. La tensión de salida va a depender del nivel de la tensión de entrada. Al llegar la señal alcircuito y pasar por el diodo queda reducida solo a la parte positiva, ya que el diodo no deja pasar a

la parte negativa de la señal. El circuito también tiene un condensador amortiguador. Con cadasemionda positiva el condensador se va a cargar y con las semiondas negativas se descarga a travésde la resistencia R. El condensador no puede descargarse a través del diodo ya que éste se encuentraen estado de bloqueo. La capacidad del condensador no debe ser muy grande pues, de lo contrario,el tiempo de descarga sería superior a la duración de una oscilación de baja frecuencia yobtendríamos a la salida una corriente continua. También podemos utilizar como demodulador deAM un circuito rectificador de onda completa, constituido por dos diodos y por un transformador con toma central. Cada uno de los diodos va a permitir el paso de la corriente en un sentido.

DIAGRAMA DE BLOQUES





y Circuito de sintonización:

Este bloque corresponde al circuito de sintonización de la frecuencia a demodular, esta frecuencia

se selecciona sintonizando el circuito resonante LC a la frecuencia fc deseada. Esto permiteseleccionar una estación en particular de todas la que están transmitiendo en la banda AM.

Lo que nos interesa en esta etapa es que a la frecuencia de resonancia la impedancia en paralelo dela bobina y el condensador es infinita, por lo que las corrientes inducidas en la antena pueden pasar hacia el diodo, mientras que las frecuencias por encima o por debajo de f 0 tienden a ser derivadas atierra (cortocircuitadas) por el condensador o la bobina respectivamente.

y Detector de envolvente:

La señal seleccionada se demodula, utilizando un demodulador detector de envolvente, para ello seusa un diodo rápido de germanio 1N34 para extraer la parte de la señal que representa lainformación transmitida. La razón de usar estos diodos en lugar de utilizar un diodo común desilicio es que estos diodos tienen una caída de tensión en directa significativamente menor que eldiodo de silicio: concretamente 0.2V, frente a 0.7 V para un diodo de silicio, con lo que se minimizael debilitamiento de la señal al pasar por este tipo de diodos. En el caso del germanio esto se debe asu menor gap (0.67 V) comparado con el silicio (1.1 V).

y F iltro pasa bajos:

Seguidamente hay que filtrar la onda rectificada para eliminar la portadora y quedarnos con lamoduladora. El margen de frecuencias de audio abarca hasta unos 20 kHz, mientras que la

portadora está en el rango de MHz, por lo que esta etapa es un filtro paso-baja. En realidad bastaráun simple condensador para efectuar el filtrado, pues gracias a la presencia del diodo éste no se puede descargar hacia el lado del circuito que le suministra la señal.

y Amplificador de potencia:

La señal de salida del filtro será una señal de audio muy débil (de mucho menos de un voltio).Podría resultar audible en unos auriculares de alta impedancia como los que se utilizabanantiguamente. Para hacerla audible se hace pasar la señal a través de un amplificador de audio haciaun altavoz o unos auriculares.

DISEÑO DEL DEMODULADOR AM

Nuestro demodulador estará diseñado para recibir la frecuencia de la emisora Monumental, ubicadaen el Valle de los Chillos de Quito, cuya frecuencia es 1510 AM.

Como ya se observó anteriormente, el receptor am consta de tres partes fundamentales. Acontinuación se realizará el diseño de cada una de esas etapas:

1 ) Etapa de sintonización:





Como observamos en esta etapa, la antena utilizada es una antena de radio para señales AM,además debido a que la señal que deseamos sintonizar es AM, al realizar el cálculo para eltamaño de la antena nos daremos cuenta que la longitud de la misma es sumamente grande,

por lo cual nos ayudaremos también del marco de la ventana de la biblioteca, la cual estáhecha de material conductor con lo cual aseguramos la recepción de la señal AM, puesto quela ventana actúa como una antena.

La antena a utilizarse sería sumamente grande, por lo cual se utilizó la ventana como una antena que

permite receptar la señal de la manera más eficiente posible. El circuito tanque conformado por la bobina y el capacitor variable permiten la

sintonización adecuada la frecuencia AM.Para ello utilizaremos la fórmula de la frecuencia de resonancia pudiendo establecer de estamanera los valores adecuados de inductancia y capacitancia.

ANT1

C1

200pF

L156uH





El valor del capacitor variable va desde 35[pF] hasta 200[pF]. El valor utilizado es su máximo valor posible, es decir 200[pF]:

En esta etapa hemos podido sintonizar la bobina y el capacitor variable de tal manera que la antena pueda recibir la frecuencia 1510[KHz], dicho valores son:

ELEMENTO VALOR

Antena 198 [m]Bobina 56 [uH]

Capacitor variable 200 [pF]

2 ) Etapa del detector (incluye etapa de filtrado):

En esta etapa el diodo utilizado es un diodo rápido, en nuestro caso utilizamos un diodo degermanio 1N34 de 65[V] cuyas características son:

A continuación debemos cumplir la condición de diseño de un detector de envolvente:

R175K

D1SCHOTTKY

C3

470pFC2

680pF





Donde:

o fp: frecuencia de la portadorao periodo de carga

El valor de R, es el valor de la impedancia de entrada del amplificador de audio que viene acontinuación, dicho valor es de 75[K].

Una condición importante en el diseño es que C debe ser de un valor pequeño A partir de estos dos valores se puede despejar el valor del capacitor, que va a actuar como

filtro pasabajos, permitiendo obtener al final de la detección la señal modulante:

Como no pudimos conseguir un capacitor de 1000[pF] optamos por sumar dos capacitores,uno de 680[pF] y otro de 470[pF], de esta manera obtuvimos un valor cercano a 1000[pF],

pudiendo filtrar la señal deseada de AM. Finalmente el cuadro con los elementos utilizados en esta etapa son:

ELEMENTO VALOR

Diodo 1N34

Capacitor 1150 [pF]

Resistencia 75 [K]





3 ) Etapa de amplificación:

Para esta etapa, utilizamos un circuito integrado que nos permite realizar la amplificación de audio

directamente, sin necesidad de utilizar transistores, evitando desórdenes en el resultado.

El circuito integrado que nos permite realizar esta función es el TDA2003 de 10[W]:

Su impedancia de entrada es la siguiente:

Sus características de voltaje, corriente y temperatura son las siguientes:

El diseño de este circuito amplificador es un estándar de fábrica, y su representación en lahoja de datos correspondiente es la siguiente:





Los valores que se han utilizados vienen justificados de la siguiente manera:

Se debe tomar en cuenta que al hablar de amplificador de audio, las resistencias que seutilizarán son de 1[W] de potencia para evitar daños en el amplificador.

Para la polarización del circuito integrado se utilizan 5[V].

A este circuito ingresa la señal receptada y filtrada, la cual se amplifica lo suficiente como para ser escuchada por las personas.





BIBLIOGRAFIA

http://www.monografias.com/trabajos10/modul/modul.shtml http://es.wikipedia.org/wiki/Radio_a_galena http://www.electronicafacil.net/tutoriales/MODULACION-AM.php

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