Circuito para Modulacion AM con Diodo

F. Merida, R. Pardo, G. SalinasDepartamento de Ingeniera

Universidad Privada Boliviana

20 de mayo de 2015

Resumen

En el presente documento, podremos llegar a observar el funciona-miento de la modulacion de tipo AM a traves de un circuito con diodo.Veremos en diferentes etapas la elaboracion de este circuito, desde la si-mulacion hasta la implementacion fsica. Ademas, tendremos la capacidadde reconocer el correcto funcionamiento de cada bloque del circuito, y laimportancia de cada uno. Finalmente, podremos llegar a demostrar y jus-ticar cada etapa de la modulacion, hasta poder reconocer de manera maseciente la onda modulada en la salida del circuito.

1. Introduccion

A lo largo de la innovacion tecnologica, la modulacion AM ha funcionadocomo base para generar nuevos y grandes avances en el mundo de las telecomu-nicaciones. En este trabajo podremos ver una nueva forma de generar este tipode modulacion a traves de un circuito con un diodo. Para esto, iniciaremos conuna simulacion, utilizando el software Multisim. Este es un programa orientadoal dise~no de distintos tipos de circuitos utilizando conocimientos de la electroni-ca, sin embargo, las aplicaciones de este software son innitas. Solo para brindarun ejemplo: las Telecomunicaciones. Posee una interfaz que permite al usuarioidenticar los componentes electronicos de manera rapida y hace enfasis en to-dos los detalles y caractersticas de estos artefactos: temperatura, impedancia,etc. Lo que permite obtener una simulacion casi perfecta.

Posteriormente, podremos llegar analizar de manera practica el circuito pre-viamente diseado, donde podremos ver bloque a bloque, lo que sucede duranteel proceso de modulacion y nalmente poder calcular todas las caractersticasde la onda modulada en AM y sus componentes.

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2. Objetivos

Demostrar de manera correcta cada etapa de la modulacion AM hastallegar a la onda modulada.

Describir la importancia del diodo en este tipo de circuitos.

Entender el correcto funcionamiento del ltro para este circuito.

3. Marco Teorico

3.1. Modulacion AM

La modulacion de amplitud (AM) es una tecnica utilizada en la comunica-cion electronica, mas comunmente para la transmision de informacion a travesde una onda transversal de television. La modulacion en amplitud (AM) funcio-na mediante la variacion de la amplitud de la seal transmitida en relacion conla informacion que se enva.

Una gran ventaja de AM es que su demodulacion es muy simple y, por con-siguiente, los receptores son sencillos y baratos; un ejemplo de esto es la radioa galena. Otras formas de AM como la modulacin por Banda lateral nica o laDoble Banda Lateral son ms ecientes en ancho de banda o potencia (AM su-primida). La AM es usada en la radiofona, en las ondas medias, ondas cortas, eincluso en la VHF: es utilizada en las comunicaciones radiales entre los avionesy las torres de control de los aeropuertos.

3.2. Circuito de Modulacion AM con Diodo

Una de las formas de generar el producto de la portadora y la se~nal modula-dora es aplicar ambas se~nales a un componente o circuito no lineal, idealmenteuno que genera una funcion cuadratica. Se considera un componente o circuitolineal cuando la corriente es una funcion lineal de la tension. Una resistencia otransistor linealmente polarizado es un ejemplo de un dispositivo lineal. La co-rriente en el dispositivo aumenta en proporcin directa al aumento de la tension.La inclinacion o pendiente de la lnea se determina por el coeciente a en laexpresion:

i = av (1)

Un circuito no lineal, es uno en el que la corriente no es directamente propor-cional a la tension. Un componente no lineal comun es un diodo, que tiene unaparabola de respuesta no lineal, donde el aumento de la tension aumenta lacorriente, pero no de manera lineal, sino en una funcion cuadratica.

Una funcion cuadratica es la que vara en proporcin al cuadrado de las sealesde entrada. Un diodo, da una buena aproximacin de una respuesta cuadrtica.Transistores bipolares y transistores FET tambin pueden estar proximas para

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dar una respuesta cuadrtica. Un FET da una respuesta cuadratica casi perfecta,sin embargo diodos y transistores bipolares que contienen componentes de ordensuperior, solo pueden aproximar la funcion cuadratica. La variacion de corrienteen un diodo semiconductor tpico se puede aproximar por la ecuacion:

i = av + b(v2) (2)

Uno de los moduladores de amplitud mas sencillos de realizar es el modula-dor de diodo. La aplicacion practica consisten de una red resistiva de mezcla,un recticador de diodo, y un circuito LC sintonizado. El portador se aplica auna resistencia de entrada y la seal de modulacin a la otra. Las seales mixtasaparecen a travs de una tercera resistencia. Esta red hace que las dos sealesesten linealmente unidas, es decir, algebraicamente sumadas. Si tanto la se~nalportadora y la se~nal de modulacion son ondas sinusoidales, la forma de ondaresultante en la union de las dos resistencias, donde la onda portadora est sobrela seal moduladora. Esta seal no es AM. La modulacin es un proceso de multi-plicacion, no un proceso de adicion. La forma de onda compuesta se aplica a unrecticador de diodo. El diodo esta conectado de manera que vaya sesgado haciaadelante por los semiciclos positivos que van de la onda de entrada. Durante lasporciones negativos de la onda, el diodo se corta y no pasa ninguna seal. Lacorriente a traves del diodo es una serie de impulsos positivos cuya amplitudesta en proporcion a la amplitud de la se~nal moduladora.

Estos pulsos positivos se aplican al circuito sintonizado en paralelo formadopor L y C, que son resonantes en frecuencia de la portadora. Cada vez que eldiodo conduce un pulso de corriente a traves del circuito sintonizado. La bobinay el condensador intercambian repetidamente energa, causando una oscilacin enla frecuencia de resonancia La oscilacin del circuito sintonizado crea un mediociclo negativo para cada pulso de entrada positivo, la forma de onda resultantea traves del circuito sintonizado es una seal de AM. La Q del circuito sintoniza-do debe ser lo sucientemente alta para eliminar los armonicos y producir unaonda sinusoidal limpia para ltrar la seal de modulacion, y lo sucientementebaja para que su ancho de banda se acomoda a las bandas laterales generadas.

4. Calculo de Parametros de AM

Para modulacion perfecta:

El ndice de modulacin (m) y porcentaje de modulacin (M).

m = Ec=Em = 2=2 = 1 (3)

M = m 100 = 100 (4)El voltaje maximo y el voltaje mnimo de la onda modulada.

V max = V c+ V m = 2 + 2 = 4 (5)

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Figura 1: Simulacion en Multisim de la modulacion AM

V min = V c V m = 2 2 = 0 (6)

Frecuencia Lateral superior e inferior.

fmsb = fc+ fm = 20kHz + 700KHz = 20;7KHz (7)

fusb = fc+ fm = 20kHz 700KHz = 19;3KHz (8)

Frecuencia de la seal portadora.

fc = 1=(2 p(l c)) = 20;5Khz (9)

Potencia de las bandas laterales superior e inferior.

Plsb = Pusb = m2Pc=(4) = 0;04w (10)

Potencia de la seal portadora.

Pc = (0;707Ec)2=R = (0;707 2)2=12 = 0;17w (11)

Potencia total de la onda de AM.

Pt = pc(1 + (m2=2)) = 0;255w (12)

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Figura 2: Analizador de Espectro

5. Experimentacion

6. Descripcion y desarrollo

Primeramente se realizo la simulacion para la modulacion AM a partir deluso de un diodo 1N4148 en el software Multisim 12.0, mostrado posteriormenteen el Modelo de Simulacion. Simultaneamente se empezo con el dise~no del circui-to, tomando en cuenta la polarizacion del diodo, la maxima corriente de 200 mApara este modelo y valores caracterticos de la onda modulada AM. Finalmente,una vez terminado el modelo del circuito junto con su respectivo programa secalibraron los generadores de funciones para una correcta modulacion.

6.1. Materiales

1. 1 Condensador 1 uF

2. 3 Resistencia 12 Ohm

3. 1 Inductor 0.06mH

4. 2 Generadores de Sen nales

5. Propscope

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Figura 3: Modulacion AM y Se~nal antes de que entre al Diodo

6. 1 Diodo 1N4148

7. Jummpers

8. Protoboard

9. Puntas de Prueba

6.2. Modelo de Simulacion

El primer paso para un correcto funcionamiento de una modulacion AM esvericar mediante cualquier software el supuesto resultado de la implementacionen fsico, en este caso se utilizo el software Multisim 12.0 y como se ve en laFigura 1 se verico que el diodo reciba un buen voltaje para que empiece aconducir, tambien que no sobrepase los 200 mA de corriente.En la Figura 2 podemos analizar el resultado del analizador de espectro en elque las bandas laterales son peque~nas debido a que as se planto la simulaciony la Figura 3 nos muestra,en la parte superior, la sen~al modulada y, en la parteinferior, nos muestra la se~nal antes de entrar a diodo despues del nodo de lasuma de se~nales.

6.3. Modelo Fsico

Un vez realizada la simulacion correspondiente se empezo con la implemen-tacion como se pude ver en la Figura 4. Las Figuras 5 y 6 nos muestran lacalibracion de la portadora junto al circuito y los resultados en Propscope.

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Figura 4: Implementacion del circuito

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Figura 5: Calibracion de la portadora

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Figura 6: Se~nal portadora y Resultado en Propscope

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Figura 7: Modulacion AM

7. Resultados

Para un analisis mas exacto de un osciloscopio se utilizo un Propscope consu respectivo software. La Figura 7 nos muestra en primer resultado correctode modulacon, la Figura 8 se modulo la se~nal con un ndice de modulacion de0.5 lo que nos dice que solo se modulo un 50% y por ultimo la Figura 9 nosmuestra una modulacion al 100% donde reconocemos que ambas envolventes setocan en el punto cero.

8. Conclusiones y Recomendaciones

La combinacion de las tres partes mas esenciales del laboratorio que sonla parte teorica, simulacion y practica demuestran que es muy improbableque estos resultados salgan lo mismo gracias a diversos factores como losfactores externos y el estado de equipos en la parte practica, los parametrosque maneja la simulacion varia de un programa a otro y por ultimo la parteteorica que se basa en datos ideales que nos dan una aproximacion a loque deberia ser los datos simulados y practicos.

Se logro obervar que aunque las tres principales partes del laboratorio tie-nen resultados semejantes pero no iguales, se puede lograr encontrar losresultados aproximados, gracias a este analisis se pudo observar en repeti-das veces la comprobacion del circuito evaluandolo por partes y vericandosu correcto funcionamiento.

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Figura 8: Modulacion AM con ndice de modulacion 0.5

Figura 9: Modulacion AM con ndice de modulacion 1

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Referencias

[1] http://www.unicrom.com/Tut_resonanciaSerie.asp

[2] Frenzel, Principles of Electronic Communication Systems, 3ra Edicion.

[3] Wayne Tomasi, Sistemas de Comunicaciones Electronicas, 4ta Edicion.

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