CONTENIDO Pg. INTRODUCCIN2 1. CONCEPTOS BSICOS DE MODULACIN AM3 2. DEMODULACION AM5 3. RECEPTOR AM7 4. RECEPTOR SUPERHETERODINO8 INTRODUCCIN Estetrabajotienecomoprincipalfinalidadlaaplicacindelosconocimientos aprendidoshastaelmomento,juntoconlosqueseaprendernduranteeste semestre en la materia de seales y sistemas, en un sistema de demodulacin am. Loqueseplaneaesconstruirundemoduladoram(amplitudmodulada)que tenga un buen nivel de funcionamiento , para estose har uso de modelos pre-establecidosparaeldiseodedemoduladores.Tambinseharusodel diseodeunreceptoramqueemplealasfuncionesdeldemodulador,estose hace con el fin de optimizar el funcionamiento del sistema. 1.CONCEPTOS BASICOS DE MODULACIN AM Elprincipiobsicodemodulacinimplicalasobre-imposicindelasealde informacin(unaondadebajafrecuencia)sobreunaondadealtafrecuencia. Laprimera,vm(t),seconocecomolasealdemodulacinylasegunda,vc(t), comolasealdetransporte(carrier)osimplementetransporte.Enlafigura1, eltransporteessenoidalytieneunafrecuenciafc yunaamplitudVc(t)que cambia con el tiempo de acuerdo a la seal de modulacin vm(t). Figura 1: Seal de Amplitud Modulada Comoimplicasunombre,AM(AmplitudeModulation)envuelvemodulacinde laamplituddeltransporte.TodoslosprocesosdemodulacinAMgeneran valoresextremosdefrecuenciasdelosculespuedeextraerselaseal original. Una seal AM tpica como la que aparece en la figura 1, pue de representarse como:v K mvtcos ft)(1) Dondecos ft)eseltransporte,vm(t)eslasealdemodulacin,mesel ndicedemodulacinyvt K mvteslacubierta(envelope)dela seal AM. El ndice de modulacin representa la fraccin por la cual la amplitud de la cubierta vt se desva del promedio, o el grado de modulacin. Si -1v1, entonces el valor de m debe limitarse a |m|>R1 y que VDC debe ser losuficientementegrande como para que la amplitud del transporte exceda el voltaje umbral del diodo (0.7V).La otra opcin para la demodulacin de la sealmodulada en AM es utilizar el mismo tipo de demodulacin que se usa en las otras modulaciones lineales. Se trata del demodulador coherente. Para ello, es necesario conocer la frecuencia delaportadoray,enocasiones,tambinla fase,lo querequierelautilizacin deunPLL(PhaseLockLoop).Enesteotrosupuesto,noesnecesarioqueel ndicedemodulacinseamenorquelaunidad,oloqueeslomismo,noes necesario que la envolvente [ mvt] sea siempre positiva. Eldemoduladorcoherenteutilizalasi guientepropiedadmatemticadela funcin coseno: cos cos Para multiplicar la funcin v por la portadora:vt v cosft mvtcos ft A partir de esto, con un filtro pasa bajo y un supresor de continua se obtiene la seal. 3.RECEPTOR AM La recepcin de AM es el proceso inverso de la transmisin de AM. Cuando se demodula una onda AM, la portadora y la porcin de la envolvente que lleva la informacin(osea,lasbandaslaterales)seconvierten(sebajan)ose trasladandelespectroderadiofrecuenciaalafuenteoriginaldeinformacin (Banda Base). Unreceptordebesercapazderecibir,amplificar,ydemodularunasealde RF. Un receptor tambin debe ser capaz delimitar las bandas del espectro total deradiofrecuenciasaunabandaespecficadefrecuencias.Enmuchas aplicacioneselreceptordebesercapazdecambiarelrango(banda)de frecuenciaqueescapazderecibir.Aesteprocesosellamasintonizarel receptor.Unavez que una seal deRFserecibe,se amplificayse limitan las bandas, deber convertirse a la fuente original de informacin (banda base). A esteprocesoselellamademodulacin.Unavezdemodulada,lainformacin podra requerir de mayor limitacin de las band as y una amplificacin, antes de considerarse lista para usar. 3.1 PARMETROS DEL RECEPTOR 3.1.1 Selectividad. La selectividad es la medida de la habilidad de un receptor, paraaceptarunabandadefrecuenciasdeterminadayrechazarlasotras.Por ejemplo, en la banda comercial de radiodifusinde AM, a cada transmisor de la estacinseleasignaunanchodebandade10kHz(laportadora5kHz)Por lotanto,paraqueunreceptorseleccionesolamenteaquellasfrecuencias asociadas a un solo canal,la entrada al d emodulador tiene que estar limitada en banda deseada con filtros pasa-banda de 10kHz. Si el pasa-banda del receptor esmayorque10kHz,sepuederecibirmsdeuncanaly demodularsimultneamente.Sielpasa-bandasdelreceptoresmenorque10 kHz, una porcin de la informacin dela fuente, para ese canal, se rechaza o se bloquea desde la entrada al demodulador y, por consecuencia, sepierde. Puede expresarsecuantitativamentecomo el ancho de banda y larelacin del anchodebandadelreceptorenalgnfactordeatenuacinpredeterminado (comnmente-60dB)alanchodebandaenlospuntosde-3dB(media potencia)Estarelacinfrecuentementesellamaelfactordefigura(SF)y sedeterminaporelnmerodepolosylosfactoresQdelosfiltrosdeentrada del receptor. El factor defigura define la forma de la ganancia contra el trazo de frecuencia para un filtro y se expresa matemticamentecomo: 3.1.2Mejoradelanchodebanda. Elruidotrmicoesdirectamente proporcionalalanchodebanda.Porlotanto ,sisereduceelanchodebanda, elruidotambinsereduceenlamismaproporcin.Larelacindereduccin delruido,queselograreduciendoelanchodebanda,sellamamejoradel ancho de banda (BI) Conforme se propaga una seal, desde la antena a tra vs delaseccindeRF,laseccindemezclador/convertidor,ylaseccindeIF, sereduceelanchodebanda.Elfactordemejoradelanchodebandaesla relacin del ancho de banda de RF al ancho de banda de IF. Matemticamente, la mejora en el ancho de banda es: (4-2a) En donde: BI = mejora del ancho de banda BRF = ancho de banda de RF ( Hertz) BIF = ancho de banda de IF ( Hertz) La reduccin correspondiente en la figura de ruido, debido a la reduccin en el anchodebanda,sellamamejoraenlafiguraderuidoyseexpresa matemticamente como: N log (4-2b) 3.1.3Sensitividad.Lasensitividadosensibilidaddeunreceptoreselnivel mnimodesealdeRFquepuededetectarseenlaentradadelreceptory todava producir una seal de informacin demodulada utilizable. La sensitividad de un receptor generalmente se indica en microvoltios de seal recibida.Porejemplo,unasensitividadtpicaparaunreceptorcomercialde radiodifusinenbandaAMesde50v,yunreceptorderadiomvildedos vasgeneralmentetieneunasensitividadqueestentre0.1y10v.La sensitividaddelreceptorsellamaumbraldelreceptor.Lasensitividaddeun receptordeAMdependedelapotenciaderuidopresenteenlaentradadel receptor, la figura de ruido del receptor (una indicacin del ruidogenerado en la partefrontaldelreceptor),lasensitividaddeldetectordeAM,yelfactorde mejoradelanchodebandadelreceptor.Lamejorformademejorarla sensitividaddeunreceptoresreducirelnivelderuido.Estosepuedelograr reduciendolatemperatura,elanchodebandadelreceptor,omejorandola figura de ruido del receptor. 3.1.4Rangodinmico.Elrangodinmicodeunreceptorsedefine,comola diferenciaendecibelesentreelnivelmnimodeentradanecesariopara discernir unasealy el nivel de entrada que sobrecarga elreceptory produce una distorsin. En trminos sencillos, el rango dinmico es el rango de potencia de entrada sobre el cual el receptor es til . Un rango dinmico de 100 dB se considera como el ms alto posible. Un rango dinmico bajo puede causar una desensibilizacin de los amplificadores de RF yresultarenunadistorsindeintermodulacinseveradelassealesde entrada ms dbiles. 3.1.4Fidelidad.Lafidelidadeslamedidadelahabilidaddeunsistemade comunicacin para producir, en lasalida delreceptor, una rplica exacta de la informacindelafuenteoriginal.Cualquiervariacinenlafrecuencia,faseo amplitud que est presente en la forma de onda demodulada invertida y que no estaba en la seal original de informacin se considera como distorsin.Esencialmente, hay tres formas de distorsin que pueden deteriorar la fidelidad de un sistema de comunicacin: amplitud, frecuencia yfase. 3.1.5Prdidaporinsercin.Laprdidaporinsercin(IL)esunparmetro asociadoconlasfrecuenciasquecaendentrodelpasa-bandasdeunfiltroy generalmente se define como la relacin de la potencia transferida a unacarga con filtroen el circuito a la potencia transferida a unacarga sin filtro.Debido a quelosfiltrosseconstruyengeneralmenteconcomponentesconprdidas, comoresistoresycapacitoresimperfectos,hastalassealesquecaendentro delabandadepasodeunfiltro seatenan(reducidasenmagnitud) .Las prdidas tpicas por insercin para filtros estn, entre unas cuantas dcimas de decibel,hastavariosdecibeles.Enesencia,laprdidaporinsercines simplemente la relacin de la potencia de salida de un filtro con la potencia de entrada para las frecuencias que caen dentro de la banda de paso del filtro y se indica matemticamente en decibeles como: 3.1.6 Temperatura de ruidoy la temperatura equivalente de ruido. Ya que el ruido trmicoes directamente proporcional a la temperatura, es lgicoque el ruido se exprese en grados, ascomo en vatios o voltios. La ecuacin da : En donde: T= temperatura ambiente (kelvin)N - potencia de ruido (watts)K= constante de Boltzmann (1.38 x 10-23 J/K) B = ancho de banda (Hertz) Temperatura equivalente de ruido (Te)es un valor hipottico que no puede medirse directamente.Te es un parmetro que se utiliza frecuentemente en bajo ruido, en receptores de radio sofisticadosen lugar de la figura de ruido. Te es una indicacin de la reduccin en la relacin de la seala ruido, conforme una seal se propaga a travs del receptor. Entre ms baja sea la temperaturaequivalente de ruido, mejora la calidad del receptor. Los valores tpicos para T. varan, desde20para los receptores templados y tranquilos, hasta 1000 para los receptoresruidosos. Matemticamente,Te en la entrada de un receptor se expresa como: (4-5) En donde: Te= temperatura equivalente de ruido (kelvin)T= temperatura ambiente (kelvin)F = factor de ruido(sin unidad) 4. RECEPTOR SUPERHETERODINO LaselectividadnouniformedelTRFcondujoaldesarrollodelreceptor superheterodino cerca delfinal de la Primera Guerra Mundial. Aunque la calidad delreceptorsuperheterodinohamejoradoenormemente,desdesudiseo original,suconfiguracinbsicanohacambiadomuchoyanseutiliza actualmente,para una gran variedad de servicios de radio comunicaciones. Heterodino significa mezclar dos frecuencias juntas en un dispositivo no lineal otrasladarunafrecuenciaaotrautilizandomezclasnolineales.Undiagramaen bloques de un receptor superheterodinono cohe rente se muestra en la figura 4. Esencialmente,haycincoseccionesparaunreceptorsuperheterodino:la seccindeRF,laseccindemezclador/convertidor,laseccindeIF,la seccin dedetector de audio y la seccin de amplificador de audio. 4.1 DESCRIPCION DEL RECEPTOR SUPERHETERODINO 4.1.1SeccindeRF.LaseccindeRFgeneralmenteconsistedeun preselectoryunaetapadeamplificador.Puedensercircuitosseparadosoun solo circuito combinado. El preselector es un filtropasa-bandas de sintonizacin ampliaconunafrecuenciacentralajustable,quesesintonizaala frecuenciaportadora deseada. El propsito principal delpreselector es proporcionar suficiente limitacin inicial debandasparaevitarqueunafrecuenciaespecficaderadioindeseada, llamadafrecuenciaimagen,entrealreceptor.Elpreselectortambinreduceel ancho de banda de ruido del receptor y proporcion a la etapa inicial,para reducir elanchodebandageneraldelreceptor ,alanchodebandamnimorequerido para pasarlas seales de informacin. ElamplificadordeRFdeterminalasensitividad(osensibilidad)delreceptor(o sea, coloca el umbral de la seal). Adems, debido a que el amplificador de RF es el primer dispositivo activo que encuentralasealrecibida,eselprimercontribuyentederuidoy,porlotanto, unfactorpredominanteparadeterminarlafiguraderuidoparaelreceptor.Un receptorpuedetenerunoomsamplificadoresdeRFopuedenotener ninguno,dependiendodelasensitividaddeseada.IncluiramplificadoresdeRF tiene varias ventajas en un receptory son las siguientes: 1. Mayor ganancia, por lo tanto mejor sensitividad 2. Mejor rechazo a la frecuencia imagen 3. Mejor relacin de seal a ruido 4. Mejor selectividad Figura 4 Diagrama en bloques de un receptor superheterodino de AM 4.1.2Seccindemezclador/convertidor.Laseccinde mezclador/convertidorincluyeunaetapa deosciladorderadiofrecuencia (llamadacomnmenteosciladorlocal)yunaetapademezclador/convertidor (llamadacomnmenteelprimerdetector).Elosciladorlocalpuedeser cualquiera, dependiendo de la estabilidad y la exactituddeseadas. Laetapadelmezcladoresundispositivonolinealysupropsitoesconvertir radiofrecuenciasafrecuenciasintermedias(traslacindefrecuenciasdeRFa IF).Elheterodinajesellevaacaboenlaetapadelmezcladorylas radiofrecuenciasseconviertenafrecuenciasintermedias.Aunquelas frecuencias de la portadoray banda lateral se trasladan de RF a IF, la forma de laenvolventepermaneceigualy,porlotanto,lainformacinoriginalcontenida en la envolvente permanecesin cambios. Es importante observar que, aunq ue laportadoraylasfrecuenciaslateralessuperioreseinferiorescambiande frecuencia,elprocesodeheterodinajenocambiaelanchodebanda.La frecuenciaintermedia,mscomn,utilizadaenlosreceptoresdelabanda deradiodifusin de AM es de 455 Khz. Figura 5 Sintonizacin electrnica 4.1.3Seccin de IF. La seccin de IFconsiste de una serie de amplificadores deIFyfiltrospasabandasyfrecuentementesellamabandadeIF.Lamayor parte de la ganancia y selectividad del receptor selogra en laseccin de IF. La frecuenciacentralyelanchodebandadeIFsonconstantes,paratodaslas estaciones,yseseleccionan para quesu frecuenciaseamenor que cualquiera delassealesdeRFquesevanarecibir.LaIFsiempreesinferioren frecuenciaalaRF,puestoqueesmsfcilymenoscostoso construiramplificadoresestablesdealtagananciapara lassealesdebaja frecuencia,adems,losamplificadoresdeIF,debaja frecuencia,tienenmenor probabilidad de oscilar que su contraparte de RF. 4.1.4Seccin de detector.El propsito de la seccin de detector esconvertir nuevamente las sealesde IF a la informacin de fuente original. El detector se llamageneralmentedetectordeaudiooelsegundodetectorenunreceptorde bandaderadiodifusindebi doaquelassealesdeinformacinson audiofrecuencias.Eldetectorpuedesertansimplecomounsolodiodootan complejo como un circuito de fase cerrada oun demodulador balanceado. Figura 6 Detector de AM a diodo 4.1.5Seccindeaudio.Laseccindeaudioabarcavariosamplificadoresde audio en cascada, y una omsaltoparlantes. El nmero de amplificadores que se utilizan depende de la potencia deseada para la seal deaudio. Figura 7Receptor de AM con un AGC sencillo 4.1.6Operacindelreceptor.Duranteelprocesodedemodulacinenun receptorsuperheterodino,lassealesrecibidasexperimentandosoms traslacionesdefrecuencia:primero,laRFseconvierteaIF;luego,laIFse convierte a la informacin fuente (banda bas e). Los trminos de RF y de IF son dependientesdelsistema,yfrecuentementesonengaosos,porqueno necesariamente indican un rango especficode frecuencias.Por ejemplo, la RF paralabandacomercialderadiodifusindeAMtienefrecuenciasentre535y1605kHz,ylassealesdeIFsonfrecuenciasentre450y460Khz.Las frecuenciasintermediassimplementeserefierenalasfrecuenciasquese utilizandentrodeuntransmisororeceptor,quecaenenalgnpunto intermediode las radiofrecuencias y las frecuencias de la informacin de fuente original. 4.1.7Conversin de frecuencias.La conversin de frecuencias en la etapa de mezclador/convertidoresidnticaalaconversindefrecuenciasenlaetapa delmoduladordeuntransmisorexceptoqueenelrecepto rlasfrecuenciasse conviertenafrecuenciamenorenlugardefrecuenciamayor.Enel mezclador/convertidor,lassealesdeRFsecombinanconlafrecuenciadel osciladorlocalenundispositivonolineal.Lasalidadelmezcladorcontieneun nmero infinito de frecuencias armnicas y de productos cruzados,que incluyen lasfrecuenciasdesumaydediferencia,entrelasfrecuenciasdelaportadora deRFdeseadaydelosciladorlocal.LosfiltrosdeIFsesintonizanconlas frecuencias de diferencia. Elosciladorlocalestdiseadodetalformaquesufrecuenciadeoscilacin siempre est por encima o por debajo de la portadora deRF deseada, por una cantidad igual a la frecuencia central de IF. Por lo tanto, la diferencia entre RF y lafrecuenciadeloscil adorlocalessiempreigualaIF.Elajusteparala frecuenciacentraldelpreselectoryelajusteparalafrecuenciadeloscilador localestnsintonizadosenbanda,paraqueunsoloajustecambiela frecuenciacentraldelpreselectory,almismotiempo,cambielafrecuenciadel oscilador local. Cuando la frecuencia del osciladorlocal se sintoniza por encima deRF,sellamainyeccinlateralsuperior.Cuandoelosciladorlocalse sintoniza por debajo de RF, se llamainyeccin lateral inferior. Para la inyeccin lateral superior: flo =f rf + fif(4-6a) Para la inyeccin lateral inferior: flo = f rf -fif(4-6b) En donde: flo= frecuencia del oscilador local (hertz)frf= radiofrecuencia (hertz)fif=frecuencia intermedia (hertz) 4.1.8Frecuenciaimagen.Lafrecuenciaimagenescualquierotrafrecuencia quenosealaportadoradelafrecuenciaderadioseleccionadaque,sisele permiteentraraunreceptorymezclarseconelosciladorlocal,produciruna frecuencia de producto cruzado que es igual a la frecue ncia intermedia. Unafrecuenciaimagenesequivalenteaunasegunda frecuenciaderadioque producir una IF queinterferir con la IF de la frecuencia de radio deseada. Una vezqueunafrecuenciaimagensehamezcladoenformadescendentehasta llegar a laIF, no puede sacarse por filtracin o supresin. Si la portadora deRF seleccionadaysufrecuenciaimagenentranaunreceptor,almismotiempo, ambassemezclanconlafrecuenciadelosciladorlocalyproducendiferentes frecuencias que son iguales a la IF.En consecuencia,dos estaciones diferentes recibenysedemodulansimultneamente,produciendodosconjuntosde frecuencias de informacin.