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Informe Modulacion AM
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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
LABORATORIO DE TEORÍA DE COMUNICACIONES
PRÁCTICA № 5
MODULACIÓN AM
1. Objetivos: Estudiar las características de la modulación AM Implementar un modulador AM de audio utilizando el circuito integrado XR-2206
2. Marco Teórico:
Modulación de amplitud (AM)
Es el proceso de cambiar la amplitud de una portadora de frecuencia relativamente alta de
acuerdo con la señal de amplitud modulante. Las frecuencias que son lo suficientemente
altas para radiarse de manera eficiente y propagarse por el espacio libre se llaman
radiofrecuencias (RF). Con la modulación en amplitud, la información se imprime sobre la
portadora en la forma de cambios de amplitud. La modulación de amplitud es una forma
de modulación relativamente barata y de baja calidad de modulación que se utiliza en
radiodifusión de señales de audio y video. La banda de radiodifusión comercial de AM
abarca de 535 a 1605 KHz. La radiodifusión comercial de televisión se divide en 3 bandas,
2 de VHF y 1 de UHF. La modulación de amplitud también se usan para las comunicaciones
de radio móvil de dos sentidos tal como un radio de banda civil (26.965 a 27.405 MHz).
Un modulador AM es un aparato no lineal con dos señales de entrada de información: una
señal portadora de amplitud constante y de frecuencia sencilla y la señal de información.
La información actúa sobre o modulada la portadora y puede ser una forma de onda de
frecuencia simple o compleja compuesta de muchas frecuencias que fueron originadas de
una o más fuentes. Debido a que la información actúa sobre la portadora, se le llama señal
modulante. La resultante se llama onda modulada o señal modulada.
La envolvente de AM.
Aunque hay varias clases de modulación de amplitud, la que probablemente se usa con
mayor frecuencia es la de AM de portadora de máxima frecuencia y de doble banda
lateral, a este sistema se llama también AM convencional o simplemente AM. La siguiente
figura ilustra la relación entre la portadora (Vc Sen 2пfct), la señal moduladora (Vm Sen
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2пfmt). Allí se ve como se produce una forma de onda de AM cuando una señal
moduladora de una sola frecuencia actúa sobre una señal portadora de alta frecuencia. La
forma de onda de salida contienen todas las frecuencias que forman la señal de AM, por
consiguiente la forma de onda modulada se llama envolvente de AM.
Figura 1
Espectro de frecuencia de AM y su ancho de banda.
Un modulador AM es un dispositivo no lineal, por lo tanto no ocurre una mezcla no lineal y
la envolvente de salida es una onda compleja compuesta de un voltaje de corriente directa
Cd, la frecuencia de la portadora y la frecuencia de suma (Fc + fm) y diferencia (fc – fm) (es
decir como los productos cruzados). La suma y diferencia de frecuencias son desplazadas
de la frecuencia portadora por una cantidad igual a la frecuencia de la señal modulante. En
la siguiente figura se muestra el espectro de frecuencia para una onda de AM. El espectro
de AM abarca desde (fc – fm (max)) a (fc + fm (max)) en donde fc es la frecuencia de la
portadora y fm es la frecuencia de la señal modulante mas alta. La banda de frecuencia de
(fc – fm (max) y fc se llama banda lateral inferior (LSB) y cualquier frecuencia dentro de esta
banda se llama frecuencia lateral inferior (LSF). La banda de frecuencia entre (f c + fm (max))
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y fc se llama banda lateral superior (USB) y cualquier frecuencia dentro de esta banda se
llama frecuencia lateral superior (USF).
Figura 2
Coeficiente de modulación y porcentaje.
Coeficiente de modulaciones un término utilizado para describir la cantidad de cambio de
amplitud (modulación) presente en una forma de onda de AM. El porcentaje de
modulación es simplemente el coeficiente de modulación establecido como un porcentaje.
Más específico, el porcentaje de modulación proporciona el cambio de porcentaje en la
amplitud de la onda de salida cuando está actuando sobre la portadora por una señal
modulante. Matemáticamente, el coeficiente de modulación es
Ec
Emm
En donde: m= coeficiente de modulación.
Em= cambio pico en la amplitud de voltaje de la forma de onda de salida.
Ec= amplitud pico del voltaje de la portadora no modulada.
Y el porcentaje de modulación (M) es
100*Ec
EmM
Las relaciones entre m, Em y Ec se muestran en la siguiente figura.
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Figura 4
Si la señal modulante es una onda seno pura de frecuencia simple y el proceso de
modulación es simétrico (es decir, las excursiones positivas y negativas de la amplitud de la
envolvente son iguales), el porcentaje de modulación puede derivarse de la siguiente
manera.
El cambio pico en la amplitud de la onda de salida (Em) es la suma de los voltajes de la
frecuencias laterales superiores e inferiores por lo tanto, ya que Em=Eusf+Eisf y Eusf=Eisf.
En donde: Eusf = amplitud pico de la frecuencia lateral superior
Eisf = amplitud pico de la frecuencia lateral inferior
Del coeficiente de modulación puede observarse que el porcentaje de modulación llega al
100% cuando Em = Ec.
CIRCUITOS MODULADORES DE AM
En un transmisor el lugar donde se hace la modulación determina si el circuito es un
transmisor de bajo nivel, con modulación de bajo nivel, esta se hace antes del elemento de
salida de la etapa final del transmisor.
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Una ventaja de la modulación de bajo nivel es que se requiere menos potencia de señal
moduladora para lograr modulación de alto porcentaje. En los moduladores de alto nivel
donde la señal portadora tiene su amplitud máxima y por ello requiere una señal
moduladora de mucho mayor amplitud para lograr un porcentaje razonable de
modulación.
Modulador de AM de bajo nivel
Un amplificador de señal pequeña de clase A, como el de la siguiente figura se puede usar
para la modulación de amplitud; sin embargo el amplificador debe tener 2 entradas, una
para la señal portadora y otra para la señal moduladora. Cuando no hay señal moduladora
presente, el circuito funciona como un amplificador lineal de clase A, y a la salida no es
más que la portadora amplificada por la ganancia de voltaje en reposo. Sin embargo
cuando se aplica una señal moduladora, el amplificador funciona en forma no lineal y se
produce la multiplicación de señal que se describe con la Ec de Vam(t) en la figura la
portadora se aplica a la base y la señal moduladora al emisor. En consecuencia a esta
configuración de circuito se llama modulación por emisor. La señal moduladora varía la
ganancia del amplificador con tasa senoidal igual a su frecuencia, la cantidad de
modulación que se obtiene es proporcional a la amplitud de la señal moduladora.
Una ventaja de modulación de bajo nivel es que se requiere menos potencia de la señal
modulante para lograr un alto porcentaje de modulación. Una desventaja obvia de la
modulación de nivel bajo está en las aplicaciones de potencia alta cuando todos los
amplificadores que siguen la etapa del modulador deben ser amplificadores lineales, lo
cual es extremadamente ineficiente.
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Figura 7
Moduladores de AM en circuito integrado lineal
Los generadores de funciones en circuito integrado lineales usan un arreglo exclusivo de
transistores y FET para hacer la multiplicación de señales que es una característica que los
hace ideales para generar formas de ondas de AM, los circuitos integrados a diferencia de
la contrapartes discretas, pueden compensar con presición el flujo de corriente, la
ganancia de voltaje del amplificador y las variaciones de temperatura. También estos
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moduladores de AM en CI ofrecen una excelente estabilidad de frecuencia, características
simétricas de modulación, miniaturización de circuitos, menos componentes, inmunidad a
la temperatura y simplicidad de diseño y de localización de fallos.
El generador monolítico de funciones XR 2206 es ideal para hacer modulación en
amplitud. La siguiente figura muestra su diagrama de bloques. El XR 2206 consiste en 4
bloques funcionales, un oscilador controlado por voltaje (Vco), un multiplicador analógico y
un conformador senoi8dal, un separador de ganancia unitaria y un conjunto de
conmutadores de corriente.
3. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
Se diseñó un circuito modulador AM con el circuito integrado XR-2206 que
trabajaba con las frecuencias de portadora en el rango de 8 kHZ. Este circuito
obtenía su señal modulante a través de un generador de señales, con señal
sinusoidal (Tono) que podía estar en el rango de frecuencias de 300Hz a 3.4kHz,
pero en vista de que no salió la práctica como se esperaba, se procedió a simular
para comprobar su funcionamiento.
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Como se pude apreciar en el gráfico, la entrada de la señal moduladora se la realiza
por medio del pin1 de integrado XR-2206, así como por el pin2 se realiza la salida
de la señal modulada. Por otro lado en el pin3 se regula factor de multiplicación de
la salida.
En el pin4 como en el pin11 se realiza la alimentación del circuito. En los pines 5, 6,
7 se regula el rango de frecuencias para la señal portadora, así como por los pines
13 y 14 se regula la amplitud de la misma.
Los factores de capacitancia y resistencia fueron calculados con la ecuación:
fp= 1RC∗C
Dando como resultados
Capacitancia para pines 5 , 6, y 1 : 10nF
Resistencia variable para pin7 entre: 100 [Ω] a 125 [Ω]
Resistencia variable para los pines 13 y 14 entre: 0 [Ω] a 1 [kΩ]
En la comprobación de los valores conseguidos gracias a la variación de la amplitud
de la señal portadora se explican a continuación en base al índice de modulación.
Podemos definir entonces la envolvente de modulación como una fracción "m" de
la amplitud de la portadora sin modular o bien como un porcentaje de la
portadora.
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de la definición y las gráficas anteriores podemos deducir:
equivale al 100% de profundidad de modulación. Veamos otro ejemplo; sea la siguiente forma de onda modulada:
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en este caso equivale decir 50% de profundidad de modulación.
Una condición particular se presenta cuando m > 1, en la que se aprecia sobre modulación
y se puede notar en la representación que se aprecia más abajo. Esta señal se obtiene en
un circuito real, dado que matemáticamente el resultado sería otro.
Bajo estas condiciones, la envolvente resulta una poli armónica (ya no es una
senoidal), sino que se representa por una fundamental y numerosas armónicas;
estas armónicas, producen también muchos pares de bandas laterales originados
por la distorsión.
4. Conclusiones
La causa principal en el fallo de la obtención de la señal portadora es debido a que se debe polarizar correctamente al XR-2206, manteniendo la configuración básica en el diseño y realizando la variación en los lugares correspondientes y así obtener la señal portadora buscada.
La amplitud máxima que puede alcanzar el par de bandas laterales, en condiciones normales de modulación, es solo la mitad de la portadora sin modular, cuando m = 1.
Si se pretende transmitir una información cuya frecuencia máxima es de 3.4 Khz., el ancho de banda del canal y de todo el sistema debe ser, el doble de la frecuencia máxima que se desea emitir.
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La difícil obtención de las ondas deseadas se debió a que la variación en los potenciómetros encargados de la regulación de frecuencia y amplitud de portadora era de carga demasiada grande para obtener una medición precisa de frecuencia y amplitud.
La labor del integrado XR-2206 actúa para llevar dos señales sinusoidales de diferentes frecuencias a una señal con modulación AM reguladas con circuitos a base de resistencias y capacitancias.
5. Recomendaciones
Probar etapa por etapa el circuito a implementarse, es decir, probar el
correcto funcionamiento del micrófono, luego la etapa de amplificación, y
todos los demás bloques de nuestro modulador AM.
Al momento de alimentar a nuestro circuito con CC, fijarse la polaridad en
la que se asignó al circuito para que ningún componente resulte dañado.
Revisar las puntas de prueba antes de conectarlas al osciloscopio, así como
los conductores alimentadores del circuito.
Tener muy en cuenta la frecuencia a la que se le asigno nuestro modulador,
esta debe estar fuera del rango AM comercial de nuestro país.
6. Bibliografía
Data Sheet XR2206.Comunicación Digital, Msc. María S. Jiménez, EPN, Ecuador, Cap. Demodulación Analógicahttp://es.geocities.com /[email protected]://es.geocities.com/jose958/historia1.htm
