CIRCUITOS DETECTORES DE AM
La función de un
detector de AM es demodular la señal de AM, recuperar y reproducir la
información de la fuente original. La señal recuperada debe contener las mismas
frecuencias que la señal de información original (banda base) y debe tener las
mismas características relativas de amplitud. Al detector de AM a veces se le
llama el segundo detector, siendo el
mezclador/convertidor el primer detector porque precede al detector de
AM.
Detector de picos
La figura 4-26a
muestra un diagrama esquemático para un demodulador de AM sencillo no
coherente, que se llama comúnmente un detector de picos. Debido a que un
diodo es un dispositivo no lineal, ocurre una mezcla no lineal en D1 cuando dos
o más señales se aplican a su entrada. Por lo tanto, la salida contiene las
frecuencias de entrada originales, sus armónicas, y sus productos cruzados. Si
una portadora de 300 KHz es modulada en amplitud por una onda senoidal de 2
KHz, la onda
298, 300 y 302 kHz,
respectivamente. Si la señal resultante es la entrada al detector de AM,
mostrado en la figura 4-26a, la salida abarcará las tres recurrencias de
entrada, las armónicas de las tres frecuencias, y los productos cruzados de
todas las combinaciones posibles de las tres frecuencias y sus armónicas.
Matemáticamente, la salida es
Vsalida = frecuencias de entrada +
armónicas + sumas y diferencias
Debido a que la red
de RC es un filtro pasa-bajo, solamente las frecuencias de diferencia
pasan a la sección de audio. Por lo tanto, la salida es simplemente
Vsalida =
300 - 298 kHz = 2 kHz
= 302 -
300 kHz = 2 kHz
= 302 -
298 kHz = 4 kHz
Debido a las
características de amplitud relativa de las frecuencias laterales superior e
inferior y la portadora, la diferencia entre la frecuencia de la portadora y la
frecuencia lateral, ya sea superior o inferior, es la señal de salida
predominante. En consecuencia, por razones prácticas, la señal modulante
original (2 kHz) es la única componente que está contenida en la salida del
detector de picos. En el análisis anterior, el detector de diodo se analizó
como un simple mezclador, cosa que sí lo es. Esencialmente, la diferencia entre
un modulador de AM y un demodulador de AM es que la salida de un modulador se
sintoniza con las frecuencias de suma (convertidor a altas frecuencias),
mientras que la salida de un demodulador se sintoniza a las frecuencias de
diferencia (convertidor a baja frecuencia) El circuito demodulador mostrado en
la figura 4-26a se le llama comúnmente detector de diodos puesto que el
dispositivo no lineal es un diodo, o un detector de picos, porque
detecta los picos de la envolvente de entrada, o un detector de envolvente o
de figura, porque detecta la figura de la envolvente de entrada.
Esencialmente, la señal de la portadora captura el diodo y lo obliga a
activarse y a desactivarse (rectificar) sincrónicamente (tanto frecuencia como
fase) Así, las frecuencias laterales se mezclan con la portadora, y se
recuperan las señales de banda base original.
Las figuras 4-26b, c
y d muestran una forma de onda de voltaje de entrada al detector, la forma de onda
de corriente de diodo correspondiente, y la forma de onda de voltaje de salida
del detector. En el tiempo to el diodo está polarizado inversamente y
desactivado (id = 0 A), el capacitor se descarga completamente (Vc = 0 V), y
así la salida es 0 V. El diodo permanece desactivado hasta que el voltaje de
entrada exceda el potencial de barrera de D1 (0.3 V aproximadamente) Cuando
Ventrada alcanza 0.3 V (t1), el diodo se activa y la corriente del diodo empieza
a fluir, cargando el capacitor. El voltaje del capacitor permanece 0.3 V por
debajo del voltaje de entrada hasta que Ventrada alcanza su valor pico. Cuando
el voltaje de entrada empieza a decrecer, el diodo se desactiva e id se va a 0A
(t2) El capacitor empieza a descargar a
Través del resistor,
pero la constante de tiempo RC se hace lo suficientemente larga para que
el capacitor no pueda descargarse tan rápidamente como Ventrada decrece. El
diodo permanece desactivado hasta el siguiente ciclo de entrada, cuando
Ventrada se va a 0.3 V, más positivo que Vc (t3) En este momento el diodo se
activa, fluye la corriente, y el capacitor empieza a cargarse nuevamente. Es
relativamente fácil para el capacitor cargar al nuevo valor, porque la
constante de tiempo de carga RC es RdC, en donde Rd es la resistencia activada
(llamada resistencia directa) del diodo, que es bastante pequeña. Esta
secuencia se repite en cada pico positivo sucesivo de Ventrada y el voltaje del
capacitor sigue los picos positivos de Ventrada (de ahí el nombre de detector
de picos) La forma de onda de salida asemeja la figura de la envolvente de
entrada (de ahí el nombre de detector de envolvente) La forma de onda de salida
tiene una oscilación (rizo) de alta frecuencia que es igual a la frecuencia de
la portadora. Esto se debe a que el diodo se activa durante los picos positivos
de la envolvente. El rizo se quita fácilmente en los amplificadores de audio, puesto
que la frecuencia de la portadora es mucho más alta que la frecuencia más alta de
la señal modulante. El circuito mostrado en la figura 4-26 responde solamente a
los picos positivos de Ventrada y por lo tanto se llama un detector de picos
positivo. Invirtiendo simplemente el diodo, el circuito se convierte en
detector de picos negativo. El voltaje de salida alcanza su amplitud pico
positiva al mismo tiempo que la envolvente de entrada alcanza su valor máximo
positivo (Vmax) y el voltaje de salida va a su amplitud pico mínima al mismo tiempo
que el voltaje de entrada va a su valor mínimo (Vmin) Para una modulación del
100%, Vsalida cambia de 0 V a un valor igual a [Vmax - 0.3 V]
La figura 4-27
muestra las formas de ondas de entrada y salida para un detector de picos con
varios porcentajes de modulación. Sin modulación, un detector de picos es
simplemente un rectificador de media onda filtrado y el voltaje de salida es
aproximadamente igual al voltaje de entrada pico menos 0.3 V. Conforme cambia
el porcentaje de modulación, las variaciones en el voltaje de salida se
incrementan y se reducen proporcionalmente; la forma de onda de salida sigue la
figura de la envolvente de AM. Sin embargo, sin importar si está presente la
modulación o no, el valor promedio del voltaje de salida es aproximadamente
igual al valor pico de la portadora sin modular.
Distorsión del
detector
Cuando se están
incrementando los picos positivos sucesivos de la forma de onda de entrada del
detector, es importante que el capacitor mantenga su carga entre picos (o sea, es
necesaria una constante de tiempo RC relativamente grande) Sin embargo,
cuando los picos positivos están decreciendo en amplitud, es importante que el
capacitor descargue, entre picos sucesivos, a un valor menor que el siguiente
pico (es necesaria una constante de tiempo RC corta) Obviamente, es necesaria
una negociación entre una constante de tiempo grande y corta. Si la constante
de tiempo RC es demasiado corta, la forma de onda de salida asemeja una
señal rectificada de media onda. Esto a veces se llama distorsión
Del rectificador y se muestra en la
figura 4-28b. Si la constante de tiempo RC es demasiado grande, la pendiente
de la forma de onda de salida no puede seguir a la pendiente de la envolvente.
Este tipo de distorsión se llama recortador diagonal y se muestra en la
figura 4-28c. La red de RC que sigue del diodo en un detector de picos
es un filtro de pasa-bajos. La pendiente de la envolvente depende tanto de la
frecuencia de la señal modulante como del coeficiente de modulación (m) Por lo tanto,
la pendiente máxima (máxima razón de cambio) ocurre cuando la envolvente está
cruzando su eje cero en la dirección negativa. La frecuencia de la señal
modulante más alta que puede de modularse por un detector de picos sin
atenuarse se da como:
Para 100% de
modulación, el numerador de la ecuación 4-16a tiende a cero, que esencialmente
significa que todas las frecuencias de la señal modulante son atenuadas cuando
se dé modulan. Típicamente, se limita o se comprime la amplitud de la señal
modulante en un transmisor de tal manera que, aproximada Compilado, anexado y
redactado por el Ing. Oscar M. Santa Cruz – 2010 EJEMPLAR DE DISTRIBUCIÓN
GRATUITA 28 mente el 90% de modulación, es el máximo que se puede lograr. Para
70.7% de modulación (3dB), la ecuación 4-16a se reduce a.
La ecuación 4-16b se utiliza
comúnmente en el diseño de detectores de picos para determinar una señal
modulante máxima aproximada.
