Circuitos Detectores de AM, Pico

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.