m3 - apostila - parte 2

ATENÇÃO:
O material a seguir é parte de uma das aulas da apostila
de MÓDULO 3 que por sua vez, faz parte do CURSO
de ELETROELETRÔNICA ANALÓGICA -DIGITAL
que vai do MÓDULO 1 ao 4.
A partir da amostra da aula, terá uma idéia de onde o
treinamento de eletroeletrônica poderá lhe levar.
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dos blocos atrelados a cada uma das aulas da apostila,
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APOSTILA ELETRÔNICA GERAL
AULA
10
MÓDULO - 3
MODULAÇÃO EM AMPLITUDE
E BANDAS LATERAIS
AM - Amplitude Modulada - funcionamento
Emissora de rádio AM - montagem prática
Transmissão em DSB (Double Side Band)
Detalhes técnicos da Modulação em Amplitude
figura 1
PORTADORA
RF
AF
SINAL DE AUDIO
20Hz à 20kHz
(MODULANTE)
SINAL MODULADO
EM AM
RF
ELETRÔNICA
AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO 101
APOSTILA ELETRÔNICA GERAL
MÓDULO - 3
(sons), vídeo (imagens) e dados (informações
digitais para processamento gerais).
Ainda na figura 1, podemos ver que existe o sinal
que deve ser levado, que é chamado de sinal
modulante, pois vai fazer variar a amplitude da
portadora. Este sinal deve possui frequência pelo
menos três vezes mais baixa que a frequência da
portadora.
Podemos dar como exemplo o sinal de uma
emissora AM que possui uma portadora em 1100
kHz e com um sinal de áudio modulante que deverá
ter de 20Hz até 5kHz. Considerando a frequência
máxima do áudio, que é de 5kHz, podemos dizer
que a portadora será 220 vezes maior que a maior
frequência do áudio.
Poderíamos também usar para essa frequência
máxima de áudio em 5kHz uma portadora de no
mínimo 15kHz. Mas, como já vimos anteriormente,
não são permitidas transmissões com frequências
abaixo de 30kHz.
Continuando ainda na figura 1, vemos que após o
sinal de áudio (AF) “incidir” sobre a portadora, esta
variará em amplitude (AM), podendo então ser
transmitida.
Vamos chamar o sinal de alta frequência de
portadora de RF (rádio-frequência) ou
simplesmente RF, cujas variações podem ser
normalmente vistas, pelos ciclos que possuem uma
alta ou baixa amplitude. Não há mais uma linha
indicando a presença do sinal de áudio, mas
podemos ver ainda o sinal de áudio, nas variações
de amplitude deste sinal de RF (portadora).
Assim, modulação AM, consiste em alterar as
amplitudes de uma portadora através de um sinal
modulante, geralmente audio (AF); para isso
devemos aplicar o sinal de áudio junto com a
portadora para que haja uma “soma” desses sinais,
geralmente através de um amplificador; vamos
tomar como exemplo o modulador de AM da figura
2.
figura 2
+Vcc
R3
PORTADORA
(OSCILADOR)
L3
C3
R1
RF
C2
T1
C
R2
+Vcc
R4
T2
R7
C4
R5
R6
Neste circuito temos um oscilador, destacado pela
área pontilhada, que servirá de portadora de alta
frequência (RF). O objetivo aqui será polarizar o
transistor através de R1 e R2, mantendo-o em
determinada polarização. Quando ele começa a ser
polarizado, sua tensão de coletor cai, o que gera
também via acoplamento de C3, uma queda na
tensão no lado de cima de L1, que por indução,
coloca um potencial positivo no lado de baixo de L2,
sendo este potencial levado até o capacitor C2,
acoplando também esta variação positiva à base de
T1, que incrementa sua polarização fazendo cair
ainda mais a tensão de coletor. Como havíamos
estudado anteriormente, isso é chamado de
realimentação positiva e é a base de funcionamento
dos circuito osciladores. Após um determinado
tempo, que é dado pelos valores de L1/L2 e C
(circuito oscilante), a tensão do lado de cima de L1
começa a subir e com isso o lado de baixo de L2
começa a cair, realimentando a base de T1,
diminuindo sua polarização e com isso subindo a
tensão de coletor. Esse processo acaba gerando no
coletor de C3 e na saída em R3 uma oscilação que
nada mais é que uma variação constante, cuja
frequência é determinada pelos valores de C e L1.
Podemos ver que a polarização do emissor de T1 é
feita por R4, mas também podemos ver que em
paralelo com este resistor, temos o transistor T2,
que apresentará uma resistência interna muito
semelhante a R4, permitindo assim, que o valor
total possa estar em torno da metade do valor de
R4. O valor da resistência interna de T2, será
determinada pelos resistores R7 e R8. Quando um
sinal de áudio chega a base de T2, fará esta tensão
de polarização variar para mais ou para menos, em
relação à tensão que encontra-se na base, e com
isso fazendo variar a resistência interna coletoremissor deste. Assim, aumenta-se ou diminui a
corrente circulante por T1, permitindo maior ou
menor amplitude na variação que ocorre no coletor
de T1. Note que o indutor L3, presente
no
coletor de T1, possui uma baixa
SAÍDA
MODULADA reatância para frequências baixas,
sendo praticamente de zero ohm. Mas,
próximo à frequência de trabalho do
oscilador, sua reatância é alta,
permitindo variações relativas à
AM
portadora.
L1
Assim, além de ter as variações
de alta frequência no coletor de T1,
ainda teremos variação na amplitude
desta
frequência, provocadas pelo
L2
aumento ou diminuição da polarização
do transistor T2.
Podemos
resumir este circuito como
SINAL DE AUDIO
sendo T2 um amplificador do sinal de
audio (AF), que irá controlar a amplitude
do oscilador, que servirá de portadora
AF
(RF) para este sinal de audio.
102 AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO
ELETRÔNICA
APOSTILA ELETRÔNICA GERAL
MÓDULO - 3
Detalhes da Modulação AM
figura 3
No caso de transmissão de sinais, o modelo adotato
pelo serviço do “Naval Personel Training
Publications Division”, e seguido pelo ocidente para
definir o AM, diz que a "Amplitude Modulada é a
variação da intensidade de saída de RF (Rádio
Frequência) do transmissor a uma velocidade de
áudio". A tensão de saída do radiotransmissor tem
uma variação que oscila para cima e para baixo de
seu valor nominal de acordo com a frequência de
áudio. (Veja as formas de onda da figura 1).
Para áudio em alta frequência, a radiofrequência
terá uma variação em amplitude mais rápida, para
áudio em baixa frequência, esta variação será mais
lenta. Logo, a variação da portadora de RF deve
corresponder em amplitude à variação causada
pelo áudio. A resultante de modulação em
amplitude para uma frequência de áudio fixa pode
ser separada para análise do processo em três
ondas distintas cuja amplitude é constante.
O Sistema de Modulação em Amplitude é o sistema
de modulação mais antigo (1906). Existem diversos
tipos de sistemas de modulação em amplitude,
destacando-se:
AM-DSB (Amplitude Modulation Double
SideBand), ou dupla banda lateral (veremos
detalhes adiante).
AM-SSB (Amplitude Modulation Single
SideBand), ou banda lateral única.
AM-VSB (Amplitude Modulation Vestigial
SideBand), ou sistema com uma das bandas
completas e um vestígio da outra banda, sendo que
os detalhes disso será visto no módulo 5.
AM-DSB/SC: Amplitude Modulation Double
SideBand with Supressed Carrier. Além de ter
modulação em amplitude gerando duas bandas
laterais, a modulação é feita suprimindo a portadora
quando não houver sinal modulante. Isto é feito
quando temos sinais multiplexados, onde a
portadora torna-se uma interferência indesejável
para determinado sinal. Veremos detalhes disso na
análise da codificação do sinal de cor para televisão
(módulo 5).
figura 4
figura 5
A modulação AM, pode ser também chamada de
CONVOLUÇÃO (termo muito usado em nível
superior) que nada mais é do que a geração de uma
função (portadora com sinal modulante) a partir da
combinação de outras duas funções (portadora
separada do sinal de áudio).
A modulação AM, também pode ser feita em sinais
diversos, como mostrados nas figuras 3, 4 e 5.
Nelas podemos ver que as modulações chegam a
atingir quase 100%, ou seja, quando o sinal
modulante está zerado, a portadora se apresenta
com um potencial também de quase zero por cento
de amplitude.
ELETRÔNICA
AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO 103
APOSTILA ELETRÔNICA GERAL
MÓDULO - 3
EMISSORA DE RÁDIO AM
A emissora de rádio (ou estação) será a
responsável por modular o sinal da portadora
através do sinal de áudio. Os programas de rádio
geralmente dedicados às músicas e notícias tem
como base a voz humana e os sons da melodia
(instrumentos musicais), que formam o sinal de
áudio (AF); este deverá ser transmitido pela antena
da emissora e via ar chegar até nossas residências
e serem captadas pelo aparelho receptor de rádio.
Para isso o sinal AF deverá modular (neste caso em
AM) uma portadora que através da antena será
transformado em ondas eletromagnéticas de
mesma frequência (RF) da portadora que levará
pelo ar as informações do sinal AF; no receptor de
rádio essas ondas eletromagnéticas serão
captadas pela antena interna ao aparelho e
novamente transformadas em sinal elétrico, cuja
frequência continua sendo a mesma da portadora
(oscilador local da emissora), com as informações
do sinal AF gerado na emissora.
Podemos resumir num diagrama em blocos
simplificado (figura 6) uma emissora de rádio.
EMISSORA DE RÁDIO
AF
MODULADOR
AM
AMPLIF.
AF
figura 6
RF
AMPLIF.
RF
OSCILADOR
LOCAL
ANTENA
AM
O 1° bloco é o amplificador de AF que irá amplificar o
sinal de áudio, o bloco do oscilador local representa
a frequência da portadora da emissora que será
diferente para cada emissora, o bloco central irá
modular a portadora de acordo com as variações do
áudio e por ultimo o bloco amplificador de RF que irá
amplificar o sinal já modulado para ser transmitido
pela antena.
MONTAGEM DE UM TRANSMISSOR AM DE BAIXA POTÊNCIA - Newton C. Braga
O transmissor AM que descrevemos nesse artigo pode
enviar sinais a alguns metros de distância, podendo ser
usado como microfone volante para ouvir conversas
através de paredes, ou ainda para demonstração de seu
princípio de funcionamento. Seus sinais podem ser
recebidos em qualquer rádio AM de ondas médias ou
curtas. O esquema desse pequeno circuito é
apresentado na figura 7.
Como Funciona
O circuito consiste em um oscilador Hartley onde a
bobina L1 e CV determinam a frequência de operação.
Podemos enrolar a bobina de modo que o transmissor
opere tanto na faixa de ondas médias quanto de ondas
curtas.
Na faixa de ondas curtas o alcance será maior, podendo
chegar a algumas dezenas de metros (e até mais) se
uma antena for usada. Essa antena será ligada ao
coletor de Q1.
No oscilador Hartley a realimentação que mantém as
oscilações é dada por R1 e C1. O microfone para
modular os sinais é ligado diretamente à base do
transistor.
Usamos um microfone cerâmico de alta impedância,
uma vez que outros tipos não servem para essa
configuração.
O circuito pode ser alimentado por quatro ou seis pilhas
pequenas ou médias. Não recomendamos o uso de
bateria de 9 V, pois sendo o consumo do transmissor algo
elevado, ela se esgotaria rapidamente.
Também pode ser usada uma pequena fonte de
alimentação, como a ilustrada na figura 8, caso o
aparelho seja de uso fixo.
figura 8
Montagem
figura 7
Na figura 7 temos o diagrama completo do transmissor,.
A montagem pode ser realizada numa ponte de
terminais, se o leitor for inexperiente ou desejar uma
configuração mais simples. A disposição dos
componentes na ponte de terminais é apresentada na
104 AMPLIFICADORES A, B, C, AB - OSCILADORES - SISTEMAS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO
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