Moduladores em Amplitude AM-DSB Um circuito modulador é responsável por gerar um sinal AM-DSB a partir de um sinal de informação e de uma onda portadora. Os moduladores de amplitude podem ser classificados em diversas categorias: 1 – Princípio de funcionamento: síncronos ou quadráticos. Síncronos são mais utilizados, devido a menor distorção da envoltória e são não-polarizados. Enquanto que os quadráticos são mais utilizados quando necessitamos converter a freqüência utilizada; 2 – Nível de potência: baixo nível e alto nível. Moduladores de alto nível são empregados por dispensar amplificação posterior. Os de baixo nível são justificados apenas no caso de transmissores que permitam outros modos de modulação e onde o AM é apenas mais uma opção; 3 – Tipo de dispositivo modulador: ativos e passivos.Os ativos são capazes de realizar a amplificação dos sinais, além da modulação, utilizam dispositivos amplificadores tais como:válvulas, TBJ´s ou FET´s. Os moduladores passivos utilizam diodos de junção PN para realizar o produto dos sinais de entrada. Podemos observar abaixo um Modulador Síncrono, Ativo, de Alto Nível, utilizado em pequenos transmissores de AM, usados em equipamentos para faixa-docidadão e comunicações em VHF para aeronaves. O funcionamento desse tipo de modulador é bastante eficiente. Trata-se de um estágio amplificador de potência de RF, cujo transistor opera em classe C. A modulação é conseguida colocando-se a tensão moduladora em série com a tensão de alimentação de coletor. Quando a tensão modulante é positiva, o amplificador recebe uma tensão total maior do que VCC e, consequentemente, gera uma potência de saída também maior; Quando a tensão modulante é negativa, a tensão de coletor e a saída do amplificador são menores que durante a ausência de modulação. Logo, como a tensão de saída do amplificador é diretamente proporcional ao valor instantâneo da tensão de coletor, que é diretamente proporcional a tensão do sinal modulante, a tensão vista na saída do amplificador será: e(t) = EO .cosωOt + (m.EO/2) .cos(ωO + ωm) + (m.EO/2) .cos(ωO - ωm). Podemos concluir que não há distorção, uma vez que só aparece um único par de faixas laterais. A figura abaixo mostra 3 tipos de circuitos utilizados em transmissores comerciais: O circuito da figura a é o mais empregado porque o transformador atua como um casador de impedâncias entre a fonte de sinal modulante e o amplificador modulado. O circuito da figura b é interessante porque é equivalente ao utilizado na dedução das equações para AM_DSB como visto anteriormente. Tanto para o circuito da figura a como para o circuito da figura b se faz necessário tomar cuidado para não saturar o núcleo de TAF e de XAF, devido aos altos valores de corrente contínua presente, ocasionando perda de informação. O circuito da figura c apresenta como única vantagem o fato de apresentar ampla resposta as baixas freqüências, devido a não utilização de enrolamentos no circuito de modulação, mas apresenta um rendimento global que é metade dos circuitos anteriores. Um exemplo de projeto de um modulador de amplitude síncrono de alto nível pode ser verificado no livro Telecomunicações, autor Juarez do Nascimento pagina 46 a 52. INFLUÊNCIA DO ÍNDICE DE MODULAÇÃO NO SINAL MODULADO Sabemos que o índice de Modulação é a relação entre as amplitudes do sinal modulante e da portadora. Sabemos também que as amplitudes do sinal modulado são funções daquelas duas outras amplitudes. Desta forma, a relação dada pelo índice de modulação é extremamente importante na determinação da forma de onda do sinal modulado. • Caso 1 – m = 1 Existe o tangenciamento da envoltória no eixo dos tempos: Em = Eo • Caso 2 – m > 1 Ocorre a passagem da envoltória através do eixo dos tempos: Em > Eo Para este tipo de caso não existe demodulador que consiga recuperar a informação a partir do sinal modulado. • Caso 3 – 0 < m < 1 Esse é o caso mais comum na transmissão AM-DSB: Em < Eo MODULADOR SÍNCRONO A DIODO Seu princípio de funcionamento é baseado no fato de que um sinal amostrado por uma função do tipo "chave síncrona" gera uma série de harmônicos, que podem ser convenientemente recuperados por uma filtragem passa-faixas. A figura abaixo mostra um circuito típico que executa a modulação síncrona AM-DSB, onde R1, R2 e R3 formam um somador resistivo, o diodo D1 executa o papel de chave síncrona de freqüência fo e o conjunto de indutores e capacitores a seguir formam um circuito sintonizado em wo. A análise do circuito pode ser feita facilmente a partir das formas de ondas nos principais pontos, destacados na figura acima por 1,2,3 e 4. Na figura (A) temos o sinal da portadora aplicado ao ponto 1 e na figura (B) o sinal modulante aplicado ao ponto 2. Esses dois sinais somados ponto-a-ponto são observados no ponto 3 e mostrados pela figura (C). A função chave síncrona executada po D1, em conjunto com o efeito de oscilação sintonizada em w o feita pelo filtro pass-faixa resulta no sinal modulado em AM-DSB do ponto 4 apresentado na figura (D): MODULADOR SÍNCRONO A TRANSISTOR Obedece a um princípio de funcionamento absolutamente idêntico ao do modulador síncrono a diodo, com única ressalva que o chaveamento síncrono com a freqüência da portadora é agora feito pela junção base-emisor de um transistor. A figura abaixo mostra um circuito típico de aplicação de um modulador síncrono a transistor. O transistor da figura acima é não-polarizado com nível DC propositadamente, pois o efeito de chaveamento só pode ser obtido se o transistor funcionar em estados de corte/condução, o que não seria possível se houvesse uma pré-polarização. A figura (A) mostra um sinal da portadora, aplicado à base de T1 e a figura (B) mostra o sinal de informação, aplicado ao emissor de T1. Assim, a tensão VBE será a diferença entre os sinais, mostrados na figura (C). Quando o transistor recebe entre base e emissor um tensão do tipo da figura (C), a sua operação resume-se praticamente à de um diodo, gerando uma corrente de coletor composta por pulsos proporcionais à diferença entre eo(t) e em(t). Estes pulsos de corrente excitam o circuito LC formado por L/C3 e L/C4, dando a tensão de saída mostrada na figura (D). Uma observação interessante é que caso tivéssemos no lugar do filtro LC um resistor, tanto no modulador a diodo quanto no modulador a transistor, teríamos o espectro mostrado a seguir, porém com a ação do filtro LC(passa-faixa) na saída do circuito teremos apenas a parte separada pelo pontilhado no desenho, onde vemos que este é um sinal AM-DSB. MODULADOR QUADRÁTICO A TRANSISTOR Seu princípio de funcionamento baseia-se no aproveitamento da região quadrática contida na curva característica de entrada de um transistor em emissor comum, que é exponencial. O circuito da figura abaixo mostra o esquema básico de um modulador quadrático e ao seu lado temos a curva característica tensão x corrente de entrada para um transistor. Se a polarização for feita de tal maneira que possamos aproximar o trecho de exponencial para uma parábola, estaremos criando um modulador quadrático. O modelo matemático que comprova o funcionamento desse modulador é descrito através de uma função exponencial que pode ser decomposta em série de Taylor, não sendo objeto para este curso. Uma observação interessante é que caso tivéssemos no lugar do filtro LC um resistor, tanto no modulador a diodo quanto no modulador a transistor, teríamos o espectro mostrado a seguir, porém com a ação do filtro LC(passa-faixa) na saída do circuito teremos apenas a parte separada pelo pontilhado no desenho, onde vemos que este é um sinal AM-DSB.
