Enviado por vargasp

Moduladores em Amplitude

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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.
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