Moduladores de Amplitud

LUIS FELIPE ALARCON PARRA

701837

ROBINSON VELASQUEZ

701840

MODULADORES DE AMPLITUD

Los moduladores de amplitud por lo general son de dos tipos: de alto nivel o de bajo nivel. Los moduladores de bajo nivel generan AM con señales muy pequeñas, y por lo tanto, deben amplificarse de manera considerable si van a transmitirse. Los moduladores de alto nivel producen AM a niveles de alta potencia, por lo general en la etapa final de amplificación de un transmisor. CIRCUITOS MODULADORES DE BAJO NIVEL

Moduladores con Diodo: Este modulador se conoce como uno de los más sencillos. El

esquema básico de este modulador consta de una red mezcladora resistiva, un diodo rectificador y un circuito sintonizado LC. La portadora se aplica a uno de los resistores de la entrada y la señal moduladora a otro. Las señales mezcladas aparecen a través de R3, la cual permite la mezcla lineal de las dos señales de manera algebraica. En la siguiente figura se observa el circuito de modulación con un diodo.

Si ambas señales, portadora y moduladora, son senoidales, la onda resultante en la unión de los dos resistores será como observa en la figura, donde la onda portadora viaja por la señal moduladora.

La forma de onda compuesta se aplica a un diodo rectificador. Este diodo se conecta de manera que esté polarizado en directa por el semiciclo positivo de la onda de entrada. Durante los semiciclos negativos de la onda, el el diodo esta en corte y no pasa señal. La corriente a través del diodo es una serie de pulsos positivos cuya amplitud varía en proporción con la amplitud de la señal moduladora (ver figura).

Estos pulsos en el sentido positivo se aplican al circuito sintonizado paralelo de L y C, que están en resonancia a la frecuencia portadora. Cada vez que el diodo conduce, un pulso de corriente fluye hacia el circuito sintonizado. El inductor y el capacitor intercambian energías varias veces, lo que causa oscilación a la frecuencia de resonancia. La oscilación del circuito sintonizado crea un semiciclo negativo por cada pulso positivo de entrada. Los pulsos positivos de amplitud alta producen pulsos negativos de amplitud alta en el circuito sintonizado. Los pulsos positivos de baja amplitud producen de forma correspondiente pulsos negativos de baja amplitud. La forma de onda resultante se puede observar en la siguiente figura.

El factor Q del circuito sintonizado deberá ser lo bastante alto para eliminar las armónicas y producir una onda senoidal limpia y filtrar la señal moduladora, y lo bastante bajo para que puedan acomodarse a las bandas laterales g eneradas. Moduladores con Transistor: Este modulador es muy similar al mencionado anteriormente. Se

utiliza un transistor en lugar de un diodo, esto genera una ganancia en la señal. La unión emisor-base es un diodo no lineal. La modulación ocurre de forma similar al anterior modulador, excepto que la corriente en la base controla una corriente mayor del colector y, por lo tanto, el circuito amplifica. La rectificación ocurre debido a la unión emisor-base, lo que causa mayores pulsos de corriente en el circuito sintonizado, el cual oscila para generar el semiciclo faltante. En la siguiente figura se encuentra el diseño del modulador con transistor.

Modulador con FET: Este modulador de amplitud consta de un amplificador operacional y un

FET que se utiliza como resistor variable. El amplificador operacional se conecta como

amplificador no inversor para la señal portadora. La ganancia de este circuito está dada porA=1+(RF/RI), donde la resistencia de realimentación RF, es un valor fijo y la resistencia (RI) de un canal N de unión FET. Una polarización cd negativa mantiene la unión compuerta-fuente polarizada en inversa. La señal moduladora se aplica a la entrada por medio de un capacitor C1.

La señal de la portadora se aplica a la entrada no inversora del amplificador operacional. Al cambiar la ganancia en el amplificador, de acuerdo con la señal moduladora, se produce AM. Con señal moduladora cero, la resistencia FET es un valor fijo y, por lo tanto, la amplitud de la portadora es constante. Al aplicar una señal moduladora senoidal, varía la resistencia del FET. El componente importante en este circuito es el FET, que deberá polarizarse de manera que su resistencia de fuente de drenaje sea tan lineal como sea posible en un intervalo amplio. El mejor punto de linealidad puede predecirse examinando las curvas de operación del FET y fijando la polarización de la compuerta en el centro del intervalo lineal. Moduladores con Diodos PIN: Estos moduladores también se conocen como circuitos de

atenuación variable para producir AM. Estos circuitos utilizan diodos PIN para producir AM en VHF, UHF y frecuencias de microondas. El diodo PIN es un tipo especial de diodo de unión de silicio, diseñado para usarse en frecuencias superiores a casi 100MHz. Cuando están polarizados para conducir, estos diodos actúan como resistores variables. La resistencia del diodo varia linealmente con la corriente que fluye por él. Una corriente alta produce una resistencia baja mientras que una corriente baja produce resistencia alta. En la medida que la señal portadora hace variar la corriente conducida a través del diodo PIN, se produce AM.

En la figura Ios diodos PIN están conectados espalda con espalda y polarizados en directa mediante un voltaje fijo negativo cd. La señal moduladora se aplica a los diodos por medio del capacitor C1. Esta señal moduladora de ca viaja sobre la polarización de cd, sumándose y restándose a esta y por lo tanto, variando la resistencia de los diodos PIN. Estos diodos se encuentran en serie con el oscilador de la portadora a través de la carga. Una señal moduladora en el sentido positivo reduce la polarización de los diodos PIN y, en consecuencia, aumenta su resistencia. Esto reduce la amplitud de la portadora a través de la carga. Una señal moduladora en el sentido negativo se suma a la polarización de conducción, lo que causa reducción en la resistencia de los diodos y, por lo tanto, aumenta la amplitud de la portadora.  Amplificadores Diferenciales: Un amplificador diferencial hace un excelente modulador de

amplitud. En gráfica se puede observar el circuito básico. Los transistores Q1 y Q2 forman el par diferencial y Q3 es la fuente de corriente constante. Q3 suministra una corriente de emisor constante  I  E  a Q1 y Q2, la mitad de la cual fluye por cada transistor. La salida aparece a través de los resistores de colector R1 y R2.

La salida es una función de la diferencia entre entradas V1 y V2 a las cuales se da una ganancia. El voltaje de salida puede tomarse entre los dos colectores produciendo una salida balanceada o diferencial. La salida también puede tomarse de cualquiera de los colectores y tierra, produciendo una salida en modo simple. Las dos salidas están desfasadas 180º entre sí. Si se utiliza la salida balanceada, el voltaje de salida a través de la carga es del doble del voltaje de salida en modo simple.

La ganancia de un amplificador diferencial es una función de la corriente de emisor y el valor de los resistores de colector. Esta ganancia es en una sola salida, donde ésta se toma de uno de los colectores con respecto a tierra. Si la salida se toma entre los dos colectores, la ganancia es dos veces el valor anterior. Moduladores con Amplificadores Operacionales: Existen unos amplificadores operacionales

programables o amplificadores operacionales de transconductancia (OTA) que con un resistor externo se fija la corriente en una delas etapas diferenciales y, en consecuencia, fija la ganancia del circuito.

En la figura anterior se observa un ejemplo del circuito OTA. El esquema es similar a un amplificador operacional convencional, pero su ganancia se puede variar por medio de un voltaje externo. Además, su salida actúa como fuente de corriente en vez de como fuente de voltaje. La portadora es atenuada por R1 y R2 y aplic ada a la entrada inversora, mientras que la entrada de no inversora se conecta a través de R3. Se aplica un voltaje de polarización de cd de R4 a esta entrada vía R5 para compensar cualquier diferencia de cd en el circuito. La señal moduladora se aplica a través de R7 y, por medio de R6, a la fuente del circuito del amplificador. La salida es una corriente proporcional a la amplitud de la portadora y corriente de entrada que produce la señal moduladora. Esa corriente pasa por el resistor de carga R8 para convertirse en un voltaje que es una señal de AM. CIRCUITOS MODULADORES DE ALTO NIVEL

Moduladores por Colector: La etapa de salida del transmisor es un amplificador de alta

potencia clase C. Estos amplificadores conducen durante sólo una porción del semiciclo positivo de la señal de entrada. Los pulsos de corriente del colector originan la oscilación del circuito sincronizado a la frecuencia de salida deseada. Por lo tanto este circuito reproduce la porción negativa de la señal de la portadora.

El modulador es un amplificador de potencia lineal que toma la señal moduladora de bajo nivel y la amplifica a un nivel de alta potencia. La salida de la señal moduladora se acopla por medio del transformador de modulación, al amplificador clase C. El devanado secundario del transformador se conecta en serie con el voltaje de alimentación del colector dela amplifi cador clase C. Cuando se presenta la señal moduladora, el voltaje ca de esta señal, a través del secundario del transformador de modulación, se suma y se sustrae del voltaje de alimentación de cd del colector. Este voltaje variable de alimentación se aplica luego al amplificador clase C, causando variación en la amplitud de los pulsos de corriente a través del transistor Q1. En consecuencia, la amplitud de la onda senoidal de la portadora varia de acuerdo con la señal moduladora. En el momento que la señal moduladora va en sentido positivo, se suma el voltaje de alimentación del colector, por lo que aumenta su valor y crea pulsos de corriente mayores y mayor amplitud de la portadora. Cuando la señal moduladora va en sentido negativo, se sustrae del voltaje de alimentación del colector, disminuyéndolo. Por eso los pulsos de corriente del amplificador clase C son menores, lo que produce menor amplitud de la salida portadora. La modulación de alto nivel produce mejor tipo de AM, pero para ello requiere un circuito de modulación de potencia muy alta. Moduladores en Serie: La desventaja principal delos moduladores por colector es la necesidad

del transformador de modulación que conecta el amplificador de audio al amplificador clase C en el transmisor. Mientras la potencia es mas alta, mayor será el tamaño y el costo del transformador. Para aplicaciones de muy alta potencia, se elimina el transformador y la modulación se realiza a un nivel más bajo con muchos de los moduladores anteriores. La señal resultante de AM se amplifica en un amplificador de alta potencia lineal. Un ejemplo se puede observar en la siguiente figura donde el modulador en serie remplaza al transformador con un emisor-seguidor.