DETECCION ó DEMODULACION

DETECCION ó DEMODULACION
Principios básicos :
El proceso de separación de la señal moduladora ( información ) y la portadora , contenidas en la señal
modulada se denomina “ demodulación ” ó “ detección ” . Este es llevado a cabo en una etapa llamada “
demoduladora ” ó “ detectora ” , presente en receptores de radio , TV o comunicaciones en general .
Dicho proceso diferirá de acuerdo al metodo con el cual la portadora fue modulada : AM , FP , etc .
Demoduladores de AM :
En gral. se los conoce como “ detectores de envolvente ” y pueden emplear uno o más diodos , un
transistor o constituir un CI ( pues adoptan montajes más elaborados ) .
Acción detectora : En un sistema de comunicaciones en AM , donde la onda de RF modulada a la entrada
del detector posee valor medio cero para un ciclo de la onda moduladora de AF , el cambio promedio de
la corriente en el mismo durante igual período es cero .
Si la onda modulada de RF es rectificada , la mitad de la onda es eliminada , y el cambio promedio en la
corriente para cada ciclo ya no será cero . Los cambios en la corriente serán similares a la señal de AF que
modula la portadora de RF en el transmisor .
Debido a que los dispositivos electromecánicos usados para producir sonidos audibles no pueden
responder a las rápidas variaciones de la corriente de una señal de RF , es necesario remover la
componente de RF (FI) para demodular la onda de AF .
Es decir , si consideramos una tensión de RF de amplitud constante v = V. cos ωt aplicada a la entrada del
detector , una corriente pulsante comenzará a fluir a través del diodo , con una amplitud de pico invariante
en el tiempo . Figuras 2(a) y 2(b) . El valor medio de esta última está representado en la figura por Idc .
Luego , si se aplica una señal de RF modulada en la entrada del detector , aparece en el circuito una
corriente pulsante id cuya amplitud pico varía en el tiempo exactamente como la envolvente de la tensión
de entrada . Figs. 3 (a) y (b) . La corriente media rectificada Idc en éste caso variará en el tiempo
exactamente como la envolvente de la onda modulada , o sea , como la señal de AF superpuesta sobre la
portadora de RF . Sus variaciones son idénticas en todo aspecto , excepto en su intensidad , a las
variaciones de la corriente representadas por la envolvente .
Características de un detector : Si bien existe una variedad de dispositivos activos y circuitos que pueden
ser usados como detectores , todos comparten ciertos factores que son los que determinan el tipo de
detector a ser usado :
Sensibilidad
Capacidad de manejo de señal
Fidelidad de reproducción
a)Detector a diodo :
La mayoría de los receptores de AM utilizan detectores de envolvente a diodo que , mediante circuitos
sencillos , reproducen con buena linealidad la envolvente de la onda de AM . Los detectores de éste tipo
se usan tambien como detectores de video en receptores en TV y en ciertos tipos de voltímetros
electrónicos que responden al valor pico de la onda en medición .
La detección de la onda de AM involucra generalmente dos operaciones :
1) Rectificación de la onda modulada
2) Eliminación de la componente de RF de la onda modulada (FI)
En la figura 4 se ilustra el circuito de un detector de amplitud de diodo tipo serie , ya que la carga RL y el
diodo se conectan en serie .
El principio de operación se puede explicar desde el punto de vista temporal o espectral .
Análisis temporal del principio de operación : Supóngase que en la entrada del detector está presente una
señal armónica, la cual tiene una amplitud que varía lentamente, como se muestra en la figura 5 (línea
punteada)
vi = Vi cos (ωp.t )
Si se tiene el semiciclo positivo de vi entonces el diodo de la figura 4 conduce y el capacitor CL empieza
a cargarse.
La constante de tiempo de carga τc del capacitor CL está determinada por la capacitancia CL y la
resistencia de conducción del diodo. Conforme se cargue CL el voltaje de salida Vd crece y tiende a abrir
al diodo. De acuerdo con la Fig.4 se tiene:
ed = vi - Vd
Y en el tiempo t = t1: vi =Vd
y por lo tanto ed = 0.
A partir de t1 el diodo se abre (vi < Vd) y el condensador CL empieza a descargarse a través de RL. La
constante de tiempo de descarga del condensador Td es:
τd = RL.CL >> τc
Por esta razón la descarga de CL es mucho más lenta que su carga. La descarga del condensador CL
continúa hasta el tiempo t = t2. En este momento ed =0, a partir de tl el diodo D nuevamente conduce y el
condensador se empieza a cargar. Como resultado de la serie de cargas y descargas, en la salida del
detector se genera el voltaje detectado Vd , el cual tiene una componente pulsante con frecuencia fp. Si se
considera que id en los detectores prácticos es mucho mayor que el periodo de la portadora , la amplitud
de los pulsos es pequeña.
Análisis espectral de la operación del detector : En la figura 6 se muestra la característica de la corriente
del diodo cuando la amplitud de la portadora en la entrada del detector es constante.
El voltaje en el diodo es
ed = vi - Vd
La ecuación anterior implica que Vd en la salida del detector determina una polarización inversa del
diodo, la cual se superpone a vi . La corriente a través del diodo id fluye cuando el diodo conduce y tiene
la forma de pulsos senoidales con ángulo de corte θ < 90°. Esta corriente contiene una componente
directa Ido , la cual genera una caída de voltaje en el resistor RL.
Vd = Ido . RL
Las componentes de la corriente id con frecuencias fp, 2fp, 3fp,....., se van a tierra a través del capacitor
CL. Si vi tiene modulación de amplitud , entonces Vd cambia de acuerdo a la envolvente del voltaje de
entrada. En esta condición , el voltaje de polarización del diodo también cambia siguiendo la misma ley.
Características del diodo detector:
Las ventajas del detector a diodo son :
Habilidad para manejar señales de entrada por encima de 1 V.
Puede ser operado tanto como detector lineal que como de potencia
Baja distorsión y por ende buena linealidad
Adaptabilidad para aplicaciones con circuitos simples para control automático de ganancia
La desventaja del detector a diodo es que cuando el diodo está conduciendo el circuito consume potencia
y por lo tanto se reduce el Q del circuito resonante de salida de la etapa previa de FI asi como la ganacia y
selectividad del detector .
Circuito práctico : La elección de la cte. de tiempo τd es un compromiso entre mínimo ripple de FI a la
salida del detector y la distorsión mínima en la señal de audio recuperada . Además , el valor escogido de
RL determina la carga que presenta el detector al tanque de salida de la etapa de FI.
Si el producto RL.CL es muy grande , Vd tiene solamente los máximos de la onda modulada , ya que CL
no puede descargarse lo suficientemente rápido para seguir a vi y aparece una distorsión conocida como
“diagonal o recorte negativo” :
Si es muy pequeño , casi no se obtiene salida de audio . La cte. de tiempo τd debe ser mayor que el
período de la portadora .
Para obtener un mejor filtrado sin peligro del recorte diagonal , se usa el circuito de la figura 7 :
El circuito usa multifiltrado para prevenir que la señal de FI alcance la salida . La resistencia de carga del
diodo está conformada por R1 y R2 ; La salida , sin embargo , es tomada solamente de R2 . Los circuitos
de filtro consisten en R1-C1 y R2-C2 . El filtro adicional R2-C2 , sin embargo , reduce la salida útil del
circuito debido a la caída de tensión sobre R1.
Las funciones de C3 son dos :
1) Acoplar la señal de salida a la resistencia de carga R3
2) Bloquear la componente de contínua de la señal de salida que se trnansmite a la etapa siguiente para
evitar corrimientos indeseables del punto Q de la etapa de audio .
Cuando una señal de AGC es requerida , puede ser provista agregando R4 y C4 .
La selección de R1, R2 y R3 es un compromiso entre la eficiencia de detección y el posible efecto de la
no linealidad del diodo. Con una señal grande de entrada y una RL / rd grande para linealizar la curva v - i
del diodo, puede lograrse una distorsión menor al 1 a 2 por ciento.
En el estudio anterior el diodo se ha supuesto ideal . En la práctica , la relación de la resistencia de carga
RL al valor promedio de la resistencia del diodo en polarización directa rd debe mantenerse del orden de
50 o más para lograr una alta eficiencia de detección ηd , la que se define como la relación del voltaje
rectificado de salida Vod ( o valor máximo del voltaje de la señal de fb en la salida Vom ) al valor
máximo Vim del voltaje modulado de entrada (o valor máximo de la componente de baja frecuencia o
envolvente de la señal de entrada). Para RL >> rd tenemos:
ηd = Vod / Vim
El valor de ηd varía de 50 a 100 por ciento. La resistencia de entrada del circuito detector a diodo para
RL > 50 rd , está dada por
Rin = 0.5 RL
b) Detector con transistor:
La figura 8 ilustra un detector transistorizado usado en la configuración emisor común . En éste circuito el
último transformador de FI se acopla con el circuito B-E del transistor , el cual está polarizado
aproximadamente al corte ( con señal de entrada cero ) por R1 , R2 y Vcc .
C2 es un capacitor de by-pass de señales de RF para R2 , tal que la tensión de polarización establecida por
R1 , R2 y Vcc se mantenga en un valor fijo .
La operación del circuito es estabilizada por el resistor R3 y por el capacitor de by-pass C3 que desacopla
la AF y la RF de la corriente sobre R3 para prevenir degeneración . A veces , en lugar de C3 se ponen dos
capacitores , uno para AF que evita que el detector falle en ese rango de frecuencias y tenga una Gc pobre
y el otro para RF .
El resistor R4 sirve como carga para la próxima etapa y C4 actua como by-pass de alguna señal de FI
derivandola a tierra . También se puede usar para derivar la tensión de audio de alta frecuencia no deseada
( soplido o ruido heterodino muy agudo ) que perjudicaría la recepción de señales muy débiles .
Con el transistor polarizado cerca ó en el corte , para señal de entrada cero , los semiciclos positivos de la
señal modulada de FI ponen al al transistor en conducción en la porción lineal de la curva característica ,
y los semiciclos negativos de la señal de entrada lo llevan al corte ( no fluye corriente de base o de
colector ) .
Así , la rectificación de la señal de entrada es efectuada en el circcuito base – emisor . Pequeños cambios
en la corriente de base producidos por las variaciones , en el semiciclo positivo , de la señal de RF de
entrada provocan cambios proporcionalmente mucho mayores en la corriente entre C y E ;
consecuentemente , una reproducción amplificada de la señal moduladora de AF aparece sobre el resistor
de carga R4 .
El capacitor C5 elimina el nivel de referencia de corriente contínua y tambien bloquea la tensión contínua
desde la etapa siguiente .
La acción del circuito puede adicionalmente ser explicada analizando las curvas características del
transistor . Estas indican que el corte ocurre cuando Vbe = 0.2 V , por lo tanto , la polarización fija
provista por R1 , R2 y Vcc debería ser de aproximadamente 0.2 V .
Control Automático de Ganancia ( AGC ó CAG ) :
El control automático de ganancia es necesario en receptores de AM y TV en virtud del amplio rango de
señales que se encuentran en los terminales de antena , al sintonizar el receptor a diferentes canales .
Para evitar sorecargas ( y distorsión excesiva ) en el mezclador , se requiere la reducción de la ganacia en
la etapa de RF cuando se reciben señales fuertes . En las etapas de FI es deseable un CAG para evitar
sobrecarga y mantener una entrada de señal razonablemente constante al detector, para obtener en éste
una operación óptima y conservar constante la salida de audio. Como la buena operación del mezclador es
función crítica del punto Q , no se aplica generalmente voltaje CAG a la etapa mezcladora .
Además de su función de control de ganancia, el voltaje CAG se puede usar para activar un medidor de
sintonía ó medidor S , un circuito silenciador y a otros dispositivos .
Cuando el control de ganancia afecta en última instancia la salida de sonido de un radio-receptor u otro
dispositivo reproductor de sonido, el termino Control Automático de volumen ( AVC ) es usado algunas
veces en lugar de control automático de ganancia .
El voltaje para CAG se puede obtener directamente del detector de envolvente a diodo. La siguiente
figura ilustra básicamente de donde se extrae dicha tensión: