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• Noemi Morales Diaz

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• Corriente eléctrica
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CAPITULO

V

DEMODULACIÓN Los diferentes s i s t e m a s estudiados p a r a la t r a n s m i s i ó n de i n f o r m a ción tienen por objeto facilitar el avance de la s e ñ a l U e v á n d o l a s a r a n g o s de R F , p e r o una vez llegada la s e ñ a l al r e c e p t o r s e h a c e n e c e s a r l o l l e v a r la información a su rango o r i g i n a l de f r e c u e n c i a s pa r a poder s e r e n t e n d i d a . Si s e t r a t a de una información s o n o r a debe s e r llevada al rango de audio y t r a t a m i e n t o s s i m i l a r e s deben r e c i bir l a s diferentes c l a s e s de información. E s t e p r o c e s o a r r i b a mencionado s e efectúa en el equipo r e c e p t o r y r e c i b e el n o m b r e de demodulación o d e t e c c i ó n . El objeto que nos p r o p o n e m o s en e s t e capitulo es e s t u d i a r l o s p r o c e s o s de d e t e c c i ó n p a r a los diferentes s i s t e m a s .

5.1 DETECCIÓN AM. En el capitulo a n t e r i o r s e vio que una s e ñ a l m o d u l a d a en a m p l i tud tiene una r e p r e s e n t a c i ó n en el t i e m p o dada por l a figura 4.1.2a. La envolvente de la amplitud v a r i a b l e en el t i e m p o eo r r e s p o n d e a la s e ñ a l m o d u l a n t e . E l p r o c e s o de demodulación en un s i s t e m a AM debe t r a t a r ent o n c e s de r e c u p e r a r la envolvente p a r a eon e l l a e x c i t a r el t r a n s d u c t o r final. E x i s t e n dos tipos de d e t e c t o r e s AM: l i n e a l e s y de l e y c u a d r á t i c a . A los p r i m e r o s c o r r e s p o n d e n los c i r c u i t o s cuya s a l i d a g u a r d a una r e l a c i ó n l i n e a l con la envolvente de la s e ñ a l de la e n t r a d a . E n los c i r c u i t o s c o r r e s p o n d i e n t e s a los d e t e c t o r e s de ley c u a d r á t i c a s e obtiene una s a l i d a que c o n s e r v a una r e l a c i ó n c u a d r á t i c a con r e s p e c t o a la e n t r a d a , s e ñ a l que luego debe s e r filtrada. I n i c i a r e m o s el estudio de los d e t e c t o r e s l i n e a l e s , l o s c u a l e s no

..vi.-:J

- 106 necesariamente deben tener elementos lineales como veremos a continuación. 5.2 DETECTOR POR DIODO El ra ta to

detector por diodo emplea precisamente la acción rectificadodel diodo para rechazar la parte negativa de la señal eompues y eon ella la envolvente inferior. Podemos estudiar el circuí^ de la figxu:a 5 . 2 . 1 a . El primario del transformador recibe l a

Fig. 5-2.1

señal AM que es seleccionada por el secundario sintonizado par a luego s e r rectificada por el circuito D R . El potencial R ten drá lógicamente la misma forma de la corriente que circula por el diodo. Nos ayudaremos de la característica de transferencia del diodo mostrada en la figura 5 . 2 . I b . La gráfica nos m u e s t r a el valor medio de la señal de radio mostrada por la curva a t r a z o s ; asi obtendríamos una detección de valor medio que s i gue siendo proporcional a la señal modulante. De la teoria de rectificación se puede calcular el valor promedio por la relación

- 107 -

( R - n ^ Vp (I-Hmacoswnxt)

'm

5.2.1

-

donde r^j es la resistencia pasante del diodo. Existen circuitos usados para extraer la señal de radio y reeupe rar la envolvente. Este circuito para detección de la envolvente se muestra en la figura 5 . 2 . 2 . a en el cual representamos el trans formador por una fuente para simplificar el dibujo. Si s e aplica a la entrada, representada por la fuente, la señal mostrada e n l a figura 5 . 2 . 2 b . se obtiene que al polarizarse directamente el diodo circula corriente a través de él y de la resistencia R y VQ tendrá la forma mostrada en la figura 5.2.2c yendo de a hasta b en im máximo; cuando la señal de entrada cae,el diodo no puede conducir en sentido inverso y el capacitor tendrá que d e s c a r g a r s e a t r a vés de R . De manera que el potencial VQ crece a vma r a t a r d c y decrece a una rata RC.

a)

Fig. 5-2.2

- 108 •* :.^ Sí r^c es pequeña el condensador se cargará a la misma veloci dad de la señal, su respuesta s e r á inmediata pero si RC es m i ^ grande comparada con el período de la señal VQ no puede respon der a las caídas de la señal de entrada. "~ Como consecuencia de las cargas rápidas y descargas lentas VQ tendrá la forma indicada por el trazo grueso de la figura 5 . 2 . 2 c ; no s e r á exactamente la envolvente p e r o ea una buena a p r o ximación. El conaportamiento del circuito RC es el de un filtro pasabajos. Se puede tomar por conclusión que Wp >> Wm y generalmente debe tomarse Wp "7 100 wm. La tensión de salida del circuito de la figura 5.2.2a tiene una com ponente continua que puede interferir con la polarización de la eta" pa amplificadora siguiente. A menudo se emplea un acoplamiento resistencia capacitancia para elimitar esta componente. El circuí to en referencia se muestra en la figura 5 . 2 . 3 . Las ir:.pedancias para corriente alterna y para corriente continua son diferentes. C,

-W-

He :Ri ^«

Rg.5-2.3 P a r a analizar el circuito debe analizarse la gráfica de detección del diodo y con este fin utilizaremos el circuito de la figura 5.2.2a, aplicando una portadora sin modular; se miden los valor e s de VQ e ÍQ para diferentes valores de R y se t r a z a la c u r v a . La gráfica se muestra en la figura 5 . 2 . 4 . Luego se cambia el valor pico de la portadora y se repite el proceso. Veamos ahor a la figura 5.2.3 y supóngase que c, es un corto para las frecuencias de i n t e r é s . La ecuación de la recta de carga para c o r r i e n t e continua es ^o = -

R

y se m u e s t r a en la figura 5.2.4, terna está dada por

5.2.2

La carga para corriente a l -

Fig. 5 - 2 . 4

R1R2 R ac

R1+R2

5.2.3

Se ha dibujado pasando por el punto de funcionamiento e s t á t i c o . En e s t e c a s o s e obtiene el funcionamiento e s t á t i c o cuando l a por t a d o r a e s t á s i n m o d u l a r . P o r ejemplo s i la t e n s i ó n pico e s de 3 voltios el punto de t r a b a j o es Q . La r e c t a de c a r g a en c o r r i e n t e a l t e r n a s e ha dibujado a t r a z o s en la figura 5 . 2 . 4 . El v a l o r instantáneo s e obtiene de la inter s e c c i ó n de la r e c t a de c a r g a con l a s c u r v a s . O b s é r v e s e que si la t e n s i ó n pico de l a p o r t a d o r a e a e por debajo de 1,4 v, la s a l í da q u e d a r á l i m i t a d a . P o r tanto p a r a que no r e s u l t e una d i s t o r s i ó n e x c e s i v a , s e l i m i t a el índice m á x i m o de m o d u l a c i ó n . A s í pues el m á x i m o índice de modulación que puede u t i l i z a r s e sin que s e p r o d u z c a l i m i t a c i ó n es m Max

R ac Rdc

Si s e q u i e r e que s e a c e r q u e al 100%, R^c — Rdc*

5.2.4 P a r a conse -

, -^t-l

- lio guir esto en la figura 5.2.2a debe tenerse

Ri.^> R2-

La impedaneia de entrada del circuito detector es importante, pues generalmente le precede un circuito sintonizado. Deter minemos la impedaneia de entrada suponiendo que el diodo es ideal. La tensión de salida tendrá entonces la forma de la e n volvente de modulación. Cuando la señal está sin modular la potencia de salida s e r á •

/

Po = V2 / R

donde Vp es la amplitud de la portadora. Si Ry>^ entonces ^o ~ ^p • Como los elementos son ideales la potencia de sali da s e r á la misma potencia de entrada y se tendrá V" P .

'

-r .

:

. ,

:

-

por tanto

">. • .'-. "

R

V^ P 2 R i

•

. ' "^ .

R i = R/2

5.2.5

Si se aplica modulación a la portadora, la resistencia efectiva de entrada v a r i a r á , pues la resistencia de carga para c a y pa r a e e no son iguales. Si Ri">7R , tales resistencias serán casi iguales. En general la resistencia efectiva de entrada pue de calcularse igualando las potencias de entrada y de salida. 5.3

DETECTOR POR RESISTENCIA DE REJILLA El detector por escape de rejUla actúa como un detector a diodo combinado con un triodo amplificador. Es conveniente eons_i d e r a r la detección y la amplificación como dos procesos separa d o s . En la figura 5 . 3 . 1 a , la rejilla funciona como el ánodo del diodo. Los valores de Cg y Rg deben elegirse de forma tal que Cg se cargue durante los picos positivos de la señal de entrada y se descargue en los pieos negativos. La constante de tiempo Rg Cg debe s e r grande con respecto al ciclo de RF y pequeña respecto al cielo de A F . Un análisis somero de las formas de onda que existen en el c i r -

- 111 cuito del diodo (rejiUa) el que ofrece la figura 5 . 3 . 1 b . La p r i mera gráfica ilustra la forma de entrada, que es la m i s m a que aparece en la entrada del circuito sintonizado. La segunda g r á fica muestra la corriente ig debida íinieamente a la señal de R F rectificada en ese circuito. La t e r c e r a gráfica muestra l a for ma de onda que se desarrolla sobre Cg. Es una señal de audio formada de la misma manera que un circuito a diodo. Sin e m bargo la señal de salida es la suma de las gráficas p r i m e r a y tercera. Un análisis aproximado de las formas de onda que existen en el circuito de placa del triodo es el mostrado en la parte e de l a figura 5 . 3 . 1 . La onda mostrada en la primera de estas gráficas es la corriente de placa y la mostrada en la segunda gráfica es el potencial anódico. El capacitor c se descarga en los medios ciclos positivos del vol taje de entrada de rejUla a través del circuito de eatiodo p r e sentando un valor para la constante de tiempo de descarga igual al producto de la resistencia efectiva del tubo electrónico por la capacitancia c . Este valor es pequeño debido a la baja impedan cia de la resistencia del tubo electrónico. El aumento de eorrien te de placa proviene del capacitor más que de la fuente de polari zación, evitando, entonces, todo posterior aumento de corriente por medio del choque de RF y del r e s i s t o r de carga Ri . Así queda limitada toda variación en el voltaje de placa y del capacitor. E l capacitor c se carga cuando aumenta la tensión de placa en los medios ciclos negativos del voltaje de R F de entrada en la r e j i l l a . El camino de carga es el que comprende el capacitor, el choque de RF, el resistor de carga y la fuente, en ese s e n tido. 120V

a)

Pig.

5.3.1

- 112 -

Z..Í--,.-

.;•

c)

b)

Fig. 5-3.1

- • •.^.!.í%