Modulação Amplitude (AM) e Frequência (FM) - Exemplos de Demodulação, Notas de estudo de Comunicação

Baixe Modulação Amplitude (AM) e Frequência (FM) - Exemplos de Demodulação e outras Notas de estudo em PDF para Comunicação, somente na Docsity!

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS – UNICAMP

FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA E DE

COMPUTAÇÃO - FEEC

EE 882 – LABORATÓRIO DE COMUNICAÇÃO I

EXPERIÊNCIA 5

DEMODULAÇÃO AM e FM

Parte Teórica

1. INTRODUÇÃO

Neste experimento, estudam-se os circuitos básicos empregados em receptores AM/ASK e FM/FSK. Analisam-se os aspectos básicos necessários para a detecção da forma de onda enviada, analógica ou digital. O processo inverso ao da modulação é chamado demodulação e consiste em trasladar o sinal de banda passante para a banda básica.

2. DEMODULAÇÃO AM/ASK

A demodulação AM consiste basicamente em se detectar a envoltória da portadora, onde se encontra a informação. Para um sinal AM-DSB, este processo resulta no traslado para a origem do espectro do sinal centrado na frequência da portadora, como ilustrado na Figura 1.

0 fc^ – W^ fc fc^ + W f^0 W^ f (a) (b) Fig. 1 a) Espectro de um sinal modulado em AM e b) Espectro demodulado.

Os detectores (ou demoduladores) AM podem ser classificados como detectores de envoltória (pico) ou de média.

2.1 Detector de Envoltória

O demodulador AM mais simples é conhecido como detector de envoltória. A detecção de envoltória consiste em passar o sinal modulado xc ( t ) por um dispositivo não-linear, seguido de uma filtragem passa-baixa para eliminar as altas frequências. A não-linearidade pode ser produzida por diodo, enquanto que o filtro pode ser construído utilizando um resistor e um capacitor, como ilustrado na Figura 2

t t a) RC << (^) f^1 b) RC >> (^) W^1 c

= Tc

Tc

Fig. 4 a) Descarregamento C quando RC << 1 / fc , b) Descarregamento C quando RC << 1 / W

Assim, para se ter uma boa demodulação do sinal transmitido, deve-se utilizar uma constante de tempo RC que satisfaça a desigualdade

fc RC W

2.1 Detector de Média

Considere o esquema da Figura 5.

Onda AM x (t)c R x (t)s (^) Baixas^ FiltroPassa Sinal Demodulado + Nível DC

Fig. 5 – Detector de Média

O sinal xs ( t )é o sinal modulado xc ( t ) retificado como em um retificador de meia onda (diodo). Note que xs ( t )pode ser representado como sendo o produto de xc ( t )e um trem de pulsos s ( t )de amplitude unitária e período Tc = 1 / fc , como mostrado na Figura 6.

t

xc(t )

t

1

s(t)^ t

xs(t )

Fig. 6 – Detector Síncrono

Como s ( t )é uma onda quadrada com amplitude igual a um, nível DC igual a 1/2 e período igual a Tc , então sua representação em série de Fourrier é dada por

s ( t )= 21 +π^2 cos(ω ct )− 32 πcos( 3 ω ct )+ 52 πcos( 5 ω ct )− ... (2)

Portanto,

x s ( t )= xc ( t ) s ( t )= A ( t )cos( ω ct ) s ( t ) (3)

onde A ( t )= Ac [ 1 + mx ( t )]. Substituindo-se (2) em (3) obtém-se

x s ( t )= π^1 A ( t )+ A 2 ( t^ )cos(ω ct )+^23 A π( t^ )cos( 2 ω ct )−^215 A (π t^ )cos( 4 ω ct )+^235 A (π t^ )cos( 6 ω ct )− ... (4)

Como se pode notar, o espectro do sinal xs ( t )contém como uma das componentes o sinal x ( t )em torno

da origem (vide Figura 7). Supondo fc > W , pode-se recuperar o sinal x ( t )usando-se um filtro passa-

baixa (FPB) com frequência de corte maior que W e menor que fc − W.

fc f

coef. angular = kd

Voltagem de saída

Frequênciade entrada

Limitadorde Amplitude FPB^

Detectorde Envoltória

Diferenciador d x (^) c ( ) t^ y (^) c ( ) t (^) dt d yc ( ) t y (^) d ( ) t dt

a)

b)

Fig. 8. Discriminador FM Ideal com Limitador de Amplitude

3.1. Detector por Inclinação

O demodulador por inclinação utiliza um circuito sintonizado cuja frequência f 0 de ressonância não coincide com a frequência fc de portadora FM. A função de transferência dentro da faixa H( f ) deste circuito deve variar linearmente com a frequência, pelo menos de forma aproximada, dentro da faixa de frequências ocupadas pelo sinal FM. O esquema do detector por inclinação e a função de transferência H( f ) são mostrados na Figura 9.

Limitador H(f) Detector deEnvoltória

fc f 0 f

H(f)

x (t)c y (t)d

Região Linear

Fig. 9 - Demodulador por Inclinação e Função de Transferência H( f ) do Circuito Diferenciador

A saída yd ( t ) é proporcional à frequência instantânea do sinal FM, ou seja, ela é proporcional a x ( t ). O circuito que realiza a função de transferência H ( f ) é ilustrado na Figura 10. Note que a frequência

de ressonância f 0 é igual a 1 2 π LC e que fc deve estar centrada em uma das duas regiões lineares de

H ( f ), isto é, na região linear acima ou abaixo de f 0.

x (t)c

0.1 μF

0.1 μF

L C

y (t)d

+Vcc

R 1 Rc

R 2 RE

Fig. 10 - Circuito Sintonizado do demodulador FM por inclinação

Parte Prática

Demodulação AM

1. Ajuste o gerador de funções Agilent 33220A para que em sua saída haja uma onda senoidal (portadora) com amplitude Ac igual a 1 Vpp e frequência fc = 1 MHz. Ajuste, em seguida, o sinal modulante (informação) para uma frequência fm = 2 kHz e índice de modulação igual a 50%. Use a própria modulação interna do gerador. a. Usando o módulo EDLAB 2950C, monte um detector de envoltória, utilizando um diodo de germânio, os resistores de 100 kΩ e 4,7 kΩ em paralelo e o capacitor C de 5 nF. Injete o sinal modulado no detector e visualize sua saída no osciloscópio. Veja se a onda

2. Utilizando o analisador de espectro, sintonize a faixa de frequência das estações de FM comerciais. Use a antena (varal) do laboratório. Escolha a emissora mais potente e determine a sua faixa de frequência. Estime o desvio de frequência utilizado por esta estação.
3. Utilize o gerador de funções Agilent 33220A para gerar um sinal FM com frequência de portadora de 445 KHz , desvio de frequência de D = 10 kHz, Vpp = 10 V e modulação externa. Use o amplificador de áudio com microfone como sinal modulante. Conecte a saída do gerador de funções no “varal” e use o demodulador FM do item 1 com a saída conectada na caixa de som para realizar a demodulação do sinal.

Relatório: Analise os resultados obtidos, compare com a teoria e comente.