LA MODULAZIONE DI AMPIEZZA

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1 MODULATORI E DEMODULATORI AM LA MODULAZIONE DI AMPIEZZA Sadio odulaore Anenna Oscillaore quarzao Porane Aplificaore AF Modulaore AM Sadio aplificaore Segnale AM Messaggio Trasduore di rasissione Modulane Aplificaore BF MODULATORE DI OLLETTORE Figura 1- Schea generale di un odulaore Si realizzi un aplificaore in classe opporunaene polarizzao dal gruppo di base R B B e avene, coe segnale di ingresso, l onda porane a frequenza f p. Sul circuio di colleore di queso aplificaore, in serie alla baeria e al circuio accordao di uscia, è collegao il generaore di odulazione ediane un seplice accoppiaeno a rasforaore. La ensione prodoa dal circuio odulane, a frequenza f, agisce perciò odificando l alienazione di colleore che fluua aorno al valore di baeria E c al rio ipresso dal segnale odulane. La figura a fianco osra la variazione della ensione V E al variare del epo. Poiché in un aplificaore in classe la correne di colleore è proporzionale alla ensione di baeria, la variazione iposa dal generaore di odulazione produce una correne di colleore di valore variabile. Grazie al legae pressoché lineare fra le due grandezze, la coponene fondaenale della correne di colleore, e quindi la ensione di uscia, varieranno in conforià col segnale odulane. È significaivo noare coe i vari eleeni collocai in serie sul circuio di colleore non inerferiscano fra loro. Infai il segnale odulane, che scaurisce dal secondario del rasforaore, ignora il circuio accordao di uscia, che gli appare coe un coro circuio. Analogaene il segnale odulao che si rirova ai capi del circuio accordao, a frequenza olo aggiore di f, non risene del circuio odulane perché viene corocircuiao dal condensaore. ANALISI DELLA MODULAZIONE A riposo la ensione di alienazione Ec. è fornia dalla baeria. In presenza di segnale odulane, v = V sen ω, quesi, soandosi alla ensione di baeria, fornisce un alienazione fluuane daa da: v = E c + V cioè: v =Ec + V senω La ensione V rappresena l apiezza della variazione della ensione di colleore e può assuere un valore: 0 V E c.. Il liie superiore di V si riferisce ad una profondià di odulazione del 100%. Il rapporo V /E c è quindi corrispondene all indice di odulazione: = V /E c. Per queso, sosiuendo nella (3.11) si oiene: V = + v Ec 1 sen ω Ec cioè: v = E ( 1 + senω ) c Poiché abbiao verificao che la correne di colleore di un aplificaore in classe èproporzionale alla ensione di alienazione, ed essendo quesa variabile per la presenza del segnale odulane secondo la forula (3.1), anche la coponene edia dell ipulso di correne di colleore risulerà variabile secondo una funzione analoga e diverrà: 1 Modulaore di colleore

2 i O = I 1 O ( + senω ) avendo indicao con I co la coponene coninua in assenza di odulazione. MODULATORE HEISING Un alro sisea per oenere odulazione da un aplificaore in classe è quello di agire sulla ensione di alienazione ediane un segnale odulane applicao in parallelo alla baeria sessa. on riferieno alla figura seguene, si abbia un aplificaore in classe, piloao in ingresso dalla ensione di porane, e provviso in uscia del circuio accordao. La baeria di alienazione, a ensione E c, e la ensione di odulazione V, sono collegae enrabe al circuio di colleore. Ad eviare che il segnale odulane V si rovi chiuso in coro circuio sulla baeria è necessario collocare, in serie ad essa, una bobina di sbarraeno L 1, avene reaanza olo elevaa. Per lo sesso oivo, ad eviare che il segnale di uscia vada ad inerferire col circuio odulaore occorre disporre, fra i due, una bobina L la cui reaanza sia rascurabile alla frequenza di odulazione f, a olo ala alla frequenza di porane f p. Il odulaore illusrao, denoinao odulaore Heising, lavora a rendieno olo basso e non ha più praico ipiego, sosiuio orai dagli alri ipi di odulaori in classe a più elevaa efficienza. MODULATORE AD ANELLO (BLDPS) E un ipo paricolare di odulaore, anch esso in grado di fornire in uscia le sole bande laerali. Per la sua seplicià cosiuiva rova largo ipiego nei sisei di elefonia in ala frequenza. È forao da quaro diodi collegai ad anello, in serie concorde, e forani un quadrilaero. Su una diagonale è applicao il segnale odulane, raie un rasforaore con secondario a presa cenrale; sull alra diagonale, in posizione perfeaene sierica, è connesso il rasforaore di uscia, con priario a presa cenrale. La porane è applicaa fra i puni cenrali H e K degli avvolgieni dei due rasforaori. In assenza di segnale odulane la ensione fornia dalla porane agisce polarizzando i diodi dell anello. Più precisaene, in presenza della seionda posiiva, col + in M, la correne fluirà da H a K secondo due vie in parallelo, l una da A verso, l alra da B verso D, polarizzando direaene i diodi 1 e 3, inversaene i diodi e 4. onsiderando i diodi coe ideali, il rasforaore di ingresso si roverà connesso direaene a quello di uscia, con A collegao a e B collegao a li In ale siuazione, applicando in ingresso il segnale odulane v, quesi si presenerà inalerao in uscia. Quando la porane si invere, durane la seionda negaiva, con il + in N, la correne da essa fornia dovrà percorrere il rao da K fino ad H ancora secondo due vie in parallelo, una da verso B e l alra da D verso A, polarizzando direaene i diodi e 4, inversaene i diodi 1 e 3. Il rasforaore di ingresso si roverà ora connesso ancora con quello di uscia, a a collegaeno inverio rispeo al precedene, con A collegao a O e con B collegao a. Perciò il segnale odulane v applicao in ingresso si riroverà ancora in uscia, a rovesciao di fase.

3 In sosanza la ensione di porane agisce da couaore scabiando, al rio iposo dalla frequenza f p le polarià dei collegaeni in uscia che risuleranno riicaene inverii. Il risulao di queso odo di funzionaeno è che la ensione odulane applicaa in ingresso, a frequenza f << f p, verrà frazionaa e rovesciaa riicaene di fase, alla frequenza iposa dalla porane, fornendo in uscia una ensione che coniene, coe inviluppo incrociao, il segnale di odulazione. La porane invece risula eliinaa, perché si elide al priario del rasforaore di uscia agendo sulle due sezioni in senso opposo. MODULATORE A SPOSTAMENTO DI FASE (BLU) Il circuio è cosiuio da due odulaori eleenari M 1 e M, piloai dalla sessa porane e dalla sessa odulane. Uno dei due odulaori però, M nella figura, riceve le ensioni, sia di porane che di odulane, sposae di 90 in riardo rispeo all alro, raie due eleeni sfasaori. Le onde odulae, in uscia rispeivaene a M 1 e M, vengono soae poi nell eleeno A. Si diosra che l uscia del soaore A coniene una sola banda laerale. Per rendercene cono si può procedere graficaene racciando in un diagraa veoriale le due porani P 1 e P, la seconda sfasaa di 90 in riardo sulla pria. Ad ognuna di esse sono associae le coponeni laerali dovue alla odulazione, sincrone e roani in senso inverso, la coponene D roane in senso orario, la coponene S roane in senso aniorario. Supponiao di considerare l isane in cui D 1 e S 1 sono perfeaene allineae a P 1. Allo sesso isane le coponeni laerali del secondo odulaore, per effeo del circuio sfasaore, non poranno risulare allineae alla loro porane P, a saranno sposae in riardo di 90. Più precisaene D, avene roazione oraria, sarà arrerao di 90, quindi si disporrà orienao verso l alo, S, avene roazione anioraria, sarà anch esso arrerao di 90 e si disporrà orienao verso il basso. Nell eleeno addizionaore si effeua la sovrapposizione dei veori oenendone una risulane che rappresena il segnale di uscia. Si noa iediaaene che le coponeni S vengono annullae, perché in opposizione, enre le coponeni D si soano, perché in fase, dando luogo ad una banda laerale unica coplessiva D = D. In un isane successivo ue le coponeni laerali, che sono sincrone, si saranno sposae nella direzione loro assegnaa dello sesso angolo. E si verifica facilene che le coponeni S riangono fra loro in opposizione enre le coponeni D riangono in fase. iò vale ovviaene per un isane qualsiasi e riane cosi diosrao coe un odulaore di queso ipo preseni in uscia una sola banda laerale. Uilizzando per M 1 e M odulaori bilanciai, che coe è noo presenano in uscia le sole coponeni laerali, in uscia al circuio si oiene una sola banda laerale priva alresì della porane. Il odulaore a sfasaeno, che è sao esposo, coniene in uscia la banda laerale inferiore, a frequenza f p, - f. on lo sesso sisea si può oenere la banda laerale superiore, uilizzando un eleeno soraore anziché addizionaore. L analisi del funzionaeno del odulaore a sposaeno di fase si può condurre anche ediane raazione analiica. on riferieno al solo erine conenene la odulazione, e enendo presene che: v = V 1 p ( + senω ) senω p 3

4 per il odulaore M 1 il erine di odulazione ha espressione del ipo: [ cos( ω ω ) ( ω ω ) ] k v = ksenω senωp= p cos p+ 1 k avendo indicao con k una conveniene cosane oliplicaiva. Per il odulaore M, che ha segnali di porane e di odulane sfasai di 90, l espressione del erine di odulazione è: v [ cos( ω ω ) + ( ω ω ) ] k = k cosω cosωp= p cos p + k Nell eleeno soaore A, la sovrapposizione dei due segnali eleenari odulai produce un segnale coplessivo: v= v + v = k cos( ω ) p ω iò confera che in uscia vi è la presenza della sola banda laerale inferiore. 1 DEMODULAZIONE AM Il processo inverso della odulazione è deo deodulazione ed i disposiivi che la auano sono dei rivelaori o deodulaori. Lo schea di principio della deodulazione è osrao nella figura seguene: f() f() IN Segnale AM Filraggio Porane OUT Segnale odulane Dal puno di visa sperale, il processo di deodulazione consise nel riporare in banda base il segnale odulane che a causa della odulazione era sao rasferio ad un alra frequenza banda raslaa ; la figura seguene chiarisce quano deo. A Processo di odulazione fin fax fp-fax fp-fin fp+fin fp+fax fp f Processo di deodulazione Esisono due ipologie di rivelaori: a) i rivelaori passivi (a diodi) b) I rivelaori aivi (a ransisors) RIVELATORE AM A DIODO Alrieni chiaai rivelaori di inviluppo, sono dei seplici circuii a coponeni passivi. Un circuio ideale di deodulazione è coposo da: Un circuio accordao L Un diodo rivelaore 4

5 Un condensaore Una resisenza in parallelo al condensaore (in genere una cuffia ad ala ipedenza) La figura seguene osra ale ipo di deodulaore: IN D OUT + Segnale AM L V Rr r - ircuio accordao sulla freq. porane Gruppo di rivelazione Durane i picchi posiivi del segnale odulao AM in ingresso, il diodo D si pora in conduzione ed il condensaore si scarica olo rapidaene poiché la resisenza del diodo in conduzione è di pochi oh. Tra due picchi successivi, il diodo è inerdeo ed il condensaore si scarica sulla resisenza R finché il successivo picco posiivo del segnale di ingresso non lo ricarica. È di fondaenale iporanza il diensionaeno della cosane di epo τ = R. Infai se è roppo grande, il condensaore si scarica lenaene e non segue l andaeno del segnale odulao; viceversa se è roppo piccolo il condensaore si scarica roppo veloceene e non segue l inviluppo del segnale. D f() V Vin R V Vp Un valore oiale della cosane di epo è dao dalla seguene espressione: 1 R π f Max. Da quesa relazione si osserva che se 1 risula ipossibile realizzare il filro R. I rivelaori a diodi richiedono sepre uno sadio di aplificazione finale per copensare l aenuazione del livello del segnale durane la rivelazione araverso i circuii passivi. Per ovviare a ale inconveniene si uilizzano circuii a BJT oppure a FET. RIVELATORE AM A DIODO DI GALENA Un ipico riceviore AM uilizzao già agli inizi del secolo scorso (190) ed anche durane la seconda guerra ondiale, è quello denoinao a Galena. Lo schea di principio è il seguene: Il sinonizzaore può consisere di un seplice induore a scorrieno che risuona con l'anenna, e che si copora quindi anche da condensaore, forando così un circuio risonane parallelo. Un rivelaore successivaene esrae l'inforazione uile (segnale sonoro) dall'onda porane (segnale ricevuo). Il rivelaore consise in un crisallo di galena (solfuro di piobo PbS), poso in un apposio ubeo di vero; un piccolo filo eallico erinane a puna viene poso a conao col crisallo (baffo di gao), cosiuendo così un diodo. Alcuni crisalli (coe appuno il solfuro di piobo) presenano ale proprieà; il verso del diodo così cosiuio però non è fissao e inolre è necessario periodicaene sposare il puno di conao perché il crisallo perde la 5

6 conduzione. In genere si pone il crisallo coe anodo ed il baffo di gao coe caodo. opleano il riceviore le cuffie, che devono essere ad ala ipedenza, che cosiuiscono in qualche odo l'inerfaccia con cui l'orecchio uano può percepire finalene il suono. Tali cuffie possono essere del ipo agneico (elefonico), con ipedenza di circa 000 oh, oppure di ipo piezoelerico (auricolare a crisallo). RIVELATORI AM ATTIVI La figura seguene, illusra un esepio di seplice rivelaore aivo che uilizza un BJT coe aplificaore. Il circuio rappresena un aplificaore in classe B; cioè, la correne alernaa che scorre nel circuio di colleore viene riprodoa solaene nella seionda posiiva; il circuio d ingresso è cosiuio dal parallelo L ed è accordao alla frequenza della porane in ricezione in odo da eliinare ue le frequenze non desiderae. Segnale AM odulao ircuio accordao alla frequenza porane È ovvio che ale circuio è puraene ideale, poiché per sinonizzarsi su diverse sazioni, occorrerebbe sosiuire ogni vola il circuio di accordo. La soluzione per ovviare a ale inconveniene sarà affronaa con il riceviore di ipo eerodina. R R1 Re Rc e +Vcc Volue c Segnale deodulao 6