TELECOMUNICAÇÕES 2 3 Demodulação: a Detecção por amplitude: Detetor de envoltória. AM b Detecção por freqüência: Demodulação de quadratura. FM c Detecção por fase: Demodulação por desvio de fase. Demodulador O demodulador é circuito eletrônico usado para recuperar o índice de informação em uma onda portadora, de um sinal de baixa frequência. O termo é usado geralmente em relação a rádio receptores, existem também outros tipos de demoduladores usados em muitos outros sistemas. O mais comum é o modem, que é uma contração dos termos modulador/demodulador. Demoduladores de AM e de FM No AM o sinal de baixa frequência codifica a informação na onda portadora, variando sua amplitude diretamente com sinal análogo para ser emitido. Há dois métodos usados para demodular os sinais do AM. Detetor de envoltória é o método mais simples da demodulação. Consiste em um dispositivo que permite que a corrente passe em apenas um sentido, isto é, um retificador. Este dispositivo pode ser constituído por um único diodo, ou, pode ser mais complexo. Muitas substâncias naturais exibem este comportamento de retificação, que foi a técnica mais adiantada de modulação e da demodulação usada em rádio receptores. Um cristal sintético era usado como diodo retificador simplificando o processo de modulação produzindo um receptor de AM com poucas peças. Detetor do produto que multiplica o sinal entrante pelo sinal de um oscilador local com a mesmas freqüência e fase que o portador do sinal entrante. Após sua filtragem, o sinal de audio original se resultará. Este método descodificará ambos AM e SSB, embora se a fase não puder ser determinada, uma instalação mais complexa será necessária. A modulação em freqüência ou FM é mais complexa. Mais vantajosa que o processo AM, como por exemplo, a imunidade a ruídos estáticos (característicos na recepção em AM), e muito maior fidelidade. Entretanto, é muito mais complexa a modulação e demodulação de uma onda de portadora em FM. Por esta razão o AM sobreviveu por diversas décadas.
Há diversos tipos comuns de demoduladores de FM: Detetor da quadratura. Discriminador. fase-locked loop. Além, a demodulação pode ser realizada usando a processador do sinal digital, uma técnica usada dentro rádio software-definido. Detetor da quadratura. Outro tipo de detector de FM muito utilizado é o detector de quadratura. Seu funcionamento é baseado na variação da fase em função da freqüência do sinal aplicado. O detector de quadratura recupera a informação contida em um sinal FM por meio das seguintes operações: (a) Converte as variações de freqüência em variações de fase, por meio de um filtro passafaixa, que atua como circuito de quadratura; (b) Converte as variações de fase em variações de amplitude, por meio de um circuito misturador, que atua como comparador de fase; (c) Filtra as variações de amplitude, removendo as componentes de rádio-freqüência, por meio de um filtro passa-baixa, restando apenas a informação. Foster-Seeley FM discriminator or FM detector O detector Foster Seeley ou como às vezes é descrito como discriminador Foster Seeley tem muitas semelhanças com o detector de relação. A topologia do circuito é muito parecido, com um transformador e um par de diodos, não há um terceiro enrolamento e sim um choke é usado. The Foster-Seeley discriminator / detector
Como o detector de razão, o circuito de Foster-Seeley opera com uma diferença de fase entre os sinais. Para obter os sinais de diferentes etapas, uma conexão é feita para o lado primário do transformador, usando um capacitor, e este é levado para o pino central do transformador. Isso dá um sinal de que é de 90 graus fora de fase. Quando uma portadora não-modulada é aplicada na freqüência central, ambos diodos conduzem, para produzir tensões iguais e opostas em suas respectivas resistências de carga. Estas tensões anulam umas às outras na saída de modo que nenhuma tensão. À medida que a transportadora se move para um lado, da frequência central a condição de equilíbrio é destruído, e um diodo conduz a mais que o outro. Isso resulta em uma tensão através dos resistores, sendo maior que o outro, e uma tensão resultante na saída correspondente à modulação do sinal de entrada. O choke é necessário no circuito para garantir que não aparecem sinais de RF na saída. Os capacitores C1 e C2 possam desempenhar uma função semelhante de filtragem.
Ambos os detectores de razão e Foster-Seeley são caros para fabricar. Componentes como enrolamentos de bobinas não são fáceis de produzir com a especificação exigida e, portanto, eles são relativamente caros. Assim estes circuitos são raramente utilizados em equipamentos modernos. Discriminador. (Transcrito http://www.letronet.com.br, com reserva de direitos autorais) Os circuitos de sintonização FM são semelhantes aos de AM, exceto pelos valores dos componentes. Entretanto a antena é uma haste metálica que capta o sinal da emissora e o envia para o circuito LC ressonante (no AM a antena é o próprio indutor do circuito LC). É comum o uso de um estágio amplificador RF, antes que o sinal seja enviado ao mixer. 15-7 adaptação da impedância de entrada (a) 300 Ohms para 75 Ohms (b) 75 Ohms para 300 Ohms Como a antena é externa torna-se necessário conhecer a impedância de entrada do receptor. Alguns são projetados para 75 Ohms e outros para 300 Ohms. Já as antenas ligadas por fiação twin (fita plástica com dois fios paralelos) têm 300 W, enquanto o cabo coaxial é de 75 W (na verdade estes são os valores comerciais mais encontrados, mas existem outros valores). As impedâncias da antena e do receptor devem estar casadas: twin com receptor 300 W e cabo coaxial com receptor 75 W. Se for necessário ligar uma antena twin com receptor 75 W é preciso intercalar entre eles um adaptador de impedância que transforme os 300 W da entrada em 75 W (figura 15-7a). Para alimentar um receptor FM de 300 W com o sinal de cabo coaxial intercala-se um adaptador de 75 W para 300 W (figura 15-7b).
15-8 conversão à FI-FM 10,7 MHz A conversão à FI também é semelhante ao AM, mas com a frequência intermediária de 10,7 MHz. O capacitor variável do sintonizador é mecanicamente acoplado ao capacitor variável do oscilador local, forçando este último a trabalhar 10,7 MHz acima da frequência central da portadora sintonizada (figura 15-8). Na saída do mixer temos 4 sinais: (1) sinal sintonizado, modulado FM com a frequência central da portadora da emissora (2) o sinal CW do oscilador local, que é a frequência central sintonizada mais 10,7 MHz (3) o sinal sintonizado mais o sinal do oscilador local (4) o sinal sintonizado menos o sinal do oscilador local, que é o sinal FI 10,7 MHz modulado FM. Apenas este último passa nos filtros do FI, levando consigo as mesmas informações do sinal sintonizado (desvios e frequência das sequências) mas agora com frequência central de 10,7 MHz. 15-9 curva de ganho FI-FM O estágio FI-FM é semelhante ao AM, com sub-estágios 1ª FI, 2ª FI, 3ª FI. Cada amplificador do sub-estágio é antecedido e seguido de filtros ressonantes em 10,7 MHz, com banda passante de aproximadamente 100 KHz (figura 15-9). As bobinas de FI-FM não têm a sequência de cores (amarela, branca, preta) padronizada para o AM.
15-10 demodulação FM A demodulação FM consiste no processo inverso da modulação, transformar os desvios de frequência (± 50 KHz em torno da portadora FI de 10,7 MHz) em amplitudes de sinal de áudio (de 20 Hz a 20 KHz), como ilustrado na figura 15-10. São dois os tipos de demoduladores usados em receptores de Rádio FM:o detector de relação e o discriminador. Este último precisa ser antecedido por um estágio limitador que limite a valor constante os picos de amplitude da FI; o detector de relação dispensa o limitador, economizando um estágio. 15-11 atuação do limitador 15-12 sinal com nível insuficiente no limitador O limitador corta os picos de amplitude do sinal FI, sem alterar sua frequência, passando para o discriminador o mesmo sinal FI mas com amplitude limitada a um teto (figura 15-11). Os picos de amplitude inferiores ao teto que aparecerem na entrada do limitador permanecerão em seus níveis, saindo para o discriminador um sinal de amplitude variável que distorcerá a demodulação (figura 15-12). 15-13 circuito limitador O circuito do limitador é semelhante a um sub-estágio FI (figura 15-13). Seu transistor é polarizado de tal forma que entra em saturação acima de certo nível dos picos na sua base. Os filtros LC são ressonantes em 10,7 MHz e com acoplamento ajustável entre o primário e secundário do transformador. O último sub-estágio FI é ligado ao circuito RC. Este mantém o nível médio do sinal, o qual participa da polarização na base do transistor limitador e representa seu ponto de
saturação. Quando a amplitude do sinal é maior que o nível médio não há aumento na amplificação, que fica limitada ao teto de saturação. 15-14 discriminador O circuito do discriminador é visto na figura 15-14. O sinal recebido do limitador é acoplado simultaneamente nos secundários L1C1 ressonante em 10,8 MHz, e L2C2 ressonante em 10,6 MHz. Nos desvios positivos (acima da frequência central 10,7 MHz) o secundário L1C1 tem maior corrente induzida que L2C2 (devido a sua ressonância em 10,8 MHz), fazendo D1 conduzir mais que D2. Nos desvios FM negativos (abaixo da frequência central 10,7 MHz) o secundário L2C2 tem maior corrente induzida que L1C1 (devido à sua ressonância em 10,6 MHz), fazendo D2 conduzir mais que D1. O sinal para o amplificador de áudio é retirado da tensão entre as saídas dos dois diodos (pontos A e B). fase-locked loop. (elo fechado por fase)
Como funciona o PLL? Na ausência de sinal de entrada Ve, a tensão Vc é zero e o VCO oscila na freqüência central fo. Com sinal de entrada Ve, e freqüência fe dentro da faixa de captura ou aquisição Fa, aparece uma tensão Vd na saída do detetor de fase, tal que a freqüência do VCO seja alterada até ser igual a freqüência do sinal de entrada, porém mantendo um erro ou diferença de fase constante e tal que gere um Vc que sustente esta nova freqüência do VCO. Por exemplo, se o detetor de fase for um ou-exclusivo, o erro de fase será 90 graus quando fe=fo (veja figura acima). Nesta condição estável, o PLL está sincronizado ou travado, as custas de uma diferença de fase dphi entre Ve e Vv, (donde o nome de Elo Travado em Fase), mantendo a freqüência fv do VCO exatamente igual a freqüência fe do sinal de entrada. Se fe variar dentro da faixa de sincronismo Fs, a freqüência do VCO acompanha fe. (obs.: para cada valor de fe dentro da faixa de sincronismo Fs existe um único valor de dphi ( e Vc), e constante. Como a freqüência é proporcional a derivada da fase e a derivada de uma constante é zero, a diferença entre fe e fv é zero e portanto as duas freqüências são exatamente iguais, não importando o valor do erro de fase, desde de que fique constante). Um exemplo típico de uso do PLL é demodular sinais em FM. O sinal FM é aplicado na entrada do PLL, com desvio de pico a pico dentro da faixa Fs. Se houver uma relação linear entre fv e Vc do VCO, então Vc terá uma componente alternada igual ao sinal modulante, pois Vc e fv do VCO irão acompanhar as variações de freqüência de entrada, desde que o filtro passa baixo esteja corretamente projetado.