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: