MODULACIÓN FM

UNIVERSIDAD FERMÍN TORO VICERECTORADO ESCUELA DE TELECOMUNICACIONES SEDE CABUDARE

MODULACIÓN FM Participante: Kent González Asignatura: Electrónica de Comunicaciones Prof. Yonder Pérez

SAIA B

JULIO, 2017

LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES Esta revista se logró diseñar y realizar gracias a la participación de: 

Kent González

Electrónica de Comunicaciones Sección: SAIA B. Tutor: Yonder Pérez.

En esta revista se busca dejar de una manera resumida y más clara al lector el tema de la modulación fm, especialmente en la electrónica de comunicaciones.

Este ejemplar puede servir de apoyo para estudios en la Electrónica.

Sin más preámbulos esperamos que la labor aquí realizada sea de agrado para los lectores de ésta revista.

Derechos Reservados

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Modulación FM Es una técnica de modulación que permite transmitir información a través de una onda portadora variando su frecuencia. En aplicaciones analógicas, la frecuencia instantánea de la señal modulada es proporcional al valor instantáneo de la señal moduladora. Se puede enviar datos digitales por el desplazamiento de la onda de frecuencia entre un conjunto de valores discretos, modulación conocida como modulación por desplazamiento de frecuencia.

La modulación de frecuencia se usa comúnmente en las radiofrecuencias de muy alta frecuencia por la alta fidelidad de la radiodifusión de la música y el habla. El sonido de la televisión analógica también se difunde por medio de FM. Se utiliza un formulario de banda estrecha para comunicaciones de voz en la radio comercial y en las configuraciones de aficionados. El tipo que se usa en la radiodifusión FM generalmente se llama ampliaFM o W-FM (de la siglas en inglés "Wide-FM"). En la radio de dos vías, se utiliza la banda estrecha o N-FM (de la siglas en inglés "Narrow-FM") para ahorrar ancho de banda. Además, se utiliza para enviar señales al espacio.

La modulación de frecuencia también se utiliza en las frecuencias intermedias de la mayoría de los sistemas de vídeo analógico, incluyendo VHS, para registrar la luminancia (blanco y negro) de la señal de video. La modulación de frecuencia es el único método factible para la grabación de video y para reproducir la cinta magnética sin la distorsión extrema, como las señales de vídeo con una gran variedad de componentes de frecuencia, de unos pocos hercios a varios megahercios; también es demasiado amplia para trabajar con equalisers con la deuda al ruido electrónico debajo de -60 dB. La FM también mantiene la cinta en el nivel de saturación, y, por tanto, actúa como una forma de reducción de ruido del audio, y un simple corrector puede enmascarar variaciones en la salida de la reproducción, y la captura del efecto de FM elimina a través de impresión y preeco. Un piloto de tono continuo, si se añade a la señal (se hizo en V2000 o video 2000 y muchos formatos de alta banda) puede mantener el temblor mecánico bajo control y ayudar al tiempo de corrección

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ÍNDICE DE MODULACIÓN

Para una portadora modulada en frecuencia, el índice de modulación es directamente proporcional a la amplitud de la señal modulante e inversamente proporcional a su frecuencia y se muestra matemáticamente como: m= K1Vm

Ventajas de la Modulación de Frecuencia sobre la de Amplitud

Wm en donde K1 Vm = desviación de frecuencia (radian/segundo).

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La cantidad de bandas laterales depende del Índice de modulación (m ). Si m (en Hz) es igual a cero, no hay modulación. Si m es mayor que cero, la modulación ocurre tanto arriba como abajo de la frecuencia portadora P en intervalos iguales a la frecuencia moduladora M. Las bandas laterales pueden tener una amplitud positiva o negativa, dependiendo del valor de m. Cuando la amplitud es positiva, se dice que el componente está en fase. En el caso contrario, se dice que el componente está fuera de fase, y se representa gráficamente con las amplitudes hacia abajo.

Mayor calidad de reproducción como resultado de su casi inmunidad hacia las interferencias eléctrica. En consecuencia, es un sistema adecuado para la emisión de programas (música) de alta fidelidad.

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Necesitan una potencia de modulación mucho menor que las de amplitud.

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Las señales moduladas en frecuencia son mucho menos afectadas por los ruidos y señales externas.

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Aumento en el ancho de banda de las señales moduladas en frecuencia.

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Modulador de FM La modulación de una portadora sobre FM, aunque se puede realizar de varias formas, resulta un problema delicado debido a que se necesitan dos características contrapuestas: estabilidad de frecuencia y que la señal moduladora varíe la frecuencia.

Por ello, la solución simple de aplicar la señal moduladora a un oscilador controlado por tensión (VCO) no es satisfactoria.

Modulación del oscilador. En oscilador estable, controlado con un cristal piezoeléctrico, se añade un condensador variable con la señal moduladora (varactor).

Eso varía ligeramente la frecuencia del oscilador en función de la señal moduladora.

Como la excursión de frecuencia que se consigue no suele ser suficiente, se lleva la señal de salida del oscilador a multiplicadores de frecuencia para alcanzar la frecuencia de radiodifusión elegida.

Moduladores de fase. Un modulador de FM se puede modelar exactamente como un modulador de PM con un integrador a la entrada de la señal moduladora.

Modulador con PLL. Vuelve a ser el VCO, pero ahora su salida se compara con una frecuencia de referencia para obtener una señal de error, de modo que se tiene una realimentación negativa que minimiza dicho error. La señal de error se filtra para que sea insensible a las variaciones dentro del ancho de banda de la señal moduladora, puesto

que estas variaciones son las que modulan la salida del VCO. Este método se ha impuesto con la llegada de los PLL integrados ya que ha pasado de ser el más complejo y costoso a ser muy económico. Presenta otras ventajas, como es poder cambiar de frecuencia para pasar de un canal a otro y mantiene coherentes todas las frecuencias del sistema.

Demodulador de FM Discriminador reactivo. Se basa en llevar la señal de FM a una reactancia, normalmente bobinas acopladas, de forma que su impedancia varíe con la frecuencia. La señal de salida aparece, entonces, modulada en amplitud y se detecta con un detector de envolvente. Existían válvulas específicas para esta tarea, consistentes en un doble-diodotriodo. Los dos diodos forman el detector de envolvente y el triodo amplifica la señal, mejorando la relación señal/ruido.

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Detector con PLL (Phase Locked Loop). La señal del PLL proporciona la señal demodulada. Existen muchas variaciones según la aplicación, pero estos detectores suelen estar en circuitos integrados que, además, contienen los amplificadores de RF y frecuencia intermedia. Algunos son una radio de FM completa (TDA7000).

De igual manera que en AM ya a diferencia de lo que ocurre para FM con mf, por cada frecuencia moduladora aparecen dos frecuencias laterales, una inferior y otra superior, a cada lado de la frecuencia de la señal portadora y separadas en fm de la frecuencia de la portadora. Dado lo limitado del ancho de banda cuando mf, se la denomina FM de banda angosta, mientras que las señales de FM donde mf, se las denomina FM de banda ancha.

FM de banda angosta y FM de banda ancha Al examinar la curva obtenida por Schwartz, se aprecia que para altos valores de mf, la curva tiende a la asíntota horizontal, mientras que para valores bajos de mf tiende a la asíntota vertical. Un estudio matemático detallado indica que el ancho de banda necesario para transmitir una señal FM para la cual mf , depende principalmente de la frecuencia de la señal moduladora y es totalmente independiente de la desviación de frecuencia. Un análisis más completo demostraría que el ancho de banda necesario para transmitir una señal de FM, en la cual mf, es igual a dos veces la frecuencia de la señal moduladora.

BW = 2 fm para

Los espectros de frecuencia de AM y de FM de banda angosta, aunque pudieran parecer iguales, por medio del análisis de Fourier se demuestra que las relaciones de magnitud y fase en AM y FM son totalmente diferentes En FM de banda ancha se tiene la ventaja de tener menor ruido.

En FM el contenido de potencia de las señal portadora disminuye conforme aumenta mf, con lo que se logra poner la máxima potencia en donde está la información, es decir en las bandas laterales.

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Aplicaciones En la radiodifusión:por la alta fidelidad de la radiodifusión de la música y el habla (88 y 108 MHz) En la televisión, en la subportadora de sonido donde la información de sonido modula en frecuencia la subportadora de sonido.

En el sistema de televisión en color SECAM donde modula la información de color en FM. En los sistemas de vídeo analógicos, incluyendo VHS, para registrar la luminancia (blanco y negro) de la señal de video.

Cuando modulamos una onda portadora con la voz humana o con música, que son ambas señales de baja frecuencia, además de aparecer los múltiplos de las En las frecuencias de audio para sintetizar sonido.

Micrófonos inalámbricos: Debido a la mayor frecuencias de modulación también surgen insensibilidad ante las interferencias, los micrófonos combinaciones de estos múltiplos, por lo que, si sólo con inalámbricos han venido utilizando la modulación de los múltiplos el número de frecuencias era muy alto, frecuencia. ahora va a ser altísimo.

Navegación aérea. Sistemas como el DVOR (VOR Doppler), simulan una antena giratoria que, por efecto Doppler, modula en frecuencia la señal transmitida.

Espectro de F.M. En una modulación en frecuencia podemos observar cómo, la frecuencia de la portadora, aumenta o disminuye según el valor de la tensión de modulación Vbf. En este tipo de modulación tenemos, como en la modulación en amplitud, las frecuencias fp, de la portadora, fp+fm y fp-fm pero ahora además se van a unir otras frecuencias laterales como, por ejemplo, fp+2fm y fp-2fm, fp+3fm y fp-3fm y así hasta fp+nfm y fp-nfm, es decir, cualquier múltiplo de las frecuencias de modulación. Por lo tanto, el número de frecuencias laterales es muy grande, existiendo la suma y diferencia de todos los armónicos posibles. Al igual que en A.M. también podemos definir un índice de modulación. En este caso se denomina índice de modulación a la relación que existe entre las desviaciones máxima y mínima con respecto a la frecuencia de la portadora.

08 Discriminador diferencial para F.M. Otro tipo de circuito demodulador es el denominado "discriminador diferencial para FM". Su rendimiento es mucho mejor que el anterior. Está formado por dos demoduladores de FM, conectados en oposición. La tensión que vamos a obtener a la salida es igual a la diferencia de las dos tensiones de los circuitos oscilantes.

Como se muestra en la ilustración correspondiente, tenemos dos bobinados que, junto con los dos condensadores C1 y C2, forman dos circuitos oscilantes.

Las frecuencias de resonancia de los dos circuitos deben ser una menor y otra mayor que la frecuencia de la portadora. Las tensiones de los dos circuitos van a ser rectificadas por los dos diodos. Con la frecuencia de la portadora, fp, las tensiones de los dos circuitos oscilantes van a ser iguales. La tensión Vbf va a ser igual a la diferencia de ambas tensiones, como ya hemos dicho, por lo que, para la frecuencia de la portadora sin modular la tensión que vamos a obtener en la salida, va a ser igual a 0V. Si aumenta la frecuencia, tomando como referencia la de la portadora, va a aumentar la tensión en uno de los circuitos oscilantes, a la vez que disminuye en el otro.

Después de pasar por los rectificadores vamos a obtener a la salida una Vbf positiva, ya que la diferencia de ambas tensiones va a ser positiva. Por el contrario, si la frecuencia disminuye su valor respecto a la portadora van a invertirse todos los resultados y obtendremos a la salida una Vbf negativa. Por lo tanto, según como varíe el ritmo de la frecuencia que llega al circuito discriminador, así va a variar la tensión que vamos a obtener a la salida.

Este tipo de circuitos es mucho menos sensible a las perturbaciones externas que se hayan podido acoplar en la onda portadora. El inconveniente que puede surgir es conseguir el ajuste correcto de los dos circuitos oscilantes.

Detector de relación para F.M. La diferencia con el discriminador diferencial para FM es que lleva una red añadida formada por dos resistencias y un condensador que compensan las variaciones en amplitud, también se invierte uno de los diodos. Al igual que en el discriminador, en estos circuitos, cuando la frecuencia portadora varía al ritmo de la modulación provoca una variación de la tensión de salida, Vbf. Este circuito es muy poco sensible a las rápidas fluctuaciones de amplitud de la onda portadora que se producen por las perturbaciones externas. Debido a que cuando la amplitud de la portador aumenta rápidamente por los diodos circula más corriente continua y su resistencia diferecial va a disminuir, esto implica que el circuito oscilante LoCo disminuya su tensión. El condensador C3 también va a colaborar al no seguir su tensión variaciones rápidas. Con este tipo de circuitos hemos conseguido un demodulador muy poco sensible a las perturbaciones externas y que, además, no depende mucho del ajuste de los dos circuitos oscilantes, como le ocurría al discriminador diferencial.