Circuitos moduladores en alto nivel de AM completa.

La modulación en alto nivel puede realizarse con transistores bipolares, FET, LDMOS o válvulas al vacío. En una gran parte de los transmisores de AM continúa empleándose la tecnología de válvulas de vacío que, para potencias elevadas, con- tinúan siendo superiores a los dispositivos de estado sólido. Por ello, hemos prefe- rido utilizar primero un circuito típico con estos dispositivos, el de un amplificador final en clase C, modulado en placa, que se ilustra en la figura 5.7. Desde un punto de vista funcional, os principios son los mismos que si se tratara de dispositivos de estado sólido.

Refiriéndonos a la arquitectura general de los sistemas modulados en alto nivel, mostrada en la figura 5.6, el circuito de la parte superior corresponde al amplifica- dor final de RF y el de la parte inferior al amplificador final de la señal en banda base que, en la terminología habitual para estos sistemas, se designa como modula- dor.

El amplificador de RF recibe a la entrada la señal de la portadora generada por el oscilador y amplificada al nivel necesario para proporcionar la potencia de salida necesaria. El circuito de entrada a este amplificador es un circuito sintonizado for- mado por L2 y C2, resonante a la frecuencia de la portadora. El condensador CN es un condensador de neutralización, necesario para evitar la retroalimentación positi- va entre el circuito de placa (salida) y el de reja (entrada) y hacer que el amplifica- dor no entre en oscilación autosostenida.

Fig. 5.7. Amplicador clase C modulado en placa.

Siguiendo el circuito de placa hacia la derecha y hacia abajo, se tiene un choke de RF (RFC). Esta es una bobina que presenta una reactancia elevada a la señal de RF para que no pase a la fuente ni al circuito del modulador. Entre el choke de RF y el modulador se conecta un condensador a tierra, que ofrece baja reactancia a RF y elevada a la señal moduladora. Su función es la de extinguir cualquier señal a la frecuencia de RF que pudiera sobrevivir a la oposición de la bobina de choke y dejar pasar hacia la placa la señal moduladora. Siguiendo el circuito hacia abajo, se tiene el secundario del transformador de modulación, T1, en serie con la fuente de alimentación de placa EBB. El secundario del transformador actúa como una fuente de voltaje variable, en serie con el voltaje de c.c. de la fuente de alimentación, lo que da lugar a que el punto de funcionamiento de la válvula varíe de acuerdo a la señal moduladora. Esto causará que la amplitud de la portadora, a la salida del am- plificador varíe de la misma forma, realizando así la función de multiplicación requerida para la modulación de amplitud. La señal de salida de RF en la placa del tubo será una señal modulada en amplitud similar la de la figura 5.2.

La señal de RF en la placa no puede circular hacia el modulador ni la fuente y pasa, a través de un condensador que ofrece baja reactancia a RF, hacia la línea de

transmisión y la antena a través de un circuito pi que sirve como filtro y acoplador de impedancia. Un amplificador del tipo descrito antes se ilustra en la figura 5.8.

Fig. 5.8. Amplificador de potencia de un transmisor de AM.

Para potencias superiores a unos 10 kw continúan utilizándose válvulas de vacío en los amplificadores tanto de RF como moduladores cuando la modulación es en alto nivel. A potencias inferiores, la tecnología se basa actualmente en transistores de potencia, dispuestos en forma de módulos amplificadores conectados en paralelo. la filosofía de diseño es muy similar ya se trate de válvulas de vacío o de transisto- res.

En la figura 5.9 se ilustra el circuito de un transmisor simple de AM completa de estado sólido, modulado en bajo nivel. El excitador proporciona la potencia necesa- ria para el modulador. La modulación en este caso es en colector y el principio es el mismo que el descrito antes para el amplificador modulado. La señal en banda base se aplica mediante un transformador cuyo secundario se comporta como una fuente de voltaje en serie con el voltaje VCC de la fuente, haciendo que el punto de funcionamiento del transistor varíe de acuerdo a la señal moduladora. El modula- dor es, de hecho, un amplificador modulado y en este caso actúa como excitador de la etapa de potencia. Los diodos D1 y D2 forman una red para permitir que el exci- tador sea modulado en los picos positivos de modulación cuando el voltaje de co- lector excede el valor de VCC.

Fig. 5.9. Transmisor de AM de estado sólido.

Puesto que la señal modulada debe amplificarse linealmente, el amplificador de salida funciona en clase AB y se acopla a la salida mediante un transformador y un circuito de acoplamiento a la línea de transmisión y la antena. En la figura 5.10 se ilustra un amplificador de potencia de estado sólido para un transmisor de 1500 w.

Fig. 5.10. Amplificador de potencia de estado sólido de 1500 w. 5.2.8 Demodulación de AM completa

La demodulación o detección es el proceso inverso a la modulación, que se emplea en el receptor para recuperar la señal original en banda base. También es un proce- so no lineal. La demodulación de AM completa constituye uno de los casos parti- culares en que, si bien puede utilizarse un mezclador, este no es indispensable y

resulta más simple y económico utilizar un detector de envolvente, constituido por

un simple diodo. En este tipo de detector la entrada es la señal modulada de RF y no se requiere otra señal de un oscilador local. El circuito se ilustra en la figura 5.11.

Fig. 5.11. Detector de envolvente.

La señal de RF modulada se aplica a la entrada del detector o demodulador. Esta señal es senoidal, de amplitud variable de acuerdo a la señal de información. Si el circuito estuviera formado sólo por la resistencia y el diodo, sin el condensador, la señal de salida sería similar a la de un rectificador de media onda, si bien, de ampli- tud variable, en que la envolvente8 correspondería a la señal de información. El condensador actúa como filtro, lo mismo que en el rectificador de media onda. Se carga a través del diodo al voltaje de pico de la señal de entrada cuando ésta es positiva, con una constante de tiempo τ = RDC, en que RD es la resistencia del dio- do en conducción.

En los semiciclos negativos el diodo queda polarizado inversamente y se comporta como un circuito abierto. En esas condiciones, el condensador no tiene otra trayec- toria de descarga más que a través de la resistencia de carga R. Si R >> RD, la cons- tante de tiempo de descarga es mucho mayor que la de carga, de modo que el con- densador se cargará rápidamente en los semiciclos positivos y se descargará lenta- mente a través de R en los negativos. La señal en la resistencia es proporcional a la amplitud de la señal modulada, de modo que seguirá aproximadamente la forma de la envolvente con un cierto rizado que puede reducirse o eliminarse mediante fil- trado adicional9. Este proceso se muestra en la figura 5.12, si bien la gráfica es sólo ilustrativa y no está a escala, ya que no debe olvidarse que la frecuencia de la por-

8 _{Es importante tener en cuenta que la envolvente no es en sí una señal. Puede definirse como la linea imaginaria,}

continua que une los picos de la señal modulada.

tadora modulada es mucho mayor que la de la señal moduladora, por lo que el riza- do que aparece en la figura es exagerado.

Fig. 5.12. Demodulación de envolvente de AM.

Durante el ciclo de modulación, mientras el voltaje de entrada aumenta, el voltaje de carga del condensador sigue a aquél con bastante fidelidad. Sin embargo, duran- te la excursión descendente de la señal modulada, la descarga del condensador puede no ser suficientemente rápida, dependiendo de la constante de tiempo de descarga, lo que puede ocasionar un recorte de la señal en los picos negativos de ésta. Si la envolvente cae más rápidamente que la descarga del condensador, el diodo deja de conducir, ya que el voltaje en el condensador lo polariza inversamen- te. Si la relación entre la resistencia y la capacidad es pequeña, el voltaje en el con- densador puede seguir las reducciones rápidas de amplitud de la envolvente. Así, cuando el voltaje de una señal modulada se aplica al circuito, el voltaje del conden- sador es siempre casi igual al de la señal aplicada, de modo que es prácticamente igual en forma al de la envolvente y contiene una componente de c.c. además de la frecuencia de la señal moduladora10.

La resistencia R puede conectarse también en paralelo con el diodo, en lugar de con el condensador. Este se descargará entonces hacia la fuente de entrada a través de R. En los intervalos en que el diodo conduce, su resistencia, RD, es mucho me- nor que R y se mantienen así las constantes de tiempo de carga y descarga.