Implementación de Sistemas FM

Generación de señal FM

• Existen 2 modos de modulación de frecuencia (FM)

• WBFM ( FM en banda ancha) o Wideband.• NBFM ( FM en banda estrecha) o

Narrowband.

En general

• FM narrowband es equivalente en desempeño a los sistemas AM.

• FM wideband posee ventajas en términos de desempeño frente al ruido, por eso se utiliza en la radiodifusión FM (pues tiene un mejor rango dinámico y espectro de señal, el audio es mas nítido).

Wideband FM

• Para generar una señal FM wideband tenemos dos métodos:

• Directo • Indirecto o “Método de Armstrong”

– FM directa, indica que la portadora está modulada en el punto donde se genera, en el oscilador maestro (OM).

– FM indirecta, supone que el OM no modula, pero la modulación se aplica en alguna etapa siguiente.

Método directo

• Aquí se usa un oscilador controlado por voltaje (VCO)

• El VCO genera una señal oscilante cuya frecuencia cambia ante un valor de voltaje dado en la entrada.

• Existen dos formas de implementar un VCO: diodo varactor y modulador de reactancia.

• Un esquema en bloques del sistema de generación directa FM es:

• Este arreglo se usa debido a que ciertos VCOs (diseñados para desviación de frecuencia grande) no son muy estables en su frecuencia de portadora

• Por esta razón se une al VCO con una fuente de frecuencia estable como el oscilador de cristal

Diodo Varactor o Varicap

• Un diodo varactor es aquel que presenta una capacitancia variable como función del nivel de voltaje de polarización inverso.

• El modelo eléctrico del varactor es el siguiente:

• La capacitancia total es:

donde K es una constante de proporcionalidad• La frecuencia de resonancia del circuito tanque es:

• La frecuencia instantánea cuando m(t) no es cero es:

)(.)( tmkCCCtC ovo

Si expresamosY si el grado de cambio de capacitancia debido al voltaje m(t) es pequeño

Así aproximamos la frecuencia inst.

Modulador de reactancia

• El diodo varactor también es considerado un modulador de reactancia.

• La característica de este modulador es que es un amplificador cuya impedancia de entrada tiene una reactancia que varia en función de la amplitud del voltaje de entrada aplicado.

• Esta reactancia comúnmente es capacitiva.

Modulador Crosby

• El método más común de estabilización de frecuencia incluye un discriminador de fase.

• Un sistema de frecuencia regulada típico es el sistema Crosby de generación de FM directa

• El problema con el diodo o modulador de reactancia es su baja estabilidad de frecuencia. Es decir esta frecuencia puede desviarse de manera tal que pueda ser un problema para los transmisores.

• La FCC en USA mantiene controles estrictos en cuanto a la estabilidad en frecuencias de los transmisores RF.

• Una solución es usar osciladores de cristal (mas estables).• El problema es que estos osciladores no permiten largas

excursiones en frecuencia, debido a su alto Q (fc/BW_3dB). Esto impide el uso en sistemas wideband.

• Sin embargo existe un método que implica modular en banda estrecha mediante un oscilador de cristal y luego multiplicar la frecuencia hasta alcanzar RF.

• Para controlar la estabilidad se usa un circuito AFC. El sistema total se denomina Crosby.

Modulador Crosby

Método Indirecto

• Este método utiliza un modulador FM en banda estrecha (NBFM) para luego generar una señal FM en banda ancha (wideband FM).

• Llamado también método de Armstrong.

• Este método es similar al de Crosby pero con una pequeña degradación en términos de estabilidad de frecuencia.

Narrowband FM

• Recordamos la envolvente compleja:

• es un valor pequeño • Entonces aproximamos la envolvente mediante

una Serie de Taylor en la que usamos los dos primeros términos.

para |x| << 1

jceAtg )(

)(t radt 2.0|)(|

xex 1

• Si la señal modulada paso banda es

• Usando esta aproximación tenemos la expresión para la NBFM:

• Esta señal es parecida a una señal AM, con la diferencia de que el término de la banda lateral está desfasado 90º con el término de la portadora.

)(1)( tjAtg c

)sin()()cos()( twtAtwAts cccc

Término discreto de la portadora Término de la banda lateral

NBFM diagrama de bloques

)sin( twA cc

)(t

)cos( twA cc

Método de Armstrong

Con este método la WBFM puede ser generada a partir de una señal NBFM usando un multiplicador de frecuencia

Multiplicadores de frecuencia yPump Chain

Circuito FM

• Este utiliza un generador de señales MAX2606.• Otros utilizan el XR2206 (generador de funciones

monolítico)

FM Estereo

PRINCIPIO DE LA CODIFICACIÓN ESTEREOFÓNICA EN RADIO.-

Este principio se basa en crear una señal que será la suma de los dos canales D (derecho) e I

(izquierdo): D+I, y otra señal que será igual a la diferencia D-I. Para obtener la señal -I, aplicamos

el canal I a un circuito desfasador en 180º.

En un receptor mono será suficiente con recibir la señal suma D+I. En un receptor estéreo se

realizará la siguiente operación:(D + I) + (D - I) = 2D(D + I) - (D - I) = 2I

• Se recurre a una subportadora de 38 KHz que es modulada en amplitud por la señal I-D creándose dos bandas laterales con un margen entre 23 KHz y 53 KHz.

DECODIFICADORES ESTEREOFÓNICOS

Bandas RF donde se usa la modulacion FM

• Difusión no comercial 88MHz a 90MHz• Radiodifusión comercial desde 90Mhz

a 108MHz• Canales de servicio público 108MHz a

174MHz• Señales de audio para TV en VHF va

de 54MHz a 88MHz y 174 a 216MHz. En UHF de 470 a 806MHz

LIMITADORES

• Un limitador es un circuito no lineal con una característica de saturación a la salida.

• Son importantes en un detector FM ya que elimina variaciones de amplitud que se presentan en la señal.

• Define un valor máximo y un valor mínimo.

DISCRIMINADORES

• Es el nombre que reciben los detectores de señal FM.

• Se los denomina así, puesto que extrae la señal mensaje que ha sido modulada al variar la frecuencia de la portadora.

• Existen varios tipos– Conversión FM a AM– Detector Foster Seely– Detector de Cuadratura

Detector Slope

• Es un ejemplo del tipo de conversión FM-AM

Implementación

El desarrollo de los circuitos integrados hizo posible que el circuito de sincronización de fase (CSF o PLL) sea cada vez más popular comodemodulador de FM. El CSF ofrece muchas ventajas sobre los circuitos anteriormente comentados:

1. No requiere costosas inductancias o transformadores, eliminando la necesidad

de intrincados y prolongados ajustes de bobinas.

2. Su rendimiento es excelente, a bajo precio y con un mínimo de componentes externos.

3. Puede utilizarse en muchas otras aplicaciones de sistemas electrónicos.

La mayoría de las estaciones de radio transmiten en estéreo pero como algunos receptores no pueden reproducir el sonido estéreo la radiodifusión estéreo debe hacerse de manera especial para que sea compatible con los sistemas de recepción.