Demodulador PWM UFRN

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LABORATÓRIO DE COMUNICAÇÕES II 
ENGENHARIA ELÉTRICA 
RELATÓRIO DEMODULADOR PWM 
 
ALUNOS: 
Bárbara Silva de Souza MAT.: 2012939717 
Luis Philipe Antonio de Morais MAT.: 2011048900 
 
INTRODUÇÃO 
Para a segunda unidade do laboratório de comunicações II foi proposto projetar e 
implementar um demodulador PWM para recuperar o sinal modulante utilizado na prática do 
PWM. A demodulação do sinal PWM pode ser realizada de duas formas: 
1 – Circuito detector de envoltória com um filtro passa-baixa. Neste processo há uma 
interferência das bandas laterais, causando interferência que só poderá ser eliminada 
aumentando a largura de banda. 
2- Demodulação indireta. Neste processo consiste em converter um sinal PWM em PAM, 
e posteriormente realizar uma amostragem com retenção e filtragem passa-baixa. Este processo 
não necessita aumento de banda, assim sendo mais viável de ser realizado. Este será o método 
utilizado para implementar o demodulador PWM do projeto. 
 O diagrama de blocos abaixo, figura1, indica quais os principais componentes que 
constituem o demodulador PWM. Cada bloco será explicado individualmente, ao longo deste 
relatório, mostrando como foram projetados os sinais teóricos esperados e o resultado obtido 
em laboratório. 
 
 
Figura 1- diagrama de blocos demodulador PWM 
GERADOR DE RAMPA 
 Para implementar o gerador de rampa foi utilizado o mesmo método utilizado para gerar 
o PWM, figura 2. O circuito integrador em paralelo com um diodo com frequência de corte 
ajustada em 3.4KHz, gerando assim diversas ondas dente de serra. 
 
Figura 2- circuito integrador 
 
Para projetar os componentes do circuito integrador utilizamos a seguinte formula: 
𝑓𝑐 =
1
2 ∗ 𝜋 ∗ 𝑅 ∗ 𝐶
 
Definimos o valor de fc em 3.4KHz e o capacitor em 1nF, assim encontramos R = 47KΩ. 
Na saída do integrador encontramos a rampa da figura 3. 
 
Figura 3-Saída circuito integrador 
MONO-ESTÁVEL COM RETARDO 
 Para realizar o circuito mono-estável com retardo, figura 4, utilizamos o mesmo método 
aplicado para o modulador PPM. Usamos um CI SN74121, que é capaz de gerar um pulso de 
largura desejada quando detecta a borda de descida de um sinal. Este CI disponibiliza duas saídas 
onde uma das saídas apresenta o inverso da outra saída. O SN74121 foi ajustado de modo que 
a sua saída inversora apresentasse pulsos sincronizados com a borda de descida da rampa 
gerada no circuito anterior. 
 
Figura 4- Mono-estável com retardo 
De acordo com o datasheet do CI, o período de duração do pulso é definido pela 
seguinte formula: 
𝑇 = 0.7 ∗ 𝐶1 ∗ 𝑅1 
Para esta implementação definimos um capacitor C1 de 1nF, e com um potenciômetro 
ajustamos o pulso para a largura desejada. De modo que obtivemos a seguinte forma de onda 
da figura 5 na saída. 
 
Figura 5 - Saída do circuito mono-estável com retardo 
Ao compor os sinais da rampa e do mono-estável com retardo na mesma tela do 
osciloscópio, figura 6, podemos constatar que os pulsos gerados pelo 74121 estava devidamente 
ajustado. 
 
Figura 6- composição da rampa com os pulsos 
SOMADOR 
O circuito requer a implementação de um somador, para somar os pulsos com a rampa. 
Para implementar este bloco utilizamos um amplificador somador não-inversor, uma vez que ao 
utilizar um somador resistivo o sinal somado apresentava baixa amplitude para passar pelo 
ceifador, assim decidimos implementar um somador amplificador. Para este bloco, utilizamos 
um AmpOP LF356. 
 
Figura 7- amplificador somador não-inversor 
Vo é determinado pela seguinte formula: 
 
Assim, como tínhamos dois sinais a serem somados, então utilizamos os seguintes 
valores para R1, R2, R e Rf. 
R = Rf = 100KΩ; R1 = 22KΩ; R2 = 330Ω 
Na saída do circuito somador obtivemos o sinal da figura 8 e figura 9, a soma da rampa 
com os pulsos. 
 
Figura 8 - Saída do somador 
 
Figura 9-Saída do somador 
 
CEIFADOR 
O circuito do ceifador é o mais simples componente de todo o projeto, figura 10. Para 
implementa-lo é necessário apenas dois diodos em série e um resistor conectado ao terra do 
circuito. 
 
Figura 10 - Circuito Ceifador 
Utilizamos dois diodos 1N4148 para obter uma queda de tensão de aproximadamente 
1.4 V e um resistor de 47KΩ. O ceifador irá permitir a passagem apenas de sinais com amplitude 
superior a 1.4 V, eliminando todos os outros sinais inferiores a este valor. 
Na saída do ceifador encontramos a forma de onda presente na figura 11. 
 
 
Figura 11- Saída ceifador 
 
AMOSTRADOR COM RETENÇÂO 
O bloco do amostrador com retenção é necessário implementar para que possamos 
reconstruir o sinal modulante, este bloco irá reconstruir o sinal de entrada do modulador PWM. 
Para implementa-lo optamos por utilizar um CI LF 398, este circuito integrado realiza o processo 
de amostragem num único CI, bastando apenas configura-lo, figura 12, de acordo com o seu 
datasheet. 
 
Figura 12- Configuração Sample and Hold 
De acordo com o datasheet, o capacitor Ch é quem define o tamanho degrau de aquisição, 
sendo o capacitor inversamente proporcional ao tempo de aquisição. O fabricante fornece a 
curva da figura 12, que relaciona os valores de capacitância com o tempo de aquisição. 
 
Figura 13- capacitancia x tempo 
Com base nesta tabela escolhemos o valor de 1nF para o capacitor de aquisição. 
O CI necessita também de um sinal lógico que varie de 0 a + Vcc para servir como sinal 
lógico de aquisição, assim para esse sinal utilizamos a o sinal gerado pelo mono-estável com 
retardo, uma vez que este sinal possui uma frequência 2x maior que o sinal modulante e possui 
uma variação de 0 para +3.6. 
Na saída do amostrador com retenção, figura 14, já podemos identificar um sinal bem 
próximo ao sinal modulante utilizado no PWM. Assim, após este passo necessitamos apenas de 
um filtro passa- baixa para recuperar nosso sinal. 
 
Figura 14 - Saída do amostrador com retenção 
FILTRO PASSA-BAIXA 
Este é o bloco final do demodulador PWM. Precisamos implementar um filtro para 
eliminar sinais indesejados que provocam ruído no sinal modulante. Assim implementamos um 
filtro passa-baixa com frequência central, fc, em 1KHz. O modelo do filtro escolhido foi um filtro 
passivo de segunda ordem com a configuração ilustrada na figura 15. 
𝑓𝑐 =
1
2 ∗ 𝜋 ∗ 𝑅 ∗ 𝐶
 
 
 
 
Figura 15- Filtro passa-baixa de terceira ordem 
Após implementar o filtro, utilizamos o sinal da saída do amostrador com retenção para 
alimentar o filtro e como saída temos o sinal modulante recuperado de 1KHz, como mostrado 
na figura 16. 
 
Figura 16 - Sínal modulante recuperado 
 
CONCLUSÃO 
Ao final de da implementação do demodulador PWM conseguimos recuperar o sinal 
modulante aplicado na entrada do modulador PWM. Embora o método utilizado necessita de 
um extenso circuito com vários CIs, a implementação de todo o demodulador é fácil e o sinal na 
saída apresenta qualidade. Assim, o método de demodulação indireta é a melhor forma de 
implementar um demodulador PWM.