CONSTRUÇÃO DE UM MODULADOR EM AMPLITUDE

Prévia do material em texto

REPÚBLICA DE ANGOLA 
INSTITUTO SUPERIOR POLITÉCNICO METROPOLITANO DE ANGOLA 
(IMETRO) 
 
 
FUNDAMENTOS DE TELECOMUNICAÇÕES I 
 
 
 
 CONSTRUÇÃO DE UM MODULADOR 
EM AMPLITUDE (AM) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DOCENTE: 
 
ERNESTO PACIÊNCIA GONGUELA 
------------------------------------------------------- 
 
 
LUANDA/2018 
1 
 
 
REPÚBLICA DE ANGOLA 
INSTITUTO SUPERIOR POLITÉCNICO METROPOLITANO DE ANGOLA 
(IMETRO) 
 
 
FUNDAMENTOS DE TELECOMUNICAÇÕES I 
 
 
 
 CONSTRUÇÃO DE UM MODULADOR EM 
AMPLITUDE (AM) 
 
 
 
 
 
 
TURMA: LEE3M 
SALA: 411 
PERIODO: MANHÃ 
DISCENTE: ARNALDO CÉSAR DE SÁ INÁCIO 
 
 
 
 
LUANDA/2018 
2 
 
 
 
ÍNDICE 
 
1. OBJECTIVO GERAL ........................................................................................................... 3 
2. OBJECTIVO ESPECIFICO .................................................................................................. 3 
3. INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 4 
4. CONSTRUÇÃO DE UM MODULADOR EM AMPLITUDE (AM) .................................. 5 
4.1. FUNDAMENTOS TÉORICOS .................................................................................... 5 
4.2. FUNDAMENTOS PRATICOS .................................................................................... 7 
4.2.1. ILUSTRAÇÕES DE UM SINAL MODULADO EM AMPLITUDE (AM) ........ 7 
5. CONCLUSÃO ...................................................................................................................... 9 
6. BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................. 10 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
1. OBJECTIVO GERAL 
 
O objectivo geral deste trabalho é ilustrar como pode ser feita a construção de um 
modulador em amplitude (AM). 
 
2. OBJECTIVO ESPECIFICO 
 
Este trabalho como objectivo específico informa, ou seja, dar noções básicas e 
praticas de como podemos fazer a construção de um modulador em amplitude (AM) e 
ter domínio da matéria sobre a modulação em amplitude (AM). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
3. INTRODUÇÃO 
 
Neste trabalho o elemento importante a ser considerado é a modulação em amplitude 
AM, que é utilizada para enviar sinais de mensagem através do canal de comunicação, 
pois esta tem influência direta no alcance e fidelidade do sinal, bem como nos custos 
para sua difusão. 
Entre os tipos de modulação analógica, a modulação em frequência (FM) tem 
superado, nas duas últimas décadas, em relação a modulação em amplitude (AM) no 
que se refere ao número de estações radiodifusoras e ouvintes devido a suas vantagens 
técnicas na reprodução dos sinais de mensagem. 
Entretanto, a modulação em amplitude ainda é largamente utilizada nos dias atuais, 
por exemplo, em radiodifusão e em comunicação de rádio VHF para aircrafts devido a 
vantagens que esta ainda possui sobre a modulação FM, como implementação mais 
barata, menor largura de banda e maior alcance do sinal. Sendo assim, o estudo do 
dimensionamento e implementação de sistemas de comunicação AM continua a ser um 
tópico importante em engenharia de telecomunicações, inclusive gerando trabalhos em 
áreas atuais, como fibras óticas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 
4. CONSTRUÇÃO DE UM MODULADOR EM 
AMPLITUDE (AM) 
 
4.1. FUNDAMENTOS TÉORICOS 
 
Em sistemas de telecomunicação, o termo “modulação” pode ser definido como “o 
processo pelo qual se modificam as características de uma onda de rádio ou elétrica, de 
forma que as alterações representem informações significativas para o ser humano ou 
para uma máquina”. 
 
Esse processo surgiu com o crescimento da demanda de canais de comunicação 
baseados em ondas de rádio ou elétricas, que trouxe consigo a necessidade de uma 
maior eficiência na emissão e recepção dos sinais de mensagem de modo que eles 
pudessem ser viabilizados comercialmenteem relação a fatores comoa multiplexação de 
sinais e dimensionamento das suas antenas. 
 
A modulação AM consiste na alteração da amplitude de uma onda de frequência 
elevada, chamada portadora, de acordo com a variação da amplitude do sinal de 
mensagem, cuja frequência está bem abaixo da faixa da portadora. 
 
Esse processo então ocasiona um deslocamento em frequência do espectro do sinal 
de mensagem, cuja informação é mantida na portadora modulada, possibilitado que ele 
seja mais facilmente transmitido pelo canal de comunicação. A figura 1 ilustra a idéia 
fundamental acerca da modulação AM, com o sinal modulador sendo uma senóide: 
 
 
Figura 1: Ilustração do processo de modulação AM. 
 
Nesse tipo de modulação AM, o sinal da portadora é simplesmente multiplicado pelo 
sinal modulador (mensagem), gerando o sinal modulado, que contém a informação do 
modulador em uma frequência mais elevada. Matematicamente, temos: 
 
 Vm(t) (sinal de mensagem) 
 Vp(t)=Acos(2πfpt) (sinal da portadora) 
 VAM(t)=AVm(t)cos(2πfpt) (sinal modulado) 
 
Através da análise de Fourier, tem-se que uma multiplicação de dois sinais no tempo 
equivale a uma convolução destes na frequência, o que resulta no deslocamento de 
espectro da mensagem (e, portanto, a modulação em si). 
 
6 
 
Um método para a multiplicação dos sinais de mensagem e portadora em um 
modulador AM consiste na utilização de um circuito a diodo, como mostrado na figura 
2: 
 
Figura 2: Circuito modulador AM síncrono a diodo 
 
Neste circuito os sinais nos nós A e B são somados através do nó em comum de suas 
resistências. Essa somapassa pelo diodo, que é um elemento exponencial (não-linear). 
Para amplitudes e diferenças de frequências suficientemente altas, podemos expandir a 
exponencial da corrente do diodo em série de Taylor e desprezar os elementos de ordem 
maior que 2, tendo então um termo de multiplicação dos sinais em A e B somado a 
termos lineares dos sinais. Após passar este sinal resultante pelo filtro passa-faixa dos 
nós C e D, os termos lineares são eliminados, obtendo-se assim o sinal modulado em 
amplitude desejado. 
 
Embora a abordagem descrita anteriormente seja a base para a modulação AM, ela 
apresenta limitações técnicas quanto à demodulação (recuperação) do sinal de 
mensagem original, pois seria necessário que os circuitos do modulador e demodulador 
estivessem em fase (sincronizados) para que fosse evitado o erro de fase do sinal de 
mensagem, ocasionando uma atenuação neste. Como nesse caso a portadora não 
aparece no espectro do sinal modulado, essa técnica de modulação é chamada AM/SC 
(supressed carrier, portadora suprimida). Uma técnica alternativa, chamada AM/WC 
(with carrier, com portadora), ou modulação assíncrona, elimina o problema de 
sincronismo ao se demodular o sinal através da detecção por envoltória. Esta técnica 
consiste em deslocar o valor absoluto da onda modulada de maneira que a informação 
nela contida esteja totalmente definida tanto acima quanto abaixo do eixo de sua 
magnitude, como ilustrado na figura 3: 
 
 
Figura 3: Exemplo de modulação AM/WC. 
 
 
 
 
7 
 
O diagrama de blocos para esta modulação está representado na figura abaixo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4: Diagrama de blocos da modulação AM/WC 
 
4.2. FUNDAMENTOS PRATICOS 
 
Exemplo de circuito modulador em amplitude (AM) esquematicamente: 
 
 
 
Nestecircuito a fonte de tensão V1 representou o sinal de mensagem (aqui adotado 
como um sinal senoidal simples), com amplitude de 5 V, e a tensão V2 representou a 
portadora com 10V de amplitude, , indutor de 1mH, um capacitor de 3,3nF, R4 e R5 
3,3KΩ cuja frequência de ressonância do filtro passa-faixa LC dada foi dada pela 
equação abaixo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.2.1. ILUSTRAÇÕES DE UM SINAL MODULADO EM AMPLITUDE (AM) 
 
 A figura 6 apresenta o resultado da simulação do circuito modulador original. É 
perceptível que o índice de modulação é igual a 1 (pois as amplitudes das tensões dos 
sinais eram iguais). Pode-se ver também que a atenuação sofrida pelo sinal é 
considerável, visto que o sinal original da portadora tinha 5Vrms (aproximadamente 
7,07V de amplitude), enquanto o sinal modulado no osciloscópio apresenta uma 
amplitude de pouco menos do que 400μV. Houve assim uma atenuação de 
aproximadamente 6,67V, ou -24,96 dB. 
A 
Vm(t) 
Vp(t)=cos(2πfpt) 
VAM(t)=(A+Vm(t))cos(2πfpt) 
 
)cos(2πfpt) 
8 
 
 
Figura 5: Resultado da simulação do modulador original. 
 
As figuras 6, 7 e 8 apresentam, respectivamente, o sinal do circuito modulador, 
testado em protoboard, no ponto de soma dos sinais (portadora e mensagem), no ponto 
logo após o diodo e no ponto após o filtro (sinal modulado). 
 
Figura 6: Sinal do modulador no ponto de soma. 
 
 
Figura 7: Sinal do modulador logo após o diodo. 
 
Figura 8: sinal modulado em protoboard. 
9 
 
5. CONCLUSÃO 
 
O trabalho aqui apresentado constituiu-se com o objectivo de mostrar as etapas para 
construção sistema de comunição em amplitude através da confecção de um modulador 
e nele foram descritas as fases para a sua criação, apresentei e foquei-me simplesmente 
nos princípios básicos de transmissão de informações através de modulação AM. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10 
 
6. BIBLIOGRAFIA 
 
AmplitudeModulation,AM. Disponível em: 
http://www.electronicsradio.com/articles/radio/modulation/amplitude_modulation/am.ph
p. Acessado em: 15 de junho de 2012. 
Modulação. Próteve Mídia Eletrônica Profissional. Disponível em: 
http://www.proteve.net/modulacao.html. 
OPPENHEIM, ALAN V. WILLSKY, ALAN S. Sinais e sistemas.Tradução Daniel 
Vieira. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2010, 2ª ed. 
VITORINO, JOSÉ.Circuito modulador AM síncrono a diodo.Disponível em: 
http://www.faccamp.br/apoio/JoseVitorino/princ_com/circuito_modulador_AM_sIncrono
_diodo.pdf.