- Com funciona l'amplitud modulada?
- Les transmissions de ràdio
- La recepció de senyals
- Sintonitzar la ràdio i escoltar la música
- exemple resolt
- solució
La amplitud modulada AM (amplitude modulation) és una tècnica de transmissió de senyals en la qual una ona electromagnètica sinusoïdal portadora de freqüència f c, encarregada de transmetre un missatge de freqüència f s << f c, varia (és a dir, modula) la seva amplitud d'acord a l'amplitud del senyal.
Les dues senyals viatgen com una sola, un senyal total (AM signal) que combina a ambdues: l'ona portadora (carrier signal) i l'ona (information signal) que conté el missatge, tal com es mostra en la següent figura:
Figura 1. Modulació d'amplitud. Font: Wikimedia Commons.
S'adverteix que la informació viatja continguda en la forma que envolta al senyal AM, que rep el nom de envoltant.
Mitjançant aquesta tècnica, un senyal pot transmetre per llargues distàncies, d'allí que aquest tipus de modulació sigui molt utilitzat per la ràdio comercial i la banda civil, tot i que el procediment es pot dur a terme amb qualsevol tipus de senyal.
Per obtenir la informació es necessita d'un receptor, en el qual s'efectua un procés anomenat desmodulació mitjançant un detector d'envolvent.
El detector d'envolupant no és altra que un circuit molt senzill, anomenat rectificador. El procediment és simple i econòmic, però en el procés de transmissió sempre ocorren pèrdues de potència.
Com funciona l'amplitud modulada?
Per transmetre el missatge al costat del senyal portadora no n'hi ha prou amb sumar simplement els dos senyals.
Es tracta d'un procés no lineal, en el qual la transmissió de la forma abans descrita s'aconsegueix a l'multiplicar el senyal de l'missatge pel senyal portadora, ambdues cosenoidales. I a el resultat d'això sumar el senyal portadora.
La forma matemàtica que resulta d'aquest procediment és un senyal variable en el temps E (t), la forma és:
On l'amplitud I c és l'amplitud del portador im és l'índex de modulació, donat per:
D'aquesta manera: I s = mE c
L'amplitud de l'missatge és petita en comparació amb l'amplitud de la portadora, per tant:
En cas contrari la envoltant del senyal AM no tindria la forma precisa de l'missatge a transmetre. L'equació per m es pot expressar com a percentatge de modulació:
Sabem que els senyals sinusoïdals i cosenoidales es caracteritzen per tenir certa freqüència i longitud d'ona.
Quan un senyal es modula, es trasllada la seva distribució de freqüència (espectre), la qual passa a ocupar una certa regió al voltant de la freqüència del senyal portadora f c (que no s'altera en absolut durant el procés de modulació), anomenada ample de banda.
A l'tractar-se d'ones electromagnètiques, la seva velocitat en el buit és la de la llum, que es relaciona amb la longitud d'ona i la freqüència mitjançant:
D'aquesta manera, la informació a transmetre provinent diguem, d'una estació de ràdio, viatja molt ràpidament fins als receptors.
Les transmissions de ràdio
L'estació de ràdio ha de transformar les paraules i la música, totes elles senyals de so, en un senyal elèctric de la mateixa freqüència, per exemple mitjançant micròfons.
Aquest senyal elèctric es diu senyal de freqüència auditiva FA, perquè es troba en el rang de 20 a 20.000 Hz, que és l'espectre audible (les freqüències que els humans senten).
Figura 2. Moltes estacions de ràdio transmeten en AM. Font: Pixabay.
Aquesta senyal ha de amplificar electrònicament. En els primers temps de la ràdio es feia amb tubs de buit, que posteriorment van ser substituïts pels transistors, molt més eficients.
Després el senyal amplificat es combina amb el senyal de freqüència radial FR mitjançant circuits moduladors d'AM, de manera que resulti en una freqüència específica per a cada estació de ràdio. Aquesta és la freqüència portadora f c esmentada més amunt.
Les freqüències portadores de les estacions de ràdio AM es troben entre 530 Hz i 1600 Hz, però les estacions que fan servir freqüència modulada o FM, tenen portadores de major freqüència: 88-108 MHz.
El pas següent és amplificar novament el senyal combinada i enviar-la a l'antena per poder ser emesa com una ona de ràdio. D'aquesta manera es pot propagar per l'espai fins a arribar als receptors.
La recepció de senyals
Un receptor de ràdio té una antena per captar les ones electromagnètiques provinents de l'estació.
Una antena consta d'un material conductor que al seu torn posseeix electrons lliures. El camp electromagnètic exerceix força sobre aquests electrons, que immediatament vibren a la mateixa freqüència de les ones, produint un corrent elèctric.
Una altra opció és que l'antena receptora contingui una bobina de filferro i el camp electromagnètic de les ones de ràdio indueixi a ella un corrent elèctric. En qualsevol dels casos, aquest corrent conté la informació que arriba de totes les estacions de ràdio que captades.
El que segueix ara és que el receptor de ràdio sigui capaç de distingir a cada estació de ràdio, és a dir, sintonitzar la qual es prefereixi.
Sintonitzar la ràdio i escoltar la música
Triar entre les diverses senyals s'aconsegueix mitjançant un circuit LC ressonant o oscil·lador LC. Aquest és un circuit molt simple que conté un inductor L i capacitor C variables posats en sèrie.
Per sintonitzar l'estació de ràdio, s'ajusten els valors de L i C, de manera que la freqüència ressonant de l'circuit coincideixi amb la freqüència del senyal a sintonitzar, que no és altra que la freqüència portadora de l'emissora de ràdio: f c.
Un cop sintonitzada l'emissora, entra en acció el circuit demodulador que esmentat a l'començament. És el que s'encarrega de desxifrar, per així dir-ho, el missatge emès per l'estació de ràdio. Ho aconsegueix separant el senyal portadora i el senyal de l'missatge, valent-se d'un díode, i un circuit RC anomenat filtre passa-baix.
Figura 3. A l'esquerra circuit oscil·lador LC. A la dreta un circuit demodulador. Font: F. Zapata.
El senyal ja separada passa de nou per un procés d'amplificació i d'allí va als altaveus o als audiòfons perquè puguem escoltar-la.
El procés està descrit aquí a grans trets, perquè en realitat hi ha més etapes i és bastant més complex. Però ens dóna una bona idea de com succeeix la modulació d'amplitud i com arriba a l'orella de l'receptor.
exemple resolt
Una ona portadora té amplitud E c = 2 V (RMS) i freqüència f c = 1.5 MHz. És modulada per un senyal de freqüència fs = 500 Hz i amplitud E s = 1 V (RMS). Quina és l'equació del senyal AM?
solució
Se substitueixen els valors adequats en l'equació per al senyal modulada:
No obstant això, és important destacar que en l'equació s'inclouen les amplituds pic, que en aquest cas són voltatges. Per tant és necessari passar els voltatges RMS a pic multiplicant per √2:
- Analfatécnicos. Sistemes de Modulació. Recuperat de: analfatecnicos.net.
- Giancoli, D. 2006. Physics: Principles with Applications. 6 th. Ed Prentice Hall.
- Quesada, F. Laboratori de Comunicacions. Modulació d'Amplitud. Recuperat de: ocw.bib.upct.es.
- Santa Creu, O. Transmissió de modulació d'amplitud. Recuperat de: profesores.frc.utn.edu.ar.
- Serway, R., Jewett, J. (2008). Física per a Ciències i Enginyeria. Volum 2. 7 ma. Ed. Cengage Learning.
- Ona Portadora. Recuperat de: es.wikipedia.org.