Princípios de Comunicação Conceitos de FM (4ª. Parte) Prof. Dr. Naasson Pereira de Alcantara Jr....

Princípios de Comunicação

Conceitos de FM (4ª. Parte)

Prof. Dr. Naasson Pereira de Alcantara Jr.Prof. Dr. Claudio Vara de Aquino

UNESP - FE – [email protected]@feb.unesp.br

Modulação Analógica *

Sc = Ac(t) cos(ω0t + Φ0)

Sc = Ac cos[ω(t).t + Φ0]

Modulação em Amplitude (AM):

Modulação em Freqüência (FM):

Modulação em Fase (PM):

Sc = Ac cos[ω0t + Φ(t)]

SINAL MODULANTE

t

mF dtteKEte0 00 )(.cos

Modulação em Freqüência (FM) *

Interferência direta deem(t) na velocidade angularou na freqüênciainstantânea do sinal modulado e(t)

0

0

0

→ freqs. iguais para e(t) e e0(t)

→ aumento da freq. de e(t) em relação a e0(t)

→ diminuição da freq. e(t) em relação a e0(t)

0

0

0

te

te

te

m

m

m

variável no tempo

tEte mmm cos


)(

.cos 00 tsen

EKtEte m

m

mF

t

mmF dttEKEte0 00 )cos(.cos

t

mmF dttEKtEte000 )cos(.cos

tom modulante


mmm

mF

f

fEK maxmax.

)(cos 00 tsentEte m

índice de modulação FM:desvio máximo de fase que sofreo sinal modulado.

)(

.cos 00 tsen

EKtEte m

m

mF

FM: Frequency Modulation


LARGURA DE FAIXA OCUPADA PELO SINAL FM

f

P

0fmnff 0 nn mnff 0

max2 ffB m

FCC

B = 2 (15 + 25) = 80 kHz

som da TV

B = 2 (15 + 75) = 180 kHz

radiodifusão comercial

OSCILADORES

Amplificador com realimentação positiva

Entrada: tensão contínua Saída: tensão alternada

AAv1

ˆ

BAv2

ˆ

+

ovivo vAvAv ˆˆˆˆ21

ivovvo vAvAAv ˆˆˆˆˆ121

21

1

ˆˆ1

ˆ

ˆ

ˆˆ

vv

v

i

ov

AA

A

v

vA

iv̂ ov̂

ganho de

malhafechada

OSCILADORES

Amplificador com realimentação positiva

Entrada: tensão contínua Saída: tensão alternada

AAv1

ˆ

BAv2

ˆ

+

21

1

ˆˆ1

ˆ

ˆ

ˆˆ

vv

v

i

ov

AA

A

v

vA

0

11ˆˆ

21 AB

AA vv oscilação

ganho infinito

iv̂ ov̂

OSCILADORES

AAv1

ˆ

BAv2

ˆ

ov̂CIRCUITOSINTONIZADO

21

1

ˆˆ1

ˆ

ˆ

ˆ

vv

v

i

o

AA

A

v

v

0

11ˆˆ

21

ABAA vv oscilação

ivdeindepende ˆ

OSCILADORES

eFM(t)em(t)

Sinal de FM obtido pelo Oscilador Hartley

AMPLIFICADOR

Oscilador a três impedâncias

Varicap ou Varactordiodo com capacitância variável

+

–

– ––+ ++

–

+

td

ACd

choque de RF

Modulação em Freqüência (FM)

CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIRETOR1, P1, R2: polarização Vp

em torno de C0 – região linear

choque de RF

Vp + em(t) no varicap2dd

2d

2d CC;CCC

CC


CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIRETO

2

22

1

CC

CCL

d

d

dCL2

1

2CCd

02

0

10

CLtem

0

0

1

1

C

C

CCLtem

020

10

002 1

1

C

CCL

Onda portadora



20

20

20

1

221

CC

CCCC

CCL

tem

02

0

10

002 1

1

C

CCL

023,0209,03,0 20

200 CCeCCCC

0

0

1

1

CC

00

0

0 11

1

1

1

CCCC

CC

CC

00

20

200

11

221

CCCC

CCCCCC

3,00

C

C



CCL

tem

02

0

10

002 1

1

C

CCL

023,0209,03,0 20

200 CCeCCCC

0

1

1

C

C

0

0

1

1

CC

20

20

20

1

221

CC

CCCC

02

1C

C



00 2C

C

023,0209,03,0 20

200 CCeCCCC

0

1

1

C

C

20

20

20

1

221

CC

CCCC

02

1C

C

000

000 22

1C

C

C

C

Pequenas variações(lineares)do varicap em torno de C0

Modulação em freqüência – FM

0

001

10

CCtem



00 2C

C

Modulação em freqüência – FM

teK mF 0

VKF 0

022

00

0

0

0

CF KCV

C

CK

VVKF

0

2VpV1V2C0C

1C

C

V

012

12

VV

CCK

V

CC

VC

CKF

1

2 0

0

coeficienteangular


CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIGITAL

Modulaçãoem freqüência

Filtragemda fundamental

Ondaquadrada

Sinal modulanteinformação

amplificador p/ peq. sinaiscom inversão de fase

multivibrador astável T3 e T4 fontes de corrente

seguidordeemissor

FPF(f0)



Emissor Comum



R4=R5=RE

T3 e T4 fontes de corrente

grande → IE ≈ IC = I

VCONT = VP + [ – em(t) ] VP = polarização

VCC – VCONT = vEB + IRE

I

E

m

I

E

EBPCC

R

te

R

vVVI

0

EEBmPCC IRvteVV

I=I0 + Icorrente modulada



R4=R5=RE

CCCV2

If

CCEF CVR

K2

1

I

E

m

I

E

EBPCC

R

te

R

vVVI

0

f

ECC

m

f

ECC

EBPCC

RCV

te

RCV

vVVf

22

0

teKftf mF 0Hz / V

corrente proporcionalao sinal modulante


CIRCUITOS DEMODULADORES

Detector de inclinação balanceado

Detector de inclinação

Detector Foster–Seeley

Detector de relação

Circuito RLC paralelo *

R L C

CL jXjXRZ

111ˆ1

RXXj

RjXRjXXXj

CL

CLCL2

2

1

1 LCL

Rj

R

CLjR

CL

RCL

Z

1ˆ

CL

L

CjR

R

1

1

CLCL

CL

XXjRXX

RXXZ

ˆ

RZ

XX CLr

ˆ


R L C

L

RQ

r

f

f

f

fjQ

RZ

r

r

1

ˆ

1

1

ˆ

LCL

Rj

RZ

LCr

12

0 rr ffff

0 ffff rr

r

rrL

Rj

RZ

1

ˆ

Z ind.

Z cap.

Fator deQualidade


R L C

LCr

12

LjCj

RZ 11

ˆ1

Lj

RRCj

R 1

1

2

11

ˆ1

rrRCj

RZ

LCRCj

RZ 2

111

1ˆ1

2

2

111

ˆ1

rRCj

RZ

2

22

11

rRCj

R


R L C

RCQ r

LjCj

RZ 11

ˆ1

r

rrr

2

rjQ

RZ

21ˆ

2

11

ˆ1

rrRCj

RZ CL

rr

1

LCr

12 L

RQ

r

rr RCj

RZr

21

1ˆ1

r

jQRZ

21

1ˆ1


R L C

rr f

f

2

2

R

Z

Z

ZA

rv

ˆ

ˆ

ˆˆ

r

jQRZ

21

1ˆ1

rjQ

RZ

21ˆ

rjQ

21

1

221

1ˆ

r

vffQ

A


CIRCUITOS DEMODULADORES – DETECTOR DE INCLINAÇÃOREGIÃO LINEAR E NÃO RESSONANTE

AV

2f

AV

AV0

f0fR

1) Converte sinal FM em AM2) Recupera em(t) com um detector de envoltória

f0 < fR

eB = 2 (f + fm)

eREC(t) = K+ em(t)

DETECTOR DE ENVOLTÓRIACIRCUITO RESSONANTE


CIRCUITOS DEMODULADORES – DETECTOR DE INCLINAÇÃO

CIRCUITO RESSONANTE DETECTOR DE ENVOLTÓRIA

eREC(t) = K+ em(t)

Recupera em(t) com um detectorde envoltória

Converte sinal FM (modulado) em AMGanho linear do filtro fora da ressonânciaFM

AM


DEMODULADORES – DETECTOR DE INCLINAÇÃO BALANCEADA

eFM(t)

D2

D1

eREC(t)=K+em(t) =vC4–vC5

Detectores de inclinação simétricos

curva S



eFM(t)

D2

D1


022

12

1f

CLf

110

2

1

CLf

033

22

1f

CLf

Circuito RLC paralelo (recordando) *

R L C

rr f

f

2

2

R

Z

Z

ZA

rv

ˆ

ˆ

ˆˆ

r

jQRZ

21

1ˆ1

rjQ

RZ

21ˆ

2

2

2

2

1

1

21

21

1

21

1

f

ffQ

f

ffQ

AAA vvv

rjQ

21

1

221

1ˆ

r

vffQ

A

No detector balanceado



2

2

2

2

1

1

21

21

1

21

1

f

ffQ

f

ffQ

AAA vvv

f0 = 10,7 MHz (FI)f1 = 10,7 – 0,2 = 10,5 MHzf2 = 10,7 + 0,2 = 10,9 MHz

Q f 10,5 10,6 10,65 10,7 10,75 10,8 10,85 10,9

10 Av -0,19 -0,11 -0,05 0 0,06 0,11 0,16 0,20

50 Av -0,74 -0,38 -0,17 0 0,20 0,41 0,62 0,75

200 Av -0,93 -0,16 -0,06 0 0,07 0,17 0,40 0,93

oamplificadteffA

atenuadoteffA

v

v

)(0

)(0

0

0



eFM(t)

D2

D1


022

12

1f

CLf

110

2

1

CLf

033

22

1f

CLf

dois filtrosduas sintonias


DEMODULADORES – DETECTOR FOSTER – SEELEY

DISCRIMINADOR DE FASE

Defasagem no sinal de fuga da sintonia f0 de um circuito LC

L3

L2

circuitosressonantessimétricosL2C2

L3C3

vFM acopladoentre L2 e L3

tensão secundáriaem quadraturaadiantada da primária

= |va| – |vb|

a

b


DEMODULADORES – DETECTOR FOSTER – SEELEYDISCRIMINADOR DE FASE

L3

L2


a

b

carga resistivaI em fase com vFM

V2/2

V2/2

vFM

I

f = fr

vO = 0

vO = |va| – |vb|

Vb

Va



L3

L2


a

b

carga indutivaI atrasada de vFM

V2/2

V2/2

vFMI

f < fr

vO > 0

vO = |va| – |vb|

Vb

Va



L3

L2


a

b

carga capacitivaI adiantada de vFM

V2/2

V2/2

vFM

I

f > fr

vO < 0

vO = |va| – |vb|

Vb

Va



L3

L2

a

b

V2/2

V2/2

vFMI

vO = |va| – |vb|

Vb

Va

DESVANTAGEM:Detecta variações na amplitude de vFM

Os fasores Va e Vb variam comvFM proporcionalmente a em(t)


DEMODULADORES – DETECTOR DE RELAÇÃO


Defasagem no sinal de fuga da sintonia f0 de um circuito LC

circuitosressonantessimétricos


tensão secundáriaem quadraturaadiantada da primária

diagramas fasoriais de Foster – Seeley

va + vb cte

(R1 + R2) C6 alta.


DEMODULADORES – DETECTOR DE RELAÇÃO


va + vb cte

Independente de vFM:va + vb constante

Compensação:va aum. → vb dim.va dim. → vb aum.

2ba

o

vvv

22ba

R

vvv

bRo vvv 2

bba

o vvv

v

2

(R1 + R2) C6 alta.

(R1 = R2)

...recordando


MODULAÇÃO EM FREQUENCIA – FM

tEte mmm cos

tsen

EKtcosE)t(e m

m

mF00

teKt mF 0)(

tdttEte

00 cos)(

t

0 mF00 dtteKcosE)t(e

t

0 mmF00 dttcosEKcosE)t(e


tEte mmm cos

teKt mF 0)(

tdttEte

00 cos)(

tsen

EKtcosE)t(e m

m

mF00

m

MAX

m

MAX

m

mF

f

fEK


- Tendência a faixa estreita (FMFE)

- Moduladores com região linear restrita

- (índice de modulação) pequenoFMFE ou

NBFMFMFL ouWBFM

multiplicaçãode freqüência

pequeno


m

MAX

m

MAX

m

mF

f

fnn

EKnn

tsenntncosE)t(e m00

m

MAX

f

fnn


- Tendência a faixa estreita (FMFE)

- Moduladores com região linear restrita

- (índice de modulação) pequenoFMFE ou

NBFMFMFL ouWBFM

multiplicaçãode freqüência

pequeno

mMAX fnfn

Multiplicando a(s) freqüência(s) por n

tsen

EKtncosE)t(e m

m

mF00

maior desvio de freqüência no sinal modulado

maior sensibilidade


O TRANSMISSOR FM

em(t) MOD.BAL.

e0(t)

o90OSCIL.XTAL

+

ARMSTRONGFMFE

48 f0

f

CIRCUITOSMULTIPLICS.f0 → 48 f0

f0

f

AMP.POT.

FMFL

eFM(t)

88 MHz ≤ f0 ≤ 108 MHzf ≤ 75 kHz

f0

em cascatas de até 4 x


CIRCUITOS MULTIPLICADORES

f

+VCC

2LC2

1nf

C1

C2

C3

L

Amplificadores classe Cem cascata

Gera pulsos (harmônicas nf)

FPF (LC2) sintonizado em

R


OSCILADORCONTROLADOPOR TENSÃO

VCO – modulador FM a varicap

ao grupo demultiplicadores

DIVISORDE FREQ.POR n

DIVISORDE FREQ.POR m

COMPARADORDE FASE

OSCILADORA CRISTAL

FPBVDC()

fC(ref)

f0

f0/n

fC/m

=

VDC()

em(t)

PLL – Phase Locked Loop Mallha de travamento de fase

Na entrada do modulador FM

COMPARADOR DE FASEproporcional a em(t)

m

f

n

f C0

ESTABILIDADE EM f0 DA PORTADORA EM FMFE

VDC()Valor médio filtrado de

malha travada

tratamento digital


Sinal modulado em FM com pequeno

Após misturador: - freqüência da portadora alterada - desvio de freqüência mantida

Heterodinação

2º. GRUPODE MULTIPLIC.

1º. GRUPODE MULTIPLIC.

MIXMODUL.FM

AMP.POT.

OSCIL.XTAL.

em(t)

m(nf0 ± fC)mnf

f0

fnf0

nfnf0 ± fC

nf

f0A

fA

Altera freq.Mantem f

fC

TRANSMISSÃO PROFISSIONAL EM FM


AMP. EFILTRO RF

MIX

OSCIL.LOCAL

AMP.DE FI

LIMITADOR DETECTORFM

DEÊNFASE

AMP.AUDIO

CAF

CONTROLES. VOLUME. TONALIDADE

sintonia

fRF

fOL

fm + RUÍDOFI =fOL – fRF

RECEPTOR FM MONOFÔNICO

realimentação negativa

fmeFM FM sem AM


FM ESTÉREOInformações dos canais L(t) [left = esquerdo] e R(t) [right = direito]codificadas e decodificadas em estéreo.

15150

f(kHz)

L

0

f(kHz)

R

fm ≤ 15 kHzf ≤ 75 kHz

FCC

Sinais modulantes na mesma faixa espectral

Receptores mono – direito adquirido


FM ESTÉREO

Receptores mono – dois canais misturados ou somados (L + R)

fm ≤ 15 kHzf ≤ 75 kHz

FCC

150

f(kHz)

L–RL+R

150

f(kHz)

Informações dos canais L(t) [left = esquerdo] e R(t) [right = direito]codificadas e decodificadas em estéreo.

Sinais modulantes na mesma faixa espectral


FM ESTÉREO

0

f(kHz)

em(t)

15 19

Sinal modulante em(t) injetado no modulador FM

L+R L–R emAM-DSB/SC

7763 70

faixa SCA em FMSCA = Secondary Communication Authorization

23 5338

X 2

Codificação ou “matriciação” do sinal modulante estéreo

sinalpiloto


Se fm ≤ 53 kHz e f ≤ 75 kHz

5,142,153

75

f

f

m

MAX

m

MAX

5,1

mff2B mm

m f1f

f2nf2B

1n

B = 2 (75 + 53) = 256 kHz

50 emissoras entre 88 e 108 MHzgarantem B ≤ 400 kHz

0f(kHz)

em(t)

15 19


23 38 53

X 2

sinalpiloto

FM ESTÉREO – novos fatores


FM ESTÉREO – Geração do sinal codificado (matriciado) em(t)

Sinal piloto: ep(t) = Ep cos (2x 19 x 103 t) V

Subportadora: es(t) = Es cos (2x 38 x 103 t) Vfs = 2 fp

SUBTRATOR

SOMADOR

L(t)

R(t)

+

–

L + R

MOD.BAL S

OMADOR

L – R

OSCIL. PILOTO

fpaomodulador

em(t)fs

x 2 f

mono

DSB/SC


FM ESTÉREOSinal Codificado

0

f(kHz)

em(t)

15 2319 38 53


Filtragens simultâneas23 5319± 4kHz

15

FPBFPF

FPFacoplamento supercrítico

Decodificação do sinal


FM ESTÉREO – Decodificação do sinal

23 53

FPF

FPF

19±4kHz

15

FPB

dodetetor

curvaS

DEMODULADORAM-DSB/SC

DOBRADORDE

FREQUENCIA

L+R

es fs=2fp

fp

ep

(L–R)es L–R

aoscircuitosdedeênfase

SUBTRATOR+

–

2R(t)

SOMADOR2L(t)



23 53

FPF

FPF

19±4kHz

15

FPB

dodetetor

curvaS

SOMADOR

DOBRADORDE

FREQUENCIA

L+R

es fs=2fp

fp

ep

(L–R)es

L–R emAM-DSB

MATRIZDECODIFICADORA

2R(t)

2L(t)

Reinserção dasubportadora nosinal L – R


(L–R)emDSB

(L–R)es

REINSERÇÃO DA SUBPORTADORAno sinal L–R



FPF

19±4kHz

dodetetor

curvaS

DOBRADORDE

FREQUENCIA

es

fs=2fpfp

epMATRIZ

DECODIFICADORA

2R(t)

2L(t)

Reinserção dasubportadora nosinal codificaddo

em(t)

sinal codificado


AMPLIFIC.DE RF

OSCIL.LOCAL

+V

STEREO

DECODIFIC.ESTEREO

DEÊNFASE DEÊNFASE

AMP.AUDIO

AMP.AUDIO

SINTONIA

DETETORDE FM

INDICADORDE

SINTONIA

MIX

CAF

AMP.DE FI

RECEPTOR FM ESTÉREO

Amplificador operacional como

R(t)L(t)–R(t)

L(t)

R

R

R

2R

SUBTRATOR

+

–

SOMADOR

+

–L(t)+R(t)

R

R

R

R

R

R(t)

L(t)

Dobrador de frequencia

Retificadorem ondacompleta

AmplificadorClasse Cem 38 kHz

Matriz decodificadora

L-R+(L+R)(L–R) retif.

–(L–R) retif.

–(L–R)+(L+R)

Reinserção dasubportadora emL–R


Reinserção dasubportadora emem

em+es


em–es

em+es

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