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    Diseño Del Modulador de Am

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    Kenyi Daniel
    El documento describe el diseño de un modulador AM que incluye: 1) Un oscilador local diseñado usando un circuito Colpitts para generar la señal portadora a 1 MHz, 2) Un preamplificador y filtro pasabajos diseñados con amplificadores operacionales en configuración de cascada para amplificar la señal de mensaje y filtrar ruido, 3) Un mezclador implementado con un multiplicador analógico de dos cuadrantes y un filtro pasabanda para trasladar la frecuencia de la señal de entrada manteniendo su

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    El documento describe el diseño de un modulador AM que incluye: 1) Un oscilador local diseñado usando un circuito Colpitts para generar la señal portadora a 1 MHz, 2) Un preamplificador y filtro pasabajos diseñados con amplificadores operacionales en configuración de cascada para amplificar la señal de mensaje y filtrar ruido, 3) Un mezclador implementado con un multiplicador analógico de dos cuadrantes y un filtro pasabanda para trasladar la frecuencia de la señal de entrada manteniendo su

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    El documento describe el diseño de un modulador AM que incluye: 1) Un oscilador local diseñado usando un circuito Colpitts para generar la señal portadora a 1 MHz, 2) Un preamplificador y filtro pasabajos diseñados con amplificadores operacionales en configuración de cascada para amplificar la señal de mensaje y filtrar ruido, 3) Un mezclador implementado con un multiplicador analógico de dos cuadrantes y un filtro pasabanda para trasladar la frecuencia de la señal de entrada manteniendo su

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    DISEÑO DEL MODULADOR DE AM

     Descripción en bloques del sistema de AM


    El oscilador local genera la frecuencia de la señal portadora, la cual operó en una banda
    de AM comercial con el fin de poder recuperar la señal a través del receptor de un radio
    convencional. Esté oscilador armónico se diseño usando una configuración Colpitts.
    El preamplificador debe dar la apropiada amplitud a la señal mensaje, filtrar el ruido en
    modo común y rechazar las señales que se encuentren fuera del espectro de frecuencias
    de las señales de audio. Este Subsistema se diseño usando un amplificador en
    configuración diferencial con una respuesta en frecuencia característica de filtro
    pasabajos.
    La etapa de salida debe acoplar la impedancia de salida de la etapa de amplificación con
    la impedancia de entrada de antena para maximizar así la potencia radiada. En este
    subsistema el amplificador usado utilizó una topología clase A modificada, la cual consiste
    en un amplificador clase A con una etapa adicional de ganancia en colector común. Para
    radiar la señal modulada, se utilizó una antena monopolo con un alambre de calibre
    AWG12. Para acoplar las impedancias del amplificador y la antena se uso un circuito tipo
    PI. Se decidió hacer una implementación discreta de todos los sistemas, dado que el
    prototipo diseñado debería servir como herramienta didáctica en los laboratorios de los
    cursos de modulación del programa de ingeniería electrónica de la Pontificia Universidad
    Javeriana. Por eso la primera decisión importante era definir con que transistor se iba a
    diseñar el proyecto.
    El transistor finalmente utilizado es el 2N3904 por ser de fácil consecución y por ser el de
    mayor fT (300 MHz) frente al 2N2222 (250 MHz) dentro de los transistores
    convencionales, y porque se pudo comprobar en simulación que necesita menor corriente
    de polarización para operar a 1 MHz con respecto al 2N2222.

    Fig. 1 Diagrama en bloques general del sistema de transmisión AM


     Diseño del Oscilador Local
    El oscilador local genera la frecuencia de la señal portadora y su diagrama esquemático
    se muestra en la figura.El oscilador se diseñó para operar a la frecuencia de 1 MHz. Los
    capacitores C 6, C 7y C 44junto con la bobina L1 conforman el circuito tanque con el cual se
    fija la frecuencia de oscilación del circuito. La resistencia R13 se diseña para ajustar la
    magnitud de la señal de salida del condensador C 6//C 44 que se realimenta a la base del
    transistor. La bobina L2 es un choque de radiofrecuencia que desacopla las oscilaciones
    que se produzcan de la fuente de alimentación, C5es un capacitor de bypass que permite
    lograr el máximo manejo en el transistor, R10 y R11 son las resistencias que fijan el voltaje
    de polarización de la base del transistor, con el que se fija la corriente para el
    funcionamiento en región activa del transistor. Las ecuaciones de diseño del acople son:

    1
    ∗1
    2π
     f 0= L (C /¿ C )∗C
    √ 1 6 44
    (C 6 /¿ C 44)+C 7
    X RFC
    7

     L2 RFC = 2 π f
    0

    1
     C 5 BYPASS = 2 π f X
    0 C BYPASS

    Donde, f 0 es la frecuencia de oscilación deseada, X RFC y X CBYPASS son las


    impedancias consideradas como “abierto” y “corto” en el circuito.
    Fig.2 Diagrama esquemático del oscilador
     Circuito Preamplificador y Filtro

    Puesto que la función del bloque preamplificador es dar la suficiente amplitud a la señal
    mensaje y filtrar el ruido en modo común que pueda presentarse en la fuente de la señal
    moduladora. Se decidió implementar esta etapa con amplificadores operacionales, en
    configuración de filtro amplificador lo cual permite implementar en el mismo circuito, el
    bloque preamplificador y el bloque filtro pasabajos.
    Para implementar el sistema se optó por utilizar la configuración en cascada mostrada en
    la figura 3, puesto que con la ganancia necesaria no era posible mantener el ancho de
    banda requerido.

    El valor de los capacitores C 3, C 4 y C 5permita desacoplar el voltaje DC que pueda


    provenir de la fuente de señal moduladora, y también filtrar las señales que se encuentren
    por debajo del intervalo de frecuencias de audio (fL). Los valores de las resistencias R1 y
    R2, se diseñan para proporcionar una ganancia apropiada a la primera etapa de
    amplificación, mientras que R8 y R9 se diseñan para dar una ganancia apropiada a la
    segunda etapa. Estos dos valores de ganancia en cascada producen una señal cuyo nivel
    de amplitud apropiado para el mezclador. Los valores de los capacitores C 2 y C 12 se han
    diseñado para que junto con las resistencias R1 y R4 respectivamente, fijen la frecuencia
    de corte de 3 dB con el cual se filtran las señales de frecuencias superiores (fH) a 35 kHz,
    para que la señal mensaje no tenga distorsión en la amplitud en el intervalo de audio.
    Fig.3 Diagrama esquemático del preamplificador y filtro.

     Diseño Mezclador por multiplicación Analógica


    La función del mezclador es trasladar en frecuencia la señal de entrada, manteniendo la
    amplitud relativa de sus componentes espectrales. En la figura 1 se muestra el diagrama
    en bloques de la técnica de mezclado por multiplicación analógica. Esta técnica de
    mezclado básico, se implementa explícitamente un multiplicador de dos cuadrantes y un
    filtro pasabanda el cual permite eliminar contenido armónico de baja potencia por fuera de
    la banda de interés.

    Fig.4 Diagrama en bloques del mezclador implementado con un Multiplicador Analógico.

    Para implementar el mezclador se escogió una topología de amplificador de


    transconductancia dado que como es una señal AM solo se necesita un multiplicador de
    dos cuadrantes, está topología se presenta junto con los valores finales del diseño en la
    figura 5, en donde la salida diferencial de este par diferencial transistorizado será el
    producto de la multiplicación de la señal de entrada diferencial (OL) y la magnitud de la
    fuente de corriente la cual varía dependiendo de la señal moduladora (R). Para realizar el
    diseño del modulador se inicia por la fuente de corriente. Para la fuente de corriente se
    escoge una topología tipo Cascodo, la cual permite disminuir la influencia de la carga y las
    variaciones en la fuentes de polarización. Además de ser estable con respecto a la
    frecuencia y a la temperatura. La resistencia R7 , permite fijar la corriente de referencia
    que se refleja a la salida de la fuente. Las resistencias R8y R9permiten mantener la
    estabilidad de la fuente en corriente y en temperatura. Los valores de corriente de salida ((
    I 0) y de impedancia de salida ( R0) para la fuente están dados por (10) y (11).

    Fig 5. Esquemático multiplicador análogo.

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