CAPITULO 8 DEMODULADOR FM

OBJETIVOS
1.- Estudiar el principio de la Demodulación por Retroalimentación de Fase
en Lazo Cerrado (PLL), por sus siglas en ingles de Phase-Locked Loop.
2.- Conocer y entender las principales características del PLL LM565.
3.- Demodular una señal en FM utilizando un PLL.
4.- Demodular una señal en FM mediante la conversión de FM a AM
utilizando un discriminador de frecuencias.
DESARROLLO.
El demodulador en frecuencia, también llamado discriminador de frecuencias, es
un circuito que convierte variaciones instantáneas de frecuencia en cambios
lineales de voltaje. Hay muchos tipos de circuitos utilizados en los sistemas de
comunicaciones para llevar a cabo una demodulación en frecuencia, tales como
los convertidores de FM a AM, los discriminadores de frecuencia y el Demodulador
en Frecuencia por Retroalimentación de Fase en Lazo Cerrado (PLL).
OPERACIÓN DEL PLL.
El PLL es un sistema de control electrónico por retroalimentación, dicho control se logra al
asegurar que tanto la señal de salida como la señal de entrada sean iguales tanto en
frecuencia como en fase, tal como se ilustra en el diagrama a bloques de la figura 8-1. En
radio comunicaciones, si se transmite una señal a una determinada frecuencia de
portadora, en el receptor el PLL se encargará de seguir automáticamente la frecuencia de
dicha portadora.

El PLL en el siguiente experimento es usado de dos formas distintas: (1) como

demodulador, cuando es usado para seguir la fase o la frecuencia moduladora y
(2) para seguir a la señal portadora la cual puede variar su frecuencia en el tiempo.
De forma general un circuito PLL incluye las siguientes secciones:

1.- Detector de fase (PD).

2.- Filtro pasabajas (LPF)
3.- Oscilador controlado por voltaje (VCO)
El detector de fase dentro del PLL se encarga de comparar la señal de entrada con
la señal de retroalimentación y dar un salida de cero si la frecuencia de ambas
señales es idéntica. Si las frecuencias de las señales de entrada al detector de
fase no son idénticas, entonces la salida del detector después de ser pasada a
través del filtro pasabajas, el cual se encargará de remover las componentes de
AC, será un nivel de CD aplicado a la entrada del VCO. Esta acción cierra el lazo
de retroalimentación, debido a que el nivel de CD aplicado a la entrada del VCO
cambia la frecuencia de salida del mismo en un intento de hacer coincidir
exactamente esta frecuencia con la frecuencia de entrada. Si la frecuencia de
salida del VCO iguala a la frecuencia de entrada, se dice entonces que el PLL ha
logrado asegurar la señal de entrada y el voltaje de control será cero mientras la
frecuencia de entrada se mantenga constante. Los parámetros del PLL mostrado
en la figura 8-1 son los siguientes:
Kd = ganancia del detector de fase en volts / radianes.
Ka = ganancia del amplificador en volts / volts.
Ko = ganancia del VCO en KHz / volts.
Kl = Kd Ka Ko = ganancia en lazo cerrado en KHz / volts.

Una mejor comprensión del funcionamiento del detector de fase se puede lograr al
considerar a una simple compuerta OR-EXCLUSIVA (XOR) usada como un
detector de fase. Se puede considerar a la compuerta XOR como un detector de
desigualdad el cual compara sus entradas y produce un pulso a su salida cuando
dichas entradas no son iguales. El ancho del pulso será proporcional al error de
fase de las señales de entrada. Tal como se muestra en la figura 8-2, el ancho del
puso de salida (b) es más grande que el de (a) pero más pequeño que el de (c).
Después de hacer pasar el pulso de salida del detector de fase a través del filtro
pasabajas esta señal se convertirá en un nivel de CD que será directamente
proporcional al ancho del pulso. En otras palabras, el nivel de CD de salida es
proporcional al error de fase de la señales de entrada y de retroalimentación. La
figura 8-2 (d) muestra la relación existente entre el error de fase y el nivel de CD de
salida.

Una explicación adicional para la operación del PLL se puede lograr al considerar
que el inicialmente el PLL no esta asegurado. Supongamos que alimentamos al
VCo con un voltaje de entrada de 2 V. y que la frecuencia de salida
correspondiente es de, digamos 1 KHz. Considere las señales mostradas en la
figura 8-3. Si la frecuencia del VCo y la señal A con una frecuencia baja de 980 Hz.
son aplicadas a las entrada del detector de fase XOR, el delgado pulso resultante
provocará un pequeño voltaje de 1 V. a la salida del filtro pasabajas. Este pequeño
voltaje provocará que la frecuencia del VCO se decremente hasta un valor cercano
al de la frecuencia de entrada. Si la frecuencia del VCO iguala a la frecuencia de
entrada se logra el “aseguramiento” del PLL. Por el contrario, una frecuencia más
alta, de por ejemplo1.2 KHz en la entrada B provocará una salida más grande, de
3 V a la salida del filtro, la cual incrementará la frecuencia de salida del VCO para
acercarla a la nueva frecuencia de entrada.

Características Básicas del PLL LM565.

El LM565 es un PLL de propósito general y es ampliamente usado en la

demodulación en frecuencia. Los parámetros más importantes en el diseño con el
LM565 son los siguientes.

1.-Frecuencia de libre corrimiento o frecuencia central.

La figura 8-4 muestra un circuito de retroalimentación PLL con el LM565. Cuando

no se tiene señal de entrada en dicho circuito, la frecuencia de salida del VCO es
conocida como frecuencia de libre corrimiento o frecuencia central fo. En el circuito
de la figura 8-4, la fo del LM565 esta determinada por los componentes de
temporización C2 y VR1, y se puede hallar por:

Frecuencia de libre corrimiento o frecuencia central: fo = 1 / 3.7*VR1*C2 (8-1)

Ganancia de lazo cerrado: KL = Kd*Ka*Ko = 33.6*fo / Vc (8-2)

Donde Vc = Voltaje de alimentación total = Vcc-(-Vcc) = 5V-(-5V) = 10V

2.-Rango de cerradura.

Inicialmente el PLL se encuentra en estado cerrado o de aseguramiento con el

VCO corriendo a una determinada frecuencia. Recuerde que se dice que el PLL
esta cerrado o asegurado cuando el voltaje de salida es igual a cero, o lo que es lo
mismo, la frecuencia de entrada y la frecuencia de retroalimentación son iguales.
El aseguramiento del VCO se puede lograr aun cuando la frecuencia de la señal
de entrada Cfi sea muy lejana a la frecuencia central, sin embargo existe una
frecuencia específica a la cual el PLL no puede lograr el aseguramiento de la
señal, la diferencia entre las frecuencias f1 y fo es llamada rango de aseguramiento
o rango de cerradura en lazo cerrado. El rango de cerradura del LM565 puede ser
hallado por:

fL = 8fo / Vc (8-3)

3.-Rango de captura.

Inicialmente el PLL se encuentra en estado abierto y el VCO se encuentra

corriendo a una determinada frecuencia. Si la frecuencia de entrada fi es muy
cercana a la frecuencia central del VCO, el lazo se puede mantener aun abierto.
Cuando la frecuencia de entrada alcanza una frecuencia específica donde el PLL
se cierra o se asegura, entonces a la diferencia entre fi y fo se le conoce como
rango de captura en lazo cerrado. El rango de captura del LM565 puede ser
hallado por:

fc = (1/ 2 π) √ (2*π * fL / 3.6*103 *C2) (8-4)

Demodulador en frecuencia basado en el PLL LM565.

El circuito PLL de la figura 8-4 puede ser utilizado como un demodulador en

frecuencia. Cuando la señal de entrada aumente su frecuencia, la señal de salida
disminuye en voltaje, e inversamente, si la señal de entrada disminuye en
frecuencia, la señal de salida aumentará en voltaje.

El circuito VCO del LM565 es equivalente al del LM566. La frecuencia de libre

corrimiento o frecuencia central fo del VCO es determinada por los valores de los
componentes externos C2 y VR1. La resistencia interna de 3.6 K (pin 7) y el
capacitor externo C3 forman un filtro pasa bajas. El capacitor C4 conectado entre
los pines 7 y 8 es un compensador de frecuencia.

Conversión de FM a AM con discriminador de frecuencias.

La figura 8-6 muestra los bloques de un discriminador convertidor de FM a AM. La señal de
entrada en FM es primero convertida en una señal de AM por el diferenciador, entonces la
señal en AM de salida es demodulada por el detector de envolventes para recobrar la
señal de audio original.

En la figura 8-6 la señal de entrada XFM(t) es:

entonces la salida del diferenciador será:

De la ecuación (8-6) arriba, podemos ver que la amplitud de la señal X’ FM (t)

cambiará con las variaciones en la amplitud de X(t). Por lo tanto la señal X’ FM(t) es
una señal modulada en amplitud. Si se hace pasar a esta señal a través del
detector de envolvente, la señal de audio será recobrada.

El circuito de la figura 8-7 es un discriminador de frecuencias con la técnica de la

conversión de FM a AM. Los componentes U1, C1, C2, y R2 operan, todos en
conjunto como un diferenciador. El circuito U2 es un amplificador inversor con una
ganancia de –R4 / R3 y los componentes D1, R5, R6, C4 y C5 constituyen el
detector de picos de AM. El capacitor de acoplamiento C6 es usado para bloquear
el nivel de CD.
Excepto por los demoduladores en frecuencia arriba mencionados los filtros
pasabandas LC son popularmente usados en la demodulación de señales FM en
los rangos de frecuencias ultraaltas y en microondas. La figura 8-8 muestra la
respuesta en frecuencia del filtro pasabandas. La porción lineal de la curva donde
la variación de voltaje es proporcional a la variación de la frecuencia es donde se
cumple con los requerimientos de un discriminador.

EQUIPO REQUERIDO.
1-Modulo KL-92001
1-Modulo KL93004.
1-Osciloscopio.

Experimento 8-1 Medición de las características del PLL LM565.

1. Localice el circuito del PLL LM565 en el modulo KL-93004. Inserte el conector

en J2 para poner el capacitor a C2 (0.1 uF).
2. Ajuste el potenciómetro VR1 para obtener la máxima frecuencia central foh y la
mínima frecuencia central fol en el pin 4 del LM 564 (O/P). Anote sus resultados en
la tabla 8-1.
3. Ajuste VR1 para obtener una frecuencia central del VCO de 2 KHz.
4. Inserte el conector en J1. Conecte una señal senoidal de 0.25 v a 2 KHz en la
entrada (I/P).
5. Observe la entrada del PLL (I/P) y la salida del VCO (pin 4), y lentamente
aumente la frecuencia de entrada hasta que la señal de salida se desasegure o
abra, es decir se vuelva diferente de cero. Anote esta frecuencia de entrada como
fLh en la tabal 8-1.
6. Regrese la frecuencia de entrada al valor de la frecuencia central del VCO.
Lentamente disminuya la frecuencia de entrada hasta que una vez más la señal de
salida se desasegure o abra y anote este valor de frecuencia de entrada como fLl
en la tabla 8-1.
7. Usando la ecuación fL = (fLh – fLl) / 2 calcule el rango de cerradura.
8. Incremente la frecuencia de entrada para forzar que la salida del VCO se
desasegure. Lentamente disminuya la frecuencia de entrada hasta que el PLL
logre apenas asegurarse. Observe la frecuencia de entrada fch y anote sus
resultados en la tabal 8-1.
9. Ahora disminuya la frecuencia de entrada para forzar una vez más al PLL a
desasegurarse. Aumente lentamente la frecuencia de entrada hasta que el PLL
logre apenas asegurase o cerrarse. Observe la frecuencia de entrada fcl y anote
sus resultados en la tabla 8-1.
10. Usando la ecuación fc = (fLh - fcl) /2, calcule el rango de captura.
11. Quite el conector de J2 e insértelo en J3. Esto cambia C2 (0.1uF) a C3
(0.01uF). Repita el paso 2.
12. Gire VR1 para llevar al VCO a una frecuencia central o de libre corrimiento fo
de 20 KHz. Inserte el conector en J1 y conecte una señal cuadrada de 0.25 V y 20
KHz a la entrada (I/P). Repita los pasos 6 al 11.

Experimento 8-2 Mediciones de las características V-F del LM 565.

1. Localice el circuito del PLL LM565 en el modulo KL-93004. Inserte el conector

en J2 para poner el capacitor a C2 (0.1uF).
2. Quite el conector de J1. Gire el potenciómetro VR1 para alcanzar una frecuencia
central fo de 2KHz a la salida del VCO (pin 4).
3. Reinserte el conector en J1.
4. Conecte una onda cuadrada de 0.25 V a 2 KHz en al entrada (I/P). Mida y anote
el voltaje de salida del LM 565 (O/P) en la tabla 8-2.
5. Cambie las frecuencias de entrada a 0.5 KHz, 1 KHz, 1.5 KHz, 2.5 KHz, 3 KHz y
3.5 KHz secuencial mente y mida los voltajes de salida correspondientes a cada
una de las frecuencias de entrada. Anote sus resultados en la tabal 8-2.
6. Grafique la curva del voltaje de salida vs. la frecuencia de entrada en la figura 8-
9.
7. Quite el conector de J3 e insértelo en J2 para cambiar C2 (0.1uF) a C5 (0.01uF).
8. Remueva el conector de de J1. Gire VR1 para lograr una frecuencia central o de
libre corrimiento de 20 KHz a la salida del VCO.
9. Reinserte el conector en J1.
10. Conecte una onda cuadrada de 0.25 V y 20 KHz en la entrada (O/P). Mida y
anote el voltaje de salida del LM565 (O/P) en la tabla 8-3.
11. Cambie las frecuencias de entrada a 16 KHz, 17.5 KHz, 18.5KHz, 21.5KHz,
22.5KHz, 23.5KHz secuencial mente y mida los voltajes de salida correspondientes
a cada una de las frecuencias de entrada. Anote sus resultados en la tabla 8-3.
12. Grafique la curva del voltaje de salida contra la frecuencia de entrada en la
figura 8-10.

Experimento 8-3. El demodulador en frecuencia PLL

1. Localice el circuito del modulador FM con el LM566 en el módulo KL-93004.
Inserte los conectores en J1 y J3 para poner el capacitor a C4 (0.01uF).Gire el
potenciómetro VR1 para obtener una frecuencia central fo de 20 KHz.
2. Complete el circuito del PLL LM566 insertando un conector en J3 para poner el
capacitor a C5 (0.01uF). Gire VR1 para lograr una frecuencia central fo de 20 KHz.
3. Conecte la salida del Modulador en FM LM566 a la entrada del PLL LM565.
4. Conecte una onda senoidal de 120 mv. a 1 KHz a la entrada del modulador en
FM LM566. Usando el osciloscopio, observe la onda de salida del PLL LM565 y
anote sus resultados en la tabla 8-4.
5. Repita el paso 4 para frecuencias de entrada de 2KHz y de 3 KHz
respectivamente.
6. Cambie la amplitud de la señal de entrada a 240 mV. Repita los pasos 4 y 5, y
anote sus resultados en la tabla 8-5.

Experimento 8-4. Demodulador en frecuencia por conversión de FM a AM.

1. Localice el modulador en FM MC1648 en el modulo KL-93004. Inserte

conectores en J1 y J3 para poner el inductor a L1 (220 uH) y el varactor 1SV55
operando a 5 V.
2. Conecte una onda senoidal de 1 V a 1 KHz. a la entrada (I/P). Gire VR1 para
obtener una amplitud de salida de 300 mV.
3. Conecte la salida del Modulador en FM MC1648 a la entrada del circuito
convertidor de FM a AM, ubicado en la parte baja del Modulo KL-93004.
4. Usando el osciloscopio, observe y anote las señales de entrada y de salida del
demodulador en frecuencia en la tabla 8-6.
5. Repita los pasos 2 al 4 para audio frecuencias de 2 KHz y 3 KHz,
respectivamente.

Tabla 8-1
C2 fo Rango de la Rango de Rango de captura
Frecuencia central cerradura

fOh fOl fLh fLl fCh fCl

0.1uF 2 KHz 9.235 Hz 552.7 Hz 75 KHz 862.2 Hz 75 KHz 862.2 Hz

fL = 37.0689 KHz Fc = 37.0689 KHz

0.01uF 20 KHz 82.9 KHz 6.32 KHz 34.8 Hz 3.56 Hz 34.8KHz 3.56KHz

fL = 15.62 KHz fc = 15.62 KHz

Tabla 8-2
Frecuencia 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
de entrada
(KHz)
 Voltaje de 4.68V 4.56V 4.46V 4.67V 4.68V 4.49V 4.53V
salida
(V)

Tabla 8-3

Frecuencia 16.5 17.5 18.5 20 21.5 22.5 23.5

de entrada
(KHz)
Voltaje de 5 4.96 4.86 4.85 4.83 4.70 4.66
salida
(V)
Tabla 8-4

Audiofrecuencia Señal de entrada Señal de salida

1 KHz

3KHz
 5KHz

Tabla 8-5

Audiofrecuen Señal de entrada Señal de salida

cia
1 KHz

3KHz

5KHz

Tabla 8-6

Audiofrecuencia Señal de entrada Señal de salida

1 KHz

3KHz

5KHz
CONCLUSIONES

 El medio de demodulación usado para este proyecto fue un sistema con

retroalimentación de fase en lazo cerrado PLL y un demodulador por conversión de FM
a AM, mediante los cuales pudimos comprobar que tanto al usar un método u el otro
se puede llegar a de modular la señal obteniendo así nuestra señal de información
original.
 Observamos que se fue necesario el uso de in detector de fase para identificar cada
frecuencia existente en nuestra señal a de modular la cual estaba compuesta de la
frecuencia de información y vestigios de ruido.
 Obtuvimos una señal resultante idéntica a la señal original previamente modulada por
lo cual podemos observar que la demodulación fue llevada a cabo.

RECOMENDACIONES

 A pesar que existe más de un modo de realizar la demodulación es importante tener

en cuenta que es un proceso necesario para poder recibir y entender la información
por lo cual es aconsejable utilizar el método que sea más conveniente según sea
nuestras necesidades evaluando costos y procesos.
 El uso de los equipos de laboratorio en muchos casos se ve restringido a la falta de
conocimiento previo de los mismo por lo cual es aconsejable realizar un mayor uso de
estos equipos y así comprobar de manera física sus características y funcionamiento.
 Es importante antes de realizar cualquier tipo de práctica verificar el correcto
funcionamiento de los equipos ya que el deterioro ya sea por el tiempo y por el mal
uso previo de estos equipos es un factor importante para la realización de la práctica.