Princípios de Comunicação Conceitos de FM (4ª. Parte) Prof. Dr. Naasson Pereira de Alcantara Jr. Prof. Dr. Claudio Vara de Aquino UNESP - FE – DEE naasson@feb.unesp.br aquino@feb.unesp.br

Modulação Analógica * Sc = Ac(t) cos(ω0t + Φ0) Sc = Ac cos[ω0t + Φ(t)] SINAL MODULANTE Modulação em Amplitude (AM): Modulação em Freqüência (FM): Modulação em Fase (PM): Sc = Ac(t) cos(ω0t + Φ0) Sc = Ac cos[ω0t + Φ(t)] Sc = Ac cos[ω(t).t + Φ0]

Modulação em Freqüência (FM) * Interferência direta de em(t) na velocidade angular ou na freqüência instantânea do sinal modulado e(t) → aumento da freq. de e(t) em relação a e0(t) → diminuição da freq. e(t) em relação a e0(t) → freqs. iguais para e(t) e e0(t) l variável no tempo

Modulação em Freqüência (FM) * tom modulante

Modulação em Freqüência (FM) * índice de modulação FM: desvio máximo de fase que sofre o sinal modulado. FM: Frequency Modulation

Modulação em Freqüência (FM) * LARGURA DE FAIXA OCUPADA PELO SINAL FM FCC P B = 2 (15 + 75) = 180 kHz radiodifusão comercial f n B = 2 (15 + 25) = 80 kHz som da TV

+ OSCILADORES Amplificador com realimentação positiva Entrada: tensão contínua Saída: tensão alternada + ganho de malha fechada

+ OSCILADORES oscilação Amplificador com realimentação positiva Entrada: tensão contínua Saída: tensão alternada + oscilação ganho infinito

OSCILADORES oscilação CIRCUITO SINTONIZADO

OSCILADORES + – AMPLIFICADOR eFM(t) em(t) Oscilador a três impedâncias Sinal de FM obtido pelo Oscilador Hartley choque de RF Oscilador a três impedâncias Varicap ou Varactor diodo com capacitância variável + –

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIRETO R1, P1, R2: polarização Vp em torno de C0 – região linear choque de RF Vp + em(t) no varicap

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIRETO Onda portadora

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIRETO

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIRETO

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIRETO Pequenas variações (lineares) do varicap em torno de C0 Modulação em freqüência – FM

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIRETO Modulação em freqüência – FM coeficiente angular

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIGITAL Onda quadrada Filtragem da fundamental Modulação em freqüência Sinal modulante informação

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIGITAL Emissor Comum amplificador p/ peq. sinais com inversão de fase seguidor de emissor FPF(f0) multivibrador astável T3 e T4 fontes de corrente

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIGITAL T3 e T4 fontes de corrente b grande → IE ≈ IC = I R4=R5=RE VCONT = VP + [ – em(t) ] VP = polarização VCC – VCONT = vEB + IRE I=I0 + DI corrente modulada

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS MODULADORES – MÉTODO DIGITAL corrente proporcional ao sinal modulante R4=R5=RE Hz / V

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS DEMODULADORES Detector de inclinação Detector de inclinação balanceado Detector Foster–Seeley Detector de relação

Circuito RLC paralelo *

Circuito RLC paralelo * Z ind. Z cap. Fator de Qualidade

Circuito RLC paralelo *

Circuito RLC paralelo *

Circuito RLC paralelo *

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS DEMODULADORES – DETECTOR DE INCLINAÇÃO REGIÃO LINEAR E NÃO RESSONANTE DAV 2Df AV AV0 f0 fR 1) Converte sinal FM em AM 2) Recupera em(t) com um detector de envoltória f0 < fR e B = 2 (Df + fm) DETECTOR DE ENVOLTÓRIA CIRCUITO RESSONANTE eREC(t) = K+ em(t)

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS DEMODULADORES – DETECTOR DE INCLINAÇÃO Converte sinal FM (modulado) em AM Ganho linear do filtro fora da ressonância FM AM Recupera em(t) com um detector de envoltória DETECTOR DE ENVOLTÓRIA CIRCUITO RESSONANTE eREC(t) = K+ em(t)

Modulação em Freqüência (FM) DEMODULADORES – DETECTOR DE INCLINAÇÃO BALANCEADA curva S Detectores de inclinação simétricos eFM(t) D2 D1 eREC(t)=K+em(t) =vC4–vC5

Modulação em Freqüência (FM) DEMODULADORES – DETECTOR DE INCLINAÇÃO BALANCEADA eFM(t) D2 D1 eREC(t)=K+em(t) =vC4–vC5

Circuito RLC paralelo (recordando) * No detector balanceado

Modulação em Freqüência (FM) * DEMODULADORES – DETECTOR DE INCLINAÇÃO BALANCEADA f0 = 10,7 MHz (FI) f1 = 10,7 – 0,2 = 10,5 MHz f2 = 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 0,06 0,11 0,16 0,20 50 -0,74 -0,38 -0,17 0,41 0,62 0,75 200 -0,93 -0,16 -0,06 0,07 0,17 0,40 0,93

Modulação em Freqüência (FM) DEMODULADORES – DETECTOR DE INCLINAÇÃO BALANCEADA dois filtros duas sintonias eFM(t) D2 D1 eREC(t)=K+em(t) =vC4–vC5

Modulação em Freqüência (FM) DEMODULADORES – DETECTOR FOSTER – SEELEY DISCRIMINADOR DE FASE Defasagem no sinal de fuga da sintonia f0 de um circuito LC circuitos ressonantes simétricos L2C2 L3C3 a L2 vFM acoplado entre L2 e L3 = |va| – |vb| L3 tensão secundária em quadratura adiantada da primária b

Modulação em Freqüência (FM) DEMODULADORES – DETECTOR FOSTER – SEELEY DISCRIMINADOR DE FASE f = fr carga resistiva I em fase com vFM vFM acoplado entre L2 e L3 V2/2 Va a I vFM V2/2 Vb L2 L3 vO = |va| – |vb| vO = 0 b

Modulação em Freqüência (FM) DEMODULADORES – DETECTOR FOSTER – SEELEY DISCRIMINADOR DE FASE f < fr carga indutiva I atrasada de vFM vFM acoplado entre L2 e L3 V2/2 Va a vFM V2/2 Vb I L2 L3 vO = |va| – |vb| vO > 0 b

Modulação em Freqüência (FM) DEMODULADORES – DETECTOR FOSTER – SEELEY DISCRIMINADOR DE FASE f > fr carga capacitiva I adiantada de vFM vFM acoplado entre L2 e L3 V2/2 Va a I vFM V2/2 Vb L2 L3 vO = |va| – |vb| vO < 0 b

Modulação em Freqüência (FM) DEMODULADORES – DETECTOR FOSTER – SEELEY DISCRIMINADOR DE FASE DESVANTAGEM: Detecta variações na amplitude de vFM vO = |va| – |vb| V2/2 Va a vFM V2/2 Vb I L2 L3 Os fasores Va e Vb variam com vFM proporcionalmente a em(t) b

Modulação em Freqüência (FM) DEMODULADORES – DETECTOR DE RELAÇÃO DISCRIMINADOR DE FASE Defasagem no sinal de fuga da sintonia f0 de um circuito LC (R1 + R2) C6 alta. circuitos ressonantes simétricos va + vb cte vFM acoplado entre L2 e L3 tensão secundária em quadratura adiantada da primária diagramas fasoriais de Foster – Seeley

Modulação em Freqüência (FM) DEMODULADORES – DETECTOR DE RELAÇÃO DISCRIMINADOR DE FASE Independente de vFM: va + vb constante (R1 + R2) C6 alta. Compensação: va aum. → vb dim. va dim. → vb aum. va + vb cte (R1 = R2)

recordando ...

Modulação em Freqüência (FM) MODULAÇÃO EM FREQUENCIA – FM

Modulação em Freqüência (FM) MODULAÇÃO EM FREQUENCIA – FM - Moduladores com região linear restrita FMFE ou NBFM multiplicação de freqüência FMFL ou WBFM - b (índice de modulação) pequeno - Tendência a faixa estreita (FMFE) b pequeno

Modulação em Freqüência (FM) MODULAÇÃO EM FREQUENCIA – FM - Moduladores com região linear restrita FMFE ou NBFM multiplicação de freqüência FMFL ou WBFM - b (índice de modulação) pequeno - Tendência a faixa estreita (FMFE) b pequeno Multiplicando a(s) freqüência(s) por n maior sensibilidade maior desvio de freqüência no sinal modulado

Modulação em Freqüência (FM) eFM(t) em cascatas de até 4 x CIRCUITOS MULTIPLICS. f0 → 48 f0 MOD. BAL. AMP. POT. em(t) + FMFL f0 Df 48 f0 48 Df OSCIL. XTAL f0 e0(t) ARMSTRONG FMFE 88 MHz ≤ f0 ≤ 108 MHz Df ≤ 75 kHz O TRANSMISSOR FM

Modulação em Freqüência (FM) CIRCUITOS MULTIPLICADORES Amplificadores classe C +VCC em cascata L C2 Gera pulsos (harmônicas nf) FPF (LC2) sintonizado em C1 f C3 R

Valor médio filtrado de e Modulação em Freqüência (FM) PLL – Phase Locked Loop Mallha de travamento de fase Na entrada do modulador FM VCO – modulador FM a varicap f0 em(t) OSCILADOR CONTROLADO POR TENSÃO ao grupo de multiplicadores VDC(Df) e f0/n DIVISOR DE FREQ. POR n tratamento digital FPB VDC(Df) COMPARADOR DE FASE e = Df fC/m COMPARADOR DE FASE proporcional a em(t) DIVISOR DE FREQ. POR m OSCILADOR A CRISTAL malha travada fC(ref) VDC(Df) Valor médio filtrado de e ESTABILIDADE EM f0 DA PORTADORA EM FMFE

Modulação em Freqüência (FM) Sinal modulado em FM com b pequeno Após misturador: - freqüência da portadora alterada - desvio de freqüência mantida Heterodinação f0A DfA f0 Df nf0 nDf nf0 ± fC nDf m(nf0 ± fC) mnDf em(t) MODUL. FM 1º. GRUPO DE MULTIPLIC. 2º. GRUPO DE MULTIPLIC. AMP. POT. MIX Altera freq. Mantem Df fC OSCIL. XTAL. TRANSMISSÃO PROFISSIONAL EM FM

Modulação em Freqüência (FM) RECEPTOR FM MONOFÔNICO eFM fRF FI =fOL – fRF FM sem AM fm + RUÍDO fm AMP. E FILTRO RF AMP. DE FI DETECTOR FM MIX LIMITADOR DEÊNFASE fOL realimentação negativa OSCIL. LOCAL CAF CONTROLES . VOLUME . TONALIDADE AMP. AUDIO sintonia

Modulação em Freqüência (FM) FM ESTÉREO Informações dos canais L(t) [left = esquerdo] e R(t) [right = direito] codificadas e decodificadas em estéreo. Sinais modulantes na mesma faixa espectral Receptores mono – direito adquirido f(kHz) L f(kHz) R FCC fm ≤ 15 kHz Df ≤ 75 kHz 15 15

Modulação em Freqüência (FM) FM ESTÉREO Informações dos canais L(t) [left = esquerdo] e R(t) [right = direito] codificadas e decodificadas em estéreo. Sinais modulantes na mesma faixa espectral Receptores mono – dois canais misturados ou somados (L + R) L+R 15 f(kHz) 15 f(kHz) L–R FCC fm ≤ 15 kHz Df ≤ 75 kHz

Modulação em Freqüência (FM) FM ESTÉREO Codificação ou “matriciação” do sinal modulante estéreo Sinal modulante em(t) injetado no modulador FM faixa SCA em FM SCA = Secondary Communication Authorization em(t) L+R sinal piloto L–R em AM-DSB/SC 77 63 70 f(kHz) 15 19 38 X 2 23 53

Modulação em Freqüência (FM) FM ESTÉREO – novos fatores Se fm ≤ 53 kHz e Df ≤ 75 kHz B = 2 (75 + 53) = 256 kHz em(t) 50 emissoras entre 88 e 108 MHz garantem B ≤ 400 kHz L+R sinal piloto L–R em AM-DSB/SC f(kHz) 15 19 23 38 53 X 2

Modulação em Freqüência (FM) FM ESTÉREO – Geração do sinal codificado (matriciado) em(t) Subportadora: es(t) = Es cos (2p x 38 x 103 t) V fs = 2 fp Sinal piloto: ep(t) = Ep cos (2p x 19 x 103 t) V DSB/SC + – L – R MOD. BAL S O M A D R SUBTRATOR SOMADOR em(t) L(t) R(t) fs x 2 f OSCIL. PILOTO fp ao modulador L + R mono

Decodificação do sinal Modulação em Freqüência (FM) em(t) L+R L–R em AM-DSB/SC FM ESTÉREO Sinal Codificado f(kHz) Decodificação do sinal 15 19 23 38 53 23 53 19 ± 4kHz 15 FPB FPF acoplamento supercrítico Filtragens simultâneas

Modulação em Freqüência (FM) 23 53 FPF (L–R)es L–R DEMODULADOR AM-DSB/SC SOMADOR 2L(t) es fs=2fp FPF 19 ±4kHz do detetor fp ep aos circuitos de deênfase DOBRADOR DE FREQUENCIA curva S 15 FPB SUBTRATOR + – 2R(t) L+R FM ESTÉREO – Decodificação do sinal

Modulação em Freqüência (FM) 23 53 FPF L–R em AM-DSB SOMADOR Reinserção da subportadora no sinal L – R (L–R)es es fs=2fp FPF 19 ±4kHz do detetor 2R(t) 2L(t) fp ep DOBRADOR DE FREQUENCIA MATRIZ DECODIFICADORA curva S 15 FPB L+R FM ESTÉREO – Decodificação do sinal

Modulação em Freqüência (FM) (L–R)es REINSERÇÃO DA SUBPORTADORA no sinal L–R (L–R) em DSB

Modulação em Freqüência (FM) Reinserção da subportadora no sinal codificaddo FPF 19 ±4kHz do detetor 2R(t) 2L(t) fp ep es fs=2fp DOBRADOR DE FREQUENCIA MATRIZ DECODIFICADORA curva S em(t) sinal codificado FM ESTÉREO – Decodificação do sinal

Modulação em Freqüência (FM) RECEPTOR FM ESTÉREO STEREO +V AMPLIFIC. DE RF AMP. DE FI DETETOR DE FM DECODIFIC. ESTEREO MIX CAF INDICADOR DE SINTONIA SINTONIA OSCIL. LOCAL DEÊNFASE AMP. AUDIO

Amplificador operacional como SUBTRATOR SOMADOR R R 2R – R R(t) – L(t)+R(t) R L(t) + R L(t) + L(t)–R(t) R R(t) R R

Dobrador de frequencia Amplificador Classe C em 38 kHz Retificador em onda completa

Matriz decodificadora (L–R) retif. Reinserção da subportadora em L–R L-R+(L+R) –(L–R) retif. –(L–R)+(L+R)

Matriz decodificadora em+es Reinserção da subportadora em em

Matriz decodificadora em+es em–es

F I M