Demodulazione - I.I.S.Galilei Crema

Demodulazione
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Indice
Demodulazione
l Introduzione
l Foto del circuito
l Il trasmettitore
l Il ricevitore
l Forme d'onda
l Teoria degli oscillatori
l Lo stadio oscillatore
l I filtri attivi
l Il filtro passa-banda
l Le antenne
l I circuiti risonanti
l Progettazione antenna
l Modulazione ASK-OOK
l Demodulazione AM
l Mo-demodulatori
l Gli amplificatori
l Gli stadi amplificatori
l I disturbi
l Il display LCD
l Il PIC16F84
l Protocollo di
trasmissione
Il processo inverso della modulazione è chiamato demodulazione. Poiché il termine modulazione sta a significare
la traslazione della banda base del segnale di informazione (modulante) in un'altra a frequenza superiore, il
termine demodulazione significa il ripristino sul segnale della modulante delle caratteristiche d'origine.
Si riporta dunque l'intero spettro del segnale modulato, cioè quello traslato, nel campo di appartenenza iniziale,
cioè alle basse frequenze (banda base).
La demodulazione AM, e quindi anche la demodulazione ASK-OOK, è un tipo di demodulazione che richiede
apparati estremamente semplici grazie alla caratteristiche stabili della portante (ampiezza e frequenza costanti).
Pertanto basterebbe togliere in ricezione quello che è stato aggiunto in trasmissione, cioè la portante. Il compito
quindi del demodulatore si semplifica notevolmente, perchè occorre solamente un circuito che segua le variazioni
dell'inviluppo della portante, che rappresenta l'informazione.
Esistono due tipi di rivelatori:
l
l
rivelatori passivi (a diodo)
rivelatori attivi (a transistor)
Il primo tipo di rivelatore è estremamente semplice da realizzare, ma in genere richiede sempre uno stadio di
amplificazione per compensare il livello del segnale che durante la rivelazione viene ridotto poiché attraversa
circuiti passivi. Per superare tale problema si preferisce a volte utilizzare la seconda categoria di demodulatori,
che utilizzano transistor o JFET, e possono accettare in ingresso anche segnali molto deboli in quanto
contemporaneamente ripristinano il segnale rivelato.
l L'interfaccia RS-232
l Datasheet componenti
l Ringraziamenti
Le prestazioni richieste dal nostro modulatore non sono eccessive e non è necessario eseguire un'amplificazione
del segnale demodulato, quindi si è optato per l'utilizzo di un semplice rivelatore a diodo, che risulta molto più
semplice e veloce da progettare.
Rivelatori a diodo
I rivelatori a diodo, chiamati anche rivelatori d'inviluppo, sono dei circuiti semplici costituiti da componenti discreti
passivi.
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02/10/2006
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Fig.1 - Schema elettrico di un rivelatore di inviluppo
Poiché il segnale di ingresso del rivelatore è modulato in ampiezza, quindi è un segnale variabile in ampiezza con
frequenza costante pari a quella della portante.
Il diodo è funzionante nel tratto lineare della sua caratteristica per ottenere in uscita un segnale la cua ampiezza
sia funzione lineare dell'ampiezza del segnale in ingresso. Viene utilizzato solitamente un diodo al germanio
perchè presenta, rispetto ad un diodo al silicio, un tensione di soglia minore, intorno a 0,35V e permette quindi di
rivelare segnali con tensione più bassa.
Il condensatore deve presentare un valore abbastanza basso per motivi che spiegherò in seguito, mentre la
resistenza deve avere un valore abbastanza elevato per ottenere una corretta demodulazione del segnale.
Il funzionamento del rivelatore d'inviluppo è analogo a quello di un raddrizzatore ad una semionda e quindi
l'ampiezza della tensione di uscita segue i valori di picco della portante modulata, riproducendo così il segnale
della modulante. Vediamo comunque il principio di funzionamento di questo demodulatore.
Poiché l'informazione è internamente contenuta nell'inviluppo della portante modulata tale inviluppo sarà formato
da tutti i picchi delle semionde della portante variabili in ampiezza aventi frequenza f p, cioè i valori massimi
variano con il ritmo della frequenza della portante. Il segnale quindi che attraversa il diodo viene privato della sua
semionda negativa (inviluppo inferiore). L'inviluppo superiore viene rivelato tramite la carica e scarica del
condensatore.
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Fig.2 - Rivelazione d'inviluppo a diodo
Più precisamente quando il diodo è polarizzato direttamente conduce fino all'istante in cui il condensatore è
caricato al valore di picco della semionda relativa. Il diodo in quell'istante si blocca, perchè è polarizzato
inversamente in quanto il valore della tensione ai capi del condensatore supera il valore della tensione di ingresso.
Il condensatore si carica sulla resistenza in parallelo, con una costante di tempo pari a R1C1, fino all'istante in cui
il diodo riprende a condurre al successivo picco positivo del segnale modulato, ricaricando così il condensatore.
Il tempo di scarica del condensatore sulla resistenza è funzione della frequenza della portante (f p) e quella
massima della modulante (f Mmax). La costante di tempo τ di solito assume valori che rispettano la condizione
[1]
considerando valori di R 1 compresi tra 200 e 300 KΩ.
Osservando la Fig.2 si nota che la tensione di uscita ha una forma simile a quella dell'informazione originaria, ma
presenta anche una dentellatura ed una componente continua. La dentellatura è dovuta alla carica e scarica del
condensatore. Essa è una variazione a radiofrequenza della tensione di uscita e viene chiamata tensione di ripple.
La spezzata risulta più o meno evidente se la costante di tempo assume valori molto piccolo o molto grandi
rispetto al periodo della portante (Tp). Questo significa che se il condensatore si scarica più velocemente (τ molto
piccola rispetto a T p) tra i due picchi adiacenti del segnale modulato e quindi la spezzata sarà più marcata,
l'inviluppo che si ottiene non approssima in modo accettabile l'informazione originaria. In caso contrario (τ molto
grande rispetto a Tp) il condensatore si scarica sulla resistenza in modo meno veloce approssimando di più il
segnale modulato, perchè la spezzata risulta di ampiezza più piccola. Si deve sottolineare il fatto che nell'ultimo
caso esiste un limite massimo del valore di τ che in nessun caso si deve superare. In altre parole quando la
costante di tempo è molto superiore rispetto al valore del periodo della portante e supera un certo limite accade
che il condensatore non riesce più a scaricarsi con la stessa rapidità con la quale decresce l'inviluppo e quindi non
segue quest'ultimo: la legge con la quale decresce la tensione ai capi del condensatore è diversa da quella con cui
varia l'inviluppo.
Il segnale così riprodotto è distorto e la distorsione prende il nome di distorsione di taglio diagonale.
La distorsione di taglio diagonale (diagonal clipping) è dovuta al fatto che il diodo rimane interdetto fino all'istante
in cui la tensione di uscita riprende l'andamento dell'inviluppo, in quanto i valori istantanei di quest'ultima
nell'intervallo suddetto sono maggiori di quelli massimi del segnale modulato.
La formula [1] cerca appunto di soddisfare questi due criteri trovando una τ che si adatta in buona maniera a tutti
e due i casi.
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