FM - Parte 1

En los direct FM transmitters que hasta ahora hemos
examinado, se produce una onda en la salida cuya
desviación en frecuencia es proporcional a la señal de
modulación. Por lo tanto, tiene que variar la frecuencia de
salida del oscilador.
Si el sistema de FM posee un ínidice de modulación
moderado o alto, entonces el cambio en frecuencia es alto y
el oscilador no puede ser de cristal. Un oscilador de cristal
no puede variar mucho su frecuencia de salida.
Si no utilizamos un cristal como parte del circuito del
oscilador, entonces no podemos garantizar que la
estabilidad en frecuencia cumple con los parámetros
especificados por la FCC para la transmisión de FM
comercial.
Para resolver este problema se utiliza el automatic
frequency control o AFC.
Un circuito de AFC compara la frecuencia de un oscilador
que no es de cristal y que está generando el carrier con una
frecuencia de referencia provista por un oscilador de cristal,
y genera un voltaje de corrección el cual es proporcional al
error entre las dos frecuencias. El voltaje de corrección es
retroalimentado al oscilador que no es de cristal y que está
generando el carrier para así compensar por cualquier
desviación en frecuencia.
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En el diagrama de bloque el frequency modulator puede ser
o un reactance modulator o un voltage controlled oscillator.
El master oscillator genera una frecuencia fc=5.1 MHz, la
cual es multiplicada 3 x 2 x 3 = 18 veces hasta lograr la
frecuencia de transmisión de ft = 91.8 MHz.
Cuando un carrier modulado en FM es multiplicado en
frecuencia, su frecuencia y su desviación en fase también
son multiplicadas. Sin embargo, fm, la frecuencia de la
señal de modulación, no es multiplicada en frecuencia.
Como m = f / fm, m es multiplicado por el mismo factor
que la frecuencia.
Si en vez de utilizar multiplicación en frecuencia
hubiéramos utilizado un mixer y un filtro (i.e. efecto
heterodino) para hacer un up conversion en frecuencia,
entonces ni fm, ni f son multiplicados en frecuencia. Tan
sólo se desplaza o se traslada el power spectrum a otra
gama de frecuencias.
En FM comercial max f = 75 kHz. La FCC impone este
límite pues si permitiera que aumentara f entonces cada
estación requeriría de todavía un ancho de banda mayor.
Debemos recordar que en FM el f es proporcional a la
amplitud de la señal y que mientras más fuerte sea la señal,
o mayor sea f, mayor será el ancho de banda que ocupa.
Este fenómeno lo vimos en el análisis de wide band FM.
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Dado un factor de multiplicación en frecuencia de 18,
calculemos ahora en nuestro ejemplo cuál sería el max f
que se le permitiría al modulador de frecuencia, y cuál sería
el máximo índice de modulación.
f =
75kHz
18
m=
= 4,166.67 Hz
4,166.67Hz
fm
La FCC tan sólo permite una frecuencia máxima de 15
KHz en la señal de modulación.
4,166.67Hz
max m = 15,000Hz = 0.2778
Por lo tanto, como al multiplicar en frecuencia se multiplica
el índice de modulación, entonces el máximo índice de
modulación en la antena es
max m = 0.2778 x 18 = 5
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AFC Loop:
El propósito del AFC loop es lograr una estabilidad en
frecuencia similar a la que brindaría un oscilador de cristal
pero sin tener que usar un cristal en dicho oscilador.
Es importante recordar que en el modulador de
frecuencia/master oscillator no podemos utilizar un cristal
pues entonces limitaríamos demasiado el max f. Un
oscilador de cristal no puede desviarse mucho de su
frecuencia nominal.
El mixer del AFC mezcla el carrier modulado con una señal
sincronizada a un oscilador de cristal. El mixer junto al
BPF (bandpass filter) hacen un down conversion del carrier
modulado y lo llevan a una frecuencia de 2 MHz
convirtiéndose en el input de un discriminador de
frecuencia sintonizado a 2 MHz.
Un discriminador de frecuencia es un dispositivo
electrónico cuyo voltaje de salida es proporcional a la
diferencia en frecuencia entre la frecuencia de entrada y su
frecuencia de resonancia (2 MHz en este caso). Un
discriminador de frecuencias es básicamente un convertidor
de cambios en frecuencia a voltaje. De hecho, un
discriminador de frecuenia se puede utilizar como un
detector de FM.
Como la desviación en la frecuencia del carrier es un
proceso lento y a largo plazo que no depende de las
desviaciones en frecuencia producidas por la señal de
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modulación, y como la operación del LPF (low pass filter)
tampoco responde a las desviaciones en frecuencia
producidas por la señal de modualción, el discriminador de
frecuencia genera un voltaje DC que corrige cualquier long
term frequency drift que pueda llegar a ocurrir en el
modulador de frecuencia / master oscillator.
De esta forma, el modulador de frecuencia / master
oscillator puede tener un max f alto y a la misma vez
gozar de la estabilidad en frecuencia de un oscilador de
cristal, pero sin él ser un oscilador de cristal.
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