AMPLITUDINE MODULATĂ: CARACTERISTICI ȘI MODUL DE FUNCȚIONARE - FIZIC - 2025

Amplitudinii modulate AM (modulație în amplitudine) este o tehnică de transmisie a semnalului , în care o undă electromagnetică de frecvență purtătoare sinusoidală f _c , responsabil pentru transmiterea unui mesaj de frecvență f _s << f _c variază (adică, modulează) amplitudine în funcție de amplitudinea semnalului.

Ambele semnale circulă ca unul, un semnal total (semnal AM) care combină ambele: unda purtătoare (semnal transportator) și unda (semnal informațional) care conține mesajul, așa cum se arată în figura următoare:

Figura 1. Modulația amplitudinii. Sursa: Wikimedia Commons.

Se observă că informațiile călătoresc conținute sub forma care înconjoară semnalul AM, care se numește plic.

Prin această tehnică, un semnal poate fi transmis pe distanțe lungi, prin urmare, acest tip de modulare este utilizat pe scară largă de radioul comercial și banda civilă, deși procedura poate fi realizată cu orice tip de semnal.

Pentru a obține informațiile, este nevoie de un receptor, în cadrul căruia se realizează un proces numit demodulare cu ajutorul unui detector de plic.

Detectorul de plic nu este altceva decât un circuit foarte simplu, numit redresor. Procedura este simplă și ieftină, dar pierderile de energie apar întotdeauna în procesul de transmisie.

Cum funcționează amplitudinea modulată?

Pentru a transmite mesajul împreună cu semnalul purtător, nu este suficient să adăugați pur și simplu cele două semnale.

Este un proces neliniar, în care transmisia în modul descris mai sus se realizează prin înmulțirea semnalului de mesaj cu semnalul purtător, ambele cosine. Și la rezultatul acestui lucru se adaugă semnalul transportatorului.

Forma matematică care rezultă din această procedură este un semnal variabil în timpul E (t), a cărui formă este:

În cazul în care amplitudinea E _c este amplitudinea purtătoarei și m este indicele de modulație, dată de:

Astfel: E _s = mE _c

Amplitudinea mesajului este mică în comparație cu amplitudinea transportatorului, prin urmare:

Altfel, plicul semnalului AM nu ar avea forma precisă a mesajului care trebuie transmis. Ecuația pentru m poate fi exprimată ca procent de modulare:

Știm că semnalele sinusoidale și cosinus se caracterizează prin faptul că au o anumită frecvență și lungime de undă.

Atunci când un semnal este modulat, distribuția frecvenței sale (spectrul) este tradusă, ceea ce se întâmplă să ocupe o anumită regiune în jurul frecvenței semnalului purtător f _c (care nu este modificat deloc în timpul procesului de modulare), numit lățime grup.

Deoarece sunt unde electromagnetice, viteza lor în vid este cea a luminii, care este legată de lungimea de undă și frecvența de:

În acest fel, informațiile care trebuie transmise de la o stație de radio călătorește foarte repede către receptoare.

Transmisiuni radio

Stația radio trebuie să transforme cuvintele și muzica, toate acestea fiind semnale sonore, într-un semnal electric de aceeași frecvență, de exemplu folosind microfoane.

Acest semnal electric se numește semnal de frecvență auditivă FA, deoarece se află în domeniul de la 20 la 20.000 Hz, care este spectrul audibil (frecvențele pe care le aud oamenii).

Figura 2. Multe posturi de radio difuzează în AM. Sursa: Pixabay.

Acest semnal trebuie amplificat electronic. În primele zile ale radioului se făcea cu tuburi de vid, care mai târziu au fost înlocuite cu tranzistoare mult mai eficiente.

Semnalul amplificat este apoi combinat cu semnalul de frecvență radio FR de circuitele modulatoare AM, astfel încât să rezulte o frecvență specifică pentru fiecare stație radio. Aceasta este frecvența purtătorului f _c menționată mai sus.

Frecvențele purtătoare ale stațiilor radio AM sunt cuprinse între 530 Hz și 1600 Hz, dar stațiile care utilizează frecvență modulată sau FM au purtători de frecvență mai mare: 88-108 MHz.

Următorul pas este să amplificați din nou semnalul combinat și să îl trimiteți la antenă, astfel încât să poată fi emis ca undă radio. În acest fel se poate răspândi prin spațiu până ajunge la receptoare.

Recepția semnalului

Un receptor radio are o antenă pentru a prelua undele electromagnetice care vin de la stație.

O antenă constă dintr-un material conductor care la rândul său are electroni liberi. Câmpul electromagnetic exercită forță asupra acestor electroni, care vibrează imediat la aceeași frecvență cu undele, producând un curent electric.

O altă opțiune este aceea că antena de recepție conține o bobină de sârmă și câmpul electromagnetic al undelor radio induce un curent electric în ea. În ambele cazuri, acest flux conține informațiile care provin de la toate posturile de radio care au fost capturate.

Ceea ce urmează acum este că receptorul radio este capabil să distingă fiecare stație radio, adică să acorde tonul cu cel preferat.

Pune-te la radio și ascultă muzica

Alegerea dintre diferitele semnale se realizează printr-un circuit rezonant LC sau un oscilator LC. Acesta este un circuit foarte simplu care conține un inductor L variabil și un condensator C plasat în serie.

Pentru a regla stația radio, valorile L și C sunt ajustate astfel încât frecvența rezonantă a circuitului să coincidă cu frecvența semnalului de reglat, care nu este altul decât frecvența purtătoare a stației radio: f _c .

Odată ce stația este reglată, circuitul demodulatorului menționat la început intră în acțiune. El este cel însărcinat să descifreze, ca să spunem așa, mesajul transmis de postul de radio. Face acest lucru prin separarea semnalului purtător și a semnalului de mesaj, folosind o diodă și un circuit RC numit filtru de trecere mică.

Figura 3. Pe circuitul oscilatorului LC din stânga. În dreapta, un circuit demodulator. Sursa: F. Zapata.

Semnalul deja separat trece printr-un proces de amplificare din nou și de acolo trece la difuzoare sau căști, astfel încât să-l auzim.

Procesul este prezentat aici, deoarece există de fapt mai multe etape și este mult mai complex. Dar ne oferă o idee bună despre modul în care se întâmplă modularea amplitudinii și cum ajunge la urechile receptorului.

Exemplu lucrat

O undă purtătoare are amplitudinea E _c = 2 V (RMS) și frecvența f _c = 1,5 MHz. Este modulat de un semnal de frecvență fs = 500 Hz și amplitudine E _s = 1 V (RMS). Care este ecuația semnalului AM?

Soluţie

Se înlocuiesc valorile corespunzătoare în ecuația pentru semnalul modulat:

Cu toate acestea, este important de menționat că ecuația include amplitudinile de vârf, care în acest caz sunt tensiuni. Prin urmare, este necesar să treci tensiunile RMS la vârf înmulțind cu √2:

1. Analphabetics. Sisteme de modulare. Recuperat de la: analfatecnicos.net.
2. Giancoli, D. 2006. Fizică: Principii cu aplicații. 6 ^a . Sala Ed Prentice.
3. Quesada, F. Laboratorul de comunicații. Modulație de amplitudine. Recuperat din: ocw.bib.upct.es.
4. Santa Cruz, O. Transmiterea modulării amplitudinii. Recuperat din: professors.frc.utn.edu.ar.
5. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fizică pentru știință și inginerie. Volumul 2. 7 ^ma . Ed. Cengage Learning.
6. Valul purtătorului. Recuperat de la: es.wikipedia.org.