Amplitude modulada: características e como funciona - Ciência - 2023

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o amplitude modulada SOU (modulação de amplitude) é uma técnica de transmissão de sinal em que uma frequência sinusoidal portadora de onda eletromagnética f_c, encarregado de transmitir uma mensagem de frequência f_s F_c, varia (isto é, modula) sua amplitude de acordo com a amplitude do sinal.

Ambos os sinais viajam como um, um sinal total (Sinal AM) que combina ambos: a onda portadora (sinal da portadora) e a onda (sinal de informação) que contém a mensagem, conforme mostrado na figura a seguir:

Observa-se que a informação viaja contida na forma que envolve o sinal AM, que é denominado envelopando.

Por meio dessa técnica, um sinal pode ser transmitido por longas distâncias, por isso esse tipo de modulação é amplamente utilizado por rádios comerciais e banda civil, embora o procedimento possa ser realizado com qualquer tipo de sinal.

Para obter as informações, é necessário um receptor, no qual um processo denominado demodulação através de um detector de envelope.

O detector de envelope não é outro senão um circuito muito simples, chamado retificador. O procedimento é simples e barato, mas sempre ocorrem perdas de potência no processo de transmissão.

Como funciona a amplitude modulada?

Para transmitir a mensagem junto com o sinal da portadora, não basta simplesmente adicionar os dois sinais.

É um processo não linear, no qual a transmissão da forma descrita acima é realizada por multiplicar o sinal de mensagem pelo sinal da portadora, ambos cosseno. E como resultado disso Adicionar o sinal da portadora.

A forma matemática que resulta deste procedimento é um sinal variável no tempo E (t), cuja forma é:

E (t) = E_c (1 + m.cos 2πf_s.t). cos 2πf_c.t

Onde a amplitude E_c é a amplitude da portadora e m é o índice de modulação, dado por:

m = Amplitude da mensagem / Amplitude da portadora = E_s / E_c

Deste modo: E_s= m.E_c

A amplitude da mensagem é pequena em comparação com a amplitude da portadora, portanto:

m <1

Caso contrário, o envelope do sinal AM não teria o formato preciso da mensagem a ser transmitida. A equação para m pode ser expresso como porcentagem de modulação:

m_% = (E_s / E_c) x 100%

Sabemos que os sinais sinusoidais e cossineais são caracterizados por terem uma certa frequência e comprimento de onda.

Quando um sinal é modulado, sua distribuição de frequência (espectro) é transferida, que passa a ocupar uma determinada região em torno da frequência do sinal portador F_c (que não é alterado durante o processo de modulação), chamado largura de banda.

Por serem ondas eletromagnéticas, sua velocidade no vácuo é a da luz, que está relacionada ao comprimento de onda e frequência por:

c = λ.f

Desse modo, a informação a ser transmitida de, digamos, uma estação de rádio viaja muito rapidamente para os receptores.

Transmissões de rádio

A estação de rádio deve transformar palavras e música, que são todos sinais sonoros, em um sinal elétrico da mesma frequência, por exemplo, usando microfones.

Este sinal elétrico é chamado sinal de frequência auditiva FA, porque está na faixa de 20 a 20.000 Hz, que é o espectro audível (as frequências que os humanos ouvem).

Este sinal deve ser amplificado eletronicamente. Nos primórdios do rádio, ele era feito com tubos de vácuo, que mais tarde foram substituídos por transistores, que eram muito mais eficientes.

Em seguida, o sinal amplificado é combinado com o sinal de frequência radial FR através Circuitos moduladores AM, de modo que resulte em uma frequência específica para cada estação de rádio. Esta é a frequência portadora f_c Mencionado acima.

As frequências portadoras das estações de rádio AM estão entre 530 Hz e 1600 Hz, mas as estações que usam frequência modulada ou FM, têm portadoras de frequência mais altas: 88-108 MHz.

A próxima etapa é amplificar o sinal combinado novamente e enviá-lo à antena para que possa ser transmitido como uma onda de rádio. Desta forma, ele pode se espalhar pelo espaço até chegar aos receptores.

Recepção de sinal

Um receptor de rádio possui uma antena para captar as ondas eletromagnéticas vindas da estação.

Uma antena consiste em um material condutor que, por sua vez, possui elétrons livres. O campo eletromagnético exerce força sobre esses elétrons, que vibram imediatamente na mesma frequência das ondas, produzindo uma corrente elétrica.

Outra opção é que a antena receptora contenha uma bobina de fio e o campo eletromagnético das ondas de rádio induz uma corrente elétrica nela. Em qualquer um dos casos, esse fluxo contém as informações que vêm de todas as estações de rádio que foram capturadas.

O que se segue agora é que o receptor de rádio consegue distinguir cada estação de rádio, ou seja, sintonizar aquela que preferir.

Sintonize o rádio e ouça a música

A escolha entre os vários sinais é realizada por um circuito LC ressonante ou oscilador LC. Este é um circuito muito simples que contém um indutor variável L e um capacitor C colocados em série.

Para sintonizar a estação de rádio, os valores de L e C são ajustados, de modo que a frequência de ressonância do circuito corresponda à frequência do sinal a ser sintonizado, que não é outra senão a frequência da portadora da estação de rádio: F_c.

Assim que a estação é sintonizada, o circuito entra em ação demodulador do que mencionado no início. Ele é o encarregado de decifrar, por assim dizer, a mensagem veiculada pela estação de rádio.Ele consegue isso separando o sinal da portadora e o sinal de mensagem, usando um diodo e um circuito RC chamado filtro passa-baixa.

O sinal já separado passa por um processo de amplificação novamente e daí vai para os alto-falantes ou fones de ouvido para que possamos ouvi-lo.

O processo é descrito aqui, porque na verdade existem mais estágios e é muito mais complexo. Mas nos dá uma boa ideia de como a modulação em amplitude acontece e como chega aos ouvidos do receptor.

Exemplo trabalhado

Uma onda portadora tem amplitude E_c = 2 V (RMS) e frequência F_c = 1,5 MHz. É modulado por um sinal de frequência fs = 500 Hz e largura E_s = 1 V (RMS). Qual é a equação do sinal AM?

Solução

Substitua os valores apropriados na equação para o sinal modulado:

E (t) = E_c (1 + m.cos 2πf_s.t). cos 2πf_c.t

No entanto, é importante notar que a equação inclui as amplitudes de pico, que neste caso são tensões. Portanto, é necessário passar as tensões RMS para o pico multiplicando por √2:

E_c = √2 x 2 V = 2,83 V; E_s = √2 x 1 V = 1,41 V

m = 1,41 / 2,83 = 0,5

E (t) = 2,83 [(1 + 0,5 cos (2π.500.t)] cos (2π.1,5 x 10⁶.t) = 2,83 [(1 + 0,5cos (3,14 x 10³.t)] cos (9,42 x 10⁶.t)

Referências

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