¿Una onda portadora debe ser sinusoidal?

Estoy tratando de modular una canción en AM y tengo una idea de cómo lo voy a hacer, pero necesito una onda portadora para empezar y he tenido problemas para crear una con un resonador de cerámica porque no tengo un inversor CMOS.

Así que pensé en ir a comprar un chip IC que pueda darme una onda portadora de 500kHz y una de 700kHz. Sin embargo, no sé qué necesito comprar. Entiendo la teoría detrás de una onda portadora, pero porque planeo usar un BJT para el mezclador. Tengo la sospecha de que podría usar una onda digital del oscilador en el colector y la señal para modular en la base.

Tenga en cuenta que el diagrama pretende ser básico para mostrar mi idea.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

De todos modos, no sé mucho sobre ondas portadoras además de construir un receptor de radio AM y no sé nada sobre la modulación de amplitud de una señal.

¿Funcionaría mi idea, o voy a gastar mi dinero si compro un chip que oscile solo ondas cuadradas? ¿Alguna recomendación de pieza o esquema?

Puede usar una onda cuadrada en su excitador, pero necesitará un filtro para eliminar la energía armónica fuera de banda inadmisible, esencialmente para convertir la salida en una onda sinusoidal mucho más perfecta que la mera ausencia de cualquier imperfección que pueda ver. visualmente, antes de que llegue a la antena.

Respuestas (2)

Los sistemas portadores de onda cuadrada en realidad no son infrecuentes en los sistemas de comunicación por cable, fibra óptica o incluso de línea de visión óptica, pero es importante señalar que se trata de sistemas de canal cerrado ; efectivamente, se puede suponer que toda la energía que produce el transmisor en su mayor parte es recibida por el receptor. El beneficio aquí es que el transmisor y el receptor tampoco necesitan preocuparse por la otra información indeseable (armónica) que se generó.

Para la transmisión de RF por aire, las ondas cuadradas generan una gran cantidad de contenido armónico extraño y feo que violaría las restricciones de ancho de banda de la FCC; ese contenido armónico sería una versión de menor potencia y menor calidad de su señal modulada original en una frecuencia separada y la consecuencia obvia es la interferencia para otros usuarios. Una excepción (notable) a esta regla general serían los transmisores de AM Clase D , que funcionan modulando por ancho de pulso una señal de onda cuadrada. Estos logran funcionar porque tienen un filtro de salida de diseño muy estricto que elimina los armónicos y el ruido de conmutación de la señal del transmisor.

Tenga en cuenta que esto se puede filtrar con precisión, como en el ejemplo de Clase D anterior, mediante un filtro de salida en su modulador/transmisor; simplemente diseñaría un filtro de paso de banda para pasar su ancho de banda modulado alrededor de la frecuencia portadora mientras le da a cada otra frecuencia de señal un alto grado de atenuación.

Entonces, en resumen, el uso de una onda cuadrada como portadora funciona, pero para la transmisión de RF aérea, es probable que el aumento en la complejidad del diseño del filtro de salida para garantizar una salida espectral permisible supere el uso de una fuente de onda cuadrada.

¿Ha considerado utilizar un circuito LC (es decir, un oscilador Colpitts o Hartley) o un circuito oscilador de cristal como fuente de alimentación de la portadora? Estos se pueden construir de manera bastante económica con un BJT e inductores/condensadores y tienden a generar buenas ondas sinusoidales con diversos grados de estabilidad. También tienen la ventaja de estar bastante bien caracterizados por la comunidad de radioaficionados.

EDITAR, con respecto a la guía de OP sobre los osciladores Colpitts

El siguiente es un diseño de Colpitts que encontré en uno de mis textos de EE, con muchos de los valores de los componentes omitidos para permitir que esto sirva como un esquema genérico como sea posible:

oscilador colpitts

Aquí, R 1 / R 2 sirven para sesgar el transistor NPN, C 1 es el condensador de derivación del emisor, L 1 es un estrangulador de RF diseñado para prohibir que la RF generada vuelva a filtrarse en su fuente de alimentación (como en el comentario de Sean sobre la otra respuesta), y C 2 / L 2 es el circuito del tanque Colpitts que genera la oscilación. Tenga en cuenta que lo construí usando un condensador variable de estator dividido/dual-gang. Esto permite que este circuito sea de salida variable.

Como mencioné a continuación, la frecuencia de resonancia de este oscilador Colpitts se da de la siguiente manera:

F r mi s = 1 2 π L 2 ⋅ C 2

La capacitancia efectiva de C 2 es el equivalente de cada una de sus cuadrillas en serie, entonces:

1 C 2 = 1 C a + 1 C b

dónde C a / C b son las capacidades de cada una de las bandas. Debido a que la mayoría de las pandillas se mantienen en su mayor parte al unísono, esto puede mejorar para ( 1 2 C gramo ) − 1 . Las imprecisiones en la frecuencia deseada frente a la frecuencia producida probablemente se deban a capacitancias parásitas en el circuito y capacitancia parásita, como la capacitancia entre devanados del inductor. También puede agregar capacitancia adicional al circuito del tanque para ayudar a acorralar o compensar el rango de frecuencia de donde estaría de otra manera.

¿Puedo hacer una onda portadora en el rango de 500kHz a 1Mhz usando un oscilador Colpitts sin un resonador de cristal o cerámica? Tenía la impresión de que tenía que usar uno de los dos y tenía problemas para encontrar un circuito con un cristal que se ajustara a mis necesidades.
@Klik No veo por qué no, siempre que use un inductor o capacitor variable para lograr la variación de frecuencia. Aquí hay un ejemplo de un oscilador Colpitts basado en NPN; Creo que te estás refiriendo a un diseño de cristal Colpitts , que sustituye la fuente del inductor/condensador por un cristal más estable. El uso de L/C permite la variación en la frecuencia de salida si usa algún tipo de componente variable.
@Klik También hay un tercer tipo, en sí mismo una variación del tipo Colpitts: el oscilador Clapp . Esto tiene mucha mejor estabilidad, ya que los valores de la capacitancia del tanque inundan la capacitancia parásita del resto del circuito. También puede ser algo más fácil de construir, ya que se puede usar un solo condensador variable en lugar de los estilos de doble banda que sugiere la etapa Colpitts.
Para el diseño de cristal Colpitts, ¿cómo encuentro los valores de c1 y c2? He leído que el resonador de cerámica que estoy usando tiene una inductancia, pero mi inductancia medida con un medidor LCR parece ser demasiado pequeña para obtener un circuito resonante de 455 kHz (que es para lo que está clasificado el resonador).
@Klik Primero, un resonador cerámico como el que está describiendo generalmente está diseñado para una frecuencia específica, en este caso, como ha dicho, 455 kHz, que es una especie de frecuencia intermedia de facto para las etapas IF en radios superheterodinos. Puede aplicar filtrado LC a esto para sintonizar el resonador (o, alternativamente, bloquearlo por inyección a una frecuencia ligeramente diferente), pero en general, su salida de frecuencia está diseñada para ser fija.
@Klik, el circuito de tanque Colpitts estándar se logra utilizando un circuito de tanque compuesto por un inductor y un circuito de capacitor donde dos capacitores (o las dos bandas de un varicap de doble banda) se colocan en serie con el nodo de conexión conectado a tierra. La frecuencia resonante efectiva de este circuito tanque se da así , donde Ceff es la capacitancia en serie de los capacitores combinada con las capacitancias parásitas del circuito.
@Klik ver respuesta actualizada y editada

Una onda sinusoidal pura consta de una sola frecuencia. Se dice que cualquier otra cosa está compuesta por una mezcla de ondas sinusoidales (busque Análisis de Fourier ). De hecho, la modulación es una forma particular de mezclar su señal de audio con la portadora. Cualquier desviación no deseada de un seno puro se llama distorsión . Una onda cuadrada contiene armónicos impares, todos los cuales formarán parte de la señal resultante junto con la señal de audio añadida.

Los armónicos de la portadora, si usara 700 kHz, aparecerían como otra señal a 2100 kHz, 3500 kHz, 4900 kHz, y así sucesivamente. El audio también estará allí. Estos armónicos adicionales se pueden filtrar, pero luego estás desperdiciando toda la energía que se desvió para hacer los armónicos en primer lugar. Las señales adicionales también están mal vistas por las agencias reguladoras, ya que casi siempre interfieren con la operación de otra persona.

Puede ser práctico filtrar la portadora a una onda sinusoidal antes de modularla, y se desperdicia mucha menos energía si lo hace en la fuente. Pero una onda cuadrada no es una fuente portadora ideal, al menos en las técnicas de radio tradicionales.

En realidad no voy a enviar la señal por el aire. Solo quiero modular dos señales a diferentes frecuencias, combinarlas y tratar de filtrarlas y demodularlas. Esto es para la experiencia y el aprendizaje.
Bueno, entonces, ¡pruébalo! Aprenderás algo de cualquier manera. Solo mantén esos cables cortos para que el vecindario no lo escuche :)
@Klik, ¡es genial que estés aprendiendo! Pero solo para darle una buena dosis de paranoia, la razón por la que funciona el análisis de Fourier no es solo un truco matemático. Esas frecuencias están realmente ahí, y desde una onda cuadrada pueden ser bastante grandes. Cuando juegue con esto, no lo haga sin una fuente de alimentación aislada de algún tipo, o un filtro realmente bueno; si lo hace, los armónicos pueden rastrear las líneas en su casa, posiblemente destruyendo los cargadores de teléfonos celulares, las fuentes de alimentación de la computadora y el como. Esto es poco probable a voltajes bajos, solo tenga en cuenta este fenómeno.
@SeanBoddy: no seas absurdo.
@ChrisStratton, solo hay tanto espacio en un comentario. Dije que era poco probable, no dije que tendría que ser mucho más extremo que casi cualquier cosa que pudiera causar intencionalmente con las cosas que está usando. Y el contenido de frecuencia adicional, si no se filtra o aísla, puede quemar las etapas de entrada de las fuentes de alimentación de modo conmutado por la misma razón que puede acortar la vida útil de los transformadores o motores y, en ocasiones, sobrecargarlos por completo.
"No dije que tendría que ser mucho más extremo que casi cualquier cosa que pudiera causar intencionalmente con las cosas que está usando", en otras palabras, irrelevante, de una manera que cumpla con mi definición de absurdo. Si desea mencionar algo que es una posibilidad teórica pero no práctica, prepárelo con un calificador de este tipo.
@ChrisStratton, estoy seguro de que eres una persona encantadora en la vida real, pero mi disciplina es exclusivamente la electrónica de potencia. No hay nada que sea solo teórico sobre la sobrecarga armónica. Si quieres involucrarte en algún tipo de esnobismo intelectual, comienza con tener la fortaleza intestinal para enviarme un chat.
Lo que se discute no es la existencia de la potencia armónica como una preocupación en otros sistemas, sino más bien su incapacidad para distinguir entre los sistemas que ha estudiado donde eso podría ser un problema, y ​​aquellos involucrados en la pregunta donde los niveles de potencia son órdenes de magnitud de ser lo suficientemente alta como para acoplar la energía dañina al cableado de la casa (¡eso es un 2n3904!). No es la teoría la que es absurda, estaba planteando algo tan irrelevante sin un calificativo.
¿Una onda portadora debe ser sinusoidal?
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