AMPLITUDE MODULADA: CARACTERÍSTICAS E COMO FUNCIONA - FISICA - 2024

O AM modulado em amplitude (modulação em amplitude) é uma técnica de transmissão de sinal em que uma frequência portadora sinusoidal de onda eletromagnética f _c, responsável por transmitir uma frequência de mensagem f _s << f _c varia (ou seja, modula) a amplitude de acordo com a amplitude do sinal.

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

Figura 1. Modulação de amplitude. Fonte: Wikimedia Commons.

Nota-se que a informação viaja contida na forma que envolve o sinal AM, que é chamada de envelope.

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 a informação, é necessário um receptor, no qual um processo denominado demodulação é realizado por meio de um detector de envelope.

O detector de envelope nada mais é do que 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 somar os dois sinais.

É um processo não linear, no qual a transmissão da forma descrita acima é realizada pela multiplicação do sinal de mensagem pelo sinal da portadora, ambos cosseno. E ao resultado disso adicione o sinal da portadora.

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

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

Assim: E _s = mE _c

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

Caso contrário, o envelope do sinal AM não teria a forma precisa da mensagem a ser transmitida. A equação para m pode ser expressa como uma porcentagem de modulação:

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

Quando um sinal é modulado, sua distribuição de frequência (espectro) é traduzida, que passa a ocupar uma determinada região em torno da frequência do sinal da portadora f _c (que não se altera em nada durante o processo de modulação), chamada largura banda.

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

Desta forma, 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, todas elas sinais sonoros, em um sinal elétrico da mesma frequência, por exemplo, usando microfones.

Esse sinal elétrico é denominado 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).

Figura 2. Muitas estações de rádio transmitem em AM. Fonte: Pixabay.

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

O sinal amplificado é então combinado com o sinal de radiofrequência FR por circuitos moduladores AM, de modo a resultar em uma frequência específica para cada estação de rádio. Esta é a frequência portadora f _c mencionada 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.

O próximo passo é amplificar o sinal combinado novamente e enviá-lo para a antena para que possa ser emitido 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 ambos os casos, este 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 coincida com a frequência do sinal a ser sintonizado, que não é outra senão a frequência portadora da estação de rádio: f _c.

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

Figura 3. No circuito do oscilador LC esquerdo. À direita, um circuito demodulador. Fonte: F. Zapata.

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 amplitude E _s = 1 V (RMS). Qual é a equação do sinal AM?

Solução

Substitua os valores apropriados na equação para o sinal modulado:

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:

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