Como usar amplificadores operacionais para demodulação ativa em receptores Rf

Um realce prático utiliza um retificador ativo de onda cheia para aumentar a frequência de ondulação para 2f_]c[, reduzindo assim as exigências do capacitor de filtro. Este circuito emprega duas op-amps e um amplificador diferencial, proporcionando uma precisão e baixa distorção, mesmo com índices de modulação próximos de 100%. A topologia de onda completa também oferece uma impedância de saída mais constante, o que simplifica a correspondência de impedância com fases subsequentes. Para as frequências de transporte até 1 MHz, uma configuração de único fornecimento pode funcionar, mas os suprimentos divididos eliminam a necessidade de capacitores de acoplamento de saída e preservam a resposta de baixa frequência.

Por exemplo, um portador de FI de 455 kHz com uma frequência máxima de modulação de áudio de 5 kHz. Escolha R = 10 kē e C = 10 nF, dando RC = 100 μs (1/10 kHz). Isto produz uma frequência de corte de 1,6 kHz, que é adequada para o grau de voz AM. Para melhorar a planicidade até 5 kHz, reduzir C para 3,3 nF (RC = 33 μs, corte □ 4.8 kHz) e aceitar alguma ondulação de portadora em 455 kHz. A ondulação restante pode ser removida por um filtro passa-baixa ativo subsequente utilizando um segundo op-amp.

Demodulação sincronizada e amplificadores de bloqueio

Quando o formato de modulação inclui um suporte suprimido, torna- se necessária a detecção síncrona. Um multiplicador analógico baseado em op- amp (por exemplo, AD633 ou MPY634) ou um amplificador de ganho com chave conduzido por um oscilador local pode recuperar o sinal da banda base. A saída do multiplicador contém um componente com o dobro do portador e um termo de banda base; um filtro de passagem baixa extrai o sinal desejado. A precisão da fase osciladora local é crítica: qualquer erro de fase reduz a saída detectada pelo cosseno desse erro e introduz distorção de quadratura. Em alguns sistemas, um sinal piloto ou um PLL sincroniza a fase osciladora local com o operador que entra.

Esta técnica pode ser estendida para uma arquitetura amplificadora de bloqueio, onde um op-amp implementa um detector sensível a fases. Ao ajustar a fase do sinal de referência, o circuito pode medir sinais extremamente pequenos enterrados em ruído – uma capacidade inestimável para interfaces de sensores e instrumentação científica. Os amplificadores operacionais no estágio de filtro de passa baixa definem a largura de banda de ruído equivalente, influenciando diretamente a sensibilidade. Por exemplo, um filtro ativo Butterworth de quarta ordem com um ponto de corte de 100 Hz pode alcançar uma largura de banda de ruído equivalente de aproximadamente 105 Hz, proporcionando uma redução substancial do ruído em comparação com um filtro de RC simples. A capacidade do amplificador de bloqueio para rejeitar a interferência fora de banda torna-o um pilar de medições de RF de baixo nível, como detectar portadores modulados fracos na presença de forte interferência.

Na prática, o amplificador de bloqueio usa um único amplificador de op-amp como um amplificador de ganho variável cujo ganho é comutado entre +1 e -1 síncrono com a referência. Isto pode ser implementado com um interruptor analógico (por exemplo, ADG1419) e um op-amp de alta velocidade configurado como um estágio de inversão/não-inverter. A saída é então filtrada por um integrador de op-amp. Este design atinge uma reserva dinâmica superior a 60 dB, permitindo a extração de sinais 1000 vezes menor do que o chão de ruído.

Demodulação FM usando detectores de quadraturas baseados em op-amp

Os sinais modulados por frequência são normalmente desmodulados com um discriminador de mudança de fase ou um detector de quadratura. Uma implementação ativa emprega um op-amp como amplificador e um metamorfo de fase sintonizados. Uma rede de ressonância de alto Q, muitas vezes usando um discriminador de fase ou tanque de CL, converte desvios de frequência em variações de amplitude. O op-amp então amplifica e retifica o sinal AM resultante, produzindo o áudio ou dados moduladores. O detector de quadratura, que multiplica o sinal FM com uma versão de fase de 90 graus, pode ser construído com uma rede de mudança de fase e um multiplicador de op-amp. A saída é proporcional ao desvio de frequência instantâneo.

Para uma tira de 455 kHz ou 10,7 MHz IF, um op-amp configurado como um girador pode simular um indutor, permitindo a construção de filtros passa-banda de alto Q atunáveis sem bobinas volumosas. Combinado com um retificador ativo, isto produz um demodulador monolítico FM com excelente linearidade. O sistema SA604A FM IF , embora um IC dedicado, ilustra o princípio; realizações discretas de op-amp oferecem uma visão de design mais profunda e personalização. Uma vantagem fundamental dos demoduladores FM ativos é a capacidade de incorporar compensação de temperatura e controle automático de frequência (AFC) através de um loop-amp simples que ajusta o VCO ou oscilador local para centralizar o FI.

Um detector de quadratura prático pode ser construído usando o NE602 ou AD8302[ como multiplicador, mas uma versão all-op-amp usa uma única op-amp para criar uma mudança de fase de 90° sobre uma largura de banda limitada. Para um FI de 10,7 MHz, uma rede RC série (R = 150 ?, C = 100 pF) fornece aproximadamente 45° na operadora, e uma cascata de duas redes desse tipo produz 90°. O sinal de mudança de fase então impulsiona a segunda entrada de um multiplicador formado por um multiplicador analógico de quatro quadrantes IC.

Misturador ativo e conversão de frequência

Nos receptores superheterodyne, o misturador multiplica o sinal RF que entra com um oscilador local para gerar uma frequência intermediária. Um MOSFET de dupla porta ou um anel de diodo é tradicional, mas um misturador ativo construído com um op-amp de alta velocidade pode obter ganho de conversão em vez de perda. Por exemplo, a entrada não-invertida do op-amp recebe o sinal RF, enquanto o oscilador local modula o ganho através de um JFET no ciclo de feedback. Esta abordagem simplifica a filtragem de IF porque o op-amp pode incorporar o filtro diretamente, usando capacitores de feedback para criar uma resposta passa-banda. O ganho de conversão pode ser definido pela razão de feedback para a impedância de entrada, dando ao designer o controle sobre a distribuição de ganho global do receptor.

Ao projetar tais misturadores, garanta que o intervalo de entrada linear do op-amp acomode a amplitude do RF sem recortes e que a forma de onda osciladora local esteja limpa para evitar dobramento de ruído. O nível de unidade oscilador local deve ser suficiente para mudar completamente a célula de ganho sem causar problemas de recuperação de overdrive. Para uma linearidade melhorada, considere uma topologia equilibrada usando dois op-amps configurados como um misturador de duplo equilíbrio; isso suprime o oscilador local e o vazamento de RF para a saída do IF. As Coleções de Circuitos de Dispositivos Analog fornecem várias topologias adequadas, incluindo as otimizadas para aplicações de baixa potência e banda larga.

Um misturador ativo também pode ser implementado usando o AD835] multiplicador de quatro quadrantes, que combina um op-amp de alta velocidade com um núcleo multiplicador analógico. Este dispositivo oferece uma largura de banda de 250 MHz e pode ser configurado para conversão para cima ou para baixo com componentes externos mínimos. Para a operação de fornecimento único, o AD834[] fornece uma função semelhante com uma saída diferencial, adequada para conduzir ADCs diferenciais.

Demoduladores de circuito fechado em fase (LLP)

Um op-amp serve como amplificador de erros em muitos demoduladores PLL. A saída do detector de fase, após filtragem de passagem baixa, representa a diferença de fase entre um oscilador controlado por tensão (VCO) e o sinal de entrada. O op-amp amplifica esta tensão de erro e aciona o VCO, fechando o ciclo. Para a demodulação FM, a tensão de erro produz diretamente o sinal desmodulado. A largura de banda do filtro de loop determina a frequência máxima de modulação que pode ser rastreada; uma largura de banda mais larga permite desvios mais rápidos, mas introduz mais ruído. Um filtro de loop ativo usando um integrador de op-amp proporciona um melhor controle sobre as localizações zero e pólo, otimizando a resposta transitória e o desempenho de ruído.

Usando um op-amp de baixo ruído com alta taxa de desativação no filtro de loops melhora a faixa de captura e minimiza a distorção em aplicações FM de banda larga. Além disso, um op-amp pode implementar o próprio VCO configurando um integrador e um gatilho Schmitt, gerando uma onda de triângulo linear. O PLL resultante pode ser construído quase inteiramente a partir de blocos de op-amp, tornando-o uma excelente plataforma educacional e permitindo projetos personalizados de IC. Para a desmodulação de PM, a saída do detector de fase é o sinal modulador diretamente, mas o loop deve ser projetado para rastrear mudanças de fase dentro da largura de banda de modulação. Os demoduladores de PLL também são amplamente usados em receptores de chaveamento de mudança de frequência (FSK), onde os dados binários são recuperados comparando a tensão de controle de VCO a um limiar.

O desenho do filtro de loop normalmente envolve selecionar um fator de amortecimento de 0,7 e uma frequência natural 10 vezes menor que a frequência máxima de modulação. Para uma largura de banda de modulação de 10 kHz, escolha uma frequência natural de 1 kHz. Os valores de op-amp integrador resistor e capacitor são então determinados pelo ganho VCO (K[_v[]] = ?(K_vd]). A equação / (R C)_n = ?(K_v[[ K[[_{]]d[[FLT: 10 k[F13] = 100 kHz/V[[F: 14][FLT[F:11]][F[F][F] [Flt: 15] para o rf(F/v = 10 = F. =}