El detector de envolvente

Toca seguir adelante con el diseño de nuestro receptor OM y para facilitar la explicación de lo que viene a continuación (el detector de envolvente), en lugar de colocar todas las etapas que hemos diseñado, diremos que, como circuito equivalente, lo que tenemos a la entrada es una  fuente de tensión controlada por tensión.

Recordemos que, hasta entonces, lo que habíamos hecho es capturar una señal débil con nuestra antena, sintonizarla, amplificarla y sumarle una componente continua, correspondiente a la tensión de polarización que hay en el colector de nuestro transistor BJT.  

De manera que lo que visualizaríamos a la salida de nuestra etapa antena-sintonía- amplificación, sería una tensión modulada en amplitud y centrada en 4.5 V (que era la tensión que teníamos en el colector del transistor debido a que el seguidor de tensión de la etapa separadora no tocaba la continua).

Si ahora colocamos este circuito llamado extractor o detector de envolvente, lo que conseguiremos será recuperar la envolvente de la señal que le entra. Y es lo que nos interesa, porque en la envolvente es donde está la información. Este es el motivo por el cual nosotros en el transmisor utilizamos una modulación de amplitud, porque sabemos que luego, con este circuito no lineal, somos capaces de recuperar la información.

El circuito detector de envolvente es muy sencillo en estructura, sin embargo, al ser no lineal, es muy complejo a la hora predecir su comportamiento. Si utilizamos el modelo lineal a tramos, tendríamos una primera aproximación:

Los resultados que obtenemos son: 

1. Cuando el diodo está conduciendo: V₀= V_g(t) –V_gamma. Es decir, la tensión de salida es la tensión de entrada salvo un pequeño offset. El requisito es que la corriente que circula por el diodo sea mayor que 0. 
2. Cuando el diodo no conduce, este se comporta como un circuito abierto y el comportamiento del circuito es un RC paralelo. El condensador viene de la situación anterior, donde había alcanzado una tensión prácticamente igual a la de la entrada y, a partir de aquí, evoluciona según la descarga de un circuito RC paralelo. Por lo tanto, lo que vemos a la salida es una exponencial decreciente iniciada en el valor de tensión que se había alcanzado en la fase anterior.

Con esto y bajo ciertos requisitos (asignando unos valores concretos a R y C), conseguimos que a la salida tengamos una tensión que es aproximadamente igual a la amplitud a la sinusoide de entrada. 

Dichos requisitos son:

• Asegurarnos que el producto RC es mucho mayor que el periodo de la sinusoide cuya amplitud queremos obtener: RC >> T_c=1/f_c.
• Coger un valor grande de C para que el rizado sea pequeño (será, por lo tanto, un condensador electrolítico).

Nota1: A RC se le denomina constante de tiempo y tiene dimensiones de tiempo. 

Nota2: La R que nos aparece en el circuito no será una resistencia que pongamos nosotros. Será una resistencia equivalente que aparecerá cuando, posteriormente, le coloquemos al detector de envolvente el circuito que le sigue (R_eq=V/I).

Nota3: No se puede elegir C tan grande como uno quiera, porque hacerlo implicaría picos de corrientes que provocarían grandes caídas de tensión en la resistencia interna del generador sinusoidal. 

Para no volver a analizar el circuito si nos vuelve a aparecer más adelante, apuntamos sus claves  en un formulario al que denominamos ficha de diseño:

Sin embargo, hay que tener en cuenta que, cuando intentamos diseñar el circuito diodo-resistencia-condensador para recuperar la tensión de una señal modulada en amplitud, el criterio de que cuanto mayor sea RC, menor va a ser el rizado, fracasa (aparecen distorsiones en diagonal). Teniendo en cuenta esto, el resultado al cual llegamos es que, al menos, para una señal sinusoidal, el criterio a seguir será:

donde m es el índice de modulación de la señal modulada en amplitud, V_DC=4.5 V y Vc es la amplitud de la portadora que recuperamos.  

Nota 4: El factor V_DC/Vc se le añade porque la señal modulada en amplitud que tenemos a la entrada de nuestro detector de envolvente tiene una componente continua de 4.5V. En caso de no tener la componente continua, no aparecería ese factor.

Una vez aprendidos todos estos conocimientos, nos hemos dispuesto a hacer un experimento con el amplificador que teníamos montado. De esta forma, a nuestra placa protoboard le hemos añadido el circuito detector de envolvente (diodo, R=56 kOhm, C= (4.7-47) nF), hemos generado a la entrada una Vin modulada en amplitud (con m<100%) y hemos comprobado que, para esos valores elegidos, ¡se puede recuperar la envolvente!