Este documento describe un circuito para transmitir audio mediante modulación en amplitud (AM) usando un láser. El circuito emisor genera una señal portadora de 10 kHz modulada en amplitud por una señal de audio de 1.2 kHz. La señal modulada se transmite a través de un diodo láser infrarrojo. En el circuito receptor, un fotodiodo convierte la señal óptica en señal eléctrica, la cual es demodulada y amplificada para reproducir el audio.

1. Transmisor de Audio por medio de Luz Láser Modulado en AM
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2. Objetivos:
- Modular una señal en amplitud, antes de ser transmitida mediante luz láser.
- Amplificar una señal de audio en la etapa de recepción de la señal (señal modulante).
- Controlar la amplitud de la señal modulante mediante resistores variables
(potenciómetros).
- Utilizar la luz láser como medio de transmisión de una señal de audio previamente
modulada en amplitud.
- Utilizar un diodo infrarrojo receptor, para la recepción de la señal.
- Utilizar un circuito RC como filtro para eliminar la señal portadora.
- Acoplar la señal requerida a un parlante mediante un circuito integrado en
configuración de amplificador de audio.
Introducción:
Modulación en AM es el proceso de colocar la información contenida en una señal
electrónica de baja frecuencia, denominada modulante, en una señal de alta frecuencia,
denominada portadora, de tal manera que la señal portadora varíe su amplitud
proporcionalmente a la señal modulante.

3. Estructura de un Transmisor AM
Consta de 4 etapas principales:
- Oscilador de alta frecuencia (señal portadora)
- Señal Modulante (contiene la información)
- Modulador (circuito que multiplica las señales)
- Amplificador de RF modulada en amplitud (normaliza la señal a una
frecuencia de 455KHz denominada frecuencia intermedia F.I.)

4. Estructura de un Receptor AM
Receptor sencillo, consta de 3 etapas principales:
- Circuito sintonizador
- Circuito Detector
- Circuito Amplificador reproductor de Audio
Receptor completo:
Consta de 4 etapas principales:
- Etapa conversora de RF (Amplificador RF, Conversor mezclador, oscilador
local).
- Etapa de Frecuencia Intermedia (1 etapa FI, 2 etapa FI, etc)
- Etapa detectora (detector demodulador)
- Etapa amplificadora de audio

5. Desarrollo:
Circuito Emisor:
Consta de 3 etapas:
- Oscilador en tipo H, para generar la onda Portador Fc=10KHz Vc=1V
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- Elemento modulador (transistor y trasformador de baja impedancia)
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Se encarga de multiplicar la señal portadora con una señal de audio, para
la simulación se estimó una señal modulante con: Vm=320mV Fm=1,2KHz
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6. - Circuito acoplador de señal modulante con la componente DC del diodo
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laser.
Etapa completa:

7. Circuito Receptor:
Consta de dos etapas principales:
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- Etapa Receptora:
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- Etapa Amplificadora:

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Etapa completa:
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10. Para determinar la frecuencia de la canción, se utilizó el software Matlab, a
continuación el algoritmo utilizado con una canción .wav:

11. Se puede observar en el eje y, que corresponde a la frecuencia, un valor de
1139, este valor se aproxima a una frecuencia de Fm=1,2KHz.
Se cuenta con los siguientes datos:
Señal portadora: Fc=10KHz Vc=1V
Señal modulante: Fm=1,2kHz Vm=320mV
Se coloca una resistencia de carga igual a Rl=10KΩ
Considerando estos datos, se puede calcular el capacitor luego del diodo
detector, con el propósito de eliminar la portadora.
푪ퟖ =
ퟏ
ퟐ흅푭풎 푹푳풎
풎 =
푩
푨
=
ퟎ, ퟑퟐ
ퟏ
풎 = ퟎ, ퟑퟐ
푪ퟖ =
ퟏ
ퟐ흅 × ퟏퟐퟎퟎ × ퟏퟎퟎퟎퟎ × ퟎ, ퟑퟐ
푪ퟖ = ퟒퟏ풏푭
Se elige un condensador:
푪ퟖ = ퟏퟎퟎ풏푭

12. Formas de ondas obtenidas:
Señal Modulante
Señal Portadora:

13. Señal Modulada: en el cátodo y ánodo del diodo laser
Señal modulada rectificada:

14. Demodulación (Eliminación de la portadora)

15. Conclusiones:
- Es necesario una etapa de normalización para la señal modulada, de tal modo que le
normalice a la frecuencia intermedia de 455KHz, con el propósito de mejorar la calidad
de la señal el momento de interactuar con el medio de transmisión.
- La etapa de F.I. amplifica la señal modula a una frecuencia intermedia de 455KHz, y se
puede tener varias etapas de F.I. con el objetivo de amplificar la débil señal modulada
que se tiene luego de la etapa de conversión de RF.
- La señal modulada se acopla mediante energía electromagnética al circuito de luz
láser, y viaja a través de ésta debido al fenómeno de reflexión dentro del medio de
menor densidad.
- La luz láser se ve interferida por la señal de luz ambiental, la cual posee características
similares a la composición de la luz láser, y por dicha razón, se escucha mucha
interferencia en el circuito receptor.
- La información contenida en la señal modulada se transmite en conjunto con la
energía de la luz láser y debido a que ambas formas de energía contienen diferente
longitudes de onda, es posible que las señales se mezclen sin perder sus propiedades
iniciales.
- Es necesario utilizar un diodo detector de germanio para detectar las variaciones de
muy bajo voltaje de la señal modulada y de esta manera rectifica la señal para que
posteriormente sea eliminada la señal portadora por un filtro pasabajos.
- En un medio con menor incidencia de luz ambiental, la luz láser es interferida en
menor magnitud y la señal modulada no se vería muy afectada, de tal modo que
conservaría su calidad.
- El transformador de audio utilizado en la práctica sirve para acoplar la señal modulada
a la componente DC del diodo láser, de esta manera, la señal modulada viaja
contenida en la luz que emite el diodo láser.
- Un láser con mayor potencia, permite mayor alcance de transmisión.
- Debido a que se modula la señal a alta frecuencia, los transistores presentan
capacitancias parásitas que introducen ruido a la señal que lleva la información.

16. Recomendaciones:
- Tener cuidado con la amplitud de la señal modulante, porque al momento que se
acopla con la componente DC del diodo, da lugar a que el voltaje en diodo láser se
eleve momentáneamente en los picos de señal de audio y esto ocasiona que el diodo
laser sature su banda de conducción y no transmita luz, recuérdese que el voltaje de
ruptura de un diodo láser es de 4,5Vcd.
- Utilizar un diodo detector de germanio cuyo umbral sea sensible a voltajes de muy
baja amplitud, además tener en consideración el parámetro de tiempo de
recuperación inversa, que es importante para que tenga buena respuesta a altas
frecuencias.
- Utilizar una portadora con una frecuencia mucho mayor a la frecuencia de la señal
modulante, con el objetivo de que la señal se muestree de una manera óptima.
- Determinar la frecuencia de la canción a ser transmitida mediante Matlab, ya que este
software tiene excelente respuesta a señales de audio en extensión .wav.
- Se debe tener cuidado con el fenómeno de retroalimentación en la etapa final de
amplificación, para evitar tener señales ruidosas de realimentación debido al parlante,
para ello se recomienda ubicar el parlante a una distancia del cuerpo o mano de la
persona tal que no afecte al circuito.
- Se recomienda construir un cono que facilite la recepción de la luz láser en el dido
infrarojo receptor, de tal manera que la incidencia de la luz láser en el diodo infrarojo
sea fácil.
- Se recomienda utilizar capacitores de poliéster en la etapa de recepción, debido a que
estos tienen mayor rendimiento que los capacitores cerámicos, en cuanto a señales de
audio.
- Se debe tener cuidado con la impedancia del transformador de audio, se debe colocar
el lado de mayor impedancia con el diodo láser, y el lado de menor impedancia al lado
que se encuentran las señales de audio y portadora.
- Tener especial cuidado con la polarización del diodo infrarojo receptor, puesto que
este va ubicado en polarización inversa en la base del transistor de la etapa de
recepción, con el fin de transformar la señal de luz en señal eléctrica para que
posteriormente sea amplificada.

17. Bibliografía:
- Apuntes de clase de Fundamentos de Comunicaciones. Ing. Christian Tipantuña.
- Tomasi Wayne. “Sistemas de Comunicaciones Electrónicas”. Cuarta Edición. Capítulos
1, 2.
- Savant C. J. - Gordon L. Carpenter – Martin S. Roden. “Diseños Electrónicos Circuitos de
Sistema”. Capítulos 1 y 2.
- Cekit. “Curso de Radio AM, FM, Banda Ciudadana y Radiodifución.”