En este artículo, le enseñaremos sobre el fascinante mundo de las técnicas de modulación, centrándonos específicamente en la modulación por ancho de pulso (PWM) y la modulación de frecuencia (FM). Esta publicación cubre cómo funcionan estos métodos, sus aplicaciones y las ventajas y desventajas del control PWM. Al final de esta discusión, tendrá una comprensión más clara de estas técnicas de modulación y su importancia en la electrónica y las comunicaciones.
¿Cómo funciona la modulación de ancho de pulso?
La modulación de ancho de pulso (PWM) es un método utilizado para controlar la cantidad de energía entregada a un dispositivo eléctrico variando el ancho de los pulsos en una señal. El principio básico de PWM implica encender y apagar la energía suministrada al dispositivo a alta frecuencia, variando el ancho del tiempo de «encendido» (el ancho del pulso) para controlar la salida de potencia promedio.
Cuando aumenta el ancho del pulso, se entrega más energía a la carga; por el contrario, si se reduce la duración del pulso, se suministra menos energía. La potencia promedio se puede calcular como una función del ciclo de trabajo, que es la relación entre el tiempo que la señal está «encendida» y el período total de la señal. PWM se usa comúnmente en aplicaciones como control de velocidad de motores, atenuación de LED y entrega de energía en fuentes de alimentación conmutadas.
¿Cómo funciona la modulación FM?
La modulación de frecuencia (FM) es una técnica utilizada para codificar información en una onda portadora variando su frecuencia. En FM, la amplitud de la señal portadora permanece constante mientras la frecuencia cambia de acuerdo con la señal de entrada (la señal moduladora).
Cuando la amplitud de la señal moduladora aumenta, la frecuencia de la onda portadora aumenta; por el contrario, cuando la amplitud disminuye, la frecuencia disminuye. Este método de modulación es muy resistente al ruido y se utiliza ampliamente en radiodifusión, televisión y comunicaciones por radio bidireccional. Los beneficios de FM incluyen una mejor calidad de sonido y una señal más robusta en largas distancias en comparación con la modulación de amplitud (AM).
¿Qué es el control PWM?
El control PWM se refiere al uso de modulación de ancho de pulso para regular la energía suministrada a un dispositivo, lo que permite un control preciso sobre su rendimiento. Esta técnica se emplea frecuentemente en aplicaciones donde es fundamental gestionar la velocidad de los motores, el brillo de las luces o el calentamiento de elementos.
En los sistemas de control PWM, la potencia promedio entregada a la carga se ajusta modificando el ciclo de trabajo de la señal PWM. Al hacerlo, los operadores pueden alcanzar varios estados operativos sin la necesidad de métodos de control lineal complejos y costosos. Esto hace que el control PWM sea una solución altamente eficiente y eficaz en una variedad de aplicaciones electrónicas y eléctricas.
¿Cómo se crea una señal PWM?
Una señal PWM se crea mediante una técnica que implica generar una señal de onda cuadrada con anchos de pulso variables. Este proceso se puede lograr utilizando microcontroladores, circuitos temporizadores o circuitos integrados generadores PWM dedicados. La creación de una señal PWM normalmente implica los siguientes pasos:
- Generación de una señal de reloj: se genera una señal de reloj estable, que sirve como base de tiempo para la señal PWM.
- Modulación de la señal: la señal de entrada (que determina el ciclo de trabajo deseado) se compara con la señal del reloj. Cuando la señal de entrada excede un cierto umbral, la salida se establece en nivel alto (activada) y cuando cae por debajo de ese umbral, la salida se establece en nivel bajo (apagada).
- Salida: El resultado es una serie de pulsos con anchos variables según la entrada de modulación, creando una señal PWM que puede controlar la potencia entregada a la carga.
¿Cuáles son las desventajas del control PWM?
Si bien el control PWM tiene muchas ventajas, también tiene sus inconvenientes. Algunas de las desventajas incluyen:
- Interferencia electromagnética (EMI): la rápida conmutación de señales PWM puede generar interferencias electromagnéticas, que pueden alterar otros dispositivos electrónicos y sistemas de comunicación cercanos.
- Ruido audible: en algunas aplicaciones, como el control de motores, PWM puede producir ruido audible debido a la conmutación de alta frecuencia, lo que puede ser indeseable en ciertos entornos.
- Requisitos de filtrado: en aplicaciones donde se requiere una salida analógica fluida, puede ser necesario un filtrado adicional para reducir las transiciones bruscas de la señal PWM, lo que agrega complejidad al diseño del circuito.
- Generación de calor: en aplicaciones de alta potencia, los elementos de conmutación pueden generar calor, lo que requiere mecanismos de enfriamiento adicionales para evitar el sobrecalentamiento.
Esperamos que esta explicación le haya ayudado a aprender sobre la modulación de ancho de pulso y la modulación de frecuencia, incluido su funcionamiento, aplicaciones y las ventajas y desventajas del control PWM. Comprender estos conceptos es esencial para cualquiera que trabaje en electrónica o comunicaciones, ya que forman la base de muchas tecnologías modernas.
