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CIRCUTOS DE RADIO Y ALTA FRECUENCIA INFORME DEL LABORATORIO Nº 2

INTEGRANTES

: Oliva Morales Johann 1220641 Arteaga Navarro Néstor 0720216 Mamani Salazar Wilfredo 1420185 Navarro Castro Jeff 1310424 Palomino Ramos Piero 1311459

AULA

:

B-205

SECCION

:

02-45

HORA GRUPO

: :

18:30 – 20:00

A

2016

INTRODUCCIÓN Un sistema de comunicación transmite señales con información a través de un canal de comunicaciones que separa el transmisor del receptor. El término banda base se utiliza para denominar la banda de frecuencias que representa la señal original que lleva la información. Las señales de información deben ser transportadas entre un transmisor y un receptor sobre alguna forma de medio de transmisión. Sin embargo, las señales de información pocas veces encuentran una forma adecuada para la transmisión. La modulación se define como el proceso de transformar información de su forma original a una forma más adecuada para la transmisión. Demodulación es el proceso inverso. La modulación se realiza en el transmisor en un circuito llamado modulador. El desplazamiento del rango de frecuencias se consigue mediante un proceso denominado modulación que se define como el proceso por el que alguna de las características de una portadora se modifica de acuerdo con la señal que tiene la información. La señal banda base se denomina señal moduladora y la señal resultante del proceso de modulación modulada.

En el extremo receptor se requiere devolver a la señal modulada su forma original. Este proceso se denomina demodulación y es el inverso de la modulación. En AM la amplitud de la señal portadora sinusoidal varía de acuerdo con la señal moduladora.

Para poder mandar y captar una señal AM se necesitará la fabricación de algunos circuitos para que puedan realizar la modulación y demodulación AM.

MODULACIÓN ANALÓGICA O DE ONDA CONTINUA (CW) Es el proceso por el cual un parámetro de una señal senoidal de alta frecuencia se hace variar en forma proporcional al mensaje f(t). Con la modulación los mensajes se trasladan a altas frecuencias permitiendo su transmisión por radiofrecuencia (RF) o su adaptación al medio de transmisión. En todo proceso de modulación se presentan las siguientes señales: a) Señal modulante. Es la señal de información o mensaje a transmitir. En general es de bajas frecuencias y es limitada en banda mediante un filtro pasa bajos. Ej. Las señales de laboratorio de un generador de señales, señales de audio producidas en una radioemisora, etc. b) Señal Portadora. Señal sinusoidal de alta frecuencia, dada por la forma de onda: fc(t) = A Sen(wct +φ). Usando esta señal se logra desplazar a frecuencias superiores la señal modulante. c) Señal Modulada. Señal de alta frecuencia que se obtiene de la variación de la amplitud (A ) , frecuencia (w c ) o fase (φ ) de la señal portadora de acuerdo con las características de la señal moduladora. Es típicamente la señal que se transmite. d) Señal Demodulada. La demodulación es el proceso mediante el cual se recupera la señal original de banda base o mensaje, a partir de la señal modulada. La señal demodulada es la señal resultante del proceso de demodulación.

FINALIDAD DE LA MODULACIÓN El objetivo de la modulación es el de adaptar la señal que se va a transmitir al canal de comunicaciones que hay entre la fuente y el destinatario. Se introducen, por tanto, dos operaciones suplementarias entre la fuente y el canal, una primera operación llamada modulación, y entre el canal y el destinatario, una segunda denominada demodulación. El objetivo de la transmisión es el de hacer llegar el mensaje emitido m(t) al destinatario. Nota: La modulación es muy importante en el desarrollo de sistemas de telecomunicaciones. Gracias a la modulación es posible la radio comunicación.

El proceso de modulación se representa en la figura siguiente.

MODULACIÓN EN AMPLITUD (AM) Modulación de amplitud (AM) es el proceso de cambiar la amplitud de una portadora de frecuencia relativamente alta de acuerdo con la amplitud de la señal modulante (información). Las frecuencias que son lo suficientemente altas para radiarse de manera eficiente por una antena y propagase por el espacio libre se llaman comúnmente radiofrecuencias o simplemente RF. Con la modulación de amplitud, la información se imprime sobre la portadora en la forma de cambios de amplitud. La modulación de amplitud es una forma de modulación relativamente barata y de baja calidad de modulación que se utiliza en la radiodifusión de señales de audio y vídeo. La banda de radiodifusión comercial AM abarca desde 535 a 1605 kHz. La radiodifusión comercial de tv se divide en tres bandas (dos de VHF y una de UHF).

La envolvente de AM La onda modulada de salida contiene todas las frecuencias que componen la señal AM y se utilizan para llevar la información a través del sistema. Por lo tanto, a la forma de la onda modulada se le llama la envolvente. Sin señal modulante, la onda de salida simplemente es la señal portadora amplificada. Cuando se aplica una señal modulante, la amplitud de la onda de salida varía de acuerdo a la señal modulante. Observe que la forma de la envolvente de AM es idéntica a la forma de la señal modulante. Además, el tiempo de un ciclo de la envolvente es el mismo que el periodo de la señal modulante. Consecuentemente, la relación de repetición de la envolvente es igual a la frecuencia de la señal modulante.

Índice de modulación (m) También llamado coeficiente de modulación es un término utilizado para describir la cantidad de cambio de amplitud (modulación) presente en una forma de una onda de AM. El porcentaje de modulación es simplemente el coeficiente de modulación establecido como un porcentaje. Más específico, el porcentaje de modulación

proporciona el cambio de porcentaje en la amplitud de la onda de salida cuando está actuando sobre la portadora por una señal modulante.

Matemáticamente, el coeficiente de modulación es:

RECEPCIÓN DE AM La recepción de AM es el proceso inverso de la transmisión de AM. Un receptor de AM convencional, simplemente convierte una onda de amplitud modulada nuevamente a la fuente original de información (o sea, demodular la onda AM). Cuando se demodula una onda AM, la portadora y la porción de la envolvente que lleva la información (o sea, las bandas laterales) se convierten o se trasladan del espectro de radio frecuencia a la fuente original de información. Una vez que una señal de RF se recibe, se amplifica, y se limitan las bandas, deberá convertirse a la fuente original de información. A este proceso se le llama demodulación. Una vez demodulada, la información podría requerir de mayor limitación de las bandas y una amplificación, antes de considerarse lista para usar. La figura siguiente muestra un diagrama a bloques simplificado de un típico receptor de AM. La sección de RF es la primera etapa y, por lo tanto, frecuentemente se llama la parte frontal.



Las funciones principales de la sección de RF son: detectar, limitar las bandas y amplificar las señales RF recibidas. En esencia, la sección de RF establece el umbral del receptor (o sea, el nivel mínimo para la señal de RF que el receptor puede detectar y demodular a una señal de información útil).



La sección de mezclador / convertidor reduce las frecuencias de RF recibidas a frecuencias intermedias (IF).



La sección de IF generalmente incluye varios amplificadores en cascada y los filtros pasa-bandas. Las funciones principales de la sección de IF son la amplificación y selectividad.



El detector de AM demodula la onda de AM y recupera la información de la fuente original.



La sección de audio simplemente amplifica la información recuperada a un nivel utilizable.

DEMODULACIÓN O DETECCIÓN DE AM Proceso usado para recuperar la señal de información, a partir de cualquier tipo de señal AM modulada. Hay 2 tipos de detección: 

Demodulación síncrona o coherente requiere en el receptor una portadora de frecuencia y fase totalmente sincronizada con la portadora del transmisor. Este tipo de detección es complejo y costoso por lo que sólo se usa en la demodulación de señales AM sin portadora presente.



Demodulación por detección de envolvente o no coherente no requiere en el receptor de una portadora sincronizada. Basta un dispositivo simple que detecte la envolvente de la señal modulada AM. Sólo se usa en señales AM con portadora presente.

RUIDO

El ruido constituye un problema grave en todos los receptores de radio. Hay diferentes tipos de ruido, como el zumbido, un tono constante de baja frecuencia, producido generalmente por la frecuencia de la fuente de alimentación de corriente alterna (por lo común 60 Hz) que se superpone a la señal debido a un filtrado o un apantallamiento defectuoso; el siseo, un tono constante de alta frecuencia, y el silbido, un tono limpio de alta frecuencia producido por una oscilación involuntaria de frecuencia audio, o por un golpeteo. Estos ruidos se pueden eliminar mediante un diseño y una construcción adecuados. Sin embargo, ciertos tipos de ruidos no se pueden eliminar. El más los equipos normales de AM de baja y media ruido parásito, originado por perturbaciones eléctricas

importante en frecuencia es el en la atmósfera.

NOTA: Un receptor teóricamente perfecto a temperatura ordinaria es capaz de recibir la voz de forma inteligible siempre que la potencia de la señal alcance los 4 × 10 -18 W; sin embargo, en los receptores normales se precisa una potencia de señal bastante mayor. MODULADOR AM CONVENCIONAL

1

Fije la fuente de poder en serie con el generador de audio a 4 V DC. Luego arme el circuito de la figura 1, fijando el potenciómetro R1 en 10K. Usando el generador aplique una señal senoidal menor a 1 KHz y 2 Vpp y compruebe en el osciloscopio el funcionamiento del circuito (deberá aparecer una onda modulada en amplitud a la salida del circuito). Apunte el valor de frecuencia elegido, así como el gráfico del resultado con valores de f y V obtenidos.

FIGU RA 1

2

Retire la señal modulante y mida la amplitud y la frecuencia de la portadora a la salida. Grafique su forma de onda y espectro correspondiente Dominio del tiempo

Dominio de la frecuencia

Comentarios: Vpp=508mV f=87.95kHz

3

Conecte la señal modulante y mida la amplitud y la frecuencia de dicha señal a partir de la portadora modulada a la salida. Grafique su forma de onda y espectro correspondiente Dominio del tiempo

Comentarios: Dominio de la frecuencia

Vpp=212mV f=1.019 kHz

4

Grafique las formas de onda y el espectro de la señal modulada AM. Dominio del tiempo

Dominio de la frecuencia

Comentarios: Se puede apreciar que la frecuencia de la portadora modulada es mucho mayor que la frecuencia de la envolvente.

5)

Si varía la amplitud de la señal modulante se observará como cambia la forma de onda y el patrón XY de la señal AM. Obtenga un valor de índice de modulación

D=35

d=6

m=0.71

6) Fije a 200 Hz la onda modulante y obtenga en forma práctica y teórica la mínima frecuencia de portadora necesaria para una modulación sin distorsión usando el potenciómetro R1 de 100 K del pin 7. Señal modulante

AM

Cuando R1=88.65KΩ

f p=

1 1 = =11.28 kHz 3 R 1 C 1 88.65× 10 × 0.001× 10−6

7) Que observa gráficamente en la salida al variar los siguientes parámetros:



Variando la Frecuencia de Portadora: Varía la amplitud y el periodo.



Variando la Amplitud de Portadora: Varia el voltaje pico a pico.

AM (variando fp)

AM (variando A)



Variando la Frecuencia de la señal modulante: La longitud de onda varia



Variando la Amplitud de la señal modulante: Presenta distorsión.

AM (variando fm)

AM (variando mp)

DETECTOR DE ENVOLVENTE:

1) Ensamble el circuito de la figura 2 y acóplelo a la salida AM del circuito de la Figura 1.

FIGURA 2 2) Obtener las formas de onda en los puntos: A, B. C y D. PUNTO A

PUNTO B

PUNTO C

PUNTO D

1) Retire el condensador C2, anote sus observaciones. No condunce en AC, es como si el circuito estuviera abierto. 2) ¿Que funciones cumplen los siguientes elementos: Diodo, C3, R2 y C2? Diodo: Es el encargado durante los semiciclos al estar polarizando en inversa hace que no fluya corriente en por él. C3: Filtra la señal portadora, de esta forma se recupera la señal original R2: Se encarga de recibir pulsos positivos cuya amplitud viaja con la señal modulada C2: Gracias a su carga y descarga se produce la envolvente. 6) Cambie el condensador C2 por un valor de 100 pF y observe la señal de salida demodulada. ¿Qué ocurre? Repita este paso para valores de 0.1 uF y 0.5 uF Ocurre una variación en el voltaje. Señal demodulada 1

Señal demodulada 2

7) Varíe la frecuencia de la portadora en el 1er circuito en todo el rango posible e indique qué distorsiones ocurren y a que valores de frecuencia de portadora.

8) Obtenga un m. > 1 (sobre modulación) en el 1er circuito y observe que ocurre a la salida del detector. Anote y grafique. Notamos cambio en el voltaje pico.

Salida demodulada 1

Salida demodulada 2

OBSERVACIONES En la experiencia que se realizó en el laboratorio no funcionó bien el circuito impreso, porque tal vez estaba mal soldado. Se solicitó permiso para usar un laboratorio y hacer la experiencia correspondiente. Se adjunta en el informe la hoja de la firma del encargado del laboratorio. Se recomienda llevar el circuito ya armado porque no es conveniente armar el circuito en el laboratorio, ya que no se va tener el tiempo para poder realizar el laboratorio completo. A veces es engorroso hacer las medidas y/o conexiones, porque algunos materiales (osciloscopio, generador de funciones) nos atrasan en las medidas, por los defectos que tienen algunos materiales. Se debe de tomar en cuenta los valores de la fuente ya que con ello se puede obtener un mejor resultado obtenido referente a las frecuencias y valores en la experiencia realizada.

CONCLUSIONES En el circuito modulador la frecuencia de portadora es generada a través de C1 y R1. Esta frecuencia debe ser mucho mayor respecto a la frecuencia de la señal moduladora. R2 sirve para obtener una señal portadora con mejor simetría es decir mejora la forma de onda seno de la portadora. En el proceso de modulación la amplitud de la portadora varía de acuerdo a la variación de la señal de audio. La amplitud de la envolvente de la portadora modulada, depende de la amplitud de la portadora y de la moduladora (la señal de audio).

La modulación permite reducir el tamaño de las antenas en la transmisión. Finalmente se demostró que la sobre modulación genera distorsión en la envolvente.