Laboratorio N° 04: Detección AM AM Facultad de Ingeniería Ingeniería Eléctrica Eléctrica y Electrónica, Electrónica, Universidad Universidad Nacional de Ingeniería Ingeniería Lima, Perú Perú Rivera Canales,Alberto Canales,Alberto
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I.
OBJETIVOS
El objetivo principal para esta experiencia es el de mostrar al alumno los métodos y términos que se presentan para la deteccin de una se!al A", adem#s de capacitar para el dise!o de detectores.
II. TEORIA Sisteas !e !eo!"#ación: El proceso inverso a la modulacin es la demodulacin. $ara la modulacin analgica, desde el punto de vista espectral, es volver a despla%ar la se!al modulada a su posicin original del espectro de banda base y limitado en banda.
En el caso caso de modula modulaci cin n por pulsos pulsos,, la demodu demodulac lacin in &llamada también 'E(ECC)*+ consiste en recuperar las muestras de una se!al a partir de- variaciones de amplitud &$A", variaciones de anco de pulso &$/" o variaciones de la posi posici cin n del del puls pulso o &$$" &$$". . 0e en1a en1ati ti%a %a que que en la modu modula laci cin n por por puls pulsos os no exis existe te desp despla la%a %ami mien ento to en 1recuencia. 2os 2os sistem sistemas as b#sico b#sicoss para para la demodu demodulac lacin in de se!ale se!aless moduladas en amplitud son3 'ete 'etect ctor or de envo envolv lven ente te 4 'etect 'etector or coere coerente nte o s5nc s5ncron rono. o.
Detector !e en$o#$ente Como su nombre indica, solo detecta la envolvente de una se!al modulada. 2a envolvente de una se!al '0670C, en general, cru%a el eje ori%ontal &algunas veces no por lo que no es un sistema conveniente para demodular se!ales '067 0C.
8na implementacin, la m#s simple, es con un recti1icador de se!al y un circuito RC.
En baja bajass 1rec 1recue uenc ncia iass este este es un circ circui uito to simi simila larr a un recti1icador de media onda &9:4, con el circuito RC como 1iltro pasa bajo para la corriente recti1icada, similar similar al del RC del demodulador, se le denomina 'E(EC(*R 'E $)C*0. El par#metro critico de este sistema es el valor de ;
Detector %o&erente o S'ncrono: 2a implementacin de este sistema requiere de un oscilador &cuya 1recuencia es la misma que la 1recuencia portadora de la se!al modulada, un me%clador o multiplicador y un 1iltro pasa bajo cuya 1recuencia 1recuencia de corte corte es 1m.
Como su nombre lo indica, para obtener una demodulacin correcta, la 1recuencia de la portadora debe ser la misma que la del oscilador local &s5ncrono o coerente. $ara una mayor precisin se requiere que estos osciladores estén en 1ase.
capture y compare las se!ales de ambos canales del *RC.
Linea#i!a! !e# !etector !e en$o#$ente "odule la portadora con una onda sinusoidal de 3B% y var5e la amplitud de la se!al moduladora para obtener porcentajes de modulacin entre 4D y 3D mida y anote la amplitud de la se!al de salida del detector para cada porcentaje de modulacin &4D, FD, GD.
2os inconvenientes que se presentan en este tipo de deteccin son3
2as 1recuencias de los osciladores son ligeramente di1erentes pero est#n en 1ase
f c y f c +∆ f ;∆ f ≪ f c
Detección !e "na on!a a sobre,o!"#a!a.
4
2as 1recuencias son iguales pero est#n des1asados en =>. ? 2as 1recuencias son ligeramente di1erentes y est#n des1asados =>.
"odule la portadora con una se!al de AH de 3B% y m< ID. Aumente la amplitud de la se!al AH o a través del control del 5ndice de modulacin asta obtener una se!al A" sobre7modulada, capture la onda de se!al de salida del detector.
III. DESARROLLO DE LA E()ERIEN%IA A. Eui!os y materiales"
IV. RES)-ESTAS A )RE-NTAS 0scilosco!io
$.
E%!licar el &uncionamiento del 'ece!tor (u!er)eterodino ayud*ndose del circuito del diagrama de +loues.
1enerador de audio
2om!onentes electrónicos
Eui!o 3odulador
1uía de la+oratorio #. Procedimiento" $rimero se deben de reali%ar todas las conexiones respectivas, conectando primero el generador de audio a la entrada del modulador, luego conectamos el dise!o del detector y posteriormente las entradas del osciloscopio.
Res*"esta en +rec"encia: ar5e la amplitud del generador de audio entre ?B% y ?B%, mida y anote la amplitud de la se!al de salida del detector para cada 1recuencia,
El sistema supereterodino trabaja a una 1recuencia de oscilacin 1ija conocido como oscilador local, el cual es el par#metro con el cual se sintoni%ar# las distintas se!ales percibida por la antena. Esta se!al es ampli1icada en RH y me%clada con el oscilador local. $osteriormente es ampli1icada en H) y detectada, teniendo en cuenta un control de ganancia que actJa regulando el ampli1icador de H) y el ampli1icador de RH, aciendo asta esta etapa un sistema retroalimentado. 2uego de ser detectada, es regulada en volumen mediante un control, para su posterior proceso de ampli1icacin del audio de manera de la%o abierto, es decir sin un control del error de salida. Hinalmente la se!al es reproducida mediante un parlante. . -ué es la &recuencia imagen/
En una recepcin de radio utili%ando un receptor supereterodino, la 1recuencia imagen es una 1recuencia de entrada no deseada que es capa% de producir la misma 1recuencia intermedia &)H que la que produce la se!al de entrada deseada. Es una causa potencial de inter1erencias y por tanto crea problemas a la ora de obtener una recepcin adecuada.
IFRR=√ 1 + Q ρ 2
2
'onde
ρ=
;.
f ℑ
−
f RF
f RF f ℑ
Para un rece!tor su!er)eterodino de +anda comercial de A3 con &recuencia FI, 'F y de oscilador local de 677 89:, ;7< 89: y $<;< 89: res!ectivamente, determine lo siguiente" a> La &recuencia imagen +> La IF'' !ara una del !reselector de $<<. 0abemos-
f ℑ=f lo + f IF 4.
f ℑ=1060 k + 455 k =1515 kHz
5etermine la &recuencia imagen !ara un rece!tor de transmisión est*ndar ue usa una IF de 677 89: y est* sintoni:ado en una estación de ;7< 89:.
2uego-
f ℑ=f RF + 2 f if
ρ=
f ℑ=1560 kHz 6.
5e&ina el &actor de calidad =>. El 1actor K, también denominado 1actor de calidad o 1actor de selectividad, es un par#metro que mide la relacin entre la energ5a reactiva que almacena y la energ5a que disipa durante un ciclo completo de la se!al. 8n alto 1actor K indica una tasa baja de pérdida de energ5a en relacin a la energ5a almacenada por el resonador. Es un par#metro importante para los osciladores, 1iltros y otros circuitos sintoni%ados, pues proporciona una medida de lo aguda que es su resonancia.
Q=
7.
ρ=
f central BW
5e&inir la relación de rec)a:o de &recuencia imagen =IF''>. 2a relacin de reca%o de la 1recuencia imagen &)HRR es una medicin numérica de la abilidad de un preselector para reca%ar la 1recuencia imagen. $ara un preselector de sintoni%acin simple, la relacin de su ganancia en la RH deseada con la ganancia en la 1recuencia imagen es el )HRR. "atem#ticamente, )HRR es-
f ℑ
−
f RF
f RF f ℑ
1515 650 − =1.9 650 1515
Entonces )HRR ser#-
IFRR=√ 1 + 100 (1.9 ) 2
2
IFRR=190 ≠ IFRRdB= 45.5 dB
?.
5escri+a el trimmer y ca!acitor !adder. Trimmer.- Es un componente electrnico ajustable, destinado a ser 1ijado correctamente en valor en un circuito. 2os trimmer pueden ser potenciomentros de alta precisin, capacitores variables o inductores. Capacitor padder.- En un receptor eterodino, es un capacitor ajustable insertado en serie con el oscilador de sintoni%acin de circuito , para la calibracin en el extremo in1erior de la gama de sintoni%acin. (ambién es llamado como oscilador padder.
@.
(imular y re!resentar las seales en el dominio del tiem!o y la &recuencia" a> Para una seal modulada en A3, !or una seal moduladora sinusoidal de 7 B9:, con onda !ortadora de am!litud $C y &recuencia 6<
D.
5escri+a con eem!los los di&erentes ti!os de detectores de am!litud, gra&icar y e%!licar su esuema eléctrico. Detector de envolvente: 0i una se!al modulada entra al detector, el proceso que éste reali%ar# es el de detectar los picos de la se!al, como se presenta en la siguiente gr#1ica.
Como resultado se obtendr5a lo siguiente-
+> Para una seal modulada A3, !or una seal moduladora cuadrada de $B9: y $C !ico a !ico, con !ortadora de am!litud $C y &recuencia 6<<39:, e índice de modulación la unidad.
En caso de se!ales moduladas que crucen el eje ori%ontal, es decir, poseen un 5ndice de modulacin mayor a 3, el detector pierde parte de la in1ormacin original, gr#1icamente ocurrir5a-
Detector coherente síncrono:
$osterior a la recepcin sigue un bloque 1uncional de a*#i+icación que proporciona una ganancia a la se!al tal que esta sea sintoni%ada posteriormente. 'e la imagen presentada tenemos-
En la etapa de sintoni/ación, el bloque ampli1icador es regulado en conjunto con un 1iltro 6$H de tal manera que se seleccione una Jnica estacin.
en ( A ) v ( t ) =[ Ac + X ( t )] cos ( ωc t )
[
en ( B ) r ( t )= A c + X ( t )
r ( t ) =
] cos (ω t ) 2
c
1
1 A + X ( t ) ] + [ A + X (t )] cos 2 ( ω t ) [ 2 2 c
c
c
Espectralmente
Es evidente, del gra1ico espectral, que se requiere de un 2$H con 1recuencia de corte 1m para que atenJe el espectro centrado en 41c y deje pasar solo la se!al de in1ormacin m#s su continua. Entonces-
En ( C ) ( t )=
1 A + X ( t ) 2 c
[
]
$<. -ué ti!o de antena usaría !ara reci+ir una seal A3/ En la actualidad existen varios tipos de estructuras que cumplen la 1uncin de antenas, entre algunos ejemplos tenemos'ipolo de varilla "onopolo $arablicas Born Resonante • • • • •
Cada estructura es especiali%ada para la recepcin de se!ales de distinto tipo, como por ejemplo las parablicas son muy 1recuentemente utili%adas para transmitir y recibir se!ales satelitales, etc. $$. E%!liue las 6 ca!acidades del rece!tor" rece!ción, am!li&icación, sintoni:ación, limitación. 2a se!al modulada en A" es recibida por el receptor mediante una antena de rece*ción que est# con1ormada b#sicamente por un cable largo unido a una estructura que genera radiacin electromagnética, llamado también elemento radiante o radiador electromagnético.
Hinalmente es detectada y #iita!a, como por ejemplo en volumen, mediante otro bloque de ampli1icacin regulable. $. E%!liue y descri+a la selectividad, anc)o de +anda, &actor de &orma, sensi+ilidad, margen din*mico y &idelidad. La selectividad ., 0e de1ine como la medida de la extensin que un receptor es capa% de di1erenciar entre las se!ales de in1ormacin deseada y las perturbaciones o se!ales de in1ormacin en otras 1recuencias. 2a selectividad 1recuentemente se da en porcentajes y se expresa matem#ticamente como
!"electividad= "F # 100 Ancho de banda (BW).- Es la longitud, medida en B%, de la extensin de 1recuencias en la que se concentra la mayor potencia de la se!al. 0e puede calcular a partir de una se!al temporal mediante el an#lisis de Hourier . 2as 1recuencias que se encuentran entre esos l5mites se denominan también 1recuencias e1ectivas. Factor de i!"ra (#F).- $uede expresarse cuantitativamente como el anco de banda y la relacin del anco de banda del receptor en algJn 1actor de atenuacin predeterminado &comJnmente 7I d6 al anco de banda en los puntos de 7? d6 &media potencia. El 1actor de 1igura de1ine la 1orma de la ganancia contra el tra%o de 1recuencia para un 1iltro y se expresa matem#ticamente como
B(−60 dB ) "F = B (−3 dB ) #ensibilidad.- Es el nivel m5nimo de se!al de RH que puede detectarse en la entrada del receptor y todav5a producir una se!al de in1ormacin demodulada utili%able. $an!o din%mico., 0e de1ine como la di1erencia en decibeles entre el nivel m5nimo de entrada necesario
para discernir una se!al y el nivel de entrada que sobrecarga el receptor y produce una distorsin. En términos sencillos, el rango din#mico es el rango de potencia de entrada sobre el cual el receptor es Jtil. Fidelidad.- es la medida de la abilidad de un sistema de comunicacin para producir, en la salida del receptor, una réplica exacta de la in1ormacin de la 1uente original. Cualquier variacin en la 1recuencia, 1ase o amplitud que esté presente en la 1orma de onda demodulada invertida y que no estaba en la se!al original de in1ormacin se considera como distorsin.
El !B es una unidad de medida de potencia expresada en decibelios &d6 relativa a un vatio &/. 0e utili%a como una medida conveniente de la potencia absoluta a causa de su capacidad para expresar tanto valores muy grandes como muy peque!as en 1orma corta, p.e. 3 m/ < L? d6/.
$ ) 1 W
El !B es una unidad de medida de potencia expresada en decibelios &d6 relativa a un milivatio &m/. 0e utili%a en redes de radio, microondas y 1ibra ptica como una medida conveniente de la potencia absoluta a causa de su capacidad para expresar tanto valores muy grandes como muy peque!as en 1orma corta. Es distinta de d6/, la cual ace re1erencia a un vatio &3. m/.
$dB%=10log (
$ =−60 dBW 1 W
$dB%=10log
$ 1 %W
30 dB%
V. SIM-LA%ION 'ado que el dise!o del circuito debe cumplir las condiciones propuestas en la gu5a del laboratorio, esto es-
1rec"encia inicia# !e #a se2a# !e a"!io: 300/
$4. 5e&inir d#m y d#.
$dBW =10log (
( ) ( )=−
$dBW =10log
5n!ice !e o!"#ación: 0.6 1rec"encia !e se2a# *orta!ora: 300 7/. Entonces los par#metros que consideramos para el dise!o0i damos R
√
1 2
−1
% C = 2 ' f % R
Reempla%ando datos-
C =150 nF #im"lando: XSC1
$ ) 1 %W
Ext Trig + _ B
A +
_
0
$6. En un rece!tor de radio su!er)eterodino A3, la antena reci+e una seal de $< mC, en una im!edancia de entrada de 7< G. a> 2alcular la !otencia de entrada en Hatts, d#m y d#. +> 2alcular la !otencia ue llega al !arlante. 2
2
A A& ( 10 % ) $= = =10−6 W 2 R 2 ( 50 )
D1 2
V1 2V AM
0
1
1N4007G
C1
R1
150nF
4.7kΩ
300kHz 100 Hz 0
0
+
_
*bservamos que la envolvente se a despla%ado debido al valor del voltaje umbral de diodo que es de aproximadamente .N .
VI. BIBLIORA1IA Q3 0istemas de Comunicaciones Electrnicas7Mta Edicin, omasi Q4 Apuntes del curso An#lisis de se!ales y sistemas &EEI3 Q? (rabajo $ractico +SF RECE$C)*+ 'E A", blog
