Laboratorio Nº 04: Detector Detector AM I. OBJETIVO Los siguientes experimentos tienen como finalidad: Diseñar y construir un Detector de envolvente para las siguientes condiciones:
Frecuencia inicial de la señal de audio 300Hz Índice de modulación 1/3 Frecuencia de la señal portadora 300 KHz
II. TEORÍA Detector de envolvente:
El condensador El condensador en el circuito de la imagen almacena carga cuando la señal de entrada crece, y se descarga muy lentamente a través del resistor del resistor cuando cu ando ésta decrece. El diodo El diodo conectado conectado en serie asegura que la corriente la corriente no circule no circule en sentido contrario hacia la entrada del circuito. La mayoría de los detectores de envolvente prácticos usan rectificación de media onda o de onda completa de de la señal para convertir la entrada de AC de AC de de audio en la señal de DC de DC de pulsos. Luego se usa filtrado usa filtrado para pa ra alisar el resultado final. Dicho filtrado rara vez es perfecta, y normalmente queda ripple en el seguidor de envolvente de salida, en particular con entradas de baja frecuencia, frecuencia, como por ejemplo notas de un bajo. Más Más filtrado brinda resultados más alisados, pero disminuye la respuesta del diseño, por lo que soluciones reales crean una solución de compromiso. Definición de la envolvente: Cualquier señal de AM de AM o FM o FM puede puede escribirse como sigue:
Una señal señal y su envolvente e nvolvente marcada en rojo. En el caso de AM, φ(t), la fase de la señal, es constante y puede ignorarse, por lo que toda la información en la señal está contenida en R(t), llamada la envolvente de la señal. De esta manera, una señal de AM está dada por la ecuación: Un circuito sencillo de demodulador de envolvente. Un detector de envolvente es un circuito un circuito eléctrico que que tiene como entrada una señal una señal de alta frecuencia, alta frecuencia, y como salida la envolvente de la señal de entrada.
Con m(t) representando el mensaje de frecuenci a de audio original, C la amplitud de la portadora, y R(t) es igual a C + m(t). Así, si la envolvente de una señal de AM puede extraerse, el mensaje original puede recuperarse.
Diodo detector:
Equipo modulador AM/FM
El detector de envolvente más sencillo es el diodo detector que se muestra en la imagen. Un diodo detector es simplemente un diodo entre la entrada y la salida de un circuito, conectado a una resistencia y a un condensador en paralelo de la salida del circuito a tierra. Si la resistencia y el condensador se eligen de manera correcta, la salida de este circuito debería aproximarse a una versión corrida en tensión de la señal original. Para evitar ciertos efectos negativos, los componentes de los circuitos deben cumplir algunas reglas. Para evitar el efecto de separación diagonal, se debe cumplir que: Osciloscopio
Donde es el índice de modulación, y es la pulsación de la señal moduladora (mensaje). Para el ataque a la etapa de amplificación y audio, se debe agregar un condensador serie para filtrar la componente de DC. En este caso, para evitar el efecto de clip ping, se debe cumplir que: Componentes requeridos para el detector diseñado por Ud. (diodos o transistores, condensadores y resistencias)
Donde Z es la impedan cia del conjunto paralelo de R, C y, en su caso, la resistencia de carga del demodulador.
III. DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA A. Equipos y Materiales Generador de audio de 300Hz – 30KHz
IV. RESPUESTA A PREGUNTAS 1. Explicar el diagrama de bloques del receptor superheterodino ayudándose del circuito de la fig.2.
Preselector: es un filtro pasa banda sintonizada a banda ancha, con frecuencia central ajustable, que se sintoniza con la frecuencia portadora deseada.
El objetivo principal del preselector es proporcionar suficiente límite inicial de banda para evitar que entre una radiofrecuencia específica no deseada. El preselector también reduce el ancho de banda del ruido del receptor, y proporciona el paso inicial para reducir el ancho general de banda al mínimo requerido para pasar las señales de información.
Amplificador: determina la sensibilidad del receptor, es decir establece el umbral de señal. Principal generador de ruido y por ende es un factor predominante para determinar la cifra del ruido del receptor. Un receptor puede tener uno o varios amplificadores de RF, o puede no tener ninguno, dependiendo de la sensibilidad deseada. Oscilador local: Esta encargado de generar una frecuencia que sea capaz de “mezclars e” con las que nos ha dejado pasar el amplificador de RF. Una frecuencia única generada por el oscilador local generara múltiples frecuencias a la salida del mezclador. Mezclador: El mezclador es un dispositivo no lineal, y su objetivo es convertir las radiofrecuencias en frecuencias intermedias. Aunque las frecuencias de portadora y de las bandas laterales se van de RF a FI, la forma de la envolvente permanece igual y por ende la información original que contiene la envolvente permanece sin cambios. La frecuencia intermedia más usada en los receptores de la banda de emisión en AM es 455KHz.
En este caso dependiendo de cuál es la señal deseada, asumiendo que es la menor tenemos que: Fimagen= 455+650 = 1105 KHz 4. Defina el factor de calidad (Q). El factor Q, también denominado factor de calidad o factor de selectividad, es un parámetro que mide la relación entre la energía reactiva que almacena y la energía que disipa durante un ciclo completo de la señal. Un alto factor Q indica una tasa baja de pérdida de energía en relación a la energía almacenada por el resonador. 5. Definir la relación de rechazo de frecuencia imagen (IFRR). IFRR: Es la medida numérica de la capacidad de un preselector para rechazar la frecuencia imagen. La definición de la IFRR es: IFRR = (1+Q 2 p2)0.5 en donde p = (f im/f RF)-(f RF/f im) luego también: IFRR dB = 10logIFRR 6. Para un receptor superheterodino de banda comercial de AM con frecuencia FI, RF y de oscilador local de 455 kHz, 650 kHz y 1060 kHz respectivamente, determine lo siguiente: a) La frecuencia imagen
2. Que es la frecuencia imagen. En una recepción de radio utilizando un receptor superheterodino, la frecuencia imagen es una frecuencia de entrada no deseada que es capaz de producir la misma frecuencia (IF) que la que produce la señal de entrada deseada. Es una causa potencial de interferencias y por tanto crea problemas a la hora de obtener una recepción adecuada. 3. Determina la frecuencia imagen para un receptor de transmisión estándar que usa una IF de 455 KHz y está sintonizado en una estación de 650 KHz:
Fimagen = 1060 + 455 = 1515 KHz b) La IFRR para una Q del preselector de 100 p = 1515/650 – 650/1515 = 1,9 IFRR = (1+100 21.92)0.5 = 190 7. Describa el trimmer y capacitor padder. Los Trimers y los Padder, son capacitores ajustables. Están construidos de una pequeña carcaza de baquelita o plástico, y posee dos o más placas metálicas con separador de mica entre cada una de ellas.
Todo el conjunto es "apretado" por un tornillo central, que según su ajuste da más o menos capacidad al acercar o alejar las placas entre sí.
10. ¿Qué tipo de antena usaría para recibir una señal AM? Antenas verticales
8. Simular y representar las señales en el dominio del tiempo y la frecuencia: a) Para una señal modulada en AM, por una señal moduladora sinusoidal de 5 KHz, con onda portadora de amplitud 1V y frecuencia 400KHz, e índice de modulación de 0,5. b) Para una señal modulada AM, por una señal moduladora cuadrada de 1KHz y 1V pico a pico, con Portadora de amplitud 1V y frecuencia 400MHz, e índice de modulación la unidad. 9. Describa con ejemplos los diferentes tipos de detectores de amplitud, graficar y explicar su esquema eléctrico. Cuadratura: La señal detectada es proporcional al cuadrado de la tensión de la señal modulada aplicada a la entrada del circuito detector.
11. Explique las 4 capacidades del receptor: recepción, amplificación, sintonización, limitación.
Recepción: un receptor de am convencional simplemente convierte una onda de amplitud modulada nuevamente a la fuente original de información (ósea demodula la onda AM). Amplificación: un receptor debe ser capaz de recibir, amplificar, y demodular una señal de RF.
Lineal: La tensión de la señal detectada con respecto a la señal modulada de entrada permanece casi constante Detector con diodo semiconductor: El diodo detector eliminar los semi ciclos positivos o negativos según sea conveniente a la salida. Luego la red de resistencia y capacitancia permite la salida de la forma de la envolvente de la entrada al receptor.
Sintonización: Un receptor también debe ser capaz de limitar las bandas del espectro total de radiofrecuencias a una banda específica de frecuencias. En muchas aplicaciones el receptor debe ser capaz de cambiar el rango (banda) de frecuencia que es capaz de recibir. A este proceso se llama sintonizar el receptor. Limitación: Una vez que una señal de RF se recibe, se amplifica y se limitan las bandas, deberá convertirse a la fuente original de información (banda base). 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. 12. Explique y describa la selectividad, ancho de banda, factor de forma, sensibilidad, margen dinámico y fidelidad.
Selectividad: Es un parámetro del receptor con el que se mide la capacidad de este para aceptar una determinada banda de frecuencias y rechazar las demás.
Ancho de banda: para señales analógicas, el ancho de banda es la longitud, medida en Hz, del rango de frecuencias en el que se concentra la mayor parte de la potencia de la señal. Puede ser calculado a partir de una señal temporal mediante el análisis de Fourier. También son llamadas frecuencias efectivas las pertenecientes a este rango. Factor de forma: es la relación de dos anchos de bandas (a -3dB y a -60dB). SF (factor de forma) = B -60dB/B-3dB
Sensibilidad: es el nivel mínimo de la señal de RF que se puede detectar a la entrada del receptor y producir una señal útil. Margen dinámico: se define como la diferencia en dB entre el nivel de entrada mínimo necesario para discernir una señal y el valor de entrada que sobre exista, o satura, al receptor y produce distorsión. En términos sencillos, el margen dinámico es el intervalo de potencia de entrada dentro del cual el receptor es útil. Fidelidad: es una medida de la capacidad de un sistema de comunicaciones para producir a la salida del receptor, una réplica exacta de la información de la fuente original. 13. Definir dBm y dBW. dBm: decibelios referidos a un mili watt dBW: decibelios referidos a un watt.
V. BIBLIOGRAFÍA WIKIPEDIA ENCICLOPEDIA LIBRE SISTEMAS DE COMUNICACIONES ELECTRONICAS TOMASI
