CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES ELECTRÓNICAS PREGUNTAS: 1. Defina comunicaciones electrónicas. Es la transmisión, recepción y procesamiento de información usando circuitos y medios electrónicos. 2. ¿Cuáles son los tres componentes fundamentales que integran un sistema de comunicaciones? Un transmisor, un medio de transmisión y un receptor. 3. Defina modulación. Es el proceso de variar o cambiar alguna propiedad de una portadora analógica de acuerdo con la información original de la fuente. 4. Defina demodulación. Es el proceso de convertir los cambios en la portadora analógica a la información original de la fuente. 5. Defina señal portadora. Es la señal de frecuencia relativamente alta, sobre la cual actúa la señal modulante. 6. Explique las relaciones entre la información de la fuente, la portadora y la onda moduladora. Como se muestra en la figura, un sistema de comunicaciones electrónicas consiste de tres secciones primarias: un transmisor, un medio de transmisión y un receptor. El transmisor convierte la información original de la fuente a una forma más adecuada para la transmisión, el medio de transmisión proporciona un medio de conexión entre el transmisor y el receptor (tal como un conductor metálico, una fibra óptica o espacio libre), y el receptor convierte la información recibida a su forma original y la transfiere a su destino. La información original puede originarse de una variedad de fuentes diferentes y ser de forma analógica o digital
7. ¿Cuáles son las tres propiedades de una portadora analógica que pueden variar? La amplitud, la frecuencia y la fase. 8. ¿Qué organización asigna frecuencias para la propagación de ondas radio en el espacio libre en Estados Unidos? Comisión Federal de Comunicaciones (FCC). 9. Brevemente describa la importancia de la ley de Hartley y cuál es la relación entre la capacidad de información y ancho de banda; capacidad de información y tiempo de transmisión. La capacidad de información del sistema de comunicaciones es una medida de cuanta información de la fuente puede transportarse por el sistema, en un periodo dado de tiempo. 10. ¿Cuáles son las dos limitaciones principales sobre el funcionamiento de un sistema de comunicaciones? Primera.- Es extremadamente difícil radiar señales a frecuencia bajas por la atmósfera de la Tierra en forma de energía electromagnética. Segunda.- Las señales de información frecuentemente ocupan la misma banda de frecuencia y, si son transmitidas en su forma original, interferirán. 11. Describa el análisis de señales en relación a las comunicaciones electrónicas. Es el análisis matemático de la frecuencia, el ancho de banda y el nivel de voltaje de una señal. 12. Describa una representación visual en el dominio del tiempo de una forma de onda de una señal; y una representación visual en el dominio de la frecuencia. Es una representación visual o gráfica del valor instantáneo de la señal, trazado contra el tiempo. La inspección de la forma de onda puede a veces proporcionar información acerca de la señal que el espectro de la señal no enseña. Por ejemplo un pico agudo o un impulso y una señal continua que varía de manera aleatoria pueden tener espectros que parecen iguales, aunque sus formas de ondas son completamente diferentes.
13. ¿Qué significa el término simetría par? ¿Qué otro nombre hay para la simetría par? Es cuando una forma de onda con voltaje periódico es simétrica en el eje vertical (amplitud). También llamada Simetría Axial o de espejo. 14. ¿Qué significa el término simetría impar? ¿Qué otro nombre hay para la simetría impar? Es cuando una forma de onda con voltaje periódico es simétrica sobre una línea a la mitad de los ejes vertical y horizontal negativo (es decir los ejes en el segundo y cuarto cuadrante) y pasa por el origen de la coordenada. También llamada Simetría de Punto u Oblicuo. 15. ¿Qué quiere decir el término simetría de media onda? Es cuando una forma de onda con voltaje periódico es tal que la forma de onda para la primera mitad de ciclo (t=0 a t=T/2) se repite a si misma, excepto con el signo opuesto para la segunda mitad del ciclo (t=T/2 a t=T). 16. Describa el término ciclo de trabajo. Es la relación del tiempo activo del pulso al periodo de la forma de onda. 17. Describa una función (sen x.)/x. Se usa para describir formas de onda de pulso repetitivo. Sen /x es una onda seno amortiguada en la cual cada amplitud pico sucesiva es menor que la anterior. 18. Defina sumatoria lineal. Ocurre cuando dos o más señales se combinan en un dispositivo lineal, tal como una red pasiva o un amplificador de señal pequeña. 19. Defina mezclado no lineal. Ocurre cuando dos o más señales se combinan en un dispositivo no lineal, tal como un diodo o amplificador de señal grande.
20. Contraste el espectro de entrada y salida para un amplificador lineal. En contraste, al usar la carga activa de la Figura, la impedancia en AC de la fuente de corriente ideal es infinita sin importar la caída de voltaje VCC - Vout, lo que permite utilizar un valor más grande de VCB y consecuentemente una excursión de salida más grande.
21. ¿Cuándo ocurre la distorsión armónica intermodular? La distorsión armónica es un parámetro técnico utilizado para definir la señal de audio que sale de un sistema. La distorsión armónica se produce cuando la señal de salida de un sistema no equivale a la señal que entró en él. Esta falta de linealidad afecta a la forma de la onda, porque el equipo ha introducido armónicos que no estaban en la señal de entrada. Puesto que son armónicos, es decir múltiplos de la señal de entrada, esta distorsión no es tan disonante y es más difícil de detectar. 22. Defina ruido eléctrico. Es cualquier energía eléctrica no deseada presente en la pasabanda útil de un circuito de comunicaciones. 23. ¿Qué quiere decir el término ruido correlacionado? Mencione y describa las dos formas comunes del ruido correlacionado. Es una energía eléctrica no deseada que está presente como resultado directo de una señal. Distorsión armónica y de intermodulación. 24. ¿Qué quiere decir el término ruido no correlacionado? Mencione varios tipos de ruido no correlacionado y sus fuentes. Está presente sin importar si hay una señal presente o no. Ruido atmosférico, energía eléctrica que se origina dentro de la atmosfera, el ruido extraterrestre que se origina de la vía láctea u otras galaxias y el ruido solar que se genera del calor del sol.
25. Brevemente, describa ruido térmico. El ruido térmico es eléctrico y es producido por la energía interna de la materia. Como se recordará, el movimiento browniano de las partículas produce energía que en general se disipa en modo de calor. Pero una parte de ella funciona como interferencia eléctrica. Nyquist, de los laboratorios Bell, observó en 1928 que la interferencia eléctrica era proporcional a la agitación de electrones proveniente de lo que denominó “energía browniana”, y estableció la base para el cálculo. 26. ¿Cuáles son los cuatro nombres alternos para el ruido térmico? Ruido browniano. Ruido aleatorio. Ruido resistivo. Ruido blanco. 27. Describa la relación entre el ruido térmico y la temperatura; ruido térmico y ancho de banda. El ruido térmico es aproximadamente blanco, lo que significa que su densidad espectral de potencia es casi plana. Además, la amplitud de la señal sigue una distribución gaussiana. Una regla sencilla para recordar es que 50Ω sobre un ancho de banda de 1Hz corresponden a 1nV a temperatura ambiente. Una resistencia en cortocircuito, disipa una potencia de ruido: La relación entonces se convierte en: En general, R y T dependen de la frecuencia. Para conocer el ruido total basta integrar sobre el ancho de banda. Al tratarse de una señal real, puede integrarse sobre el rango positivo y multiplicar por 2. Suponiendo que R y T sean constantes en todo el ancho de banda , entonces el valor cuadrático medio (RMS) del voltaje en la resistencia debido al ruido térmico es:
28. Defina la relación señal a ruido. ¿Qué indica una relación señal a ruido 100? ¿100 dB? Es una relación matemática sencilla del nivel de la señal con respecto al nivel del ruido en un punto dado del circuito, el amplificador o el sistema. La relación señal-ruido puede ser referida a voltaje o potencia, su unidad es en decibeles.
29. Defina el índice de ruido y factor de ruido. Un amplificador tiene un índice de ruido de 10 dB. ¿Qué significa esto?
El factor de ruido (F) y el índice de ruido (RF) son mediciones de calidad que indican cuanto se deteriora la relación de señal a ruido cuando una señal pasa por un circuito o una serie de circuitos. El factor de ruido es la relación de señal a ruido en la entrada y su correspondiente salida. En otras palabras es el resultado de dividir la relación señal/ruido en la entrada (S/R) entre por la relación señal/ruido en la salida (S/R) sal, cuando los valores de señal y ruido se expresan de la siguiente forma:
El índice del ruido es solo el factor de ruido expresado en dB y es usado en forma frecuente para indicar la calidad de un receptor. Sin embargo, como los valores de relación señal/ruido suelen expresarse en forma logarítmica, normalmente en decibelios, el factor de ruido en decibelios es la diferencia entre las relaciones S/R en la entrada y en la salida del elemento bajo prueba representado bajo la ecuación:
En esencia, el índice de ruido indica cuánto se deteriora la relación de señal a ruido al propagarse una onda desde la entrada hasta la salida de un circuito. Por ejemplo, si un amplificador tiene un índice de ruido de 6dB quiere decir que la relación señal a ruido en la salida de este es de 10dB menor que la que era en su entrada. En un circuito ideal no agregaría más ruido a la señal por lo que su relación señal a ruido de salida sería igual a la de su entrada. En otras palabras el factor de ruido es 1 y el índice de ruido es 0dB. Un circuito electrónico amplifica las señales y el ruido de igual forma dentro de su banda pasante. Si fuese un circuito ideal, la señal y el ruido en la entrada se amplifican de igual forma por lo que se cumpliría que:
30. ¿Cuál es el índice de ruido para un dispositivo totalmente libre de ruido? Por lo tanto, si un amplificador es ideal y libre de ruido, la señal y el ruido se amplifican por el mismo factor y la relación señal-a-ruido en la salida del amplificador será igual a la relación señal-a-ruido n la entrada. Sin embargo, en la realidad, los amplificadores no son dispositivos ideales libres del ruido. Por lo tanto, aunque la señal de entrada y el ruido se amplifica igualmente, el dispositivo agregara a la forma de onda un ruido generado internamente.
PROBLEMAS 1. Para el tren de ondas cuadradas mostrado: a) Determine las amplitudes de las primeras cinco armónicas. b) Dibuje el espectro de frecuencia. c) Grafique la señal en el dominio del tiempo para los componentes de la frecuencia hasta las primeras cinco armónicas.
Solución: a)
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Frecuencia de los primeros 5 armónicos
b)
(Frecuencia en Hz) c)
()
( (
) )
( (
Tiempo (µs)
V(t)[ ]
0 62.5 125 250 375 437.6 500
0 5.49 4.09 6.75 4.55 5.95 0
(En m. s.)
) )
(
)
2. Para la forma de onda de pulso mostrada: a) Determine la componente cd. b) Determine las amplitudes pico de las primeras cinco armónicas. c) Grafique la función (sen x.)/x. d) Dibuje el espectro de frecuencia.
Solución: a) C = ancho del pulso.
C = 0.1 ms
V=2V T = 1 ms f = 1000 Hz CD es igual a: V0 = 0.2 V CD = 0.1 b) Amplitud pico de los de los 5 primeros armónicos ( ) ( ) ( )
c)
( ) ( )
( )
d)
3. Describa el espectro mostrado. Determine el tipo de amplificador (lineal o no lineal) y el contenido de la frecuencia de la señal de entrada.
Frecuencia (kHz) Solución: El espectro mostrado representa un amplificador no lineal al mezclar la señal no línea, las señales de entrada se combinan de manera no lineal y producen componentes de frecuencias adicionales. Un JFET es un dispositivo no lineal Vsalida = BVentrada2
frecuencia de entrada simple
4. Repita el problema 3 para el espectro mostrado a continuación.
Frecuencia (kHz) Solución: El amplificador es lineal, porque las señales se combinan de tal manera que no se producen señales nuevas. 5. Para un amplificador no lineal con dos frecuencias de entrada de 7 KHz 4 KHz: a) Determine las primeras tres armónicas presentes a la salida para cada frecuencia. b) Determine las frecuencias de producto cruzado producidas a la salida para los valores de m y n de 1 y 2. c) Dibuje el espectro de salida para las armónicas y frecuencias de producto cruzado determinadas en los pasos (a) y (b). Solución: a)
Para los primeros tres armónicos de secuencias de salida. fn = n x f y fm m x f La primera es 7 kHz y 4kHz La siguiente es dos veces cada una de las frecuencias originales. 14 kHz y 8 kHz la tercera 21 kHz y 12 kH
b) Productos cruzados = m fa + n fb Es la suma y distancia de las frecuencias de una relación de los valores m y s. m 1 1 2 2
n 1 2 1 2
Productos cruzados 7 KHz + 4 KHz = 11 KHz y 3KHz 7KHz+ 8 KHz = 15 KHz y –1KHz 14 KHz + 4 KHz = 18 KHz y 10 KHz 14 KHz + 8 KHz = 22 KHz y 6 KHz
c) Espectro de frecuencia de salida
6. Determina la distorsión armónica de segundo orden, tercer orden y total del espectro de salida mostrado.
Solución: 2do orden = 3do orden = El total de espectro de salida % √( ) √
( ) √
√
7. Determine el porcentaje de distorsión de segundo orden de intermodulación, para la banda A, banda B y los componentes de intermodulación de segundo orden mostrados.
(Frecuencia kHz) Solución: % THD 2do orden V 2do: Suma cuadrática de las amplitudes rms de las frecuencias de los productos cruzados de 2do Voriginal: Suma cuadrática de las amplitudes rms de las frecuencias de entrada √( )
( )
( )
( )
( )
√( )
( )
( )
( )
√ ( )
( )
( )
√ ( ) √ √
% THD 2do orden 8. Determine las frecuencias de producto cruzado de segundo orden para las siguientes frecuencias de banda A, y banda B, B = 822 y 829, A = 1356 y 1365. Solución:
9. Para un amplificador que está trabajando a una temperatura de 270C con un ancho de banda de 20 KHz, determine: a) La densidad de potencia de ruido (N0) en watts y dBm. b) La potencia total de ruido (N) en watts por hertz y dBm c) El voltaje de ruido rms (VN) para una resistencia interna de 50 Ω y un resistor de carga de 50 Ω. Solución: En la interferencia eléctrica generado dentro de un dispositivo térmico.
T = 270C convirtiendo 00k
K: cte de beltzman K = 1.38 x 10-23J
K = 270+273 a) N0 = 1.38 x 10-23(3000K) K = 3000K N0 = 414 x 10-23w En dbm N0dB = 10 log N0dB = 10 log 414 x 10-20 N0dB = 2.617 x 10-19 b) Potencia total de r uido (N) N=KTB N = N 0B
en
N = 414 x 10-23
NdBm = 10 log (
dB 20 x 103 Hz
N = 8280 x 10-20 wf En dBm N (dBm) = 10 log (
)
N (dBm) = 10 log 8280 x 10-17 N (dBm) = 3.91803 x 10-16
)
c) El voltaje de ruido rms
Si son (=) cada uno consume la ½ √ √ (
)
(
√ (
)( )
√(
)
)
µV 10. a) Determine la potencia de ruido (N) en watts y dBm para un amplificador que funciona con temperatura de 4000C con un ancho de banda dMHz. b) Determine la disminución en la potencia de ruido, en decibeles, si la temperatura es reducida a 1000C. c) Determine el aumento en la potencia de ruido, en decibeles si el ancho de banda es duplicado. Solución: a) N = K T B (potencia total de ruido) para la temperatura -23 -6 0 N = 1.38 x 10 (673) 10 K = 400 + 273 -29 0 N = 928.79 x 10 w K = 673 b) T= 1000C 0 K = 100 + 273 0 K = 3730K N=KTB N = 1.38 x 10-23(373)10-6 N = 514.74 x 10-29w disminución en la potencia de ruido.
c) B = 2 x 10-6Hz N=KTB N = 1.38 x 10-23(673) (2 x 10-6) N = 1, 857,48 x 10-29w aumenta en la potencia del ruido. 11. Determine la potencia total, el índice de ruido y el factor de ruido para tres amplificadores en cascada, cada uno con índices de ruidos individuales de 3 dB y ganancia en potencia de 20 dB. Solución: Los índices de ruido deben convertirse en factores de ruido y reemplazar en la ecuación (*) dándonos el factor de potencia de ruido total de.
(
)
Por lo tanto el índice de ruido total ( (
) )
12. Determine el ciclo de
Solución:
Un índice de ruido total de 3.1228dB indica que la relación S/N a la salida de A3 es .1228dB menos que la relación S/N de la entrada dr A1 trabajo para la forma de onda de pulso mostrado.
forma de onda de pulso rectangular Ciclo de trabajo (DC) Es la relación de tiempos activos de pulso con respecto al Periodo de forma de onda
13. Determine el % THD para un voltaje de frecuencia fundamental V (fund) = 12 V rms y un voltaje total para las armónicas superiores V (alto) = 1.2 V rms. Solución: % THD: Porcentaje de la distorsión armónica total. V (alto): Suma cuadrática de loa voltajes medios (rms) de las armónicas superiores √[
]
V (fund) = voltaje rms de la frecuencia fundamental. % thd =
(
)
(
)
% THD = % THD = % THD = 14. Determine el % del IMD de segundo orden para una suma cuadrática de los componentes de la banda A y B de Voriginal = 2.6 V rms y una suma cuadrática de los productos cruzados de segundo orden de Vsegundo orden =0.02 V rms. Solución: %THD de 2do orden =
100%
%THD de 2do orden = %THD de 2do orden = 0.76923% 15. Si un amplificador tiene un ancho de banda B = 20 kHz y una potencia de ruido total N = 2 x 10-17 w, determine: a) La densidad de ruido. b) El ruido total si el ancho de banda es incrementado a 40 kHz. c) La densidad de ruido si el ancho de banda es incrementado a 30 khz. Solución: a) N = KTB N = N 0B N0: densidad de potencia de ruido N= N=
=
b) N = N0B N=
=
c) B = 30 kHz N0 = N0 =
=
CAPÍTULO 3: TRANSMISIÓN DE MODULACIÓN DE AMPLITUD PREGUNTAS 1. Defina modulación de amplitud. La modulación de amplitud AM, “Amplitud Modulada”, es el proceso de cambiar la amplitud de una señal portadora de frecuencia relativamente alta, en proporción con el valor instantáneo de la señal modulante o moduladora (información) 2. ¿Qué quiere decir termino RF? RF (Radiofrecuencias) son frecuencias lo suficientemente altas como para irradiarse en forma eficiente de una antena y propagarse por el espacio libre. 3. ¿Cuántas entradas hay en un modulador de amplitud? ¿Cuáles son? Los moduladores de AM son dispositivos no lineales, con dos entradas y una salida. Una entrada es una sola señal portadora de alta frecuencia y amplitud constante. La segunda entrada está formada por señales de información, de frecuencia relativamente baja, que puede tener una sola frecuencia, o ser una forma compleja de onda, formada a su vez por muchas frecuencias. 4. ¿en un sistema AM, que quiere decir los siguientes términos: señal modulante, portadora y onda modulada?
Señal moduladora: Es la señal que contiene la información a transmitir. Señal portadora: Señal de alta frecuencia con la potencia suficiente para irradiarse y servir como elemento de transmisión. Onda modulada: Señal resultante de la suma de la señal portadora y la señales de frecuencia lateral superior e inferior.
5. Describa una forma de onda AM DSBFC. ¿Por qué se lama envolvente a la forma de las variaciones de amplitud? Esta señal contiene la información (señal modulante) impresa sobre la portadora en forma de cambios de amplitud. La envolvente de AM corresponde a la forma de onda de salida AM. Cuando se aplica una señal modulante, la amplitud de la onda de salida varía de acuerdo a la señal modulante.
6. Describa las bandas laterales superior e inferior y las frecuencias laterales superior e inferior. Banda lateral inferior: Va desde la frecuencia mínima posible de lado inferior hasta la frecuencia de la portadora, es decir: LSB = [fc – fm(máx)] a fc Banda lateral superior: Va desde la frecuencia de la portadora hasta la frecuencia máxima posible del lado superior, es decir: USB = fc a [fc + fm(máx)] Frecuencias laterales inferiores: Son todas las frecuencias pertenecientes a la banda lateral inferior. Frecuencias laterales superiores: Son todas las frecuencias pertenecientes a la banda lateral superior.
7. Defina coeficiente de modulación. Coeficiente de modulación: Cantidad de cambio de amplitud (modulación) que hay en una forma de onda AM. La definición matemática del coeficiente de modulación es: M=
donde
Dónde: m = Coeficiente de modulación (a dimensional) Em = Cambio máximo de amplitud de la forma de onda de voltaje de salida (voltios) Ec = Amplitud máxima del voltaje de la portadora no modulada (voltios)
8. Defina porcentaje de modulación. Porcentaje de modulación: Es el coeficiente de modulación expresado en porcentaje. M= Donde: M = Porcentaje de modulación 9. ¿Cuáles son el coeficiente de modulación y porcentaje de modulación mas altos que puedan ocurrir sin causas una distorsión excesiva? La modulación porcentual máxima que se puede aplicar sin causar demasiada distorsión en un sistema convencional AM es 100%. Esto nos indica que entonces m = 1
= 1,
10. Describa el siguiente de cada término en la siguiente ecuación. ( )
(
)
[
(
) ]
[
(
) ]
Vam(t) = Onda modulada ( ) Forma de onda de la portadora (Voltios) [
(
) ]
Frecuencias en la banda lateral superior (Voltios)
[
(
) ]
Frecuencias en la banda lateral inferior (Voltios)
11. Describa el significado de cada termino en la siguiente ecuación ( ) [ ] [
]
Ec = 10 [V] (Amplitud máx. de la portadora) Fc = 500 Khz (Frecuencia de la portadora) [ ] Frecuencias en la banda lateral superior = 5 [V] fc+ fm = 515 Khz fm = 15 Khz (Frecuencia de la moduladora) m=1 + 5.cos(2.(.485k.t) Frecuencias en la banda lateral inferior =5 fc- fm = 485 Khz fm = 15 Khz (Frecuencia de la moduladora) m=1 [ ] [ ] Finalmente: Vam(t) = 10 sen(2.(.500k.t) Como m = 1 (Coeficiente de modulación) entonces M = 100% (Porcentaje de Modulación) 12. ¿Qué efecto tiene la modulación sobre la amplitud del componente de la portadora del espectro de la señal modulada? El efecto de la modulación es trasladar la señal moduladora en el dominio de la frecuencia, de modo que se refleje simétricamente respecto a la frecuencia de la portadora. 13. Describa la importancia de la siguiente formula:
(
)
La potencia total en una envolvente de AM aumenta con la modulación, es decir cu ando aumenta m aumenta Pt. Si no hay modulación, entonces Pt (potencia total) es igual a Pc (potencia de la portadora).
14. ¿Qué significa AM DSBFC? Amplitud Modulada de portadora de máxima potencia y doble banda lateral (DSBFC, por double side band full carrier). A este sistema se le llama AM convencional o simplemente AM. 15. Describa la relación entre la portadora y la potencia de la banda lateral en una onda AM DSBFC. La potencia total en una onda de amplitud modulada es igual a la suma de las potencias de la portadora y las de la banda lateral superior e inferior. La potencia total en una envolvente DSBFC de AM es: Pt = Pc + Pbls + Pbli Donde: Pt = Potencia total de una envolvente DSBFC de AM [W] Pc = Potencia de la portadora [W] Pbls = Potencia de la banda lateral superior [W] Pbli = Potencia de la banda lateral inferior [W]) Pt = Pc * (1 + m2/2) [W] 16. ¿Cuál es la desventaja que predomina en la transmisión de doble banda lateral de portadora completa AM? La principal desventaja de la transmisión DSBFC de AM es que la información está contenida en las bandas laterales, aunque la mayor parte de la potencia se desperdicia en la portadora. 17. ¿Cuál es la ventaja que predomina en la transmisión de doble banda lateral de portadora completa AM? Como la mayor parte de la potencia se desperdicia en la portadora esto permite hacer uso de circuitos demoduladores relativamente sencillos y poco costosos en el receptor, lo cual es la principal ventaja de la DSBFC de AM. 18. ¿Cuál es la máxima relación de la potencia de la banda lateral a la potencia transmitida total que puede lograrse con AM DSBFC? El nivel de modulación que es la relación entre la magnitud de la señal de audio a la señal de la portadora, se llama factor de modulación. Una envolvente AM DSBFC es producida desde la suma algebraica de las formas de onda por la portadora y las frecuencias laterales superiores e inferiores. Por simplicidad, se usan las siguientes formas de onda para las señales de entrada modulante y la portadora.
19. ¿Por qué cualquiera de los amplificadores que siguen al modular en un sistema de AM DSBFC tienen que ser lineales? Los amplificadores de potencia intermedia y final seguidos al circuito modulador son amplificadores lineales con el fin de mantener la simetría de la envolvente de AM. 20. ¿Cual es la desventaja principal de un modulador de transistor de clase A de baja potencia? La principal desventaja de la AM de bajo nivel se presenta en aplicaciones de gran potencia, donde los amplificadores que siguen a la etapa de moduladora deben ser amplificadores lineales, lo cual es extremadamente ineficiente. 21. Describa la diferencia entre un modulador de nivel inferior y superior. Los moduladores de bajo o inferior nivel utilizan amplificadores después de la etapa de modulación de tipo A y B, siendo estos lineales y poco eficientes. Los moduladores de alto o superior nivel alcanzan alta eficiencia de potencia mediante el uso de amplificadores de Clase C, logrando eficiencias hasta del 80%. Con modulación de bajo nivel, ésta se hace antes del elemento de salida de la etapa final del transmisor, en cambio con modulación de alto nivel esta se hace en elemento final de la etapa final. 22. Mencione las ventajas de la modulación de bajo nivel, modulación de alto nivel. Ventajas Modulación de bajo nivel: Requiere menos potencia de señal moduladora para lograr modulación de alto porcentaje. Ventajas Modulación de alto nivel: Pueden proporcionar formas de onda de salida de gran potencia. 23. ¿Cuál es la ventaja de usar un patrón trapezoidal para evaluar una envolvente de AM? Para evaluar las características de modulación de los transmisores de AM tales como el coeficiente demodulación y la simetría de modulación se hace uso de patrones trapezoidales, puesto que estos interpretan con más facilidad y exactitud estas características, que en un osciloscopio normal.
24. Describa el funcionamiento básico de un modulador de AM Un modulador AM es un dispositivo no lineal con dos entradas y una salida, una entrada es una sola señal portadora de alta frecuencia y amplitud constante y la segunda está formada por señales de información, de frecuencia relativamente baja, que puede tener una sola frecuencia o ser una forma compleja de onda, formada a su vez por muchas frecuencias. A la forma de onda modulada de salida de un modulador AM se le llama con frecuencia envolvente de AM. 25. Que quiere decir frecuencia de repetición de la envolvente de AM? La frecuencia de repetición de la envolvente es igual a la frecuencia de la señal moduladora. Una envolvente de AM contiene componentes en frecuencia espaciados por fm Hz en cualquiera de los lados de la portadora. Sin embargo debe observarse que la onda modulada no contiene un componente de frecuencia que sea igual a la frecuencia de la señal modulante 26. ¿Cuál es la relación entre la frecuencia de la señal moduladora y el ancho de banda en un sistema convencional de AM? El ancho de banda (B) de una onda DSBFC de AM es igual a la diferencia entre la frecuencia máxima del lado superior y la mínima del lado inferior, o también igual a dos veces la frecuencia máxima de la señal modulante, es decir B = 2.fm(máx) 27. Para una modulación del 100%, ¿Cuál es la relación entre las amplitudes de voltaje de las frecuencias laterales y de la portadora? Como Efl =
y m = 1, puesto M = 100% entonces Efl =Ec / 2
28. ¿Cuáles son las ventajas de usar moduladores de circuito integrado lineal para AM? - Pueden compensar con precisión el flujo de corriente, la ganancia de voltaje del amplificador y las variaciones de temperatura. - Ofrecen excelente estabilidad de frecuencia. - Características simétricas de modulación. - Miniaturización de circuitos. - Inmunidad a la temperatura - Simplicidad de diseño y de localización de fallas.
PROBLEMAS 1. si una onda modulada de 20 V cambia en amplitud 15 V, determine el coeficiente de modulación y porcentaje de modulación. Solución:
2. Para un voltaje de envolvente máximo positivo de 12 V y una amplitud de envolvente mínima positiva de 4 V, determine el coeficiente de modulación y porcentaje de modulación. Solución:
3. Para un envolvente con + Vmax = 40 V y + Vmin = 10 V, determine: a) Amplitud de la portadora no modulada. b) Cambio pico en amplitud de la onda modulada. c) Coeficiente de modulación y porcentaje de modulación. S o l u c i ó n :
4. Para una amplitud de la portadora no modulada de 16 V y un coeficiente de modulación m = 0.4, determine las amplitudes de la portadora modulada y frecuencias laterales. Solución:
5. Trace la envolvente para el problema 4 (señale todos los voltajes pertinentes). Solución:
6. Para la envolvente de AM mostrada a continuación, determine: a) Amplitud pico de las frecuencias laterales superior e inferior. b) Amplitud pico de la portadora. c) Cambio pico en la amplitud de la envolvente. d) Coeficiente de modulación. e) Porcentaje de modulación.
Solución: a) Eusf
(
Eusf
(
) )
Eusf b) Ec
(
Ec
(
Ec
) )
7. Una entrada a un modulador de AM DSBFC es una portadora de 800 kHz, con una amplitud de 40 V. La segunda entrada es una señal modulante de 25 kHz, cuya amplitud es suficiente para producir un cambio de ±10 V en la amplitud de la envolvente. Determine: a) Frecuencias laterales superior e inferior. b) Coeficiente de modulación y porcentaje de modulación. c) Amplitudes pico positivas máxima y mínima de la envolvente. d) Dibuje el espectro de salida. e) Trace la envolvente (señale todos los voltajes pertinentes). Solución:
8. Para un coeficiente de modulación m = 0.2 y una potencia de la portadora Pe =1000 W, determine: a) Potencia de la banda lateral. b) Potencia total transmitida. Solución:
9. Para una onda AM DSBFC con un voltaje de la portadora no modulada de 25 V y una resistencia de carga de 50 Ω determine: a) Potencia de la portadora no modulada. b) Potencia de la portadora modulada y las frecuencias laterales superior e inferior para un coeficiente de modulación m = 0.6 Solución:
Para un modulador de transistor de baja potencia con una coeficiente de modulación m=0.4, una ganancia de operación Aq = 80 y una amplitud de portadora de entrada de 0.002 V, determine: a) Las ganancias de voltaje máximo y mínimo. b) Los voltajes máximos y mínimos para Vsalida. c) Trace la envolvente. Solución: a) AV = Aq[ max. = AV = Aq[ AV = 80[ AV = 112 min. ] AV = Aq[ ] AV = 80[ AV = 48
] ] ]
b) Vsal.(max) = Amax x Ventra. = 112(0.002) = 0.2 V Vsal.(min) = 48(0.002) = 0.1 V
c)
Para el patrón trapezoidal mostrado a continuación, determine: a) Coeficiente de modulación. b) Porcentaje de modulación. c) Amplitud de la portadora. d) Amplitudes de las frecuencias laterales superior e inferior.
Solución:
Para un modulador AM con una frecuencia portadora de o = 200 kHz y una frecuencia máxima de la señal modulante m(max) = 10 kHz determine: a) Límites de la frecuencia para las bandas laterales superior e inferior. b) Frecuencias laterales superior e inferior producidas cuando la señal modulante es un tono de 7 kHz. c) Ancho de banda para la frecuencia máxima de la señal modulante. d) Dibuje el espectro de salida. Solución: a) USB = [ ] ( ) = 200kHz – 10kHz hasta 200kHz = 190kHz hasta 200kHz USB = [ ( ) = 200kHz + 10kHz = 210kHz b) fusf = fc – fm = 200kHz – 7kHz = 197kHz fusf = fc + fm = 200kHz + 7kHz = 207kHz c) B = 2fm B = 2 x 7kHz B = 14kHz d)
]
