TP10-RespuestaenFrecuencia

Medidas Electrónicas I. Trabajo Práctico Nº10. Respuesta en FrecuenciaGenerador de Barrido.

Autores:

Alcázar, Diego J.. Gutierrez, Diego. Nieto, Martín. Morini, Andrés.

Leg.: 52331 Leg.: 57972 Leg.: 60788 Leg.: 57558

Grupo Nº3

Curso 4R1

Universidad Tecnológica Nacional - Facultad Regional Córdoba

Ingeniería Electrónica

Objetivo: Determinar las características de respuesta en frecuencia del conjunto amplificador de FI y detector de un receptor de radio FM.

Materiales: -Receptor de FM con fuente de alimentación. -Generador de barrido y marcas, Leader LSW-250 , disponer también de: manual de uso, cristal de calibración, audífonos y cables de conexión. -Osciloscopio de doble canal.

Introducción. En el presente trabajo práctico se emplea un generador de barrido y marcas para relevar la curva de respuesta de un amplificador de FI1 de un receptor de FM(se considera a la etapa detectora del receptor como parte integrante del amplificador de FI). El generador de barrido y marcas , es básicamente un generador cuya frecuencia puede variarse mediante una tensión, que además se emplea para efectuar el barrido horizontal en un osciloscopio. Dicho equipo se emplea para excitar el amplificador a ensayar, cuya salida se conecta a la entrada vertical del osciloscopio. De esta forma, es posible obtener una representación gráfica de la curva de respuesta en frecuencia del dispositivo/sistema ensayado en el osciloscopio.

Procedimientos. Experiencia 1: Reconocimiento del Generador de Barrido. Calibración del dial. El generador de barrido a utilizar presenta dos secciones(en realidad son dos generadores independientes entre sí, dispuestos dentro de un mismo gabinete); una de las secciones corresponde a un generador de barrido, el cual es básicamente un oscilador modulado en frecuencia por una señal de barrido, y cuya frecuencia central puede ajustarse mediante una perilla en el panel frontal. La otra sección es el generador de marcas y posee una perilla calibrada en cuatro bandas de frecuencias( A , B , C y D ). El generador en cuestión

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Frecuencia Intermedia.

Medidas Electrónicas I.

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es presentado en la Figura 1. Un dato muy importante, para garantizar un correcto uso de éste (y de cualquier otro aparato y/o instrumento) es de disponer y conocer en detalle el manual de uso del mismo.

Figura 1 - Generador de Barrido.

Dado que esta experiencia permite conocer básicamente el funcionamiento del generador, el Canal 1 del osciloscopio se conectará a la salida identificada como “ H ”, la cual corresponde a la señal de barrido2 . Luego el Canal 2 se conecta en la salida denominada “S wep Out ”, correspondiente a la señal de barrido en frecuencia. Empleando el modo doble canal del osciloscopio se observarán simultáneamente ambas señales, como lo muestra la Figura 2.

Figura 2 - Señales de barrido. La frecuencia central de salida del generador debe ajustarse a un valor compatible con el ancho de banda del osciloscopio empleado para su visualización. 2

La señal de barrido es una señal del tipo triangular.


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Posteriormente, se debe insertar el cristal de calibración (provisto con el equipo) en el zócalo identificado como XTAL . Como el cristal resuena una frecuencia de 5, 5 Mhz , se debe seleccionar la banda

“ A ” identificada como Freq. Range en el panel frontal. Hecho esto, se insertará el audífono en el conector Phone y se deberá colocar el mando MOD. SELECT en la posición indicada como RF/Calib.. Acto seguido, se debe girar la perilla de ajuste de frecuencia del generador de marcas(lado izquierdo de Figura 1) hasta que se indique 5, 5 MHz . Para este ajuste, se emplea el audífono; retocando ligeramente el ajuste de frecuencia se verifica el “Batido Cero”, el cual consiste en un tono audible agudo, cuya frecuencia va disminuyendo hasta anularse a medida que la frecuencia de salida del generador de marcas se acerca a la frecuencia del cristal y dial estará correctamente ajustado. Este efecto se repite también para múltiplos enteros de la frecuencia del cristal, de modo que si se recorre el dial, este proceso se repite.

Experiencia 2: Determinación de las características de detección. En la presente experiencia, se obtendrá la curva de respuesta en frecuencias del conjunto formada por el amplificador de FI más el detector de FM de un receptor3 . El osciloscopio se emplea en modo XY. Para no tener que desarmar el receptor, se toma la señal a la salida del mismo, directamente del conector de audífonos. Para ello habrá que disponer de un conector tipo Plug del tamaño adecuado4 como se observa en la Figura 3, el cual se le colocará un resistor R de valor igual a la impedancia del audífono que se emplee(Ej: 8Ω, 16Ω o 32Ω).

Figura 3 - Conector Plug o Jack para audífonos. La salida del generador de barrido, se ajustará a una frecuencia de 10, 7 MHz y se aplicará al receptor por acoplamiento a través de la antena del receptor. Si el nivel de la señal es suficiente, podrá acoplarse bastante señal para que excite el amplificador de FI.

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Radio de bolsillo o radio portátil con banda de FM. En general, suele ser de 3,5mm.


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La posición del control de volumen del receptor tendrá influencia en la magnitud de la presentación obtenida en el osciloscopio, por lo que es recomendable comenzar en un nivel intermedio para luego ajustarlo en mayor o menor medida de ser necesario. A su vez el dial de recepción, se sintoniza a un “claro” en la banda de FM, donde no exista una emisión comercial5 . Los instrumentos y el receptor bajo pruebas se conectaran como lo muestra la Figura 4.

Figura 4 - Esquema de conexiones. Los controles del generador se disponen como lo indica la Tabla 1. COMANDO

POSICIÓN

COMENTARIOS

Mod. Select

off

sin modulación

Marker Size

mínimo

botón pulsado

Frec. Range

B

banda 6 ~ 18MHz

Sweep Width

posición media

puede necesitar retoque

Output Att.

1


Fine

posición media


Marker Freq.

10, 7 MHz

frec. central de FI

Sweep Freq.

10, 7 MHz

frec. central de FI

Tabla 1 - Cómo configurar el generador de barrido.

Como es sabido, a diferencia de lo que ocurre en la banda de AM, en FM (88~108 MHz) existe un conglomerado de emisoras(una al lado de la otra), lo cual, ubicar una frecuencia donde no exista una emisora es una tarea difícil, pero no imposible. Se recomienda buscar dicho “claro” por la zona de los 88 MHz. 5


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Lo que se espera obtener en el osciloscopio, es una gráfica similar a la presentada en la Figura 5.

Figura 5 - Oscilograma. Mediante el control Marker Freq. es posible desplazar la “marca” sobre la imagen obtenida a los fines de determinar los valores límites de desviación de frecuencia admitidos por el detector. El control Marker Size (nivel de marca) permite regular la amplitud de la marca a un valor adecuado. Con lo cual los oscilogramas obtenidos se muestran en las Figuras 6, 7 y 8.

Figura 6 - Frecuencia mínima.

Figura 7 -Frecuencia central. Medidas Electrónicas I.

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Figura 8 - Frecuencia máxima. Los valores de frecuencia correspondientes a cada caso, se determinan observando directamente el dial graduado del generador6 . Dichos valores son presentados en la Tabla 2. Frecuencia Central

Frecuencia Mínima f min

Frecuencia Máxima f max

Δf = f max − f min

10, 7 MHz

10, 6 MHz

10, 8 MHz

0, 2 MHz

Tabla 2 - Resultados.

Experiencia 3: Determinación de los valores límites de frecuencia de sintonía. El montaje dispuesto para la anterior experiencia, puede emplearse para determinar los valores límites de frecuencia de sintonía del receptor. Para ello se deben seguir los pasos siguientes: - Llevar el dial del receptor al valor mínimo y ajustar el control de frecuencia del generador de barrido hasta que se logre visualizar en el osciloscopio la imagen de curva de respuesta del detector(alrededor de 88 MHz ). -

Seleccionar el rango de frecuencias D del generador de marcas y ajustar la perilla del mismo hasta que la marca se ubique en el centro de la curva. Llevar el dial del receptor al valor máximo y repetir los pasos para determinar la frecuencia de sintonía máxima del receptor(alrededor de 108 MHz ).

Los valores obtenidos se encuentran en la Tabla 3.

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O bien, mediante el uso de un frecuencímetro tomando la señal disponible en el conector Marker Out .


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Frecuencia de sintonía mínima

Frecuencia de sintonía máxima

87, 5 MHz

108 MHz

Tabla 3 - Frecuencias de sintonía.

Apéndice. Receptor de FM. En el presente trabajo práctico se emplea un receptor superheterodino para FM, cuyo diagrama en bloques se muestra en la Figura 9. La banda de radiodifusión de FM ocupa el espectro comprendido entre 88 MHz ~ 108 MHz . El receptor posee un amplificador de FI cuya banda de paso está centrada en 10, 7 MHz . Este valor de frecuencia se obtiene mediante la conversión, por mezcla no lineal, de la frecuencia

obtenida en un oscilador local f OL , con la frecuencia que se desea sintonizar f sint. .

Figura 9 - Diagrama en bloques de un receptor de FM.

El procedimiento de conversión requiere que la frecuencia del oscilador local se encuentre 10, 7 MHz por encima de la frecuencia que se desea sintonizar, de manera que la frecuencia intermedia FI, resulte de la diferencia entre ambas. Cómo es posible visualizar en la Figura 10, el procedimiento de conversión produce un efecto de inversión del espectro. Esto no tiene ninguna consecuencia sobre el funcionamiento práctico del sistema.


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Figura 10 - Conversión de frecuencia.

Frecuencias Suma y Diferencia. Fenómeno de Batido. Cuando se superponen dos ondas sinusoidales de diferentes frecuencias, se obtienen componentes que tienen la suma y la diferencia de las dos frecuencias. Esto se puede mostrar usando la regla de la suma de la trigonometría. Para dos ondas sinusoidales de la misma amplitud se tiene: f −f

f +f

Acos(2πf 1t) + Acos(2πf 2t) = 2Acos(2π 12 2 t) * cos(2π 12 2 t)

El primer término da lugar al fenómeno de batido , con una frecuencia igual a la diferencia entre las frecuencias mezcladas. La frecuencia de batido está dada por: f batido = |f 1 − f 2|

ya que el primer término de arriba lleva la salida a cero (o a un mínimo para amplitudes desiguales) a esta frecuencia de batido. Tanto la frecuencia suma como la diferencia , se explotan en la comunicación por radio, formando las bandas laterales superior e inferior y determinando el ancho de banda de transmisión.

Conclusiones. Un receptor superheterodino utiliza un proceso de mezcla de frecuencias(o heterodinación) para convertir la señal recibida en una frecuencia intermedia fija, que resulta más fácil de filtrar y amplificar que la frecuencia de radio de la portadora original(o de sintonía). Como resultado del proceso de mezcla, se obtienen


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dos frecuencias, una superior “ f sint + f osc ” y la otra, inferior “ f sint − f osc ”; luego, una de éstas es tomada y convertida en la señal de banda base original.

Ya que la FI para la FM comercial es de 10, 7 MHz , es posible determinar el valor de la frecuencia del oscilador local de la siguiente manera: f osc = f sint ± F I

particularmente con el signo positivo, dado que se trata de un receptor superheterodino.

Las curvas de respuesta en frecuencia se presentan en la siguiente imagen 7.

La gráfica 1 es la respuesta del amplificador de FI, la cual tiene una forma semejante a una campana gaussiana, con un ancho de banda de 200 KHz y frecuencia central de 10, 7 MHz (para la FM comercial). La gráfica 2 representa la respuesta del demodulador de FM. Por último, la gráfica 3 , se observa la respuesta total del receptor de FM, siendo la multiplicación entre 1 y 2 . Por lo que aparecen zonas por arriba y por debajo del eje de frecuencias.

Las formas de ondas para generar el barrido de frecuencia y la salida Sweep Out, se muestran en la Figura 2. La señal triangular tiene estrecha vinculación con la señal presente en la salida Sweep Out. Durante la pendiente positiva de la señal triangular se realiza el barrido de frecuencia, y durante la pendiente negativa, la salida Sweep Out es nula para comenzar de nuevo el ciclo.

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En todas las gráficas, los ejes son Amplitud vs. Frecuencia.


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