Comunicaciones Analogas – Universidad de Cundinamarca
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Mezclador de radiofrecuen radiofrecuencia cia Practica de Laboratorio #2 (marzo de 2021) Brandon Giovanny Cruz Rodriguez;
[email protected] Jhoan Sebastian Cespedes Avila;
[email protected] Lina Marcela Garzón Romero;
[email protected]
Resumen - En este laboratorio se procedió a montar y analizar el com compor portam tamien iento to del mezcla mezclador dor de rad radiofr iofrecu ecuenc encia, ia, con la ut utili iliza zaci ción ón de tran transi sist stor ores es NPN NPN 2N 2N39 3904 04 po porr se serr de mayor mayor frecuencia total respecto a otros transistores convencionales, y necesita menor corriente de polarización para operar a 1MHz. Entend Ent endien iendo do que la funció función n del mezcla mezclador dor es tra traslad sladar ar en frecuencia la señal de entrada, manteniendo la amplitud relativa de sus componentes espectrales, se buscó mezclar dos señales de entrada que generaran en la salida la suma y la diferencia de dichas señales. para el diseño de este mezclador se buscó una to topo polog logía ía de ampli amplific ficad ador or de tr tran ansc scon ondu duct ctan anci cia a y un pa parr diferencial, donde en la salida diferencial de este par diferencial transistorizado es el producto de la multiplicación de la señal de entrada diferencial y la magnitud de la fuente de corriente la cual varía dependiendo de la señal moduladora, cumpliendo con la práctica.
I. INTRODUCCION En este laboratorio se trabajo con un amplificador diferencial que se comporta como un mezclador puesto que a su entrada de la base de uno de los transistores se encuentra la señal modu mo dula lado dora ra y en el em emis isor or que que es la un unió ión n de los do doss tra transi nsisto store ress una fue fuente nte de corrie corriente nte donde donde se utiliz utilizó ó su topología sas codo que tiene un comportamiento de fuente de corriente lo que la hace constante.
II.
A.
OBJETIVOS
Objetivo Gener General al
Conoce Con ocerr la est estruc ructur turaa y el com compor portam tamien iento to que tiene tiene un mezclador AM con un par diferencial. B.
Objetivos espe específicos cíficos
Analizar el comportamiento del mezclador Am. Comprender el comportamiento que tiene cada uno de los componentes utilizados en este laboratorio.
III.
MARCO TEORICO
MEZCLADOR DE FRECUENCIAS Un mezclador de frecuencia es un circuito eléctrico no lineal o multiplic multip licado adorr que pue puede de produc producir ir fre frecue cuenci ncias as de sum sumaa y difere diferenci nciaa contin continuas uas de dos o más señal señales es de entrad entrada. a. El dispos disposit itivo ivo es amplia ampliamen mente te utili utilizad zado o en tra transm nsmiso isore ress y receptores de telecomunicaciones. Los productos matemáticos de las las se seña ñale less sinu sinuso soid idal ales es tien tienen en ef efec ecto toss ad adit itiv ivos os y sustracti sustr activos vos en las frecuencias frecuencias resultante resultantes. s. En el rece receptor ptor supe superh rhet eter erod odin ino o co comú mún, n, po porr ejem ejempl plo, o, las las en entr trad adas as de dell mezclador de frecuencia son la señal de radiofrecuencia (RF) que está entrando y la señal del oscilador local (LO) y la suma o diferencia resultante de las dos entradas es la frecuencia in inte term rmed edia ia (I (IF) F).. Ad Adem emás ás de las las fr frec ecue uenc ncia iass de suma suma y diferencia, hay otras salidas en amplitudes más pequeñas que incluyen armónicos de mayor frecuencia o de mayor orden.
Lo sdores, mezc me lado dore res, s, en al elemen igua igual l qu que los losispens ampl am plif ific icad ores y oscLos oscila ilador es,zcla consti con stituy tuyen ele mentos tose ind indisp ensabl ables esador dees los sistemas de comunicaciones. Se emplean tanto en transmisores como en receptores, cuando es necesario trasladar las señales en banda base a una de banda de paso (modulación) o de una banda de paso a otra banda de paso (conversión). un mezclador es un dispositivo no lineal, al que se aplican dos señales de entrada, de anchos de banda diferentes, y produce una señal de salida de otro ancho de banda, generalmente en dos bandas o más, una igual a la suma y otra a la diferencia de los anchos de banda de las señales de entrada. Esto es cierto a medias y válido sólo si a la salida del mezclador se utilizan filtros adecuados, ya que un mezclador produce por lo general, un nú núme mero ro de se seña ñale less de sa sali lida da qu quee se de desi sign gnan an co como mo 1 espurios, que es necesario eliminar.
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Di Dise seña ñarr el circ circui uito to de un mezc mezcla lado dorr co con n un unaa frecuencia portadora de 25MHz y una frecuencia moduladora de 5MHz. Comprobar por medio de simulaciones los cálculos teóricos obtenidos.
Constantino Pérez Vega.” Amplificadores, Osciladores y Mezcladores” {En línea} { 2008}
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METODO EXPERIMENTAL
Se implemento el diseño del mezclador:
figura 1 Símbolo del mezclador
. La modulación de amplitud o amplitud modulada (AM) es una téc técnic nicaa utiliz utilizada ada en el pro proces cesami amient ento o de señ señale aless y la co comu muni nica caci ción ón el elec ectr trón ónic ica, a, má máss comú comúnm nmen ente te para para la transmisión de información a través de una onda transversal de te tele levi visi sión ón.. La modu modula laci ción ón en am ampl plit itud ud (AM) (AM) fu func ncio iona na mediante la variación de la amplitud de la señal transmitida en relación con la información que se envía.
En el proces proceso o de modula modulació ción n en amplit amplitud ud partic participa ipan n dos señales: la de información (), también denominada señal de banda base, término usado para asignar una banda de baja frecuencia que tendrá la información; y la portadora, la cual es de suma suma impor importan tancia cia dado dado que puede puede ser man manipu ipulad ladaa de acuerdo con los requerimientos de la aplicación. Además, la portadora es usada para evitar la pérdida de información que puede darse en el medio por el cual se transmite. Asimismo, por convención y practicidad practicidad se tr trabajará abajará con una señal señal de tipo senoidal para generar la forma de onda de la señal portadora. 2
figura 3 Esquema del mezclador
En la Figura 2 se puede ver el circuito que se empleo empleo para ver la suma y resta para dos señales, en este caso tenemos una señal señ al por portad tadora ora de 1Vpk 1Vpk de amplit amplitud ud y una fr frecu ecuenc encia ia de 25MHz y la moduladura con una amplitud de 1.6Vpk y una frecuencia de 5MHz. Al poner el circuito en marcha se analiza el comportamiento del ana analiz lizado adorr de espec espectro tro para para asi sacar todos todos los datos necesarios.
figura 4 Señal resultante del analizador de espectro.
figura 2 Modulación AM
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Picado Rojas Cesar.”Modulación y demodulación en amplitud modulada” {En línea} { 2010}
En la Figura 3 se observa que en la parte derecha se tienen 3 picos de potencia donde el pico del medio hace referencia a la potencia de la carga y a cada lado se tiene las bandas laterales que son iguales, se dice que la banda lateral de la izquierda es la difer diferenc encia ia de las dos ent entrad radas as y la banda lateral lateral de la derecha es la suma de estas dos entradas.
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También podemos saber la frecuencia de la señal moduladora con la grafica y los datos que tenemos, esta frecuencia esta determinada por la distancia del pico central a una de las bandas laterales de la parte derecha, siendo esta distancia un poco menos del valor valor de un cuadro (Figura (Figura 5). Frecuencia de la moduladora = 5MHz
figura 5 Señal resultante y span control del analizador de espectro.
Se procede a encontrar el valor de la potencia de la portadora (Pc), la potencia de las moduladoras (Pm) y potencia total, para esto es necesario necesario saber que n nuestro uestro punto de referencia referencia esta en la parte superior de nuestra grafica (Figura 5), teniendo un valor de 0 dBm, por lo que si se cuenta hacia abajo se le puede dar un valor aproximado a la señal portadora portadora:: Pc = -27 dBm Pc = 2uW Y para las señales moduladoras de: Pm = -49 dBm Pm = 12.5uW Para la potencia total: Pt = 2uw + 12.5uw + 12.5uw Pt = 27Uw
figura 6 Frecuencia portadora, frecuencia portadora y punto de referencia
El simulador multisim con su herramienta de analizador de espectro nos da la opcion de establecer algunos parametros en nuestra señal Figura 4. En este caso se tienen los siguientes valores:
Por ultimo ultimo se proced procedió ió a encont encontrar rar el val valor or del índice índice de modulación (m), este nos brinda una medida de la magnitud de la variación que sufre la señal modulada, representa la realcion entre las amplitudes de las ondas moduladoras y la portadora. Se tiene la siguiente ecuación:
Span = 31MHz Fc = 15.5MHz Range = 10 dBm Teniendo estos datos podem Teniendo podemos os hace hacerr un mejor anal analisis isis de nuestro circuito aprovechando esta herramienta. herramienta. Al tener un span span de 31 MHz podemos podemos conc conclui luirr que cada cuadro en el eje x tiene una frecuencia de 7.75MHz, entonces para verificar que el pico del medio de la parte derecha (Figura 5) tenga la frecuencia de nuestra señal portadora se suma un cuadro a la izquierda y un cuarto del otro a partir de la frecuencia central:
m = 5%
Frec Fr ecue uenc ncia ia de la port portad ador oraa = 15 15.5 .5MH MHzz + 7. 7.75 75MH MHzz + 1.93MHz = 25.18MHz Siendo este resultado muy similar al que tenemos en la fuente.
Para el análisis de modulación de las señales, en la figura 7 se 7 se observa el comportamiento de las dos señales de entrada en un
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osciloscopio, en donde la señal amarilla, es la señal portadora y la señal azul, es la señal moduladora.
Portadora
figura 9 Mezclador señal de salida
Moduladora figura 7 Señal portadora y moduladora de entrada
Para modular las señales, se debe tomar la señal moduladora que es la señal que lleva la información, señal de banda base, y se mezclará con una señal de alta frecuencia, que se conoce como la portadora, para de esa forma manipular la frecuencia en la señal moduladora si perder su amplitud, con el objetivo de obtener una señal de más alcance.
Figura 10. Corriente Io emisor
En la figura 10. Se observa la corriente simulada de emisor del tra transi nsisto storr Q3, para para la compro comprobac bación ión de este este result resultado ado,, se procede a calcular teóricamente la corriente en donde vcc es de 15v y los voltajes vbe de los transistores es de 0.7v sobre la resistencia conectada en el emisor y base de los transistores más Rc dando como resultado: figura 8 Señal de salida modulada
En la figura 8 8 se se observa la señal resultante de la mezcla entre la señal moduladora y la señal portadora, este resultado se debe a que, se coge la señal de alta frecuencia (Portadora) y es ma mani nipu pula lada da po porr la info inform rmac ació ión n o seña señall modu modula lado dora ra,, obte obteni nien endo do co como mo re resu sult ltad ado o un unaa seña señall me mezc zcla lada da co con n la frec frecue uenc ncia ia de la po port rtad ador ora, a, pe pero ro co con n la ampl amplit itud ud de la modulador modul adora, a, es deci decir, r, la moduladora moduladora esta escondida escondida en la va vari riac acio ione ness de la ampl amplit itud ud de la port portad ador ora, a, se esta esta mani manipu pula land ndo o la ampli mplitu tud d de la seña señall por portad ador oraa. A contin con tinuac uación ión,, en la figura 9 9 se muestra la misma señal en diferente escala de tiempo para mejor visualización:
Habiendo una margen de error entre lo teórico y simulado de 0.049mA de diferencia Por último, se halla el valor de la ganancia de manera teoría y simulada:
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evidenciar que el valor de la ganancia de manera simulada fue similar al resultado teórico.
Forma teórica:
Con la ayuda de la siguiente ecuación se hallará la ganancia del circuito:
V.
CONCLUSIONES
• Se puede concluir que el índice de modulación es un valor importante a la hora de modular una señal ya que este nos indicara que tan distorsionada esta la señal. • El analizador de espectro es una herramienta de gran ayuda ya que este nos proporciona datos de las señales resultantes, en este caso obteniendo la suma y la diferencia de una señal portadora y una moduladora, para así realizar un análisis a fondo de nuestros resultados.
Donde: Rc = 180Ω
Siendo 26mA una constante y la IcQ1 es la corriente del colector del transistor Q1.
• El proceso de Modulación tiene vital importancia en todo sistema de comunicación, ya que con la implementación de esta etapa se evita la interferencia entre sí de señales que pertenecen a frecuencia del mismo rango, por ejemplo, en las emisoras AM y FM. • Las señales señales audibl audibles es de baja baja fre frecue cuenci nciaa no pueden pueden ser
re = 22.6 Obteniendo el valor de re se remplaza en la ecuación de la ganancia:
irradiadas al espacio por medio de una antena como si fuera en ener ergí gíaa elec electr trom omag agné néti tica ca,, sien siendo do ne nece cesa sari rio o que que en el Transmisor se genere una señal de mayor frecuencia en una etapa denominada Portadora, para que se produzca la mezcla en la etap etapaa de no nomb mbre re Mo Modu dula lado dor, r, que que haga haga po posi sibl blee el transporte mediante ondas electromagnéticas electromagnéticas
EFERENCIAS R EFERENCIAS
A=8
Dando como resulta Dando resultado do la gana ganancia ncia del circ circuito uito de manera manera teórica. Forma simulada:
Ganancia
IcQ1
Figura 11. Valores de simulacion (IcQ1 y ganancia)
En la Figura 11 se observa el valor de la corriente IcQ1 y la gananc gan ancia ia del cir circui cuito to por medio medio de una her herram ramien ienta ta de multisim que nos ayudo a verificar dichos resultados. Se pudo
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Cons Constantin tantino o Pérez Veg Vega.” a.” Ampl Amplificado ificadores, res, Os Oscilado ciladores res y Mezcl Mezcladore adores” s” {En línea} {2008} Disponible en: https://personales.unican.es/perezvr/pdf/CH4ST_Web.pdf [2] [2] Picad Picado o Roja Rojass Cesa Cesar. r.”M ”Mod odul ulac ació ión n y demo demodu dulac lació ión n en am ampl plit itud ud modulada” {En línea} { 2010} Disponible en: https://books.google.es/books? id=grIwt5UnjSgC&printsec=frontcover&hl=es&source=gbs_atb#v=one page&q&f=false page&q&f=false [3 [3]] Artu Arturo ro Fajar ajard do Ja Jaim imes es,, Carl Carlos os Iván Iván Páez Páez Ru Rued edaa “D “Dis iseñ eño, o, Implementación y Evaluación de un Modulador AM” }. Disponible en: https://www.javeriana.edu.co/paez.carlos/congreso0009.pdf
