Practica 3 (Modulador AM)

 

 

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TUXTLA GUTIÉRREZ INGENIERÍA ELECTRÓNICA telecomunicación n  Materia: Introducción a las telecomunicació

Reporte: Practica 3  Alumno: Wilmer Miguel Molina Morales Diana Laura Hernández Toledo Erick Méndez Hernández Fredy Suarez Montoya

Catedrático: Sánchez Rodríguez Francisco Ramón

Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, a 2018-03-23 

 

Marco teórico PRINCIPIOS DE MODULACIÓN DE AMPLITUD La modulación de amplitud (AM, por amplitude modulation; en español se usa “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). Ondulación de amplitud es una forma de modulación relativamente poco costosa y de baja calidad, que se usa para emisiones comerciales de señales de audio y de video. También se usa para radiocomunicaciones móviles en dos sentidos, como por ejemplo los radios de banda civil (CB). 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, 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. Las frecuencias que son lo suficientemente altas como para irradiarse en forma eficiente de una antena, y propagarse por el espacio libre se suelen llamar radiofrecuencias, o simplemente simplemen te RF. En el modulador, la información actúa sobre, o modula, la portadora de RF y produce una forma modulada de onda. La señal de información puede tener una sola frecuencia, o con más probabilidad, puede consistir en un intervalo de frecuencias. Por ejemplo, en un sistema normal de comunicaciones de voz se usa un intervalo de frecuencias de información de 300 a 3000 Hz. A la la señal moduladora en el dominio de la frecuencia, de modo que se refleje simétricamente simétricamen te respecto a la frecuencia de la portadora.

La envolvente de AM Aunque hay varias clases de modulación de amplitud, la que probablemente se usa con más frecuencia es la AM de  portador  portadora a de máxima potencia y doble banda lateral (DSBFC, por doublesideband full carrier). carrier). Aeste sistema se le llama también AM convencional o simplemente AM. La relación entre la portadora [Vc [ Vc sen(2_ fct )], )], la señal moduladora [Vm [Vm sen(2_ fmt )] )] y la onda modulada [Vam [Vam((t )] )] en la AM convencional. Allí se ve cómo se produce una forma de onda de AM cuando una señal moduladora de una sola frecuencia actúa sobre una señal portadora de alta frecuencia. La forma de onda de salida contiene todas las frecuencias que forman la señal de AM, y se usa para transportar la información por el sistema. Por consiguiente, consiguiente, la forma de la onda modulada se llama envolvente de AM. AM.

 

Cuando no hay señal modulante, la forma de onda de salida no es más que la señal de la portadora. Sin embargo, cuando se aplica una señal moduladora, varía la amplitud de la onda de salida, de acuerdo con la señal moduladora. Nótese que la frecuencia de repetición de la envolvente es igual a la frecuencia de la señal moduladora, y que la forma de la envolvente es idéntica a la forma de la señal moduladora.

Espectro de frecuencias y ancho de banda de AM Un modulador de AM es un dispositivo no lineal. En consecuencia, hay mezclado no lineal, y la envolvente de salida es una onda compleja formada por un voltaje de cd, la frecuencia de la portadora y la suma ( fc _  fc  _ fm  fm)) y diferencia ( fc _  fc  _ fm  fm)) de las frecuencias, es decir, los productos cruzados. Las frecuencias de suma y diferencia están desplazadas respecto a la frecuencia de la portadora una cantidad igual a la frecuencia de la señal moduladora. Por consiguiente, un espectro de señal de AM contiene los componentes de frecuencia apartados  fm Hz a ambos lados de la portadora. Sin embargo, se debe hacer notar que la onda modulada no contiene un componente de frecuencia que sea igual a la de la señal moduladora. El efecto de la modulación es trasladar.

Transmisión por modulación de amplitud

 

la señal moduladora en el dominio de la frecuencia, de modo que se refleje simétricamente respecto a la frecuencia de la portadora. La fig. 3-2 muestra el espectro de frecuencias para una onda de AM. Este espectro se extiende desde  fc  fc _  _ fm  fm(máx) (máx) hasta fc hasta  fc  _ fm  _  fm(máx), (máx), siendo fc siendo  fc la frecuencia de la portadora y  fm  fm(máx) (máx) la frecuencia máxima de la señal moduladora. La banda de frecuencias entre fc entre  fc _  _ fm  fm(máx) (máx) y fc y fc se llama banda lateral inferior (LSB, de lower sideband ) y toda frecuencia dentro de esta banda es una frecuencia una  frecuencia de lado lado inferior (LSF, de lower side frequency ). ). La banda de frecuencias entre fc entre  fc y  fc  _  fm  fm(máx) (máx) se llama banda lateral superior (USB, de upper sideband ) y las frecuencias dentro deesta banda se llaman frecuencias llaman frecuencias de lado superior (USF, de upper side frequency ). ). Por consiguiente, el ancho de banda (B (B) de una onda DSBFC de AM es igual a la diferencia entre la frecuencia máxima de 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  fm(máx). (máx). Para propagación de ondas de radio, la portadora y todas las frecuencias dentro de las bandas laterales superior e inferior deben ser lo bastante elevadas como para poder propagarse lo suficiente a través de la atmósfera terrestre.

Representación fasorial de una onda de amplitud modulada Con una señal moduladora de frecuencia única, la envolvente de AM se obtiene de la suma vectorial de la portadora y de las frecuencias del lado superior e inferior. Las dos frecuencias laterales se combinan y producen una resultante que se combina con el vector de la portadora. La fig. 3-4a muestra esta suma fasorial. Los fasores de las frecuencias de la portadora y de los lados superior e inferior giran en dirección contraria a la de las manecillas del reloj. Sin embargo, la frecuencia de lado superior gira con más rapidez que la portadora (_fls _ _c _c) y la frecuencia de lado inferior gira más lento (_fli _ _c _ c). En consecuencia, si se mantiene estacionario el fasor de la portadora, el fasor de la frecuencia de lado superior continúa girando en dirección contraria a las manecillas del reloj en relación con la portadora, y el de la frecuencia del lado inferior gira en dirección de las manecillas del reloj. Los fasores de las frecuencias de portadora y del lado superior e inferior se combinan, a veces en fase (se suman) y a veces desfasados (se restan). Para la forma de onda de la fig. 3-4b, la amplitud positiva máxima de la envolvente se presenta cuando las frecuencias de la portadora y de los

 

lados superior e inferior están en sus valores positivos máximos al mismo tiempo (_V  (_V máx máx _ Vc  _ V fls fls _ V fli). fli). La amplitud positiva mínima de la envolvente se produce cuando la portadora tiene su valor máximo positivo, y al mismo tiempo las frecuencias laterales están en sus valores negativos máximos (_V  (_ V mín mín _ Vc Vc _  _ V fls fls _ V fli). fli). La amplitud negativa máxima se produce cuando las frecuencias de la portadora y de las bandas laterales superior e inferior tienen sus valores negativos máximos al mismo tiempo (_V  (_ V máx máx __Vc __Vc _  _ V fls fls _V  _V fli). fli). La amplitud negativa mínima se produce cuando la portadora tiene su valor negativo máximo y al mismo tiempo las frecuenciass de las bandas superior e inferior tienen sus valores positivos máximos (_V  frecuencia (_ V mín__Vc mín__Vc  _ V fls fls _ V fli). fli).

Coeficiente de modulación y porcentaje de modulación Un término que describe la cantidad de cambio de amplitud (modulación) que hay en una forma de onda de AM es el coeficiente de modulación. modulación. El  porcenta  porcentaje je de modula modulación ción,, o modulación porcentual , es simplemente el coeficiente de modulación expresado como porcentaje.. En forma más específica, el porcentaje de modulación indica el cambio porcentual porcentaje de amplitud de la onda de salida cuando sobre la portadora actúa una señal moduladora. La definición matemática del coeficiente de modulación es:

=

Em Ec

 

En la que m _ coeficiente coeficiente de mo modulación dulación ((adimension adimensional) al) Em _ Em  _ cambio máximo de amplitud d de e la forma d de e onda d de e voltaje d de e salida (volts) Ec _ Ec _ amplitud amplitud máxima d del el voltaje de la po portadora rtadora no m modulada odulada (v (volts) olts)

Coeficiente de modulación, Em y Ec  Ec 

 

Distribución de voltaje de AM Una portadora no modulada se puede describir matemáticamente como sigue vc( vc(t ) _ Ec sen(2_ fct ) en donde vc( vc(t ) _ forma de onda de voltaje de la portadora, variabl variable e en el tiempo Ec _ Ec _ amplitud amplitud máxima d de e la portad portadora ora (volts)  fc _  fc  _ frecuencia frecuencia de la portadora ((hertz) hertz)

Se hizo notar, en una sección anterior, que la rapidez de repetición de una envolvente de AM es igual a la frecuencia de la señal moduladora, que la amplitud de la onda de AM varía en  proporción con la de la señal m moduladora, oduladora, y que la am amplitud plitud máxima de la onda modulada eess igual a Ec a Ec _ Em  Em.. Por lo anterior, la amplitud instantánea de la onda modulada se puede expresar como sigue 

CIRCUITOS MODULADORES DE AM

En un transmisor, el lugar donde se hace la modulación determina si el circuito es un transmisor de bajo o de alto nivel . Con modulación de bajo nivel, ésta se hace antes del elemento de salida de la etapa final del transmisor; en otras palabras, antes del colector del transistor de salida en un transmisor transistorizado, transistorizado, antes del drenaje del FET de salida en un transmisor de FET, o antes de la placa del tubo de salida en un transmisor con tubos al vacío. Una ventaja de la modulación de bajo nivel es que se requiere menos potencia de señal moduladora para lograr modulación de alto porcentaje. En los moduladores de alto nivel, la modulación se hace en el elemento final de la etapa final, donde la señal portadora tiene su amplitud máxima y por ello requiere una señal moduladora de mucho mayor amplitud para lograr un porcentaje razonable de modulación. Con la modulación de alto nivel, el amplificador final de señal moduladora debe suministrar toda la potencia de banda lateral, que podría ser hasta 33% de la potencia total de transmis transmisión. ión. Una desventaja obvia de la modulación modulación de bajo nivel se presenta en las aplicaciones de gran potencia, donde todos los amplificadores que siguen a la etapa moduladora deben ser amplificadores lineales, lineales, lo cual es extremadamente ineficiente.

 

Modulador de AM de bajo nivel Un amplificador de señal pequeña, de clase A, como el de la fig. 3-15a, se puede usar para la modulación de amplitud; sin embargo, el amplificador debe tener dos entradas: una para la señal  portadora y otra para la señal m moduladora. oduladora. Cuando no hay señal modula moduladora dora presente, el circuito funciona como como un amplificador lineal de clase A, y la salida no es más que la portadora amplificada por la ganancia de voltaje en reposo. Sin embargo, cuando se aplica una señal moduladora, el amplificador funciona en forma no lineal y se produce la multiplicación de señal que se describe con la ecuación 3-9a. En la fig. 3-15a, la portadora se aplica a la base, y la señal moduladora al emisor. En consecuencia, a esta configuración de circuito se le llama modulación  por emisor . La señal moduladora varía la ganancia del amplificador con tasa senoidal igual a su frecuencia. La cantidad de modulación que se obtiene es proporcional a la amplitud de la señal moduladora. La ganancia de voltaje para un modulador por emisor se describe con la ecuación  Av _  Aq  Aq[1 [1 _ m sen(2 _   fmt )] )]  en la que Av que Av _ ganancia de voltaje del amplificador con modulación (adimensional) (adimensional)  Aq _ ganancia de voltaje del amplificad amplificador or en reposo (sin modulación, adimensional)

 

Objetivo Objetiv o de la práctica: Diseñar y construir un mini transmisor de señal modulada en amplitud (AM) y observar su comportamiento en el osciloscopio, tenemos que hacer aparecer nuestra señal modulada en amplitud, y también vamos a escuchar nuestra señal a través de un radio receptor, de los más viejos, ya que estos tienen la característica de poder captar la señal de AM. Anotar nuestros datos tanto de la señal portadora como la señal moduladora. Material:   2 Generadores



  1 Osciloscopio



  1 Multímetro



Desarrollo de la práctica 1. Primero vamos a construir el siguiente circuito:

 

Poniendo a funcionar el circuito obtenemos las primeras señales en el osciloscopio

Observaciones: 1) Al voltaje modulado se controló con 10 v y a su vez frecuencia modulada fue añadida 3.77Khz. 2) Al voltaje portador se controló con 5.8v y a su vez frecuencia portadora 847Khz

(A través través del generador al circuito)

 

 

3)  Observemos también voltaje pico a pico como nos muestra la amplitud de la onda moduladora

 

  4)  Se hizo notar, que la rapidez de repetición de una envolvente de AM es igual a la frecuencia de la señal moduladora, que la amplitud de la onda de AM varía en proporción con la de la señal moduladora, y que la amplitud máxima de la onda modulada

5)  Aquí se observa mejor como se manifiesta la señal modulada

6)  Teniendo los datos correspondientes, calculamos la frecuencia de los BL’S BL’S y  y BCS, Con su Vmax y Vmin.   =  +  

 

  = 847ℎ + 3.72 ℎ     = 850.7ℎ    =  −     = 847ℎ − 3.72 ℎ    = 843.28ℎ   =  +       = 5.8 5.8 + 10 = 1 15. 5.8 8   =  −       = 5.8 5.8 − 10 = − −4. 4.2 2 

7)  Ahora el índice de modulación (nos indica en que porcentaje Vm cambia la amplitud de Vc. En condiciones ideales V Vc=Vm c=Vm )

=



 

 =

10 5.8

 

 = 1.7241  8)  Ahora aplicamos la Ecuación de la ondula modulada (AM)

1 1  ( ) ( )  = ( = ) 2π(Fc)-  (   ) +   ( ))2()  2 2  = ( 5.8) 2π(847khz)- 1 (1.7241)(5.8) (843.28) 2 1 +   (1.72 1.72))(5.8)2(850.7)  2 1 1  =  ( 5.8) 2π(847khz)- (9.999) (843.28) +   (9.999)2(850.7)  2 2

 

Conclusión Las señales de transmisión se transportan entre un transmisor y un receptor a través de alguna forma de medio de transmisión. Sin embargo, casi nunca tienen las señales de información una forma adecuada para su transmisión. En consecuencia, se deben transformar a una forma más adecuada. El proceso de imprimir señales de información de baja frecuencia en una señal portadora de alta frecuencia se llama modulación modulación.. La demodulación es el proceso inverso, donde las señales recibidas se regresan a su forma original. El objetivo de esta práctica es explicar los conceptos fundamentales de la modulación de amplitud (AM).

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