Solucionario Tomasi Capitulo 1-27-05 2013

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UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERIAS COMUNICACIONES 1 EJERCICIOS SECCION: D-09 OCODIGO: 210643643 CARRERA: CEL

PREGUNTAS CAPITULO I

1.-Defina comunicaciones ELECTRÓNICAS Las comunicaciones electrónicas son la transmisión, recepción y procesamiento de información entre dos o más lugares, mediante circuitos electrónicos. 2.-¿Cuándo se desarrolló el primer sistema electrónico de comunicaciones, quien lo desarrolló y qué clase de sistema era? Samuel Morse en 1837. Se usò la inducción electromagnética para transferir información en forma de puntos, rayos y espacios entre un transmisor y un receptor sencillos, usando una línea de transmisión, que consistìa en un tramo de conductor metálico. Este invento fue el telégrafo. 3.-¿Cuando comenzaron las radiocomunicaciones? En 1920

4.-¿Cuáles son los tres componentes principales de un sistema de comunicaciones? Transmisor, medio de transmisión y receptor. 5.-¿Cuàles son los dos tipos básicos de sistemas electrónicos de comunicaciones? Analógico y digital 6.-¿Què organización asigna frecuencias para la radio propagación en el espacio libre, en Estados Unidos? La Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) 7.- Describa lo siguiente: señal portadora, señal moduladora, y onda modulada. La señal portadora transporta la información a travès del sistema. La señal moduladora modula a la portadora, cambiando su amplitud, frecuencia o fase. Onda modulada es la onda portadora ya modificada. 8.-Describa los términos modulación y demodulación Modulación es el proceso de cambiar una o màs propiedades de la portadora en proporción con la señal deinformación. Demodulación es el proceso inverso a la modulación y reconvierte a la portadora modulada en la información original. 9.-¿Cuáles son las tres propiedades de una onda senoidal que se puede variar, y que tipo de modulación resulta en cada una de ellas? Amplitud, y se produce una señal modulada digitalmente llamada modulación por conmutación de amplitud (ASK, amplitude shift keying), frecuencia, se produce la modulación por conmutación de frecuencia (FSK, frequency shift keying) y fase, se produce la modulación por conmutación de fase (PSK, phase shift keying). 10.-Haga una lista y describa las razones por las que es necesaria la modulación en las comunicaciones electrónicas. 1) Es muy difícil irradiar señales de baja frecuencia en forma de energía electromagnética con una antena. 2) Ocasionalmente, las señales de la información ocupan la misma banda de frecuencias y si se transmiten al mismo tiempo las señales de dos o mas fuentes, interferirán entre sì. 11.-Describa la conversión elevadora de frecuencia y donde se hace. Se convierten las señales de información de bajas frecuencias a altas frecuencias, y se lleva a cabo en el transmisor. 12.-Describa la conversión reductora de frecuencia y donde se hace Se convierten las señales de información de altas frecuencias a bajas frecuencias, y se lleva a cabo en el transmisor. 13.-Mencione y describa las dos limitaciones màs importantes en el funcionamiento de un sistema de comunicaciones electrónicas. Las señales de ruido y las limitaciones del ancho de banda que se dan por las capacidades limitadas que brindan los circuitos electrónicos. 14.-¿Qué es capacidad de información de un sistema de comunicaciones? Lacapacidad de información es directamente proporcional al ancho de banda y tiempo de

transmisión. I = B x T. 15.-Describa en resumen el significado de la Ley de Hartley. Es la cantidad de información que puede propagarse a travès de un sistema de transmisión es una función del ancho de banda del sistema y el tiempo de transmisión. 16.-Describa el análisis de señales en lo que concierne a las comunicaciones electrónicas 17.-¿Qué quiere decir simetría par? ¿Cuál es un sinónimo de simetría par? Si una forma de onda con voltaje periódico como la onda coseno es simetría en el eje vertical (amplitud), se dice que tiene una simetría axial o de espejo y se llama una función par. 18.-¿Qué quiere decir simetría impar? ¿Cuál es un sinónimo de simetría impar? Si una forma de onda de voltaje periódico es simétrica sobre una línea a la mitad de los ejes vertical y horizontal negativo y pasa por el origen de la coordenada, se dice que tiene una simetría de punto oblicuo y se llama función impar. 19.-¿Qué quiere decir simetría de media onda? Si hay una forma de onda de voltaje periòdico tal que la forma de onda para la primera mitad del ciclo se repite asì misma, pero con signo opuesto, para la segunda mitad del ciclo, se dice que tiene simetría de media onda. 20.-Describa el significado del tèrmino ciclo de trabajo El ciclo de trabajo (DC) para la forma de onda es la relaciòn de tiempo activo del pulso al periodo de la forma de onda. 21.-Describa una función (sen x)/x. Como resultado de darle valores a esta función simplemente obtenemos una onda seno amortiguada, en la cual, cada amplitud pico sucesiva es màs pequeña que la anterior. 22.- Defina la suma LINEAL Las sumas lineales ocurren cuandodos o màs señales se combinan en un nuevo dispositivo lineal, tal como una red pasiva o un amplificador de señal pequeña. Las señales se fusionan de tal manera que no producen nuevas frecuencias y la forma de onda combinada es simplemente la suma lineal de las señales individuales.

23.-Defina el mezclado no LINEAL El mezclado no lineal ocurre cuando dos o màs señales se combinan en un dispositivo no lineal tal como un diodo o un amplificador de gran señal. Con el mezclado no lineal, las señales de entrada se combinan de una manera no lineal y producen componentes de frecuencia adicionales. 24.-Describa el ruido eléctrico El ruido eléctrico se define como cualquier energía eléctrica no deseada presente en la pasabanda útil de un circuito de comunicaciones.

25.-¿Cuáles son las dos categorías generales del ruido eléctrico? Correlacionado y no correlacionado 26.-La frase no hay SEÑAL, no hay ruido describe ¿a que tipo de interferencia eléctrica? 27.-Haga una lista de los tipos de ruido, y describa cuales se consideran ruido externo i. Ruido exerno ii. Ruido atmosférico iii. Ruido extraterrestre iv. Ruido causado por el hombre v. Ruido interno vi. Ruido de disparo vii. Ruido de tiempo de trànsito viii. Ruido térmico El ruido externo es el que se genera fuera del dispositivo o circuito. Hay tres clases de ruido externo: Atmosférico, extraterrestre y generados por el hombre. 28.-¿Cuál es el tipo predominante de ruido interno? El ruido interno es la interferencia eléctrica generada dentro de un dispositivo o circuito. Hay tres clases principales de ruido generado internamente: de disparo, de tiempo de trànsito y térmico. 29.-Describa la relación entre lapotencia de ruido térmico, ancho de banda y temperatura. El ruido térmico es el movimiento aleatorio de los electrones libres dentro de un conductor causado por la agitación térmica, por lo tanto tiene relación con la temperatura; y tiene relación con el ancho de banda pues ocurre en todas las frecuencias al cual se le denomina ruido blanco. 30.-Describa lo que es el ruido blanco Se llama asì porque el movimiento aleatorio se produce en todas las frecuencias. 31.- Mencione y describa los dos tipos de ruido correlacionado Externo: El ruido externo es el que se genera fuera del dispositivo o circuito. Hy tres causas principales de ruido externo: atmosféricas, extraterrestres y generadas por el hombre. 32.- Describa lo que es relación de potencia de señal a ruido Es el cociente del valor de la potencia de la señal entre el valor de la potencia de ruido. Es decir: S = Ps N Pn 33.-¿Qué quieren decir los términos factor de ruido y cifra de ruido? El factor de ruido (F) y la cifra de ruido(NF) son “cifras de mèrito” para indicar cuanto se

deteriora la relación de señal a ruido cuando una señal pasa por un circuito o una serie de circuitos. 34.- Defina la temperatura equivalente de ruido Como el ruido producido por la agitación térmica es directamente proporcional a la temperatura, el ruido térmico se puede expresar en grados, y la temperatura equivalente de ruido es un valor hipotético que no se puede medir en forma directa. 35.- Describa lo que es una armònica y una frecuencia de producto cruzado A los mùltiplos enteros de una frecuencia base se llaman armònicos. Los productos cruzados son lasfrecuencias de suma y de diferencia; son la suma y la diferencia de las dos frecuencias originales, las sumas y diferencias de sus armònicas, y las sumas y diferencias de las frecuencias originales y todas las armònicas.

Problemas capitulo 1 1.-¿cuál es la designaciòn CCIR de los siguientes intervalos de frecuencias? a) 3 Khz a 30 KHz VLF (frecuencias muy bajas) b) 0.3 MHZ a 3 MHz MF(frecuencias intermedias) c) 3 GHz a 30 GHz SHF(frecuencias súper altas) 2.-¿ Cual es el intervalo de frecuencia para las siguientes designaciones CCIR? a) UHF 300 MHz – 36 Hz b) ELF 30 Hz – 300 Hz c) SHF 3 GHz – 30 GHZ 3.-¿Cuál es el efecto, sobre la capacidad de informaciòn de un canal de comunicaciones, de ampliar al doble el ancho de banda asignado? ¿de triplicarlo? Se duplica la cantidad de información que puede transportar. De triplicarla, o aumentarla màs, aumentarà la capacidad de información logarìtmicamente. 4.-¿Cuál es el efecto, sobre la acapacidad de informaciòn de un canal de comunicaciones, de reducir a la mitad el ancho de banda y subir al doble el tiempo de transmisiòn? Si el tiempo de transmisión disminuye, hay un cambio proporcional en la cantidad de información que el sistema puede transferir.

5.- Convierta las siguientes temperaturas en grados kelvin a) 17 C = 290 K b) 27 C = 300 K c) –17 C = 256 K d) –50 C = 223 K 6.-Convierta las siguientes potencias de ruido tèrmico en dBm: a) 0.001W = 10 log 0.001 = -60 dBm 0.001 b) 1 pW = 10 log 1 X 10-12 = -90 dBm 0.001 c) 2X10-15 W = 10 log 2 X 10-15 = -17 dBm0.001 d) 1.4X10-16 W = 10 log 1.4 X 10-16 = -128.2 dBm 0.001 7.-Convierta en watts las siguientes potencias de ruido tèrmico: a) –150 dBm = 10 –18 Watts b) –100 dBm = 10-13 Watts c) –120 dBm = 10-15 Watts d) –174 dBm = 4X10-21 Watts 8.- Calcule la potencia de ruido TÉRMICO, en watts y en dBm, para los siguientes anchos de banda y temperaturas de un amplificador: a) B = 100 Hz, T = 17 C = N = KTB = (1.38 x 10-23) (290 K) ( 100 Hz) = 4 x 10-19 W N(dBm) = 10 log KTB = 10 log (4 x 10 –19) = -153 dBm 0.001 0.001 b) B = 100 KHz, T = 100 C = N=KTB = (1.38 x 10-23)(373 k)(100 KHz) = 5.14 x 10-16 W N(dBm) = 10 log KTB = 10 log 5.14 x 10-16 = -122 dBm 1.1 0.001

c) B = 1 MHz, T = 500 C = N = KBT = (1.38 x 10-23)(1 MHz) ( 773 K) = 1.06 x 10-14 W N(dBm) = 10 log KTB = 10 log 1.06 x 10-14 = -109 dBm 1.1 0.001

9.-Para el tren de ondas cuadradas de la figura siguiente: 8 v 1 ms 0------------------------------8 v 1 ms

a) Determine las amplitudes de las primeras cinco armònicas F = 1 = 1 = 500 Hz T 2 ms Segunda: fn = n x f = 2 x 500 = 1000 Hz Tercera: fn = n x f = 3 x 500 = 1500 Hz Cuarta :f n = n x f = 4 x 500 = 2000 Hz Quinta: fn = n x f = 5 x 500 = 2500 Hz b) Trace el espectro de frecuencias

10 5

500 1000 1500 2000 2500 c) Trace el diagrama de la señal, en el dominio del tiempo, de las componentes de frecuencia hasta laquinta armònica

9.23 v ï‚· ï‚· 8.83 v ï‚· ï‚· ï‚· ï‚· ï‚· ï‚· 0 ms 1 ms 2 ms ï‚· ï‚· ï‚· -9.23 v ï‚· ï‚· -8.83 v

10.-Para la forma de onda del pulso en la figura siguiente:

.1 ms 2V

1 ms

a) determine la componente de CD Vo = V x = 2 v x 0.1 ms = ..2 v T 1 ms b) determine las amplitudes màximas de las primeras cinco armònicas Vn = 2 V = x sen ((n)/T) T (n) Primera: 6.98 mV -- 1000 Hz Segunda: 6.97 mV – 2000 Hz

Tercera : 6.95 mV – 3000 Hz Cuarta : 6.94 mV -- 4000 Hz Quinta: 6.93 mV -- 5000 Hz

c) trace la gràfica de la funciòn (sen x)/x

7 v ï‚· ï‚· ï‚· ï‚·ï‚· ï‚· ï‚· 6.8 v

1000 2000 3000 4000 5000 6000

d) trace el espectro de frecuencias 7v

6.8 v

12345

11.-describa el espectro que se ve a continuaciòn determiine la clase de amplificador

(lineal o no lineal) y el contenido de frecuencias de laseñal de entrada.

8v

3v 1 v .5 v .1 v

12345 **El amplificador es no lineal, puesto que causa la generación de múltiplos o armònicos.

12.-repita el problema 11 con el siguiente espectro: 5v 5v 3v3v

1456 **El amplificador es lineal , porque las señales se combinan de tal manera que no se producen señales nuevas. 13.-Un amplificador no lineal tiene dos frecuencias de entrada: 7 y 4 KHz. a) determine las tres primeras armònicas presentes en la salida, para cada frecuencia. 7 y 4 KHz ; 14 y 8 KHz; 21 y 12 KHz b) determine las frecuencias de producto cruzado que se producen en la salida, para valores de m y n de 1 y 2 productos cruzados = m fa + n fb M

N Productos cruzados 1 1 7 KHz + 4 KHz = 11 KHz y 3KHz 1 2 7KHz+ 8 KHz = 15 KHz y –1KHz 2 1 14 KHz + 4 KHz = 18 KHz y 10 KHz 2 2 14 KHz + 8 KHz = 22 KHz y 6 KHz c) trace el espectro de salida de las frecuencias armònicas y de productos cruzados determinadas en los pasos a) y b)

-1 3 4 6 7 8 10 11 14 15 18 22

14.-determine la distorsiòn porcentual de segundo orden, tercer orden y armònica total, para elsiguiente espectro de salida:

8v---------

4v - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

2----------------------------

4 8 12 % de segundo orden: V2 x 100% = 50 % V1 % de tercer orden: V3 x 100 % = 25 % V1 %THD = 2 + (2)2 /8 = 55.90%

15.-determine el ancho de banda necesario para producir 8 X 10-17 watts de potencia de ruido TÉRMICO a la temperatura de 17 C N= KTB ; B = N = 8x 10-17 = 19.990 KHz KT 1.38x 10-23 (290 K) 16.-determine los voltajes de ruido termico, para componentes que funcionen en las siguientes temperaturas, anchos de banda y resistencias equivalentes: a) T= -50 C ; B = 50 KHz y R = 50 VN = = ) (1.38 x 10-23)(223 K)(50 KHz) = 175.42 V b) T = 100 C ; B = 10 KHz y R = 100 VN = )(1.38 x 10-23)(373 K)(10 KHz) = 143.49 V

c) T = 50 C ; B = 500 KHz y R = 72 VN = )(1.38 x 10-23)(323 K)(500 KHz) = 801.16 V

17.- determine la segunda, quinta y decimoquinta armònica para una onda repetitiva con frecuencia fundamental de 2.5 KHz segunda armònica = 2 X fundamental = 2 X 2.5 KHz = 5 KHz quinta armònica = 5 X 2.5 KHz = 12.5 KHz decimoquinta armònica = 15 X 2.5 KHz = 37.5 KHz 18.-determine la distorsiòn de tercera y segunda armònica, y armònica total, para una banda repetitiva con amplitud de frecuencia fundamental de 10 Vrms,amplitud de segunda armònica de 0.2 Vrms y de tercera armònica de 0.1 Vrms % de segundo orden = V2 X 100 = 0.2 X 100 = 2% V1 10 % de tercer orden = V3 X 100 = 0.1 X 100 = 1 % V1 10 %THD = 2 + (0.1)2/10 = 2.23 %

19.-Para un amplificador no lineal con frecuencias de ondas senoidales en la entrada de 3 y 5 KHz, determine las tres primeras armònicas presentes en la salida, para cada frecuencia de entrada, y las frecuencias de producto cruzado que se producen con valores de m y n igual a 1 y 2. 3 KHz y 5 KHz ; 6 KHz y 10 KHz ; 9 KHz y 15 KHz productos cruzados = mfa + nfb m n Productos cruzados 1 1 3 KHz + 5 KHz = 8 KHz y –2 KHz 1 2 3 KHz + 10 KHz = 13 KHz y –7 KHz 2 1 6 KHz + 5 KHz = 11 KHz y 1 KHz 2

2 6 KHz + 10 KHz = 16 KHz y –4 KHz

20.-determine las relaciones de potencia, en dB, con las siguientes potencias de entrada y salida: a) pent= 0.001 w, psal = 1.01 w S = 10 log Ps = 10 log 0.01 W = 10 dB N Pn 0.001 W b) pent= 0.25 W, Psal = 0.5 W 10 log 0.5 W = 3 dB 0.25 W c) Pent = 1 W , psal= 0.5 W 10 log 0.5 W = -3 dB 1W d) Pent = 0.001 W, Psal= 0.001 W 10 log 0.001 W = 0 dB 0.001 W e) Pent = 0.01 W , Psal = 0.16 W 10 log 0.16 W = 6 dB 0.04 W f) Pent = 0.002 W, Psal = 0.0002 W 10 log 0.0002 W = -10 dB 0.002 W g) Pent = 0.01 W, Psal = 0.4 W 10 log 0.4 W = 16 dB 0.01 W

21.-determine las relaciones de voltaje, en dB, para lossiguientes voltajes de entrada y de salida.- Suponga valores iguales de resistencias de entrada y de salida. a) Vent = 0.001 V, Vsal = 0.01 V S (dB) = 20 log Vs 2 = 20 log 0.01 V 2 = 40 dB N Vn 0.001 b) Vent = 0.1 V Vsal = 2 V 2 20 log 2 V = 52 dB 1.1 V

c) Vent = 0.5 V Vsal = 0.25 V 20 log 0.25 V 2 = -12 dB 0.5 V d) Vent = 1 V Vsal = 4 V 20 log 4 V 2 = 24 dB 1V

22.-determine el factor de ruido general y la cifra de ruido general para tres amplificadores en cascada, con los siguientes paràmetros: a) A1 = 10 dB b) A2 = 10 dB c) a3 = 20 dB d) NF1 = 3 dB e) NF2 = 6 dB f) NF3 = 10 dB FT = F1 + F2 – 1 + F3 – 1 + Fn – 1 A1 A1A2 A1A2….An FT = 3 + 6 – 1 + 10 – 1 = 3 + .5 +.09 = 3.59

10 100 NFT = 10 log (3.59) = 5.55 dB 23.-determine el factor de ruido general y la cifra de ruido general para tres amplificadores en cascada, con los siguientes paràmetros: a) a1 =3 dB b) a2 = 13 dB c) a3 = 10 dB d) NF1 = 10 dB e) NF2 = 6 dB f) nf3 = 10 dB Ft = 10 + 6 – 1 + 10 – 1 = 11.89 3 39 NFT = 10 log (11.89) = 10.75 dB 24.-si el ancho de banda de un amplificador es B = 20 KHz, y su potencia total de ruido es N = 2 X 10-17 W, calcule la potencia total de ruido si el ancho de banda aumenta a 40 KHz. calcùlela si el ancho de banda disminuye a 10 KHz Si el ancho de banda es igual a 40 KHz, entonces la potencia total de ruido es 4 X 10-17 Watts. Si el ancho debanda es igual a 10 KHz, entonces la potencia total de ruido es 1 X 10-17 Watts. 25.-Para un amplificador que funciona a una temperatura de 27 C, con ancho de banda de 20 KHz, determine: a) La potencia total de ruido, en watts T = N ; N = T (KB) = 300 K(1.38 X 10-23)(20 KHz) = 8.28 X 10-17 watts KB b) el voltaje rms de ruido (VN), con una resistencia interna de 50 y un resistor de carga de 50.

26.-

a) determine la potencia de ruido, en watts, de un amplificador que trabaja a una temperatura de 400 C con un ancho de banda de 1 MHz. N = T (KB) = 673 K (1.38 X 10-23)(1 MHz) = 9.28 X 10-15 watts b) determine la DISMINUCIÓN de potencia de ruido, en watts, si la temperatura bajara a 100 C N = 373 K (1.38 X 10-23)(1 MHz) = 5.14 X 10-15 watts c) detrmine el aumento de potencia de ruido, en watts, si aumenta al doble el ancho de banda N = 673 K (1.38 X 10-23)(2 MHz) = 1.85 X 10 –14 watts

27.-determine la cifra de ruido para una temperatura equivalente de ruido de 1000 K; use 290 K como temperatura de referencia. F = 1 +Te = 1 + 1000 K = 4.44 T 290 NF = 10 log (4.44) = 6.47 dB 28.-determine la temperatura equivalente de ruido para una cifra de ruido de 10 dB Te = T(F – 1) ; F = antilog (NF/10) = 10/10 = 1 Te = 290 K (9) = 2610 K 29.-determine la cifra de ruido para un amplificador con relaciòn de señal a ruido en la entrada igual a 100, y en la salida igual a 50. NF (dB) = 10 log 100 = 3 dB 50 30.-determine la cifra de ruido para un amplificador con relaciòn de señal a ruido de 30 dB en la entrada y de 24 dB en la salida 10 log 30 = .96 dB 24