El objeto del presente trabajo práctico es :
♦Comprender los principios de la modulación angular y analizar las frecuencias instantáneas de la modulación de fase "PM" y de la modulación de frecuencia "FM".
♦Analizar los diferentes casos de modulación de frecuencia, banda angosta NBFM, y banda ancha WBFM y determinar el rango de variación de la portadora modulada.
♦Determinar la representración espectral de la modulación utilizando software aplicado y medir el ancho de anda.
♦Realizar la construcción de un circuito modulador, basado en un circuito oscilador con diodo de capacidad variable (Varicap o varactor).
♦Utilizando analizador de espectros adquirir y medir el espectro de las bandas laterales significativas a la salida del modulador y determinar la potencia transmitida, y el ancho de banda del canal ocupado variando las señales de audio.
♦Extraer conclusiones analizando los resultados de las simulaciones y aplicaciones prácticas de sistemas de modulación angular.
Instrumentos a utilizar:
El alumno deberá especificar todas las características técnicas del instrumental utilizado en el desarrollo del presente trabajo práctico, completando la siguiente tabla que se ejemplifica a continuación:
Software aplicado:
- Multisim (versión 7).
- Mathcad
Desarrollo práctico
1. La ecuación siguiente representa una señal modulada en ángulo:
Encontrar:
a) La potencia de la señal modulada.
b) La máxima desviación en frecuencia ▲f
c) La máxima desviación en fase
d) El ancho de banda
e) El diagrama en bloques del modulador utilizado.
2. Una portadora de alta frecuencia es modulada por una señal modulante :
vm (t)=Vm cos (wm.t)
Suponiendo que se modula en banda ancha expresar:
a) El ancho de banda ocupado por la señal en función kf, vm y fm, aprovechando la relación entre la desviación en frecuencia y wm.
b) Si la misma portadora ahora es modulada en fase por la misma señal modulante, expresar el ancho de banda ocupado en función de kp, vm y fm.
c) Sobre la base de los resultados de a y b, ¿cuál de los dos sistemas presenta una mayor variación de BW ocupado si se duplica la frecuencia de la señal modulante?
3. Se modula en frecuencia una portadora de 10 MHz y 20 dBm, con las señales modulantes que se describen a continuación:
Si la constante de modulación del modulador es kf=2KHz/V
Calcular para cada caso, utilizando software aplicado:
1) La expresión general de vFM(t).
2) El espectro en frecuencia para las bandas laterales significativas.
3) El ancho de banda de la señal de FM.
4) La potencia de la señal de FM transmitida, suponiendo Rnor= 50 ohm.
4. A continuación ensayaremos un circuito modulador, basado en un circuito oscilador con diodo de capacidad variable (Varicap o varactor).
En el oscilador LC de dos terminales, la realimentación se obtiene externamente del circuito sintonizado. Los mismos presentan una resistencia negativa, tal que, en condiciones de equilibrio, anulan el efecto de la resistencia real del tanque resonante.
En esta práctica utilizaremos un circuito oscilador LC del tipo Hartley que mediante un diodo de capacidad variable convertiremos a este circuito en un modulador de FM por método directo en banda de broadcasting.
a) Armar el circuito de acuerdo a la distribución de componentes que se representa en la siguiente placa impresa en escala 1 a 1, (en la hoja adjunta está el PCB para realizar la transferencia sobre la placa de cobre).
Circuito a utilizar:
b) Conectar la fuente de alimentación de 9 V, y verificar la polarización del circuito.
Anotar los valores de polarización y trazar la recta de carga estática del transistor.
Listado de componentes:
C1 = 100 nf
R1 = 1 K
U1 = TL 081
C2 = 1 f x 50 V
R2 = 1,8 K
D1 = BB 106
C3 = 4,7 nf
R3 = 10 K
Q1 = 2 N 2222
C4 = 10 nf
R4 = 2,7 K
Micrófono Electret
C5 = 68 pf
R5 = 1,5 M
J3 = Conector batería
C6 = 10 f x 16 V
R6 = 82 K
J2 = Antena
C7 = 8,2 pf
R7 = 47 K
C8 = 18 pf
R8 = 22 K
C9 = Trimer verde
R9 = 100
C10 = 33 pf
C11 = 1 nf
5. Graficar el espectro de la portadora sin modulación obtenido a la salida del transmisor con el analizador de espectros. Efectuar y adquirir la medición de la señal con el instrumento digital. Completar las escalas utilizadas en la medición.
Determinar el rango de variación del oscilador, ajustando el Trimer C9.
Frec.de expansion:1000KHz/div
Resolucion de BW:3KHz/div
Nivel de ref.:0dBm
6. Introducir al modulador de FM una señal modulante vimod (t) con un generador de funciones, senoidal de amplitud 200 mVpp y frecuencia 3000 Hz.
Efectuar y adquirir la medición de la señal con el osciloscopio digital. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizadas en la medición
FEV:50mV/div
FEH:100uSeg/div
7. Graficar el espectro con modulación obtenido a la salida del modulador con el analizador de espectros. Efectuar y adquirir la medición de la señal con el instrumento digital. Completar las escalas utilizadas en la medición.
Medir el ancho de banda del canal modulado sin distorsión.
frec. de expansion:20KHz/div
resolucion de BW:3 KHz
Nivel de ref:0 dBm
BW:50KHz
8. Repetir 6 y 7 pero introduciendo al modulador de FM una señal modulante vimod (t) con un generador de funciones, senoidal de amplitud 200 mVpp y frecuencia 15000 Hz.
Efectuar y adquirir la medición de la señal con el osciloscopio digital. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizadas en la medición.
FEV:50mV/div
FEH:25uSeg/div
BW:80KHz
Graficar el espectro con modulación obtenido a la salida del modulador con el analizador de espectros. Efectuar y adquirir la medición de la señal con el instrumento digital. Completar las escalas utilizadas en la medición.
Frec de expansion:20KHz/div
Resolucion de BW:3KHz
Nivel de ref:0dBm
9. Reemplazar el GAF por el micrófono y verificar la modulación de voz sin distorsión sobre un receptor de FM comercial. Como recomendación trate de sintonizar el receptor a una frecuencia en la cual no se esté trasmitiendo un programa, y calibrar el transmisor ajustando el trimer a esa frecuencia portadora. Analizar los resultados obtenidos a la entrada y a la salida del sistema cuando es transmitida una señal en banda vocal modulada en frecuencia.
10. Redacte las conclusiones finales del TP haciendo una síntesis sobre los resultados obtenidos en el mismo. Y realice los siguientes análisis que se detallan a continuación:
a) Realice una simulación asistida por PC de la etapa de audio y grafique la respuesta en frecuencia.
b) Realice el análisis del circuito en continua y verifique los valores obtenidos en forma práctica.
c) De acuerdo a las mediciones de frecuencia de oscilación determine el valor del inductor del circuito resonante.
d) Realice una simulación de la respuesta en frecuencia asistida por PC de la red reglamentación del circuito del circuito oscilador y grafique el diagrama de Bode de módulo y fase en escala logarítmica.
e) ¿Cuánto vale la ganancia de tensión a la frecuencia de oscilación?
f) ¿Cuál es el desfasaje introducido por la red de realimentación a la frecuencia de oscilación?
g) ¿Qué sucede en el espectro cuando varía la frecuencia del generador de modulante?
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