lunes, 22 de noviembre de 2010

T.P. Nº9: Recepción de FM

1) a)

b)
c)
El TDA7000 incorpora todo lo que un receptor superheterodino requiere para su funcionamiento: una etapa de entrada de RF, un mezclador, un oscilador local, un amplificador/limitador de frecuencia intermedia y hasta un circuito de mute incorporado para silenciar el ruido de banda en caso de no recibir ninguna señal.
El canal de frecuencia intermedia se constituye con amplificadores operacionales configurados en un circuito que permite obtener una FI de 70Khz de banda de paso, con muy buena amplificación y selectividad, siendo necesarios sólo algunos capacitores para ajustar el ancho del canal de FI y su correcta amplificación.
La señal de Rf llega al receptor de FM a través de la antena y es filtrada mediante el filtro formado por los dos capacitores a la entrada de antena y la bobina L, dicha bobina es una bobina impresa, es decir construida mediante pistas del circuito.
La señal de radio una vez filtrada es conducida hacia el TDA7000, el cual demodula la señal, bajando la señal de radiofrecuencia a la F.I.
El circuito de sintonía está formado por dos bobinas y un diodo varicap DV, el cual es un diodo cuya capacidad varía al variar la tensión aplicada entre sus terminales.
La frecuencia que queremos sintonizar es seleccionada por un potenciómetro mediante una resistencia que conduce diferentes niveles de tensiones, las cuales varían la capacidad del diodo varicap, haciendo así que se desplace la frecuencia de sintonía para, de esta forma, seleccionar la emisora deseada.
El utilizar un diodo varicap obliga a alimentar el circuito mediante la tensión estabilizada, pues si la tensión varía, modificaría la tensión de sintonía y el receptor cambiaría de frecuencia sintonizando otra emisora.
Una vez que la señal es demodulada y seleccionada mediante el circuito de sintonía, es decir, una vez obtenida la señal de audio, esta es conducida, mediante un condensador de paso hasta la etapa separadora y la parte decodificadora para que tenga una salida de audio stereo.

luego la señal es amplificada:


d)
Se debe ser prudente al realizar escuchas en esta porción del espectro debido a que está prohibido escuchar las conversaciones privadas de terceras personas (entre los 46Mhz y los 50Mhz).
Alimentación: bateria de 9V
Banda de frecuencia: en este caso, 88 - 108 MHz
FI (ya dicha anteeriormente): 70KHz

e)
El TDA7000 es un circuito integrado ideal para iniciarse gracias a su encapsulado DIP de 18 pines que permite una manipulación sin cuidados especiales. Sin embargo, en su época también existió en el mercado la versión SMD de este dispositivo con la característica TDA7010T. Más adelante, se agregó el TDA7021T, también de montaje superficial, pero con la posibilidad de brindar una audición estéreo. Por último, Philips incorporó el TDA7088T, que también era monoaural y que tenía la particularidad de disponer de un interruptor de búsqueda automática de sintonía (scan), lo que simplificaba aún más la tarea de búsqueda de emisoras y favorecía así la miniaturización del receptor final.
Según la hoja de datos del dispositivo, se puede obtener buenos resultados desde 1,5 Mhz hasta los 110Mhz, pero la realidad nos indica que es posible trabajar un poco más arriba en frecuencias. Lo primero que aparece en escena es la actividad en la banda de los 11 metros (27Mhz) que puede permitir escuchar estaciones transmisoras ubicadas a más de 1000 kilómetros gracias al salto que caracteriza a este tipo de frecuencias favorecidas por el rebote en las capas altas de la ionosfera. Luego, viene la porción asignada a los radioaficionados en 10 metros, donde se suelen escuchar muchas estaciones amateurs intercambiando datos técnicos y comentarios en general.
Más arriba, entre los 46Mhz y hasta los 50Mhz se puede encontrar las transmisiones provenientes de los teléfonos inalámbricos domésticos. A pesar de que muchos han pasado a la tecnología de los 900Mhz, existe un alto porcentaje de equipos trabajando aún en esta porción del espectro radioeléctrico. Se debe ser prudente al realizar escuchas en esta porción del espectro debido a que está prohibido escuchar las conversaciones privadas de terceras personas.
De allí y hasta los 72 Mhz se oye el audio de los canales bajos de TV para luego entrar en las frecuencias específicas de radiocontrol que ocupan un ancho de 4 Mhz compartiendo el espacio con otros servicios. Después, viene la aplicación más popular del TDA7000, de la que pueden disfrutar todos: la recepción de emisoras comerciales en la banda de 88Mhz a 108Mhz (objetivo del artículo). Por último, a partir de los 136Mhz, y hasta donde los circuitos de RF del TDA7000 nos lo permitan, se puede escuchar una infinita variedad de servicios de comunicaciones punto a punto que pueden deleitar y entretener durante largas horas. Un ejemplo de esto es recepcionar los satélites meteorológicos de órbita baja (LEO) en los 137Mhz y visualizar las imágenes satelitales en el ordenador en tiempo real (próximo objetivo).

Grafico de las frecuencias en las que trabaja el TDA7000

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3)

4)
Se obtiene la información de los 2 canales con un el integrado LM1800 de National Semiconductors. el Circuito se alimenta con una tensión de +12Volts con una corriente menor a 100mA. El LED "Stereo" se enciende cuando una señal ingresa al integrado y éste la decodifica exitosamente. La señal en la entrada es desacoplada en continua para que solo pase la componente de AF. Como es un circuito simple, es de bajo costo y es muy facil de armar en un protoboard o placa de proyectos.

5)


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a)
b)
7) a)
b)
8) a)

b)


9)
Un demodulador de FM en cuadratura (a veces llamado un detector de coincidencia) extrae la señal de información original, de la forma de onda de IF compuesta, multiplicando a dos señales en cuadratura (90º fuera de fase). Un detector de cuadratura utiliza un desplazador de fase de 90º y un detector de producto para demodular las señales de FM. El desplazador de fase de 90º produce una señal que esta en cuadratura con las señales de IF recibidas. El circuito sintonizado convierte las variaciones de frecuencia a variaciones de fase y el detector de producto multiplica las señales de IF recibidas por la señal de IF desplazadas en fase.

La señal entrada IF (vi) se multiplica por la señal en cuadratura (vo), en el detector de producto, y produce una señal de salida que es proporcional a la desviación de frecuencia. A la frecuencia resonante, la impedancia del circuito tanque es resistiva. Sin embargo, las variaciones en la frecuencia en la señal de IF producen un desplazamiento adicional de fase positiva o negativa. Por lo tanto, el voltaje de salida del detector de producto es proporcional a la diferencia de fase entre las dos señales de entrada y se expresa matemáticamente como:

VSalida = Vi .Vo = [Vi seni . t + θ)] . [Vo coso . t)]
Procediendo trigonométricamente para el producto de onde de seno y coseno de igual frecuencia:
VSalida = Vi.Vo [sen (2 ωi . t + θ) + sen θ]
 2
La segunda armónica (2 ωi) se filtra, dejando:

VSalida = Vi.Vo sen θ
2
10)

Conclusiones:

Vimos como trabaja un receptor superheterodino comercial (en nuestro caso TDA700) y explicamos sus etapas, y su señal luego sería convertida a estéreo y finalmente amplificada. Vimos como realiza esta operación de decodificación mono-estéreo. Analizamos un circuito detector de cuadratura y sus procesos de demodulación. Vimos que para recuperar la señal del mensaje con la menor distorsión se deben establecer unas mejoras en el proceso de demodulación. Encontramos algunas semejanzas entre un receptor de AM y uno angular. Finalmente vimos como trabaja un demodulador de FM con PLL.

miércoles, 10 de noviembre de 2010

T.P. Nº8: Transmisión de FM

1)

2)

3)

a)

b)


c)

d)

4) a)


b) Polarización:

VR9 = 0.93V

IR9 = VR9/R9
IR9 = 9,3mA

Vceq = 7.93V

Vcemáx = Vcc = 9V

Icq = IR9

5)
Frec. de Expansión = 3MHz/Div
Resolución de BW = 3KHz
Nivel de Referencia = 0dBm
fp = 99,58MHz
fSTART = 85MHz
fSTOP = 115MHz

6)

FEV: 50mV
FEH: 50µs
7)

Frec. de Expansión = 40KHz/Div
Resolución de BW = 3KHz
Nivel de Referencia = 0dBm
fp = 99,88MHz
fSTART = 99,6MHz
fSTOP = 100MHz
BW = 120KHz
8)


FEV: 50mV
FEH: 25µs


Frec. de Expansión = 50KHz/Div

Resolución de BW = 3KHz
Nivel de Referencia = 0dBm
fp = 99,9344MHz
fSTART = 99,5MHz
fSTOP = 100MHz

9)
Como se ve en la foto, reemplazamos el GAF por un microfono. Ajustando la frecuencia de transmisión la dejamos en una frecuencia donde no haya estaciones de radio operando, para que la transmisión no se mezcle, aun asi, ajustando la radio lo mas cercano posible a la frecuencia de transmisión, habia mucha interferencia. También vimos el pico de tensión de nuestro transmisor en un espectrometro, calibrado para que vea el rango de FM.

10)
a)
b)

c)

d)


martes, 19 de octubre de 2010

T.P.N°7: Aplicaciones en los sistemas de amplitud modulada con portadora suprimida

1. En un Transmisor de SSB (Banda Lateral Única) que utiliza el método de desviación de frecuencia para obtener una LSB (Banda Lateral Inferior) posee un filtro el cual tiene una frecuencia de corte superior de 522,2 KHz.


Si la mínima frecuencia de audio de la banda base es de 800 Hz y la BW de información es 3 KHz:



a) Realice un diagrama espectral y determine ¿a qué frecuencia opera el generador de portadora?



b) ¿Cuál es la frecuencia de corte inferior del filtro?



c) ¿Cuál es la máxima frecuencia de audio transmitida?



d) Dibuje un esquema en bloques del Transmisor.



e) Si ahora se efectúa una segunda conversión con 16 MHz, calcular la frecuencia de corte inferior y superior de la BLS.



f) Con los valores de los generadores de portadora de la primera y segunda conversión, realice un diagrama espectral para obtener la USB (Banda Lateral Superior).



g) ¿Cuántos KHz esta desplazada la USB (Banda Lateral Superior) del punto f de la LSB (Banda Lateral Inferior) en la banda de transmisión?









2. Una señal cosenoidal de 2V y de F=2 KHz, se transmite utilizando un modulador por desviación de fase con una portadora suprimida de 0,8 MHz. y una amplitud de 5V, suponiendo K del modulador KM = 0,5 [1/V].

Averiguar:



a) El esquema del modulador utilizado.



b) La tensión vBLU(t).



c) El espectro en frecuencia de la señal de salida.



d) Suponiendo que la impedancia de carga es de 50 ohm, averiguar la potencia en W y dBm.







3. Se quiere transmitir una señal de audio de 10 dBm con frecuencia de 5000 Hz. por el sistema de Weaver para lo cual se tiene un TX que posee un sistema de doble conversión teniendo como frecuencias intermedias 250 KHz. y 7500 KHz con amplitud unitaria y los moduladores tienen K=2/v. Respectivamente.



a) Dibujar el esquema del TX.



b) Utilizando Mathcad representar el espectro en frecuencia para el caso en que se transmita por la USB (BLS) a la salida de cada bloque que interviene en el proceso de la obtención de la banda lateral única.



c) Calcular la potencia de salida, sobre una carga normalizada.







4. Es posible transmitir simultáneamente dos señales diferentes en la misma portadora. Las dos señales modulan portadoras de la misma frecuencia pero con fase en cuadratura.







Demuestre que se pueden recobrar las señales mediante detección sincrónica de la señal recibida con portadoras de la misma frecuencia pero con fase en cuadratura.



a) Utilizando software aplicado dibujar el Modem QAM Utilizando los subcircuitos MA_2800 y SSD3801, los cuales son moduladores DSB basados en multiplicadores analógicos de cuatro cuadrantes como núcleo de procesamiento (llamada celda de Gilbert) tal como se representa en la figura 2.



Figura 2:







En el subcircuito MA_2800 las entradas del circuito son:

OSCPOS: Entrada positiva de la señal proveniente del oscilador de portadora.

OSCNEG: Entrada negativa de la señal proveniente del oscilador portadora.

VMPOS: Entrada positiva de la señal modulante.

VMNEG: Entrada negativa de la señal de modulante.

Los otros cuatro terminales son:

VCC: Alimentación positiva.

VEE: Alimentación negativa.

GND: Tierra

OUT: Salida

Por otra parte los detectores sincrónicos SSD3801 las entradas del circuito son:

IN: Entrada de la señal QAM proveniente del circuito sumador lineal.

Vpos: Alimentación positiva

Vneg: Alimentación negativa.

OUT: Salida



5. a) Introducir al modulador del canal “I” (pata OSCPOS y OSCNEG) una señal con un generador senoidal, de amplitud 50 mVp y frecuencia 100KHz. De la misma forma colocar a la entrada del modulador del canal”Q” la misma señal pero con la fase en cuadratura es decir 50 mVp, frecuencia 100KHz, fase 90°.

Graficar ambas señales utilizando el programa Grapher las dos señales del osciloscopio. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizadas en la medición.

Canal I:







Canal Q:







6. a) Introducir al modulador del canal “I” (pata VMPOS y VMNEG) una señal con un generador senoidal, de amplitud 200 mVp y frecuencia 3400 Hz, y otra señal a la entrada del modulador del canal ”Q” de 200 mVp y frecuencia 300 Hz.

Observar con el osciloscopio la señal obtenida a la salida de cada modulador de canal y verificar el ajuste del control de anulación de portadora hasta lograr el máximo de simetría en todos los picos máximos de la señal modulada. Graficar la señal modulada en doble banda lateral utilizando el programa Grapher. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizadas en la medición.

Canal I:







Canal Q:







b) Medir la señal resultante de la modulación de la suma de componentes en cuadratura VQAM. Graficar esta señal modulada utilizando el programa Grapher. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizadas en la medición.







c) Expresar matemáticamente utilizando Mathcad cada una de las señales obtenidas a la salida de cada modulador de canal, y la señal suma de componentes en cuadratura VQAM.







7. En esta parte del presente T.P. analizaremos los procesos de la demodulación de QAM, para ello utilizaremos los subcircuitos SSD3801 X3 para el canal I y el X4 para el canal Q.



Estos circuitos son detectores sincrónicos, los cuales al utilizar una señal de sincronismo con la misma frecuencia y fase de la portadora original separan las componentes I y Q demodulando de esta manera la señal QAM.



a) Conectar a la entrada de sincronismo del subcircuito X3 una señal senoidal de de amplitud 50 mVp y frecuencia 100KHz. Repetir a la entrada de sincronismo del subcircuito X4 la misma señal pero con la fase en cuadratura es decir 50 mVp, frecuencia 100KHz, fase 90°.



b) Graficar la señal de salida de cada uno de los circuitos SSD3801 utilizando el programa Grapher. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizadas en la medición.

Canal I:







Canal Q:







c) Justificar matemáticamente lo realizado en forma practica en el proceso de la detección sincrónica y utilizando Mathcad realice la representación espectral con escala en dBm de estas señales.









8. A continuación se aplica las señales de componentes separadas a las etapas U1 y U2 que son filtros activos de segundo orden con una estructura denominada “Múltiple Realimentación o MFB”.Para comprender el funcionamiento del sistema desarrollaremos el siguiente procedimiento práctico:



a) Con el uso del software aplicado dibuje los circuitos en el Multisim y simule el funcionamiento de los filtros MFB pasa bandas de salida realizando una representación de la respuesta en frecuencia de la ganancia y la fase utilizando el instrumento el Bode Plotter.

Canal I:







Canal Q:







b) Realice la representación en el dominio del tiempo de las señales de salida Voi(t) y Voq(t) utilizando el programa Grapher. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizadas en la medición.



Mediante la utilización de software aplicado realizaremos el análisis de Fourier de las señales de las salidas, para comprobar el contenido armónico de la distorsión en la señal demodulada.

Elegiremos en la barra de herramientas del Mutisim el menú Simulate analyses, Fourier Analysis

Canal I:







Canal Q:







c) Utilizando el programa Grapher grafique el espectro en el nodo de salida de cada una de estas señales (tome como componentes de análisis hasta la vigésima armónica). Con el valor de cada una de las componentes resultantes del espectro de salida realice el cálculo de la distorsión armónica total.



9. Implementar un sistema de transmisión utilizando técnicas de portadora suprimida que permita transmitir un GRUPO primario de la jerarquía del FDMA (considere que todos los canales son telefónicos con un BW = 4 KHz).



a) Dibujar el diagrama en bloques del sistema propuesto (Multiplexor y demultiplexor).


b) Calcular el BW total de transmisión y realizar esquema espectral del sistema.

Calculo de BW

FCI: Frecuencia de corte inferior
FSC: Frecuencia de corte superior

BW = FCS-FCI
BW= 108KHz-60KHz
BW= 48KHz

10.Redacte las conclusiones finales del TP haciendo una síntesis sobre los resultados obtenidos en el mismo.