Informe Laboratorio

Universidad Central, Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas, Departamento de Ingeniería Electrónica

MODULADOR DE AMPLITUD (AM) CON XR2206 Adriana Ivonne Castañeda Rincón [email protected] David Felipe Torres Sánchez [email protected]



RESUMEN: Se realizó un montaje experimental en laboratorio de modulación AM. Se utilizó el circuito integrado xr-2206 para generar una señal portadora, así como para modular la misma, ingresando por uno de sus pines una señal sinusoidal. Se verificó la variación de la amplitud de la señal portadora al aplicar la señal de la información (moduladora). De igual forma, se evidenció las características que puede tener la señal generada por el integrado (portadora) y los efectos que la señal moduladora tienen en la modulación al tener cambios de amplitud y nivel DC de la señal moduladora, los cuales pueden ser considerables y causar problemas en la modulación, como por ejemplo el recorte de la señal modulada perdiéndose la información. PALABRAS CLAVE: modulador AM, XR2206.

Generador

de

2 MATERIALES LABORATORIO

señales,

ABSTRACT: It was realized an experimental assembly in the laboratory of AM modulation. The integrated circuit xr-2206 was used to generate and modulate a carrier signal, applying a sinusoidal signal through one of its pins. amplitude and DC level have on the modulation were appreciated. of the modulating signal. The variation of the amplitude of the carrier signal was verified when applying the information signal (modulator). Likewise, the characteristics of the signal generated by the integrated (carrier) and the effects that the modulating signal has on the modulation were evidenced by changes in the amplitude and DC level of the modulating signal, which can be considerable and cause modulation problems, such as trimming the modulated signal, losing information.

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3

Obtener una señal sinusoidal con el CI-XR2206 y medir sus características de frecuencia y amplitud.

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Realizar una modulación de amplitud con el CIXR2206.

Y

EQUIPOS



Osciloscopio.



Generador de señales (con offset).



Fuente DC variable.



Multímetro.



XR-2206.



Potenciómetro 1KΩ.



Potenciómetro 10KΩ.



Potenciómetro 50KΩ.



4 Resistencias 4.7KΩ.



2 Resistencias 10KΩ.



2 Condensadores 0.001 μF.



2 Condensadores 1 μF.



2 Condensadores 10 μF.

DE

INTRODUCCIÓN

A medida que se desarrollaron las comunicaciones por radio Frecuencia, se observó la necesidad de optimizar el proceso de transferencia de información, ampliando el rango o distancia entre el emisor y receptor, evitando la interferencia, ruido y perdida de información importante. Esto produjo que se creara un método de transformación de la señal enviada, conocido como modulación.

OBJETIVOS



Identificar cómo se afecta la modulación de amplitud al variar los parámetros de amplitud y offset de la señal moduladora.

Este proceso se puede entender como el traslado del espectro de una señal en banda base a una señal en banda de paso. El término banda base se emplea para

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Comunicaciones análogas y digitales, Modulación de Amplitud

designar la banda de frecuencias que ocupa la señal de entrada, cuya salida es una señal eléctrica. En telefonía, la banda base es la que corresponde a las frecuencias de la voz humana, generalmente de 300 a 3400 Hz. En televisión, la banda base de la señal de vídeo ocupa de 0 a unos 5 MHz Las señales en banda base, son generalmente de baja frecuencia, lo que hace prácticamente imposible su transmisión por radio, ya que el tamaño físico de las antenas empleadas para su recepción seria descomunal y la distancia de alcance de las mismas muy baja. Por ello es necesaria la modulación, primero, con el fin de posibilitar la transmisión de varias señales con la misma banda base, de manera que no se interfieran entre sí y con un alcance considerable y, por otra parte, permitir el empleo de antenas de dimensiones físicamente razonables. Esto recalca la importancia de la modulación en las comunicaciones, y él porque es necesario su estudio, a continuación, se analizará un de los tipos más conocidos de modulación y se concluirá al respecto.

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MARCO TEÓRICO

La modulación lineal recibe su nombre porque el espectro que produce está relacionado en forma lineal con el espectro del mensaje y consiste en un conjunto de técnicas que se usan para transportar información de una señal sobre una onda portadora lo que permite un mejor aprovechamiento del canal de comunicación, transmitir más información de forma simultánea y aumentar la tolerancia a posibles ruidos e interferencias.

banda o potencia, sin embargo los receptores y transmisores son más caros y difíciles de construir.

La AM es usada en la radiofonía, en las ondas medias, ondas cortas, e incluso en la VHF: es utilizada en las comunicaciones de radio entre los aviones y las torres de control de los aeropuertos. La onda media comercial, capaz de ser captada por la mayoría de los receptores de uso doméstico, abarca un rango de frecuencia que va desde 500 kHz a 1700 kHz.

Matemáticamente se puede ver como: Sea un mensaje que cumple las condiciones indicadas en la introducción y sea:

La señal portadora, entonces la señal modulada en amplitud (AM) se expresará como:

donde m es el índice de modulación que se encuentra entre 0 y 1. En la figura 1, se observa la señal modulada resultante de una señal moduladora y portadora respectivamente.

De acuerdo al tipo de modulación se ve como la variación de los parámetros (amplitud, frecuencia o fase) de una señal portadora, de manera proporcional y en concordancia a una señal de información o moduladora.

4.1

LA MODULACIÓN DE AMPLITUD

O AMPLITUD MODULADA (AM)

Figura 1. Modulacion AM, Señal Modulada.

Esta técnica o tipo de modulación, funciona mediante la variación de la amplitud de la señal portadora en relación con la información que se envía, o señal moduladora. A mediados de la década de 1870, fue el primer método para enviar con éxito audio a través de líneas telefónicas con una calidad aceptable, inicialmente llamada "corrientes ondulatorias".

Ahora bien, si se sabe que el mensaje toma valores extremos +1 y -1 en algún instante de tiempo, el índice de modulación puede determinarse observando los máximos y mínimos de la señal modulada, como sigue:

Una gran ventaja de AM es que su demodulación es muy simple y, por consiguiente, los receptores son sencillos y baratos. Otras formas de AM como la modulación de banda lateral única o la modulación de doble banda lateral son más eficientes en ancho de

Y también se obtiene la ecuación del índice de modulación en función de dichos valores:

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4.2

ESPECTRO DE LA SEÑAL AM

En cuanto al espectro de la señal AM, se puede determinar, de la siguiente manera: Supongamos un mensaje una banda

cuyo espectro ocupa

tal y como se ilustra: Figura 3. Espectro señal Modulada

Aparece el espectro del mensaje trasladado en frecuencia. De aquí se observa la posibilidad de compartir un mismo canal utilizando diferentes frecuencias de portadora para los diversos mensajes. Un análisis del espectro de la señal modulada indica que:

Figura 2.Espectro señal Moduladora



El ancho de banda ocupado es igual a



Se puede definir como banda lateral superior (USB) a la porción del espectro que se

.

encuentra por encima de ; a aquella que está por debajo se le llamará banda lateral inferior (LSB).

La señal modulada contiene a la portadora lo que resta eficiencia al sistema. Al realizar la transformada de Fourier, para observar el espectro:

Cabe resaltar también, que para el diseño de sistemas conviene que el ancho de banda fraccional definido como se encuentre entre 0.01 y 0.1. De esta forma los filtros pasa-banda utilizados tendrán un factor Q entre 10 y 100 lo cual es un rango razonable y práctico. En la figura 5. Se observa el esquema de una modulación AM con doble banda lateral y su portadora:

Es decir, el espectro se desplaza según la frecuencia de la portadora, como se ve en la figura 3:

Figura 4.Esquema modulación AM DSB

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Comunicaciones análogas y digitales, Modulación de Amplitud

4.3

POTENCIA SEÑAL AM

La amplitud máxima de cada banda lateral está dada por la expresión:

Donde el potenciómetro de 50k sirve para cambiar la amplitud, el de 10k sirve para cambiar la frecuencia y el de 1k sirve para cambiar el tipo de señal entre triangular y senoidal. Se realiza una variación de la amplitud y frecuencia para determinar cuáles son sus valores máximos, y se obtiene:

donde es la amplitud de voltaje la moduladora y la amplitud de voltaje de la portadora. Como la potencia es proporcional al cuadrado de la tensión, la potencia de la señal modulada resultará la suma de la potencia de la señal portadora más la potencia de ambas bandas laterales:

Para que la igualdad sea posible debemos tener en cuenta las potencias en lugar de las tensiones:

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

En las figuras 6,7 y 8, se observan los datos medidos en el osciloscopio.

Figura 6 Señal portadora mínima Amplitud

5.1 OBTENCIÓN DE LA SEÑAL PORTADORA (EXPLICAR QUE TOCÓ AJUSTARLA PARA CADA MODULACIÓN) El circuito de funcionamiento de la portadora es:

Figura 7 Señal portadora máxima Amplitud y mínima Frecuencia

Figura 5 Esquemático Generador de señales XR 2206

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Figura 8 Señal portadora máxima frecuencia

Figura 10 Señal Moduladora y Modulada sin offset

5.2 SEÑAL MODULADORA La señal moduladora se obtiene con un generador de señales del laboratorio y sus parámetros son:

5.4 MODULADOR AM CON OFFSET

Figura 9 Señal Portadora y Moduladora.

EN SEÑAL MODULADORA A continuación, se aumenta el suministro DC a 3v y se repite el procedimiento como se ve en la figura 11.

5.3 SEÑAL MODULADA SIN OFFSET Primero se modula la señal con el suministro DC en cero, y se miden los valores de voltaje maximos y minimos de la envolvente para hallar el indice de modulacion, como se ve en la figura 10.

Figura 11 Señal Moduladora y Modulada con offset

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Comunicaciones análogas y digitales, Modulación de Amplitud

Figura 14 Señal Moduladora y Modulada índice 50%

5.5MODIFICACIÓN MODULACIÓN

PORCENTAJE

 10%

Figura 15 Señal Moduladora y Modulada índice 50%, (X, Y)



90%

Figura 12 Señal Moduladora y Modulada índice 10%

Figura 16 Señal Moduladora y Modulada índice 90% Figura 13 Señal Moduladora y Modulada índice 10%, (X, Y)



50%

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manera la envolvente de la señal obtiene la forma de la moduladora.

Típicamente se debe escoger una señal portadora donde su frecuencia debe ser al menos el doble de la señal moduladora, para nuestro caso una relación de 663KHz a 50KHz, y que el factor W/fc se encuentre entre 0,001 y 0,1.

Comercialmente se permite, Transmitir en AM sin sobre modular, como se observa esto quiere decir que el índice de modulación debe ser máximo de 100%, o 1, como se observa en la figura 18. Un índice superior a este valor, produce que el envolvente cruce por cero y aunque esto puede tener beneficios, como ampliar el rango de transmisión, no es deseable porque genera interferencias.

Figura 17 Señal Moduladora y Modulada índice 90%, (X, Y)



>100%

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CONCLUSIONES

Se necesita una adecuada polarización para el circuito integrado XR-2206, manteniendo la configuración básica y utilizando potenciómetros se obtiene una portadora (el potenciómetro de 50KΩ maneja la amplitud, el de 10KΩ la frecuencia y el de 1kΩ la deformación de triangular a seno) y señal modulada adecuada. Figura 18 Señal Moduladora y Modulada índice 248%

La amplitud máxima que puede alcanzar el par de bandas laterales, en condiciones normales de modulación, es solo la mitad de la portadora sin modular, cuando m = 1.

Tabla 1.Cambios portadora y en Valor DC

Si se pretende transmitir una información, el ancho de banda del canal y del sistema, debe ser, el doble de la frecuencia máxima de la portadora.

La modulación de amplitud necesita una señal moduladora que: tenga la amplitud suficiente para efectuar un cambio sobre la portadora y que tenga un nivel DC u offset. En la tabla 1. Se observa los cambios en la amplitud y voltaje de offset o suministro DC, realizados para obtener los índices de modulación pedidos, sin cambiar la información (señal moduladora), cuya frecuencia es de 50KHz y su amplitud de 1,6Vpp.

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REFERENCIAS

[1] Stremler, F. Introducción a los sistemas de comunicación.

[2]Haykin, S. Sistemas de comunicación.

ANÁLIIS DE RESULTADOS

[3]Tomasi, W. Sistemas de comunicaciones electrónicas.

Se requiere un voltaje de DC junto con la señal modulada, para que la señal no se recorte como se observa en contraste en las figuras 10 y 11, de esta

[4]Kraus, J. Electromagnetismo con aplicaciones.

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