3DCapítulo 1 • Introducción a los Sistemas de Comunicación Si se requieren las respuestas en decibeles* se encuentran con facilidad mediante; Ganancia (dB) = 10 log 7 500 = 38.8 dB NF (dB) - 10 log 2.316 = 3.65 dB La temperatura de ruido se encuentra a partir de la ecuación (1.27): Teq = 290(NF - 1) = 290(2.316- 1) = 382K PREGUNTA DE REPASO DE LA SECCIÓN 1.4 ¿Por qué es más importante tener una cifra de ruido baja en la primera etapa de un amplificador que en las otras etapas? 1.5 Análisis espectral En este capítulo se encontró que hay dos maneras generales de examinar las señales: el dominio del tiempo y el dominio de la frecuencia. El osciloscopio común es una forma conveniente y versátil de observar las señales en el dominio del tiempo, siempre que construya una gráfica de voltaje con respecto al tiempo. Sería lógico preguntar si hay un instrumento equivalente para el dominio de la frecuencia, es decir, algo que pudiera mostrar una gráfica de voltaje (o potencia) con respecto a la frecuencia. La respuesta a la pregunta es sí: la observación de las señales en el dominio de la frecuencia es la función del analizador de espectros, en el cual se utilizan cualquiera de dos técnicas básicas. En la primera técnica se usan varios filtros pasabanda con sintonización fija, espaciados en todo el intervalo de interés. La pantalla muestra el nivel de salida de cada filtro, con frecuencia con ana gráfica de barras formada ^)or diodos fotoemisores (LED) A medida que aumenta la cantidad de filtros y es más angosto el intervalo de cada no, es mejor la resolutión que se consigue. Este método es muy práctico para frecuenc ias de audio; de hecho una versión burda, con cinco a 20 f'tros, se encuentra a menudo como parte de un sistema estéreo. Los sistemas más elaborados suelen utilizarse en la a ística profesional y actividades de realce del sonido. Los dispositivos de este tipo se llai lan analizadores de espectro en tiempo real, porque todos los filtros están activos todo t* tiempo. En la figura 1.5 se ilustra un diagrama de bloques de uno de estos instrumente . Cuando se requiere i mediciones de radiofrecuencia (RF), se hacen evidentes las limitaciones de los analizadores de espectro en tiempo real. A menudo es necesario observar señales en un intervalo de frecuencia cuyo ancho es del orden megahertz o hasta de gigahertz. Es evidente que el número de filtros requerido sería demasiado grande para ser práctico. En aplicaciones de RF, sería más lógico usar sólo uno, un filtro sintonizable, y barrer con él gradualmente todo el intervalo de frecuencia de interés. Este barrido del filtro podría coincidir con el barrido de un haz de electrones a través de la cara de un tubo de rayos catódicos (TRC), y la posición vertical del haz podría ser una función de la amplitud de la salida del filtro. Ésta es la esencia de un analizador de espectro con barrido de frecuencia como el que se ilustra en la figura 1.16. Figure 1.15 Analizador de espectro en tiempo real cambia la parte del espectro que pasa por el filtro. El filtro se ajusta para estar en la frecuencia suma o en la frecuencia diferencia (por lo general. Si la amplificación es Filtro de Amplificador frecuencia de frecuencia Detector de Amplificador intermedia intermedia envolvente de vertical Control de ancho de banda Control del nivel de referencia Control de intervalo Generador de base de tiempo con onda de dientes de sierra Atenuador Entrada Mezclador Control de frecuencia del centro (oscilador controlado por voltaje o VCO) Amplificador de horizontal TRC Figura 1.Sección 1. Los mezcladores se tratan en el siguiente capítulo. El oscilador está controlado por voltaje (VCO) y su frecuencia está controlada por un generador de onda de dientes de sierra que también proporciona la señal de barrido horizontal para el TRC. por ahora es suficiente saber que un mezclador produce salidas cuyas frecuencias son la suma y la diferencia de las dos frecuencias que se aplican en su entrada.16 Corp). Cuando la frecuencia del oscilador varía. Analizador de espectro con barrido de frecuencia (Fotografía cortesía de Agilent En la práctica.17 Diagrama de bloques simplificado para un analizador de espectro con barrido de frecuencia .17 se ve cómo se puede hacer. La señal que llega se aplica a un mezclador junto con una señal con barrido de frecuencia generada por un oscilador local en el analizador. son difíciles de construir los filtros de banda angosta que se puedan sintonizar con rapidez en un amplio intervalo de frecuencias y mantengan un ancho de banda constante. La salida del filtro es una señal de ca (ac) que debe ser rectificada y amplificada antes de que se aplique a las placas de deflexión vertical del TRC. Es más fácil fabricar un filtro de una sola frecuencia fija con ancho de banda ajustable. la diferencia). y explorar la señal a través del filtro. En la Figura 1.5 » Análisis espectro 31 Figura 1. Puesto que a menor ancho de banda mejor es la resolución potencial del analizador.17. Algunas veces se calibra en kilohertz o megahertz por división. los cuales se muestran en el diagrama de la figura 1. Esto es una fortuna. en términos de hertz por segundo. el cual por lo regular está calibrado en dBm. Entonces. Se han tomado precauciones para eliminar el amarre de los controles del intervalo y del ancho de banda para las raras ocasiones en que no se requiera. entonces es innecesario el ancho de banda angosto. si lo hay. La frecuencia de una señal que no está en el centro se determina contando las divisiones y multiplicándolas por el intervalo por división. barrer una señal rápidamente a través de un circuito de Q alta (tal como un filtro pasabanda angosto) genera transitorios. como se podría suponer).18 Pantalla d analizador de espectro . También hay un atenuador ajustable en la entrada cuyo fin es reducir las señales fuertes a un nivel en el que las pueda manejar el mezclador de la entrada. está en el centro). que se llama frecuencia de inicio (ésta es la frecuencia que corresponde al extremo izquierdo de la pantalla). La frecuencia de una señal mostrada en la pantalla se determina ajustando el control de la frecuencia (llamado también control de sintonía) hasta que la señal está en el centro de la pantalla (suponiendo que el control inicio/centro. lo cual reduce la exactitud de las lecturas de la amplitud. y los anchos de banda angostos se reservan para los intervalos angostos. Sin embargo. Otros modelos dan el intervalo como el ancho de toda la pantalla. la señal parecerá tener un ancho finito. Figura 1. Si el intervalo de la frecuencia que está en exploración es pequeño se requiere un ancho de banda angosto para que se consiga una buena resolución. No obstante. Es importante darse cuenta que según lo que se ve en un analizador de espectro. no los de la señal. es más común utilizar amplificación logarítmica de tal manera que el dispositivo pueda ser calibrado en decibeles con un nivel de referencia en decibeles referido a un miliwatt (dBm). Uso de un analizador de espectro Un analizador de espectro con barrido de frecuencia representativo tiene cuatro controles principales. que es por lo regular de diez divisiones. Si el intervalo es suficientemente angosto para que el ancho de banda del filtro sea una parte importante de una división. Los analizadores de espectro están hechos de tal manera que las amplitudes se miden con respecto a un nivel de referencia que está en la parte superior de la pantalla (no en la parte inferior. Sus funciones se describen en los siguientes párrafos. En general. el control del atenuador está acoplado con el control del nivel de referencia. pero cuando se usa un intervalo amplio.18. Es muy común que los controles del ancho de banda y del intervalo estén amarrados. Al dividir este número entre diez se obtiene el intervalo por división. El control de frecuencia establece la frecuencia del centro del barrido o la frecuencia en la cual comienza. El control de intervalo ajusta el intervalo de frecuencias en la pantalla. de tal manera que al modificar la atenuación en forma automática cambia el nivel de referencia mostrado. y por eso el ancho de banda correcto de un filtro para un intervalo particular se selecciona de manera automática.32 Capítulo 1 • Introducción a los Sistemas de Comunicación lineal. para intervalos amplios es apropiado un ancho de banda amplio. El cuarto ajuste principal es el control del nivel de referencia. Este nivel se establece mediante el control del nivel de referencia. Hay dos métodos para especificar el intervalo. parecería lógico construir el filtro con un ancho de banda tan angosto como sea posible y usarlo de esa manera siempre. para el intervalo más amplio. Algunos analizadores tienen un selector de tal manera que en la pantalla se muestra la frecuencia de inicio o la del centro. una senoide o un componente de una señal más compleja no siempre aparece como una simple línea vertical. la posición vertical de la traza o línea de exploración es proporcional a la amplitud del voltaje de la señal en una frecuencia específica. Lo que se ve en la pantalla es el ancho y la forma del filtro pasabanda. ya que el barrido es naturalmente más rápido. Dicha vista de observa en la figura 1. El control de ancho de banda ajusta el ancho de banda del filtro en los puntos de 3 dB. una división representa verticalmente una diferencia de potencia de 10 dB en la entrada. el voltaje de la señal se determina mediante proporciones. la potencia de una señal se mide de dos formas: se sitúa la señal en la parte superior de la pantalla con los controles del nivel de referencia y luego se toma la lectura de los controles. 1 dB/división y lineal. Este voltaje se puede calcular con facilidad a partir de la potencia en dBm y de la impedancia del analizador de espectro. o bien. Algunos analizadores permiten que el nivel de referencia se establezca directamente en voltios. entonces. El nivel de referencia está en la parte superior de la pantalla. Si el nivel de referencia se ajustó de tal manera que la señal está precisamente en la parte superior de la pantalla. igual que en el caso anterior. El voltaje cero está en la parte inferior y el voltaje que corresponde al nivel de referencia está en la parte superior. Pero esta vez. se multiplica por 1 o por 10 dB según la posición del selector y se resta el resultado del valor indicado en la posición del nivel de referencia. la pantalla tiene una escala lineal de voltaje. Una vez que se conoce el voltaje que corresponde al nivel de referencia es posible determinar el voltaje de la señal. Este selector tiene casi siempre tres posiciones: 10 dB/división. Con frecuencia. pero a veces es conveniente. En otras circunstancias. mediante la gráfica de la figura 1.Sección 1.19 Diagrama para convertir de dBm a voltaje (para 50 d). o bien. En la primera posición. un selector que establece el factor de escala vertical está estrechamente relacionado con el control del nivel de referencia. En cualquiera de estas posiciones. se cuentan las divisiones hacia abajo desde la parte superior de la pantalla hasta la señal.5 • Análisis espectral 33 Figura 1.19. . Por favor. el voltaje de la señal es el que corresponde al nivel de referencia. La posición lineal es un poco más complicada. La segunda posición proporciona una escala ampliada con 1 dB por división. observe que esta gráfica es válida sólo si el analizador tiene una impedancia de entrada de 50 íl. el valor más común. El voltaje de la señal es donde Vsig = voltaje de la señal en voltios RMS Vref = voltaje RMS que corresponde al nivel de referencia Usig = posición de la señal en las divisiones hacia arriba desde la parte inferior de la pantalla Ndiv = número de divisiones verticales en la pantalla (por lo general 8) La escala lineal no se usa muy a menudo con los analizadores de espectro. 19 o si se desea mayor exactitud con (b) La señal está una división hacia la izquierda del centro. con 10 dB/división. entonces.2O (b) Nivel de referencia +10dBm Vertical: 1 dB/división Frecuencia del centro 7. La potencia equivalente se determina así: El voltaje se encuentra mediante la gráfica de la figura 1. a*í que su nivel es -30dBm.34 Capítulo 1 • Introducción a los Sistemas de Comunicación EJEMPLO 1. con 100 kHz/división.5 MHz .5 MHz. su frecuencia se muestra en el indicador de frecuencia del analizador.O Para cada una de las gráficas del analizador de espectros mostradas en la figura 1.20.1 MHz = 7.4 MH . determine la frecuencia. entonces / = 7. (a) Nivel de referencia -lOdBm Vertical: 10 dB/división Frecuencia del centro 110 MHz Intervalo: 10 kHz/división Figure 1. La impedancia de la entrada del analizador es de 50 íl. El máximo de la señal está dos divisiones por abajo del nivel de referencia de -10 dBm. La frecuencia es 100 kHz menor que la frecuencia de referencia de 7.5 MHz Intervalo: 100 kHz/división (c) Nivel de referencia -20dBm Vertical: lineal Frecuencia del centro 543 MHz Intervalo: 1 MHz/división Solución (a) La señal está horizontalmente en el centro de la pantalla. En este ejemplo así es. por lo que la frecuencia de la señal es 110 MHz.0. suponiendo que está ajustado para leer la frecuencia del centro. nivel de potencia (en dBm y watts) y el nivel del voltaje de las señales. observe que la escala es de 1 dB/división y la señal está a una división abajo del nivel de referencia. El nivel en la pantalla es | de lo anterior porque la escala es li con 8 divisiones que representan el voltaje del nivel de referencia.4 mV. que representan 22. Ya sea mediante la gráfica o en forma analítica se determina con facilidad que el nivel de referencia de -20 dBm corresponde a una potencia de 10 jxW. En watts es: Y la potencia en dBm es: ¿Por qué se prefieren los analizadores de espectro con barrido de frecuencia a los analizadores de espectro en tiempo real para uso en radiofrecuencia? PREGUNTA DE REPASO DE LA SECCIÓN 1. con 1 MHz/división. Por consiguiente. la frecuencia es: / = 543 MHz + 3 X 1 MHz = 546 MHz Es más fácil determinar el voltaje de la señal antes de encontrar la potencia. Por lo tanto. el nivel de la señal es: Ahora va es fácil encontrar la potencia.1 dB = 9 dB Lo cual puede convertirse a watts y volts de la misma manera que en el inciso (a): (c) La señal está tres divisiones a la derecha de la frecuencia de referencia del centro de 543 MHz. porque la escala de amplitud aquí es lineal.Eecoon IJ5 * Análisis espectral 35 Con respecto a la amplitud.5 . Para hallar el voltaje de la señal se requiere el voltaje que corresponde al nivel de potencia en la parte superior de la pantalla. así que la señal tiene un nivel de potencia de P(dBm) = 10 dBm . ej. los resultados de la simulación se ilustran mediante un bloque del ámbito Ejecución: Inicie MATLAB y luego escriba simulink en el indicador de instrucción para iniciar el programa SIMULINK. la los primeros cinco términos de la serie de con rectificación de onda compte • Un bloque para el seno (un coseno se estructura usando una fase de n/2 radianes. l m s = 0. • Dé doble clic en el bloque de ámbito para ampliarlo y ver las seis ondas (dar doble clic en un bloque le permite al usuario ver los diferentes parámetros y cambiarlos donde esté permitido).Objetivo: Ver una ejecución con SIMULINK MATLAB de una onda senoidal con rectificación de onda completa utilizando el método de la serie de Fourier. 36 .0001 s). Ejecute la simulación al seleccionar la opción del menú Simulation-> Start en la ventana del modelo..mdr. » simulink Seleccione el modelo creado mediante la opción del menú File-> Open para seleccionar y abrir el archivo "fulLwave. -4/371) • Un bloque suma Además. con una frecuencia de 60 Hz (en esta simulación): <D = 2ir/= (2)ir(60) La ecuación de la onda senoidal con rectificación de onda completa indica la necesidad de los bloques de SMULINK siguientes: « Bloque constante con un valor de 2/n. USO DE Antecedentes: MATLAB y su programa SMULINK se usan para modelar y simular varios comportamientos de sistemas. Modifique algunos de los parámetros de los bloques para tener una señal rectificada de onda completa de 120 Hz usando tres términos de la serie de Fourier. • Varios bloques de ganancias para los múltiplos (p. Utilice un tiempo muestra de 0. donde. En esta sección SIMÜLINK se utiliza para ejecutar la ecuación siguiente. la cantidad de información que se transmite es proporcional al tiempo utilizado y al ancho de banda del canal empleado. WESUIÜEñJ 37 . ANik A-1. En el actual sistema de telefonía celular. el primer satélite moderno. 1. La multiplexión por división de tiempo y la multiplexión por división de frecuencia son dos sistemas para compartir un canal entre varias señales de información. frecuencia y fase. Es probable que en los años venideros haya invenciones más sorprendentes. el receptor y el canal de comunicación. Tanto los teléfonos celulares como los facsímiles son mejoras de sistemas que habían estado en uso durante muchos años y que no se les consideró muy importantes. Este satélite era todavía experimental en parte. en 1957. se utiliza radio FM analógica junto con un sistema complejo de control digital que sería del todo ¡mpráctico sin los microprocesadores en los teléfonos mismos y en las estaciones fijas de la red. La tendencia hacia la comunicación digital continuará. Cualquier sistema de comunicación tiene tres elementos esenciales: el transmisor. en particular el ruido. geoestacionario y comercial. excepto por cierto retraso y cambio de amplitud. 6. Las características de la portadora que pueden modularse son amplitud. En la modulación. 7. La Unión Soviética puso en órbita al primer satélite artificial. incluso para fuentes "analógicas" como voz y video. 3. La modulación es necesaria en muchos tipos de canales de comunicación. alguna característica de una onda portadora se cambia de acuerdo con la amplitud de una señal de frecuencia menor conocida como banda base. Los equipos modernos utilizan ampliamente la tecnología de estado sólido tanto analógica como digital. 4. por ejemplo. La única cosa cierta con respecto al futuro de las tecnologías para la comunicación es que serán interesantes. fue puesto en órbita por Canadá en 1972. pero la comunicación por satélite práctica y confiable empezó en realidad con el lanzamiento del Intelsat en 1965. • L JtPCTPWH:^ Comunicaciones: el futuro AVANCE RÁPIDO A continuación se presentan los puntos principales por recordar de este capítulo.a comunicación vía satélite es una forma relativamente nueva de radiocomunicación. Cualquier otro cambio se conoce como distorsión. Es imposible predecir con toda seguridad lo que surgirá en el futuro. Para un esquema de modulación específico. La fibra óptica ya es un medio muy importante de comunicación y su uso tiende a aumentar. la distorsión y el ancho de banda limitado. a menudo en la misma pieza del equipo. señal en banda base. 5. 2. Se dice que la transmisión de la señal no tiene distorsión si la señal de la información en la salida del receptor es idéntica a la de la entrada del transmisor. y ahora su uso creció muy rápido en los últimos años. Los sistemas de comunicación modernos se beneficiaron con la invención del transistor en 1948 y del circuito integrado en 1958. Sputnik I. En el diseño del transmisor y del receptor deben tomarse en cuenta las características del canal. señal de información o señal de modulación. 5) 3cor + • • • / = 1/7 ü) — 2lT/ (1. cifra de ruido (noise figure) Cociente de las relaciones señal a ruido de la entrada y la salida. Hay muchos tipos de ruido. El ruido está presente en todos los sistemas de comunicación y tiene un efecto degradante en la señal. canal (channel) Una trayectoria para la transmisión de señales. multiplexión (multiplexing) La transmisión de más de una señal de información por un solo canal. Se usan las series de Fourier para determinar la representación en el dominio de la frecuencia de una señal periódica. todos los capítulos tienen una pequeña lista de las ecuaciones que más se utilizan.3O Capítulo 1 • Introducción a los Sistemas de Comunicación 8. distorsión (distortion) de información. pero el más común es el ruido térmico. e(f) = £ c sen(ü> £ ¿ + 9) (1.3) (1. que es una característica de todo equipo electrónico.1) v = f\ /(/) := A0/2 + AI eos coi + #! sen caí + A2 eos 2(jof + ^2 sen 2o)í + A3 eos 3caí + 53 sen (1. ECUACIONES IMPORTANTES Nota: para contar con una referencia accesible. Éstas no son las únicas ecuaciones que se requieren para resolver los problemas de los capítulos. Las señales pueden observarse en el dominio de la frecuencia mediante un analizador de espectro. = ¿re (1. banda base (baseband) La banda de frecuencias que ocupa una señal de información antes que module a la portadora. Lo mejor es referirse al texto cuando sea necesario. Es posible representar las señales en el dominio del tiempo o en el de la frecuencia. . modulación (modulation) El proceso por medio del cual alguna característica de una portadora varía conforme a una señal de información. Estas ecuaciones no deben aplicarse a ciegas: el estudiante debe entender cómo y dónde usarlas.7) PA. portadora (carrier) Una señal que puede ser modulada por una señal de información receptor (receiver) Dispositivo para extraer la señal de información desde la señal que se propaga a lo largo de un canal. Cualquier cambio indeseable en una señal dominio de la frecuencia (frequency domain) Una representación de la potencia o la amplitud de una señal como una función de la frecuencia.6) (1. Dispositivo para dominio del tiempo (time domain) Representación de la amplitud de una señal en función del tiempo.10) GLOSARIG analizador de espectro (spectrum analyzer) mostrar señales en el dominio de la frecuencia. 9. 45 kHz (usada en hornos de microondas) (c) 100 kHz (usada en el sistema de navegación LORAN para barcos y aviones) (d) 4 GHz (usada para televisión vía satélite) (e) 880 MHz (usada para teléfonos celulares) 2. 20. Explique brevemente el concepto de multiplexión por división de tiempo y dé un ejemplo práctico de su uso. ¿Cuál es la relación entre cifra de ruido y temperatura de ruido? 17. 15. ¿Por qué el ancho de banda de la potencia del ruido es mayor que el ancho de banda de potencia media para un filtro pasabanda típico? 12. ¿Cuál sería la forma de la onda después de pasar por el canal? (d) ruido térmico (b) ruido atmosférico (c) ruido del espacio 8. Dé dos relaciones que sean similares a la relación de señal a ruido y que san más fáciles de medir. Suponga que una frecuencia de voz de 400 Hz se transmite por una estación de radio AM que opera a 1 020 kHz. PREGUNTAS 1. ¿Cuál de estas frecuencias es (a) la frecuencia de información? (b) la frecuencia de portadora? (c) la frecuencia de banda base? (d) la frecuencia de modulación? 3. series de Fourier (Fourier series) Una forma de representar funciones periódicas como una serie de senoides. 18. 6. (c) Suponga que una onda cuadrada de 1 kHz se transmite por una canal que no puede pasar frecuencias por arriba de 2 kHz. (a) ruido del equipo (e) ruido de disparo o impulso (f) de partición (g) ruido de centelleo. Explique qué tiene que ver la cifra de ruido con la relación de señal a ruido. ¿Qué es la relación de señal a ruido? ¿Por qué es importante en los sistemas de comunicación? 14. 19. 5. Mencione los cuatro controles más importantes en un analizador de espectro con barrido de frecuencia y explique la función de cada uno. (a) ¿Cuál es el ancho de banda teórico de una onda cuadrada de 1 kHz? (b) Recomiende un ancho de banda que daría razonablemente buenos resultados en un sistema práctico de transmisión. 16. transmisión (transmission) Transferencia de una señal de información desde un lugar a otro. ¿Cuál de los parámetros de una portadora senoidal puede modularse? 4. Mencione los dos tipos básicos de analizador de espectro y describa cómo funciona cada uno. ¿Qué sucede al nivel de ruido mostrado en un analizador de espectro cuando aumenta su ancho de banda? ¿Por qué? . ¿Por qué los amplificadores que deben funcionar con señales muy débiles. (a) distorsión armónica (b) respuesta en frecuencia no lineal (c) respuesta de fase no lineal 7. ¿Cuál es la diferencia entre el ruido blanco y el ruido rosa? 10. algunas veces se enfrían con temperaturas extremadamente bajas? ¿Cómo se llama el proceso? 13. ¿Qué se entiende por ancho de banda de la potencia del ruido de un sistema? 11. Identifique la banda de cada una de las siguientes frecuencias. Explique brevemente el concepto de multiplexión por división de frecuencia y dé un ejemplo práctico de su uso. Explique qué significa cada uno de los siguientes tipos de distorsión. exceso o parpadeo (h) ruido de tiempo de tránsito 9. Explique la razón de que la primera etapa de un amplificador sea la más importante en la determinación de la cifra de ruido para el amplificador completo. Explique la manera en que se genera cada uno de los siguientes tipos de ruido. temperatura del ruido (noise temperature) Temperatura equivalente de un sistema pasivo que tiene la misma salida de potencia de ruido que un sistema específico. (a) 10 MHz (usada en transmisiones convencionales por frecuencia y tiempo estándar) (b) 2.Preguntas 39 relación de señal a ruido s/n (signal-to-noise ratio s/n) Razón o cociente de la potencia de la señal y la del ruido en un punto dado de un sistema. ruido (noise) Cualquier perturbación indeseable que se sobrepone a una señal y degrada el contenido de la información. transmisor (transmitter) Dispositivo que transforma una señal de información en una forma adecuada para propagarla por un canal. 4D Capitula 1 • Introducción a los Sistemas de Comunicación PROBLEMAS Sección 1. Señale las escalas del voltaje y la frecuencia y diga si la escala del voltaje muestra el voltaje máximo o RMS Figure 1. 29.3 23. Una onda cuadrada de 1 kHz pasa por cada uno de los tres canales de comunicación cuyos anchos de banda se dan a continuación.23 21. Explique por qué esta onda no tiene componente cd (de). Un resistor de 50 íl funciona a temperatura ambiente (21°C). Grafique el espectro de frecuencia para la onda triangular de la figura 1.£3 27. Calcule la longitud de onda de una onda de sonido con una frecuencia de 1 kHz. 22.1. señalando hasta la quinta la armónica. La velocidad de las ondas de sonido en el aire es de casi 344 m/s. (a) O a 10 kHz (b) 2 kHz a 4 kHz (c) O a 4 k H z . Figure .22 y hasta la quinta armónica.4 Figura 1. Calcule la corriente de ruido para un diodo con una corriente de polarización de 15 mA.E 26. Exprese este intervalo en términos de frecuencia.21 24.3) se aplica a cualquier clase de onda. ¿Cuánta potencia de ruido proporciona a una carga acoplada sobre el ancho de banda de (a) un canal de radio CB (10 kHz)? (b) un canal de TV (6 MHz)? Exprese sus respuestas tanto en watts como en dBm. 25. Grafique el espectro para la señal rectificada de media onda de la figura 1.3 Figure 1.24 Sección 1. a diferencia de la onda en dientes de sierra del ejemplo 1.21. Grafique la salida en el dominio del tiempo para cada caso. observada en un ancho de banda de 25 kHz. Sección 1. La ecuación (1. Grafique el espectro para la onda de dientes de sierra de la figura 1.2E 28. La luz visible está formada por radiación electromagnética con longitudes de onda entre 400 y 700 nanómetros (nm). Grafique el espectro para el tren de pulsos de lafigura1. ¿Cuál sería el voltaje de ruido generado para cada una de las condiciones del problema 28? 30.24. Señale las escalas del voltaje y la frecuencia. ¿Cuál sería la potencia de señal requerida para una relación señal a ruido de 25 dB? 35.25 muestra la frecuencia fundamental de un oscilador de onda sinusoidal y su segunda armónica. no en decibeles) para cada una de las etapas: Sección 1. Suponga que la potencia de ruido en la entrada de un receptor es 1 nW en el ancho de banda de interés. (a) ¿Cuál es la cifra de ruido del amplificador? (b) ¿Cuál es la temperatura de ruido? 32. y el voltaje de ruido es de 2 jjuV. La relación señal a ruido es de 30 dB en la entrada de un amplificador y de 27. El analizador tiene una impedancia de entrada de 50 íl. y conviértalas en decibeles. ¿Cuál es la cifra de ruido en decibeles? (b) Una compañía tiene un receptor cuya temperatura de ruido es 90 K. Determinar la frecuencia. (a) El voltaje de la señal en la entrada de un amplificador es de 100 jjiV. 37.25 Nivel de referencia de 10 dBm Vertical: 10 dB/división Frecuencia del centro de 100 MHz Intervalo: 20 MHz/división Calcule la ganancia y la cifra de ruido totales. 34. ¿Cuál es la relación señal a ruido en decibeles? (b) La relación señal a ruido en la salida del mismo amplificador es de 30 dB.3 dB en la salida. ¿Cuál es la cifra de ruido del amplificador? 33. ¿este receptor es mejor o peor que el del inciso (a)? Explique sus respuestas. (a) Un receptor tiene una temperatura de ruido de 100 K. potencia (tanto en dBm como en watts) y el voltaje para cada una de las señales de la figura 1.Problemas 41 31.26. Un amplificador de tres etapas tiene las siguientes ganancias de potencia y cifras de ruido (como cocientes.26 (b) Nivel de referencia de -18 dBm Vertical: 1 dB/división Frecuencia del centro de 79 MHz Intervalo: 500 kHz/división (c) Nivel de referencia de +12 dBm Vertical: lineal Frecuencia del centro de 270 MHz Intervalo: 5 kHz/división . (a) Nivel de referencia de -30 dBm Vertical: 10 dB/división Frecuencia del centro de 872 MHz Intervalo: 10 MHz/división Figura 1. Si se supone que las otras especificaciones son iguales.5 36. como se observa en un analizador de espectro. Determinar: (a) la frecuencia del oscilador (b) la amplitud de la señal en dBm y en volts (c) la cantidad en decibeles por la cual la segunda armónica es menor que la fundamental (por lo común se expresa como "x dB por abajo") Etapa 1 2 3 Ganancia de potencia 10 20 30 Cifra de ruido 3 4 5 Figura 1. La gráfica de la figura 1. 43. ¿Cuál es el efecto en la relación señal a ruido de un sistema. 46. Un resistor se conecta en paralelo en su entrada. 39. Si la relación señal a ruido en su entrada es de 30 dB. Ganancia de potencia 20 dB 15 dB Figure 1.5 Los analizadores de espectro con barrido de frecuencia abarcan un intervalo de frecuencia más amplio que los analizadores de espectro en tiempo real. Sección 1. en dB. (c) Suponga que la ganancia de la primera etapa pudiera incrementarse en 3 dB sin afectar su cifra de ruido. de duplicar la potencia del transmisor? (a) ¿Cuál es la ganancia mínima (en decibeles) que la primera etapa puede tener? (b) Con la ganancia calculada en el inciso (a). Cuando esto se efectúa para un cierto amplificador se encuentra que la salida es de 2 V con la señal de entrada conectada y de 15 mV con la señal interrumpida. Un amplificador tiene una cifra de ruido de 3 dB. en dB. ¿Cuál sería el efecto en la temperatura de ruido del amplificador entero? 40.4 La modulación es el uso de la amplitud de la señal en banda base para modificar algunos parámetros de la señal transmitida. la frecuencia o la fase de la señal transmitida. La ganancia total del amplificador debe ser por lo menos de 45 dB. RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS DE REPASO DE SECCIÓN Sección 1. La etapa uno tiene una ganancia de 12 dB y una cifra de ruido de 2 dB. si las otras características siguen igual? Sólo tome en cuenta el ruido térmico. 1 Calcule la cifra de ruido total en decibeles. Cuando esta operación se efectuó en cierto amplificador. 45. Las cuatro etapas de un amplificador tienen las ganancias y cifras de ruido (en decibeles) siguientes: Etapa 2 3 4 Ganancia de potencia 12 dB 15 dB 20 dB 17 dB Cifra de ruido 2dB 4dB 6dB 7dB 41. La relación (S + N)/Nen la salida de un amplificador se mide determinando el voltaje de salida con y sin la señal de entrada. Un receptor tiene un ancho de banda de ruido de 200 kHz. La respuesta en frecuencia de un amplificador puede medirse mediante la aplicación de ruido blanco a la entrada y observando la salida en un analizador de espectro. ¿Cuál es la potencia de ruido en la entrada si la temperatura del resistor es de 20 grados Celsius? Dé su respuesta en dBf (la fes por femtoWatt). Es necesaria para permitir que la información se transmita a frecuencia alta y para la multiplexión de muchos canales de información. Calcule la relación (S + N)/N en decibeles.42 Capitula 1 m Introducción cá las Sistemas de Comunicación Sistemas 38. Calcule la cifra de ruido en decibeles y la temperatura de ruido equivalente en K para el amplificador.27. La etapa 2 tiene una ganancia de 20 dB y una cifra de ruido de 5 dB.27 Etapa 2 3 Cifra de ruido 3dB 6dB Nivel de referencia de —4 dBm Vertical: 1 dB/di visión Frecuencia del centro de 210 MHz Intervalo: 10 MHz/división 42. se obtuvo la gráfica de la figura 1. 39 kHz . Un amplificador de tres etapas debe tener una temperatura de ruido global no mayor de 70 K. determine la cifra de ruido máxima (en decibeles) que puede tener la primera etapa. de duplicar su ancho de banda.3 El ruido introducido en la primera etapa se amplifica en todas las etapas posteriores.2 Sección 1. El amplificador se va a construir mediante la adición de una primera etapa de bajo ruido a un amplificador ya existente de dos etapas que tiene las ganancias y las cifras de ruido que se dan a continuación (los números en la columna "etapa" se refieren a las ubicaciones en el nuevo amplificador). Encuentre las frecuencias de corte inferiores y superiores (3 dB) y el ancho de banda del amplificador. ¿Cuál es el efecto en la relación señal a ruido de un sistema. Sección 1. ¿cuál es la relación señal a ruido en su salida en dB? 44. Los métodos básicos de modulación implican el cambio de la amplitud. Un amplificador está formado de dos etapas.