VII.Circuitos para comunicaciones 1. Receptores básicos 2. El multiplicador lineal 3. AM 4. Mezcladores 5. Demodulación AM 6. Amplificadores de audio e IF 7. PLL Módulo 7 1. Receptores básicos Amplitud Modulada (AM). AM es para enviar información empleando ondas electro- magnéticas que viajan a través de la atmósfera. En AM la amplitud de una señal con frecuencia fc, llamada portadora, varía según una cierta señal (voz, música). Módulo 7 La señal AM mostrada contiene tres frecuencias: fc, fc + fm y fc – fm. Donde fc es la frecuencia de la portadora, y fm es la frecuencia del mensaje. La banda de frecuencia para AM es de 540 kHz a 1640 kHz. Un receptor debe ajustarse a la frecuencia fc. El receptor AM. Consiste de antena, amplificador RF, mezclador, oscilador local, amplificador de frecuencia intermedia, detector, amplificador de audio y amplificador de potencia. Módulo 7 Antena. Recoge las señales radiadas, del orden de μV, y alimenta al amplificador RF. Amplificador RF. Se ajusta para seleccionar y amplificar cualquier frecuencia dentro de la banda AM. Oscilador local. Genera una senoidal con frecuencia de 455kHz sobre la frecuencia RF seleccionada. Mezclador. Recibe la señal a la salida del amplificador RF y la senoidal del oscilador. Las mezcla con un proceso no-lineal para producir la suma y diferencia de frecuencias. Amplificador IF. La entrada es una señal réplica de la portadora AM original amplificándola. Detector. Recupera la señal modulada de IF. Amplificadores de audio y potencia. Amplifican la señal de audio detectada y la reproduce. AGC. Control automático de ganancia, da un nivel de DC a la salida del detector proporcional a la fuerza de la señal recibida. Módulo 7 En FM la señal modulada varía la frecuencia de la portadora. Módulo 7 Frecuencia Modulada (FM). La banda FM va de 88MHz a 108MHz. . Incluye algunos elementos del receptor AM. . además otros elementos para recuperar la señal. Módulo 7 El receptor FM. Realiza la misma función que en AM. Limitador. Módulo 7 Amplificador RF. Tiene la misma función que en AM. Oscilador local. Genera una senoidal de 10. Mezclador. Realiza la misma función que el detector en AM. Discriminador. Elimina variaciones no deseadas en la amplitud. Estandariza la amplificación en todas las frecuencia.7 MHz. Recupera el audio de la señal FM. Amplificadores de audio y potencia.7M. Amplifica la señal FM de 10. . Amplificador IF. Se ajusta para seleccionar y amplificar cualquier frecuencia dentro de la banda FM. Red de de-énfasis. Módulo 7 . Módulo 7 2. dos y cuatro cuadrantes. Esta clasificación indica el número de combinaciones en polaridad a la entrada que puede soportar. Multiplicador lineal Cuadrantes. Hay multiplicadores de uno. . . Módulo 7 Transferencia Característica. Determina el voltaje de salida para un multiplicador de 4 cuadrantes cuya transferencia característica se muestra. . si los voltajes de entrada son VX = -4V y VY = -10V. 2 RL K RX RY I R2 | V | 0. Suele ser ajustable en los CI y determinado por resistencias. Módulo 7 Factor de escala K. Es la atenuación interna del amplificador.7 I R2 R2 500 VOUT KVX VY . Asume que la porción del potenciómetro es 2. . Determina el voltaje de salida.5kΩ.Determina el factor de escala K para el multiplicador mostrado. . Debido a errores internos. suelen presentarse pequeños voltajes off-set en las entradsa y salidas del multiplicador. Módulo 7 Ajuste de off-set. Algunas aplicaciones son: KVY VOUT I1 R1 VX I2 R2 I1 I 2 VX R1 VOUT KVY R2 . Módulo 7 Aplicaciones básicas. Módulo 7 . Módulo 7 3. Modulación de Amplitud . . Módulo 7 Proceso de Multiplicación. Dada la señal portadora: Asumiendo una señal modulada: Multiplicándolas: VcVm VcVm vc vm cos 2 ( f c f m )t cos 2 ( f c f m )t 2 2 . Módulo 7 Suma y diferencia de frecuencias. Dadas dos senoidales: v1 V1 sin 2f1t v2 V2 sin 2f 2t v1 v2 V1 sin 2f1t V2 sin 2f 2t V1V2 V1V2 v1v2 cos 2 ( f1 f 2 )t cos 2 ( f1 f 2 )t 2 2 Análisis de modulación balanceada. Módulo 7 El espectro de frecuencias de la modulación balanceada. . . Módulo 7 El multiplicador lineal como modulador balanceado. Determina las frecuencias contenidas a la salida del moduldor mostrado. . Módulo 7 AM estándar. Contiene a la portadora y sus frecuencias laterales. VcVm VcVm Vout V sin 2f ct c 2 cos 2 ( f c f m )t cos 2 ( f c f m )t 2 2 . Módulo 7 La manera de implementarlo es: . Una frecuencia portadora de 1200 kHz es modulada por una senoidal de 25 kHz con un AM estándar. Determina el espectro de frecuencia a la salida. . . Módulo 7 AM con voz o música. La voz o música contienem varias componentes senoidales con frecuencias entre 20 Hz y 20 kHz. En un sistema AM toma la señal modulada RF junto con la señal del oscilador local y produce una señal modulada con frecuencia igual a la diferencia y suma de las dos entradas. Módulo 7 4. . Mezcladores Un mezclador es básicamente un convertidor de frecuencia. . Módulo 7 El mezclador es un multiplicador lineal. el mezclador debe producir una salida con una componente de frecuencia igual a la diferencia de las frecuencias de entrada. En el caso de receptores. Determina la expresión de salida para un multiplicador con una senoidal de entrada de 5mV de voltaje pico y frecuencia de 1200kHz y otra senoidal con 10mV de voltaje pico y frecuencia de 1655 kHz. . elcuál está diseñado para responder a la diferencia de frecuencias y rechazar la suma de éstas (filtro BP). tanto la suma como diferencia de frecuencias a la salida se aplican al amplificador IF. Módulo 7 En un sistema de recepción. . Determina la frecuencia de salida del amplificador IF para la condición mostrada. . Un demodulador AM se puede implementar con un multiplicador seguido de un filtro LP. Módulo 7 5. . Demodulación AM Demodulador básico AM. La fc del filtro es la mayor frecuencia de audio requerida para una aplicación dada (por ejemplo 15 kHz). y es recibida y convertida a una frecuencia intermedia de 455 kHz. Supongamos que la portadora es modulada por una señal de 10 kHz. Tenemos entonces: Cuando la salida del amplificador IF se aplica al demodulador tenedremos: . Módulo 7 Operación en términos del espectro de frecuencia. (fc + fm) = 450 kHz fc = 1MHz fo .fc = 455 kHz fo + (fc + fm) = 2. Su frecuencia resonante es siempre la misma.46 MHz fo + (fc – fm) = 2.(fc – fm) = 460 MHz fm = 5 KHz . Posee un ancho de banda específico y una fc de 455kHz para AM y 10.455 MHz fo + fc = 2. Amplificadores IF y de audio La función básica del amplificador IF.45 MHz fo . fo = 1.7MHz para FM. Módulo 7 6.455 MHz fo . La entrada AGC mantiene la ganancia a nivel constante. Amplificador IF con circuitos de sintonización a la entrada y salida. . puede usarse en AM y FM con ganancia típica de 62 dB para 455kHz. CI representativo de los amplificadores IF. Módulo 7 Amplificador IF básico. El MC1350. Se usan en los sistemas receptores para amplificar la señal de audio recuperada. Opera entre 4 y 12V. Amplificador de audio de baja potencia capaz de alimentar una bocina de 8Ω. . Módulo 7 Amplificadores de audio. Su BW típico es de 3 kHz a 15 kHz. El LM386. . fc = 1MHz fm = 5 KHz . Las variaciones dependen de la amplitud. Modulación en frecuencia En FM la frecuencia de la portadora se incrementa o decrementa según la señal de mensaje. Módulo 7 7. Un VCO de reactancia variable usa un diodo varactor como capacitor de voltaje variable. La FM se logra variando la frecuencia de un oscilador con la señal moduladora. Módulo 7 Modulador de frecuencia básico. . Típicamente se usa un oscilador controlado por voltaje (VCO). Un ejemplo es el MC2833. . discriminación de desplazamiento de fase. entre otros. diseñado para telefonía inalámbrica y equipos FM. Módulo 7 El CI de un transmisor FM. detección de cuadratura. Existen varios métodos: detección de pendiente. La principal diferencia es el método de recuperación. detección de radio y demodulación PLL. un receptor FM es similar a un AM. Salvo para las altas frecuencia. Demodulación FM. . Puede sincronizarse con una señal de entrada. Compara las diferencias de fase entre Vi y Vo. fc = 1MHz fm = 5 KHz . si fi es diferente de fo. indicando un cambio en la frecuencia. La salida del filtro LP indica esta diferencia en el VCO el cual fuerza a fo a igualarse con fi. también lo son las fases. un filtro LP y un VCO básicamente. Módulo 7 8. PLL (Phase-Locked Loop) El PLL es un circuito realimentado que tiene un detector de fase. Las señales de entrada y del VCO aplicadas son: vi Vi sin( 2f i t i ) vo Vo sin( 2f ot o ) A la salida tenemos: Vd Vi sin( 2f i t i ) Vo sin( 2f ot o ) cos(2f i t i ) (2f ot o ) cos(2f i t i ) (2f ot o ) ViVo ViVo 2 2 Cuando el PLL se “cierra”: fi fo y 2f i t 2f ot Entonces la salida es: Vd ViVo cos(i o ) cos(4f it i o ) 2 La segunda senoidal es filtrada por el LP. . El detector de fase del PLL es básicamente un multiplicador lineal. Módulo 7 El detector de fase. . El voltaje a la salida del filtro es proporcional a la diferencia de fase entre la señal de entrada y la del VCO y se emplea como voltaje de control del VCO. Módulo 7 El voltaje de control a la salida del filtro es: ViVo Vc cos e e i o 2 θe es el error de la fase. Un PLL se cierra con una señal de entrada de 1MHz con ángulo de fase de 50°. La amplitud pico de la señal de entrada es 0.7V a) ¿Cuál es la frecuencia del VCO? b) ¿Cuál es el valor del voltaje de control que alimenta el VCO? .5V y a la salida del VCO es 0. La señal del VCO tiene un ángulo de fase de 20°. Es un tipo de oscilador LC. Módulo 7 El VCO. Los empleados en PLL operan bajo el principio de reactancia variable usando un diodo varactor como capacitor de voltaje variable. RC o de cristal. La frecuencia de oscilación es: f o 1 ó fo 1 2RC 2 LC La función de transferencia del VCO es: K f o Vc . donde si la capacitancia decrece el voltaje inverso se incrementa y viceversa. Los VCO son muy diversos. La frecuencia de salida de un cierto VCO cambia de 50kHz a 65kHz cuando el voltaje de control se incrementa de 0.5 a 1V. ¿Cuál es la ganancia de conversión K? . Cuando el PLL se cierra. Sin embargo existe siempre una diferencia de fase llamada error de fase estática. Módulo 7 Operación básica del PLL. El voltaje filtrado por el detector de fase es proporcional al error de fase θe y controla la frecuencia del VCO y trata que fi = fo. . fi y fo son iguales. Módulo 7 Rango de cierre. Es el rango de frecuencias sobre el cual se puede cerrar con una señal de entrada. . Es el rango de frecuencias sobre el cual el PLL se mantiene cerrado. Rango de captura. Suele expresarse como un porcentaje de la frecuencia del VCO. Las limitantes en este rango son las desviaciones máximas en frecuencia del VCO y los límites de salida del detector de fase. asumiendo que el PLL no está cerrado. Módulo 7 Condiciones para cerrar un PLL . 2 fo 4 R1C1 . La frecuencia del VCO se calcula con: 1. Módulo 7 El PLL NE565. un detector de fase. Se puede emplear para un rango de frecuencias de 0. Consiste de un VCO. un filtro LP y un amplificador. La frecuencia del VCO se logra con componentes externos.001Hz a 500kHz. El rango de captura está dado por: 1 2f lock f cap 2 3600C2 . Módulo 7 El rango de cierre está dado por: 8 fo f lock Vcc Donde Vcc es el voltaje total entre las alimentaciones. El PLL puede producir un voltaje proporcional a la frecuencia de la señal de entrada que en el caso de FM es la señal modulada. puede emplearse en los receptores FM de doble conversión (emplea dos mezcladores para convertir RF en IF de 10. Módulo 7 El PLL como demodulador FM. .7MHz y luego en IF de 455kHz). Como la frecuencia de operación máxima es 500kHz. El VCO se puede ajustar a 455kHz con R1 y C1. R1 debe estar entre 2kΩy 20kΩ. C1 y C2 del NE565 para una frecuencia VCO de 455kHz y un rango de captura de ±10kHz. El circuito se alimenta con ±6V.Determina los valores para R1. .