Detección AM Price Ballón Benjamín, Sulca Jota Francisco, Torpoco Llacza Piero Daniel Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Universidad Nacional de Ingeniería
[email protected] [email protected] [email protected] Resumen-Este documento es el Informe Final para la experiencia de laboratorio N°4 del curso EE513 - Telecomunicaciones I, sección M, ciclo 2014-1. La experiencia de laboratorio se realizó en el Laboratorio de Telecomunicaciones de la Universidad Nacional de Ingeniería y estuvo a cargo de la Ing. Virginia Romero Pérez y del Ing. Eladio Jiménez Heredia. I. DATOS OBTENIDOS El Generador de audio que se usó en el laboratorio fue el que se muestra en la Fig.1. Fig. 1 Generador de audio usado en el laboratorio Además, el equipo modulador que se usó en el laboratorio fue el que se muestra en la Fig.2. Fig. 2 Equipo modulador usado en el laboratorio El circuito que se usó para demodular la señal se muestra en la Fig.3. Fig. 3 Circuito demodulador que usa un diodo, un resistor y un capacitor para demodular. Además usa un Opamp para amplificar la señal demodulada. A continuación se pasará a detallar cada parte de la experiencia y se compararán los resultados obtenidos con los resultados teóricos. A. Respuesta en frecuencia La onda modulada antes de ser ingresada al demodulador es la que se muestra en la Fig.4. Fig. 4 Señal de audio de 1kHz modulada con un índice de modulación de 0.36 Después de ingresar esta señal al demodulador y conectar la salida del demodulador al canal 2 del ORC, se observa que se pudo demodular correctamente la señal, la imagen que se pudo observar en el osciloscopio se muestra en la Fig.5. Para evitar llenar el informe con fotos similares sólo se mostrarán las fotos más resaltantes de esta parte de la experiencia. Para un audio con una frecuencia de 1kHz la demodulación se muestra en la Fig.5. Fig. 5 Demodulación vista en el el ORC usando el canal 1 para ver la onda modulada y el canal 2 para ver la onda demodulada. La frecuencia del audio es 1kHz y el índice de modulación es 0.36. Para una frecuencia de 13kHz la demodulación se muestra en la Fig.6, se puede observar que la demodulación pierde calidad para frecuencias mayores a esta. Fig. 6 Demodulación para una señal de audio con frecuencia de 13kHz y con un índice de modulación de 0.36. Para una frecuencia de 25kHz la demodulación se muestra en la Fig.7, se puede observar que para esta frecuencia la señal demodulada presenta mucho ruido. Fig. 7 Demodulación para un audio de frecuencia de 25kHz y con un índice de modulación de 0.36. La tabla que se completó para esta parte de la experiencia es la primera tabla que se muestra en la hoja de datos adjunta al final del presente informe. B. Linealidad del detector de envolvente En esta parte de la experiencia se observó la demodulación para distintas frecuencias y distintos índices de modulación. 1) Al modular con un índice de modulación m=0.45: La modulación con este índice de modulación se muestra en la Fig.8. Fig. 8 Señal de audio modulada con un índice de modulación m=0.45 La demodulación para una frecuencia de 1kHz se muestra en la Fig.9. Fig. 9 Demodulación para una señal de audio con frecuencia de 1kHz e índice de modulación de 0.45. Las fotos para el resto de frecuencias son similares a las fotos obtenidas para el índice de modulación de 0.36 que se muestran en la sección I.A. y por eso se obviarán. La tabla obtenida para esta parte de la experiencia es la segunda tabla en la hoja de datos adjunta al final del presente informe. 2) Al modular con un índice de modulación m=0.72: La modulación con este índice de modulación se muestra en la Fig.10. Fig. 10 Señal de audio modulada con un índice de modulación m=0.72. La onda demodulada para una frecuencia de 400Hz se muestra en la Fig.11. Fig. 11 Señal demodulada después de ingresar al demodulador una señal de audio modulada con frecuencia de 400Hz e índice de modulación de 0.72. La onda demodulada junto con la onda modulada se muestran en la Fig.12. Fig. 12 Demodulación para una señal de audio con frecuencia de 400Hz e índice de modulacion de 0.72. Las líneas que se ven son los cursores usados para medir la amplitud de la onda. La tabla obtenida para esta parte de la experiencia es la tercera tabla en la hoja de datos adjunta al final del presente informe. 3) Al modular con un índice de modulación m=1: La modulación con este índice de modulación se muestra en la Fig.13. Fig. 13 Señal de audio modulada con un índice de modulación m=1. La onda demodulada para una frecuencia de 400Hz se muestra en la Fig.14, se puede observar que para este índice de modulación la onda tiene ligeros recortes en la zona inferior. Fig. 14 Señal demodulada después de ingresar al demodulador una señal de audio modulada con frecuencia de 400Hz e índice de modulación de 1. La onda demodulada para una frecuencia de 10kHz se muestra en la Fig.15, se puede observar que a partir de esta frecuencia la onda demodulada presenta una forma distorsionada. Fig. 15 Señal demodulada después de ingresar al demodulador una señal de audio modulada con frecuencia 10kHz e índice de modulación de 1. La onda demodulada para una frecuencia de 30kHz se muestra en la Fig.16, se puede observar que en esta frecuencia la onda demodulada presenta una forma mucho más distorsionada. Entonces se concluye que para frecuencias altas la demodulación usando un diodo es menos efectiva Fig. 16 Señal demodulada después de ingresar al demodulador una señal de audio modulada con frecuencia 30kHz e índice de modulación de 1. La onda demodulada junto con la onda modulada se muestran en la Fig.17. Fig. 17 Demodulación para una señal de audio con frecuencia de 400Hz e índice de modulacion de 1. Las líneas que se ven son los cursores usados para medir la amplitud de la onda. La tabla obtenida para esta parte de la experiencia es la cuarta y última tabla en la hoja de datos adjunta al final del presente informe. C. Detección de una onda AM sobre modulada Para una onda AM sobre modulada (m > 1) la imagen de la demodulación obtenida en el osciloscopio es la que se muestra en la Fig.18, como se puede observar la onda demodulada que se obtiene no corresponde con la señal de audio que se debería obtener, lo que se obtiene es la envolvente de la señal modulada es por esto que se debe evitar la sobre modulación. Fig. 18 Demodulación para una señal con sobre modulación. II. CURVAS OBTENIDAS Las curvas obtenidas durante la experiencia se muestran en la sección IV.A y IV.B. III. DIFERENCIAS ENTRE VALORES TEÓRICOS Y EXPERIMENTALES Las gráficas de la simulación en Multisim y las obtenidas en el laboratorio; para una portadora de 300 kHz, moduladora de 400 Hz y un índice de modulación de 0.72se muestran en la Fig.19 y la Fig.20. Fig. 19 Modulación y demodulación obtenida usando Multisim. Fig. 20 Modulación y demodulación obtenidos durante la experiencia para los mismos datos de la Fig.19 La comparación para una sobre modulación se muestra en la Fig.20 y en la Fig.21: Fig. 21 Simulación para una sobremodulación usando Multisim Como se ve el resultado teórico es muy parecido a los experimentales, eso significa que nuestro circuito detector estaba bien armado y el osciloscopio bien calibrado, y que la variación de frecuencia no afectaba mucho la forma de onda de la envolvente esto se debe a que el diodo utilizado es especial para altas frecuencia como se explicará en la sección IV.D. IV. RESPUESTAS A PREGUNTAS Las siguientes preguntas serán respondidas en base a la experiencia realizada en el laboratorio. A. Dibujar el gráfico de la respuesta en frecuencia del detector de envolvente, es decir amplitud vs frecuencia. Fig. 22 Gráfica de la amplitud vs frecuencia para el detector de envolvente B. Dibuje el gráfico de la linealidad del modulador AM, es decir amplitud vs modulación. TABLA I AMPLITUD VS MODULACIÓN Amplitud (mV) %m 400 Hz 1 kHz 5 kHz 10 kHz 20 kHz 45 0.72 0.69 0.64 0.47 0.3 72 1.12 1.1 0.92 0.72 0.46 100 1.56 1.48 1 0.78 0.54 Fig. 23 Gráfica de la amplitud vs la modulación para distintas frecuencias C. Compare con lo obtenido por simulación. La respuesta a esta pregunta se encuentra en la sección III. D. ¿Cuáles son las características del diodo detector o transistor usado? Fig. 24 Diodo 1N4148 usado durante la experiencia de laboratorio El diodo 1N4148 es un rápido, pequeño diodo de silicio estándar de señal con alta conductividad usado en el procesamiento de la señal. Su nombre sigue la nomenclatura JEDEC. El diodo 1N4148está generalmente disponible en un paquete de vidrio Do-35 y es muy útil a altas frecuencias con un tiempo de recuperación inversa de no más de 4ns. Esta rectificación permisos y detección de señales de radiofrecuencia de manera muy eficaz, siempre y cuando su amplitud está por encima del umbral de conducción hacia adelante de silicio (en torno a 0.7V) o diodo la está sesgada. Especificaciones técnicas: VRRM = 100 V (tensión máxima inversa repetitiva) IO = 200mA (promedio rectificado Corriente) SI = 300mA (DC Corriente) IFSM = 1,0 A (Pulse Width = 1 seg), 4,0 A (Pulse Width = 1 SU) (no repetitiva de pico adelante Corriente de sobretensión) PD = 500 mW (disipación de energía) TRR < 4ns (tiempo de recuperación inversa) E. Con los datos usados en el laboratorio simule el circuito. El circuito que se uso es el siguiente, y se usó el programa Multisim para realizar la simulación. Fig. 25 Circuito detector de onda usado en la experiencia Para un porcentaje de modulación de 72%, que fue el que se usó al realizar el laboratorio Fig. 26 Modulación de 72% La frecuencia de la portadora fue de 300 kHz. Fig. 27 Frecuencia de la portadora de 300kHz Y la frecuencia de la moduladora de 400 Hz. Fig. 28 Frecuencia de la moduladora de 400Hz. En la Fig.29 se aprecia la demodulación (levemente desplazada para poder observarla mejor) Fig. 29 Simulación de la demodulación usando Multisim V. HOJA DE DATOS La hoja con los datos tomados durante la experiencia se encuentra al final del presente informe. VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES Después de haber realizado de forma exitosa la experiencia de laboratorio se pasará a detallar lo mencionado. A. Observaciones y recomendaciones Para la realización del experimento se recomienda tener presente lo siguiente: Calibrar el osciloscopio para evitar imperfecciones en la muestra de la señal. Saber la utilización del modulador para evitar problemas en el acondicionamiento de la señal moduladora. Tener claro los conceptos de modulación AM. Seguir los pasos descritos en la guía detalladamente para lograr un buen desarrollo de la experiencia. Para medir las amplitudes de las ondas mostradas en el osciloscopio se usaron los cursores del mismo. Al principio de la experiencia se presentaron dificultades debido al cable que iba del equipo modulador al detector de onda, se recomienda revisar bien los cables antes de realizar las conexiones. B. Conclusiones En base a los resultados obtenidos en el laboratorio se obtuvieron las siguientes conclusiones: El proceso de demodulación de una onda AM es sencillo y sólo se requiere un pequeño circuito con un diodo un capacitor y un resistor. La sobre modulación hace que la demodulación sea incorrecta. Para frecuencias altas la onda demodulada presenta una gran distorsión. Para índices de modulación cercanos a 1, la señal demodulada presenta un recorte de onda en la parte inferior. Es posible realizar correctamente la modulación AM de una onda usando los equipos de laboratorio. Todo lo aprendido en la clase teórica se corroboró durante la experiencia. Se adquirió experiencia en el manejo de los equipos y el software de simulación. REFERENCIAS [1] Hwei. P. Hsu, Análisis de Fourier, Edición en español, Wilmington, Delaware, U.S.A, ed. Addison-Wesley Iberoamericana, 1987. [2] Sanjit K. Mitra, Digital Signal Processing Laboratory using MatLab, 1era edición. [3] León W. Couch II, Sistemas de Comunicación Digitales y Analógicos, 5ª ed., México D.F., ed. Pearson Educación, 1998.