SISTEMAS DE COMUNICACIÓN A & D -- Práctica de laboratorio FRECUENCIA MODULADA EN EL DOMINIO DEL TIEMPO Y FRECUENCIA

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1 1 SISTEMAS DE COMUNICACIÓN A & D -- Práctica de laboratorio FRECUENCIA MODULADA EN EL DOMINIO DEL TIEMPO Y FRECUENCIA I. OBJETIVOS 1. Implementar un modulador de frecuencia utilizando el XR Complementar los conceptos de modulación angular recibidos en el aula de clase 3. Analizar una onda portadora modulada en frecuencia y observar qué sucede cuando la moduladora varía su amplitud, frecuencia y forma. 4. Evaluar su comportamiento en los dominios de tiempo y frecuencia II. MATERIALES 1. Protoboard, Circuito integrado XR condensadores de 0.001µf, 0.01µf, 0.1µf, 1µf, 10µf 3. resistencias de 1.0kΩ, 4.7kΩ, 10 kω, 47 kω 4. Potenciómetro de 1 kω, 5kΩ, 10kΩ, 50kΩ 5. Micrófono 6. Osciloscopio 7. Generador de Señales 8. 1 Fuente DC. Es posible que necesite una fuente con diferentes salidas de voltaje 9. Multímetro III. TEORÍA EXAR XR-2206 Aplicaciones: Generación de FM/AM/FSK Conversión Voltaje/Frecuencia Phase locked Loop(PLL) Descripción General El XR-2206 es un CI capaz de producir formas de ondas senoidales, cuadradas, triangulares, rampas y pulsadas. La onda de salida puede ser modulada en Amplitud y frecuencia por un voltaje externo. La frecuencia de operación puede seleccionarse externamente en un rango desde 0.01Hz hasta más de 1MHz. El circuito está compuesto por un VCO, un circuito para multiplicar señales análogas y formar ondas seno, un amplificador-buffer de ganancia unitaria y un grupo de switches de corriente. Los switches de corriente internos transfieren la corriente del oscilador a cualquiera de los dos resistores de tiempo (pines 7 y 8) con el fin de producir dos frecuencias discretas las cuales se pueden seleccionar por un nivel lógico en el terminal de entrada FSK (pin 9), La frecuencia del oscilador puede desviarse linealmente con un voltaje externo sobre un amplio rango. Características eléctricas Parámetro Mínimo Máximo Unidad Fuente de voltaje voltios Frecuencia de operación 0.01Hz 1MHz C: Capacitor de temporización uf R1, R2: Resistores de temporización Kohmios

2 2 Descripción del sistema El XR2206 está compuesto de cuatro bloques funcionales; un VCO, un formador de seno, un amplificador en buffer de ganancia unitaria y una serie de switches de corriente. El VCO produce una frecuencia de salida proporcional a una corriente de entrada, la cual es establecida por un resistor entre las terminales de temporización (pines 7, 8) y tierra. Control del nivel DC de salida El nivel DC en el pin 2 de salida es aproximadamente el mismo presente en el pin 3. Aplicaciones La figura 11 muestra el circuito para generar una onda senoidal. El potenciómetro R1 en el pin 7, permite sintonizar la frecuencia deseada. La distorsión armónica total (THD) es <2.5%. Principio de operación La frecuencia de oscilación fo está determinada por el capacitor externo C, conectado a los pines 5 y 6, y el resistor de temporización R, conectado al pin 7 o al 8. La frecuencia esta dada por: 1 f o = RC [ Hz] Y puede ser ajustada variando R o C. Recuerde usar los valores para R para una frecuencia dada, según la figura 5.

3 3 Para lograr la estabilidad térmica optima 1 ηf < C < 100µ F. 4 KΩ < R < 200KΩ. Los valores recomendados de C son: Modulación en frecuencia La frecuencia de oscilación es proporcional a la corriente de temporización I T que sale del pin 7 u 8. f 320 IT ( ma) = C( µ F) [ Hz] La frecuencia varía lentamente con I T, la cual puede cambiar desde 1uA hasta 3mA. La frecuencia se puede controlar aplicando un voltaje de control, V C al pin de temporización activado (7 u 8) como se muestra en la figura 10. La frecuencia de oscilación está relacionada con V C, así:

4 4 f 1 R V = C RC RC 3 [ Hz] Donde la amplitud pico de la señal modulante, V C está en voltios. Precaución: Para operación segura del circuito, I T debe ser limitada a < 3mA. Amplitud de salida. Para onda de salida senoidal, la amplitud es aproximadamente 60mV pico por cada K Ω. de R 3 (Resistor externo conectado al pin 3) ver figura 3. IV. PREINFORME 1. Consulte las formas de onda de la señal modulada en frecuencia FM 2. Consulte cómo medir la potencia de la señal modulada en FM 3. Consulte qué es el índice de modulación en FM. 4. Se puede hablar de sobre modulación en FM? 5. Realice el montaje del modulador de FM sugerido por el fabricante del XR2206. Circuito de la figura 11 con la modificación en el pin 7 u 8, mostrada en la figura Qué es un Circuito Cerrado de Fase (PLL)?, Cómo funciona? 7. Calcule la frecuencia de la portadora con base en los valores de los elementos reales utilizados, f = (1/R1C1). 8. Realice los cálculos necesarios para las corrientes I T, I B, I C y voltaje V C. Determine los valores de C, R y R C 9. Calcule teóricamente la desviación de frecuencia pico 10.

5 5 V. DESARROLLO 1. Calcule la frecuencia de portadora teóricamente (150KHz < fc < 1MHz). Haga los cambios necesarios en el circuito propuesto. 2. Utilice una fuente 12VDC para la alimentación del circuito. Realice un esquema del montaje incluyendo valores reales de los componentes. 3. Verifique la frecuencia de portadora midiendo la onda de salida en el pin 2(onda de salida senoidal). (Recuerde calibrar el osciloscopio antes de iniciar las mediciones). Graficar la forma de onda. Incluya su amplitud pico y frecuencia o un grafico a escala incluyendo VOL/DIV y TIME /DIV, frecuencia y amplitud. 4. Con el generador de funciones apagado; es decir, sin aplicar señal modulante a la entrada Sweep input(vc) sobre la red resistiva a la entrada de los pines 7 u 8, visualice en el canal 2 del osciloscopio la salida de señal portadora del pin 2. Obtenga una forma de onda completamente senoidal. Graficar la forma de onda. Incluya su amplitud y frecuencia. 5. Tome del generador una señal modulante senoidal ( Vc senω t ) de frecuencia menor de 15 KHz y 1Vp de amplitud (utilice el canal 1 para visualizar y medir esta señal). Graficar la forma de onda. Incluya su amplitud y frecuencia 6. Luego aplique esta señal modulante a la entrada Vc del modulador FM (pin 7 u 8). Observe la salida modulada en el pin 2 del modulador. El osciloscopio debe sincronizarse con el canal 1 (señal modulante). Graficar la forma de onda. Incluya amplitudes y frecuencias de las señales observadas.. Evite exceder los límites impuestos por la FCC. 7. Varíe voltaje pico de la modulante (Vc) de 1 a 3Vp a la entrada y observe la señal de salida. Qué sucede a la señal modulada? Graficar la forma de onda. Incluya su amplitud y frecuencia. Describa lo observado. 8. Varíe la frecuencia de la señal modulante y anote sus observaciones. Incluya graficas Índice de modulación: Determine el índice de modulación 9. Dominio de Frecuencia: Ahora conecte la salida del modulador a la entrada del analizador de espectro y grafique la portadora sin señal modulante. Determine su frecuencia central y potencia. 10. Espectro en Frecuencia: Aplique, de nuevo la señal modulante y haga variar su frecuencia de 1 KHz hasta 15 KHz. Describa sus observaciones. Determine potencia de la portadora y de sus bandas laterales. Calcular el ancho de banda cuando la frecuencia de la señal modulante es de 5KHz y Graficar el espectro de potencia. 11. Demodulación. Configure el analizador de espectro para demodular la señal de FM. Aumente el volumen del speaker y si es necesario utilice unos parlantes para amplificar la señal demodulada. Haga variar la frecuencia de la señal modulante y determine cual es la máxima frecuencia que sus oídos pueden percibir. VI. INFORME 1. Justifique las posibles divergencias en las medidas de frecuencia y amplitud realizadas en diferentes equipos. 2. Anexe las tablas de valores de las mediciones y cálculos realizados. También anexe las gráficas (formas de onda) de las señales observadas durante la experiencia, Documente sus gráficos. 3. Qué puede concluir de las variaciones realizadas en la frecuencia, forma y amplitud de la señal modulante? 4. Por qué se modula? 5. Incluya el análisis matemático Nota: La práctica de laboratorio se puede realizar utilizando una única fuente de voltaje que sea capaz de suministrar 12VDC fijo. Se obtienen mejores resultados cuando se cuenta con una fuente de voltaje bien regulada.

6 6 Recomendaciones para el formato del reporte de laboratorio Todo reporte de laboratorio debe contener las siguientes secciones: Portada: Titulo de la practica de laboratorio, grupo, integrantes, fecha del reporte, institución Objetivo: Establezca los objetivos de la práctica de laboratorio Lista de equipo utilizado, incluya marca y modelo del equipo de medida Procedimiento del experimento: Brevemente describa lo que usted ha realizado en el laboratorio Resultados: Presente los resultados claramente, proporcionando todos los datos necesarios, gráficos, diagramas, etc. Etiquete los ejes en los gráficos. Responda las preguntas planteadas durante la practica Análisis: Discuta sus resultados. Explique claramente todos los datos numéricos y gráficos para demostrar que usted entendió lo que hizo en el laboratorio. Discuta diferencias y errores entre lo que usted esperaba y lo que obtuvo. Conclusión: Discuta lo que usted ha aprendido en esta practica de laboratorio. Nota: para un mejor comprender mejor el funcionamiento consulte las especificacione del XR2206 en le sitio

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