PRÁCTICA 4. INTRODUCCIÓN AL MANEJO DE ANALIZADORES DE ESPECTRO.

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1 PRÁCTICA 4. INTRODUCCIÓN AL MANEJO DE ANALIZADORES DE ESPECTRO. 1 Descripción. Un analizador de espectros es, esencialmente, un receptor de radio en el que cuando sintonizamos una frecuencia aparece dibujada en la pantalla la potencia de la señal centrada en el valor de frecuencia sintonizado. Es decir, nos muestra el espectro de la señal. La práctica se divide en dos partes. En la primera, se introduce al alumno en el manejo del analizador de espectro 2711 de Tektronix mediante la realización de unos ejercicios de calibración y manejo del instrumento propuestos por el fabricante. En la segunda parte se utilizará una placa que implementa una modulación AM, previamente diseñada, para profundizar en el manejo de los analizadores de espectro. 2 Manejo básico del analizador de espectro Tektronix 2711 En este apartado se da una breve descripción de qué esycómo se maneja el analizador de espectro. Para aprender a manejar el instrumento, se remite al alumno al manual del mismo. 2.1 Conceptos básicos. El analizador 2711 de Tektronix es un analizador de tipo heterodino, o sea, a lo largo de cada barrido desplaza el espectro de la señal de entrada haciéndolo pasar por un filtro sintonizado a una frecuencia fija (frecuencia intermedia) para representar la potencia a la salida deéste. La utilidad principal de este instrumento es que nos permite ver como se distribuye la potencia de una señal en la frecuencia. Cuando encendemos el analizador de espectro, nos encontramos con una pantalla como la de la figura 1. La banda que aparece en la parte 1

2 inferior se debe al ruido que genera interiormente el propio instrumento. 0Hz Frecuencia Central 900Hz 1800Hz 10dB 180MHz

3 3 MHz. RBW.- Ancho de banda del filtro de Frecuencia Intermedia. ATTN 50 DB/.- Atenuación de Radio Frecuencia. El valor por defecto es 50 db. Asegura la mayor protección del instrumento. Consigue que, a la entrada del mezclador, no se superen -30dBm, que garantizan el óptimo funcionamiento del mismo. VF WIDE.- Ancho de banda del filtro de vídeo. Hace referencia a un postfiltrado que se puede realizar para ver mejor la señal. 2.2 Reprogramación de parámetros FRECUENCIA CENTRAL DE LA PANTALLA.- Se puede cambiar de varias formas: 1. Para detallar una frecuencia precisa pulsamos [FRECUEN- CY] y a continuación especificamos, en el panel de números (figura 2) la frecuencia que queremos. El punto se puede usar para especificar valores decimales. El valor definido se refiere a GHz, MHz, KHz ó Hz pulsando las teclas [W], [X], [Y] ó [Z], respectivamente. La tecla [BKSP] (backspace) se puede usar, en caso de equivocación, al introducir los dígitos. KEYPAD W X Y GHz SEC V MHz msec mv KHz µ SEC µ V +dbx 0. BK SP Z Hz -dbx Figura 2: Panel numérico. 3

4 Ejemplo: Para seleccionar la frecuencia central a 1.25 MHz, habrá que pulsar la secuencia: [FRECUENCY] [1][.][2][5][X] 2. Pulsando las teclas ["][#], que están al lado de [FRECUEN- CY], logramos variar la frecuencia central aumentándola o disminuyéndola, cada vez que pulsamos, una cantidad igual al escalado horizontal que tengamos. 3. Con la rueda [FREQ/MKRS] logramos mover la frecuencia intermedia hacia arriba o hacia abajo 0.02 veces el factor de escalado horizontal por cada click que hagamos. Por ejemplo, si el factor de escalado de frecuencia es de 100 MHz por división, cada click de la rueda provocará un desplazamiento de la frecuencia intermedia de 2 MHz hacia arriba (rueda girada a la derecha) o hacia abajo (rueda girada hacia la izquierda). NIVEL DE REFERENCIA.- Se puede introducir presionando la tecla [REF LEVEL] y, a continuación, definiendo el nivel de referencia que se quiere para la parte superior de la pantalla seguido de [Y] ó [Z] (según se quiera un nivel en db positivo o negativo respectivamente). Ejemplo: Para establecer un nivel de referencia a dbm: [REF LEVEL] [2][7][.][5][Z] Pulsando las teclas ["][#] que hay al lado de [REF LEVEL] subiremos o bajaremos el nivel de referencia en un paso especificado en el escalado vertical por cada pulsación. Al cambiar el nivel de referencia, el instrumento cambia automáticamente la atenuación de Radio Frecuencia. FACTOR DE ESCALADO HORIZONTAL.- Se pulsa [SPAN/DIV] y se introduce el valor que se desee seguido de [X] ó [Z] según se especifique en MHz ó KHz, respectivamente. También se puede cambiar empleando ["][#]. ANCHO DE BANDA DEL FILTRO DE FRECUENCIA INTER- MEDIA.- Presionando las teclas ["][#] de [RES BW] se puede cambiar la resolución del ancho de banda de Frecuencia Intermedia a 3 KHz, 30 KHz, 300 KHz y 5 MHz. Si se presiona [AUTO], el instrumento selecciona automáticamente este ancho de banda. Para salir de esta configuración, presionar otra vez [AUTO]. 4

5 2.3 Ejemplo de uso: Calibración interna. Con el proceso que se describe a continuación se pretende mostrar el funcionamiento más básico del analizador de espectro, de forma que sea fácil su uso para la observación posterior de las señales de AM que analizaremos. El instrumento dispone de una señal interna de 100 MHz que se puede emplear para calibrarlo. Veamos cómo se puede observar esa señal y sus armónicos, ilustrando el uso de las opciones antes comentadas. 1. Presionando [INPUT] entramos en un menú del que nos interesará la opción [9], que hace referencia a la señal de calibración interna. Una vez pulsado [9], volvemos a la pantalla gráfica donde, en principio, no se observará bien la señal de calibración dado que el nivel de referencia está muy alto. Lo primero que tenemos que hacer es subir la altura de la señal. Para ello es preciso reducir el nivel de referencia. Como se ha comentado, este nivel representa la potencia de señal necesaria para que el espectro de la misma alcance la parte superior de la pantalla. Se han comentado varios métodos para modificar este nivel. Uno de ellos puede ser el empleo de las teclas ["][#]. 2. Presionar [#] (a la derecha de [REF LEVEL]) tres veces para reducir el nivel de referencia 30 dbm (el escalado vertical es de 10dB), hasta -10 dbm. En la pantalla aparecerá algo parecido a lo que aparece en la figura 3. Nótese que tanto el nivel de referencia como la atenuación de Radio Frecuencia decrecen en 30 dbm (el nivel de referencia es -10 dbm y el nivel de Radio Frecuencia es 20 dbm). Interesa poner el nivel de referencia a -28 dbm para observar las señales mejor. Una forma fácil de fijar este nivel es usando el método de entrada inmediato. 3. Pulsar [REF LEVEL] para pasar a modo de entrada inmediato. La abreviación REFL aparecerá en el centro de la pantalla a la izquierda indicando que se puede especificar el nivel de referencia con el panel de números. 5

6 Componente Fundamental Armónicos 2º 3º 4º 5º 6º 900MHz -10.0DBM 180MHZ/ MAX 3MHZ RBW ATTN 20DB VF WIDE 10 DB/ -30 dbm FREQ Figura 3: Visualización de la señal de calibración interna. 4. Pulsar [2][8][Z] para programar el nivel de referencia en -28 dbm ([Z] puede representar Hz ó -dbx; dado que se ha pulsado [REF LEVEL] para introducir un nivel de referencia, el instrumento interpreta los datos introducidos como -28 dbm). En caso de error, puede usarse [BKSP] para corregir el dato introducido. A menos que se haya operado erróneamente con el aparato, éste seguirá teniendo un escalado horizontal de 180 MHz, el máximo posible). Esto significa que los armónicos de la señal de calibración (separados 100 MHz) estarán distanciados en pantalla en menos de una división horizontal. Podemos hacer que se expandan en pantalla cambiando el escalado horizontal. 5. Pulsar [#] (a la derecha de [SPAN/DIV]) dos veces para reducir el escalado a 50 MHz por división. Ahora, los armónicos aparecerán separados por dos divisiones. 6. Supongamos, sin embargo, que queremos ver sólo un armónico y 6

7 la banda de 30 MHz a ambos lados del mismo. Lo podemos hacer reduciendo el escalado horizontal a 6 MHz por división (con ello el noveno armónico, situado a los 900 MHz, se queda sólo y a ambos lados del mismo quedan los 30 MHz especificados). Este valor no se puede obtener empleando las flechas. Para introducirlo se usa el modo de entrada inmediato. Igual que anteriormente, pulsamos la siguiente secuencia: [SPAN/DIV] [6][X]. Nótese que la resolución del filtro de Frecuencia Intermedia ha cambiado a 300 KHz. Esto muestra el modo AUTO del instrumento para reconfigurar automáticamente este ancho de banda. El analizador reduce su ancho de banda cuando se reduce el escalado horizontal de forma que la potencia de resolución del instrumento aumenta, automáticamente, cuando se examina el espectro en una banda más pequeña. 7. Para observar la señal fundamental de calibración habrá que colocar la frecuencia central del filtro de Frecuencia Intermedia en 100 MHz. Para ello se puede hacer lo siguiente: Pulsar [#] (ala derecha de [FRECUENCY]) dos veces. La frecuencia central baja a MHz (dado que el escalado horizontal está a 6 MHz y se ha pulsado dos veces, baja 12 MHz). Para hacer un cambio grande, como el que se propone, es mejor emplear el modo de entrada inmediato. Pulsar: [FRECUENCY] [1][0][1][X], con lo que la frecuencia central quedará a 101 MHz. El escalado horizontal sigue estando a 6 MHz, por lo que la señal quedará algo a la izquierda del centro de la pantalla. Para colocar la frecuencia central justo a los 100 MHz de la señal, usar la rueda [FREQ/MKRS]. Girar [FREQ/MKRS] hasta colocar la señal justo en el centro de la pantalla (cada click de la rueda es un desplazamiento de 0.02 el escalado horizontal, en este caso 0.12 MHz). La pantalla se parecerá a la de la figura 4. La frecuencia de la señal es 100 MHz y el pico de señal está 0.2 divisiones más abajo del nivel de referencia, luego su amplitud es: ;28dBm(ref:level) ; (0:2div 10dB=div) =;30dBm 7

8 Frecuencia de la Señal=Frecuencia Central (100 MHz) Amplitud de la Señal (-30 dbm) 900MHz -10.0DBM 180MHZ/ MAX 3MHZ RBW ATTN 20DB VF WIDE 10 DB/ FREQ Figura 4: Visualización de la componente fundamental de la señal de calibración interna. 2.4 Ejemplo de uso: Escucha de transmisiones FM y AM. PRECAUCIÓN MUY IMPORTANTE: Antes de conectar una señal al analizador de espectro 2711, hay que asegurarse que la potencia total de la señal introducida es menor de +20 dbm. Si existe cualquier duda, comprobar dicho nivel con un watímetro o un voltímetro de RF de banda ancha. Para recibir señales de radiodifusión AM y FM, se puede conectar un cable directamente en el terminal central del conector de señal de entrada del analizador, dejando el otro extremo del cable suelto, en una ventana o en algún lugar donde se puedan recoger nítidamente estas señales de radiodifusión. La longitud del cable dependerá, entre otras variables, de la potencia, situación y frecuencia del transmisor. En esta parte de la práctica se va a utilizar el analizador de espectros como receptor de radio. Podremos determinar la fuente de la señal 8

9 escuchando las señales captadas por el instrumento. El analizador de espectro Tektronix 2711 tiene incorporado un altavoz pero, si se necesita mayor calidad de audición o se trabaja en un entorno ruidoso, se puede hacer uso de auriculares que se pueden conectar al instrumento Transmisiones de FM. Inicialmente hay que conectar una antena o cable al analizador de espectro. Posteriormente, cambiar la altura de la señal y la frecuencia central hasta que se observen picos de señal en la banda de FM (88MHz hasta 108MHz). Por ejemplo, se pueden sintonizar emisoras de radiodifusión muy conocidas como M80 Radio (94:8MHz), Cadena 100 (99:6MHz), Los 40 Principales (97:1MHz). Una vez que se haga coincidir la frecuencia central con el pico de una de estas emisoras, es necesario pulsar la tecla [DEMODTG]. Aparece, entonces, el menú DEMODTG y seleccionar la opción [2], FM DEMODU- LATOR. En este momento, se encenderá el LED adyacente a FM VOL, reaparecerá la imagen espectral y se podrá escuchar el barrido del instrumento. Si no se escucha nada, es necesario mover la rueda más externa del control de LEVEL en el sentido de las agujas del reloj para aumentar el volumen. Finalmente, presionar la tecla [ZERO SPAN] para escuchar la emisora seleccionada. Si se deja el analizador en el modo zero span se pueden sintonizar las diversas emisoras, tal y como se hace en un receptor de radio, utilizando la rueda de FREQ/MKRS. Para terminar, es necesario apagar el demodulador FM. Para ello, es necesario seleccionar en el menú [DEMOD/TG], la opción [0], OFF. A continuación, presionar [ZERO SPAN] para volver a la visualización espectral normal. De esta manera se ha sido capaz de sintonizar y escuchar señales FM externas al instrumento, por medio de una antena Transmisiones de AM. Para realizar la escucha de señales de radiodifusión AM, se actúa de manera similar a la anterior (hay que tener en cuenta que la banda de emisión AM comprende desde 500KHz hasta 1:6MHz). En este caso, se debe poner la frecuencia central en 1MHz, el valor de SPAN en 9

10 10KHz=div, el barrido (sweep) y el ancho de banda de resolución en AUTO y, finalmente, el calibrador desconectado (off). Cambiar la altura y la frecuencia central hasta que se aprecien picos de señal en la banda AM. Para activar el demodulador AM, es necesario seleccionar la opción [1] del menú [DEMOD/TG]. El resto de los pasos a seguir es análogo al caso de demodulación FM. Al terminar, es preciso apagar el demodulador AM. 2.5 Ejemplo de uso: Medida del Ancho de Banda de una señal. El analizador de espectro Tektronix 2711 calcula el ancho de banda (BW) de las señales detectando el valor de pico de la señal y encontrando los puntos de frecuencia en el espectro que están un cierto número de dbs por debajo del pico (este número de dbs puede especificarse a través del menú [APPL]). De esta manera, BW es la diferencia entre la frecuencia de estos puntos. Se obtiene una resolución óptima si se expande la señal en la mayor porción posible de la pantalla. Para medir el ancho de banda de señales, primero es necesario cambiar la resolución del BW a 300KHz (ancho de banda del filtro de resolución). Posteriormente, pulsar la tecla [APPL]. La opción [0] que aparece indica BANDWITH - 3 DBC. Si se selecciona esta opción, el analizador de espectro mide el BW de la señal visualizada entre los puntos de 3 db por debajo de su amplitud de pico. Para medir el BW entre otros puntos hay que cambiar el número de dbs por debajo del valor de pico en el que se considera la medida del BW. Para ello, seleccionar en el menú [APPL] la opción [9] (SETUP TABLE). De la tabla que aparece, seleccionar [0] y, siguiendo las instrucciones mostradas en pantalla, introducir otro valor (por ejemplo, -6 db se consiguen presionando [6] [Z]). Para poner en marcha el modo en ancho de banda (BANDWITH MO- DE), presionar la barra espaciadora para regresar al menú de aplicación (APPL Menú). Entonces, seleccionar la opción [0]. El analizador de espectro vuelve, automáticamente, a la visualización espectral. Obsérvese que los marcadores engloban el pico de la señal, que se 10

11 encuentra centrado. Si no hay ninguna señal centrada, el analizador selecciona el pico más cercano al centro de la pantalla. En la parte derecha de la columna de lectura de la pantalla informan debe aparecer el texto: BW 300 KHZ 6DBC. En este momento, se está realizando la medida del filtro de resolución de ancho de banda. En la medida puede no observarse los 300KHz exactamente, sino que puede tener una cierta variación. Si se cambia el valor de SPAN a 10KHz por división y el ancho de banda de resolución a 30KHz, el ancho de banda medido debe ser, aproximadamente, de 30KHz. Tras hacer estas medidas del ancho de banda, hay que indicar al analizador de espectro que se quiere dejar de actuar en el modo de medida de ancho de banda ya que permanece en este modo mientras no se vuelva a cambiar. Para ello, seleccionar en el menú [APPL], la opción [0], con lo que queda invalidado el modo BANDWITH. También es posible salir de este modo desactivando los marcadores. 2.6 Ejemplo de uso: Medida de ruido promedio Para hacer medidas de ruido promedio (average noise), el analizador de espectro proporciona una aplicación en el menú [APPL]. Ésta, mide el ruido promedio en la posición del marcador y lo normaliza respecto a un cierto ancho de banda. El BW por defecto es de 1Hz pero puede ser modificado para adecuarlo a la señal en estudio. En esta parte de la práctica se va a cambiar este BW a 5MHz con el objeto de obtener una aproximación del ruido introducido por el instrumento (noise floor). Para ver de forma más nítida la señal de ruido, se puede activar el filtro de video (pulsar la tecla [VID FLTR]). Activar el menú [APPL] y seleccionar la opción [9] (SETUP TABLE). Del nuevo menú, seleccionar la opción [2] (NOISE NORMALIZED BW). Introducir un valor de 5MHz y volver al menú [APPL] (presionar la tecla [BKSP]). Posteriormente, volver a seleccionar la opción [2] (NOI- SE NORMALIZED). En este momento, volverá a aparecer la visualización espectral y queda activo el marcador. En la columna de la derecha de la pantalla aparece el texto: N 93.0DBM 5.0MHZ. Estos valores pueden variar ligeramente. Esta medida es el valor medio del ruido interno del instrumento en un ancho de banda de 5MHz en la frecuencia marcada. 11

12 También es posible ver el aviso: NOISE LEVEL LESS TAN 2 DB. Este aviso es debido a que el instrumento reconoce cuando el ruido que se está midiendo se aproxima a su propio ruido interno (noise floor). Las señales cuya potencia es muy cercana al ruido interno del instrumento no pueden ser medidas fielmente. Se puede comprobar que la amplitud de ruido medida no varía, significativamente, si hacemos la medida en el pico superior del ruido interno o en el pico inferior. Para ello, poner el analizador en el modo de visualización MAX/MIN y situar, usando la rueda de FREQ/MKRS, el marcador en el punto más bajo del ruido mostrado. De esta forma, se considera que la amplitud de ruido se encuentra entre los valores máximo y mínimo de la visualización espectral. Lo que hace el analizador de espectro es calcular la media de la amplitud de ruido entre barridos. Para terminar esta parte de la práctica dedicada a la medida de ruido, desactivar los marcadores y comprobar que el filtro de video queda desactivado. 2.7 Ejemplo de uso: Exploración de señales Este analizador de espectro proporciona una característica de exploración de señales que permite detectar picos de señal a lo largo de un amplio rango de frecuencia (aunque se esté usando un valor estrecho de span yo ancho de banda de resolución). El instrumento lleva a cabo, secuencialmente, una serie de exploraciones usando la capacidad del marcador de encontrar picos, y los valores de span y BW de resolución especificados a través del menú de exploración de señal (SIG- NAL SEARCH Menú). Cada rango de exploración equivale a 10 veces el valor de span/div especificado y cada rango de exploración (excepto el primero) superpone al anterior rango en una división. La primera exploración comienza en la primera frecuencia y la última termina en la última frecuencia (o se le superpone) tal y como se indica en la figura 5. Después de esto, se ejecuta un proceso de verificación que comprueba de nuevo todo el rango de frecuencias e informa, únicamente, de aquellas señales que están presentes en ambos procesos. El objeto de esta parte de la práctica es comprobar el funcionamiento de esta exploración de señales. Para ello, hay que activar la señal de 12

13 Rango total de búsqueda er 1 Rango de búsqueda o 2 Rango de búsqueda ésimo k-1 Rango de búsqueda ésimo k Rango de búsqueda 10xSPAN/DIV 10xSPAN/DIV 10xSPAN/DIV 10xSPAN/DIV Figura 5: Rango de frecuencia de la exploración de señal. calibración y fijar los siguientes valores: SPAN / DIV: 5.0 MHZ, RESO- LUTION BW: KHZ, REFERENCE LEVEL: 20.0 DBM y VIDEO FILTER: KHZ. Se explorará el rango de frecuencias desde 55MHz a 550MHz. Para ello, seleccionar el menú [APPL] y escoger la opción [3] (se corresponde con SIGNAL SEARCH MENU). Elegir la opción [0] (BEGIN FREQUEN- CY) e introducir el valor 55MHz. A continuación, elegir la opción [1] (END FREQ) e introducir el valor 550MHz. De esta manera, se guardan los valores de frecuencia y amplitud de todas las señales cuya frecuencia se encuentran en el rango especificado y cuya amplitud se encuentre por debajo del nivel de referencia y por encima del nivel umbral. El umbral se define, normalmente, una división por encima del mínimo valor de pico de la señal (generalmente ruido) y se puede modificar mediante la opción [0] del menú [MKR/FREQ]. La exploración se inicia seleccionando la opción [2] (START TEST). Se podrá comprobar cómo varían los parámetros de medida en pantalla, al igual que el siguiente mensaje: SIGNAL SEARCH IN PROCESS. Cuando termina el proceso de exploración desaparece este mensaje y se restaura, en el instrumento, la configuración inicial. Posteriormente, pulsar la tecla [UTIL], [4], [2] y [0] (menú de utilidades, SYS- TEM CONFIGURATION, RS-232 y STATUS) hasta que el indicador de estado indique CRT. Pulsar, de nuevo, la tecla [UTIL] y, a continuación, [APPL], [3] y [3] (menú APPLICATION, SIGNAL SEARCH MENU y DISPLAY RESULTS). Esta última opción permite visualizar el número de señales detectadas en el proceso de exploración haciendo 13

14 que aparezca la tabla de resultados de exploración de señales (SIG- NAL SEARCH RESULTS). En dicha tabla aparecen enumeradas las amplitudes y frecuencias de cinco armónicos que se corresponden con el armónico fundamental y los cuatro primeros armónicos de la señal de calibración. Para terminar con este proceso y regresar a la visualización espectral, presionar la tecla [APPL]. En estos ejemplos se han mostrado las principales funciones del instrumento. Existen muchas particularidades que permiten un uso más avanzado, que no se han visto y que se describen, detalladamente, en el manual del instrumento. 3 Modulación AM 3.1 Objetivo. Visualizar conceptos de modulación y demodulación en amplitud (AM) en términos de su representación matemática como producto de dos ondas. Medición del índice de modulación. Análisis de un modulador y demodulador AM con circuitos integrados. Se realizarán medidas en el dominio temporal empleando el osciloscopio y medidas en el dominio de la frecuencia manejando analizadores de espectros. 3.2 Introducción. Conocido es el concepto de modulación de señales AM. En la práctica que nos ocupa vamos a recordar ciertas definiciones: Señal moduladora: e m = A m sen(! m t), supuesta senoidal. A m es el valor de pico y! m es el valor de la frecuencia angular en rad=seg. Señal portadora: e c = A c sen(! c t). A c es el valor de pico y! c es el valor de la frecuencia angular en rad=seg. La onda compuesta (AM) estará formada por: e =(A c + e m )sen(! c t) = (A c + A m sen(! m t)) sen(! c t). 14

15 El índice de modulación m, se puede definir como: m = A m =A c.se cumple pués que: e = A c (1 + m sen(! m t)) sen(! c t) m se expresa en porcentaje. Si m>1 la onda se dice sobremodulada y se asocia una distorsión. Puede determinarse mediante la medición de las diferencias de potencial entre el pico positivo de la envolvente, su imagen especular y el pico negativo y su imagen: m =(E 1 ; E 2 )=(E 1 + E 2 ). El espectro en frecuencias estará constituido por tres picos, en el caso de una moduladora senoidal. Representan la frecuencia fundamental de la protadora f c, flanqueada por las frecuencias f c ;f m y f c +f m. Estas frecuencias se llaman bandas laterales inferior y superior respectivamente. La demodulación es el proceso de recobrar la señal moduladora de la forma de onda compuesta (AM). El circuito más simple para este proceso es el detector de envolvente. El circuito consiste en un diodo que rectifica la onda AM, seguido por un filtro RC paso bajo. Cuando se trabaja en transmisión de señales, es conveniente eliminar la portadora y solamente producir las bandas laterales. Con ello se puede ahorrar potencia de transmisión no enviando la portadora. El inconveniente de este proceso de modulación, es que complica la demodulación. Esta señal se puede visualizar en el osciloscopio y comprobar su aspecto ligeramente distinto al de la modulación básica. 3.3 Material necesario. 2 Generadores de Ondas. 1 Osciloscopio. 1 Placa moduladora basada en el CI Placa demoduladora basada en el CI Fuentes de alimentación de continua ajustables. 1 Condensador de 0.1 F (100 KpF). 15

16 1 Condensador de 0.01 F (10 KpF). 1 Resistencia de 10K 1 Resistencia de 4:7K 1 Diodo de señal de baja caida. Placa de ensayo y aparamenta de conexiones. 3.4 Realización de la práctica Medidas en el dominio del tiempo 1. Modulación AM. (a) Conectar el circuito de la figura 6. Representar las diferentes formas de ondas que aparezcan en cada apartado. (b) Con un generador de ondas aplicar como señal portadora una onda senoidal de 100KHz y de 10mV de amplitud (unos 20mV de pico a pico). Visualizar la salida en el osciloscopio. Ajustar el potenciómetro hasta que el nivel de salida de la portadora sea el máximo en la salida AM (unos 260mV de pico a pico). Anotar el valor de la tensión de pico de la onda de salida. (c) Medir y anotar el nivel de pico de la salida AM cuando se conecta cada uno de los siguentes niveles de continua a la entrada moduladora: -0.5V, -0.4V, -0.3V, -0.2V, -0.1V, 0V, 0.1V, 0.2V, 0.3V, 0.4V, 0.5V. Utilizar para ello la segunda fuente de tensión. Construir una gráfica con los datos obtenidos. Explicar la relación de estas cantidades. Cuál sería la relación ideal?. (d) Conectar a la entrada de la moduladora una señal senoidal de 1KHz y de valor de pico a pico de 0.3V pp. Determinar el índice de modulación de la onda de salida. (e) Aumentar el nivel de la señal moduladora hasta obtener una señal modulada al 100% (E 2 = 0). Dibujar esta forma de onda. 16

17 (f) Seguir aumentando este nivel y obtener la forma de onda sobremodulada. Dibujarla. Volver a obtener rápidamente la onda al 100%. (g) Variar la forma de onda y la frecuencia de la onda de entrada. (h) Por qué es indeseable el estado de sobremodulación?. (i) Conectar la red pasiva de la figura 7 y restablecer la onda original. Inspeccionar el circuito en sus diferentes puntos. Por ejemplo, quitar el condensador del filtro. Trazar las formas de onda en las distintas situaciones. (j) Quitar el circuito pasivo. Variar el potenciómetro hasta obtener una señal modulada con portadora suprimida, ajustándolo a un nivel de salida de portadora mínimo. 10K -8v Entrada señal Moduladora 820 Ω 56Ω 820 Ω 1K v / K7 +12v Ω µ F Entrada Portadora Salida AM Ω 4K7 6K8 1K +12v +12v.1 µ F 1K Figura 6: Modulador AM. 2. Demodulación AM. 17

18 Salida AM 0.1 µ F Diodo Germanio Salida 10K 0.01 µ F 4K7 Figura 7: Detector de envolvente AM. (a) Conectar el circuito de la figura 8. (b) Con el circuito modulador ajustado para la modulación con portadora suprimida, conectar la salida AM del modulador a la entrada AM del demodulador. La portadora ha de ser la misma para ambos. Comparar la señal modulada con la señal demodulada. Dibujarla y compararlas sobre el osciloscopio. (c) Utilizar un tercer generador de señales para inyectar la portadora en el demodulador (Portadora modulador 6= Portadora demodulador). Comentar los resultados, justificando razonadamente las discrepancias encontradas. (d) Volver a conectar la portadora a ambos módulos. Repetir el paso 2 con el modulador ajustado para producir la onda AM modulada 100%, con portadora completa y de doble banda lateral. (e) Investigar un método para lograr reconstruir la onda portadora sin utilizar el mismo generador Medidas en el dominio de la frecuencia Se realizarán empleando, en primer lugar, el analizador de espectro de Hameg. En los apartados en los que no se puedan obtener resultados exactos por causa del analizador empleado, se realizarán de forma aproximada, comentando en todo caso, que los cálculos son aproximativos. Posteriormente, se volverán a realizar todos los apartados de la práctica, empleando en esta ocasión el analizador de espectro de Tektronix. NOTA: Los apartados con asterisco (*) sólo podrán ser realizados con el analizador Tektronix

19 Salida AM.1 µ F K 1K 100Ω / K3 1K.005 µ F.005 µ F +12v 1 µ F Salida 1K µ F Entrada Portadora +12v 10K Ω 3K3.005 µ F 820Ω.1 µ F 1K2 +12v Figura 8: Demodulación AM (Portadora suprimida). 1. Construir la señal AM que usaremos para introducir en el analizador de espectro. Para ello, usaremos la placa de circuito impreso. 2. Construir una señal AM sin portadora, que se empleará como entrada al analizador de espectros. Emplear la placa de modulación AM, usando una señal portadora senoidal de 263KHz y amplitud 122mV pp. Como moduladora, emplear una senoide de 20KHz y amplitud 304mV pp. Usar el analizador de espectros para visualizar el espectro de la señal modulada. Para ello, encender el analizador, ajustar la frecuencia central del analizador a la frecuencia de la portadora (pulsar [FRECUENCY], especificar en el panel de números la frecuencia 2 y pulsar X para indicar MHz). Posteriormente, ajustar el factor de escalado horizontal (pulsar [SPAN/DIV], introducir el número 10 y pulsar Z para indicar KHz). Ajustar finalmente el nivel de referencia a 20dBm. Obsérvese que si se obtiene una delta en la frecuencia, ese fenómeno se debe a que el modulador está introduciendo una portadora. Para eliminarla, ajustar adecuadamente el potenciómetro. 3. Construir una señal AM con portadora, que se empleará como entrada al analizador de espectros. Modificar añadiéndole un offset de continua a la señal moduladora. Visualizar en el osciloscopio 19

20 la forma de onda que se genera. Observar que se obtiene mucha distorsión en el analizador, debido a que la amplitud de la señal moduladora es demasiado grande, por lo que debe atenuarse (pulsar los botones [ATTENUATOR] del generador de ondas B). Observar nuevamente el analizador de espectros y comprobar que ya no aparece distorsión. Determinar el índice de modulación mediante los cursores: m =210 D(dB) 20 A qué se debe el 2 en la fómula?, D(dB) es la diferencia de amplitud entre una de las bandas laterales y la portadora, expresada en decibelios y será negativo ya que D(dB) =20 log( AcAm ) ; 20 2 log(a c A m ). Cuando la señal moduladora es una senoide, la eficiencia de la modulación es = m2, que es un porcentaje de la potencia que 2+m 2 se gasta en enviar la señal modulada. Cómo afecta el offset A a la eficiencia de la modulación?, Qué valor de offset hay que poner para conseguir la máxima eficiencia?. 4. * Finalmente, observar la envolvente de la señal AM estándar, con portadora y de doble banda. Para ello, pulsar [SPAN ZERO], poner la frecuencia central coincidiendo con la de la portadora y aumentar el filtro de banda de FI a 300KHz, para permitir que las bandas laterales sean incluidas en la medida (presionar las teclas [f.ar][f.ab] de [RES BW]). Poner la escala de tiempos de manera tal que se pueda ver un número suficiente de ciclos de la envolvente (pulsar [SWEEP] y con los cursores poner 200s=div). Observar cómo varía la señal al cambiar el nivel de referencia (botón [REF LEVEL]). Dibujar dichas formas de onda. 20