Comunicaciones en Audio y Vídeo. Laboratorio. Práctica 4: Modulaciones Analógicas. Curso 2008/2009
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- Sergio Ruiz Méndez
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1 Comunicaciones en Audio y Vídeo Laboratorio Práctica 4: Modulaciones Analógicas Curso 2008/2009 Práctica 4. Modulaciones Analógicas 1 de 8
2 1 ENTRENADOR DE COMUNICACIONES PROMAX EC-696 EMISOR RECEPTOR El diagrama de bloques del entrenador de comunicaciones se proporciona para que en cada una de las medidas se interconecten los elementos involucrados. 2 MODULACIÓN DE FRECUENCIA FM Como modulador de frecuencia se emplea un VCO (oscilador controlado por tensión) que genera una onda cuadrada (una vez más deberá considerarse como si fuera senoidal) cuya frecuencia instantánea es proporcional a la señal de entrada. A 1 x(t) A MOD TP13 y(t) BW fc fc BW FM =Δf pp +2 BW Modulador FM 2.1 Configuración del entrenador Transmisor Receptor INPUTS Coax.1 RECEPTION Coax. MODULATION FM FDM DIRECT FDM DIRECT DEMODULATION FM TRANSM Coax. OUTPUTS S1 2.2 Caracterización del modulador FM Mida la frecuencia de la señal portadora. Si no se conecta señal moduladora a la entrada, en la salida del emisor se observa la señal portadora (TP13 emisor - CH2 osciloscopio). f c =.. Conecte el generador de funciones a la entrada Coax1 sin tener seleccionada ninguna forma de onda. Actuar sobre la tensión de offset del generador (potenciómetro en la parte posterior del generador) para introducir una tensión continua en el emisor. (A emisor - CH1 osciloscopio). Varíe la tensión de offset para ver como varía la frecuencia de la señal portadora (Trigger osciloscopio FUENTE = CH2). Rellene la siguiente tabla: Práctica 4. Modulaciones Analógicas 2 de 8
3 V continua (V) f modulada (khz) V modulada (Vpp) Δf (khz) Como puede ver. La amplitud de la señal modulada es prácticamente invariable con la señal moduladora. Sólo la frecuencia de la señal modulada cambia con la moduladora. Dibuje la gráfica de variación de la frecuencia instantánea de la modulada según la tensión de moduladora. F ΔF Frecuencia señal modulada (khz) 0 Tensión señal moduladora (V) 0 Δf Calcule el parámetro de desviación en frecuencia, D f = = Δ V Cuál sería la tensión máxima de la señal moduladora para tener una desviación de frecuencia de pico de 75 khz? V p =.. Si la curva obtenida es una recta, la modulación es un proceso lineal y no presenta distorsión no-lineal. Compruebe la linealidad de la modulación en la curva obtenida. V 2.3 MODULACIÓN FM Moduladora de muy baja frecuencia Ajuste el offset del generador a 0 V (Vmedio CH1 = 0 V). Ajuste en el generador una señal sinusoidal con una tensión de Vpp = 2 V y una frecuencia de aproximadamente 1 Hz (Haga el ajuste de tensión con un aseñal de 1 khz y luego ponga el control de frecuencia a aproximadamente 1Hz. Esta señal sigue estando disponible para su medida en el CH1 del osciloscopio, punto A del emisor) Visualice la señal modulada en forma de onda y en espectro. Observe cómo la frecuencia instantánea va variando de forma continua. Seleccione ahora una señal cuadrada de la misma frecuencia y amplitud y observe otra vez la señal modulada. Observe que ahora la variación de frecuencia instantánea es de forma brusca cada 0.5 s. Usando el espectro, calcule la desviación pico-pico de la frecuencia instantánea. Práctica 4. Modulaciones Analógicas 3 de 8
4 Δfpp Sin embargo, el espectro FM de una señal moduladora de mayor frecuencia ya no es tan simple ni intuitivo. Veámoslo Espectro modulación Seleccione una señal sinusoidal de 5 khz (se mantiene Vpp = 2 V). Observe el espectro de la señal modulada en el dominio de la frecuencia (fs = 2.5 MS/s, adquisición promedio, zoom FFT 10, centrado en la de portadora). SEÑAL MODULADA FM SEÑAL MODULADA FM Este espectro no es réplica del espectro banda base, y su ancho de banda no es sencillo de establecer, pero hay dos aspectos interesantes de comprobar. 1.-Si la señal moduladora es periódica, el espectro FM presenta deltas separadas el valor de la frecuencia fundamental de la moduladora. Compruébelo en el espectro. Separación entre deltas Fundamental de la moduladora 2.-El ancho de banda significativo se aproxima con la fórmula de Carson: BWFM = Δfpp + 2BBB -Calcule dicho ancho de banda:.. -Verifique en el espectro la posición de dicho ancho de banda e indique a qué plantilla de ancho de banda se correspondería en este caso ( determine el X del Ancho de banda a X db):.. Veamos qué pasa en el espectro si cambia la señal moduladora: Compruebe el efecto sobre el espectro al variar la frecuencia moduladora. Varíe en un amplio rango la frecuencia del generador y vea cómo cambia el espectro. o Aumenta el ancho de banda al aumentar la frecuencia y disminuye al disminuirla? o Cambia la separación entre deltas? o Cambia la amplitud relativa entre las deltas o se mantiene el perfil del espectro? Compruebe el efecto en el espectro de la variación de la amplitud de la señal moduladora. Deje fija la frecuencia del generador y varíe en un amplio margen la amplitud. o Aumenta el ancho de banda al aumentar la amplitud y disminuye al disminuirla? o Cambia la separación entre deltas? o Cambia la amplitud relativa entre las deltas o se mantiene el perfil del espectro? Práctica 4. Modulaciones Analógicas 4 de 8
5 2.3.3 Modulación con moduladora cuadrada Este caso permite extraer conclusiones tanto para modulaciones analógicas como para digitales (tipo FSK) Seleccione una señal cuadrada de 5 khz y Vpp = 2 V. Observe el espectro de la señal modulada en el dominio de la frecuencia. Vamos a repetir las observaciones anteriores y a compararlas. SEÑAL MODULADA FM SEÑAL MODULADA FM Este espectro sigue sin ser es réplica del espectro banda base. 1.-Si la señal moduladora es periódica, el espectro FM presenta deltas separadas el valor de la frecuencia fundamental de la moduladora. Compruébelo en el espectro. Separación entre deltas Fundamental de la moduladora 2.-El ancho de banda significativo se aproxima con la fórmula de Carson: BWFM = Δfpp + 2BBB -Calcule dicho ancho de banda (la duda ahora es decidir cual es el ancho de banda de la señal cuadrada. Use el 5º armónico, que es el tercero que se ve, que viene a ser un ancho de banda a -15 db): -Si llamamos β a la relación entre Δfp y la frecuencia fundamental de la moduladora, se demuestra que para señal moduladora senoidal, el ancho de banda de Carson contiene a cada lado de la portadora un número de deltas igual a (β + 1). Compruebe si este criterio se puede usar como aproximación en el caso de señal moduladora cuadrada. -Verifique en el espectro la posición de dicho ancho de banda e indique a qué plantilla de ancho de banda (Ancho de banda a X db) se corresponderían ambos casos anteriores. Veamos qué pasa en el espectro si cambia la señal moduladora: Compruebe el efecto sobre el espectro al variar la frecuencia moduladora. Varíe en un amplio rango la frecuencia del generador y vea cómo cambia el espectro. o Aumenta el ancho de banda al aumentar la frecuencia y disminuye al disminuirla? o Cambia la separación entre deltas? o Cambia la amplitud relativa entre las deltas o se mantiene el perfil del espectro? Compruebe el efecto en el espectro de la variación de la amplitud de la señal moduladora. Deje fija la frecuencia del generador y varíe en un amplio margen la amplitud. o Aumenta el ancho de banda al aumentar la amplitud y disminuye al disminuirla? o Cambia la separación entre deltas? o Cambia la amplitud relativa entre las deltas o se mantiene el perfil del espectro? Práctica 4. Modulaciones Analógicas 5 de 8
6 3 MODULACIÓN DE AMPLITUD La modulación de amplitud se realiza mediante un amplificador de ganancia variable cuya ganancia viene determinada por la amplitud de la señal moduladora (multiplicador analógico). A 1 x(t) A TP13 y(t)=(a c +A 1 x(t))cos(ω c t) BW A c cos(ω c t) fc BW AM =2 BW Modulador de AM 3.1 Configuración Transmisor Receptor INPUTS Coax.1 RECEPTION Coax. MODULATION AM FDM DIRECT FDM DIRECT DEMODULATION AM TRANSM Coax. OUTPUTS S1 3.2 Señal modulada AM Seleccione en el generador una señal sinusoidal de Vpp = 2 V y frecuencia 1 khz (Sonda CH1 en punto A y Trigger osciloscopio FUENTE = CH1). Visualice la señal modulada (sonda CH2 en punto TP13) en el dominio del tiempo y en frecuencia (recomendamos 5 khz/div). En el espectro, identifique la portadora y las dos bandas laterales, que son réplica del espectro banda base. Varíe la frecuencia de la señal moduladora entre 1 y 10 khz y vea lo que ocurre en el espectro.... Dibuje la señal modulada con una frecuencia moduladora 5 khz y Vpp = 2 V. Centre el espectro en la mitad. SEÑALES MODULADORA y AM EN TIEMPO SEÑAL AM EN FRECUENCIA Práctica 4. Modulaciones Analógicas 6 de 8
7 SEÑALES MODULADORA y AM EN TIEMPO SEÑAL AM EN FRECUENCIA Mida la forma de onda para calcular el valor del índice de modulación m y relaciónelo con algo concreto de la forma de onda. Varíe la forma de onda de la moduladora a onda cuadrada y dibuje la señal modulada en el dominio del tiempo y en el dominio de la frecuencia. SEÑALES MODULADORA y AM EN TIEMPO SEÑAL AM EN FRECUENCIA Verifique que el espectro es réplica del banda base en doble banda lateral. 3.3 Sobremodulación Cuando la amplitud de la moduladora es muy elevada para la amplitud de la portadora, se produce el efecto de sobremodulación, que origina distorsión no-lineal por saturación Seleccione una señal moduladora sinusoidal de Vpp = 2 V y 5 khz. Ponga la sonda CH1 en el punto C del receptor y seleccione la demodulación AM. Práctica 4. Modulaciones Analógicas 7 de 8
8 Varíe la amplitud de la señal moduladora hasta visualizar el efecto de sobremodulación: en la visualización en frecuencia aparecen componentes de distorsión armónica. Dibuje el efecto de la sobremodulación en tiempo y en frecuencia sobre la señal modulada. Señal moduladora Medida Teórico Vpp de sobremodulación Vpp moduladora = Vpp portadora= NOTA: La diferencia se debe a que la señal moduladora en el circuito entrenador se atenúa antes de entrar al modulador. SEÑALES MODULADORA y AM EN TIEMPO SEÑAL AM EN FRECUENCIA Práctica 4. Modulaciones Analógicas 8 de 8
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