EXPERIENCIA DE LABORATORIO PARA LA OBTENCIÓN DE SEÑALES DE AM Y DOBLE BANDA LATERAL

Transcripción

1 EXPEIENCIA DE LABOATOIO PAA LA OBTENCIÓN DE SEÑALES DE AM Y DOBLE BANDA LATEAL A. AYALA, S. ODÍGUEZ, O. GONZÁLEZ, B.. MENDOZA y M.. VALIDO Departaento de Física Fundaental y Experiental, Elerónica y Sisteas. Facultad de Física. Universidad de La Laguna. Tenerife. España. El presente trabajo uestra una experiencia de laboratorio dirigida a alunos de ingeniería elerónica, donde éstos pueden coprobar cóo, con un reducido núero de coponentes elerónicos, es posible llevar a la práica conceptos teóricos e ipleentar, en este caso, un odulador AM y otro de DBL.. Introducción general. Objetivos Entre las aterias que se iparten en el plan de estudio de la titulación de Ingeniería Elerónica, hay que señalar aquellas que abordan el estudio de las diferentes técnicas de odulación utilizadas en la transisión de inforación, y que tabién son iportantes para cualquier futuro ingeniero. No obstante, en el caso de la ingeniería elerónica, es iportante que los alunos puedan realizar experiencias práicas que le peritan aunar conceptos puraente elerónicos con otros propios del capo de las counicaciones. De esta anera, éstos pueden aplicar los conociientos adquiridos en otras aterias de contenido elerónico a dicho capo. En ese sentido, el objetivo del presente trabajo ha sido el diseño e ipleentación de una experiencia de laboratorio en la que, ediante la utilización de un reducido núero de coponentes elerónicos, es posible la obtención tanto de una señal odulada en aplitud (AM) coo en doble banda lateral (DBL) [,]. Descripción del sistea Entre las técnicas de odulación de tipo analógico que estudian los alunos se encuentran, entre otras, las odulaciones en aplitud (AM) y en doble banda lateral (DBL), siendo últiples los esqueas elerónicos que periten la obtención de éstas y otras técnicas coo la banda lateral única (BLU) o la banda lateral residual (BL). La presente experiencia se centra en la ipleentación de un circuito elerónico que, haciendo uso de oduladores de conutación (MC), posibilita la generación indistinta de AM y DBL. Los MC basan su principio de funcionaiento en la ultiplicación de una señal oduladora (X (t)) por un tren de pulsos cuya aplitud puede fluuar entre 0 y o entre y. En el priero de los casos, estaríaos en presencia de un proceso de uestreo (equivalente a una odulación PAM), ientras que en el segundo el resultado sería una señal que fluuaría entre el valor instantáneo de la oduladora y su inversa. En abos casos, la inclusión de un filtro pasa banda centrado a la frecuencia de la portadora (f c, frecuencia fundaental del tren de pulsos) posibilita la obtención de una señal de DBL a su salida. Podreos constatar, adeás, que si la oduladora posee una coponente de continua (V ) a la salida del filtro obtendríaos AM en lugar de DBL. En la Fig. se uestra el diagraa de bloques del sistea ipleentado, y donde podeos observar que la oduladora X (t) es llevada a los bloques ultiplicadores suándole previaente una

2 coponente de DC 0. estaría trasladar la salida de los bloques ultiplicadores a sus correspondientes filtros pasa banda para obtener una señal de AM (si V > 0) o DBL (si V = 0), coo se ha indicado anteriorente. X (t) X c (t) 0 Multiplicador AM DBL f c Multiplicador AM DBL V 0 X c (t) f c Figura. Diagraa de bloques. El diagraa anterior representa de fora conjunta las cuatro cobinaciones posibles de señal de entrada y ultiplicador: X (t) con ultiplicador (,0) X (t) con ultiplicador (,) X (t) V con ultiplicador (,0) X (t) V con ultiplicador (,) Los dos prieros constituyen casos particulares de los segundos, ya que bastaría eliinar V para obtenerlos. Partireos, por tanto, de una oduladora (en este caso un tono de aplitud E y frecuencia f ) con una coponente de DC > 0 (Ec., obtenida a la salida del suador) que puede ser ultiplicada por un tren de pulsos cuya aplitud fluúa entre 0 y, o entre y, con una frecuencia fundaental f c. Al tratarse éstas últias de señales periódicas, pueden ser desarrolladas en serie de Fourier [] coo se uestra en las Ec. y, respeivaente. X ( t) V = E cosω t V () S ( t) =.cosω.cosω... ()

3 S ( t) =.cosω.cosω... () A la salida del prier ultiplicador obtendríaos: E E S( t). [ E cosωt V ] = cosωt cosωt.cosω E V V V cosωt.cosω cosω cosω... = V E cosω [ cos( ωc ω ) t cos( ωc ω ) t] resto () Mientras que en el segundo: E E S ( t). [ E cosωt V ] = cosωt.cosω cosωt.cosω V V cosω cosω... = V E cosω [ cos( ωc ω ) t cos( ωc ω ) t] resto () Si dichas señales se introducen en sus respeivos filtros pasa banda, centrados en f c y con un ancho de banda de f, obtendríaos en abos casos una señal de AM coo uestran, respeivaente, las Ec. y. AM V E = cosω c cos [ cos( ω ω ) t ( ω ω ) t] c () V E AM = cosω [ cos( ωc ω ) t cos( ωc ω ) t] () Si la coponente de DC suada a la oduladora es anulada haciendo V = 0, las dos ecuaciones anteriores se transforan en: E DBL = c cos [ cos( ω ω ) t ( ω ω ) t] c (8) E DBL = [ cos( ωc ω ) t cos( ωc ω ) t] (9) que corresponden a sendas señales oduladas en doble banda lateral (DBL) y obtenidas a la salida de los respeivos filtros.

4 . Desarrollo experiental La Fig. uestra el esquea elérico correspondiente al diagraa de bloques de la Fig.. Coo se puede observar, se ha hecho uso del aplificador operacional TL08 para ipleentar los diferentes integrantes del sistea (suador, ultiplicadores y filtros) []. La señal oduladora es llevada al circuito suador en configuración no inversora (U de la Fig. ) donde se le añadirá, coo ya se ha indicado, una coponente V 0. 0nF B 9.k THES VCC CONT DISCH TIG ESET GND C 90pF VCC U8 A k 0k IN VCC VC VSS VDD V TL08/0/TI U N N U9A CD0 C V N N C U TL08/0/TI AM o DBL X(t) 0k 0k VCC 0k V 0k N N TL08/0/TI U 0k 0k 0k V VCC N N TL08/0/TI U C N N C AM o DBL 00k V VSS VDD U9B IN VC CD0 V U TL08/0/TI Figura. Esquea elérico. Del suador OS OS V x por 0, Del suador OS OS V x por, Figura. Circuitos ultiplicadores. La señal de salida de éste es introducida, siultáneaente, en los respeivos circuitos donde es ultiplicada por los trenes de pulsos que fluúan entre 0, y, (U y U de la Fig. ).

5 Si observaos la Fig., podeos coprobar que el circuito de la izquierda se coporta coo un seguidor de tensión cuando el interruptor está abierto (ganancia ), ientras que su ganancia es nula cuando éste está cerrado. Para el otro caso, cuando el interruptor está abierto, dicho ontaje se coporta coo un seguidor de tensión, y coo un inversor analógico (ganancia ) cuando el interruptor está cerrado. La ipleentación del swith se efeuó haciendo uso de interruptores analógicos integrados en el CD0 que eran abiertos y cerrados ediante una señal cuadrada procedente de un que operaba coo astable a frecuencia fundaental f c (Fig. ). Finalente, los filtros pasa banda de segundo orden centrados en f c, eliinaran todas aquellas coponentes esperales que no se encuentren en sus bandas pasantes, obteniendo a la salida de abos AM (si V > 0) o de DBL (si V = 0).. esultados experientales Una vez ipleentado, el aluno puede visualizar en un osciloscopio diferentes foras de señal en función del punto del circuito desde donde se realice la isa. Así, y a odo de ejeplo, la Fig. uestra, respeivaente y de izquierda a derecha, una señal X(t) con V > 0 uestreada con,, una señal X(t) con V = 0 uestreada con,, una señal de AM y otra de DBL. Figura. esultados experientales.. Conclusiones El sistea ipleentado constituye una propuesta de caráer didáico donde los alunos pueden coprobar coo los conociientos de caráer eraente elerónico que poseen pueden ser aunados para obtener un dispositivo de utilidad práica. Si bien la presente experiencia va dirigida a alunos de Ingeniería Elerónica, ésta puede ser de utilidad para otras ingenierías, sobre todo si teneos en cuenta que vivios en la denoinada era de las counicaciones. eferencias [] L. W. Couch II, Sisteas de Counicaciones Digitales y Analógicos, México: Edt. Prentice ay (998) [] W. Toasi, Sisteas de counicaciones elerónica, México: Pearson Educación (99) [] F.G. Streler, Introducción a los sisteas de counicación, Delaware, EUA: AddisonWesley, 990 [] N.. Malik, Circuitos Elerónicos, Madrid, España: Edt. Prentice ay (99)