Práctica 02. Antena de ferrita

Transcripción

1 2011 Práctica 02. Antena de ferrita MI. Mario Alfredo Ibarra Carrillo Facultad de Ingeniería; Telecomunicaciones 16/03/2011 Ver_08_02_03

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3 3 Objetivos: 1. Implementar un circuito tanque-preselector con una antena de ferrita y un capacitor. 2. Que el alumno logre sintonizar una antena de ferrita a frecuencias de radio AM. 3. Que el alumno pueda apreciar una señal de radio AM comercial en el osciloscopio. 4. Observar el comportamiento de la antena de ferrita como transductor de energía electromagnética a energía eléctrica. 5. Que el alumno construya un amplificador de RF que acople la señal del secundario de la antena de ferrita a cualquier carga. Lista de experimentos 1. Sintonizar la antena de ferrita 2. Recepción de una señal de AM 3. Amplificador de RF para acoplamiento Apéndices 1. Apéndice A. El patrigrama del TBJ BF494B 2. Apéndice B. Espectro radio eléctrico 3. Apéndice C. Antena de ferrita

4 4 Equipamiento y material Osciloscopio Multímetro 2 generadores de funciones Analizador de espectros Fuente de poder dual Adaptadores BNC-Banana Adaptadores BNC-Caimán Cables Banana-Caimán Cables Caimán-Caimán Pinzas de punta Pinzas de corte Destornilladores de joyero plano o de cruz 1 protoboard 3[m] de alambre rojo (o cualquier otro color) del número 20 3[m] de alambre blanco del número 20 Un trimmer de 50pF Dos antenas de ferrita 1 JFET MPF102 1 TBJ BF494B 15 metros de alambre del numero 18 o 20 (El laboratorio ya cuenta con este alambre) Banco de capacitores o 2 capacitores de polyester de 220[ F ] o 1 capacitor electrolítico de 4700[ F ] (es para la polaización) Banco de resistencias o 1 resistencia de 1 MΩ a 1/2W o o 1 resistencia de 470Ω 1 resistencia de 1KΩ

5 5 Instrucciones para el cuestionario previo y el reporte Tanto para el cuestionario previo como para el reporte: Copie la carátula de la práctica presente anotando los nombres de los integrantes del equipo por apellido. o o Puede rehacer la carátula para tenerla en formato digital. Se resta un punto de la calificación si no anota su nombre por apellido. Puede realizar su propio formato de carátula siempre y cuando tenga un logo, un lema y la información obligatoria. Anote el número de grupo de laboratorio. El cuestionario previo se evalúa aparte de la realización de la práctica. Anote en su reporte lo que se pide reportar en cada pregunta de los experimentos. Sus respuestas deben estar numeradas de acuerdo a la pregunta que intentan responder. No olvide expresar sus comentarios tal como se indica al final de la práctica. Cuestionario previo 1. Investigue y reporte que es una antena [Tomasi]. 2. Investigue y reporte que es una antena dipolo [Tomasi]. 3. Investigue y reporte cómo se calcula la longitud de la antena dipolo para transmitir un tono puro a una cierta frecuencia [Tomasi]. 4. Cuál es la longitud de la antena dipolo para captar la señal de una estación transmisora de AM cuya frecuencia de portadora es de. 5. Investigue y reporte que es una antena monopolo [Tomasi]. 6. Investigue y reporte cual es el circuito ideal de un transformador. 7. Investigue y reporte cuales son las relaciones entre voltajes de entrada y salida con respecto a la relación de los números de espiras del primario y del secundario. 8. Investigue y reporte que es una antena de ferrita y cómo funciona (investigación por parte del alumno).

6 6 Experimento 1. Sintonizar la antena de ferrita 1. Para lograr la sintonización requerimos de la antena a sintonizar o receptora y de otra antena llamada maestro o emisora 2. Arme el circuito de la figura 1 (en esta figura, sólo se ilustra el primario de cada antena de ferrita) a. En este circuito, las dos antenas están paralelas y los más cercanas posible. b. La antena emisora, que opera con una señal senoidal de pico y. c. La antena sensor tiene un varistor o trimmer de en paralelo para sintonizarla. Figura 1. Circuito de antena sintonizada. Las antenas debe estar lo más cercanas posible. 3. Con un destornillador de relojero ajuste el trimmer para lograr una señal con la máxima amplitud posible en el osciloscopio: para realizar una lectura en la pantalla del osciloscopio debe retirar el destornillador de joyero. 4. (1 pt) Reporte el diagrama del circuito. 5. (1 pt) Reporte una fotografía del circuito 6. (1 pt) Reporte el voltaje de alimentación a la antena emisora (imagen en el osciloscopio). 7. (1 pt) Reporte el voltaje máximo obtenido en la antena sensor (imagen en el osciloscopio).

7 7 Experimento 2. Recepción de una señal de AM 1. El circuito de la figura 2 ilustra una antena construida con un alambre largo y al preselector realizado con una antena de ferrita y un trimer de. 2. Arme el circuito de la figura 5. a. En el caso del plano de tierra, usaremos la tierra del osciloscopio. Figura Es posible que tenga que reajustar la posición del trimer con un destornillador de relojero para poder observar una señal en su osciloscopio. 4. (1 pt) Reporte el diagrama del circuito. 5. (1 pt) Reporte una fotografía del circuito 6. (1 pt) Reporte una fotografía de la pantalla del osciloscopio. 7. (1 pt) Reporte una fotografía de la pantalla del analizador de espectros.

8 8 Experimento 3. Amplificador de RF para acoplamiento 1. El circuito de la figura 3 ilustra el uso de dos transistores, en cascada, a modo de amplificador de RF a. El JFET provee la alta impedancia de entrada. b. El TBJ actúa en modo colector común, es decir, como amplificador de corriente y provee la capacidad de impulsar la señal de la antena a otro circuito en cascada. 2. Arme el circuito de la figura 6 sin conectar la antena. a. Verifique que el voltaje a la salida del drenaje esté arriba de. b. Verifique que el voltaje de salida del emisor sea de. Figura 3. Circuito antena-preselector-am0plificador de RF. 3. (1 pt) Conecte la antena al amplificador (no olvide el capacitor de paso a 200nF) a. (1 pt) Reporte la imagen del osciloscopio b. (1pt) Compare la amplitud de la señal entregada por la antena sintonizada (experimento 2) con la señal entregada por el amplificador. Reporte su observación. 4. (1 pt) Reporte el diagrama del circuito. 5. (1 pt) Reporte una fotografía del circuito armado.

9 9 Apéndice A. El patrigarma del TBJ BF494B Apéndice B. El patigrama del FET PF102 Apéndice B. El espectro radio eléctrico El espectro radio eléctrico es un mapa en el que se puede localizar un servicio de comunicaciones: radio, tv, telefonía celular, etc, en una banda de frecuencias en particular. Por ejemplo, las portadoras de radio AM abarcan frecuencias de a, en intervalos de con anchos de banda de por estación. La figura 4 ilustra una vista burda del espectro de AM. Figura 4. Espectro radio eléctrico de AM.

10 10 Apéndice C. La antena de ferrita La antena de ferrita Lo que conocemos como antena de ferrita es en realidad un transformador cuyo propósito se especifica en función de la teoría matemática que se use para describirlo. En el caso de la presente práctica se considerará que la antena, un mono-polo de un cuarto de longitud de onda. Este dispositivo, al estar inmerso en un campo electromagnético variable, sufrirá la inducción de una FEM: la señal de AM convertida en oda eléctrica. Debido a que no es posible tener una antena de la longitud requerida para captar emisiones de radio AM, se usan antenas de longitudes menores. A consecuencia del uso de una antena corta, el voltaje inducido también es menor y por lo tanto se hace necesario amplificar esta señal. El modo de amplificar la señal transducida por la antena es mediante un transformador, el cual amplificará la señal de voltaje. La figura 5 ilustra a un transformador conocido malamente como antena de ferrita. El diagrama de circuito de la antena de ferrita está ilustrado en la misma figura 5. Figura 1. Antena de ferrita. En realidad es un transformador cuyo propósito es amplificar la señal de AM captada por la antena, la cual es un monopolo cuya longitud es un submúltiplo de la longitud de onda de radio. El preselector El transformador de ferrita cumple una segunda función cuando se le coloca un capacitor variable en paralelo con el bobinado secundario. Laconsecuencia de agregar este capacitor es que se logra un transformador sintonizado para dejar pasar una banda estrecha de frecuencias. La figura 6 ilustra el diagrama de circuito correspondiente a la antena y al preselector.

11 11 Figura 6. Circuito preselector de antena.. El amplificador de RF para acoplar el preselector El diagrama a bloques de la figura 7.a ilustra las primeras etapas de un circuito receptor teórico. Ahora bien, considere que el secundario de la antena de ferrita es una fuente de voltaje con una impedancia en serie como de. Si esta fuente de voltaje se conecta al circuito demodulador tal como se ve en la figura 7.a, toda la señal del secundario de la antena se disipará en su propia resistencia. Una forma de lograr el acoplamiento del secundario de la antena es intercalando un amplificador de alta impedancia de entrada y baja impedancia de salida entre el preselector y el circuito demodulador: vea la figura 7.b. Este amplificador debe tener entrada FET ya que este tipo de transistor, a diferencia del TBJ, si provee la alta impedancia de entrada que se requiere.

12 12 Figura 7. Primeras etapas de un circuito de comunicaciones. Bibliografía [Tomasi] [Frenzel] [Paynter] [Hsu] [Malvino] [Boylestad] Tomasi; Wayne, "Sistemas de Comunicaciones Electrónicas", Prentice Hall Frenzel; Louis E., "Sistemas Electrónicos de Comunicaciones", Alfaomega Paynter; Robert T., "Introductory Electronic Devices and Circuits (conventional flow versión)", Pearson, 7a edición Hsu; Hwei P., "Análisis de Fourier", Prentice Hall Malvino; Albert, "Principios de eletrónica" McGraw Hill, 7a edición Boylestad; Robert L., "Electrónica : Teoría de circuitos", Pearson-Prentice Hall, 8a edición [Lathi] Lathi; B.P. Applets sobre antenas