Facultad: Ingeniería Escuela: Electrónica Asignatura: Sistemas de comunicación I Tema: Modulación de Amplitud Segunda Parte.

1 Facultad: Ingeniería Escuela: Electrónica Asignatura: Sistemas de comunicación I Tema: Modulación de Amplitud Segunda Parte. Objetivos Medir el porcentaje de modulación de una señal de AM. Medir y constatar la relación entre potencia de portadora y bandas laterales en un sistema de AM. Equipos y materiales Generador de ruido Módulo de filtro de audio Generador de funciones Analizador espectral Voltímetro RMS / VATÍMETRO Introducción teórica Porcentaje de modulación Tal como se comprobó en la práctica anterior, al incrementar o decrementar la amplitud de la señal de mensaje, los picos y valles de la envolvente de la señal de AM se vuelven mayores o menores, respectivamente. Esto corresponde a cambiar el porcentaje de modulación, que es el término usado cuando el índice de modulación m se expresa como porcentaje. El porcentaje de modulación es igual a m multiplicado por 100%. El índice de modulación es un parámetro importante en AM. Se define como la razón entre la amplitud de la señal de mensaje y de la portadora antes de ser modulada. El índice de modulación de AM se mide utilizando como señal de mensaje un tono sinusoidal puro. Indice de modulacion de AM = amplitud pico de la señal de mensaje amplitud pico de la portadora no modulada Ec. 1 % de modulación=m 100 % Ec. 2 La Fig. 1 muestra cómo se define y mide el índice de modulación. En ella aparece una señal sinusoidal de mensaje con una amplitud pico de 200mV, mientras que la amplitud de la portadora no modulada es de 600mV. Por lo tanto, el índice de modulación es modulación es 1 1 100 %=33 % 3 3 0.2 1 = 0.6 3 y el porcentaje de

2 Señal moduladora [200mV] Portadora [600mV] Fig. 1 Índice de modulación de AM NOTA: La señal de mensaje usualmente pasa a través de una combinación de amplificadores, filtros y otros circuitos a la entrada de un transmisor AM. Esto significa que la amplitud de la señal de mensaje que realmente afecta a la portadora sin modular no es la misma que el valor a la entrada, y el índice de modulación calculado con dicho valor será incorrecto. En la práctica, el índice de modulación se determina directamente de la señal de AM. El índice de modulación se puede determinar de la forma de onda de AM tal como se muestra en la Fig. 1 Las medidas de A y B se efectúan con un osciloscopio, y luego se utiliza la ecuación: m= A B A B Ec. 3 En el caso particular de la figura, A = 7.6 divisiones y B = 3.8 divisiones. Por tanto, m= 7.6 3.8 3.8 1 = = tal como antes. 7.6 3.8 11.4 3 Existen otros dos métodos para determinar el índice de modulación de una señal de AM. Para el primero de ellos, el osciloscopio se coloca en modo de operación XY y la señal de mensaje se conecta a la entrada X. La señal modulada se conecta a la entrada Y, y se obtiene un patrón trapezoidal, como el que se muestra en la Fig. 2.

3 Figura 2. Método trapezoidal para determinar el índice de modulación. Luego se mide A y B y se calcula el índice de modulación, utilizando la misma ecuación que antes. En el segundo método, se utiliza un analizador espectral para determinar el índice de modulación. En este caso, la diferencia (delta) entre la potencia de la portadora y la de la banda lateral corresponde a un índice de modulación dado. Por ejemplo, en la Figura 3, es 7.5 db. Usando la gráfica de la Fig. 4, puede determinarse que esto corresponde a un índice de modulación de 0.84. El índice de modulación de 1 / 3 usado en los ejemplos anteriores corresponde a una diferencia de cerca de 15.5 db. Δ = 7.5 db LSB Portadora USB Fig 3. Diferencia entre la potencia de la portadora y la de la banda lateral. Potencia de portadora y de banda lateral Al variar el índice de modulación, el nivel de potencia de las bandas laterales cambia, mientras que la potencia de la portadora permanece constante. Dado que la información útil contenida en la señal de RF se encuentra en las bandas laterales, es deseable maximizar sus niveles de potencia. Sin embargo, en AM, el índice de modulación no debe ser mayor que 1 o se producirá distorsión o interferencia. La potencia total (PT) en una señal de AM es la suma de la potencia de la portadora (P C), y la potencia de las bandas superior e inferior (PLSB + PUSB). En forma de ecuación, PT = PC + PSB, donde PSB = PLSB + PUSB. Para señales de AM, la potencia de las bandas laterales superior e inferior son iguales. La fracción de la potencia total que contienen las bandas laterales es una medida de la eficiencia de transmisión (μ). En forma de ecuación, esto puede ser expresado como μ = PSB / PT. Dado que PSB está directamente relacionada con el índice de modulación (m), la razón P SB / PT, y la eficiencia teórica, pueden determinarse por medio del índice de modulación usando la siguiente ecuación.

4 Fig 4. Medición del índice de modulación con un analizador de espectros. μ= P m2 = SB 2 PT 2 m Ec. 4 Debido a la limitación del índice de modulación, la comunicación en AM no es muy eficiente en lo que se refiere a la utilización de potencia. A la eficiencia máxima, dos tercios de la potencia de salida se desperdicia en la portadora, la cual no contiene ninguna información. Esto, sin embargo, se ve compensado por el hecho de que se alcanza una gran audiencia y se pueden utilizar receptores relativamente simples para demodular las señales de AM.

5 Procedimiento PARTE 1: Porcentaje de modulación 1. Ajuste los controles del canal A del Generador Doble de Funciones: FUNCIÓN RANGO DE FRECUENCIA FRECUENCIA ATENUADOR NIVEL DE SALIDA En el Generador AM/DBL/BLU NIVEL DE PORTADORA GANANCIA RF (amp A2) SINTONÍA RF :Sinusoidal :100kHz :10kHz :20dB :1 4 de vuelta (sentido horario) :posición MÁX :posición MÁX :1100kHz Mida la amplitud pico a pico de la portadora (salida AM/DBL) y de la señal moduladora (Salida generador) Determine el porcentaje de modulación para la señal de AM. 2. Conectar la señal moduladora con la ENTRADA DE AUDIO del Generador AM. Ajuste los controles del osciloscopio para obtener la mayor área posible de visualización y dibuje la forma de onda de AM resultante. Mida A y B, tal como se muestra en la Fig 1. Determine el índice de modulación y el porcentaje de modulación. Compare este resultado con el obtenido en el paso 1 Debe resultar cerca de 2.2 veces mayor porque la señal moduladora ha experimentado la transformación de la señal antes de afectar a la portadora. 3. Coloque el osciloscopio en modo X-Y para obtener un patrón trapezoidal como en la Fig 2. Ajuste los controles del osciloscopio para obtener la mayor área de visualización utilizable. Mida A y B. Determine el porcentaje de modulación. Compare el resultado con el obtenido en el paso 2. 4. Use el patrón trapezoidal para obtener porcentajes de modulación de 20, 33 y 75% variando el nivel de la señal moduladora. Anote los valores de A y B. 5. Gire la GANANCIA RF (amp A2) del Generador AM/DBL/BLU hasta 1 2 de vuelta (sentido horario) y conecte la salida AM/ DBL a la ENTRADA del Analizador de Espectros. Utilice los controles de SINTONÍA del Analizador Espectral para colocar la frecuencia de 1100kHz en el centro de la pantalla. Determine Δ, la diferencia en db entre la potencia de la portadora y de la banda lateral, tal como se muestra en la Fig 3. Utilice la Fig 4 para determinar el porcentaje de modulación. Cómo se compara este resultado con el valor de 75% visto en el paso 4? 6. Varíe la amplitud de la señal moduladora para obtener dos valores intermedios entre 20 y 70% del índice de modulación. Mide y anote los valores de Δ, y determine el índice de modulación usando la Fig 4. 7. Gire el control NIVEL DE SALIDA del Canal A al máximo. Con esto está sobre modulando la señal de AM (el índice de modulación es mayor que 1). Hale la perilla de NIVEL DE PORTADORA del Generador

6 AM/DBL/BLU a la posición de SOBREMODULACIÓN NO LINEAL. Qué pasa en la pantalla del Analizador de Espectros? 8. Varíe el control NIVEL DE SALIDA del Canal A entre la posición mínima y máxima varias veces, de manera que el índice de modulación varíe por encima y por abajo de 1. Describa qué ocurre. 9. Conecte la salida AM/DBL del Generador AM al osciloscopio. Gire el control de GANANCIA RF (amp A2) al máximo. Ajuste los controles del osciloscopio para observar la forma de onda de AM y repita el paso 8. Describa qué ocurre. 10. Presione la perilla NIVEL DE PORTADORA hacia la posición SOBREMODULACIÓN LINEAL. Repita el paso 8 y compare los resultados con los obtenidos en el paso 10. 11. Conecte la señal moduladora al canal 1 del osciloscopio y colóquelo en modo X-Y para obtener el patrón trapezoidal. Ajuste los controles del osciloscopio para centrar la figura. Varíe el índice de modulación arriba y abajo de 1 como en el paso 8. Describa qué ocurre. Dibuje el patrón trapezoidal obtenido cuando el índice de modulación es mayor que 1. Sobre module la señal de AM de manera que el triángulo pequeño en el lado derecho se vea claramente. Qué le ocurre al triángulo pequeño de la derecha cuando la perilla de NIVEL DE PORTADORA se hala hacia la posición de SOBREMODULACIÓN NO LINEAL? PARTE 2:Potencia de portadora y de banda lateral 1. Ajuste los controles del canal A del Generador Doble de Funciones a: FUNCIÓN RANGO DE FRECUENCIA FRECUENCIA ATENUADOR Perilla NIVEL DE SALIDA : Onda seno : 100kHz : 10kHz : 20dB : 1 4 de vuelta (sentido horario) En el Generador AM/DBL/BLU: NIVEL DE PORTADORA :posición MÁX GANANCIA RF (amp A2) :1 4 de vuelta (sentido horario) SINTONÍA RF :1100kHz 2. conecte la salida AM/DBL del Generador AM/DBL/BLU al canal 2 del osciloscopio. Conectar la onda sinusoidal de 10kHz al canal 1 del osciloscopio y a la ENTRADA DE AUDIO del Generador AM/DBL/BLU. Coloque el osciloscopio en modo X-Y para usar el método trapezoidal de medición del índice de modulación. 3. Fije el índice de modulación a 0.50 por medio del ajuste del control de NIVEL DE SALIDA (canal A) en el Generador Doble de Funciones para obtener los valores deseados de A y B. Use los valores obtenidos. Cuando el índice de modulación ha sido ajustado al valor correcto, desconecte temporalmente la señal de 10kHz de la ENTRADA DE AUDIO en el Generador AM y conéctela al Voltímetro RMS / VATÍMETRO. Mida el valor del voltaje RMS (VAUDIO) correspondiente al índice de modulación. Anote el valor en la Tabla 1.

7 4. Desconecte la señal de audio del vatímetro y conéctela de nuevo a la ENTRADA DE AUDIO del Generador AM. Reajuste la amplitud de la señal moduladora para obtener un índice de modulación de 0.75 y repita el paso 3. Repita el procedimiento para un índice de modulación de 1.00. Con el Voltímetro RMS / VATIMETRO mm μμ 2 PSB /PT * VAUDIO PC (sin modular) PAM (modulada) Con el Analizador de Espectros PT=Pc+PSB m /2+ m2 % Vrms dbm mw dbm mw dbm mw 2 3 4 5 6 7 8 9 10 P PLSB C PUSB dbm mw dbm mw dbm mw 0.50 0.75 1.00 1 11 12 13 14 15 16 Tabla 1. Medidas de potencia para diferentes valores de m * P SB P AM P C = PT P AM P T =P C P LSB P USB (en mw) para las columnas 12, 14 y 16. (en mw) para columnas de la 6 a la 8. 5. Realice las siguientes conexiones y ajustes a) Conecte la salida AM/DBL del generador AM al Voltímetro RMS/VATÍMETRO y al Analizador de Espectros. b) Desconecte la señal de ENTRADA DE AUDIO en el generador de AM c) Ajuste la GANANCIA RF (amp A2) a -10dBm para P C (sin modular) en el Voltímetro RMS/VATIMETRO MODO dbm. Anote el valor de PC (sin modular) en la Tabla 1 d) NO REAJUSTE el control de GANANCIA RF hasta el final del ejercicio. e) Verifique que el índice de modulación aún es igual a 1.00 midiendo el voltaje de la señal de 10kHz con el Voltímetro RMS/VATÍMETRO. De ser necesario, ajuste el voltaje al valor anotado anteriormente en la Tabla 1 para obtener m = 1.00. f) Cuando el índice de modulación ha sido ajustado al valor requerido, reconecte la señal de 10kHz a la ENTRADA DE AUDIO del generador AM. Use el Voltímetro RMS/VATÍMETRO para medir la potencia en dbm de la señal de AM a la salida del generador AM. Anote el valor de PAM (modulada) en la Tabla 1. g) Con el Analizador de Espectros mida los valores de P C, PLSB y PUSB tal como aparecen en el analizador espectral. Anote los resultados en la Tabla 1. 6. Use el Voltímetro RMS/VATÍMETRO y los valores de VAUDIO anotados previamente en la Tabla 1 para fijar m = 0.75, y repita los pasos (e) y (f). Haga lo mismo para m = 0.50. 7. Utilice la Fig 5 al final de la guía para convertir los valores dbm de la Tabla 1 a mw. En dicha figura se muestra un ejemplo de conversión de 27dBm a 0.01V y 0.002mW. Complete la Tabla 1. Compare los valores teóricos y medidos de la eficiencia de transmisión μ para los tres casos (columnas 2 y 3 de la Tabla 1). Compare los valores de PAM y PT para los tres casos (columnas 7 y 9 de la Tabla 1). Compare las potencias de banda lateral obtenidas con el Voltímetro RMS/VATÍMETRO con los correspondientes obtenidos usando el Analizador de Espectros. Use sólo valores dbm para la comparación. 8. Gire todos los controles de NIVEL DE SALIDA y GANANCIA a la posición MÍN. Coloque todos los interruptores en la posición de apagado y desconecte todos los cables.

8 Fig 5 Conversión de dbm a mw y voltaje RMS.

Análisis de resultados Presente las preguntas, respuestas, explicaciones, mediciones, comentarios y oscilogramas solicitados a lo largo del procedimiento. Investigación complementaria Investigue sobre el proceso de demodulación de la señal de AM DBL y BLU. 9

10 Facultad: Ingeniería Escuela: Electrónica Asignatura: Sistemas de comunicación I Guia 4: Modulación de Amplitud - Segunda Parte. Alumno: Docente: GL: Fecha: EVALUACIÓN % CONOCIMIENTO 1-4 5-7 8-10 Explica parcialmente la diferencia entre los tipos de sobre modulación o su efecto sobre la composición espectral de la señal. Explica claramente los conceptos mencionados. 25 Explica deficientemente la diferencia entre la sobre modulación lineal y la no lineal y su efecto sobre la composición espectral de la señal. 35 No obtiene los resultados correctos en la primera parte, o tiene demasiados errores en los mismos. Mide correctamente el índice de modulación para un método solamente (amplitudes o trapezoidal). Mide correctamente el índice de modulación para ambos métodos. 35 No determina correctamente las relaciones entre potencia de portadora y mensaje en la tabla 1. Determina las correctamente sólo algunas relaciones, presentando algunos errores. Determina correctamente las relaciones solicitadas, llenando la tabla 1 acordemente. Es un observador pasivo. Participa ocasionalmente o lo hace constantemente pero sin coordinarse con su compañero. Participa propositiva e integralmente en toda la práctica. Es ordenado pero Hace un uso APLICACIÓN DEL CONOCIMIENTO ACTITUD 2.5 2.5 Hace un manejo Nota

no hace un uso adecuado de los recursos. TOTAL 100 adecuado de los recursos, respeta las pautas de seguridad, pero es desordenado. responsable y adecuado de los recursos conforme a pautas de seguridad e higiene. 11