MODULADOR BALANCEADO PROYECTO FINAL COMUNICACION Y ELECTRONICA Este proyecto analizará los comportamientos de un Modulador Balanceado en sus diferentes amplitudes como Modulador de Doble Banda Lateral, Modulador de AM y Demodulador. JOSE ALFREDO MARTINEZ PEREZ MAURICIO QUINTERO ORDOÑEZ ISEI INGENIERIA EN SISTEMAS ELECTRONICOS INDUSTRIALES
MODULADOR BALANCEADO Es un dispositivo que toma la señal original que tiene dos bandas laterales y una señal portadora, y la modulada para que únicamente la señal de una banda lateral esté presente en la salida del modulador balanceado. Esto crea una señal balanceada, puesto que hay menos ruido debido a que la señal portadora ha sido eliminada La señal AM se envía originalmente con una señal portadora en forma de onda. La onda posteriormente es modulada o cambiada mediante una señal de audio que también tiene la forma de una onda. Esto produce una señal que tiene la señal portadora original más dos bandas, una encima de la señal original y una debajo. Éstas se llaman bandas laterales y son copias exactas una de la otra. Una señal así se llama señal de modulación de doble banda lateral (DSB-AM). Las bandas laterales, debido a que fueron modificadas por la onda de audio que las originó, son las señales responsables de portar la información que se va a transmitir. Una vez modulada, la señal portadora no sirve para ningún propósito práctico, y únicamente muestra que una señal está siendo enviada. En contraste, utiliza más grandes cantidades de energía que ambas señales de banda lateral, y crea una señal menos clara. Para remediar, o modular, esta situación, se usa un modulador balanceado. El modulador balanceado elimina o suprime la señal portadora, y únicamente las dos señales de banda lateral permanecen. La modulación de la amplitud es una forma para que la señal sea transmitida hacia grandes distancias. Es la señal más comúnmente modificada para su uso en un modulador balanceado. Saber cómo funciona demostrará cómo funciona un modulador balanceado. Para nuestro propósito se usará el circuito integrado MC1496. Y se simulará con la configuración que se muestra a la izquierda.
A lo que implementaremos y simularemos el siguiente circuito. Una vez sabiendo las respuestas analizaremos el circuito como modulador de doble banda lateral (dsb). Conectar a la entrada de portadora una señal de fc = 500 khz con una amplitud de 60 mvrms en la entrada de señal moduladora se conectará el generador de funciones con una salida senoidal de fs=30 khz. variar la amplitud de la señal moduladora desde 100mv (rms) hasta 600 mv (rms). Observar la salida con el osciloscopio y el analizador de espectros. Anotar los niveles de la portadora, suprimir la portadora lo máximo que se pueda girando el potenciómetro en cada una de las tensiones de la señal moduladora. Anotar igualmente los niveles de las bandas laterales.
Núm Voltaje 1er 2da 3er 4ta [mvrms] Portadora Banda Lateral Banda Lateral Banda Lateral Banda Lateral 1 100 14.34V 287.65mV 272.36mV 41.63mV 9.18mV 2 125 15.56V 327.18mV 316.34mV 63.15mV 30.15mV 3 150 14.77V 590.01mV 511.56mV 133.23mV 22.75mV 4 175 16.41V 934.45mV 403.75mV 540.34mV 201.10mV 5 200 15.23V 845.66mV 378.45mV 234.12mV 123.23mV 6 225 14.38V 345.45mV 210.12mV 102.23mV 96.72mV 7 250 14.87V 239.10mV 302.34mV 180.92mV 178.32mV 8 275 16.01V 492.83mV 100.64mV 98.27mV 85.92mV 9 300 15.45V 381.85mV 35.71mV 59.98mV 114.02mV 10 325 16.59V 410.23mV 321.60mV 162.05mV 96.11mV 11 350 16.20V 662.99mV 100.10mV 29.71mV 19.88mV 12 375 16.45V 226.66mV 201.03mV 112.02mV 99.51mV 13 400 15.98V 332.84mV 78.91mV 61.52mV 101.87mV 14 425 16.76V 519.66mV 231.18mV 100.30mV 21.10mV 15 450 16.12V 934.26mV 883.04mv 593.71mV 132.88mV 16 475 16.34V 54.94mV 21.34mV 171.99mV 23.81mV 17 500 16.01V 23.89mV 99.12mV 204.45mV 22.22mV
18 525 15.04V 602.47mV 984.77mV 73.93mV 88.51mV 19 550 16.77V 671.66mV 774.71mV 14.56mV 101.32mV 20 575 16.88V 12.67mV 111.62mV 53.02mV 192.77mV 21 600 16.16V 567.34mV 934.47mV 45.69mV 102.22mV Por lo que observamos que la portadora se estabiliza mientras que las bandas laterales son cada vez más inestables y tienden a desaparecer. Núm Voltaje 1er 2da 3er 4ta [mvrms] Portadora Banda Lateral Banda Lateral Banda Lateral Banda Lateral 1 100 14.34V 287.65mV 272.36mV 41.63mV 9.18mV 5 200 15.23V 845.66mV 378.45mV 234.12mV 123.23mV 9 300 15.45V 381.85mV 35.71mV 59.98mV 114.02mV 13 400 15.98V 332.84mV 78.91mV 61.52mV 101.87mV 17 500 16.01V 23.89mV 99.12mV 204.45mV 22.22mV 21 600 16.16V 567.34mV 934.47mV 45.69mV 102.22mV Contrastando con la gráfica del proveedor Vemos que la gráfica corresponde a los valores que nos proporciona el proveedor al menos en una de las bandas laterales. Manteniendo el nivel de señal moduladora en 300 mvrms, variar el nivel de la señal de portadora entre 10 y 300 mvrms. Anotar de nuevo el nivel de supresión de portadora para cada tensión. Repetir la medida para una frecuencia fc=10 Mhz en vez de los 500 khz. Explicar las diferencias existentes entre este caso y el anterior. Los resultados deberían ser similares a los mostrados en la tabla.
El carrier es independiente del nivel de señal, VS. Por lo tanto la supresión de la portadora se puede maximizar mediante una operación con grandes niveles de señal. Sin embargo, un modo de funcionamiento lineal se debe mantener en el par de transistores de entrada de señal o se generarán armónicos de la señal de modulación y aparecer en la salida del dispositivo como bandas laterales espurias de la portadora suprimida. Este requisito coloca un límite superior en amplitud la señal de entrada. La supresión de la portadora es muy dependiente de la entrada del nivel de la portadora, ya que un valor bajo de la portadora hace que no encienda completamente los dispositivos de conmutación superiores, y los resultados en menor ganancia de la señal por lo tanto la supresión de portadora es más bajo. Es mayor con resultados óptimos de los niveles de soporte en el dispositivo innecesario y el feedthrough soporte de circuito, que de nuevo no genera la figura de supresión. El MC1496 se ha caracterizado con una señal de entrada de la portadora sinusoidal 60 mvrms. Este nivel proporciona supresión de la portadora óptima en frecuencias para las portadoras en la proximidad de 500 khz, y se recomienda generalmente para aplicaciones modulador equilibrado.
Banda Lateral Armónica Supresión frente a la entrada de señal Nivel En las medidas anteriores habrá observado la presencia de productos de intermodulación en la salida, sobre todo cuando los niveles de las señales moduladoras y portadoras son suficientemente elevados. Para una frecuencia fc =10 Mhz y una moduladora de fs = 30 Khz mida los niveles absolutos en mvrms y relativos en db respecto del nivel de las bandas laterales en las frecuencias fc±fs de las componentes en fc±2fs, fc±3fs, 2fc, 3c. El Feedthrough Carrier es independiente del nivel de señal, Vs. Por lo tanto supresión de la portadora se puede maximizar mediante operativo con grandes niveles de señal. Sin embargo, un modo de funcionamiento lineal se debe mantener en el par de transistores de entrada de señal o se generarán armónicos de la señal de modulación y aparecer en la salida del dispositivo como bandas laterales espurias de la portadora suprimida. Este requisito coloca un límite superior en amplitud la señal de entrada. Fc±2Fs - (20.00) 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 (40.00) (60.00) (80.00) (73.56) (72.44) (70.67) (68.19) (63.70) (57.55) (52.82) (41.72)
Donde a la hora de graficar las respuestas y compararlas con la gráfica que nos da el proveedor el resultado es muy similar. Fc±3Fs - (20.00) (40.00) (60.00) 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 (28.38) (20.99) (42.51) (38.94) (51.87) (55.96) (61.27) (60.64) (80.00) En el siguiente circuito trataremos de eliminar al máximo la portadora, para hacer esto hay que cambiar las resistencias de 10k que están en los pines 1 y 4 y sustituirlas por resistencias de 750 ohms como se muestra en la siguiente figura
Generar una señal de 955khz de 100mVrms con un tono de 20khz y un m= 50% y observaremos la señal con un osciloscopio en modo FFT. Vc= 100 (2) Vc= 200 por lo tanto el voltaje de la portadora es 200 En esta señal en modo FFT podemos ver que aparece una señal horizontal pues tiene un comportamiento lineal. En esta señal podemos comparar la frecuencia de salida y de las amplitudes de la señal modulante que es la morada y la portadora que es la verde se nota a simple vista que la frecuencia de la portadora es mas alta y efectivamente es de 955khz vs 20khz Utilizar el siguiente circuito como demodulador
CIRCUITO DEMODULADOR Generar una señal de 995khz de 300mVrms modulada (AM) con un tono de 20khz y m =50r. En esta figura podemos ver la frecuencia de la señal portadora que es de 955khz. Graficas con frecuencias de Espuria En la figura de abajo podemos observar la frecuencia del canal 4 que pertenece a la señal modulante y es de 955khz es decir si son iguales las frecuencias de la modulante y la portadora
Conclusiones En base a la práctica realizada nos damos cuenta que los cálculos realizados pertenecen a altas frecuencias, sin embargo pueden ser registradas con facilidad en el osciloscopio, así también se requiere al conocimientos de la función FFT para observar el comportamiento real, justificando la opción de modulación, portadora y espurias. La continuación de las implicaciones al observar las gráficas y como se pueden variar las amplitudes y las frecuencias se logran los comportamientos diferentes. Se pudo comprobar que el circuito integradonmc1496 efectivamente es un circuito que funciona para poder modular una señal de AM, ya que pudimos cotejar la señal modulada del la simulación con el Multisim y con la señal modulada real en el osciloscopio y efectivamente en los dos casos obtuvimos una señal modulada. VIDEOS DISPONIBLES DE LOS RESULTADOS https://youtu.be/aivwkdf2nvc https://youtu.be/kwj7zu263pu