El objeto del presente trabajo práctico es:
- Analizar las características del receptor de FM y comprender los principios de la demodulación.
- Analizar las mejoras que se pueden introducir al proceso de la demodulación para recuperar la señal del mensaje con la más baja distorsión armónica.
- Investigar una solución técnica de un sistema receptor de FM comercial.
- A partir de la simulación con software aplicado analizar el proceso de demodulación de un detector de cuadratura
- Extraer conclusiones analizando las aplicaciones de sistemas de demodulación angular.
- Multisim (versión 7).
- Mathcad
1. Investigar y analizar una solución comercial de un sistema receptor de FM SUPERHETERODINO Estéreo, de doble conversión que trabaja en la banda Broadcasting.
Buscar algún circuito del receptor realizando el siguiente análisis técnico:
a) Dibuje el diagrama en bloques del receptor suponiendo que se utiliza un detector de cuadratura.
b)Dibujar el circuito esquemático marcando cada uno de los bloques.
c) Características funcionales más importantes de cada bloque que forma el sistema.
Tensión de alimentación 9 a 12 Volts
Consumo máximo 200 mA
Banda de frecuencia 88 - 108 mHz (para este circuito)
Frecuencia intermedia 70 kHz
Sensibilidad 6 mV
Los receptores superheterodinos mezclan o heterodinan una frecuencia generada en un oscilador local (Fosc), contenido en el receptor, con la señal entrante en antena (Fant).
De esta heterodinación resultan dos frecuencias: una superior (Fant + Fosc) y otra inferior (Fant - Fosc) a la frecuencia entrante. Una de ellas, normalmente la inferior, es elegida como FI (frecuencia intermedia), filtrada con un filtro de alto factor Q, amplificada y posteriormente detectada o demodulada para obtener la audiofrecuencia que se oirá, después de convenientemente amplificada, a través de un altavoz.
d) Recomendaciones a tener en cuenta en el proceso de diseño e industrialización.Una recomendacion importante a tener en cuenta es la de separar la parte de potencia, la que amplifica la señal demodulada, con la parte de domodulacion para no mezclar el audio con la señal que recibe la antena.
e) Especificaciones finales del sistema.
2. Se sintoniza una emisora cuya frecuencia de portadora está en 104,2 MHz. Determinar la frecuencia de trabajo del oscilador local suponiendo que la primera conversión se efectúa a 10,7MHz.
fosc=104.2MHz + 10,7MHz
fosc= 114.9MHz
3. Si la segunda conversión se efectúa a una frecuencia de 455 KHz ¿Cuál será la frecuencia de trabajo del oscilador local? ¿Cuáles serían las posibles frecuencias imágenes?
En la segunda conversion no se presentan frecuencias imagenes.
4. Si el receptor tuviese una etapa de audio estéreo, partiendo de la señal de transmisión explique cómo podría obtener la información del canal derecho y la del canal izquierdo. Dibuje el decodificador de FM estéreo.
5. A continuación analizaremos el circuito detector de cuadratura:En primer lugar analizaremos la respuesta en frecuencia del detector de fase del detector de cuadratura, por lo tanto dibujaremos el circuito de la figura 2, y utilizando el instrumento Bode Plotter realizaremos una representación de la respuesta en frecuencia de la ganancia y la fase.
6. Utilizando el multisim dibuje el circuito de la fig. 3 demodulador FM
a). Introduzca una señal modulada en FM con las siguientes características amplitud de la portadora 250 mV, frecuencia 455 KHz, índice de modulación mf=1, frecuencia modulante 5KHz.
b). Exprese matemáticamente la señal modulada y utilizando Mathcad grafique el espectro en frecuencia de las bandas laterales significativas.
7. Realice la representación en el dominio del tiempo de la señal de entrada y de salida del filtro pasa bajo de salida.
a) Graficar utilizando el programa Grapher la señal del osciloscopio de entrada del filtro pasa bajo. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizadas en la medición.
b) Graficar utilizando el programa Grapher la señal del osciloscopio de salida del filtro pasa bajo. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizadas en la medición.
8. En este punto analizaremos los resultados del proceso de la demodulación.
a) Mediante la utilización de software aplicado realizaremos el análisis de Fourier de la señal de salida, para comprobar el contenido armónico de la distorsión en la señal demodulada. Para ello elegiremos en la barra de herramientas del Mutisim el menú Simulate analyses, Fourier Análisis.
b) Calcular el valor de distorsión armónica THD.
9. Escriba la expresión matemática de la señal en la carga y realice una descripción del funcionamiento del circuito, justificando matemáticamente el proceso de la demodulación.
Un demodulador de FM en cuadratura (a veces llamado un detector de coincidencia) extrae la señal de informacion original, de la forma de onda de IF compuesta, multiplicando a dos señales en cuadratura (90° y un detector de producto para demodular las señales de FM. El desplazador de fase de 90° produce una señal que esta en cuadratura con las señales de IF recibidas. El circuito sintonizado convierte las variaciones de fase y el detector de producto multiplica las señales de IF recibidas por la señal de IF desplazadas en fase.El voltaje de salida del detector de producto es proporcional a la diferencia de fase entre las dos señales de entrada y se expresa matematicamente como:
Sustituyendo en la identidad trigonometrica para el producto de una onda seno y coseno de igual frecuencia nos da:
La segunda armonica se filtra dejando:
10. Redacte las conclusiones finales del TP haciendo una síntesis sobre los resultados obtenidos en el mismo.
En este trabajo practico pudimos observar los tipos de receptores y pudimos comprobar mediante la practica la eficiencia del receptor para recuperar el mensaje.
Los receptores que se utilizan para las señales de modulación angular son muy similares a los que se usan para la recepción de AM o SSB convencional, excepto por el método utilizado para extraer la información de audio de la forma de onda de FI compuesta.
La desviación de frecuencia y de fase pueden darse con cualquier sistema de modulación angular, debido a eso las señales de FM pueden ser demoduladas por los receptores de PM, y las de PM por los de FM.
La desviación de fase en la entrada de los receptores FM es directamente proporcional a la tensión de audio a la salida.
A medida que crece el índice de modulación, la potencia de la portadora disminuye
haciendo que la potencia de las bandas laterales crezcan.
Ademas, vimos que una ventaja de estos receptores es que tienen un mejor control del ruido. Ya que con los receptores de modulacion angular las variaciones de amplitud causadas por el ruido pueden eliminarse de la forma de onda compuesta simplemente limitando, los picos de la envolvente antes de la dirección.
