Post on 22-Oct-2015
ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZOFACULTAD DE INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRÓNICA EN TELECOMUNICACIONES Y REDES
COMUNICACIONES I
TEMA:
MODULADOR Y DEMODULADOR FM
INTEGRANTES:
NOMBRE(S): CODIGO(S):Franklin López 129Ángel Ortega 128Alex Segura 246188Jairo Arce 9Cristian Colala 165
DOCENTE:
Neiser Ortiz
Riobamba - Ecuador
TEMA:
Implementación de un sistema modulador y demodulador FM
INTRODUCCION:
Este tipo de modulación, es el proceso en el que la señal moduladora modifica el valor
instantáneo de la frecuencia de la señal portadora; variando la frecuencia de la
portadora de amplitud constante directamente proporcional, a la amplitud de la señal
modulante, con una relación igual a la frecuencia de la señal modulante.
En la modulación de frecuencia la máxima desviación de frecuencia (cambio en la
frecuencia que ocurre en la portadora) ocurre durante los máximos puntos negativos y
positivos de la señal modulante, es decir, la desviación de frecuencia es proporcional a
la amplitud de la señal modulante. Por parte de la demodulación, desde el desarrollo
de los circuitos integrados lineales, la demodulación FM puede lograrse muy
fácilmente con un circuito de fase cerrada; su operación es muy sencilla, la señal de la
portadora se suma con la señal que lleva la información dando como resultado la
modulación por frecuencia.
OBJETIVOS
Objetivo General
Implementar un circuito que nos permita realizar el proceso de modulación FM,
y luego recuperara la señal de información.
Objetivos Específicos
Investigar sobre el proceso de demodulación y demodulación FM.
Implementar el circuito tanto demodulador como modulador FM.
Comprobar los resultados u ondas obtenidas con un osciloscopio.
MARCO TEORICO
Modulador FM.- La modulación de frecuencia consiste en variar la frecuencia de la
onda portadora de acuerdo con la intensidad de la onda de información. La amplitud
de la onda modulada es constante e igual que la de la onda portadora.
A) onda portadora. B) onda moduladora. C) onda modulada.
La frecuencia de la portadora oscila más o menos rápidamente, según la onda
moduladora, esto es, si aplicamos una moduladora de 100 Hz , la onda modulada se
desplaza arriba y abajo cien veces en un segundo respecto de su frecuencia central ,
que es la portadora; además el grado de esta variación dependerá del volumen con
que modulemos la portadora, a lo que denominamos “índice de modulación”.
Debido a que los ruidos o interferencias alteran la amplitud de la onda, no afecta a la
información transmitida en FM, puesto que la información se extrae de la variación de
frecuencia y no de la amplitud, que es constante.
Como consecuencia de estas características de modulación podemos observar cómo
la calidad de sonido o imagen es mayor cuando modulamos en frecuencia que cuando
lo hacemos en amplitud.
Las emisoras de FM pueden trabajar en bandas de frecuencias muy altas, en las que
las interferencias en AM son importantes; las estaciones o emisoras comerciales de
radio FM tienen frecuencias entre 88 y 108 Mhz. El alcance en estas bandas está
limitado para que pueda haber emisoras de la misma frecuencia situadas a unos
cientos de kilómetros sin que se interfieran entre ellas.
La frecuencia modulada es usada comúnmente en las radiofrecuencias de muy alta
frecuencia por la alta fidelidad de la radiodifusión de la música y el habla. El sonido de
la televisión analógica también es difundido por medio de FM. Un formulario de banda
estrecha se utiliza para comunicaciones de voz en la radio comercial y en las
configuraciones de aficionados. El tipo usado en la radiodifusión FM es generalmente
llamado amplia-FM o W-FM. En la radio de dos vías, la banda estrecha o N-FM (de la
siglas en inglés "Narrow-FM") es utilizada para ahorrar banda estrecha. Además, se
utiliza para enviar señales al espacio.
DESARROLLO:
En esta proyecto se realizará el montaje de un circuito generador de onda cuadrada
controlada en frecuencia (VCO) basado en el C.I. 566.
Con este circuito se podrá modular una señal de entrada en frecuencia.
En una segunda parte se construirá un circuito de enganche de fase (PLL) que se
empleará para demodular la señal.
El diagrama de bloques interno del circuito VCO 566 se muestra en la figura 1.
En una tercera parte, mediante un comparador, se realizará una demodulación FSK de
la señal modulada.
El circuito responde a la estructura general de un generador de formas de onda. Una
fuente de corriente con un valor de intensidad proporcional a la tensión V , e
inversamente proporcional a la resistencia R, carga el condensador C linealmente
hasta que la tensión del condensador llega a un nivel de comparación superior.
Después de esto, el comparador cambia el sentido del generador de corriente
produciéndose la descarga del condensador de la misma manera. Esta descarga se
realiza hasta que la tensión del condensador llega a un nivel inferior de comparación.
En ese momento, la fuente de corriente vuelve a cambiar su polaridad repitiéndose el
ciclo indefinidamente.
La tensión en el condensador, una vez amplificada, sale al exterior por el pin 4. La
tensión a la salida del comparador sale por el pin 3.
Figura 1: Diagrama de bloques del oscilador controlado por tensión 566.
En el circuito de la figura 1, la frecuencia de salida se determina como:
Por tanto, la frecuencia de salida del VCO 566 se puede determinar por la expresión:
V81 es la tensión entre pines8y1.
V51 es la tensión entre los pines5y1.
El diagrama de bloques interno del circuito PLL 565 se muestra en la figura 2.
En este circuito, la frecuencia fundamental del VCO puede programarse mediante la
resistencia R0 y el condensadorC0 de tiempo. La salida del VCO se introduce en el
comparador de fase y se compara con una de las entradas. El resultado de esta
comparación, a través del amplificador, se pasa por un filtro retardador y se actúa
sobre el VCO
Para variar la frecuencia de éste, hasta que las dos señales pines 2 o 3 y pines 4 o 5
estén en fase.
Figura 2: Diagrama de bloques del circuito de enganche de fase (PLL) 565.
Respecto al circuito integrado 565 se puede determinar:
1. Frecuencia de oscilación:
2. Ganancia de la malla:
Ko es la sensibilidad del oscilador (Rad / sV
).
KD sensibilidad del detector de fase (VRad
). La salida del detector de fase
puede observarse en el pin 7.
Vc es la tensión total de alimentación del circuito o diferencia de tensión entre
los pines 10 y 1.
3. Rango de retención: Es el rango de frecuencias en que se mantiene enganchada
la malla tras haber sido enganchada inicialmente.
4. Filtro de malla: Pueden utilizarse dos tipos de filtro:
Filtro de retraso simple. Se realiza conectando un condensador C1 entre los
pines7y10 (entre estos pines existe una resistencia interna de valorR1 = 3.6K.
Este se emplea en aplicaciones de ancho de banda amplio con desviaciones
de frecuencias mayores del10%. El ancho de banda en este caso se determina
por:
Y el factor de amortiguamiento por:
Filtro corrector. Se realiza insertando entre los pines 7 y 10 un condensador C2
en paralelo con una red RC (una resistencia R1 en serie con un condensador
C1). Se emplea en aplicaciones de banda estrecha. Para este filtro, el ancho
de banda se determina por:
Y el factor de amortiguamiento por:
MODULACIÓN FM – LM556
Para poder realizar la modulación por frecuencia es necesario utilizar el LM556 que se
encarga de modular la señal de entrada, para lo cual se realiza el siguiente montaje
Se utilizaron los siguientes elementos:
1 integrado LM- 566.
Resistencias de 3.3 KΩ, 8.2K Ω, 4.7K Ω,(potenciómetro), 5 KΩ
Capacitores de 0.001 ρf, 10.1 µf, 0.01 µf
Para una buena realización del laboratorio es necesario saber las frecuencias tanto de
la portadora como de la señal a modular. Para lo cual modificaremos y mediremos la
señal cuadrada que nos entrega el integrado en pin de salida, ahí sabremos la
frecuencia y la amplitud de la portadora.
Para la señal de entrada (señal de información) se utilizó un generador de señales.
Adecuándolo teniendo en cuenta que esta señal debe ser de menor frecuencia y de
mayor voltaje que la que nos entrega el LM556.
DEMODULACIÓN FM
La red más simple para la demodulación de FM consiste en un diferenciador ideal
seguido de un detector de envolvente. Bajo la suposición de que la entrada al
diferenciador es una onda de FM de amplitud constante (en caso contrario se utiliza un
limitador pasabanda) su salida es una onda modulada en amplitud y frecuencia.
Como la envolvente de la señal modulada es siempre mayor su detección se puede
realizar por detección de envolvente. Para realizar la diferenciación se puede utilizar
un simple amplificador operacional diferenciador o un simple circuito sintonizado. Cuya
respuesta en los lados de la frecuencia de resonancia es aproximadamente lineal.
DEMODULADOR FM–LM565
Para poder realizar la demodulación o recuperación de la señal original es necesario
utilizar el integrado LM565 con la siguiente configuración.
Los elementos utilizados fueron los siguientes:
1 integrado LM-565
2 Resistencias 0.68K Ω(RF),
Potenciómetros de 5 K
Condensador 0.1µf, 0.001µf(c1), 1 µf(F), 0.1 µf
1 Amplificador LM324
La función del demodulador es recuperar la señal de información original. Este circuito
es dependiente de la frecuencia que produce un voltaje de salida que es directamente
proporcional a la frecuencia instantánea en su entrada. Este tipo de moduladores
(PLL) son sistemas de control de retroalimentación de circuito cerrado en donde la
señal de retroalimentación es una frecuencia en lugar de un simple voltaje. El PLL no
requiere de circuitos sintonizadores y automáticamente compensa los cambios en la
frecuencia de la portadora debido a la estabilidad en el oscilador de transmisión.
CALCULOS DEL CIRCUITO
a.)Análisis de la amplitud máxima y mínima de la señal modulada
V c ( t )=3Sen [2π (500kHz ) t ]V c ( t )=1.5Sen [2π (30kHz )t ]Aq=5 Dato obtenido en forma experimental al hacer que el transistor trabaje como un
amplificador clase A
b.) Calculo de la potencia en decibeles
Ganancia máxima:
AMAX=Aq [1+m ]
AMAX=(5 ) (1+0,5 )
AMAX=7.5
Índice de modulación:
m=AmAc
=1.53
=0,5
Amplitud máxima:
V MAX=AMAX ( Ac )
V MAX= (7.5 ) (3 )
V MAX=22.5 V
Ganancia mínima:
AMIN=Aq [1−m ]
AMAX=(5 ) (1−0,5 )
AMAX=2.5Amplitud máxima:
V MIN=AMIN (Ac )
V MAX= (2.5 ) (3 )
V MAX=7.5V
Potencia Señal Portadora:
P (dBm )=20 log(VrmsVref )P (dBm )=20 log( 2,12131 x10−3 )P (dBm )=66.53dB
Potencia Señal Moduladora:
P (dBm )=20 log(VrmsVref )P (dBm )=20 log( 1,06
1 x10−3 )P (dBm )=60.5dB
RESULTADOS
Los datos de entrada fueron los siguientes:
La señal que nos entregaba el integrado fue de 20khz con una amplitud
de 14.2Vpp.
La señal del generador de señales (señal de información) fue de 5khz
con una amplitud de 18Vpp.
La salida de la modulación es la suma de las dos señales de entrada.
Los datos de salida del demodulador son los siguientes:
La señal que nos entrega el amplificador es de 5Vpp y una frecuencia
de 4.9khz
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
La modulación FM tiene lugar a frecuencias muy altas comparando con AM.
La señal transmitida en frecuencia modulada es mucho más compleja y lleva
una información más detallada de la señal.
La modulación directa de frecuencia tiene lugar cuando la frecuencia de la
señal modulada varía directamente con la amplitud de la señal moduladora.
La modulación FM se utiliza en medios tan importantes como la televisión y la
radio.
Observando el funcionamiento del demodulador y la amplificación, se nota que
la señal estaba desfasada en comparación con la señal de voz o señal
modulante, pero esto no es un problema ya que lo importante es la frecuencia
(número de ciclos completos de un función periódica por unidad de tiempo)
dada por la amplitud (valor pico de la señal).
WEBGRAFIA
http://platea.pntic.mec.es/~lmarti2/amtema.htm
http://natamonitoreo.tripod.com/MODULADOR_FM_CON_XR/
modulaci%C3%B3n-fm
http://sojosedgar.tripod.com/u/infofm.pdf
ANEXO