Contidos:
A simboloxía deste tema complementa a que xa se viu no tema 7b:
Xa coa simboloxía aprendida, estamos listos para ver os esquemas simplificados de transmisores e receptores.
Os seguintes diagramas son independentes da técnica de modulación escollida.
Teñen como misión captar o sinal modulado, eliminar compoñentes indesexadas, enfatizar compoñentes desexadas e detectar os seus datos (demodulalos).
É o esquema máis básico en recepción e demodulación. Capta un sinal cunha antena, a amplifica, elimina frecuencias non desexadas, demodula, amplifica outra vez para corrixir a atenuación do demodulador e volve filtrar.
O problema é que habitualmente o amplificador da primeira etapa (RF) terá que ter moitísima ganancia para entregar un sinal que o demodulador poida procesar.
Ademais, o filtro e o amplificador da primeira etapa deben ser sintonizables simultanemente, xa que farán a escolla do canal.
O sinal da antena se recolle cun amplificador LNA. Despois ven o elemento máis importante, o mezclador. Como veremos neste tema, o mezclador permite subir ou baixar un certo ancho de banda no espectro. Así, collemos o canal desexado e o trasladamos a uha frecuencia dada, que se chamará frecuencia intermedia. Nesa frecuencia farase o resto da recepción, que non difire moito do anterior:
Similar ó anterior, pero neste a sintonización se fai variando a frecuencia do oscilador que controla o ”downconverter” ou “reductor de frecuencia”. Baixa todos os canais á vez, pero o filtro seguinte só deixa pasar o que entre no ancho de banda de sintonización.
Teñen como misión converter o sinal en banda base nun sinal modulado listo para ser enviado, para o cal deben amplificar, filtrar compoñentes non desexadas, etc.
Todos os transmisores de radio levan modulador, pero o contrario non se ten porque cumprir sempre.
No mercado de instaladores profesionais é distinto xa que non hai lugar a traballar con compoñentes electrónicos, ahí si que modulador implica transmisor, e por iso ás veces se confunden os dous termos. Por exemplo, o Promax MO-170 pode ser chamado das dúas maneiras.
A modulación se realiza directamente á frecuencia á que se vai transmitir. Hai dous tipos:
En ambos casos se remata cun filtrado previo á emisión por antena.
Emprega frecuencia intermedia (FI) para modular a unha frecuencia inferior da que finalmente se utilizará para radiar.
A primeira modulación é a frecuencia de oscilador non sintonizable. O segundo oscilador si se pode axustar para elixir a banda de emisión.
Son circuítos capaces de xerar formas de onda repetitivas a unha ou varias frecuencias. En telecomunicacións se utilizan en transmisión e recepción. Interésannos os osciladores senoidais de frecuencia fixa (cuarzo) ou variable (varicap). Un oscilador é similar a un sistema de control con realimentación positiva. Tende a ser inestable pero os límites de saturación o manteñen permanentemente oscilante. O oscilador está realimentado (une a saída coa entrada). Iso permite que unha vez acendido, apareza á saída unha tensión alterna.
Se a ganancia do lazo $(A\cdot\beta)$ é maior que 1... xa temos oscilador autónomo, podemos prescindir de sinal de entrada! O propio ruído térmico actúa como entrada (a fonte de alimentación non conta como entrada de sinal de comunicación).
A condición de arranque é a frecuencia á cal $A\cdot\beta>1$. O propio ruído térmico irase amplificando ata que o amplificador que leva dentro (A) entra en saturación.
Criterio de Barkhausen: para soster a oscilación, a ganancia de lazo debe ser maior que 1 $A\cdot\beta>1$ (a ganancia do amplificador ten que superar as perdas da realimentación). Ademais, o desprazamento de fase múltiplo de 360º. É dicir, se variamos a fase nun dos bloques, por exemplo, se o amplificador é inversor (180º), a rede de realimentación tamén debe producir un desprazamento de fase de 180º.
Máis información en Electronics-Tutorials.
Trátase dun oscilador armonico LC (“tanque”). Descarga aquí o esquema Multisim:
Á frecuencia de resonancia, a reactancia do ramal $L_2C_3$ é capacitiva, e de módulo igual á de $L_1$.
$$X_{L_1}=X_{C_3}-X_{L_2}\ ;; \ X_{L_1}+X_{L_2}= X_{C_3}$$
$$f_{oscilación}= \frac{1}{2\pi\sqrt{(L_1+L_2)\cdot C_3}}$$
O voltaxe de realimentación é o que volve á base do transistor, que á súa vez é o mesmo de $L_1$. A relación entre o voltaxe de realimentación e o de saída é a ganancia “B”.
$$B=\frac{V_{L_2}}{V_{L_1}}= \frac{I\cdot X_{L_2}}{I\cdot X_{L_1}}=\frac{L_2}{L_1} $$
A frecuencia de oscilación se fai variar coa capacitancia $C_3$.
O oscilador da figura anterior proporciona unha forma de onda relativamente senoidal, cunha amplitude dependente da frecuencia de oscilación.
Máis información en Electronics-Tutorials (frecuencias máxima e mínima de oscilación).
Neste oscilador son os condensadores os que van en derivación. O punto de derivación tamén vai a terra. Aquí tamén buscamos contrarrestar os 180º que provoca o transistor. Descarga aquí o esquema Multisim:
Fíxate que $C_1$ está en paralelo con $L_1$ e en serie con $C_2$. Á frecuencia de resoancia, a reactancia neta do ramal $"L_1, C_2"$ é inductiva para compensar a reactancia capacitiva de $C_1$.
$$X_{C_1}=X_{L_1}-X_{C_2}\ ;; \ X_{L_1}=X_{C_1}+X_{C_2}$$
$$f_{oscilación}= \frac{1}{2\pi\sqrt{L_1\cdot C_{equiv}}}\ ;;\ C_{equiv}=\frac{C_1\cdot C_2}{C_1 + C_2}$$
A ganancia do bloque “B” de realimentación é:
$$B=\frac{I\cdot X_{C_2}}{I\cdot X_{C_1}}=\frac{1/j\omega C_2}{1/j\omega C_1}=\frac{C_1}{C_2}$$
A frecuencia de oscilación se fai variar na inductancia $L_1$, que non afecta á ganancia “B”.
Máis información en Electronics-Tutorials.
Descarga aquí o esquema Multisim:
Temos un opamp en realimentación múltiple (positiva e negativa), con ganancia non inversora, e que leva dúas redes de resonancia RC:
O malo é que os dous valores de R e de C teñen que ser iguais, polo que a frecuencia ven axustada de fábrica. A frecuencia de resonancia:
$$f{osc}= \frac{1}{2\pi R C}$$
A ganancia do amplificador debe ser maior ou igual de 3 debido a que a ganancia da rede de realimentación é B=1/3 á frecuencia de resonancia.
$$A_V=1+ \frac{R_3}{R_4}≥3$$
A impedancia de entrada do ampli debe ser alta en comparación con R para que a rede RC non se sobrecargue. A impedancia de saída do ampli debe ser baixa para que o efecto da carga externa se minimice.
Máis información en Electronics-Tutorials.
Este oscilador traballa de maneira estable nun gran rango de frecuencias. A amplitude do sinal xerado é de 2 Vp, en todo o ancho de banda de funcionamento.
Pode tardar un pouco en chegar a réxime permanente:
Descarga aquí o esquema Multisim. Na simulación, a bobina ó mínimo da frecuencia de saída de 12 MHz, e con L ó máximo, 2,9 MHz.
O cristal de cuarzo (Quartz Crystal Oscillator, “XO”) é unha lámina piezoeléctrica montada entre dous electrodos metálicos. Cando se lle aplica tensión alterna, o cristal vibra á súa frecuencia resoante $f_{0}$ ou a calquera dos seus harmónicos $2f_{0}, 3f_{0}...$ Os cristais de cuarzo teñen unha gran estabilidade frecuencial, é dicir, que o marxe de erro do cuarzo é moi pequeno, o que o fai moi preciso en comparación cos resoadores cerámicos.
A pulsación de resonancia é a seguinte para $C_0>>C1$:
As dúas frecuencias se atopan moi próximas.
Se pos condensadores en paralelo co cristal, baixarás a frecuencia de resonancia. Se lle pos inductancia en paralelo, subirás a súa frecuencia.
Oscilador Pierce. Trátase dunha variante do Colpitts.
Descarga aquí o esquema Multisim. Para que funcione a simulación hai que excitalo cun sinal cadrado.
Máis información en Electronics-Tutorials.
Sirven para xerar unha saída en frecuencia proporcional ó valor de voltios de entrada. O seu parámetro clave é a ganancia de conversión (Hz/V), Na imaxe, un multivibrador astable funcionando como VCO:
A simulación non é totalmente estable e require de un interruptor para arrancar. Descarga aquí o esquema Multisim.
Máis información en electronicshub. Tamén se pode construir multivibradores astables de frecuencia fixa.
Deixamos sen tocar:
CSELE02_ MP0551_12_V000403_UD04_A03_Osciladores)Os PLL (Phase Locked Loops) son circuítos electrónicos realimentados que cumpren moitas funcións en comunicacións RF:
Baséanse no principio de que se comparamos dous sinais:
Bloques que integran un PLL:
Pasado o tempo de establecemento, o VCO se axusta para emitir á mesma frecuencia que o sinal de entrada (captura ou enganche) (“the loop is locked”).
Se introducimos un sinal FM nun PLL do software Multisim, podemos medir todos os sinais. Descarga aquí o esquema Multisim:
Lembra que hai que conectar manualmente a realimentación da saída do VCO á entrada do PD.
Comezamos fixándonos no sinal de saída do comparador de fase. É unha senoidal (en rosa) da que só nos interesa o valor medio. Podes ver como ó principio ten un valor medio positivo para excitar o VCO porque a saída do FPB (e do PLL) non se asemella ó sinal de referencia:
A saída do VCO (en verde) vai cambiando de frecuencia nos primeiros instantes para axustarse á do sinal de entrada FM de referencia (vermello).
Se manipulamos o parámetro “Intelligence frequency” do modulador FM variaremos a frecuencia da moduladora. Se o pos baixo (5kHz), o PLL capturará rápido e quedará enganchado. Se o subes (20kHz), o PLL… será máis divertido.
Vemos tamén que a amplitude do sinal de saída do VCO é menor que a do de referencia debido á atenuación do FPB.
Parámetros dun PLL:
Máis información en radio-electronics.
Coidado con estes dous conceptos:
O mezclador ideal realiza a operación de multiplicación para obter a heterodinación, que é unha técnica de conversión de frecuencia. Baséase na seguinte identidade trigonométrica:
Lembra que segundo o teorema de Fourier, calquera sinal complexo se pode descompoñer nunha suma de sinais senoidais puros (tema 1b). Como podes ver na ecuación, o resultado da multiplicación é a suma e a resta das frecuencias.
Engadindo un filtro paso banda, deixamos só as frecuencia desexada. Así, o mezlador realiza a operación de suma ou de resta segundo o que se precise:
Segundo a sintonización do filtro, o mezclador pode traballar nun destes dous modos:
Os mezcladores moi populares na recepción de televisión satélite, na que se recibe un sinal de banda ku (10-12 GHz), con demasiada frecuencia para ser transportado en cable RG-59. A solución está no propio LNB, que realiza o downconverting , de maneira que:
$$f_{banda\ L}=f_{banda\ ku}-f_{OL}$$
Parámetros dun mezclador: frecuencia de funcionamento (rango de frecuencias), ganancia, illamento, productos de intermodulación (importante), figura de ruído, marxe dinámico (rango de potencias), puntos de compresión a 1dB…
Proporcionan un rendemento moi bo en ancho de banda de 2 a 22 GHz. A ponte de diodos soe ser un CI monolítico. A entrada de RF e de OL excitan os catro extremos da ponte de diodos, que proporciona a saída frecuencia intermedia lista para ser filtrada:
Máis información en radio-electronics.
Dous amplificadores diferenciais a transistor forman unha célula deste tipo, na que as parellas de emisores unidas son alimentadas no colector por unha terceira parella diferencial:
Máis información en Wikipedia e en radio-electronics.
UD04_A03_Osciladores CSELE02_ MP0551_12_V000403_UD04_A03_Osciladores Recurso creado por Dolores García Mateo e Sabino Vidal Garea. Dispoñible en edu.xunta.es/programacións → Recursos.Escolle e realiza unha das seguintes opcións:
Se optas por simulación de circuítos, podes utilizar o software que ti prefiras. Calquera das opcións prácticas require a entrega dunha memoria con explicacións e fotografías dos pasos. Entrega en formato PDF/ZIP na páxina da tarefa. Dúbidas no foro de consultas. Non esquezas facer o cuestionario deste tema.
Creado para G1701016 – “Radiocomunicacións prácticas” por Daniel Ríos Suárez
Licenciado baixo a Licenza Creative Commons Recoñecemento Compartir igual 4.0
Este curso virtual elaborouse para ser impartido no plan anual de formación do profesorado de FP da Consellería de Cultura, Educación e Ordenación Universitaria, Xunta de Galicia
Quedan fora desta licenza os textos, imaxes, recursos... que manteñen a súa propia licenza, sinalada en cada caso.
Úsanse imaxes e recursos de producción propia, que se publican no Dominio público ou con licenza CC BY-SA, outras de dominio público, con licenza creative commons, GNU... tomados prefentemente de bancos de recursos educativos abertos. Tamén se empregan ---acolléndose ao "Dereito de cita" --- imaxes, e recursos diversos de diferentes páxinas web, e se enlaza a súa licenza ao pé dos propios recursos ou na páxina coa atribución da propiedade intelectual dos ODE empregados, dereitos reservados que manteñen integramente. Se detecta algunha imaxe, recurso... con dereitos reservados, agradecemos nos informe para retirala.