El subcircuito MIX2850 es un circuito conversor que utiliza un multiplicador analógico de cuatro cuadrantes como núcleo de procesamiento llamada celda de Gilbert. Las entradas del circuito son:
OSCPOS: Entrada positiva de la señal proveniente del oscilador local.
OSCNEG: Entrada negativa de la señal proveniente del oscilador local.
REFPOS: Entrada positiva de la señal de RF.
RFNEG: Entrada negativa de la señal de RF.
En nuestro caso conectamos la entrada RFNEG, a un divisor de tensión formado por R1, R2 y un potenciómetro que nos permite realizar el ajuste de portadora.Vcc: Alimentación positiva.
Vee: Alimentación negativa.
GND: Tierra.
OUT: Salida.
Internamente el MIX 2850 esta formado por una sección multiplicadora celda de Gilbert, circuito que se representa en la figura 2.
2)
a) Introducir al conversor MIX2850 (pata OSCPOS y OSNEG) una señal con un generador senoidal, de amplitud 50 mVp y frecuencia 1000 KHz. Graficar utilizando el programa Grapher la señal del osciloscopio. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizados en la medición.
b) Introducir al conversor MIX2850 (pata RFPOS y RFNEG) una señal VRF con un generador de AM, de amplitud 100mVp, frecuencia de portadora de 600 KHz y frecuencia modulante de 5 Hz, modulada al 60%.
Verificar el ajuste del control de anulación de portadora al 50%.
Graficar utilizando el programa Grapher la señal del osciloscopio. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizados en la medición.
c) Medir la señal de salida (OUT), determinando las componentes armónicas heterodinas, del resultado del producto de sumas y restas. Graficar utilizando el programa Grapher la señal del osciloscopio del producto de sumas. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizados en la medición.
3) Expresar matemáticamente utilizando el Mathcad cada una de las señales obtenidas a la salida del conversor.
4) Realice la representación espectral de la señal a la salida del conversor con escala en dBm y verifique gráficamente el índice de modulación m% aplicando la fórmula:
Donde:
x[dB] = Nivel de pot. de laterales en dBm - Nivel de pot. de portadora en dBm
5) Una señal de FI modulada en AM entra a un demodulador de AM utilizando un circuito detector de envolvente como se indica en la siguiente figura.
Donde R2=10 K ohm, R1=100 K ohm, Fm=1KHz, F1=465 KHz, m=60%
Utilizando software aplicado simule el comportamiento del circuito:
Recuerde que para que el circuito funcione adecuadamente debemos tener un tiempo de carga rápido y un tiempo de descarga lento, de forma tal que satisfaga la siguiente ecuación:
Vc = 1,5V
FI = Fc = 465 KHz
m% = 60
Fm = 1 KHz
ω = 2π Fm max
m = Índice de modulación
Ajuste el valor de los componentes del filtro de RC de salida tal que cumpla con los requerimientos antes mencionados.
a) Calcular el valor de C1
Establecimos C1 en 2.2 nF ya que cumple la condición de ser menor al valor obtenido mediante la fórmula, y es también un valor comercial.
b) Realice la representación en el dominio del tiempo de la señal de entrada y de salida.
Graficar utilizando el programa Grapher la señal del osciloscopio de entrada al demodulador. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizados en la medición.
Graficar utilizando el programa Grapher la señal del osciloscopio de salida al demodulador. completar los factores de escalas del osciloscopio utilizados en la medición.
c) Escriba la expresión matemática de la señal en la carga
6) A continuación mediante la utilización de software aplicado realizaremos el análisis de Fourier de la señal de salida, determinando el contenido armónico de la distorsión en la señal demodulada.
a) Elegiremos en la barra de herramientas de Multisim el menú Simulate analyses, Fourier Analysis.
Hemos realizado satisfactoriamente el análisis de Fourier.
b) Utilizando el programa Grapher grafique el espectro en el nodo de salida de la señal demoludada (tome como componentes de análisis hasta la décima armónica).
c) Con el valor de cada una de las componentes resultantes del espectro de salida realice el cálculo de la distorsión armónica total.
Recuerde que definimos al parámetro distorsión armónica THD (Total Harmonic Distortion) como el cociente:
7) En esta parte del presente tp mejoraremos los resultados obtenidos en el proceso de demodulación. Para ello utilizaremos un circuito con amplificadores operacionales que permita obtener la señal original con muy baja distorsión.
El circuito está compuesto por tres etapas que realizan la detección y filtrado requerido por el demodulador tal como podemos apreciar en la figura 6.
El amplificador U1 es un circuito diodo ideal, que con la combinación de la etapa U3 consiguen obtener una detección completa de la señal modulada.
A continuación se aplica la transferencia a una etapa U2 que es un filtro activo de segundo orden con una estructura denominada "Multiple Realimentacion o MFB".
Para comprender el funcionamiento del sistema desarrollaremos el siguiente procedimiento práctico:
a) Con el uso de software aplicado dibuje el circuito en el Mustisim y simule el funcionamiento del filtro MFB pasa bajos de salida realizando una representación de la respuesta en frecuencia de la ganancia y la fase utilizando el instrumento el Bode Plotter tal como se observa en la figura 5.
b) Dibuje la respuesta en frecuencia de módulo y fase utilizando el programa Grapher.
c) Dibuje el circuito del demodulador completo como se aprecia en la figura 6.
d) Realice la representación en el dominio del tiempo de la señal de entrada y de salida.
Graficar utilizando el programa Grapher la señal del osciloscopio utilizados en la medición.
e) Escriba la expresión matemática de la señal en la carga.
8) Al igual que en el punto 7 y mediante la utilización de software aplicado realizaremos el análisis de Fourier de la señal de salida, para comprobar nuevamente el contenido armónico de la distorsión en la señal demodulada.
a) Elegiremos en la barra de herramientas de Multisim, el menú Simulate Analyses, Fourier Analysis.
Hemos realizado satisfactoriamente el análisis de Fourier.
b) Utilizando el programa Grapher grafique el espectro en el nodo de salida de la señal demoludada (tome como componentes de análisis hasta la décima armónica). 
c) Con el valor de cada una de las componentes resultantes del espectro de salida realice el cálculo de la distorsión armónica total.
9) Investigar una solución de un sistema receptor de AM comercial.
Finalmente se buscará algún circuito receptor de AM en banda de MF realizando el siguiente análisis técnico:
a) Características funcionales más importantes de cada bloque que forma el sistema.
b) Recomendaciones a tener en cuenta en el proceso de diseño e industrialización.
El receptor superheterodino lleva a cabo casi toda la amplificacíon de la frecuencia constante denominada Frecuencia intermedia, o FI, utilizando una frecuencia fija, con lo que se consiguen ajustes más precisos en los circuitos y se aprovecha todo lo que puede dar el componente utilizado (válvula termoiónica, transistor o circuito integrado). Fue inventado por Edwin Howard Armstrong, inventor también del circuito regenerativo, del receptor superregenerativo y de la radiodifusión de frecuencia modulada (FM).
En los receptores domésticos de AM (Amplitud Modulada), la frecuencia intermedia es de 455 o 470 kHz; en los receptores de Frecuencia modulada (FM), generalmente es de 10,7 MHz.
Los receptores superheterodinos mezclan o heterodinan una frecuencia generada en un oscilador local (Floc), contenido en el receptor, con la señal entrante en antena (Fant).
De esta heterodinación resultan dos frecuencias: una superior (Fant + Floc) y otra inferior (Fant - Floc) a la frecuencia entrante. Una de ellas, normalmente la inferior, es elegida como FI (frecuencia intermedia), filtrada con un filtro de alto Q factor de calidad, amplificada y posteriormente detectada o demodulada para obtener la audiofrecuencia que se oirá, después de convenientemente amplificada, a través de un altavoz.
El usuario sintoniza el receptor mediante el ajuste de la frecuencia del oscilador local (Floc) y la sintonización de las señales entrantes (Fant).
En la mayoría de los receptores estos ajustes se realizan de forma simultánea, actuando sobre un condensador variable con dos secciones en tándem, esto es, acopladas en el mismo eje. Una de las secciones de este condensador forma parte del circuito oscilador local y la otra del de sintonía de la señal entrante, de tal forma que cuando se varía la frecuencia sintonizada en la entrada, se varia también la frecuencia del oscilador local, manteniendo constante la diferencia entre ambas, que es la Frecuencia intermedia) (FI).
a este efecto se lo denomina "Arrastre".
Actualmente, casi todos los receptores utilizan este método. El diagrama siguiente muestra los elementos básicos de un receptor superheterodino de conversión simple. En la práctica no todos los diseños tendrán todos los elementos de este esquema, ni este cubre la complejidad de otros, pero los elementos esenciales de: un oscilador local, un mezclador seguido por un filtro y un amplificador de FI, son comunes a todos los receptores superheterodinos.
- En el receptor superheterodino el filtro/ amplificador de rf (radiofrecuencia) aísla la señal que deseamos recibir del resto de las señales que llegan a la antena. Este filtro pasabandas es genérico, por lo que tiene poca selectividad en frecuencia.
- El mezclador recorre el espectro en frecuencia de la señal filtrada, centrándolo alrededor de la “frecuencia intermedia” (fin).
- Para desplazar el espectro, el mezclador utiliza la componente de conversión ascendente o descendente, según convenga.
- El filtro de frecuencia intermedia aísla perfectamente la señal a demodular, ya que es un filtro de alta selectividad en frecuencia.
- El detector demodula la señal de frecuencia intermedia (es decir, recupera el espectro de la señal original) y el amplificador le da a la señal de salida la ganancia que necesita.
c) Especificaciones finales del sistema.
Ventajas del sistema
- La mayor parte del trayecto de la señal de radio ha de ser sensible solo a una estrecha gama de frecuencias. Solamente la parte anterior a la etapa conversora (la comprendida entre la antena y el mezclador) necesita ser sensible a una gama amplia de frecuencias.
Como ejemplo, en un receptor de AM podría necesitar ser eficiente en una gama de 1 a 30 MHz, mientras que el resto del receptor solo necesitaría una respuesta correcta a la FI, esto es a 460 o 470 KHz. según los casos.
- Otra ventaja es que se evitan los acoplamientos indebidos entre pasos por capacidades parásitas generadas por cables y pistas de circuito impreso, al usar una frecuencia constante.
Superheterodino de doble conversion
A veces, para superar obstáculos tales como el fenómeno denominado frecuencia imagen o respuesta imagen, se utiliza más de una FI. En tales casos, la primera parte del receptor debería ser sensible a una banda de 1 a 30 MHz, como en el caso anterior, la siguiente etapa a 5 MHz (1ª FI) y la última a 50 kHz (2ª FI). Se utilizan dos conversores y al receptor así diseñado se le denomina Superheterodino de doble conversión. Frecuentemente se elige como primera frecuencia intermedia 10.7 MHz, y como segunda 455 KHz. Para obtener 455KHz desde los 10.7MHz se mezcla la primera FI con una señal proveniente de un oscilador local fijo a 10.245 MHz. Esta frecuencia suele venir fijada por un cristal de cuarzo para mayor estabilidad. Existen, además, superheterodinos de triple y cuádruple conversión.
Ventajas sobre sistemas anteriores
Los receptores de radiofrecuencia sintonizada, utilizados anteriormente, sufrían de falta de estabilidad de frecuencia y de una muy pobre selectividad, dado que, incluso utilizando filtros con un alto Qfactor de calidad, tenían un ancho de banda demasiado grande en la gama de las radiofrecuencias. Los receptores superheterodinos tienen unas características superiores, tanto en selectividad como en estabilidad de frecuencia. Es mucho más fácil estabilizar un oscilador que un filtro, especialmente con la moderna tecnología de sintetizadores de frecuencia, y los filtros de FI pueden tener una banda de paso mucho más estrecha para un mismo factor Q que un filtro equivalente para RF (radiofrecuencia). Una FI fija, permite el uso de filtros de cristal en diseños muy críticos tales como los receptores de radioteléfonos, los cuales deben tener una selectividad extremadamente alta.Transmisores superheterodinos
La tecnología superherodina también se aplica a los transmisores de radio. El diseño de un transmisor superheterodino es similar al del receptor, con la diferencia de que las etapas de la señal están dispuestas en un camino inverso.
10) Redacte las conclusiones finales del TP haciendo una síntesis sobre los resultados obtenidos en el mismo.
En el presente TP hemos aprendido la totalidad del funcionamiento de un receptor de AM. Qué frecuencias se utilizan, para qué, y en qué etapas. Conocemos todas las etapas del receptor. Cuáles reciben, cuáles amplifican, y cuáles realizan otras funciones necesarias dentro del sistema de recepción. Hicimos también el análisis de Fourier, muy importante para conocer las características de la señal. Además, realizamos el gráfico de Bode para tener una idea del funcionamiento del sistema de acuerdo a la frecuencia empleada.
Como conclusión, podemos asegurar que ahora somos concientes de todos los procesos que realiza un receptor de AM, en el cual juega su mayor papel la demodulación de una señal previamente modulada.
