Transmisión de AM en Alto Nivel

1) Las señales vp(t) señal de portadora y vm(t) señal moduladora ingresan a un modulador de AM de alto nivel ideal y cargan su salida sobre una impedancia de 50Ω.Vp(t) = 20*cos(1*10^6π*t) [V]
Vm(t) = 7*sen(15708*t+π/2) [V]

Teniendo en cuenta que en el diseño del modulador tiene dos bloques de amplificadores lineales de ganancia 20dB cada uno y el bloque multiplicador una transferencia de K =1/V. Además para asegurar el nivel de modulación adecuado deberá sumar una componente de continua Vcc a la modulante mediante un bloque sumador de ganancia unitaria. Utilizando software aplicado simule el comportamiento del circuito determinando:Cabe aclarar que estos bloques funcionales se encuentran dentro de los bloques de control del software aplicado, pudiéndolo seleccionar del menú de Multisim, "Select a Component, Group Sources, CONTROLLED_FUNCTION_BLOCKS".Otra aclaración importante es que cada grupo de trabajo deberá solicitar al docente la ecuación de la señal moduladora vm(t) a fines de realizar las actividades prácticas.
Circuito a Utilizar
2) Introducir al modulador AM de alto nivel una señal portadora vp(t) con un generador de señal senoidal en un todo de acuerdo a la señal en el dominio del tiempo. Graficar la señal con el osciloscopio. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizados en la medición.
FEV: 10V/DIV
FEH: 1 μs/DIV

3) Introducir al modulador AM de alto nivel una señal moduladora vm(t) con un generador de señal senoidal en un todo de acuerdo a la señal en el dominio del tiempo. Graficar en la cuadrícula la señal con el osciloscopio. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizados en la medición.
FEV: 3,5V/DIV
FEH: 0,2ms/DIV

Medir el índice de modulación de AM utilizando el osciloscopio en modo Y-T. Graficar la señal obtenida a la salida del modulador con el oscilsocopio. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizados en la medición. Calcular el índice de modulación m en porcentaje aplicando la fórmula:
m% = (Hmáx-Hmín)*100/(Hmáx+Hmín)Modo Y-T
FEV: 16,85KV/DIVFEH: 0,15ms/DIV
Hmáx= 33,7KV
Hmín= 2,3KV
m%= 87,22%

Finalmente con los valores medidos escriba la ecuación simplificada de la señal modulada, Vam(t).Vam(t) = { [Vm*cos(ωm*t)+Vcc]*Av}*[Av*Vc*cos(ωp*t) ]*KDonde:K = efecto/causa = Av/V4) En este punto analizaremos las características de la modulación AM utilizando patrones trapezoidales utilizando el osciloscopio y los mismos valores de señales utilizadas en el punto 5. Recuerde que para efectuar esta medición deberá colocar en el canal X la señal modulante y en el canal Y la señal modulada en amplitud. Varíe el preset P1 hasta obtener un valor de índice de modulación de AM del 60%. Graficar la señal obtenida a la salida del modulador con el osciloscopio. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizados en la medición.
FECX: 17,8KV/DIV
FECY: 1,6V/DIV
Hmáx= 189,7KV
Hmín= 3,7KV

5) Finalmente con los valores medidos escriba la ecuación simplificada de la señal modulada, Vam(t).
Vam(t) = { [Vm*cos(ωm*t)+Vcc]*Av}*[Av*Vc*cos(ωp*t) ]*K
6) Utilizando software aplicado"MATHCAD" verifique el comportamiento del circuito determinando:
a) La representación en el dominio del tiempo de las señales de entrada y salida del modulador.b) Expresión desarrollada de las componentes armónicas en la entrada del modulador.c) Expresión desarrollada de las componentes armónicas en la señal modulada en la carga.7) Determine la potencia de cada uno de los armónicos y la potencia total transmitida.8) Realice la representación espectral de la señal modulada en la carga con escala en dBm, y verifique gráficamente el índice de modulación m en porcentaje aplicando la fórmula:
m% = 200*{10^(x[dB]/20)}Donde:
x[dB] = Nivel de potencia de laterales en dBm - Nivel de potencia de portadora en dBm.9) A partir de los valores obtenidos de potencia determine el valor del rendimiento o eficiencia de modulación del sistema.10) Redacte las conclusiones finales del TP haciendo una síntesis sobre los resultados obtenidos en el mismo.
Hemos resuelto las consignas dadas en este trabajo práctico, utilizando dos programas orientados a la electrónica. Éstos son: Multisim 7 y Mathcad 2000. Cada uno trabaja de manera diferente, pero permite llegar a los mismos resultados. Al usarlos conjuntamente, y verificar la coincidencia de valores, comprobamos que nuestros cálculos fueron correctos.

Trabajo Práctico 3

Instrumentos a utilizar:

Protoboard:
Es el instrumento básico para todo trabajo práctico de electrónica. En él se insertan los componentes que, mediante una conexión interna, interactúan entre sí.Fuente de alimentación:
Es el encargado de otorgar una tensión entre sus bornes positivo y negativo. En este caso, utilizamos una fuente partida, para poder entregar -8V y 12V.Generador de funciones:
Al igual que la fuente de tensión, genera una diferencia de potencial entre sus bornes. Sin embargo, en este caso esa tensión es variable, pudiendo ser una senoidal, cuadrada, etc.Osciloscopio:
Con este instrumento podemos visualizar la forma de una onda en función del tiempo, logrando así determinar con precisión sus característicasAnalizador de espectros:
Este instrumento nos muestra un gráfico de la potencia de una señal en dBm, en función de la frecuencia. De esta manera es posible identificar los diferentes armónicos de una poliarmónica.
1) Armar el circuito de un modulador AM implementado con el circuito integrado MC 1496 sobre placa protoboard de acuerdo a la distribución de componentes que se representa en circuito a utilizar.
2) Conectar la fuente de alimentación de VCC +12, VEE -8V y verificar la polarización del circuito completando la siguiente tabla:

Alimentación:

• VCC = 12V
• VEE = -8V

MC1496:

• V6T = 8V
• V12T = 8V
• V5T = -6,9V
• V8T = VCC/2 = 5,94V
• V14T = -8V

TL082:

• V4T = -8V
• V8T = 12V

3) Introducir al modulador AM (C4) una señal portadora vp (t) con un GRF (Generador de Radiofrecuencia), senoidal de amplitud 100 mVpp y frecuencia 1000 KHz. Graficar la señal con el osciloscopio. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizadas en la medición.
FEV: 20mV/DIV
FEH: 250ns/DIV

4) Introducir al modulador AM (pata 1 MC1496) una señal modulante vm (t) con un generador de funciones, senoidal de amplitud 200 mVpp y frecuencia 1000 Hz. Graficar en la cuadrícula la señal con el osciloscopio. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizadas en la medición.
FEV: 50mV/DIV
FEH: 250μs

Medir el índice de modulación de AM utilizando el osciloscopio en modo Y-T. Graficar la señal obtenida a la salida del modulador con el osciloscopio. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizadas en la medición.
Calcular el índice de modulación m en porcentaje aplicando la fórmula:
m%=[(Hmáx-Hmín)/(Hmáx+Hmín)]*100

Modo Y-TFEV: 200 mV/DIV
FEH: 250μs/DIV
Hmáx: 1V
Hmín: 650mV
m%= 21,21%

Finalmente con los valores medidos escriba la ecuación simplicada de la señal modulada, Vam(t).
vp(t)=50mV*sen(6283185t)
vm(t)=100mV*sen(6283t)
Ec=1/2(Hmáx+Hmín)
Ec=825mV
Vam(t)=Ec*cos(ωc*t)[1+n*cos(ωn*t)]
5) Modificar la señal modulante vm (t) del generador de funciones, senoidal de amplitud 200mVpp y frecuencia 5000 Hz. Graficar en la cuadrícula la señal con el osciloscopio. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizadas en la medición.FEV: 50mV/DIV
FEH: 50μs/DIV

Medir el índice de modulación de AM utilizando el osciloscopio en modo Y-T. Graficar la señal obtenida a la salida del modulador con el osciloscopio. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizadas en la medición.
Calcular el índice de modulación m en porcentaje aplicando la fórmula:
m%=[(Hmáx-Hmín)/(Hmáx+Hmín)]*100

Modo Y-TFEV: 100mV/DIV
FEH: 50μs/DIV
Hmáx: 340mV
Hmín: 65mV
m%: 67,9%

Finalmente con los valores medidos escriba la ecuación simplificada de la señal modulada, Vam(t).
vp(t)=50mV*sen(6283185t)
vm(t)=100mV*sen(31416t)
Vam(t)=50mV*sen(6283185t)+100mV*sen(31416t)

6) En este punto analizaremos las características de la modulación AM utilizando patrones trapezoidales utilizando el osciloscopio y los mismos valores de señales utilizadas en el punto 5. Para efectuar esta medición deberá colocar en el canal X del osciloscopio la señal modulante y en el canal Y la señal modulada en amplitud, seleccione en el instrumento el modo X-Y. Varíe el preset P1 y realice por lo menos 2 mediciones del índice de modulación de AM. Graficar la señal obtenida a la salida del modulador con el osciloscopio. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizadas en esta medición. Calcular el índice de modulación m.
Finalmente con los valores medidos escriba la ecuación simplificada de la señal modulada, Vam(t).

Medición N°1 modo X-Y
FECX: 1V/DIV
FECY: 100mV/Div
HMáx: 190mV
HMín: 100mV
m%= 47,37%

Medición N°2 modo X-Y
FECX: 1V/DIV
FECY: 100mV/Div
HMáx: 290mV
HMín: 210mV
m%= 16%

7) Apague el generador de la señal modulante y conecte analizador a la salida del modulador sobre una carga normalizada. Variando P1 grafique el espectro obtenido de la portadora sin modulación. Completar las escalas utilizadas en la medición.
Frecuencia de expansión = 100 KHz/Div
Resolución de BW = 3 KHz
Nivel de Referencia = 0 dBm
Medición de la portadora sin modulación = -10 dBm

8) Conecte nuevamente el generador de modulante con la señal utilizada en el punto 5. Graficar el espectro obtenido a la salida del modulador con el analizador. Completar las escalas utilizadas en la medición.

Frecuencia de Expansión = 100 KHz
Resolución de BW = 3 KHz
Nivel de Referencia = 0 dBm
Calcular el índice de modulación m en porcentaje aplicando la fórmula:
m% = 200*100^(x[dB]/20)
Donde:
x[dB] = Nivel de pot. de laterales en dBm - Nivel de pot. de portadora en dBm

Medición con el analizador
x[dB] = -12,5
m% = 47,43%

NOTA: Utilizamos una señal modulante de 7,5 KHz, para que el gráfico se viera mejor en la pantalla.

Determine el valor de potencia total en W y en dBm de la señal transmitida. A partir de los valores obtenidos de potencia determine el valor del rendimiento o eficiencia de modulación del sistema.
W = 111,24 μW
dBm = -9,54 dBm

Rendimiento o eficacia de modulación del sistema:
% = (Pbls+Pbli)/Pt
Donde:
Pbls: Potencia de la banda lateral superior
Pbli: Potencia de la banda lateral inferior
Pt: Potencia total

% = (5,62μW+5,62μW)/111,24μW% = 10,1%

9) Reemplazar el GAF por el micrófono y verificar la modulación de voz sin distorsión sobre un receptor de AM comercial. Como recomendación trate de sintonizar el receptor a una frecuencia en la cual no se esté transmitiendo un programa, y calibrar la frecuencia portadora a ese valor. Analizar los resultados obtenidos a la entrada y a la salida del sistema cuando es transmitida una señal en banda vocal modulada en amplitud.

Así nos quedó la zona de trabajo:Se verificó la modulación de voz sin distorsión sobre la radio AM. Nuestras voces ingresaban por el micrófono y los parlantes de la radio las reproducían perfectamente.




10) Redacte las conclusiones finales del TP haciendo una síntesis sobre los resultados obtenidos en el mismo.

Al realizar este trabajo práctico, hemos aprendido cómo es el funcionamiento del circuito integrado MC1496L, el cual oficia de modulador de las señales introducidas al circuito. Ahora conocemos las características de las señales portadora y modulante; la primera siendo la de frecuencia relativamente alta y la segunda la de frecuencia relativamente baja. La señal que lleva la información es la modulante, pero es necesario modularla, ya que es difícil transmitir por la superficie terrestre una señal de frecuencia baja. La señal modulada es la resultante entre la portadora y la modulante. Aprendimos también a calcular el índice de modulación, es decir, el porcentaje de modulación que se le aplica al sistema, que cambia la señal de salida. Para calcular más fácilmente el valor de dicho índice, modificamos el gráfico a modo X-Y, por lo que visualizamos la señal en forma de trapecio. Luego, quitando la señal modulante, utilizamos el analizador de espectros para analizar la potencia de la señal portadora en dBm, en función de la frecuencia. Cuando conectamos nuevamente la señal modulante, observamos que en el gráfico espectral aparecían dos bandas laterales, las cuales representaban la potencia de dicha señal en dBm. Por último, reemplazamos el generador de alta frecuencia por un circuito de micrófono, y verificamos cómo variaba la señal que llegaba al osciloscopio, con nuestra voz. Sintonizamos la frecuencia de la señal portadora, en un receptor de AM comercial y logramos transmitir audio desde el micrófono hasta la radio receptora.
Haber aprendido todo esto, nos facilitará tareas futuras en las que necesitemos emplear la modulación de señales eléctricas.