TRANSMISIÓN DE FM

Objeto

El objeto del presente trabajo práctico es:

• Comprender los principios de la modulación angular y analizar las frecuencias instantáneas de la modulación de fase “PM” y de la modulación de frecuencia “FM”.
• Analizar los diferentes casos de modulación de frecuencia, banda angosta NBFM, y banda ancha WBFM y determinar el rango de variación de la portadora modulada.
• Determinar la representación espectral de la modulación utilizando software aplicado y medir el ancho de banda.
• A partir de los valores obtenidos de potencia determine el valor del rendimiento o eficiencia de modulación del sistema.
• Realizar la construcción de un circuito modulador, basado en un circuito oscilador con diodo de capacidad variable (Varicap o varactor).
• Utilizando analizador de espectros adquirir y medir el espectro de las bandas laterales significativas a la salida del modulador y de terminar la potencia transmitida, y el ancho de banda del canal ocupado variando las señales transmitidas.
• Verificar el funcionamiento del transmisor transmitiendo voz o señales de audio.
• Extraer conclusiones analizando los resultados de las simulaciones y aplicaciones prácticas de sistemas de modulación angular.

Software aplicado:

• Multisim (versión 7).
• Mathcad

Desarrollo práctico

1. La ecuación siguiente representa una señal modulada en ángulo

a) La potencia de la señal modulada.

b) La máxima desviación en frecuencia



c) La máxima desviación en fase



d) El ancho de banda



2. Una portadora de alta frecuencia es modulada por una señal modulante :

Suponiendo que se modula en banda ancha Expresar:
a) El ancho de banda ocupado por la señal en función kf, vm y fm, aprovechando la relación entre la desviación en frecuencia y wm.



b) Si la misma portadora ahora es modulada en fase por la misma señal modulante, expresar el ancho de banda ocupado en función de kp, vm y fm.



c) sobre la base de los resultados de a y b, cuál de los dos sistemas presenta una mayor variación de BW ocupado si se duplica la frecuencia de la señal modulante (fm).

El sistema que mayor variación de BW ocupa es el "b" porque al variar la fm varia toda la ecuación de BW en cambio la ecuación "a" solo varia una parte de la ecuación de BW al duplicar la fm.

3. Se modula en frecuencia una portadora de 10 MHz y 20 dBm, con las señales modulantes que se describen a continuación:



Si la constante de modulación del modulador es kf1=3KHz/V
Calcular para cada caso, utilizando software aplicado:

1) La expresión general de vFM(t).
2) El espectro en frecuencia para las bandas laterales significativas.
3) El ancho de banda de la señal de FM.
4) La potencia de la señal de FM transmitida, suponiendo Rnor= 50 ohm.

a)



b)



c)



d)

4. A continuación ensayaremos un circuito modulador, basado en un circuito oscilador con diodo de capacidad variable (Varicap o varactor).
En el oscilador LC de dos terminales, la realimentación se obtiene externamente del circuito sintonizado. Los mismos presentan una resistencia negativa, tal que, en condiciones de equilibrio, anulan el efecto de la resistencia real del tanque resonante. En esta práctica utilizaremos un circuito oscilador LC del tipo Hartley que mediante un diodo de capacidad variable convertiremos a este circuito en un modulador de FM por método directo en banda de broadcasting.

Circuito a utilizar



a) Armar el circuito de acuerdo a la distribución de componentes que se representa en la siguiente placa impresa en escala 1 a 1, (en la hoja adjunta esta el PCB para realizar la transferencia sobre la placa de cobre).





5. Graficar el espectro de la portadora sin modulación obtenido a la salida del transmisor con el analizador de espectros. Efectuar y adquirir la medición de la señal con el instrumento digital. Completar las escalas utilizadas en la medición. Determinar el rango de variación del oscilador, ajustando el Trimer C9



Frec. de Expansión =___500___ KHz/Div Frec. Exp.= Fstop-Fstart/10 Resolución de BW =______3____ KHz. Frec.Exp.=102MHz-97MHz/10

Nivel de Referencia = ___0____ dBm. Frec.Exp.=500KHz

6. Introducir al modulador de FM una señal modulante vimod (t) con un generador de funciones, senoidal de amplitud 50 mVpp y frecuencia 3000 Hz.
Efectuar y adquirir la medición de la señal con el osciloscopio digital. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizadas en la medición



FEV:__50___mV/DIV
FEH:__100___us/DIV

7. Graficar el espectro con modulación obtenido a la salida del modulador con el analizador de espectros. Efectuar y adquirir la medición de la señal con el instrumento digital. Completar las escalas utilizadas en la medición.



Frec. de Expansión =___100____KHz/Div Frec. Exp.= Fstop-Fstart/10
Resolución de BW =______3____KHz. Frec.Exp.=100.9MHz-99.9MHz/10
Nivel de Referencia =_____0____dBm. Frec.Exp.=100KHz

Medir el ancho de banda del canal modulado sin distorsión.

8. Repetir 6 y 7 pero introduciendo al modulador de FM una señal modulante vimod (t) con un generador de funciones, senoidal de amplitud 50 mVpp y frecuencia 15000 Hz
Efectuar y adquirir la medición de la señal con el osciloscopio digital. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizadas en la medición



FEV:__50___mV/DIV
FEH:__25___us/DIV

Graficar el espectro con modulación obtenido a la salida del modulador con el analizador de espectros. Efectuar y adquirir la medición de la señal con el instrumento digital. Completar las escalas utilizadas en la medición.



Frec. de Expansión =___10____KHz/Div Frec. Exp.= Fstop-Fstart/10
Resolución de BW =____ 3______KHz. Frec.Exp.=100.4MHz-100.3MHz/10
Nivel de Referencia =____0_____dBm. Frec.Exp.=10KHz

9. Reemplazar el GAF por el micrófono y verificar la modulación de voz sin distorsión sobre un receptor de FM comercial. Como recomendación trate de sintonizar el receptor a una frecuencia en la cual no se este trasmitiendo un programa, y calibrar el transmisor ajustando el trimer la esa frecuencia portadora. Analizar los resultados obtenidos a la entrada y a la salida del sistema cuando es transmitida una señal en banda vocal modulada en frecuencia.

10. Redacte las conclusiones finales del TP haciendo una síntesis sobre los resultados obtenidos en el mismo. Y realice los siguientes análisis que se detallada a continuación:
a). Realice una simulación asistida por PC de la etapa de audio y grafique la respuesta en frecuencia.
b). Realice el análisis del circuito en continua y verifique los valores obtenidos en forma práctica.
c). De acuerdo a las mediciones de frecuencia de oscilación determine el valor del inductor del circuito resonante.
d). Realice una simulación de la respuesta en frecuencia asistida por PC de la red reglamentación del circuito del circuito oscilador y grafique el diagrama de Bode de modulo y fase en escala logarítmica.
e). ¿Cuánto vale la ganancia de tensión a la frecuencia de oscilación?
f). ¿Cuál es el desfasaje introducido por la red de realimentación a la frecuencia de oscilación?
g). ¿Qué sucede en el espectro cuando varía la frecuencia del generador de modulante?