Modulación de amplitud

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A)Una portadora de 100khz se modula en amplitud por un tono senoidal de 3khz. Determinar las frecuencias contenidas en la onda modulada en amplitud y el ancho de banda necesario para su transmisión.

Fc=100khz

Fs=3khz

Bw=?

Fbls=fc+fs=100khz+3khz=103khz

Fbli=fc-fs=100khz-3khz=97khz

Bw=2fsmáx.=2.3khz=6khz

B)Una onda portadora de 108khz se modula en amplitud por una banda de frecuencias de 300hz a 3400hz. Que frecuencias están contenidas en las bandas laterales superior e inferior de la onda modulada en amplitud y cual es el ancho de banda necesario para transmitir la onda?

Fc=108khz

Fs=300hz-3400hz

Bw=?

Fs=300hz Bw=2fsmáx.=2.3400hz

Bw=6800hz=6,8khz

Fbls=fc+fs=108khz+300hz=108,3khz

Fbli-fc-fs=108khz-300hz=107,7khz

Fs=3400hz

Fbls=fc+fs=108khz+3400hz=111,4khz

Fbli=fc-fs=108khz-3400hz=104,6khz

104,6khz 107,7khz 108khz 108,3khz 111,4khz f

C)Dibujar la forma de onda de una onda portadora modulada en amplitud que está modulada senoidalmente con una profundidad de 25%.

M=X+Y=10-6=0,25.100%=25%

X+y 10+6

D)Dibujar a escala y determinar la profundidad de modulación de una onda modulada senoidalmente en amplitud cuyo valor pico a pico mínimo es 10v y su valor pico a pico máximo es 20v.

M=X-Y=20-10=0,33.100%=33%

X+Y 20+10

E)La envolvente de una onda portadora modulada senoidalmente varía entre un valor máximo de pico de 8v y un mínimo de pico de 2v,encontrar:

F)La amplitud de la componente de la frecuencia portadora.

G)La amplitud de la señal moduladora.

H)La amplitud de las dos frecuencias laterales.

I)La potencia total disipada por una onda modulada en amplitud es 1,575w. Calcular la potencia en las frecuencias laterales si la profundidad de modulación es:

J)50%

K)100%

Ac=5v de pico M=X-Y=8-2=0,6.100%=60%

As=3v de pico X+Y 8+2

Abls=5v.0,6=1,5v

Abli=5v.0,6=1,5v

Pt=1,575w Pbls=? M=50%;100%

Pbli=?

Pbls=Pbli=M2.Pp=(0,5)2.1,4w=87,5mw

Pbls=Pbli=M2.Pp=(1)2.1,05w=262,5mw

Pt=M2.Pp+Pp

1,575w=(0,5)2.Pp+Pp 1,575w=(1)2.Pp+Pp

2 2

1,575w=0,125Pp+Pp 1,575w=0,5Pp+Pp

1,575w=1,125wPp 1,575w=1,5Pp

1,575w=Pp 1,575w=Pp

1,125w 1,5w

Pp=1,4w Pp=1,05w

L)La tensión en la salida de un amplificador es 0,866v y la tensión de ruido que no ha podido evitarse es 10mv. Calcular la relación señal-ruido en la salida del amplificador.

Es2

S=Ps= Z = Es2 . z = (0.866v)2 =7499,56

N Pr Er2 Er2Z (0,010v)2

M)La relación señal-ruido en la salida de un amplificador de radiofrecuencia es 1000. Cual será la relación señal-ruido si se duplicara el ancho de banda del amplificador.

S=1000= S =1000

N KTBw2

S=2000

N)Con referencia a una onda modulada en amplitud. Que significan los términos frecuencia lateral, banda lateral y profundidad de modulación?

Frecuancias laterales

Es posible demostrar, con la ayuda de las matemáticas, fuera de los límites de este libro, que cuando una onda portadora sinusoidal está modulada en amplitud, cada componente de frecuencia de la señal moduladora da lugar a dos frecuencias en la señal modulada, una por encima de la frecuencia de la frecuencia de la portadora y otra por debajo. Cuando, por ejemplo, la señal moduladora es una onda sinusoidal de frecuencia fm la onda portadora modulada contiene tres frecuencias:

a)La portadora fc

b)La frecuencia lateral inferior (fc-fm)

c)La frecuencia lateral superior (fc+fm)

Las dos nuevas frecuencias son las frecuencias laterales superior e inferior, y están igualmente separadas a cada lado de la frecuencia de la portadora en una cantidad igual a la frecuencia de la señal moduladora fm. Esta frecuencia no está presente.

Bandas laterales

Si la señal moduladora no es sinusoidal, contendrá componentes de un cierto número de frecuencias diferentes; supongamos que la frecuencia más alta contenida en la señal moduladora es f2 y la más baja es f1. Entonces la frecuencia f2 producirá una componente de frecuencia lateral superior (fp+f2) y una componente de frecuencia lateral inferior (fp-f2), mientras la frecuencia f1 producirá las frecuencias superior e inferior (fp+-f1). Así, la señal moduladora producirá un número de componentes de frecuencias laterales superiores en la gama (fp+f2) a (fp+f1). La banda de frecuencias por debajo de la frecuencia de la portadora, es decir (fp-f2)a(fp-f1)se conoce como banda lateral inferior, mientras la banda de frecuencias por encima de la portadora se conoce como banda lateral superior. Cuando la frecuencia de la portadora es más alta que la señal moduladora, las bandas laterales están simétricamente situadas con respecto a la frecuencia, a cada lado de la frecuencia portadora. La banda lateral inferior se dice que está invertida porque la frecuencia más alta de ella (fp-f1)corresponde a la frecuencia más baja f1 de la señal moduladora y viceversa. En forma análoga la banda lateral superior se dice que está derecha porque su frecuencia más baja (fp-f1) corresponde a la más baja f1 de la señal moduladora.

Profundidad de modulación

La envolvente de una onda portadora modulada en amplitud varía de acuerdo con la forma de onda de la señal moduladora y por esto debe existir una relación entre los valores máximos y mínimo de la onda modulada y la amplitud de la señal moduladora. Esta relación se expresa en función del factor de modulación de la onda modulada.

El factor de modulación m de una onda modulada en amplitud se define por la expresión:

M= Amplitud máx- Amplitud mín

Amplitud máx+ Amplitud Mín

Cuando se expresa como porcentaje m, se conoce como profundidad de modulación o porcentaje de modulación.

Para la modulación sinusoidal, por consiguiente, el factor de modulación llega a ser:

M= Vm

Es decir, el factor de modulación es igual a la relación entre la amplitud de la señal moduladora y la amplitud de la onda portadora.

Puede demostrarse matemáticamente que para una onda sinusoidalmente modulada, las amplitudes de las dos frecuencias laterales son las mismas e iguales a m/2 veces la amplitud de la onda portadora.

O)Dibujar a escala la forma de onda de una onda de radiofrecuencia, modulada en amplitud por una onda de un tono senoidal con una profundidad de 75%.

M=X-Y = 9,3-1,3 =0,75.100%=75%

X+Y 9,3+1,3

P)Si una onda portadora de radiofrecuencia se modula en amplitud por una banda de frecuencias de 300hz a 3400hz. Cual es el ancho de banda de la transmisión y que frecuencias estarán presentes en la onda transmitida si la frecuencia portadora es 104khz.

Fp=104khz

Fs=300hz-3400hz

Bw=?

Fs=300hz

Fbls=fc+fs=104khz+300hz=104,3khz

Fbli=fc-fs=104khz-300hz=103,7khz

Fs=3400hz Bw=2.fsmáx.=2.3400hz

Bw=6800hz=6,8khz

Fbls=fc+fs=104khz+3400hz=107,4khz

Fbli=fc-fs=104khz-3400hz=100,6khz

Q)Con referencia a una onda modulada en amplitud. Cual es el significado del término bandas laterales?

Si la señal moduladora no es senoidal, contendrá componentes de un cierto número de frecuencias diferentes; supongamos que la frecuencia más alta contenida en la señal moduladora es f2 y la más baja es f1. Entonces la frecuencia f2 producirá una componente de frecuencia lateral superior (fp+f2) y una componente de frecuencia lateral inferior (fp-f2), mientras la frecuencia f1 producirá las frecuencias laterales superior e inferior (fp+-f1). Así, la señal moduladora producirá un número de componentes de frecuencias laterales inferiores en la gama (fp-f2) a (fp-f1) y un número de componentes de frecuencias laterales superiores en la gama (fp+f2)a(fp+f1). La banda de frecuencias por debajo de la frecuencia de la portadora, es decir (fp-f2) a (fp-f1) se conoce como banda lateral inferior, mientras la banda de frecuencias por encima de la portadora se conoce como banda lateral superior. Cuando la frecuencia de la portadora es más alta que la señal moduladora, las bandas laterales están simétricamente situadas con respecto a la frecuencia, a cada lado de la frecuencia portadora. La banda lateral inferior se dice que está invertida porque la frecuencia más alta de ella (fp-f1)corresponde a la frecuencia más baja f1 de la señal moduladora y viceversa. En forma análoga la banda lateral superior se dice que está derecha porque su frecuencia más baja (fp-f1) corresponde a la más baja f1 de la señal moduladora.

R)Porque los receptores de radiodifusión de onda media, usados para la recepción de señales moduladas en amplitud, necesitan un ancho de banda de unos 9khz?

Los receptores de radiodifusión necesitan un ancho de banda de 9khz para poder recibir sin problemas todas las frecuencias de la información transmitida por la estación de radio, ya que si es mucho menor a 9khz perderemos las altas frecuencias de la información transmitida por dicha estación y si es mucho mayor estaríamos recibiendo más de una información transmitida en el mismo tiempo, ya que el ancho de banda del receptor es muy grande.

S)Describir los efectos en la recepción de una señal de radiodifusión de onda media si el ancho total del receptor se hiciera:

T)Mucho menor que 9khz.

U)Mucho mayor que 9khz.

Si el ancho de banda del receptor se hiciera mucho menor a 9khz estaríamos perdiendo las frecuencias altas de la información que se está transmitiendo, y si el ancho de banda se hiciera mucho mayor a 9khz se está recibiendo dos informaciones distintas que se están transmitiendo al mismo tiempo ya que el receptor está ocupando un ancho de banda muy grande, más grande que el ancho de banda de radiodifusión que es de 10khz.

V)Dibujar a escala las formas de ondas de una portadora de radiofrecuencia, modulada en amplitud por un tono senoidal, cuando la profundidad de modulación es:

W)100%

X)25%

M=X-Y=10-6=0,25.100%=25%

X+Y 10+6

M=X-Y=16-0=1.100%=100%

X+Y 16+0

Y)Si una onda portadora de radiofrecuencia se modula en amplitud por una banda de frecuencias de palabra de 50hz a 4500hz. Cual será el ancho de banda de la transmisión y que frecuencias se presentarán en la onda transmitida si la frecuencia portadora es 506khz?

Fc=506khz

Fs=50hz-4500hz

Bw=?

Fs=50hz

Fbls=fc+fs=506khz+50hz=506,05khz

Fbli=fc-fs=506khz-50hz=505,95khz

Fs=4500hz Bw=2.fsmáx.=2.4500hz

Bw=9000hz=9khz

Fbls=fc+fs=506khz+4500hz=510,5khz

Fbli=fc-fs=506khz-4500hz=501,5khz

Z)Que es una onda modulada en amplitud?

Si una onda portadora se modula en amplitud, su amplitud queda obligada a variar de acuerdo con el valor instantáneo de la señal moduladora. Por ejemplo, consideremos el caso más sencillo cuando la señal moduladora es ella misma sinusoidal. La amplitud de la onda modulada debe variar entonces sinusoidalmente.

La diferencia de frecuencia entre la onda portadora y la señal moduladora es normalmente mucho mayor está en el orden de los miles de hertz.

La amplitud de la onda portadora modulada puede verse claramente que varía entre un valor máximo, que en general es mayor que la amplitud de la onda sin modular, y un valor mínimo, que es menor que la amplitud de la onda sin modular.

AA)Porque los receptores de radiodifusión usados en la recepción de señales moduladas en amplitud tienen en un ancho de banda de 9khz?

Los receptores de radiodifusión necesitan un ancho de banda de 9khz para poder recibir sin problemas todas las frecuencias de la información transmitida, ya que si es mucho menor a 9khz perderemos las altas frecuencias de la información transmitida, y si el ancho de banda es mucho mayor a 9khz estaríamos recibiendo más de una información transmitida en el mismo tiempo por distintas emisoras ya que el ancho de banda del receptor es más grande que el ancho de banda que separa a las dos emisoras.

BB)Dibujar a escala la forma de onda de una onda portadora de radiofrecuencia modulada en amplitud por un tono senoidal cuando la profundidad de modulación es:

CC)50%

DD)100%

M=X-Y=12-4=0,5.100%=50%

X+Y 12+4

M=X-Y=16-0=1.100%=100%

X+Y 16+0

EE)Si la amplitud de la portadora sin modular es 1vef y su frecuencia 1000khz.¿Cuáles son las amplitudes y frecuencias de las componentes de las frecuencias en los casos cc) y DD) del ejercicio anterior cuando la frecuencia de modulación es 1000hz.

Ablsi=1vef.0,5=0,25vef Ablsi=1vef.1=0,5vef

fbls=fc+fs=1000khz+1khz=1001khz

fbli=fc-fs=1000khz-1khz=999khz

FF)Con referencia a la modulación de amplitud, explicar los términos envolvente de modulación y profundidad de modulación y distinguir entre frecuencias laterales y bandas laterales.

Envolvente de modulación

La línea exterior a la forma de onda de la portadora se llama envolvente de modulación.

Profundidad de modulación

La envolvente de una onda portadora modulada en amplitud varía de acuerdo con la forma de onda de la señal moduladora y por esto debe existir una relación entre los valores máximo y mínimo de la onda modulada y la amplitud de la señal moduladora. Esta relación se expresa en función del factor de modulación de la onda modulada.

El factor de modulación m de una onda modulada en amplitud se define por la expresión:

M=Amplitud máx.-Amplitud mín.

Amplitud máx.+Amplitud mín.

Cuando se expresa como porcentaje m, se conoce como profundidad de modulación o porcentaje de modulación.

Frecuencias laterales

Es posible demostrar, con la ayuda de las matemáticas, fuera de los límites de este libro, que cuando una onda portadora sinusoidal está modulada en amplitud, cada componente de frecuencia de la señal moduladora da lugar a dos frecuencias en la señal modulada, una por encima de la frecuencia portadora y otra por debajo. Cuando, por ejemplo, la señal moduladora es una onda sinusoidal de frecuencia fm la onda portadora modulada contiene tres frecuencias:

a)La portadora fp

b)la frecuencia lateral inferior (fp-fm)

c)la frecuencia lateral superior (fp+fm)

Las dos nuevas frecuencias son las frecuencias laterales superior e inferior, y están igualmente separadas a cada lado de la frecuencia de la portadora en una cantidad igual a la frecuencia de la señal moduladora fm. Esta frecuencia no está presente.

Bandas laterales

Si la señal moduladora no es sinusoidal, contendrá componentes de un cierto número de frecuencias diferentes; supongamos que la frecuencia más alta contenida en la señal moduladora es f2 y la más baja f1. Entonces la frecuencia f2 producirá una componente de frecuencia lateral superior (fp+f2) y una componente de frecuencia lateral inferior (fp-f2), mientras la frecuencia f1 producirá las frecuencias laterales superior e inferior (fp+-f1). Así, la señal moduladora producirá un número de componentes de frecuencias laterales inferiores en la gama (fp-f2) a (fp-f1)y un número de componentes de frecuencias laterales superiores en la gama (fp+f2) a (fp+f1). La banda de frecuencias por debajo de la frecuencia de la portadora, es decir (fp-f2) a (fp-f1) se conoce por banda lateral inferior, mientras la banda de frecuencias por encima de la portadora se conoce como banda lateral superior. Cuando la frecuencia de la portadora es más alta que la señal moduladora, las bandas laterales están simétricamente situadas con respecto a la frecuencia, a cada lado de la frecuencia portadora. La banda lateral inferior se dice que está invertida porque la frecuencia más alta de ella (fp-f1)corresponde a la frecuencia más baja f1 de la señal moduladora y viceversa. En forma análoga la banda lateral superior se dice que está derecha porque su frecuencia más baja (fp+f1)corresponde a la más baja f1 de la señal moduladora.

GG)La amplitud de una onda de 310khz se modula senoidalmente a una frecuencia de 5khz entre 0,9v y 1,5v. Determinar la amplitud de la onda portadora sin modular, la profundidad de modulación y las componentes de frecuencia presentes en la onda modulada.

Fc=310khz

Fs=5khz

Fbls=fc+fs=310khz+5khz=315khz

Fbli=fc-fs=310khz-5khz=305khz

Afc=1,2v de pico

M=X-Y=3-1,8=0,25.100%25%

X+Y 3+1,8

HH)Dibujar a escala la envolvente de una onda portadora de 10v en amplitud para una profundidad de:

II)30%

JJ)100%

KK)120%

M=X-Y=13-7=0,3.100%=30%

X+Y 13+7

M=X-Y=20-0=1.100%=100%

X+Y 20+0

M=B=12=1,2.100%=120%

A 10

LL)Explicar porque una onda modulada en amplitud con una profundidad de modulación de 120% no puede ser decodificada con un detector de envolvente.

La modulación de la corriente rectificada es por definición la relación que existe entre el valor de cresta de la componente de modulación y el valor medio de la corriente; por lo tanto:

Modulación de la corriente= Im =m Ro

Rectificada Io Zm

La modulación de la corriente rectificada nunca puede exceder de la unidad en las crestas negativas, debido a que si Im>Io, en las crestas negativas la corriente rectificada resultante Io-Im tendría que invertir su polaridad, lo que es evidentemente imposible porque tal corriente no podría pasar por el diodo. Si la forma de onda de la tensión de salida tiene que reproducir fielmente la envuelta de modulación de la onda aplicada, es entonces necesario que el grado de modulación de la onda aplicada no exceda el valor de m que hace Im=Io. Por lo tanto:

Máximo valor de m = Mmáx = Zm

Admisible sin distorsión Ro

Cuando el grado de modulación de la onda de radiofrecuencia aplicada a los terminales de entrada del díodo excede el valor especificado, la corriente rectificada es nula durante las partes del ciclo de modulación en que la corriente rectificada tendría que ser negativa para que la tensión de salida del díodo siguiera fielmente la envuelta de modulación.

La resultante distorsión de forma de onda de la corriente de salida causa una correspondiente distorsión de la forma de onda de la tensión de salida, la que deja de seguir a la envuelta de modulación en las crestas negativas.

En las frecuencias de modulación bajas y moderadas, cuando la impedancia de carga del díodo a las frecuencias de modulación es resistiva y menor que la resistencia Ro de cc, la situación es la que se da a ver en la fig.1. En este caso, la distorsión de la onda de corriente rectificada que ocurre cuando m>mmáx provoca el corte de las crestas negativas de la tensión de salida durante el intervalo en que es cero la corriente rectificada. Este corte es perfectamente plano en la medida en que el capacitor de bloqueo C2 y el capacitor de paso C3 sean lo suficientemente grandes como para que las tensiones que a través de ellos existen no decrezcan apreciablemente durante el intervalo de tiempo en que está interrumpida la corriente rectificada.

En las frecuencias de modulación más altas, para las cuales Zm no solo es menor que Ro sino que además es capacitiva, se dan las condiciones ilustradas en la fig.2 cuando m>mmáx.. En este caso, la distorsión de la corriente rectificada no ocurre ya exactamente en la cresta negativa del ciclo de modulación a causa del desplazamiento de fase provocado por la impedancia de carga capacitiva. El resultado es un corte diagonal de la onda de salida, tal como el que ilustra el diagrama 3. La forma exacta de la tensión de salida durante este intervalo de distorsión, cuando no circula corriente a través del díodo, será determinada por la descarga de los capacitores C y C1 a través de las resistencias de la impedancia de carga del díodo.

MM)Una portadora de 100khz se modula en amplitud, utilizando un modulador equilibrado (balanceado), con una señal de 3khz y se selecciona la frecuencia lateral inferior. Esta frecuencia lateral se usa a continuación para modular en amplitud a una portadora de 120khz y de nuevo se selecciona la frecuencia lateral inferior.

Dibujar el diagrama del espectro de frecuencias que corresponde a la salida del modulador.

Explicar el significado de los términos directa e invertida cuando se aplica a las bandas laterales.

97khz 100khz 103khz f 23khz 120khz 217khz f

Cuando la frecuencia de la portadora es más alta que la señal moduladora, las bandas laterales están simétricamente situadas con respecto a la frecuencia, a cada lado de la frecuencia portadora.

La banda lateral inferior se dice que está invertida porque la frecuencia más alta de ella (fp-f1) corresponde a la frecuencia mas baja f1 de la señal moduladora y viceversa. En forma análoga la banda lateral superior se dice que está derecha porque su frecuencia más baja (fp+f1) corresponde a la más baja f1 de la señal moduladora.

NN)Hacer una relación con las ventajas de la modulación de amplitud BLU en comparación con la modulación de amplitud BLD.

Banda lateral única

Está claro que una onda modulada en amplitud contiene la información representada por la señal moduladora en ambas bandas laterales, superior e inferior. Por consiguiente no es necesario transmitir ambas bandas laterales. Además, la componente de portadora es de amplitud y frecuencia constantes y no lleva ninguna información. Es posible suprimir la portadora y una de las bandas laterales en el equipo transmisor y transmitir precisamente la otra banda lateral sin pérdida de información en absoluto. Este método de funcionamiento se conoce por banda lateral única con supresión de portadora (BLU). El funcionamiento por este método frente al funcionamiento con ambas bandas laterales presenta las siguientes ventajas:

a)El ancho de banda para la transmisión por BLU es solamente la mitad del necesario en el caso de doble banda lateral (BLD). Esto permite el funcionamiento de más canales dentro del espectro de frecuencia siempre que existan medios de transmisión.

b)La relación señal-ruido en el extremo receptor de un sistema BLU es mayor que un sistema BLD. La mejora es de 9dB para una profundidad de modulación de 100 por 100 e incluso más profundidades de modulación de menos del 100 por 100; parte de esta mejora se debe a un aumento en la relación potencia banda lateral a potencia total de salida transmitida y el resto es consecuencia de que el ancho de banda necesario se ha reducido a la mitad (la potencia del ruido es proporcional al ancho de banda).

c)Un transmisor BLD produce una potencia de salida (debida a la portadora transmitida)en todo momento, mientras que un transmisor BLU, no. Se obtiene así u ahorro en el consumo de la potencia de cc tomada de la fuente de alimentación, con un aumento en la eficiencia total del transmisor.

d)Las ondas de radio están sujetas a una forma de interferencia conocida como desvanecimiento selectivo. Cuando éste predomina, puede tener lugar una considerable distorsión de la señal BLD porque la componente de portadora puede caer por debajo del nivel de las bandas laterales, de forma que las dos bandas laterales batan entre sí para producir numerosas frecuencias no deseadas. Esto no puede ocurrir con un sistema BLU porque la señal se modula con una portadora de amplitud constante generada localmente.

e)En los sistemas de telefonía multicanal por línea, cualquier no linealidad da lugar a productos de intermodulación, muchos de los cuales producirán diafonía entre canales. La mayor parte de la no linealidad aparece en las etapas de salida de los amplificadores de línea, ya que son éstos los que manejan las señales de mayor amplitud . La supresión de la componente de portadora reduce los niveles de señal a manejar por los amplificadores y esto limita el efecto de cualquier no linealidad y, por lo tanto, reduce la diafonía.

El inconveniente de trabajar en BLU es la necesidad de equipos de recepción más complejos, y por lo tanto más caros. El aumento de complejidad se debe a la necesidad de reintroducir una portadora de la misma frecuencia que la portadora de origen suprimida en el transmisor. Cualquier pérdida de sincronismo entre las portadoras eliminada y reaparecida produce un desplazamiento en cada componente de frecuencia de la señal demodulada.

Para mantener la inteligibilidad, la portadora reinsertada debe de estar a unos pocos ciclos de la frecuencia portadora original. El coste extra y la complejidad del funcionamiento son las razones por las que el trabajo en BLU se limita a sistemas de telefonía por radio o línea de larga distancia y no se utiliza en radio difusión doméstica.

Doble banda lateral

La modulación de frecuencia ofrece las siguientes ventajas sobre el empleo de la modulación de amplitud BLD:

a)La relación señal-ruido en la salida del receptor de fm puede ser mayor que en el receptor de modulación de amplitud BLD.

b)La amplitud de una onda modulada en frecuencia es constante, permitiendo construir transmisores de mayor eficiencia.

c)Un receptor de fm tiene la capacidad de suprimir la más débil de dos señales que se reciben simultáneamente en o cerca de la misma frecuencia. Este efecto se llama efecto de captura.

d)La gama dinámica, es decir la gama de amplitudes de la señal moduladora que se puede transmitir es mucho mayor.

El inconveniente de la modulación de frecuencia es, en gral., el mayor ancho de banda necesario.

La modulación de amplitud se emplea para transmisores de difusión en las bandas larga, media y corta, para la señal de imagen en televisión, para radio-telefonía de larga distancia, para sistemas base-móviles VHF/UHF y para servicios diversos de barcos y aviones.

La modulación en frecuencia se emplea para difusión de sonido en VHF, para las señales del sonido televisión en UHF, para algunos sistemas móviles-base, para algunos servicios de barcos y aviación y para sistemas de radiotelefonía de banda ancha.

OO)Explicar y porque se usan estos sistemas, con la ayuda de los diagramas adecuados, el significado de:

PP)Múltiplex por división de frecuencias.

QQ)Múltiplex por división de tiempo.

Múltiplex por división de frecuencia

Para aclarar el fundamento del múltiplex por división de frecuencias (mdf) consideremos el caso sencillo en que se precisa transmitir tres canales telefónicos, de ancho de banda de 300hz a 3400hz, por una línea común. El primero de estos canales puede ser transmitido directamente por la línea y ocupará la banda 300hz a 3400hz. El segundo y tercer canal ya no pueden transmitirse directamente por la línea ya que no podría separarse el primer canal de los otros. Supongamos, por consiguiente, que en lugar de esto, los dos canales se pasan a un circuito en el que se hace una traslación o desplazamiento de frecuencia, siendo entonces las bandas de frecuencia de 4300hz a 7400hz y 8300hz a 11400hz respectivamente, antes de ser transmitidas a la línea. Los tres canales pueden transmitirse ahora por la línea común, ya que como hay entre ellos una separación de 900hz no aparecerá ninguna interferencia entre canales. En el extremo de recepción de la línea, los filtros separarán los tres canales y unos circuitos adicionales restituirán al segundo y tercer canal a sus bandas de frecuencia originales. El ancho de banda previsto para el circuito común debe ser de 300hz a 11400hz.

La traslación de frecuencia de un canal a una posición más alta en el espectro de frecuencias se llama modulación, y el circuito que lo lleva a cabo se llama modulador. La parte concreta del espectro de frecuencia a la que se desplaza el canal se determina por la frecuencia de la onda portadora sinusoidal que se modula. La modulación puede definirse como el proceso por el que una de las características de la onda portadora se modifica de acuerdo con las características de la señal que modula. La recuperación de un canal a su posición de origen en el espectro se conoce como demodulación y el dispositivo que lo realiza demodulador.

Un diagrama esquemático de bloque representado en la fig.12.1 muestra el equipo necesario para la transmisión en una dirección del sistema de tres canales mdf que acabamos de describir. Debe observarse que, como el equipo es unidireccional, es necesario duplicarse para realizar la transmisión en ambas direcciones. Por otro lado, la línea puede ser un cable telefónico o un radio enlace de VHF;UHF;o microondas.

La traslación de frecuencias se emplea también para la radiodifusión y televisión. Es sabido que tales programas se transmiten por las autoridades de radiodifusión y se reciben en los domicilios mediante antenas, pero ningún tipo de antena es capaz de funcionar en audio frecuencias. Por consiguiente es necesario desplazar cada programa producido en origen en audio frecuencia a un punto más alto en el espectro de frecuencias en el que las antenas puedan funcionar con una eficiencia razonable.

Ya que hay un gran número de estaciones de radiodifusión dentro de un área geográfica, es necesario disponer que cada estación esté tan lejos como sea posible de las demás desde el punto de vista de su situación en al espectro de frecuencias. Por esto, los programas radiados por las diferentes emisoras de radio son trasladados en frecuencia a bandas propias determinadas, según acuerdos internacionales. Por ejemplo, consideremos las emisoras de radio 1,2,3 y 4 de la BBC en onda media. La radio 1 emite en una frecuencia de 1214khz, la radio 3 en 647khz, y la radio 4 en 692,908 y 1052khz.

Múltiplex por división de tiempo

Con el múltiplex por división en tiempo (mdt)se pueden transmitir un cierto número de canales diferentes por un mismo circuito asignando el circuito común a cada canal por turno durante un cierto tiempo; es decir, en un instante en particular, solamente está conectado al circuito un solo canal. El fundamento de un sistema mdt se muestra en la fig.12.2 donde se ve la disposición básica de un sistema de dos canales mdt.

Los dos canales que van a compartir el circuito común están conectados cada uno al mismo a través de un circuito compuerta canal. Las compuertas de canal son interruptores electrónicos que permiten a la señal presente pasar solamente cuando están abiertos por la aplicación de un pulso de control. Por esto, si el impulso de control se aplica a la compuerta 1 en el momento t1 y no a la compuerta 2, la compuerta 1 se abrirá durante un tiempo igual a la duración del impulso, pero la compuerta 2 permanecerá cerrada.

Durante este tiempo, por consiguiente, un impulso o muestra de la amplitud de la señal del canal 1 será transmitida a la línea. Al final del impulso, ambas compuertas estarán cerradas, y no se transmitirá a la línea ninguna señal. Si a continuación el impulso de control se aplica a la compuerta 2 en un momento posterior t2, la compuerta 2 se abrirá y será transmitida una muestra de la onda del canal 2. De esta forma, si los impulsos aplicados para controlar la apertura y cierre de las compuertas 1y2 se repiten a intervalos regulares, se transmitirán una serie de muestras de las ondas correspondientes a los dos canales.

En el extremo receptor del sistema, las compuertas 1y2 se abren por la aplicación de impulsos de control en aquellos instantes en que las muestras de onda que llegan son las correspondientes al canal que las debe recibir. Esto exige un sincronismo exacto entre los impulsos de control aplicados a las compuertas 1y2 de ambos extremos. Si el tiempo empleado por las señales para viajar a través del circuito común fuera cero el sistema exigiría impulsos de control como los mostrados, pero como el tiempo de transmisión, en la práctica, no es cero, los impulsos de control aplicados en el extremo receptor del sistema deben aplicarse ligeramente más tarde que los correspondientes impulsos en el extremo emisor. Si el impulso de sincronismo es correcto, las muestras de la forma de onda se dirigen a los canales correctos en el extremo receptor. Las muestras recibidas deben ser reconvertidas entonces a la forma original, es decir deben ser demoduladas. Siempre que el índice de muestreo, es decir el número de impulsos de control por segundo, sea por lo menos igual a dos veces la frecuencia más alta contenida en la forma de onda original, se puede conseguir una demodulación correcta pasando simplemente las muestras a través de una red de filtros que deje pasar libremente todas las frecuencias por debajo de la frecuencia de muestreo.

En la descripción anterior de un sistema mdt se ha supuesto que las muestras de la información se transmiten directamente a la línea. Frecuentemente, sin embargo, es deseable que los impulsos transmitidos ocupen una parte completamente diferente del espectro de frecuencias. Por ejemplo, con impulsos de radio frecuencia, las muestras pueden ser radiadas eficazmente por una antena. Cuando es éste el caso, el equipo necesario en cada extremo de un sistema mdt es algo más complejo que le mostrado en el diagrama.

RR)Una frecuencia portadora de 2Mhz se modula en amplitud por una banda de audiofrecuencias que contienen los armónicos de 50hz. En la gama hasta 3khz. Hacer un esquema del diagrama del espectro de frecuencias para mostrar las frecuencias producidas. Con referencia al diagrama anterior explicar la diferencia entre las frecuencias laterales y bandas laterales.

50.2 50.3 50.4 50.58 50.59 50.60

50HZ 100HZ 150HZ 200HZ 2,9KHZ 2,95KHZ 3KHz

Frecuencias laterales

Es posible demostrar, con la ayuda de las matemáticas, que cuando una onda portadora sinusoidal está modulada en amplitud, cada componente de frecuencia de la señal modulada, una por encima de la frecuencia portadora y otra por debajo. Cuando, por ejemplo, la señal moduladora es una onda sinusoidal de frecuencia fm la onda portadora modulada contiene tres frecuencias:

a)la portadora fp

b)la frecuencia lateral inferior (fp-fm)

c)la frecuencia lateral superior (fp+fm)

Bandas laterales

SS)Determinar los límites en la transmisión en el ejercicio rr.

Fc=2MHz

Fs=50Hz-3KHz

Fs=50Hz

Fbls=fc+fs=2MHz+50Hz=2,00005MHz

Fbli=fc-fs=2MHz-50Hz=1,99995MHz

Fs=3Khz

Fbls=fc+fs=2MHz+3KHz=2,003MHz

Fbli=fc-fs=2MHz-3KHz=1,997MHz

TT)Si la frecuencia de la portadora sin modular de 2MHz se propaga por un cable con velocidad de 2.108m/s determinar su longitud de onda.

C=2.108m/s

F=2MHz

Longitud de onda=?

Longitud de onda=C=2.108m/s=100mts.

F 2MHz

UU)Dibujar a escala la forma de onda de una portadora modulada en amplitud senoidalmente con una profundidad de 30%. Emplear el diagrama para explicar el significado de envolvente de modulación y profundidad de modulación.

M=X-Y=13-7=0,3.100%=30%

X+Y 13+7

Envolvente de modulación

Profundidad de modulación

El factor de modulación m de una onda modulada en amplitud se define por la expresión:

Amplitud máxima-

M= -Amplitud mínima

Amplitud máxima+

+Amplitud mínima

Cuando se expresa como porcentaje m, se conoce como profundidad de modulación o porcentaje de modulación.

VV)La envolvente de una onda modulada en amplitud varía senoidalmente entre los valores máximos de +6v y –6v y los valores mínimos de +2v y –2v. Determinar:

WW)La amplitud de la portadora sin modular.

XX)La amplitud de la señal moduladora.

YY)La profundidad de modulación expresada como porcentaje.

Afc=4v de pico

Afs=2v de pico

M=X-Y=12-4=0,5.100%=50%

X+Y 12+4

ZZ)Hacer un dibujo para mostrar el aspecto de una onda modulada en amplitud cuando la señal moduladora tiene la forma de diente de sierra y cuadrada.

Señal de diente de sierra

Señal Cuadrada

AAA)Cuando una portadora de 1000w se modula en amplitud por una onda senoidal de potencia total se eleva a 1200w. Calcular:

BBB)La potencia en la frecuencia lateral inferior.

CCC)La profundidad de la modulación.

AAA)

Pc=1000w

Pt=1200w

Pt=Pp(1+m2) 1200w –1.2=M

2 1000w

1200w=1000w(1+m2)=100

BBB) m2.Pp=BLI

(0,63)2.1000w = 99,22w

CCC)

Pt-Pp.2 =M

M=0,63.100%=63%

Autor:

Juan D. Batipalla