Memoria de practicas: Modulaciones
Introducción
El objetivo de esta practica es comprender las modulaciones analógicas y digitales, utilizando varios métodos para ello. Modular una señal consiste en introducir la información de esa señal en una portadora, con el objetivo de transmitirla de forma mas fácil, o de poder transmitirla simultáneamente con otras señales.
En esta practica realizaremos modulación analógica en frecuencia (FM) y en amplitud (AM), y modulación digital FSK.
Lista de materiales
- Osciloscopio Tektronix TDS210
- Generador de impulsos HP 33120A
- Entrenador PROMAX EC-696/E (Modulo emisor)
- Entrenador PROMAX EC-696/R (Modulo receptor)
- Emisor FM Saleskit 41
Ejecución
AM-1
Comenzamos por configurar la modulación AM en una portadora de 250 kHz, una moduladora senoidal de 2 kHz y un indice de modulación m=100%.
En esta primera imagen se aprecia la modulación realizada en esta señal en el tiempo. La moduladora determina la forma del dibujo. Si hiciésemos zoom, veríamos que la franja negra es en realidad una onda sinusoidal que varia sus máximos y mínimos según la moduladora.
En este caso, el mayor pico de la portadora será de 5 voltios, dado que hemos configurado en generador de ese modo. La señal no esta desfasada; ambas señales, tanto portadora como moduladora conservan su fase.
En la segunda imagen correspondiente a esta modulación observamos la misma modulación en frecuencia. Podemos ver que la frecuencia central, correspondiente a la portadora, se aprecia claramente, y que su valor es de 250 kHz. La modulación la encontramos a los lados de la portadora, donde apreciamos el tono a 248 kHz y a 252 kHz. El generador esta modulando en AM, por lo que se ven estos tres elementos.
En la imagen correspondiente a la vista en frecuencia apreciamos que las bandas laterales tienen menos nivel que la portadora. Esto se debe a que, al multiplicar dos señales, sus amplitudes se definen por esta formula:
[math]\displaystyle{ 20logAp-(20log(\frac {m\cdot Ap}{2})= 20logAp - (20logm + 20log \frac {Ap}{2}) = 20logAp - 20logm-20logAp +20log2 = 6-20log m }[/math]
También existen otros tipos de modulación, que se corresponden también con la AM pero difieren en varios elementos. Ejemplos de ello son la DBL (Doble Banda Lateral), donde prescindimos de la portadora, la BLU (Banda Lateral Única), donde se elimina también una de las modulaciones laterales, dejando una sola, o la BLV (Banda Lateral Vestigial), donde encontramos una sola banda lateral, la portadora atenuada y un fragmento de la otra banda lateral.
AM-2
Si, partiendo de esta modulación, modificamos la frecuencia de la portadora, haremos que la longitud de onda cambie. Sin embargo, no variará el aspecto de la onda al verla en tiempo. En frecuencia veremos que la portadora y las bandas la laterales aumentan de frecuencia. Sin embargo, no aumentara la distancia entre la portadora y las bandas laterales ni el ancho en KHz de estas. El ancho de banda de la señal modulada seguirá siendo de 4 KHz, y no varía al variar la frecuencia, dado que la moduladora no ha variado.
Si se varia la frecuencia de la moduladora, apreciaremos que en el tiempo la forma de la onda ha cambiado. Esto supone, al observar en frecuencia, que las bandas laterales se han desplazado.
Otro parámetro que podemos modificar es el indice de modulación. Este nos marca cual va a ser la “envoltura” de la onda. En otras palabras, indica la variación introducida por la modulación respecto al nivel de la señal original. Este parametro se mide en porcentaje.
Este es el aspecto de esta misma onda modulada para m=50% y m=120%.
El indice de modulacion del 120% no es un indice de modulacion valido, dado que introduce errores en la modulacion, que un demodulador la podria interpretar incorrectamente.
La relacion entre portadora y bandas laterales en dB ha cambiado, dado que los cambios en tiempo tambien son mas acusados. En general, cuanto mas acusado el cambio en tiempo, mas dB en frecuencia.
AM-3
Ahora aplicaremos una moduladora triangular de 1,5 kHz y m=100% con una portadora de 140kHz.
Para realizar esta modulacion, modificamos el generador de funciones para cambiar la moduladora de sinusoidal a triangular, Este cambio podemos realizarlo en el menu avanzado del generador. Este es el aspecto de esta modulacion en tiempo.
[imagen 9]
Tambien se realizó una modulacion con portadora triangular a 100KHz y una moduladora triangular a 6KHz, con un indice de modulacion del 100%. Su aspecto, en tiempo, es este.
[imagen 11]
Estas modulaciones son muy poco efectivas, especialmente la segunda, dado que al tener de portadora una señal triangular generan muchos armonicos en frecuencia.
[imagen entrenador derecha peque]
Retomamos los valores de la primera moduladora para realizar la modulacion con el entrenador PROMAX EC-696/E. Este entrenador modula señales procedentes de varias fuentes, como un generador o un microfono. Asimismo, se puede comunicar con su contrario, el receptor PROMAX EC-696/R a traves de coaxial, bifilar, fibra óptica, infrarrojo y radio. El entrenador modula la señal que le llega en una portadora de 132khz, lo que nos da una longitud de onda de 750μs. El indice de modulacion de este entrenador es del 90%.
El entrenador siempre debe recibir la señal sin modular, dado que si la introducimos modulada, nos realizará otra modulacion igualmente, lo que nos obligará a demodularla dos veces. En resumen, estamos realizando trabajo inutil.
Como hemos comentado, el entrenador tambien tiene posibilidad de introducir la señal mediante un microfono. Esta señal se modula y demodula de la misma manera que un tono introducido en el generador. El unico limite a este modo de introducir la señal viene en que el entrenador no capta todas las frecuencias audibles, sino que filtra la entrada a los 4KHz. Por ello, la voz que se demodula difiere levemente del sonido que oimos. Por tanto, al ver la señal modulada, podemos apreciar un ancho de banda de 8kHz.
FM-1
El generador HP tambien modula en frecuencia. En esta actividad, modularemos una señal sinusoidal de 1kHz con una portadora de 100kHz y una desviación de frecuencia de 15kHz.
[Imagen nosecualesperoyalabuscare]
En el tiempo observamos que la onda varia su amplitud, y por ende su frecuencia, al modular un tono. En frecuencia, vemos como en varias frecuencias
Explica qué observas en tiempo y en frecuencia y razona por qué es así. ¿Qué es la desviación de frecuencia? ¿La puedes interpretar en el osciloscopio?
Aumenta la frecuencia de la moduladora hasta los 5kHz. ¿Ves algo en tiempo? ¿Y en el espectro? ¿Por qué?
Prueba a aumentar la desviación de frecuencia a 50kHz y luego a 75 kHz. ¿Qué sucede con el espectro? ¿Cuál es el ancho de banda de la señal modulada FM? Relaciónala con la fórmula.
FM-2
Vamos a utilizar las emisoras Saleskit 41 para modular FM la voz y recibirla con la radio FM del telefono móvil.
Haz un esquema que explique el montaje. ¿Cómo sabrías la frecuencia portadora a la que se está emitiendo utilizando el osciloscopio? ¿Con qué puedes cambiar esa portadora? ¿Qué distancia alcanza la emisión? Comenta la experiencia.
Conectando blablabla. En la emisora encontramos una ruleta que cambia la frecuencia de emision al girarla. Podemos elegir todo el espectro de la FM comercial, desde los 88MHz hasta los 108MHz. La emision no alcanza una distancia de mas de 5 metros.
3. Modulación FSK
Se trata de utilizar el generador de funciones para ver una señal modulada FSK. Anota los valores que tienen los parámetros involucrados (en la configuración del generador)
¿Cuál es la moduladora? ¿Es analógica o digital? Deduce su valor y calcula la tasa (velocidad) de bits que se están transmitiendo.
¿Con qué frecuencias se representan los 0 y 1? Explica en qué consiste la modulación FSK.
0 -> 100hz 1 -> Generador
200bps
Mod menu: FSK freq FSK rate Source
