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MODULACIÓN Y DEMODULACIÓN FM
José Moisés Núñez Silva, Andrés García Munera,
Andrés Mauricio Mesa
Institución Universitaria Pascual Bravo
Resumen
Para este último informe detallaremos la
práctica de laboratorio que realizaremos del
modulador y demodulador FM. Tomaremos
evidencia por medio de un registro fotográfico
de cada una de las etapas montadas y
visualizadas a través del osciloscopio. Para la
realización de este informe nos basaremos en el
informe pasado de AM. Para lograr el
objetivo del laboratorio, utilizaremos los
circuitos integrados XR2206 y XR2211.
Abstract
For this latest report will detail the lab that will
make the modulator and demodulator FM.
Take evidence through a photographic record
of each of the stages mounted and viewed
through the scope. For the purposes of this
report, we will build on the previous report of
AM. To achieve the goal of the lab, we will
use integrated circuits XR2206 and XR221.
Palabras claves
Modulación de frecuencia
Demodulación de frecuencia
Desviación de frecuencia de la
portadora
Frecuencia de la moduladora
Espectro de frecuencia
Keywords
Frequency Modulation
Frequency Demodulation
Frequency Deviation Carrier
Frequency
Frequency of the modulator
Frequency spectrum
TABLA DE CONTENIDO
1. Introducción
2. Objetivos
3. Marco teórico
4. Desarrollo del montaje
4.1 Modulador FM
4.1.1 Cálculos del modulador
4.1.2 Tabla de comparación entre valores
teóricos y valores prácticos
5.1 Demodulador FM
5.1.1 Cálculos del demodulador
5.1.2 Tabla de comparación entre valores
teóricos y valores prácticos
6. Conclusiones
7. Referencias
1. Introducción
Para la elaboración del presente informe
realizaremos el circuito de la modulación y la
demodulación FM, en el cual desarrollaremos
en varias etapas, empezando con e l c i r c u i t o
m od u l ad o r y el uso del integrado XR2206,
empleando el uso del generador de onda como
información. Para el circuito demodulador
optaremos por utilizar la opción del integrado
XR2211, el cual necesita tener más cálculos
matemáticos, pero menos ajustes de la señal. Y
por último diseñaremos un filtro pasa bajas
para mejorar la salida del demodulador del
sistema.
2. Objetivos
Realizar el montaje del modulador FM con
el integrado XR2206 y la demodulación FM
con el integrado XR2211 utilizada en las
comunicaciones, verificar su funcionamiento
y sacar nuestras propias conclusiones del
montaje realizado.
Diseñar e implementar un filtro pasa bajas
de 3º orden a la salida del demodulador para
mejorar la salida del sistema.
Comprobar la teoría con la práctica, es
decir los valores que se calculan
matemáticamente y los valores que
montamos en los circuitos, las diferencias y
las similitudes, para lograr afianzar los
conceptos adquiridos.
Reconocer cada una de las ventajas que
tiene cada elemento que implementaremos
en el circuito, para tener una idea de qué
vamos a hacer y como lo vamos a hacer para
tener éxito en el montaje.
Es importante para el éxito del laboratorio
consultar por nuestra cuenta mayor
información que nos sea útil para el
montaje, para así tener mayores
alternativas para lograr el óptimo
funcionamiento del circuito que
realizaremos.
3. MARCO TEÓRICO
XR-2206
El XR-2206 es un circuito integrado capaz de
producir una onda de calidad alta, de tipo seno,
cuadrada, triangular, rampa, formas de onda del
pulso de alta estabilidad y exactitud. Las
formas de onda del rendimiento pueden ser de
amplitud y frecuencia moduladas por un
voltaje externo. La frecuencia de
funcionamiento puede seleccionarse,
externamente encima de un rango de 0.01Hz a
más de 1MHz. El circuito está diseñado para el
área comunicaciones, instrumentación, y
aplicaciones de generador de función. La
sinuosidad requiriendo entona, es, FM, o
generación de FSK. El integrado tiene una
especificación de la tendencia típica de
20ppm/°C. El oscilador puede barrerse de
una frecuencia linealmente encima de una
frecuencia de 2KHz, además que vaya con un
voltaje del mando externo, mientras mantiene
una distorsión baja.
Figura 1. Diagrama de bloque funcional del
XR-2206
Aplicaciones del XR-2206
Generación de Waveform
Barra Generación
Generación de AM/FM
Conversión de V/F
Generación de FSK
Vueltas fase-cerradas con llave
(VCO)
XR-2211
Es un integrado de imposición de una señal a
una onda Portadora alternante de manera que
la amplitud de la señal portadora permanece
en un estado constante, mientras que su
frecuencia varía proporcionalmente con la
amplitud de la señal. Realiza el proceso
inverso de modulación. Consiste en la
recuperación de la señal moduladora (o
información) de una onda portadora después
de pasar por el Medio de transmisión.
Figura 2. Nomenclatura de las terminales de
XR-2211
LM741
Este dispositivo es un amplificador de
propósito general bastante conocido y de uso
muy extendido. Sus parámetros son bastante
regulares, no teniendo ninguno que sea el
mejor respecto a los de los demás, pero en
conjunto presenta una alta impedancia de
entrada, pequeños Offset (de corriente y de
voltaje) en la entrada y buenos parámetros.
Figura 3. Diagrama de bloque funcional del
LM 741
FRECUENCIA MODULADA (FM)
La frecuencia modulada es una modulación
angular que consiste en variar la frecuencia de
la onda portadora de acuerdo con la intensidad
de la onda de información. La amplitud de la
onda modulada es constante e igual que la de
la onda portadora. La frecuencia de la
portadora oscila más o menos rápidamente,
según la onda moduladora, además el grado de
esta variación dependerá del volumen con que
modulemos la portadora, a lo que
denominamos “índice de modulación”. Debido
a que los ruidos o interferencias alteran la
amplitud de la onda, no afecta a la
información transmitida en FM, puesto que la
información se extrae de la variación de
frecuencia y no de la amplitud, que es
constante. Como consecuencia de estas
características de modulación podemos
observar cómo la calidad de sonido o imagen
es mayor cuando modulamos en frecuencia
que cuando lo hacemos en amplitud.
MODULADOR DE FM
La modulación de una portadora sobre FM,
aunque se puede realizar de varias formas,
resulta un problema delicado ya que es
necesario dos tipos de características
contrapuestas: que la señal moduladora varíe
la frecuencia y estabilidad de frecuencia.
DEMODULADOR DE FM
También es más complejo que el de AM. Se
utilizan sobre todo dos métodos:
Discriminador reactivo: Se basa en llevar la
señal de FM a una reactancia, normalmente
bobinas acopladas, de forma que su
impedancia varíe con la frecuencia.
La señal de salida aparece, entonces, modulada
en amplitud y se detecta con un detector de
envolvente. Existían válvulas específicas para
esta tarea, consistentes en un doble-diodo
tríodo. Los dos diodos forman el detector de
envolvente y el tríodo amplifica la señal,
mejorando la relación señal/ruido.
Detector con PLL: La señal del PLL
proporciona la señal demodulada. Existen
muchas variaciones según la aplicación, pero
estos detectores suelen estar en circuitos
integrados que, además, contienen los
amplificadores de RF y frecuencia intermedia.
Algunos son una radio de FM completa
(TDA7000).
Figura 4. Modulación de una onda
senoidal.
4. DESARROLLO DEL MONTAJE
Ejercicio (grupo 1):
Implementar un modulador y un
demodulador FM para las siguientes
condiciones:
Frecuencia de la portadora = 200KHz
Desviación de frecuencia máxima =40KHz
Voltaje pico de la información = 8
Frecuencia de la información = 2KHz
4.1 MODULADOR FM
Esta es la primera etapa del montaje global
de una frecuencia modulada FM, aquí
describiremos cada uno de los pasos para
lograr con éxito la realización de esta etapa, de
la cual es importante lograr un buen
funcionamiento para lograr avanzar a la otra
etapa (demodulación).
Figura 5. Circuito utilizado para la etapa del
modulador.
4.1.1 CÁLCULOS DEL
MODULADOR FM
-
Donde Vm (t)=0
-
-
-
-
-
-
Ω
-
Ω
-
Ω
Ω
Ω
- Ω
Ω
- Ω
Ω
Ω
Ω
Ω
Ω
4.1.2 TABLA DE
COMPARACIÓN ENTRE
VALORES TEÓRICOS Y
VALORES PRÁCTICOS
Valores
teórico
prácticos
(cálculos
matemáticos)
Valores
prácticos
(valores que
utilizamos en
el montaje)
C 104
R Ω . Ω
Rc Ω Ω
Para comenzar con el montaje del modulador
FM, realizamos los cálculos para hallar los
valores correspondientes a C, R, RC. Nosotros
designamos a C con un valor comercial igual a
1uF que equivale a un condensador cerámico
de 104. En principio utilizamos para R una
resistencia de 2.2Ω, y un potenciómetro para
RC de Ω. En este montaje pudimos
observar que el circuito no modulaba a la
frecuencia deseada (200KHz), es más, ni
siquiera modulaba el circuito. Entonces ahí fue
cuando cambiamos la resistencia R por una
resistencia de 100Ω, y obtuvimos unos
resultados muy similares a los obtenidos
anteriormente. Por último optamos por
cambiar R y colocar u n trimmer d e 10KΩ,
así fue que moviendo la resistencia del
(trimmer de 1 Ω), y moviendo RC
(potenciómetro de 10KΩ) logramos que el
circuito trabajara con las características
exclusivas de nuestro ejercicio, que modulara a
una frecuencia de 200KHz. Con esto podemos
observar las diferencias que se presentaron al
realizar el montaje con los valores calculados,
no modulaba a la frecuencia deseada. Por lo
que optamos por modificar los valores de R y
RC para legar a la frecuencia que nos pedía el
ejercicio. Hay diferencia entre los valores
teóricos calculados matemáticamente.
5.1 DEMODULADOR FM
Al lograr con éxito la primera etapa del
montaje, la parte de la modulación FM, ahora
podemos continuar con la segunda etapa que es
la demodulación FM. Como en el proceso de la
primera etapa, realizaremos unos cálculos
teóricos antes de iniciar con el montaje, y
continuaremos con el mismo proceso con el
cual logramos tener éxito en el modulador FM.
Es importante lograr un buen funcionamiento
de esta etapa para lograr acoplarla al
modulador y continuar con la última etapa que
es el filtro para mostrar la señal del sistema
completo.
Figura 39. Circuito utilizado para la etapa del
demodulador de FM.
5.1.1 CÁLCULOS DEL
DEMODULADOR FM
Fo=200KHz
Asume Co =0.01uF
. -
Ω
Ω
. Ω
Filtro externo
Cf= 159nf
r=159nf*200k
r=15.9µs
.
.
. 99Ω
.9
. 99Ω
C1=6.36uf
5.1.2 TABLA DE COMPARACIÓN
ENTRE VALORES TEÓRICOS Y
VALORES PRÁCTICOS
Valores cálculos
matemáticos
Valores que
utilizamos en
el montaje
Co 0.01uf 0.01uf
C1 6.36uf 6.8uf
Cf 159nf 150nf
R0 Ω Ω
R1 . Ω . Ω
Rf 200k 200k
Para continuar con el montaje global de la
modulación FM, continuaremos con la
realización de la segunda etapa que es el
demodulador FM. Lo primero que hicimos fue
realizar los valores teóricos (cálculos
matemáticos) para hallar los valores de Co, C1,
Ro, Rf. Que hacen parte externa del integrado
XR2211, además de un filtro externo al cual
también le hallamos el valor de Cf. Los valores
calculados daban valores muy cercanos a los
valores comerciales, por lo que con esto
logramos hacer el montaje de la etapa. En un
principio, con los valores calculados, el
circuito NO DEMODULO nada. Por lo que
decidimos utilizar valores más bajos,
primeramente en los condensadores. El
resultado fue negativo: NO MODULO el
circuito. Después bajamos el valor de las
resistencias con mismos resultados anteriores.
Al observar que el circuito no modulaba
pensamos en la posibilidad de que el integrado
XR2211 estaba quemado, pero esa posibilidad
era muy remota porque el integrado estaba
nuevo y utilizamos el voltaje necesario para
que ésta no se quemara, y el integrado se
polarizó bien.
6. CONCLUSIONES
· Para el circuito de la primera etapa
observamos que a mayor voltaje menor
frecuencia en la señal modulada.
· Variando el voltaje y la frecuencia de
información, se obtiene en la señal modulada
un ancho de banda más sensible a las
variaciones de voltaje que a las variaciones de
frecuencia.
· Al variar la frecuencia de la información se
obtuvo en la señal modulada un ancho de
banda prácticamente constante, solo se observa
que a menor frecuencia la distancia entre los
armónicos es menor y el número de armónicos
es mayor.
· Observamos las diferencias que hay entre los
cálculos teóricos (cálculos matemáticos) y los
valores que utilizamos en el montaje del
circuito, por lo que podemos decir que los
cálculos teóricos son una base para encontrar el
valor exacto de los componentes en el montaje.
· Para tener éxito en otros montajes tan
complejos debemos tener más sentido
analíticos y adquirir más conocimiento que nos
puedan brindar alternativas para no depender
de una sola opción de montaje.
7. REFERENCIAS
1. http://www.datasheetcatalog.net/es/data
sheets_pdf/X/R/2/2/XR2206.shtml
2. TOMASI, Wayne. Sistemas de
comunicaciones electrónicas. Cuarta edición.
México. Pearson, 2003.
3. http://natamonitoreo.tripod.com/MOD
ULADOR_FSK_INALAMBRICO.pdf
4. http://natamonitoreo.tripod.com/MOD
ULADOR_FM_CON_XR.pdf
5. http://www.jaycar.com.au/images_uplo
aded/XR2211V3.PDF
