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Laboratorio modulacion de senales en AM y FMJuan David Montoya Gonzalez, Estudiante de Ingenierıa en Telecomunicaciones. Codigo 1401061

Resumen—En este informe se describe de manera detallada la

forma en que fueron realizadas las diferentes pr

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acticas de modu-

laci

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on, sus formas de representaci

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on por medio de instrumentos

y los an

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alisis gr

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aficos y matem

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aticos correspondientes a cada tipo

de modulaci

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on. Una segunda parte de este informe contiene un

an

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alisis detallado acerca de la implementaci

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on y montaje de un

generador de funciones, haciendo uso del integrado XR2206

Index Terms—Modulaci

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on de Amplitud, Modulaci

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on de Fre-

cuencia, ´ındice de modulaci

´

on, se

˜

nal portadora, se

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nal modulado-

ra.

I. INTRODUCCION

La modulacion de senales es un proceso fundamental paraun sistema de comunicaciones, el cual pretende transmitiry/o difundir informacion, sin importar el contenido de loque se quiera comunicar. Actualmente, existen dos formasconocidas de modulacion, las cuales permiten que un sistemade transmision cumpla con su principal funcion ya sea en AMo FM. Es por esta razon que el contenido del presente informe,pretende abordar principios de modulacion de amplitud (AM)y modulacion de frecuencia (FM); ya que es imprescindibleconocer el funcionamiento de estos dos tipos de modulacion ylos equipos que se encargan de estas tareas que permiten queuna sencilla estacion de radio pueda difundir el contenido desus interlocutores.

II. OBJETIVOS

General

Comprender los conceptos teoricos que abarcan los dife-rentes tipos de modulacion existentes, ası como tambienapersonar el conocimiento adquirido mediante la practicade laboratorio, ya que son bases importantes para losprincipios de transmision de radio y television.

Espec´ıficos

Recrear condiciones necesarias para realizar procedi-mientos de modulacion AM y FM.Obtener componentes caracterısticas en cada tipo de mo-dulacion mediante el uso de instrumentos de laboratorio.Analizar mediante metodo grafico y matematico las di-ferentes formas de modulacion.Realizar cambios en las condiciones de modulacion paraobservar los fenomenos presentados en los instrumentos.

III. MARCO TEORICO

III-1. Modulaci´on : Es el conjunto de tecnicas que se usanpara lograr transmitir informacion sobre una senal portado-ra. Es el proceso de variar una caracterıstica de una senalportadora de acuerdo a una senal moduladora, la cual es lainformacion que se desea transmitir.

III-2. Se˜nal portadora: Es una senal generalmente se-noidal, modificada en alguno de sus parametros (amplitud,frecuencia o fase) por una senal de entrada denominadamoduladora con el fın de transmitir una informacion. Estaonda portadora es de una frecuencia mucho mas alta que lade la senal moduladora.1

III-3. Se˜nal moduladora: Es una senal que contiene lainformacion que se desea transmitir, por lo general una senalmoduladora puede ser regular o irregular dependiendo de loque se quiera transmitir. Una caracterıstica que destaca a estasenal, es su baja frecuencia en la mayorıa de los casos.2

III-4. Amplitud Modulada : La modulacion en amplitud(AM) funciona mediante la variacion de la amplitud de lasenal transmitida en relacion con la informacion que se envıa.Contrastando esta con la modulacion de frecuencia, en la quese varıa la frecuencia, y la modulacion de fase, en la que sevarıa la fase.3

III-5. Frecuencia Modulada : La modulacion de frecuen-cia, o frecuencia modulada (FM), es una tecnica de modula-cion que permite transmitir informacion a traves de una ondaportadora variando su frecuencia. 4

Figura 1. Tipos de modulacion5

III-6.

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Indice de modulaci´on : El ındice de modulacion deAM es una medida de la variacion de amplitud que rodea unaportadora no modulada. indica la variacion introducida por lamodulacion respecto al nivel de la senal original. El ındice demodulacion para la modulacion de amplitud, esta definido porla siguiente ecuacion:

En donde M es el valor de la amplitud de la moduladora yA es la amplitud de la portadora.6

En algunas otras referencias academicas, es posible encon-trar este ındice de modulacion expresado en otras variables,pero manteniendo el tipo de ecuacion.

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el ındice de modulacion en FM es la relacion entre la maxi-ma desviacion de frecuencia de la portadora y la frecuenciade la moduladora. Se describe como una medida adimensionalobtenida mediante la relacion dada por:

III-7. Circuito integrado XR2206 para circuito generador

de funciones.: Es un circuito integrado para la generacion desenales senoidales, triangulares y cuadradas. Se pueden variarcaracterısticas como la frecuencia y la amplitud, y tiene unancho de banda maximo de 1Mhz. Generalmente es usadopara la modulacion de AM y FM para radioaficionados.7

IV. DESARROLLO DE LA PRACTICA

IV-A. Software y Equipos

Analizador de espectro Hameg 1Ghz/3Ghz Serie HMSOsciloscopio de almacenamiento digital TektronixTDS2000Generador de senales Rigol DG1022Software, Suite de proteus para diseno y simulacion decircuitos Proteus v7.9 SP1Cable BNC-BNCConversor de N a F para analizador de espectroDivisor T para canales de osciloscopio y funcion demodulacion externa.

IV-B. Modulaci´on en AM

IV-B1. Modulaci´on interna: Para realizar el proceso demodulacion, se procedio en primer lugar con la conexionde los equipos conforme a lo especificado en la guıa delaboratorio, respetando de esta manera, el uso de los canalesy las extensiones de conexion hacia el analizador de espectroy el osciloscopio.

Figura 2. Disposicion de conexion para modulacion interna.

Una vez realizada la conexion y la activacion de los equipos,se paso a modo de modulacion interna en AM en el generadorde senales y esto fue lo que se obtuvo.

Figura 3. Figura de modulacion interna sobre el osciloscopio

Gracias al analisis grafico mediante el osciloscopio, fueposible obtener todas las componentes para el analisis ma-tematico en amplitud modulada. De acuerdo a los referentesteoricos previamente vistos en clase, se realizaron los calculosrespectivos para esta forma de modulacion.

Por medio de los cursores que permitieron la obtencion delvoltaje de la moduladora, fue posible calcular la medida delvoltaje de las bandas laterales.

Para la obtencion del ındice de modulacion se aplico laecuacion definida en los referentes teoricos para definir lamodulacion o sobremodulacion de la senal.

Ya que el valor de m 1 se puede decir que la senal nopresenta sobremodulacion.

Una manera alternativa para la obtencion del ındice de mo-dulacion, es haciendo uso del analizador de espectro, debido

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a que proporciona valores logarıtmicos que permiten despejarincognitas necesarias en la obtencion del ındice.

Figura 4. Obtencion de portadora y bandas lateralas para calculo del ındicede modulacion.

Nuevamente se cumple que m 1 con un error porcentualde 4 % respecto al ındice obtenido mediante el osciloscopio.

IV-B2. Modulaci´on externa: Este tipo de modulacion, esun tipo de carcterıstica que, permite utilizar un modulo externodel equipo para realizar el proceso. Sin embargo, si se desea,se puede realizar un adecuamiento que use mas de un equipo.En este caso, se conecto el modulo externo del mismo equipopara reducir la complejidad del montaje y a la vez, usar lamınima cantidad de equipos posible.

Figura 5. Disposicion de conexion para la modulacion externa

Para permitir la multiplexacion de los cables conductores,se hizo uso el conector tipo ((T)) el cual permitio implementarmas de un cable en una misma salida, con el fin de conectarvarios equipos destino. Luego se activo la modulacion externaen amplitud modulada y se realizaron pasos similares a lamodulacion anterior. Esto fue lo que se obtuvo

Figura 6. Senal modulada y envolvente en modo de modulacion externa.

Por medio del uso de los cursores del osciloscopio seobtuvieron las componentes principales, las cuales permitieronla obtencion de las demas incognitas necesarias para formarla ecuacion de modulacion AM para este caso.

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Un detalle que es necesario destacar, es el desfase entreambas senales, la cual provoca que la senal envolvente noeste superpuesta con la modulacion y se puede evidenciar demanera clara. el calculo de desfase arrojo lo siguiente.

El desfase de 60 grados respecto a la senal moduladaprobablemente es debido a ruidos en el generador de senaleso alguna descalibracion del dispositivo.

El ındice de modulacion a obtener por medio del calculoarrojo el siguiente resultado.

El metodo del trapecio para la obtencion del ındice demodulacion arrojo un resultado similar, con un error del2,63 % lo cual se hace despreciable. Este metodo se realiza,configurando el osciloscopio en un modo de graficacion XY.Para lograr esta configuracion, es necesario entrar a los ajustesdel equipo y hacer el cambio de modo de graficacion.

Figura 7. Obtencion de componentes mediante el metodo del trapecio

El ındice de modulacion obtenido mediante el caculo por eltrapecio fue:

La obtencion del ındice de modulacion haciendo uso delanalizador de espectro, nos permite saber que tan acertadosfueron los calculos de la obtencion del ındice de modulacionpor otros medios.

Figura 8. Obtencion de componentes de senal portadora y sus laterales.

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Una vez se hayan resuelto las incognitas mas representativaspara la ecuacion final de AM, se hace la sumatoria de cadauna de las ecuaciones para finalmente obtener la ecuacion quedescria lo anteriormente representado en los dispositivos.

IV-C. Modulaci´on en FM

La modulacion en frecuencia modulada, es una tecnicabastante interesante para analizar, pues, es la tecnica mascomun y mas comercial para radio; pues, su ventaja en com-paracion en AM, es que permite la trasmision sin perdidas decalidad, haciendo que sea bastante preferida por las principalesestaciones de radio populares.

El montaje de los equipos para este caso, se realizaron demanera similar a los mostrados en AM, con la diferencia queen el modo de modulacion no se selecciono AM sino FM.Las frecuencias de las senales fueron seleccionadas de maneraaleatoria. Sin embargo, se mantuvieron las proporciones de laportadora como la de la moduladora. La frecuencia de la senalportadora es de 500KHz, y la de la moduladora 20 KHz, ambascon una amplitud de 5VPP. Por tanto.

Figura 9. Figura descrita por el osciloscopio en modulacion FM

Figura 10. Vista de componentes de la modulacion en el analizador deespectro

Como se puede apreciar en el analizador de espectro,

IV-D. Circuito impreso del generador de funciones.

La segunda parte de esta practica de laboratorio esta com-puesta por la implementacion y funcionamiento de un circuitogenerador de funciones sobre una baquela. El componenteprincipal del este circuito es el XR2206, el cual es fundamentalpara los demas procesos de modulacion.

El proceso de implementacion fue compuesto por variasetapas, la cuales fueron diseno, montaje en protoboard, crea-cion del PCB en Proteus, y finalmente el impreso en baquela.Una vez completado este proceso, el circuito quedo listo pararealizacion de pruebas en osciloscopio para su resepectivaverificacion.

Para conocer las frecuencias a generar es necesario conocerla ecuacion correspondiente de frecuencia, la cual permitioconocer a que frecuencias iba a trabajar el generador depen-diendo de la posicion del selector, en este caso, un dipswitchel cual serıa capaz de intercambiar de frecuencias a medidade que las posiciones fueran variando.

Una vez calculada la frecuencia correspondiente a cadavalor de los capacitores, se siguo con los lineamientos deldiseno, en los cuales se indicaban los valores de los demascomponentes a usar. De esta manera se pudieron realizarpruebas con la protoboard, para luego proceder con el disenodel pcb.

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Figura 11. Diseno del circuito en Proteus.

Debido a que el integrado XR2206 no se encontraba en laslibrerıas de proteus, se utilizo otro circuito integrado, el cualmantenıa la relacion de tamano en el pcb. Esto se hizo con lafinalidad de poder continuar con el diseno del enrutado sobrela baquela.

Con el diseno esquematico completo sobre Isis, se paso ala etapa de ubicacion de componentes y enrutado de pistasconductoras con la ayuda del software Ares. El resultado finalde las pistas permitio pasar al paso de impresion sobre labaquela.

Figura 12. Diseno de enrutado final para el PCB

Teniendo el impreso elaborado y transferido sobre la baque-la, se procedio con precaucion en el proceso de quemado concloruro ferrico para eliminar el exceso de cobre sobrante. Elclorruro ferrico tiene como funcion disolver el cobre expuestopara ası dejar unicamente la seccion no expuesta de la baquela,que finalmente conformaran las pistas conductoras del circuito.

Se debe tener cuidado especial para evitar quemaduras y/omanchas en la ropa.

Terminado el proceso anterior, se hizo limpieza general de labaquela, de manera prudente y sin danar las pistas del circuitoimpreso finales, lo que permitio continuar con la perforacionde los puntos de ubicacion de los pines terminales de loscomponentes. Finalmente, se soldaron los componentes y seretocaron los acabados finales del circuito impreso.

Figura 13. Acabado final del generador de funciones en PCB

En la etapa de verificacion se pudo comprobar el funcio-namiento de todas y cada una de las senales esperadas por elgenerador de funciones. Un detalle a aclarar fue el cambio delpulsador por un dipswitch de 1 posicion para poder realizarel cambio de senal triangular a senoidal. Las senales de salidadel generador dieron como resultado de un buen diseno comose puede apreciar a continuacion.

Figura 14. Senal cuadrada

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Figura 15. Senal senoidal

Figura 16. Senal triangular

La comprobacion y funcionamiento del generador de fun-ciones da por terminado la practica de montaje.

V. CONCLUSIONES

La modulacion en AM tanto en FM son tecnicas fun-damentales en las telecomunicaciones, por tanto se dudaque la tecnologıa en la que se basan ambos principiosllegue a algun dıa a caer en desusoLa modulacion en AM presenta una longitud de ondamucho mayor que FM, facilitando ası, su amplio uso enareas rurales.La modulacion en FM, presenta mejores caraceterısticasen comparacion a AM, pues permite la transmision dealtas frecuencias, logrando ası una calidad de audiomucho mayorEl desuso futuro de frecuencias comerciales en AMcausara una descogestion del espectro electromagnetico,permitiendo ası, la reutilizacion de estas frecuencias delargo alcance para redes de emergencia, aplicacionesmeteorologicas y sismologicas.

VI. REFERENCIAS

[1]“Onda portadora. Artıculo de laEnciclopedia.” [Online]. Available:http://enciclopedia.us.es/index.php/Onda portadora.[Accessed: 13-Apr-2015].[2]“SENALES PORTADORAS Y MODULADORAS.| El rincon de Alex.” [Online]. Available:https://alexdl8.wordpress.com/2008/10/10/senales-portadoras-y-moduladoras/. [Accessed: 13-Apr-2015].[3]“Amplitud Modulada - EcuRed.” [Online]. Available:http://www.ecured.cu/index.php/Amplitud Modulada.[Accessed: 13-Apr-2015].[4]“Frecuencia Modulada - Memoria Chilena,Biblioteca Nacional de Chile.” [Online]. Available:http://www.memoriachilena.cl/602/w3-article-95376.html. [Accessed: 13-Apr-2015].[5]((Amfm3-en-de)) de Berserkerus - Trabajopropio. Disponible bajo la licencia CCBY-SA 2.5 vıa Wikimedia Commons -http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Amfm3-en-de.gif#/media/File:Amfm3-en-de.gif[6]“INDICE DE MODULACION EN AMSistemas de Comunicaciones.” [Online]. Available:http://brendajaneth.mex.tl/499065 INDICE-DE-MODULACION-EN-AM.html. [Accessed: 13-Apr-2015].[7]“1Hz to 2MHz Function Generator Kit withXR2206.” [Online]. Available: http://www.electronics-diy.com/function-generator-kit-xr2206.php. [Accessed:13-Apr-2015].