Práctica 6. Oscilador Controlado por Voltaje

2011
Práctica 07. Modulador de
frecuencia con VCO
MI. Mario Alfredo Ibarra Carrillo
Facultad de Ingeniería
04/03/2011
Laboratorio de Transmisores
Práctica 7. Oscilador Controlado por Voltaje
MI. Mario Alfredo Ibarra Carrillo
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Año 2010
2
Laboratorio de Transmisores
Práctica 7. Oscilador Controlado por Voltaje
Objetivos:
•
Comprender el uso del VCO
•
Emplear el VCO como modulador en frecuencia
•
Generar una señal FM en la banda comercial de frecuencias
•
Alimentar la señal de FM, sintetizada con VCO, a un receptor de radio
Lista de experimentos
1.
Caĺculo del circuito tanque y construcción de la bobina para alta frecuencia
2.
Arranque del VCO a alta frecuencia.
3.
Transmisión de una señal tono puro en la banda comercial de frecuencias
4.
Transmisión de una señal aleatoria en la banda comercial de frecuencias
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3
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Material
•
Osciloscopio
•
Multímetro
•
2 generadores de funciones
•
Analizador de espectros
•
Fuente de poder dual
•
Medidor de impedancias
•
Adaptadores BNC-Banana
•
Adaptadores BNC-Caimán
•
Cables Banana-Banana
•
Cables Banana-Caimán
•
Cables Caimán-Caimán
•
Pinzas de punta
•
Pinzas de corte
•
Una protoboard
•
Alambre número 20
•
Banco de capacitores completo
•
Banco de resistencias completo
•
MC1648P (VCO de hasta 225MHz basado en un oscilador del tipo LC)
•
NTE614 (Diodo varactor)
•
1 metro de alambre magento del número 28 o cercano.
•
1 capacitor de 3.3[pF]
•
5 capacitores de 10[pF]
•
1 potenciómetro 10KΩ.
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Instrucciones para el reporte
•
Copie la carátula de la práctica presente anotando los nombres de los integrantes del equipo por
apellido.
o
Puede rehacer la carátula para tenerla en formato digital.
o
Se resta un punto de la calificación si no anota su nombre por apellido.
•
Anote el número de grupo de laboratorio.
•
El cuestionario previo se evalúa aparte de la realización de la práctica.
•
Anote en su reporte lo que se pide reportar en cada pregunta de los experimentos. Sus respuestas
deben estar numeradas de acuerdo a la pregunta que intentan responder.
•
No olvide expresar sus comentarios tal como se indica al final de la práctica.
Cuestionario previo
v mt
1.
Reporte la ecuación de frecuencia modulada para una mensaje genérico
2.
Reporte la ecuación de frecuencia modulada para un mensaje cosenoidal
3.
Reporte la definición del índice de modulación.
4.
Reporte cómo se calcula el ancho de banda de una señal de FM usando el índice de modulación.
5.
Reporte cómo se calcula el ancho de banda por la regla de Carson.
6.
Investigue y reporte que es un VCO
7.
Investigue y reporte que es un circuito tanque (no olvide el diagrama de circuito)
8.
Investigue y reporte cómo se calcula la frecuencia de máxima impedancia del cicuito tanque
9.
Consiga el datasheet el MC1648
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v m t=E m cosm t
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Experimento 1. Caĺculo del circuito tanque
construcción de la bobina para alta frecuencia
y
1.
Para el circuito tanque mostrado en la figura 1, calcule el valor del inductor para una frecuencia de
90MHz y una capacitancia de 3.3pF: Para el cálculo del capacitor puede emplear la fórmula
indicada en el apéndice B.
2.
Reporte el diagrama del circuito tanque indicando el valor del capacitor y el valor de inductor.
Figura 1. Circuito tanque.
3.
Diseñe y arme el inductor con núcleo paramagnético. Puede recurrir al apéndice D, o bien, puede
recurrir a cualquier otra fuente.
4.
Arme físicament su inductor
5.
Mida su inductor y reporte el valor indicado por el instrumento.
6.
Reporte una fotografía de su inductor.
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6
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Experimento 2. Arranque del VCO a alta frecuencia
1.
La figura 2 ilustra el diagrama de conexiones circiuito para un VCO MC1648P.
Figura 2. Diagrama del circuito oscilador por voltaje. Puede ser neceario agregar una
resistencia de 1000 ohms a la salida del VCO.
2.
Arme el circuito de la figura 2
•
Puede ser necesario agrergar una resistencia de 1000 ohms a la salida dle VCO.
•
A la entrada coloque un voltaje de
0[V ]
3.
Observe la señal de salida en el osciloscopio.
4.
Reporte la imagen del osciloscopio
5.
Reporte una fotografía del circuito armado
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.
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Experimento 3. Transmisión de una señal tono
puro en la banda comercial de frecuencias
1.
La figura 3 ilustra un circuito de prueba para traansmitir un tono puro a un receptor comercial de
radio:este circuito servirá para presintonizar el receptor.
2.
Arme el circuito de la figura 3.
Figura 3. Transmisor de tono puro en FM.
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Experimento 4. Transmisión de una señal aleatoria
en la banda comercial de frecuencias
1.
La figura 4 ilustra un circuito de prueba para transmitir voz a un receptor comercial de radio.
Observe que requiere su circuito amplificador de micrófono.
2.
Arme el circuito de la figura 4.
Figura 4. Transmisor de Voz en FM.
Conclusiones
Reporte sus comentarios respecto de la realización de la práctica (Comentarios por alumno)
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Práctica 7. Oscilador Controlado por Voltaje
Apéndice A. Oscilador MC1648P
La figura 5 ilustra al patigrama del integrado MC1648P
Figura 5. Patigrama del integrado MC1648P.
Apéndice B. El circuito tanque
El MC1648P es un circuito que amplifica las oscilaciones en un tanque oscilador LC. La amplificación del CI
tiende a infinito, por lo que a su salida entrega una señal cuadrada. La figura 6 ilustra el conexcionado básico
de un circuito oscilador.
Figura 7. Conexionado de un tanque al integrado MC1648P.
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Práctica 7. Oscilador Controlado por Voltaje
La oepración del oscilador LC es como sigue: al estar el condensador y la bobina en paralelo, la energía
almacenada por el campo eléctrico del condensador (en forma de cargas electrostáticas), es absorbida por la
bobina, que la almacena en su campo magnético, pero a continuación es absorbida y almacenada por el
condensador, para ser nuevamente absorbida por la bobina, y así sucesivamente. Esto crea un vaivén de la
corriente entre el condensador y la bobina. Este vaivén constituye una oscilación electromagnética, en la
cual el campo eléctrico y el magnético son perpendiculares entre sí, lo que significa que nunca existen los
dos al mismo tiempo, ya que cuando está el campo eléctrico en el condensador no existe campo magnético
en la bobina, y viceversa.
La frecuencia de las oscilaciones puede obtenerse calculando la frecuencia a la cual la impedancia del
circuito tanque tiende a infinito. De este cálculo se obtiene la fórmula siguiente:
f 0=
1
2 π √ ( LC )
Apéndice C. Propiedades
frecuencia
de la modulación en
1.
La desviación instantánea de frecuencia de la portadora es proporcional a la amplitud del mensaje.
2.
La rapidez con la cual varia la frecuencia instantánea de la portadora es igual a la frecuencia del
mensaje.
3.
El espectro de FM tiene una portadora y N pares de bandas laterales
4.
La separación entre bandas laterales es igual a la frecuencia del mensaje.
5.
El número de pares de bandas laterales se reduce al aumentar la frecuencia del mensaje
6.
El ancho de banda aumenta al aumentar la frecuencia del mensaje.
7.
El número de pares de bandas laterales se modifica al aumentar la amplitud del mensaje.
8.
El ancho de banda se modifica al aumentar la frecuencia del mensaje.
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Práctica 7. Oscilador Controlado por Voltaje
Apéndice D. Cálculos para el diseño de bobinas de
aire
Para el diseño de una bobina se consideran los siguientes datos de entrada:
•
dW
: Diámetro del alambre de la bobina en cm. Consulte la tabla dada en el apéndice E.
•
dN
: Diámetro del núcleo de aire en cm (o cualquier material plástico o incluso silicón).
•
L
: La inductancia deseada.
El alambre es del tipo “magneto” y se consigue en la calle de República del Salvador, México, en los locales
donde reparan bobinas. Dependiendo del número del alambre será su diámetro en milímetros. El diámetro
en milímetros puede consultarse en la tabla del apéndice D.
Aunque se cuenta con el diámetro del núcleo, la fórmula en realidad requiere del diámetro de la bobina, el
cual puede calcularse como:
D=d N 2d W
La fórmula siguiente permite calcular el número de espiras de la bobina
n=
dW L
1
1.257E-8 S 
Donde
•
S : es ls uperficie de la sección transversal de la bobina de la bobina
•

: es el coeficiente de la permeabilidad del núcleo
La superficie de la bobina se calcularía de la forma siguiente
S=
 2
D
4
La permeabilidad magnética de algunos materiales puede consultarse en la tabla D.1
Tabla D.1. Permeabilidad magnética de
materiales.
Material
permeabilidad
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Aire
1.00
Silicon termoformable
1.15
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Apéndice E. Calibres de alambre magneto
El alambre magento es eso, alambre de cobre recubierto por un esmalte aislante de color miel. El alambre
magento suele usarse en la construcción de trasnformadores, bocinas, motores de inducción, etc. La tabla
E.1 ilustra algunos calibre que pueden encontrarse comercialmente.
Tabla E.1. Calibres de alambre magneto
AWG
Diámetro
(in)
(mm)
11
0.0907
2.305
12
0.0808
2.053
13
0.072
1.828
14
0.0641
1.628
15
0.0571
1.45
16
0.0508
1.291
17
0.0453
1.15
18
0.0403
1.02362
19
0.0359
0.9116
20
0.032
0.8128
21
0.0285
0.7229
22
0.0253
0.6438
23
0.0226
0.5733
24
0.0201
0.5106
25
0.0179
0.4547
26
0.0159
0.4049
27
0.0142
0.3606
28
0.0126
0.3211
29
0.0113
0.2859
30
0.01
0.2546
31
0.0089
0.2268
32
0.008
0.2019
33
0.0071
0.1798
34
0.0063
0.1601
35
0.0056
0.1426
36
0.005
0.127
37
0.0045
0.1131
38
0.004
0.1007
39
0.0035
0.08969
40
0.0031
0.07987
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Área
(kcmil)
(mm²)
4.17
3.31
2.62
2.08
1.65
1.31
1.04
0.823
0.653
0.518
0.41
0.326
0.258
0.205
0.162
0.129
0.102
0.081
0.0642
0.0509
0.0404
0.032
0.0254
0.0201
0.016
0.0127
0.01
0.00797
0.00632
0.00501
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Laboratorio de Transmisores
Práctica 7. Oscilador Controlado por Voltaje
Bibliografía
Wayne Tomasi
Sistemas de Comunicaciones Electrónicas
Prentice Hall
Lathi , B.P.
Introducción a la Teoría y Sistemas de Comunicación
LIMUSA
(Libro rosa)
Hwei P. Hsu
Análisis de Fourier
Prentice Hall
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