REPÚBLICA DE PANAMÁ
MINISTERIO DE EDUCACIÓN
DIRECCIÓN REGIONAL DE EDUCACIÓN DE VERAGUAS
INSTITUTO PROFESIONAL Y TÉCNICO DE VERAGUAS
TALLER III
COMUNICACIÓN
11° GRADO
2012
“Recuerda que el estudio es carrera de resistencia, esfuérzate un poco y lo lograras “ Nan Introducción a las comunicaciones electrónicas
Señales eléctricas
Ondas electromagnéticas Circuitos resonantes Osciladores
Elementos de un Sistema de Comunicaciones.
Modulación en amplitud y frecuencia y otros tipos
La facilitación o intercambio de pensamientos, opiniones o
informaciones, por medio del habla, la música, la escritura, los símbolos o
signos, es el acto de la comunicación. Las formas modernas de las
comunicaciones se llevan a cabo mediante las tecnologías aplicadas; en la
actualidad existen muchos sistemas para transmisión de información
dentro de las telecomunicaciones.
Cronología de las tecnologías de las comunicaciones.
• 3500 a. C. - En Sumeria se crea la escritura cuneiforme y un poco más tarde en Egipto se inventa la escritura jeroglífica.
• 3000 a. C. - Egipto utiliza el papiro para la escritura.
• 1500 a. C. - Los fenicios crean el alfabeto.
• 170 a. C. - El Pergamino es usado en Pérgamo como alternativa al papiro, el cual estaba prohibido su exportación de Egipto.
• 26-37 - Tiberio gobierna el imperio desde la isla de Capri mediante señales con espejos metálicos que reflejan los rayos solares.
• 105 - Tsai Lun inventa el papel.
• Siglo VII - India utilizan plancha de cobre para redactar documentos.
• 1450 - En China crean la imprenta de tipos móviles de madera.
• 1454 - Johannes Gutenberg crea la imprenta con tipos metálicos.
• 1520 - Barcos de Fernando de Magallanes se comunican mediante banderas.
• 1793 - Claude Chappe establece la primera línea de semáforo telegráfico de larga distancia.
• 1831 - Joseph Henry crea un telégrafo eléctrico.
• 1835 - Samuel Morse crea el código Morse.
• 1843 - Samuel Morse construye la línea Washington-Baltimore de telegrafía eléctrica.
• 1860 - Primer servicio telegráfico intercontinental.
• 1876 - Alexander Graham Bell y Thomas Watson exhiben un teléfono eléctrico en Boston.
• 1877 - Thomas Edison patenta el fonógrafo.
• 1901 - Guglielmo Marconi transmite señales de radio desde Cornualles a Terranova
• 1925 - John Logie Baird transmite la primera señal de televisión
• 1948 - Claude Shannon teoriza sobre las bases matemáticas de la teoría de la información
• 1958 - Chester Carlson presenta la primera fotocopiadora práctica
• 1963 - El primer satélite de comunicaciones geoestacionario es lanzado, 17 años después de que Arthur C. Clarke lo teorizase.
• 1966 - Charles Kao teoriza sobre la fibra óptica.
• 1969 - ARPANET, el antecesor de Internet es conectado.
• 1973 - Akira Hasegawa y Fred Tappert proponen el uso de señales digitales para transmitir información a través de la fibra óptica.
• 1980 - Linn Mollenauer, Rogers Stollen, y James Gordon prueban que mediante fibra óptica pueden transmitirse señales.
• 1989 - Tim Berners-Lee y Robert Cailliau crean el prototipo que se convertirá en la World Wide Web en el CERN
• 1991 - Anders Olsson transmite mediante fibra óptica 4 gigabytes por segundo.
Leyes sectoriales
Son las leyes del país que establecen el marco general del funcionamiento y desarrollo del sector telecomunicaciones. En este sentido existen:
La Ley No. 31 de 8 de febrero de 1996, por la cual se dictan normas para la regulación de las telecomunicaciones en la República de Panamá. La antes citada Ley 31, fue modificada a su vez por la Ley No. 24 de 30 de junio de 1999
La Ley No. 5 de 9 de febrero de 1995, por la cual se reestructura el Instituto Nacional de Telecomunicaciones.
La Ley No. 17 de 9 de julio de 1991, por la cual se modifican los Artículos 8, 10 y 11 de la Ley No. 14 de 29 de julio de 1987, el Artículo 2 de la Ley No. 36 de 17 de octubre de 1980 y se dictan disposiciones sobre la Telefonía Celular.
La Ley No.54 de 25 de octubre de 2001, por la cual el artículo 3 de la ley 88 de 1961, que crea un gravamen por llamadas telefónicas al exterior y dicta otras disposiciones"
Reglamentos
Son las normas que desarrollan el contenido de las leyes sectoriales de telecomunicaciones y que con mayor detalle, especifican los distintos aspectos expresados genéricamente en las leyes, a fin de que las mismas puedan ser aplicadas a las distintas situaciones que se produzcan en el sector de telecomunicaciones. Los reglamentos existentes son:
Decreto Ejecutivo No. 73 de 9 abril de 1997, por el cual se reglamenta la Ley No. 31 de 8 de febrero de 1996.
Decreto Ejecutivo No. 21 de 12 de enero de 1996, por el cual se dicta el Reglamento sobre la Operación del Servicio de Telefonía Móvil Celular.
Decreto Ejecutivo No. 138 de 15 de junio de 1998, por el cual se dictan normas para la utilización de instalaciones dedicadas a la prestación de servicios públicos de telecomunicaciones, radio y televisión.
Resoluciones del Sector
Son las resoluciones dictadas por la Junta Directiva del Ente Regulador de los Servicios Públicos, con carácter normativo, mediante las cuales el Ente Regulador aplica a casos y situaciones concretas lo dispuesto en las leyes sectoriales y en los reglamentos de las mismas y de igual forma dispone acerca de aspectos administrativos, funcionales y regulatorios del sector telecomunicaciones.
Planes Sectoriales
Cada sector regulado por el Ente Regulador de los Servicios Públicos cuenta con planes sectoriales de desarrollo que contienen los detalles de la forma como deben operar y desarrollarse los sistemas o redes de servicios de cada sector.
Los distintos planes sectoriales de desarrollo que regulan la operación de los sistemas de telecomunicaciones, se requieren para que todos los sistemas de telecomunicaciones puedan funcionar en forma compatible y comunicarse entre sí, de manera que la información de video, datos, voz y cualquier otra señal, pueda transmitirse en forma confiable y segura entre las distintas redes de servicios que se brindan en este sector. Para este fin el Ente Regulador aprobó, mediante la Resolución No. JD-106 de 30 de septiembre de 1997, el Plan Nacional Técnico de Telecomunicaciones, que comprende los siguientes planes fundamentales:
Plan Nacional de Atribución de Frecuencias
El Plan Nacional de Atribución de Frecuencias es la herramienta principal que comprende los elementos legales y regulatorios para la administración nacional de frecuencias. El Plan Nacional de Atribución de Frecuencias tiene el propósito de establecer las normas y parámetros necesarios para realizar una adecuada administración del espectro radioeléctrico.
La administración del espectro radioeléctrico se define como la combinación de los procedimientos administrativos, científicos y técnicos necesarios para garantizar la operación eficiente de los equipos y servicios de radiocomunicación sin causar interferencias dañinas. Es el proceso total de reglamentar y administrar el uso del espectro de las frecuencias.
El objetivo fundamental de la administración nacional de frecuencias es permitir que un país regule el uso del espectro de las frecuencias para garantizar la disponibilidad de las frecuencias para el debido uso y desarrollo de los servicios.
El primer requisito esencial para el debido uso del espectro de frecuencias es la división del espectro en partes independientes, que son referidas como bandas, cada una de las cuales puede ser utilizada por uno o más servicios de radiocomunicación. Los servicios de radio están especificados y definidos por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT).
La atribución de espectros es el proceso de distribución de frecuencias de radio entre los diferentes servicios, ya sea en una base exclusiva o compartida. Estas divisiones encuentran expresión en la Tabla Internacional de Atribución de Frecuencias. Esta tabla internacional atribuye el espectro a varias combinaciones de espectros de radio e incluye, directa o indirectamente, condiciones para el uso del espectro.
El siguiente requerimiento esencial es la aplicación de procedimientos regulatorios preestablecidos para el uso de frecuencias por parte de estaciones en el mismo servicio o en diferentes servicios en tal forma que se evite la interferencia entre los diferentes países. Para esto se han desarrollado procedimientos apropiados, que están prescritos en las regulaciones de radio.
Plan Nacional de Numeración Telefónica:
Las redes de telecomunicaciones cubren todo el planeta (red mundial de telecomunicaciones), con penetración diversa según el desarrollo socioeconómico de cada país y sus componentes territoriales. Estas redes se encuentran evolucionando aceleradamente y han caracterizado el tiempo actual como el tiempo de la información, al converger con otros medios escritos y visuales en sistemas multimedia usados para los negocios, la vida social, el entretenimiento, la salud, la educación y casi cualquier otra actividad humana.
a su vez de cada red dentro de cada país, pues si existen varias redes, es obligatoria su interconexión dentro del país.
El Plan Nacional de Numeración Telefónico es un sistema de administración de los recursos de números telefónicos en cada país. El número telefónico, mediante el cual un determinado equipo terminal puede comunicarse desde cualquier parte del mundo, ha llegado a ser muy importante, al punto que muchos números fáciles de recordar han adquirido valor comercial y son disputados en el mercado.
El Plan Nacional de Numeración Telefónico trata de usar la mínima cantidad posible de cifras para los números telefónicos, pero al aumentar los abonados es inevitable aumentar las cifras de los números telefónicos o dividir las zonas de numeración, a fin de aumentar la disponibilidad de números telefónicos. El Plan debe prever suficiente capacidad de reserva de números y considerar la evolución de los sistemas de telecomunicaciones a largo plazo. El Plan permite al operador identificar a cada abonado y los equipos terminales, las posiciones de telefonistas u otros equipos que los usuarios regulares no deben alcanzar, para efectos contables, administrativos, de mantenimiento o de servicio interno.
Plan Nacional de Enrutamiento:
El Plan Nacional de Enrutamiento en la Red Telefónica Pública Conmutada comprende las directrices para establecer las comunicaciones desde la central telefónica local de salida hasta la llegada en la forma más rápida y económica posible. El enrutamiento o encaminamiento en la Red Telefónica Pública Conmutada se caracteriza porque todas las llamadas son idénticas en cuanto a exigencias del servicio portador. Las comunicaciones se establecen fundamentalmente con base en la categoría del llamante y la información de selección que éste proporciona.
Plan Nacional de Sincronismo:
El Plan Nacional de Sincronismo tiene el propósito de facilitar la comprensión global de los elementos más fundamentales de la sincronización de los sistemas de telecomunicaciones y dar orientación para la red de nuestro país. La red de sincronización tiene por objeto establecer la temporización, o sea el tiempo, la hora, el reloj, en cada punto de la red de telecomunicaciones del país y en cada red de usuario.
Existe un tiempo universal coordinado (UTC) y relojes de altísima precisión 10 -13 (LORAN C, GPS, et.). Las redes nacionales de telecomunicaciones usan un reloj primario RPC (Reference Primary Clock) de precisión 10 -11 .
La red SDH de cada país trabaja a velocidad ligeramente diferente de la del otro y en la frontera de interconexión ocurren ajustes de puntero para permitir el deslizamiento de los VC de un país dentro de la trama STM-N del otro. En última instancia, esta deriva nos lleva a un extremo que no se puede absorber y se produce un deslizamiento a nivel de 64 kbps o 2.048 kbps, con pérdida de un byte o una trama. En el cuadro 1/G.822 se establecen límites relativos a la frecuencia y probabilidad de deslizamientos.
Plan Nacional de Señalización:
En las redes de telecomunicaciones la señalización está dividida en tres partes básicas, las cuales son:
tonos y anuncios, que son los que transmiten información en forma acústica clara e inconfundible desde la red hacia el abonado o la operadora; (ii) señalización usuario-red, la cual transmite información en forma eléctrica en ambas direcciones entre la red y el abonado; y (iii) señalización entre centrales, la cual transmite información detallada sobre los requisitos para controlar y facturar la llamada en forma eléctrica en ambas direcciones entre las centrales de la red.
El Plan de Señalización lo que hace es definir los principios a seguir y los requisitos que deben cumplirse para estas tres áreas principales pertinentes a la red telefónica nacional panameña. En el Plan de Señalización se definen los niveles de los parámetros que están involucrados en cada una de las formas de señalización que se han indicado anteriormente, de manera que todos los componentes de las redes que operan en el ámbito nacional y su interrelación con las redes internacionales de telecomunicaciones, puedan operar en forma coordinada y de manera adecuada.
Plan Nacional de Transmisión:
El Plan Nacional de Transmisión define las reglas y límites de los diferentes parámetros de transmisión en la red de telecomunicación nacional e internacional. Estas reglas garantizan conversaciones de voz inteligibles, sin excesos de ruidos, sonoridad adecuada y la correcta recepción de datos, lo cual es indispensable para la gran variedad de servicios existentes y futuros que serán brindados a través de las redes de telecomunicaciones.
Señales eléctricas
En el estudio de la electricidad se trata como se aprovechan los fenómenos eléctricos para obtener potencia o energía. En el estudio de la electrónica se trata como se usa la electricidad para llevar información, de tal manera, que los dispositivos electrónicos son los que usan electricidad para indicar, mostrar, o informar de cualquier modo.
Las señales de transmisión de radio han producido una revolución en los medios de las telecomunicaciones, debido a diversos motivos, tales como: la ausencia de hilos costosos sobre y bajo la tierra, el poder enlazar todos los puntos del globo de manera fácil y económica.
Señales de corriente continua
La información se puede agregar de diversas maneras a un voltaje o a una corriente para producir una señal; la manera más simple es interrumpir una c.c constante, el resultado es una serie de pulsos cuando fluye la corriente, un intervalo sin pulsos cuando esta cesa, si se hace que los pulsos de corriente correspondan a
alguna clave, entonces, llevaran información y se podrán usar para transmitir mensajes, fig. 1 y fig. 2.
V(v) V(v)
0 1 2 3 t(s) 0 1 2 3
-1 -2
fig. 1 fig. 2
Diferentes formas de ondas de cc fluctuante
V(v) V(v)
+ +
0 0
1 2 3 t(s) 1 2 3 t(s
- -
fig. 3 fig. 4
V(v) V(v)
+ +
0 1 2 3 t(s) 0
1 2 3 t(s
- -
fig. 5 fig. 6
V(v) V(v)
0 1 2 3 t(s)
t(s
Señales de ondas continuas de ac
La electricidad es el punto de partida para estudiar las señales electrónicas de ca, es afectada por bobinas y capacitores; las señales tienen ondas de un lado positivas y del otro negativas, simétricas respecto al nivel de referencia cero. Si una onda no es simétrica con respecto al eje horizontal, no se trata de una onda de ca pura. La corriente o tensión alterna es la que cambia periódicamente de dirección y varía de magnitud en una dirección.
En electricidad una onda de ca esta formada por un tren continuo de ondas sinusoidales que son idénticas en todas sus propiedades, pues tiene la misma amplitud, el mismo periodo, la misma frecuencia, debido a esta similitud cada ciclo tiene la misma apariencia que los otros ciclos, por lo tanto, la onda continua de ca es usada como portadora de información, es similar a un nivel constante de cc, no tiene variaciones significativas o cambios que representan la información.
Formación de la onda sinusoidal
La tensión producida por un generador simple de ca, tiene una forma de onda característica y representa la tensión de salida del generador durante una revolución completa. La tensión empieza en cero cuando la armadura del generador no corta las líneas magnéticas de fuerza, al girar la armadura, la tensión aumenta desde cero hasta un valor máximo, en una dirección, luego disminuye a cero, donde cambia de polaridad y aumenta hasta llegar a un valor máximo con esta polaridad opuesta, luego disminuye a cero, y a completado de esta manera una revolución.
Propiedades básicas de la onda de corriente alterna
Entre estas tenemos: frecuencia, fase, amplitud, grados eléctricos, alternancia, ciclo, periodo, longitud de onda.
fig. 10 a fig. 10 b fig. 10 c
1. 0º 6. 120º 11. 225º 16. 330º 2. 30º 7. 135º 12. 240º 17. 360º 3. 45º 8. 150º 13. 270º 4. 60º 9. 180º 14. 300º
5. 90º 10. 210º 15. 315º
Grados eléctricos
En la figura 10 se muestran algunos grados, comenzando en cero aumentando en sentido positivo hasta que la onda alcanza un valor máximo 90º , después baja a cero en 180º donde cambia de polaridad o alterna, y aumenta hasta su valor máximo negativo a los 270º y baja otra vez a cero a los 360º, desde este punto continua indefinidamente repitiendo el ciclo.
Ciclo
Es el espacio de un conjunto completo de valores, tanto positivos como negativos, el ciclo corresponde a 360º grados eléctricos o a dos alternancias.
Periodo
Es el tiempo necesario para completar un ciclo, es el inverso de la frecuencia T = 1/f
Alternancia
Define un periodo de 180º grados eléctricos.
Frecuencia
Amplitud
Ya sea de voltaje o corriente es el valor máximo que alcanza. Es igual en la dirección positiva que en la negativa. En una onda, la amplitud es la distancia del eje horizontal al punto más alto de la onda sobre este eje, o bien el punto más bajo del eje, y se les conoce como valor pico.
Longitud de onda
Es otra forma de expresar la frecuencia, es la distancia que puede recorrer la onda en el tiempo que requiere
la terminación de un ciclo completo. (
f c
=
λ )
Donde λ = longitud de onda
c = velocidad de la luz (3 x 10 8 m/s ) f = frecuencia de la onda
Fase
Se usa el término fase para comparar la relación de tiempo de dos ondas. Cuando dos formas de onda coinciden entre si o sea que comenzarán y terminarán simultáneamente, alcanzarán sus valores máximos y pasarán por cero al mismo tiempo. Fig. 11
V , I
V1 , I1
V2, I2
t
fig. 11
Diferencia de fase
La magnitud de diferencia de fase depende de cuanto adelanto o atraso tenga una onda con respecto a la otra.
I1 I2
t
90º
Valor máximo
Es el valor máximo o valor pico, es la amplitud máxima de tensión o corriente. Otro valor que usa el valor pico-pico, o máx-máx. que es el doble del valor pico. Fig. 13
Valor máximo Valor máx-máx Valores instantáneos Valor máx. Valores instantáneos
Como se muestra en la fig. 13, cuando se produce una fem al girar una bobina a una velocidad constante en un campo magnético uniforme se puede encontrar el valor del voltaje en cada instante por la ecuación:
Vφ = Vmáx sen φ
Vφ = valor instantáneo de la fem cuando la bobina ha girado φ grados eléctricos
Vmáx = valor máximo de la fem
sen φ = valores correspondientes a los diferentes ángulos Valor medio
Ya sea de una tensión o corriente alternas es el promedio de todos los valores instantáneos durante medio
ciclo fig. 14 y se expresa matemáticamente como: Vmed = π
2
Vmáx
Imed = π
2 Imáx
Valor efectivo (rms) durante el medio ciclo positivo Valor medio durante el medio ciclo positivo
Valor medio durante el medio ciclo negativo Valor efectivo (rms) durante el medio ciclo
negativo
Fig. 14
Valor eficaz
Valores efectivos o rms, o valor cuadrático medio por que se halla obteniendo la raíz cuadrada de la media de los cuadrados de un gran número de valores instantáneos, los instrumentos para medir corriente alternas tales como voltímetros, o amperímetros se calibran para que indiquen valores eficaces o rms.
2 2 2 2 2 2 pp pico máx máx máx rms V V V V
V = = − = =
2 2 2 2 2 2 pp pico máx máx máx rms I I I I
PROBLEMAS
1. Un alternador produce un voltaje sinusoidal, cuyo valor máximo es 500 v. ¿Cuál es el valor instantáneo a 7º ; 73º ; 162,5º ; 195º ; 322,5º
2. ¿Cuál es el valor medio y eficaz del alternador de 500 v?
3. El valor cuadrático medio de la intensidad en un circuito de ac es 10 A ¿Cuál es su valor máximo y cuál su valor medio?
4. ¿Cuál es el valor eficaz de una tensión cuya amplitud máxima es de 200 v? 5. ¿Cuál es el valor rms de una tensión cuyo valor pico-pico esd e 200 v? 6. ¿Cuál es el valor medio de la tensión de salida de una batería de 6 v?
Las ondas de Radio son un tipo de ondas electromagnéticas, lo cual confiere tres ventajas importantes:
· No es necesario un medio físico para su propagación, las ondas electromagnéticas pueden propagarse incluso por el vacío.
·La velocidad es la misma que la de la luz, es decir 300.000 Km/seg. · Objetos que a nuestra vista resultan opacos son transparentes a las ondas electromagnéticas. No obstante las ondas electromagnéticas se atenúan con la distancia, de igual forma y en la misma proporción que las ondas sonoras. Pero esta desventaja es posible minimizarla empleando una potencia elevada en la generación de la onda, además que tenemos la ventaja de la elevada sensibilidad de los receptores.
Propagación de ondas
Tanto la corriente alterna en un circuito de potencia de baja frecuencia, como las señales de radio de alta frecuencia enviadas a través del espacio siguen los principios del movimiento de ondas. Una ac en un circuito eléctrico cambia su sentido a intervalos fijos de tiempo, durante cada intervalo, la corriente variará
desde cero, hasta su valor máximo y después disminuirá a cero.
fig.1
Ondas magnéticas y eléctricas en el espacio
Las ondas de luz, calor, radio, televisión, rayos X son forma de energía radiante que se consideran perturbaciones electromagnéticas oscilatorias en el espacio, la frecuencia de oscilación es la que determina si una señal se manifiesta como una onda de luz, calor, radio, televisión, rayos X. La gama total de las frecuencias de estas ondas se denomina espectro electromagnético que se muestra en la fig.1.
Generación y propagación de las ondas
Las ondas de radio son generadas aplicando una corriente alterna de radiofrecuencia a un antena. La antena es un conductor eléctrico de características especiales que debido a la acción de la señal aplicada genera campos magnéticos y eléctricos variables a su alrededor, produciendo la señal de radio en forma de ondas electromagnéticas. Estas ondas se transmiten desde un punto central (la antena emisora) de forma radial y en todas direcciones, pero podemos diferenciar tres formas de transmisión Onda de tierra: en principio las ondas de radio se desplazan el línea recta, atravesando la mayoría de los objetos que estén en su camino con mayor o menor atenuación. ondas no son reflejadas a tierra y escapan al espacio.
Las pérdidas por dicha atenuación dependen de la frecuencia de la transmisión y de las características eléctricas de la tierra o el material atravesado. En términos generales a menor frecuencia mayor es el alcance de la onda y cuanta menor sea la densidad del material más fácil será atravesarlo. Parte de esta onda es reflejada por la superficie terrestre. · Onda visual o directa: es refractada en la baja atmósfera (refractación troposférica) debido a los cambios en la conductividad relativa en sus capas. · Onda espacial: la atenuación en el aire es muy pequeña, lo que hace que la onda pueda alcanzar las capas altas de la atmósfera (ionosfera) y ser reflejada en su mayor parte de vuelta a tierra. El mayor inconveniente que tendremos es que la transmisión de estos tres frentes no se hace a la misma velocidad, ya que las ondas reflejadas se retrasan con respecto a la onda directa, produciéndose un desfase que genera ruido (e incluso llegando a anular la onda si el desfase es de 180 grados). Para reducir este efecto hay que elevar la antena, ya que aumentando la altura se disminuye el ángulo de desfase. Otro inconveniente es que en onda media la onda espacial no regresa a tierra durante el día pero sí durante la noche, debido a que la altura de la ionosfera se reduce.
Ondas de radio
Ondas emitidas por una antena
Pueden ser por la superficie u ondas de tierra. En línea recta (onda de línea de vista)
Resonancia
Resonancia es la prolongación o modificación de un sonido causada por su repercusión en otros cuerpos que entran en vibración; se produce cuando un sistema que vibra a una frecuencia determinada excita a otro sistema de frecuencia muy próxima.
En electrónica de las comunicaciones existe la necesidad de contar con circuitos selectivos de frecuencia, a fin de poder separar las señales deseadas de las no deseadas, tales circuitos selectivos de frecuencia se logran empleando combinaciones en serie y en paralelo de capacitancia y de inductancia.
En muchas aplicaciones electrónicas es necesario escoger y amplificar una banda relativamente estrecha de frecuencias, por ello para no perder o distorsionar información y para evitar las interferencias de canales adyacentes de comunicaciones, se imponen requisitos precisos sobre las características de respuesta en frecuencia de los sistemas.
En el manejo de un receptor de radio o televisión se obtiene el programa deseado sintonizando el receptor. Realmente cuando se está seleccionando la estación deseada, se está ajustando el circuito de sintonía del receptor, de manera que esté en resonancia con la frecuencia portadora de la estación que está transmitiendo el programa deseado.
Relación de fase en circuitos de corriente alterna
En todos los circuitos de cc, el voltaje y la corriente adquieren los valores máximos y cero al mismo tiempo y se dice que están en fase. Los efectos de la inductancia y de la capacitancia en circuitos ac impiden que el voltaje y la corriente alcancen los valores máximos y mínimos al mismo tiempo. Es decir, la corriente y el voltaje en la mayor parte de los circuitos de ac están fuera de fase.
Para comprender las relaciones de fase en un circuito de corriente alterna debemos suponer u circuito que sólo tenga una resistencia pura en serie con un generador de ac, fig. 1a, este es un circuito ideal en el cual los efectos inductivos y capacitivos son despreciables.
V, I
Fig. 1a
fig. 1b
\/, I
Fig. 2 a
El efecto de la capacitancia en un circuito que sólo tenga un capacitor puro en serie con un generador ac es opuesto al de la inductancia. El voltaje se retarda a la corriente puesto que el flujo de carga al capacitor es necesario para desarrollar una fem que se oponga. Cuando el voltaje que se aplica es decreciente, fluye la carga del capacitor. La rapidez del flujo es máxima cuando el voltaje aplicado es cero. fig. 3.
En general, un circuito de ac contiene resistencia, capacitancia e inductancia en cantidades variables, fig. 4. La caída total de un circuito como el mostrado, pero en cc seria la suma de las caídas de potencial a través de cada elemento. En ac el voltaje y la corriente no están en fase entre si, Vp esta en fase, VL se
adelanta a la corriente, VC se atrasa a la corriente. Si se desea determinar el voltaje eficaz V, se necesita un
método que tome en cuenta las diferencias de fase. Podemos usar un diagrama de vectores, llamado diagrama de fase. fig.4 b .
VL
VR
VC
Fig. 4 a fig. 4 b fig. 4 c
Si se sigue este esquema, VR es un vector en el eje x, VL representa un vector en el eje y , y hacia
arriba y VC vector en el eje y , y hacia abajo.
El voltaje eficaz V es la suma vectorial de VR ; VL ; VC , por lo tanto la magnitud es:
V = 2 2
) ( L C R V V
V + −
ya que están en un diagrama vectorial o de fase. La magnitud del ángulo de fase puede encontrarse las leyes trigonométricas para un triángulo rectángulo por el teorema de Pitágoras.
Tan R C L V V V − = φ
También podemos recordar por ley de ohm que: VR = i R ; VL = i XL ; VC = i XC
Sustituyendo estos valores en V = VR2+(VL−VC)2 se obtiene la siguiente ecuación:
V = i R2+(XL−XC)2 ó V = i Z , donde Z es la impedancia en unidades de ohm
Z = R2+(XL−XC)2
por lo tanto la corriente eficaz en un circuito es:
Z V i=
Puesto que el voltaje a través de cada elemento depende directamente de la resistencia o reactancia, si se consideran a R, XL , XC como cantidades vectoriales, se puede emplear un diagrama vectorial para calcular
la impedancia, fig. 5. y obtener el ángulo de fase: Tan
R X XL− C
=
XL XL – XC Z
φ
XC R
Fig. 5 a fig. 5 b
Relación entre f,L,C. Circuitos LC en serie:
Cuando la inductancia y la capacitancia de un circuito en serie son tal que el valor de la reactancia es igual a la reactancia capacitiva, la frecuencia del voltaje aplicado el circuito se llama circuito resonante serie. La reactancia total está dada por XL - XC , y la impedancia del circuito es mínima cuando XL = XC
Fig. 6
De lo descrito anteriormente se tiene que la frecuencia de resonancia esta dada por: f 0 ó f r
Si
LC X
y
fL X
C L
π π
2 1 2
= =
al reemplazar en XL = XC nos da que
LC fr
π
2 1
=
Circuitos RLC en serie
La mínima impedancia que se puede lograr a la frecuencia resonante es igual a la resistencia en serie, fig. 1a. o sea que la impedancia es igual a la resistencia Z=R.
La corriente será máxima, XL - XC = 0.
resonancia-, la cantidad (XL - XC ) ya no será cero. Igualmente si la frecuencia se mantiene constante y se
cambia la inductancia o la capacitancia, la cantidad (XL - XC ) tampoco será cero.
Factor de Potencia
En un circuito ac no se consume potencia debido a la capacitancia o a la inductancia. La energía sólo se almacena en un instante y se libera en otro.
P=iV . Esta condición se satisface cuando el circuito de ac sólo contiene resistencia R o cuando el circuito está en resonancia (XL - XC ), sin embargo un circuito en ac contiene la reactancia suficiente para limitar la
potencia eficaz, la componente VR puede escribirse;
VR = V cos φ ; reemplazando en P=iV ; P = iV cos φ donde cos φ es el factor de potencia,
también puede ser cos φ =
2 2
) (XL XC R
R Z
R
− +
=
Factor Q y ancho de banda
Al hacer una gráfica de impedancia contra frecuencia para un circuito RLC resulta una curva como la fig. 8. mientras que al graficar corriente contra frecuencia se obtiene la curva de la fig. 9 . La forma exacta de la curva para Z contra f o I contra f depende del factor Q del circuito, en donde Q se define como:
Q =
R XL
;
Para el circuito RLC serie simple ver fig. 7 b.
El ancho de banda de un circuito RLC serie se define como la diferencia entre las dos frecuencias a las cuales la corriente se reduce a 0.707 de la corriente máxima que se alcanza a resonancia. a estas frecuencias se les llama frecuencias de corte superior e inferior, el ancho de banda y el factor Q de un circuito están re-lacionadas por;
Fig. 7 c
Fig. 7 b
Fig. 7 a
Circuito LC en paralelo
existe una resonancia :
LC fr
π
2 1
= a esta frecuencia, la impedancia crece al infinito (suponiéndolo sin R)
Circuito RLC en paralelo
En un circuito como el de la fig. 8, la frecuencia resonante es igual que el de un circuito LC, pero la impedancia de esta combinación no es tan grande como la resonancia a infinito, sino que es igual a:
Z0 = Q XL en donde Q = R XL
Fig. 8
La corriente en un circuito RLC paralelo se puede considerar en dos partes: la corriente de línea y la
corriente circulante, fig. 9. estas corrientes a resonancia se pueden encontrar por:
Ilínea
0 Z V
Ilinea = aplicado ; Icircuito = Q Ilinea ;
Q f BW = 0
fig. 9
Es común encontrar un circuito como el de la fig.10 donde existe una carga resistiva externa RX conectada en paralelo con RLC. Esta carga afecta al factor Q, al ancho de banda y a la
impedancia.
T o
L T T X X T
Q f BW X Z Q R Z
R Z
Z = =
+
= ; ;
10 10
ZT = impedancia total de la combinación a resonancia
Z 10 = impedancia del circuito RLC original
TALLER III COMUNICACION
PREPARADO POR: PROFESOR BOLÍVAR QUINTERO 27
Problemas
1. Un circuito en serie que contiene 150 pF de capacidad se va a hacer resonante a 75 MHz. Determínese la inductancia que se debe conectar en serie con la capacidad.
2. a. Determínese la frecuencia resonante de un circuito que conste de una combinación serie simple formada por un capacitor de 0,001 µF y un inductor de 16 µH.
b. ¿Cuál es la impedancia del circuito a esta frecuencia de resonancia, suponiéndolo sin resistencia? c. Calcúlese la reactancia a resonancia de cada uno de los componentes de este circuito.
3. Un circuito en serie consta de una resistencia de 15 Ω una inductancia de 0,01 mH y una capacitancia de 0,01 µF.
a. Calcúlese la frecuencia resonante del circuito.
b.¿Cuál es la impedancia de la combinación a la frecuencia resonante?
c.¿Qué cantidad de corriente fluiría si se aplicase a este circuito una fuente de 10 V sintonizada a la frecuencia resonante?
4. Para el circuito que se muestra en la figura determínese lo siguiente:
a. La frecuencia resonante.
b. La impedancia total a resonancia. c. La corriente que fluye a resonancia. d. La reactancia inductiva a resonancia. e. La reactancia capacitiva a resonancia. f. El voltaje a través del resistor a resonancia. g. El voltaje a través del inductor a resonancia. h. El voltaje a través del capacitor a resonancia.
5. Encuéntrese el valor apropiado de la capacitancia que se requiere para tener una frecuencia resonante en serie de 90 MHz cuando se emplea una inductancia de 40 µH, la cual tiene una resistencia de 80 ohmios.
b.¿Cuál es el Q del circuito?
c. Calcúlese el ancho de banda del circuito.
6. a. Se desea un circuito en serie que sea resonante a 150 MHz. Existe en el circuito una capacitancia de 50 pF. Determínese el valor de la inductancia que se requiere.
b. El inductor empleado se va a elegir de un grupo de inductancia cuyo Q es de 50. ¿Cuál es el ancho de banda de este circuito?
7. Calcúlese la resistencia de un circuito RLC en serie, en el .cual es resonante a 50 MHz y tiene un Q de 100. La inductancia del circuito es de 150 µH.
8. Encuéntrese la inductancia en un circuito en serie el cual es resonante a 250 MHz y tiene un ancho de banda de 10 MHz. La resistencia circuito es de 50 Ω.
9. Un circuito en serie consiste de un capacitor de 0,003 µF y una inductancia de 0,5 mH. Calcúlese la
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10. Encuéntrese la frecuencia resonante de una combinación en serie de un capacitor de 200 pF y de un inductor de 400 µH.
11. ¿Cuál es la frecuencia resonante de un circuito en serie que consta de un capacitor de 450 pF y de
una inductancia de 10 mH?
12. ¿Qué valor de capacidad se requiere para dar lugar a una frecuencia resonante de 5 MHz, cuando se emplea una inductancia de 40 µH?
13. Determínese la capacitancia que se requiere para obtener una frecuencia resonante de 600 kHz cuando se use una inductancia de 5 mH.
14. Un capacitor de 300 pF va a formar parte de un circuito resonante en serie, el cual va a ser resonante a 1 MHz,¿Qué valor de inductancia se debe conectar en serie con la capacitancia?
15. Se desea un circuito en serie que sea resonante a 750 kHz.¿Qué valor de inductancia se debe emplear con un capacitor de 0,004 µF.
16. Un capacitor de 150 pF se encuentra en serie con un inductor de 12 µH. a. Determínese la frecuencia resonante del circuito.
b. ¿Cuál es la impedancia de este circuito a la frecuencia resonante, suponiéndolo sin resistencia? c. Encuentre la reactancia de cada uno de los componentes de este circuito a la frecuencia
resonante.
17.¿A qué frecuencia se halla una inductancia de 0,05 mH cuando se encuentra en serie con una capacidad de 600 pF a resonancia? El circuito incluye también una resistencia de 2 en serie con el capacitor y el inductor. ¿Cuál es la impedancia de este circuito a la frecuencia resonante? Determínese qué corriente fluiría si se aplicara al c circuito una señal de 1,5 V sintonizada a la frecuencia resonante.
18. Un circuito en serie consiste de un capacitor de 0,002 µF en serie con una inductancia de 30 µH y una resistencia de 12 .
a. ¿Cuál es la frecuencia resonante del circuito?
b. Determinase la impedancia del circuito a resonancia.
c. Calcúlese las reactancias inductiva y capacitiva a resonancia.
d. ¿Qué corriente fluiría si se aplicara al circuito una fuente de 500 mV sintonizada a resonancia? e. Calcúlese el voltaje a través de cada uno de los componentes para la condición de este
problema descrito en d.
19. Determínese lo siguiente para el circuito que se muestra en la figura. a. La frecuencia resonante.
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20. Determínese lo siguiente para el circuito que se muestra a la figura. a. La frecuencia resonante.
b. La impedancia total a resonancia. c. La corriente que fluye a resonancia. d. La reactancia inductiva a resonancia. e. La reactancia capacitiva a resonancia. f. El voltaje a través del resistor a resonancia. g. El voltaje a través del inductor a resonancia. h. El voltaje a través del capacitor a resonancia.
21. Calcúlese el valor de capacidad que se necesita para lograr una frecuencia resonante en serie de 106 MHz cuando se emplea una inductancia de 20 µH, la cual tiene una resistencia de 25 . ¿Cuál es el Q del circuito? Determínese el ancho de banda del circuito.
22. Encuéntrese el valor del capacitor que se requiere para que un circuito en serie resuene a 700kHz cuando se emplea una inductancia de 2 mH con una resistencia de 18 . Encuéntrese el Q del circuito y calcúlese el ancho de banda del mismo.
23. Calcúlese la capacitancia necesaria que se debe conectar en serie a fin de lograr una resonancia en serie a 95 MHz. La inductancia tiene un valor de 25 µH. La resistencia en serie en el circuito es de 5 Ω. Encuéntrese el Q del circuito.¿Cuál es el ancho de banda de este circuito?
24. Un circuito en serie va a resonar a 75 MHz.¿Qué valor de inductancia debe emplearse con un capacitor de 140 pF. El inductor empleado tendrá un Q de 35. ¿Cuál es el ancho de banda de este circuito?
25. Una bobina con una inductancia de 3 mH y un Q de 40 va a hacerse resonante a una frecuencia de 1 MHz, conectándola en serie con una capacitor. ¿De qué valor de capacitancia debe ser éste? Calcúlese el ancho de banda del circuito. ¿Qué resistencia tiene el inductor?
26. Determínese la resistencia que contiene un circuito en serie RLC, el cual es resonante a 20 MHz y tiene un Q de 30. El circuito contiene. una inductancia de 200 µH.
27. Calcúlese la resistencia de un circuito en serie RLC, el cual es resonante a 850 kHz y tiene un Q de 40. La inductancia contenida en el circuito es de 2 mH. ¿Cuál es el ancho de banda de este circuito?
28. Calcúlese la inductancia contenida en un circuito en serie el cual es resonante a 140 MHz y tiene un ancho de banda de 5,0 MHz. El circuito tiene una resistencia de 20 .
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CONOCIMIENTOS PREVIOS
CONTENIDOS
Métodos de transmisión
Hasta el momento hemos visto como se generan y propagan las ondas de radio, pero de nada sirve enviar una onda electromagnética si no lleva consigo el transporte de alguna información.
Elementos de un sistema de comunicación electrónica
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La modulación
Este sistema, que actualmente aún se emplea, parte de dos ondas:
· Onda portadora: es la encargada de fijar la frecuencia de transmisión y es la que alteraremos para
que transporte la información que queremos.
· Onda moduladora: es la onda que queremos transmitir (voz, música, datos, etc...).
El proceso de modulación se basa alterar de una forma determinada la onda portadora en función de la
onda moduladora, obteniéndose como resultado final la onda modulada que será radiada. Para ello nos
basaremos en los dos parámetros más importantes de una onda:
· La amplitud.
· La frecuencia.
En función del parámetro empleado vamos a tener dos posibles tipos modulación:
Modulación en amplitud (AM).
· Modulación en frecuencia (FM).
Por supuesto existen más tipos de modulación, pero sólamente tienen interés para transmisión radioeléctrica estas dos.
Modulación en amplitud (AM)
La modulación en amplitud fué el primer método de transmisión por radio. Se basa en variar la amplitud de la onda portadora en función de la amplitud de la onda moduladora, obteniendo como resultado una onda modulada que contiene a la moduladora. Si unimos los extremos de la onda modulada obtendremos la señal moduladora y su simétrica (trazado en verde en el siguiente gráfico):
Modulación en frecuencia (FM)
La modulación en Frecuencia es la técnica de transmisión por radio más popular actualmente. La FM es tan popular porque es capaz de transmitir más información del sonido que queremos transmitir, ya que en AM si se transmiten sonidos que están a frecuencias muy altas se consume un gran ancho de banda. La modulación en frecuencia se basa en variar la frecuencia de la portadora con arreglo a la amplitud de la moduladora.
En resumen para nuestro caso particular en el mercado existen emisoras con varias modalidades de
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· AM : son aquellas que emiten en Amplitud Modulada. Apenas se utilizan hoy día para
aeromodelismo estando su uso más extendido en emisoras dedicadas al manejo de coches y barcos de
radiocontrol. Poco fiables.
· FM: suele ser la modalidad estandar de emisión de los modernos equipos de radiocontrol. FM
significa Frecuencia Modulada siendo la emisión de ondas en banda estrecha y por tanto más inmune a
las posibles interferencias, tanto a las radioeléctricas que hay en el ambiente como a las generada por el
propio avión en vuelo por su normal funcionamiento.
· PCM: es la modalidad más fiable de emisión aunque claro está, esto tiene un precio. Esta modalidad de emisión nació como respuesta a la necesidad de obtener comunicaciones más libres de
interferencias de armónicos en un espacio ya de por sí saturado de frecuencias de emisión. Emisor y receptor funcionan mediante un código binario muy en la línea en el lenguaje utilizado por los ordenadores.
Los sistemas de transmisión y recepción pueden ser analógicas, digitales:
Dependiendo del parámetro sobre el que se actúe, tenemos los distintos tipos de modulación:
Modulación de amplitud (AM), Modulación de fase (PM), Modulación de frecuencia (FM), Modulación de Banda lateral única (SSB), Modulación de banda lateral vestigial (VSB, ó VSB-AM), Modulación de amplitud en cuadratura (QAM), Modulación por división ortogonal de frecuencia (OFDM), también conocida como 'Modulación por multitono discreto (DMT), Modulación por longitud de onda, Modulación en anillo, Cuando la OFDM se usa en conjunción con técnicas de codificación de canal, se denomina Modulación por división ortogonal de frecuencia codificada (COFDM).
Tambíen se emplean técnicas de modulación por impulsos entre ellas:
Modulación por impulsos codificados (PCM), Modulación por anchura de impulsos (PWM), Modulación por amplitud de impulsos (PAM), Modulación por posición de impulsos (PPM), Cuando la señal moduladora es una indicación simple on-off a baja velocidad, como una transmisión en código Morse o radioteletipo (RTTY), la modulación se denomina manipulación, modulación por
desplazamiento, asi tenemos: Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK), Modulación por
desplazamiento de fase (PSK), La transmisión de radioteletipo (RTTY) puede ser considerada como una forma simple de Modulación por impulsos codificados. Cuando se usa el código Morse para conmutar on-off la onda portadora, no se usa el termino 'manipulación de amplitud', sino operación en
onda contínua (CW).
La modulación se usa frecuentemente en conjunción con varios métodos de acceso de canal.
Estudiaremos el sistemas de transmisión y recepción de señales de radio AM, FM, PCM, PAM en donde se utilizan ampliamente los osciladores.
La frecuencia de los sonidos que somos capaces de escuchar es muchísimo mas baja (entre 20 Hz y 20
Khz en las personas excepcionalmente finas de oido), así que, si convertimos directamente las ondas
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La solución para transmitir sonidos por el aire sin utilizar alambres a través de grandes distancias, la
encontró Marconi consistía en enviar una señal de frecuencia lo suficientemente alta para que pudiese
irradiarse, pero modificandola de manera proporcional a las variaciones del sonido que queremos
enviar. La frecuencia alta se llama 'portadora' y la baja 'modulación'. Hablando toscamente podríamos
decir que la señal de sonido se 'monta' encima de una señal portadora, que es la que la traslada a través
del espacio.
En 1920 y 1930, la radio vino como un contacto importante entre barcos, aviones y con el público en
general. Los primeros radio receptores que alcanzaron buena calidad, utilizando tubos de vacío, fueron
desarrollados por los años 1930, época aquella que fue denominada "la época de oro de la radio".
Desde la segunda guerra mundial se han visto cambios rápidos y una gran expansión en la aplicación
de las ondas electromagnéticas (ondas de radio), para propósitos de comunicaciones.
El uso de transistores y circuitos integrados nos ha permitido la fabricación de receptores de radio que
son pequeños, baratos y portables, y por supuesto, el crecimiento y desarrollo de la televisión, es
solamente otro alcance de la comunicación con imágenes, sin el uso de cuerdas que se conecten. La
operación esencial de la televisión es básicamente la misma de la radio.
Actualmente, con la utilización de los satélites de comunicaciones, se podría decir que no hay sitio de
la tierra que no esté comunicado entre sí y además ya le han extendido y utilizado las comunicaciones
hasta otros planetas y sitios lejanos del universo. Todas las comunicaciones humanas se refieren a la
transmisión de sonidos, imágenes o medios escritos entre dos o más sitios diferentes.
Elementos de un sistema de comunicación
La figura se muestra los elementos funcionales de un sistema completo de comunicación. Por
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suele ser tan obvia. También se índica que hay algunos factores no deseados que inevitablemente
forman parte de la comunicación.
mensaje de entrada señal de entrada señal transmitida señal recibida
señal de salida mensaje de salida
fuente
destino
Omitiendo los transductores, hay tres partes esenciales en un sistema de comunicación eléctrica: el
transmisor, el canal de transmisión y el receptor. Cada uno de ellos tiene su función característica.
Transmisor
El transmisor pasa el mensaje al canal en forma de señal. Para lograr una transmisión eficiente y
efectiva, se deben desarrollar varias operaciones de procesado de la señal. La mas común e importante
de estas operaciones es la modulación. Se trata de un proceso orientado al acoplamiento de la señal a
transmitir a las propiedades del canal, por medio de una onda portadora.
Receptor
La fundón del receptor es extraer del canal la señal deseada y entregarla al transductor de salida. Como
las señales recibidas son frecuentemente muy débiles, debido a la atenuación que sufren en el canal, el
receptor debe tener varias etapas de amplificación. En todo caso, la operación clave que ejecuta el
receptor es la demodulación (o detección, caso inverso del proceso de modulación del transmisor) con
lo cual la señal vuelve a su forma original.
Canal de Transmisión
El canal, o medio, de transmisión, es el enlace, en general electromagnético entre el emisor y el
receptor, siendo el puente de unión entre la fuente y el destino. En la transmisión de todas las Transmisor
Ruido e
interferenci Transductor
de entrada Canal de
transmisión
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modulaciones generadas en el emisor se puede dar a través de cinco canales de transmisión
distintos.Estos son: una línea bifílar, una línea coaxial, una fibra óptica, un enlace de radio (herziano) y
un enlace óptico.
Todos los canales de transmisión se caracterizan por la atenuación que imponen a la señal, es decir, la
disminución progresiva de la potencia de la señal conforme aumenta la distancia, siendo éste un factor
importante a considerar.
Utilidad de las modulaciones
Muchas señales de entrada no pueden ser enviadas directamente hacia el canal, tal como provienen del
transductor. Para ello se modifica una onda portadora, cuyas propiedades se adaptan mejor al medio de
transmisión en cuestión, para representar el mensaje. .La modulación es la alteración sistemática de la
onda portadora de acuerdo con el mensaje (señal moduladora) y puede ser también una codificación.
Es interesante hacer hincapié en que muchas formas de comunicación no eléctricas también encierran
un proceso de modulación, y la voz es un buen ejemplo. Cuando una persona habla, los movimientos
de la boca ocurren de una manera más bien lenta, del orden de los 10 Hz, que realmente no pueden
producir ondas acústicas que se propaguen. La transmisión de la voz se hace por medio de la
generación de tonos portadores, de alta frecuencia, en las cuerdas vocales, tonos que son modulados
por los músculos y órganos de cavidad oral. Lo que el oído capta como voz, es una onda acústica
modulada, muy similar a una onda eléctrica modulada.
El éxito de un sistema de comunicación en una misión determinada, depende en gran parte de la
modulación. Tanto es así que el tipo de modulación es una decisión alrededor de la cual gravita el
diseño del sistema y por esta razón muchas técnicas de modulación han evolucionado y cubierto
diversas tareas y requisitos de muchos sistemas. Y conforme aparezcan nuevas exigencias, se
desarrollarán nuevas técnicas.
A pesar de la multitud de variedades, es posible identificar dos tipos básicos de modulación en relación
a la clase de onda portadora: la modulación de onda continua, en la cual la portadora es simplemente
una forma de onda senoidal, y la modulación de pulsos, en la cual la portadora es un tren periódico de
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Puesto que la modulación de onda continua es un proceso continuo, es posible adaptarla a señales que
están variando constantemente con el tiempo. Por lo general, la portadora senoidal es de mayor
frecuencia que cualquiera de las componentes de frecuencia contenidas en la señal moduladora. El
proceso de modulación se caracteriza pues por una traslación de frecuencia, es decir, el espectro del
mensaje (su contenido de frecuencia) se corre hacia arriba a otra banda de mayor frecuencia.
La modulación de pulsos es un proceso discontinuo o discreto, en el sentido de que los pulsos aparecen
sólo en ciertos intervalos de tiempo. Por eso la modulación de pulsos se adapta mejor a los mensajes
que son discretos por naturaleza. Con la ayuda del muestreo, las señales que varían continuamente
pueden ser transmitidas sobre portadoras pulsadas.
Pero, haciendo caso omiso del tipo, la modulación debe ser un proceso reversible, de tal manera que el
mensaje pueda ser recuperado en el receptor por medio de la operación complementaria de
demodulación
Consideraciones para la modulación
La modulación se precisa para acoplar la señal con el medio de transmisión.
Modulación por facilidad de radiación
Una radiación eficiente de energía electromagnética requiere de elementos radiadores (antenas cuyas
dimensiones físicas sean por lo menos de 1/10 de su longitud- Pero muchas señales, especialmente de
audio, tienen componentes de frecuencia del orden de los 100 Hz o menores, para lo cual necesitaría
antenas de unos 300 km de longitud sí se radiaran directamente. Utilizando la propiedad de traslación
de frecuencia de la modulación, estas señales se pueden imprimir sobre una portadora de alta
frecuencia, con lo que se logra una reducción sustancial del tamaño de la antena. Por ejemplo, en la
banda de radio de FM. Donde las portadoras están en el intervalo de 83 a 108 MHz, las antenas no
deben ser mayores de un metro.
Modulación para reducir el ruido interferencia
Es imposible eliminar totalmente el ruido del sistema, y, aunque es posible eliminar la interferencia,
puede no ser practico. La disminución sin embargo, ocurre a un cierto precio, generalmente requiere de
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Modulación por asignación de frecuencia
El propietario de un aparato de radio o televisión puede seleccionar una de varias estaciones, aún
cuando todas las estacionas estén transmitiendo material de programa similar en el mismo medio de
transmisión. Es posible seleccionar y separar cualquiera de las estaciones, dado que cada una tiene
asignada una frecuencia portadora diferente. Si no fuera por la modulación, sólo operaría una estación
en un área dada. Dos o más estaciones que transmitiera; directamente en el mismo medio, sin
modulación producirían una mezcla inútil de señales interferentes.
Modulación para multicanalización
A menudo se desea transmitir muchas señales en forma simultánea entre dos puntos. Las técnicas de
multicanalización son formas intrínsecas de modulación, permitiendo la transmisión de señales
múltiples sobre un canal, de tal manera que cada señal puede ser captada en el extremo receptor. Las
aplicaciones de la multicanalización. Es muy común, por ejemplo, tener hasta 1800 conversaciones
telefónicas de ciudad a ciudad, multicanalizadas y transmitidas sobre un cable coaxial de un diámetro
menor de un centímetro.
Modulación para superar las limitaciones del equipo
El diseño de un sistema se da de acuerdo a la disponibilidad de equipo, el cual a menudo presenta
inconvenientes en relación con las frecuencias involucradas. La modulación se puede usar para situar
una señal en la parte del espectro de frecuencia donde las limitaciones del equipo sean mínimas o
donde se encuentren más fácilmente los requisitos de diseño. Para este propósito, los dispositivos de
modulación se encuentran también en los receptores, como ocurre con los transmisores.
Factor de modulación (m) y porcentaje de modulación (m)
Señal de audio con información o señal
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Onda portadora (RF)
Onda modulada ora delaportad V uladora eaudioo delaseñald V V V V V RF V AF V A B m ulación índicede p p ppmín PPmá ppmí PPmá P p mod mod = + − = = = = 100 100 100 mod x V V V V m x RF V AF V m x A B m ulación de porcentaje ppmín PPmá ppmí PPmá P p + − = = = = PROBLEMAS
1. Una señal de audio de 15v modula en amplitud a una portadora de 60 v.
a.) dibuje la señal de audio b.) dibuje la portadora c.) constrúyase la onda modulada d.) determinar el
factor de modulación y porcentaje».
2. ¿Cuántas estaciones de difusión en AM caben en un ancho de banda de lOOKHz si la frecuencia
más alta para modular una portadora es de 5 KHz?
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El Modulador de Diodo
S1
L1
+
C1
R3 D1
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En la figura se muestra un sencillo circuito modulador en amplitud. La señal moduladora (AF) se
aplica a la resistencia R 1 , y la portadora, a la R2. La señal que aparece en el ánodo del diodo es la
suma de ambas. Supongamos, de momento, que S1 está abierto. D1 conduce cuando el ánodo es más
positivo que el cátodo, con lo que circula una corriente por R3 produciendo en ella una caída de
voltaje. S1 no existe en la realidad; sólo se incluye para la explicación. El circuito tanque LC,
realmente se conecta siempre en paralelo con R3. Si suponemos, pues, que Si está cerrado, cada vez
que conduce D1, fluye un impulso de corriente al tanque, que está sintonizado a la frecuencia de la
portadora. El impulso de corriente lo hace oscilar completando el ciclo negativo que falta.
Modulación (transmisor) en amplitud modulada (AM)
Para comprender mejor la modulación, veamos un modulador sencillo:
MIC
Los transmisores de radio, llamados "emisoras" tienen altas potencias del orden de 10, 20, 50 y más
kilovatios y se fabrican con dispositivos de potencia, que son los que pueden suministrar estas
potencias. Los transmisores de bajas potencias se utilizan para comunicaciones comerciales o de radio
aficionados.
Las ondas sonoras se convierten en variaciones corriente eléctrica a su paso por el micrófono. Esta
señal tiene una amplitud de unos pocos milivoltios. Amplificador
de audio
Impulsor
Amplificador de potencia
modulada Oscilador
de RF
Mezclador
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La señal obtenida se envía a un amplificador de audio donde se aumenta, resultando entonces una onda
de audio frecuencia o AF con un voltaje apreciable. Al mismo tiempo un oscilador de radiofrecuencia
o RF, llamado así porque es alta y se utiliza en los sistemas de radio, está produciendo una corriente
alterna (CA) a una frecuencia asignada a ese radio transmisor por la entidad gubernamental encargada
de regular las comunicaciones en cada país.
Estas dos señales, audio frecuencia y radio frecuencia se unen en la etapa mezcladora dando como
resultado una señal modulada en AM pero de baja amplitud o nivel. Esta señal se debe amplificar
considerablemente para entregarla a una antena que la convierte en ondas de radio electromagnéticas
que pueden viajar por el espacio en forma de ondas electromagnéticas.
Modulación es el proceso de añadir información a una onda portadora. La portadora es una señal de RF
que se trasmite de un lugar a otro a través del espacio o mediante líneas de transmisión. Las dos
características de una onda de c.a, que usualmente se modulan por el sonido, son la amplitud y la
frecuencia. Cuando se varia la amplitud de una onda de acuerdo con otra onda en alguna forma
re-presenta información, el procesó se llama modulación de amplitud. La onda que se modula es la
portadora (RF) y la otra es la onda o señal moduladora (AF). La portadora consta de ondas senoidales
cuyas amplitudes siguen las variaciones de amplitudes de la onda moduladora, de tai manera que
siempre está dentro de una envolvente.
Las ondas de radio se emplean para transmitir información de distintos tipos. Las estaciones de radio
transmite información de audio. (música, noticias, otras); para evitar interferencias, se asigna a cada
emisora su propia frecuencia.
Las ondas de radio son generadas aplicando una corriente alterna de radiofrecuencia a un antena. La
antena es un conductor eléctrico de características especiales que debido a la acción de la señal
aplicada genera campos magnéticos y eléctricos variables a su alrededor, produciendo la señal de radio
en forma de ondas electromagnéticas. Estas ondas se transmiten desde un punto central (la antena
emisora) de forma radial y en todas direcciones, pero podemos diferenciar tres formas de transmisión: ·
Onda de tierra: en principio las ondas de radio se desplazan el línea recta, atravesando la mayoría de
los objetos que estén en su camino con mayor o menor atenuación. ondas no son reflejadas a tierra y
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En el proceso de modulación se producen frecuencias laterales iguales a la suma y diferencias de las
dos frecuencias originales, que aparecen arriba y abajo de la frecuencia portadora. En el proceso de
modulación se producen bandas laterales si la señal de modulación varía en frecuencia.
Las bandas laterales se conocen como bandas laterales superior (de suma) e inferior (de diferencia).
El ancho de banda o ancho de canal de una señal transmitida en AM se determina por la más alta
frecuencia de modulación.
Las emisoras de AM funcionan en la banda de 535 a 1620 KHz. La frecuencia a la cual transmite una emisora se llama frecuencia portadora, ya que la onda lleva la información.; el oído no puede res-ponder a esa frecuencia, pero cabalgando sobre ella va la información de audio, el receptor de radio recobra esta información y la convierte en sonido. El proceso mediante el cual se imprime la información sobre la onda portadora se llama modulación. La portadora se produce en un oscilador ; y la señal de audio. mediante un micrófono, tocadiscos o grabadora, ambas se combinan en el modulador para obtener la onda modulada.
Ventajas la modulación en AM
Como medio para transmitir información, la modulación tiene muchas ventajas, tanto transmisores
como receptores son pocos complicados, y por lo tanto, relativamente baratos.
Inconvenientes DE la modulación en AM
Entre las principales: problemas de propagación ya que la afectan fácilmente diversos fenómenos atmosféricos, produciendo estática, desperdicio de potencia, excesiva anchura de banda, señales electrónicas con frecuencias parecidas y las interferencias ocasionadas por los aparatos eléctricos. Todos estos ruidos tienden a modular en amplitud la portadora, del mismo modo que lo hace su propia señal moduladora. Por lo tanto se convierte en parte de la señal modulada y subsisten en ella durante todo el proceso de demodulación. Después de la demodulación se manifiesta en ruido o distorsión, que es bastante fuerte.
DEMODULACIÓN
RL
+
C1 D1
