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Electrónica de Comunicaciones CONTENIDO RESUMIDO: 1- Introducción 2- Osciladores 3- Mezcladores. 4- Lazos enganchados en fase (PLL). 5- Amplificadores.

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1 Electrónica de Comunicaciones CONTENIDO RESUMIDO: 1- Introducción 2- Osciladores 3- Mezcladores. 4- Lazos enganchados en fase (PLL). 5- Amplificadores de pequeña señal para RF. 6- Filtros pasa-banda basados en resonadores piezoeléctricos. 7- Amplificadores de potencia para RF. 8- Demoduladores de amplitud (AM, DSB, SSB y ASK). 9- Demoduladores de ángulo (FM, FSK y PM). 10- Moduladores de amplitud (AM, DSB, SSB y ASK). 11- Moduladores de ángulo (PM, FM, FSK y PSK). 12- Tipos y estructuras de receptores de RF. 13- Tipos y estructuras de transmisores de RF. 14- Transceptores para radiocomunicaciones ATE-UO EC dem FM 00

2 ATE-UO EC dem FM Demoduladores de ángulo (FM, FSK y PM) Idea fundamental: Obtener la forma de onda de la moduladora (información) de la portadora modulada en ángulo, normalmente convertida a una frecuencia intermedia. Información (moduladora) Amplificador de FI (o de RF) Demodulador Amplificador de banda base Portadora modulada

3 ATE-UO EC dem FM 02 Tipos de modulaciones analógicas de ángulo (I) Modulación de frecuencia (FM) Modulación Demodulación Moduladora Portadora sin modular Portadora modulada en FM

4 ATE-UO EC dem FM 03 Tipos de modulaciones analógicas de ángulo (II) Modulación de fase (PM) Modulación Demodulación Moduladora Portadora sin modular Portadora modulada en PM

5 ATE-UO EC dem FM 04 Tipos de modulaciones analógicas de ángulo (III) PM Moduladora FM Ecuaciones: Moduladora: x m ( m t) Portadora: v p ( p t) = V P ·cos p t Modulada FM: v pFM ( m t, p t) = V P ·cos[ p t + p · x m ( m t)·dt] t - Comparación entre FM y PM Modulada PM: v pPM ( m t, p t) = V P ·cos[ p t + p ·x m ( m t)] Si llamamos f p = p /(2 ) y f m max, f p max y p max a los máximos valores de f m = m /(2 ), f p = p /(2 ) y p, respectivamente, se cumple: B FM 2( f p max + f m max ) B PM 2( p max ·f m max + f m max ) FM de banda ancha (radiodifusión): f p max = 75 kHz f m max = 15 kHz B 180 kHz FM de banda estrecha (comunicaciones de voz): f p max = 5 kHz f m max = 3 kHz B 16 kHz

6 Discriminadores Detector de cuadratura Demoduladores con PLLs ATE-UO EC dem FM 05 Tipos de demoduladores de FM Esquema general de un discriminadores Portadora modulada Limitador f v veve vsvs Convertidor f/v (derivador) Detector de pico Moduladora

7 ATE-UO EC dem FM 06 Ejemplos de circuitos limitadores Etapa diferencial 3 etapas con margen dinámico muy pequeño Con diodos

8 ATE-UO EC dem FM 07 Ejemplos de convertidores frecuencia/tensión para discriminadores. Con un circuito resonante R + veve L R C vsvs v dFM R C D Simple Poco simétrico Difícil de ajustar fofo 1,4·f o 0,6·f o 0 v s /v e 0,5 f FI Q=5 v dFM = v s1

9 ATE-UO EC dem FM 08 Ejemplos de convertidores frecuencia/tensión para discriminadores. Con dos circuitos resonantes (I) Más simétrico Muy difícil de ajustar Salida diferencial 0 v s1 /v e - v s2 /v e v sFM /v e f FI R + veve L1L1 C1C1 v s R C D R veve L2L2 R C2C2 v s R C D + v dFM + - v s1 v s2 v dFM = v s1 - v s2

10 ATE-UO EC dem FM 09 Ejemplos de convertidores frecuencia/tensión para discriminadores. Con dos circuitos resonantes (II) Más simétrico Muy difícil de ajustar Menor ganancia R + veve L1L1 C1C1 v s R C D R veve L2L2 R C2C2 v s R C D + v dFM + - v s1 - v s2 R R v s1 - v s2 2 v dFM = Sin salida diferencial

11 ATE-UO EC dem FM 10 El discriminador de Foster-Seely (I) Se puede demostrar que: v s /v e = k 1 /(1 - L eq C eq 2 + j L eq /R eq ) Siendo: L eq = L d2 + L m ·L d1 /(L m + L d1 ) k 1 = L m /(L m + L d1 ) C eq = 4C, R eq = R/4 Esquema básico C v s R C D v s R C D v dFM + - v s1 v s2 vsvs + - vsvs + - veve + - Acoplamiento no ideal R 1:1:1

12 ATE-UO EC dem FM 11 El discriminador de Foster-Seely (II) Como v s /v e = k 1 /(1 - L eq C eq 2 + j L eq /R eq ), si = r = 1/(L eq C eq ) 1/2, entonces v s /v e = k 1 R eq /(j r L eq ), es decir, v s y v e están desfasados 90º El circuito se diseña para r = p (en la práctica r = FI ) También se cumple que v dFM = v s1 - v s2 = v e + v s - v e - v s C v s R C D v s R C D v dFM + - v s1 v s2 vsvs + - vsvs + - veve + - Acoplamiento no ideal R 1:1:1

13 Si < r Si > r Si = r ATE-UO EC dem FM 12 El discriminador de Foster-Seely (III) v dFM = v s1 - v s2 = v e + v s - v e - v s veve -v s v s2 veve vsvs vs1vs1 v s1 < v s2 v dFM < 0 veve vsvs vs1vs1 -v s veve vs2vs2 v s1 > v s2 v dFM > 0 veve vsvs vs1vs1 -v s veve vs2vs2 v s1 = v s2 v dFM = 0 10,7 MHz 10,5 10,9 0 v dFM Relación muy lineal v dFM /f v s /v e

14 ATE-UO EC dem FM 13 El discriminador de Foster-Seely (IV) C v s R C D v s R C D v dFM + - v s1 v s2 vsvs + - vsvs + - veve + - Acoplamiento no ideal R 1:1:1 C v s R C D v s R C D v dFM + - v s1 v s2 vsvs + - vsvs + - veve + - Acoplamiento no ideal R 1:1:1 C ac L ch Salida diferencial Salida referida a masa

15 ATE-UO EC dem FM 14 El discriminador de relación (I) C v s R C D v s R C D v dFM + - v s1 v s2 vsvs + - vsvs + - veve + - Acoplamiento no ideal R 1:1:1 Foster-Seely Relación - v s2 C v s R C D v s R C D v dFM + - v s1 vsvs + - vsvs + - veve + - Acoplamiento no ideal R 1:1:1 R R v dFM = v s1 - v s2 v s1 - v s2 2 v dFM =

16 ATE-UO EC dem FM 15 El discriminador de relación (II) - v s2 C v s R C D v s R C D v dFM + - v s1 vsvs + - vsvs + - veve + - Acoplamiento no ideal R 1:1:1 R R v s v dFM 10,7 MHz 10,5 10,9 Foster Relación Menor ganancia que en el Foster 10,7 MHz 10,5 10,9 v s12 0 V s12 casi costante. Se puede usar para limitar las amplitudes

17 ATE-UO EC dem FM 16 El discriminador de relación (III) - v s2 C v s R C D v s R C D v dFM + - v s1 vsvs + - vsvs + - veve + - Acoplamiento no ideal R 1:1:1 R R Discriminador de relación con limitador de amplitud C v s v s2 C v s R C D v s R C D v dFM + - v s1 vsvs + - vsvs + - veve + - R 1:1 veve + - v s C

18 ATE-UO EC dem FM 17 El detector de cuadratura (I) Principio de funcionamiento (I) v pFM = V P ·cos[ p t + p · x m ( m t)·dt] t - Mezclador vf vf v mez Retardo t r v pFM v pFM = V P ·k 1 ·cos[ p (t - t r )+ p · x m ( m t)·dt] t-t r - v mez = V P 2 ·k 2 ·k 1 ·cos[2 p t - p t r + p · x m ( m t)·dt + p · x m ( m t)·dt] + V P 2 ·k 2 ·k 1 ·cos[ p t r + p · x m ( m t)·dt] t - t-t r - t v f = V P 2 ·k 2 ·k 1 ·cos[ p t r + p · x m ( m t)·dt] t t-t r Como x m ( m t) no cambia apreciablemente en t r segundos, queda: v f = V P 2 ·k 2 ·k 1 ·cos[ p t r + p ·t r ·x m ( m t)] Y como la red de retardo se calcula para que valga 90º a p, queda: v f = V P 2 ·k 2 ·k 1 ·cos[ /2 + p ·t r ·x m ( m t)] = -V P 2 ·k 2 ·k 1 ·sen[ p ·t r ·x m ( m t)]

19 ATE-UO EC dem FM 18 El detector de cuadratura (II) Mezclador vf vf v mez Retardo t r v pFM Como se cumple que: p ·t r /2, x m ( m t) 1 y p << 2 p, entonces: p ·t r ·x m ( m t) = ·x m ( m t)· p /(2 p ) << 1, y, por tanto: vfvf v pFM v f = -V P 2 ·k 2 ·k 1 ·sen[ p ·t r ·x m ( m t)] -V P 2 ·k 2 ·k 1 · p ·t r ·x m ( m t) v f = -V P 2 ·k 2 ·k 1 ·sen[ p ·t r ·x m ( m t)] v pFM v mez ¡Ojo! v f depende también de V p 2 Hay que usar limitador vf vf trtr Limitador veve vsvs v pFM Principio de funcionamiento (II)

20 0 10,7 MHz 10,5 10,9 vf/k2·VP2vf/k2·VP2 C s =C/20 ATE-UO EC dem FM 19 El detector de cuadratura (III) Mezclador vf vf v mez Retardo t r v pFM + - v dFM R L C CsCs + - ¿Cómo se genera el retardo? Calculamos la transferencia de la red: v dFM /v dFM = LC s s 2 /[1 + Ls/R + L(C + C s )s 2 ] Q = v mez = V P ·cos( t)·2k 2 · v dFM /v dFM · V P ·cos[ t – arg(v dFM /v dFM )] v f = k 2 ·V P 2 v dFM /v dFM cos[arg(v dFM /v dFM )] Efectuamos un análisis senoidal permanente (s = j ). Sólo es válido si m << p : v dFM /v dFM = -LC s 2 /[1 - L(C + C s ) 2 + jL /R. Por tanto: Se define Q = R/(L p )

21 ATE-UO EC dem FM 20 Demoduladores de FM con PLLs V = k( ) Salida Entrada v pFM v osc v cont osc v dFM Principio de funcionamiento Condición de diseño: el PLL debe ser suficientemente rápido para seguir las variaciones de frecuencia frecuencia de corte del PLL >> frecuencia máxima de la moduladora corte PLL >> m max

22 ATE-UO EC dem FM 21 Demoduladores de PM con PLLs v dPM Principio de funcionamiento Condición de diseño: el PLL debe ser suficientemente lento para ser insensible a las variaciones de frecuencia frecuencia de corte del PLL << frecuencia mínima de la moduladora corte PLL << m min V = k( ) Salida Entrada v pPM v osc v

23 ATE-UO EC dem FM 22 Tipos de modulaciones digitales de ángulo (I) Modulación digital de frecuencia, (Frequency Shift Keying, FSK) Modulación Demodulación Moduladora Portadora sin modular Portadora modulada en FSK

24 ATE-UO EC dem FM 23 Tipos de modulaciones digitales de ángulo (II) Modulación binaria digital de fase, (Binary Phase Shift Keying, BPSK) Modulación Demodulación Moduladora Portadora modulada en BPSK Portadora sin modular

25 Demodulación de FSK (I) ATE-UO EC dem FM 24 Con detector no coherente Con detector coherente Con discriminador (Foster Seely o relación) Detector con batería de filtros v pFSK v f1 v f2 + v dFSK v d1 - v d2 Detector con dos filtros

26 Demodulación de FSK (II) ATE-UO EC dem FM 25 Detector coherente v f1 v mez1 v pFSK v f2 + PLL v dFSK v mez2 v pf1 v pf2 -

27 Demodulación de BPSK Bucle elevador al cuadrado. El mismo esquema que para demodulación de DSB con recuperación de la portadora ATE-UO EC dem FM 26 v mez v pBPSK Mezclador v o ( p t) = 0º v f v mez PLLx2x2 2 recuperación de la portadora v s

28 Ejemplo de antiguo esquema de amplificador de FI con demoduladores de AM y FM Discriminador de relación Detector de envolvente ATE-UO EC dem FM 27

29 Ejemplo de esquema de amplificador de FI y de BF de sonido para TV con CI TDA8190 Detector de FM de cuadratura Limitador ATE-UO EC dem FM 28


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