SISTEMAS DE COMUNICACIONES I

AVANSYSELECTRNICA INDUSTRIALCOMUNICACIONES II

a) Modelo de un sistema de comunicaciones

Informacin de la fuente ReceptorDestinoTransmisor

FUENTE: Es la generadora de la seal de informacin que se quiere enviar (audio, video)Esta seal puede ser analgica o digital. En caso de que no sea elctrica se convierte a una seal elctrica a travs de un TRANSDUCTOR (a la que se le llama seal de banda base).Se describe a menudo en terminos de las frecuencias que ocupa la seal:Voz analgica con calidad telefnica300-3 kHz

Msica analgica de alta fidelidad20-20 KHz

Video analgico0-4.2 MHz

TRANSMISOR: Es el bloque encargado de transformar la seal que emana de la fuente (o del transductor) para que pueda ser transportada de forma eficiente por el medio, va o canal seleccionado.

CANAL: Medio a travs del cual se lleva la seal de informacin que se quiere transmitir.

Cable conductorElectricidad

Guias de onda, microcintas, lneas de TXOndas EM

Espacio libreOEM, ondas de sonido

Fibra pticaLuz

RECEPTOR: Es el bloque encargado de transformar la seal que viene del medio va para que pueda ser entregada en un formato entendible para el destino (si es necesario se utiliza otro transductor de salida).

Ejercicio 1. Investigue qu sistema de comunicacin es utilizado en La Electrnica Industrial. Describa claramente cules son los elementos bsicos del Sistema.

b) Matemticas para comunicaciones.

i. Caractersticas de las sealesSEAL: cantidad fsica que vara con respecto a una o ms variables independientes. Estas contienen informacin de la naturaleza o comportamiento de algn fenmeno.Sus caractersticas ms importantes son:FRECUENCIA: Nmero de vibraciones, ondas o ciclos realizados en una unidad de tiempo determinada.

T Periodo de la sealf Frecuencia en Hertz (Hz)w Frecuencia en radianes

Ejercicio 2. Determina el periodo mximo y mnimo de las seales de la tabla 1.

LONGITUD DE ONDA: Si la onda se propaga en el espacio, recorre una distancia que depende de la velocidad a la que se propaga y la frecuencia a la que oscila. A esta distancia en un tiempo determinado se le conoce como longitud de onda. Su smbolo es , y sus unidades son metros. La expresin matemtica es:

Ejercicio 3. Calcule la Longitud de onda en el espacio de:1MHz. (seal de AM).27MHz (seal de banda civil)4GHz (banda de TV por satlite)AMPLITUD: Es el valor mximo que puede alcanzar una seal en un periodo de tiempo.

FASE: Se refiere al desplazamiento de una seal, hacia la derecha o la izquierda con respecto a una referencia.

ANCHO DE BANDA: El ancho de banda (Bw) de una seal es el espacio que ocupa en frecuencia, define como un rango de frecuencias positivas.

Odo humano20 kHz (20Hz a 20 kHz)

Voz:Hasta 5 kHz

Canal telefnico:3.1 kHz (300hz a 3.4 kHz)

Seal de audio de alta fidelidad15 kHz

Seal de video4.2 mHz (FORMATO NTSC)

Canal de audio (F.M.):200 kHz

Canal de televisin6 mHz (FORMATO NTSC)

Redes de cable330 MHz a 1 GHz

Ejercicio 4. Determine la longitud de onda de cada una de las seales de la tabla anterior.

Ejercicio 5. Grafique una seal peridica con periodo de 1ms, con una magnitud que vara de forma cosenoidal, y con una fase de /6 positiva.

Todo el espectro de frecuencias disponible va desde las Extremadamente Bajas Frecuencias (ELF) utilizadas para la transmisin de potencia elctrica, pasando por las Frecuencias Medias (MF) en las que entran las seales de radio comercial de AM, Super Altas Frecuencias (SHF) utilizadas entre otras aplicaciones para comunicacin celular y satelital, hasta las Extremadamente Altas frecuencias (EHF), ms all de las microondas, es decir las ondas milimtricas.

Ejercicio 6. Investiga el espectro de frecuencias y determina a que rango pertenecen:a) Las seales de radio comercial de FMb) El horno de microondasc) Navegacin de Barcos y aviones.

ii. Series de FourierEl matemtico francs Joseph Fourier en 1822 demuestra que: Cualquier seal peridica bien definida o bien comportada puede representarse como una suma de ondas seno y/o coseno cuyas frecuencias son mltiplos de su frecuencia fundamental y en algunas ocasiones una componente de dc.

f(t) Cualquier funcin en el tiempo bien definida o comportada, para nuestros fines una seal de voltaje o de corriente.An y Bn Coeficientes reales (positivos, negativos cero)w frecuencia fundamental en radianes

(1) Seal peridica cuadrada

(3) Serie de Fourier de la seal cuadrada con 8 trminos (2) Serie de Fourier de la seal cuadrada con 3 trminos

(4) Serie de Fourier de la seal cuadrada con 3 trminos

Las formulas para encontrar los coeficientes son:

c) Elementos de un sistema de comunicacin

i) Amplificadores

Su funcin es incrementar alguna magnitud elctrica del circuito, entre ellas la intensidad de corriente, el voltaje o la potencia de una seal.Pueden ser activos o pasivos dependiendo si utilizan o no alimentacin externa para incrementar la variable fsica deseada.Sus caractersticas dependen estrictamente de su aplicacin, algunas de la ms tpicas son, la ganancia, su respuesta en frecuencia su nivel de ruido, etc.Las clases de Amplificadores son:CLASE A: Son amplificadores que consumen corrientes contnuas altas de su fuente de alimentacin, independientemente de la existencia de seal en la entradaCLASE B: Se caracterizan por tener intensidad nula a travs de sus transistores cuando no hay seal en la entrada del circuito.CLASE C: Son similares a los de clase B en que la etapa de salida tiene corriente de polarizacin cero. Sin embargo, tienen una regin de corriente libre cero que es ms del 50% del suministro total de voltaje. Las desventajas de los amplificadores de clase B son ms evidentes en los amplificadores de clase C. Este tipo de amplificador no se usa en audio.CLASE AB: Reciben una pequea alimentacin constante en su entrada, independiente de la existencia de seal. Es la clase ms comn en audio, al tener alto rendimiento y calidad. Estos amplificadores reciben su nombre porque con seales grandes se comportan como un clase B, pero con seales pequeas se comportan como un clase A.Clase D Los amplificadores de clase D tienen un elevado rendimiento energtico, superior en algunos casos al 95%, lo que reduce el tamao de los disipadores de calor necesarios, y por tanto el tamao y peso general del circuito.

ii) Multiplicadores de frecuencia

Un multiplicador de frecuencia es un circuito que produce un nmero mltiplo entero, o muchos mltiplos enteros, de una seal de salida dada. Un multiplicador de frecuencia a veces se denomina generador de armnicos porque la salida del circuito es un armnico de la frecuencia de salida fundamental. La mayora de los multiplicadores operan a la segunda o tercera armnica de la frecuencia de entrada y se conocen como duplicadores o triplicadores, son ms eficientes que los que operan con armnicas de mayor orden. Los multiplicadores operan en cascada si se necesita mayor multiplicacin.

iii) Osciladores

Son circuitos capaces de convertir la corriente continua en una corriente que vara de forma peridica en el tiempo (corriente peridica); estas oscilaciones pueden ser senoidales, cuadradas, triangulares, etc., dependiendo de la forma que tenga la onda producida. Un oscilador de onda cuadrada suele denominarse multivibrador y por lo tanto, se les llama osciladores slo a los que funcionan en base al principio de oscilacin natural que constituyen una bobina L (inductancia) y un condensador C (Capacitancia), mientras que a los dems se le asignan nombres especiales.Un oscilador electrnico es fundamentalmente un amplificador cuya seal de entrada se toma de su propia salida a travs de un circuito de realimentacin. Se puede considerar que est compuesto por:Un circuito cuyo desfase depende de la frecuencia. Por ejemplo: Oscilante elctrico (LC) o electromecnico (cuarzo). Retardador de fase RC o puente de Wien. Un elemento amplificador Un circuito de realimentacin. Existen varios tipos de osciladores:Osciladores LCOscilador HartleyOscilador ColpittsOscilador ClappOscilador sintonizado por varactor (VCO)Oscilador controlado por cristal

iv) Mezcladores

Es un circuito no lineal que combina dos seales de tal manera que produce a la salida la suma y la diferencia de las dos frecuencias de entrada. Algunas veces estn presentes las frecuencias de entrada y alguna otra frecuencia. A menudo se confunde con la suma lineal de las seales, en la cual a la salida estn presentes solo las frecuencias de entrada.La mezcla se realiza generalmente con un dispositivo no lineal, ya que estos producen a su salida una seal que se pude representar mediante una serie de potencias, generndose as las diferentes armnicas.Existen diferentes tipos de mezcladores:De ley cuadrada (Square-Law)De diodoDe transistorBalanceado

v) Sintetizadores

Un sintetizador de frecuencia es un dispositivo que mantiene de manera muy estable la frecuencia de un transmisor. Su funcin es generar cualquier frecuencia dentro de un rango dado, utilizando un oscilador. Los sintetizadores de frecuencia son utilizados en una amplia variedad de dispositivos electrnicos, como radios, telfonos mviles y sistemas GPS.Antes de la aparicin de los sintetizadores de frecuencia, los dispositivos se vean obligados a utilizar un oscilador para cada canal de frecuencia en que el dispositivo debera operar, aumentando considerablemente el costo de los sistemas.El PLL(bucle de fase sincronizada, Ohase_Locked Loops) es la base de casi todo diseo de sintetizadores. Las partes escenciales del este dispositivo son: Un detector de fase, un filtro pasabajas, un amplificador y un VCO.

CUESTIONARIO

1.- Describa las caractersticas de los amplificadores clase A, B, AB, y C.2.- Explique la diferencia entre un oscilador y un Sintetizador.3.- describa la funcin de un mezclador4.- Cual es la diferencia entre un mezclador y un sumador?5.- Nombre los componentes de un PLL6.- Escriba tres tipos de mezcladores7.- Escriba tres tipos de osciladores.8.-En que dispositivo su principal elemento es el VCO9.- En que dispositivo su principal elemento es el PLL10.- A que dispositivo tambin se le llama generador de armnicos.

. Osciladores Un oscilador electrnico es un circuito electrnico que produce una seal electrnica repetitiva, a menudo una onda senoidal o una onda cuadrada.Un oscilador de baja frecuencia (o LFO) es un oscilador electrnico que engendra una forma de onda de C.A. entre 0,1 Hz y 10 Hz. Este trmino se utiliza tpicamente en el campo de sintetizadores de audiofrecuencia, para distinguirlo de un oscilador de audiofrecuencia.

Aplicaciones de generadores de formas de onda:Sistemas de comunicacin InstrumentacinComputadorasCaractersticas de la forma de onda:FrecuenciaAmplitudFormaCiclo de trabajo

Principios de Oscilacion Senoidal

Los osciladores por corrimiento de fase utilizan generalmente en la red de realimentacin (B) compuesta de componentes pasivos (resistencia y condensadores).

En la etapa amplificadora (A), hay un amplificador inversor con amplificador operacional A2, con lo que la seal a su entrada es desplazada 180.Entonces se puede utilizar una red (B) de tres etapas RC (R1C1, R2C2, R3C3. cada red RC desplaza 60) para obtener los restantes 180 y as sumar los 360 necesarios. La frecuencia de oscilacin est dada por la siguiente frmula:

Cmo empieza la oscilacin?

La tensin de arranque es generada por los mismos componentes del oscilador. Los resistores generan una tensin de ruido que tiene frecuencias senoidales. Cuando el circuito arranca todas las frecuencias generadas son amplificadas y aparecen a la salida excitando el circuito resonante que responde slo una de ellas, la cual es realimentada a la entrada del circuito con la fase adecuada para que se inicie la operacin.

Tipos de osciladores

Oscilador de puente Wien Oscilador Colpitts Oscilador Clapp Oscilador Hartley Oscilador Armstrong Oscilador a cristal

Oscilador de puente Wien

Figura de un oscilador de puente Wien

Oscilador Colpitts

El oscilador Colpitts se caracteriza por utilizar un circuito LC en el que aparecen dos condensadores y una bobina.La frecuencia de oscilacin es:

El oscilador Colpitts se puede realizar con un amplificador inversor o con amplificador no inversor. En cualquier caso, la ganancia del lazo cerrado debe ser G=1.Veamos un Colpitts con amplificador inversor.

Figura de un oscilador Colpitts genrico con amplificador inversor.

Utilizando un amplificador inversor, la realimentacin viene dada por la relacin de reactancias entre la entrada al amplificador y la salida:

El signo indica un desfase de 180o.

Veamos un Colpitts con amplificador no inversor:

Figura de un oscilador Colpitts genrico con amplificador no inversor.

Utilizando un amplificador no inversor, la realimentacin viene dada por la relacin de reactancias entre la entrada al amplificador y la salida:

A continuacin se muestra un oscilador Colpitts usando un amplificador no inversor (BJT base comn). Intenta identificar cada elemento contrastando este circuito con el genrico.

Figura de un oscilador Colpitts.

La frecuencia de oscilacin es:

SIMULACIN

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