Circuito Generador de Señales de Baja Distorsion

El siguiente circuito electrónico esta construido a partir del XR-2206  un integrado de EXAR de excelentes prestaciones utilizado para:

  • Generación de Señales Senoidales, Triangulares o Cuadradas
  • Generación de FSK
  • VCO para circuitos de lazo enganchado
  • Generación de AM o FM
  • Conversión de tensión a frecuencia

¿Que tiene de distinto este integrado a otros que hacen lo mismo?

Podemos arrancar diciendo que tiene una muy baja distorsión al generar señales senoidales, tipicamente un 0,5%, una excelente estabilidad frente a la temperatura de 20 ppm/°C, ademas un amplio espectro de frecuencia que va desde 0,01 Hz a 1 MHz y podemos seguir:

  • Amplio rango de barrido, 2000:1
  • Baja sensibilidad de alimentación, 0,01V
  • Modulación de amplitud lineal
  • Compatible con TTL
  • Amplio rango de alimentación de 10V a 26V, con posibilidad de usar una fuente partida
  • Ciclo de trabajo ajustable desde el 1% al 99%

Diagrama del Generador de Señales

circuito generador señales

La frecuencia de la señal de salida viene determinada por el capacitor C entre los pines 5 y 6, junto al resistor conectado a masa del pin 7 como indica la formula en la imagen. Si necesitamos una señal señoidal debemos cerrar la llave S1.

Con R3 podemos ajustar la amplitud de la señal (inversamente proporcional), miestras que R4 nos brinda un ajuste más fino, Rb permite ajustar la simetría de la onda de salida.

La estabilidad frente a los cambios de temperatura es óptima para valores de R comprendidos entre 4kΩ < R < 200kΩ

 

[Concepto] Receptor Heterodino

Un receptor heterodino recibe su nombre debido a que mezcla la señal sintonizada con una frec generada localmente, obteniendo como resultado una frecuencia intermedia fija (FI)

Si tenemos varias portadoras moduladas, para la demodulación se necesita un detector sintonizada para cada una, lo que significa complicar los receptores.

La idea consiste en que un solo receptor funciones para una banda de frecuencias de estaciones normadas, tomemos por ej la banda de AM (520Hz – 1600 Hz).

¿Como se soluciona el echo de tener varias portadoras moduladas? En principio luego de sintonizar la portadora deseada, lo que se hace es cambiar dicha frecuencia a otro valor único sin alterar la modulación. De tal manera que este proceso significa sintonizar cualquier portadora modulada dentro de la banda y cambiar su valor en otra frecuencia única de trabajo. Este proceso se lo denomina conversión y la nueva frecuencia recibe la denominación de frecuencia intermedia (FI).

De manera muy genérica se utiliza el término de receptor heterodino. Heterodinar significa mezclar. La señal de FI, se la amplifica y se la puede detectar con un solo demodulador, con independencia de la sintonizada.

La FI se obtiene mezclando la señal de entrada con una generada localmente por un oscilador que difiere de la sintoniza en una FI.

A la salida se obtendrá una gama de valores armónicos de sumas y restas y se sintonizara la que se desea. Esto implica que la señal del oscilador deberá variar en la medida de la sintonía manteniendo la relacion de una FI por encima o por debajo. Esto se expresa con la siguiente ecuación:

F(osc) = F(sint) ± FI

Obtenida la FI, se la amplifica y luego se realiza la detección y se  obtiene la banda base. La figura a continuación presenta un esquema en bloques simples de un receptor heterodino. Cuando en el receptor, el oscilador está por encima de la sintonía se los denomina superheterodinos.

receptor heterodino

Si bien es cierto, la generación de la FI, es una alternativa muy útil, aparece un problema muy particular y es el de la frecuencia imagen.

Supongamos que sintonizamos una portadora en 10 MHz modulada en AM y deseamos obtener una FI de 1 MHZ. La frecuencia del oscilador local deberá estar en 11 o en 9 MHz. Supongamos la respuesta de sintonía tal como se en la figura:

curva de sintonia

Nótese que por la característica de la sintonía de manera muy atenuada las otras dos estaciones pueden ser tomadas. Si el oscilador estuviera en 9 MHz la portadora de 8 MHz, al mezclarse de la FI (9-8=1 MHz) y si el socilador estuviere en 11 MHz se combina con la portadora de 12 MHz y se obtiene la FI (12-11=1).

Para ambos casos esta es una situación no deseada ya que se toma una portadora no sintonizada que ingresa como una sintoniza normal. Esta frecuencia se la denomina frecuencia imagen y surge como resultante de la conversión, se calcula como:

F(img) = F(sint) ± 2 FI

La frecuencia imagen no puede ser eliminada pero se pueden minimizar sus efectos por ejemplo haciendo más selectivo el sintonizador ed la entrada para que solo pase la portador deseada. Por esto es que se utiliza un amplificador de RF a la entrada del mezclador.

Pero debe tenerse en cuenta que cuando se desea obtener una FI, a aprtir de una portadora sintonizada muy elevada este amplificador no puede ser tan selectivo. Por ello es muy importante el criterio de elección de la FI. Esta debería ser tan baja como sea posible y tan alta como sea necesario, para que se pueda rechazar la imagen. Esto ha llevado a tener receptor de doble y hasta de triple conversión, obteniendo en primera instancia FI altas y luego por sucesivas conversiones la deseada.

El criterio es elegir la FI, de tal manera que la frecuencia imagen quede afuera de la banda de servicio del que se trata.

[Concepto] Modulación de Señales

El concepto de en que consiste la modulacion de señales (am, fm, pm, etc) suele ser perdido de vista ante el estudio de las tecnicas, vamos a explicarlo de forma sencilla.

modulacion AM

La modulación de señales esta presente en todos los procesos iniciales que hacen a las telecomunicaciones, su concepto es muy simple sin embargo, suele perderse de vista al empezar a estudiar los distintos tipos de modulaciones analógicas y digitales.

El proceso de establecer una comunicación, mediante una onda acústica, implica que dicha onda necesita un medio para propagarse, lo hace a la velocidad del sonido según el medio y no puede propagarse en el vacio. Este tipo de ondas son fácilmente atenuables y no constituyen un proceso ideal para establecer vínculos a grandes distancias, además no tienen confidencialidad.

La solución a estos 2 inconvenientes radica en utilizar ondas electromagnéticas que se propagan a la velocidad de la luz, por cualquier medio y sin atenuación, lo que trae aparejado la necesidad de utilizar un transductor que transforme las ondas acústicas en electromagnéticas.

Ocurre que para que una antena funciones como tal hay 2 condiciones que deben cumplirse mínimamente, el largo debe mantener una proporcionalidad con la longitud de la onda a transmitir y que la onda sea cosenoidal y periódica.

La señal a transmitir denominada Banda Base, que podría provenir de la voz humana no es periódica, lo que implica que por la antena pasarían las componentes espectrales periódicas de dicha señal. Pero existe otro problema más grave, supongamos que transmitimos un tono promedio de voz del orden de 1kHz, la longitud de onda sera:

λ = (3 e8/ 1 e3) =  300 km

Se puede apreciar que la longitud de onda para esta frecuencia es bastante grande, lo que implicaría que la antena debería mantener proporcionalidad con ese valor. Aún tomando submultiples pequeños la longitud de la antena resultante es físicamente irrealizable. Con el agravante de que cada vez que cambia la frecuencia del tono estaría variando la longitud de la antena.

La solución pasa por mantener el concepto de la onda electromagnética con una antena reducida. Esto significa utilizar una onda periódica de alta frecuencia, lo cual daría una antena corta y en su seno colocar la banda base de baja frecuencia.

Modular se denomina al proceso que consiste en trasladar la estructura original de información a otro punto del espectro de frecuencias. De echo que para poder escuchar esta información debe ser colocada de nuevo en la posición espectral original y a es te proceso inverso se lo denomina demodulación.  La siguiente figura muestra una representación en el eje de frecuencias.

modulacion y demodulacion

El ancho de la banda base cuando se modula la señal, al compararlo con la frecuencia de la portadora es despreciable, lo que implica que la antena sigue viendo la frecuencia de portadora con pequeñas variaciones.

A partir de este concepto es posible expresar que en un proceso de modulación interviene por un lado la banda base, es decir la información a transmitir y la portadora que es la señal cosenoidal periódica que trasladará en su seno la información

¿De que manera se ingresa la Banda Base en la Portadora?

La portadora es una onda periódica cuyos parámetros de definición son la amplitud, la frecuencia y la fase. De tal manera que según el parámetro que varíe la Banda Base surge la denominación de la técnica.

  • AM: Modulación de amplitud
  • FM: Modulación de frecuencia
  • PM: Modulación de fase

A su vez la modulación de amplitud y frecuencia pueden ser realizada mediante diversas técnicas:

Amplitud Modulada

  • AMDSB: doble banda lateral con portadora.
  • AMDSBSC: doble banda lateral con portadora suprimida.
  • SSB: banda lateral única (BLU).
  • VSSB: banda lateral vestigial.
  • ISSB: banda lateral independiente.

Frecuencia Modulada

  • Mono
  • Estereo

Si la banda base es digital se da origen a alas modulaciones digitales.

ASK (amplitude-shift keying)

  • NASK: ASK con combinación de niveles de amplitud.

FSK (frequency-shift keying)


PSK (phase-shift keying)

  • DPSK: PSK diferencial.
  • QPSK: PSK con fases en cuadratura.
  • DQPSK: QPSK diferencial.
  • NPSK: PSK con combinación de niveles en fases.

NQAM (modulación de amplitud en cuadratura con combinaciones de nivel)

.
Ref: Teoria de las Comunicaciones. MSc. Ing. Pedro E Danizio