TEMA: MODULACION POR ANCHO DE PULSO

I. OBJETIOS

- Diseñar, implementar y evaluar circuitos de modulación digital, por ejemplo modulación por ancho de pulso.

- Aplicar los conceptos teóricos de filtro pasa – bajos, el cual es utilizado para implementar un circuito integrado de una señal cuadrada, generando una señal aproximadamente triangular a determinadas frecuencias.

- Utilización de una etapa sumadora, lo cual combina la señal integrada (triangular) de la onda cuadrada y el mensaje a modular.

- Utilización de una etapa comparadora de voltaje para lograr la señal PWM.- Demostrar que el circuito PWM hace que la señal se muestre periódicamente en forma

rápida como para satisfacer los requisitos del teorema de muestreo. En cada instante de muestra se genera un pulso de amplitud fija y ancho proporcional a los valores muestreados de f (t).

II. INFORMACION TEORICA

- Se debe recordar que para transmitir una señal f (t) de banda limitada a fm Hz, solo se necesita transmitir la información sobre sus valores de muestra a intervalos de (1/2fm) segundos. Un método de modulación es variar algún parámetro en la regulación de cada pulso para conseguir la información. La modulación por regulación de pulso puede obtenerse de varias formas, aunque los principios son básicamente los mismos.

- Uno de ellos emplea pulsos de amplitud constante cuyo ancho es proporcional a los valores de f (t) en los instantes de muestreo. Este tipo se designa como modulación por ancho de pulso. Los distintos tipos de modulación de regulación de pulso están estrechamente relacionados entre sí y pueden derivarse unos de otros. En general, la relación entre la modulación de regulación de pulso y la modulación de ángulo es análoga a la de PAM entre AM. De hecho, uno de los métodos para generar PM ó FM de banda ancha es generar PWM o PPM, en PWM la señal f (t) se muestrea periódicamente a razón lo bastante rápida como para satisfacer los requisitos del teorema del muestreo.

- El teorema del muestreo abre una forma de establecer comunicación de señales analógicas mediante pulsos. La señal analógica se muestra, y los valores de las muestras se utilizan para modificar ciertos parámetros de un tren de pulsos periódicos. De acuerdo con esto, obtenemos modulación por ancho de pulso (PWM).

- La modulación por ancho de pulso como la AM y FM, puede ser utilizada para la transmisión de señales de baja frecuencia. En PWM la amplitud y la frecuencia de la portadora se mantiene constantes cuando el ancho de pulso varía. La portadora es generalmente una onda cuadrada (pulsos) y la señal moduladora varia de acuerdo al ancho de pulsos. Un modulador convierte la señal análoga en una secuencia de pulsos con diferentes ancho de los mismos.

- La transmisión de pulsos modulados, reducen el ruido y el nivel de distorsión. De la misma manera que las señales análogas los pulsos son fácilmente reproducidos y

pueden ser transferidos a través de estaciones repetidoras. Aunque el ruido o interferencias siempre está presente, la transmisión de los pulsos los cuales se deterioran pueden ser usados para re disparar una cadena de pulsos iguales.

III. REQUISITOS PARA REALIZAR EL PRESENTE LABORATORIO

EQUIPO NECESARIO

- Osciloscopio de doble trazo (100 MHz)- Generador de señales BK precisión (5 MHz)- Generador de funciones BK Elenko (5 MHz)- Multímetro digital- Fuente regulada de voltaje

MATERIALES REQUERIDOS

- IC LM741: amplificador operacional- IC LM311: comparador de voltaje- IC 74LS04: TTL de 6 compuertas inversoras- Resistencias: 200, 330, 500, 1K, 10K, 13K, 100K ohmios- Potenciómetro 5K ohmios- Condensador 1n, 47u, 100u faradios- Protoboard- Puntas de prueba de osciloscopio- Cables de conexión.

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Implementar el circuito de la figura

Nota: observar detenidamente los voltajes de alimentación del circuito, de lo contrario una mala polarización dañara irremediablemente los circuitos integrados utilizados.

2. Alimentar el circuito de la figura con los voltajes especificados.

3. Seleccionar una señal cuadrada de 4 Vpp y 75 KHz, (señal portadora). Graficar la onda seleccionada.

4. Insertar esta señal al punto (a) del circuito.

5. Seleccionar una onda senoidal de 100 mVpp y 1 KHz, (señal moduladora o mensaje). Graficar la forma de onda seleccionada.

6. Insertar esta señal al punto (c) del circuito.

7. Visualizar mediante el osciloscopio la forma de onda en el punto de prueba (b). y graficar.

8. Visualizar la forma de onda en el punto de prueba (d), y graficar.

9. En el punto de prueba (e) se obtendrá la señal PWM. Graficar esta señal: Amplitud vs frecuencia: Forma de onda en el punto de prueba (e).

Nota: se recomienda que la frecuencia de la señal TTL sea por lo menos 10 veces mas qe la frecuencia de la señal modulante (fm). Esto es: fp > fm

RECOMENDACIÓN: si no se puede visualizar en forma aceptable la PWPM en el osciloscopio se sugiere variar los controles de DIV/SEC y del TRIGGER del osciloscopio. También aumente ligeramente la frecuencia y/o amplitud de la señal modulante.

10. Mediante el control de OFFSET del generador de la señal modulante. Desplazar la onda hacia arriba de tal forma que la mayor parte de la señal sea positiva, y graficar: Amplitud vs frecuencia.

11. Variar el control de SIMETRIA del generador de funciones, observar la forma de la señal modulada por ancho de pulso y graficar.

12. Variar el potenciómetro de 5 kilo ohmios, de tal forma que la amplitud de la señal sumada (punto de prueba d) sea diferente con respecto al análisis anterior. consultar con su profesor. Realizar los procedimientos 9, 10, 11.

Grafica de la nueva señal PWM

Grafica de la nueva señal PWM, cuando se varia el control OFFSET

Grafica de la nueva señal PWM, cuando se varía el control de SIMETRIA.

V. CUESTIONARIO

1. ¿Cuáles serían algunas de las aplicaciones que se darían a este tipo de modulación?

Control de iluminación, control de motores, fuentes conmutadas, modulación AM.

2. ¿qué función cumplen los circuitos integrados LM741, LM311 y 74LS04? Explique brevemente.

LM741: amplificador operacional, cumple la función de sumar las ondas de mensaje y triangular.LM311: comparador entre señal sumada para realizar una salida en PWM.74LS04: inversor, nos muestra la modulación en forma sincronizada con la entrada.

3. Mencione las ventajas y desventajas de utilizar esta forma de modulación para los sistemas de comunicaciones.

Ventajas:Inmunidad al ruido, único circuito de procesamiento y posibilidad de repetidores intermedios.

Desventajas:Mayor requerimiento de ancho de banda, necesidad de convertidores.

4. ¿Cuántas formas de onda de modulación digital conoce y cuál es la más utilizada?

FSK, PSK, QAM.La más utilizada es la BPSK para transmisores de bajo costo y sin altas velocidades.

5. Menciones algunas conclusiones y recomendaciones con respecto al experimento desarrollado.

Se puede generar una modulación PWM a partir de una señal cuadrada, con simples operaciones aritméticas, para la modulación se usa la integral de dicha onda, y para la demodulación se requiere un filtro pasa bajo, al igual que en AM; esto nos indica que la modulación PWM también es de bajo costo para el receptor. Se recomienda usar un generador de onda mejor que el del laboratorio, ya que este presenta picos en los cambios de estado