Prof: José Feliciano Adami
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SSérie de Exercícios de Princípios de Comunicações – PC. FM, FM Estéreo, Modulação PAM. - 2009 Prof: José Feliciano Adami 1)Explique o principio da Modulação AM- VSB; AM- CSSB; AM-DSB/RC. 2) Conceitue modulação em freqüência (FM) e modulação em Fase (PM). 3)O que você entende por modulação FM faixa larga e FM faixa estreita. Modulacao FMFE é uma modulacao que usa poucas baias no espectro de frequencia. Considerando um índice de modulada pequeno (ß = ß,2 rad) podemos fazer algumas aproximacoes e obter um sinal modulado de frequencia: w0-wm, w0, w0+wm. Já na modulacao FMFL, tais aproximacoes feitas na FMFE nao poderam ser adotadas e será necesario usa as chamadas “funcoes de Bessel” para obter o sinal modulante. Nesta modulacao observa-se que o sinal modulado possui infinitas raias no espectro de frequencia, o que nao é muito desejado. 4)Desenhe diagrama de blocos de um modulador FM Faixa estreita e explique seu funcionamento. Este circuito é chamado de sistema de Armstrong e considera q a portadora está defasada de 90°. Necessita de um integrador para que a sáida nao seja modulada em PM. Em circuito integrador modulador balanceado somador E ↑ ↑ Oscilador da portadora rede defasadora 90° 5)O que você entende por Preênfase e Deênfase. Em frequencia mais altas, observa-se uma maior incidencia de ruídos, ou seja, quanto maior a frequencia maior será o ruído no sinal. Para que a relacao sinal/ruído permaneca constante nas frequencia mais altas, desenvolveu-se um método chamado de PREENFASE que consiste em reforcar o ganho da amplificacao na regiao de maior frequencia. Ao ser transmitido o sinal passa por um circuito, conforme mostrado no livro, que aumenta ganho nas frequencias maiores. É calculado dois parametros que sao as frequencias iniial e final de atuacao da preênfase. A frequencia inicial é calculada por f1=1/2.pi.R1.C e representa em qual frequencia comeca a preênfase. Essa frequencia gerelmente é de 75µs(americana) ou 50µs(japonesa). A frequencia final fica proximo de 15kHz e é calculada f2 = 1/ 2.pi.(R1//R2).C Assim como na transmissao, na recepcao o ganho dado no sinal deve ser descompensado. Este método é chamado de DEENFASE e consiste na diminuicao do ganho na regiao de alta frequencia. Para este método só existe a frequencia inicial f1, já que freq maiores que 15kHZ nao sao transmitidas e as constantes RC devem ser a mesma da preênfase. 6)Explique o funcionamento de um modulador FM pelo método direto da pagina 158 figura 2.22.do livro Telecomunicações Alcides Tadeu. O modulador FM de método direto faz a modulacao usando osciladores controlados por uma VARICAP. O varicap é um diodo que ao ser polarizado reversamente apresenta uma capacitancia variável que é diretamente proporcional a tensao reversa aplicada sobre ele. O modulador FM método direto aproveita a regiao linear da curva capacitancia X tensao para obter uma funcao de transferencia tambem linear. O circuito usado na modulacao é o oscilador Hartley. Nesta circuito os componentes R1, R2, e P1 fornecem a tencao de polarizacao ajustável ao varicap, sendo P1 ajustado para que o varicap funcione na sua regiao linear. Já P2 ajuda na sensibilidade de circuito e C1 bloquei qualquer sinal DC proveniente do sinal modulante. Kf pode ser aproximado por: KF = - wo. KC/ 2. Co 7)Explique funcionamento do modulador FM digital. O modulador FM digital funciona usando um multivibrador astável com geradores de corrente para obter a regiao linear da curva C x V. Este método baseia-se na filtragem da componente fundamental de uma onda quadrada modulada em frequencia. 8)Explique o funcionamento do circuito demodulador FM detector de Inclinação. O método mais simples para recuperar a informacao de uma onda modulada que consiste em aproveitar a inclinacao praticamente linear da regiao nao ressonante de um circuito sintonizado. Este método de demodulacao converte variacoes de frequencia em variacoes de amplitude e depois recupera a envoltoria (FM para AM). No entanto os desvios de frequencia devem ser pequenos para aproveitar a pequena regiao linear da curva. Se diminirmos o fator de qualidade do circuito para aumentarmos a regiao linear estaremos diminuindoa inclinacao e consequentemente diminuirá a variacao do ganho e a modulacao em amplitude. 9)Explique o funcionamento do circuito demodulador FM detector de Inclinação Balanceado. O demodulador FM de inclinacao balanceada possui dois detetores de envoltoria simetricas conforme mostrado no circuito. Neste circuito L1 C1 sintonizam a frequencia da portadora, L2 C2 uma frequencia logo acima e L3C3 uma frequencia inferior.Considerando que o detetor de envoltória formado por D1, R1 e C4 se carrega positivamente e aquele formado por D2, R2 e C5 negativamente e com defasagem de 180°, a resposta em frequencia do circuito apresenta uma regiao linear consideravel que será usada para demodular o sinal FM. Este circuito tem o inconveniente de precisar ajustar 3 circuitos ressonantes, oq torna dificil sua calibracao. Além disso um aumento do fator de qualidade nao significa um filtro bom, e sim aquele que garante uma maior linearidade da curva “S”. 10)Explique o funcionamento do circuito demodulador FM detector Foster-Seeley. Este detetor opera com o primário e secundario da transformador sintonizado sna frequencia da portadora e seu funcionamento baseia-se na defasagem provocada pela fuda de sintonia de um circuito LC. O circuito possui um transformador com center-tap e um indutor L3 responsável pelo choque de RF. Quando a entrada do transformador é sintonizada na frequencia da portadora, a saída será zero e quando nao houver variacoes na portadora as duas metades do center-tap estarao balanceadas. Com o sinal de FM variando acima e abaixo da freq da portadora, o balanco entre as duas metades é desfeito e aparece uma voltagem na saída proporcional a essa variacao de frequencia. 11)Explique o funcionamento do circuito demodulador FM detector de Relação. O demodulador de relacao possui um circuito e funcionamento semelhantes ao detetor de Foster-Seeley, mas o choque de RF é feito por um terceiro enrolamento na sáida do transformador. A saída do circuito é tida entre a soma das tensoes nos diodos e o center-tap e está conectada a um grande capacitor que elimina os ruídos AM da saída. 12)Desenhe o diagrama de blocos de um receptor FM e explique o funcionamento de cada bloco. Diagrama de blocos: Amplif. e filtro de RF Misturador Oscilador local Amplif de F.I Limitador Detetor de FM Deênfase Amplif de áudio C.A.F A) Antena É por onde é captado o sinal de FM. Possui dois tipos de antena: telescopica ou externa, a primeira com impedancia de 75 Ohm e o última com 75 Ohm cabo coaxial ou 300 Ohm paralelo. B) Etapa de RF É responsável por manter a baixa impedancia na entrada para que sua operacao se mantenha estável na faixa de recepcao. C) Oscilador local Gera uma onda 10,7MHz mais alta que a frequencia da portadora. Pode ser independente para garantir maior estabilidade da frequencia de oscilacao. D) Misturador Faz a conversao do sinal que chega para uma frequencia intermediária. Em sua saída tem se a diferenca do sinal recebido e do oscilador local, com 10,7Mhz para mais e para menos. E) Etapa de F.I É o principal responsável pela seletividade e pelo ganho da receptor. *geralmente as carcacas das bobinas sao aterradas devido a faixa de frequencia de operacao gerar a realimentacao das mesmas. F) Detetor Circuito que faz a demodulacao do sinal recebido. Geralmente se usa o detetor de relacao G) Deênfase Filtro passa-baixa usado para melhorar a relacao sinal/ruído. H) C.A.F Toma como amostra o nível DC do sinal demodulado e o utiliza para ajustar a frequencia de ressonancia do oscilador local a fim de garantir sempre a frequencia intermediária (F.I). I) Amplificador de áudio Amplifica o sinal demodulado de forma a conseguir excitar um alto-falante. 13)Dispomos de um gerador FM cuja constante de modulação kf = 1,5kHz/Vs. Tendose um sinal modulador em(t)=1,8cos2103t, pede-se: a)desvio de freqüência. b)largura de faixa por Bessel. c)no gerador acima, qual deve ser a menor amplitude do sinal modulador que irá produzir um espectro que tenha a raia correspondente à portadora nula. 14)Dado o sinal modulado em ângulo: e(t)=120cos(2106t+3sen2103t), pede-se: a)freqüência da portadora. b)desvio de freqüência. c)índice de modulação. d)largura de faixa por Bessel. e)Potência total do sinal modulado. f)Potência associada à portadora. g)o sinal está modulado em fase ou em freqüência. 15)Uma portadora de amplitude 40 Vpp, com freqüência de 96 MHz é modulada por um sinal cossenoidal de 80 kHz amplitude 8 Vpp. A constante de modulação do sistema é de 20 kHz/Vs. a)Determine o índice de modulação. b)Determinar a potência associada à portadora. c)Determinar a largura de faixa ocupada pela onda modulada. d)Repetir os itens a,b,c para sinal modulante de 15kHz e amplitude de 2Vpp. 16)Uma portadora de 104,6 MHz é modulada em FM por um tom senoidal de 6 kHz. O sinal FM resultante sofre um desvio de freqüência em torno da portadora de + / - 50 kHz. a)Determine o índice de modulação . b)Determine as freqüências mais altas e mais baixas obtidas pelo sinal modulado. 17)Sabendo que um rádio FM de Guaratinguetá opera na freqüência de 96,7 MHz, e que pelos padrões de radiodifusão comercial no Brasil ela deve ter um desvio máximo de freqüência de 75 kHz e freqüência máxima de 15kHz. Sabendo ainda que se utiliza uma banda de guarda de 10 kHz de cada lado da faixa e não se ocupam duas faixas vizinhas na mesma região, usando canais alternados, responda: Qual seria a freqüência central das duas emissoras, anterior e posterior, a serem locadas na faixa de Guará? 18)Uma portadora cossenoidal de 96 MHz e 10 V é modulada em FM com desvio máximo de 65 kHz, por um sinal também cossenoidal de 15kHz, determine: a)O índice de modulação do sinal modulação do sinal modulado. b)O espectro de amplitudes do sinal do sinal modulado para uma largura de banda finita. (amplitude e freqüência). 19)Uma portadora é modulada em freqüência por uma onda senoidal de 6kHz resultado em um sinal FM com uma freqüência máxima de 107,218 MHz e uma freqüência mínima de 107,196 MHz. a)Encontre a oscilação da portadora. b)Calcule a freqüência da portadora. c)Qual é o desvio de freqüência do sinal FM. d)Determine o índice de modulação do sinal FM. 20)Uma portadora de 95,2 MHz é modulada em freqüência por uma onda senoidal de 5kHz. O sinal FM resultante tem um desvio de freqüência de 32kHz. a)Encontre a oscilação da portadora do sinal FM. b)Determine as freqüências mais elevadas e mais baixas obtidas pelo sinal modulado. c)Qual o índice de modulação da onda FM? 21)Explique o principio da Modulação FM Estéreo. A modulacao FE estéreo é codificada por algumas faixas do espectro de frequencia a fim dos dois tipos de receptores FM conseguirem decodific´s-los. Para isso foi decidido que a sinal FM estéreos seria codificado em algumas faixas no espectro. A primeira faixa de 0 a 15kHz é a porcao da soma dos dois canais e a faixa de 23 a 53kHz a diferenca entre eles. Essa diferenca entre os canais é modulada em AM-DSB/SC e necessita em perfeito sincronismo da portadora reinjetada, por isso também é enviado um tom de 19kHz chamada de “ sinal piloto “ apartir do qual dobrando sua frequencia podemos recuperar a portadora da modulacao L(t) – R(t). A última porca dessse espectro é reservada só para música e tem largura de 14kHz. O sinal codificado pode ser obtido apartir do diagrama de blocos abaixo: Subtrado Modulador balanceado Dobrador de Frequencia Oscilador local Somador Somador 22)Explique o principio da decodificação do sinal FM Estéreo. A decodificacao do sinal de FM estéreo é feita desmembrando o sinal em várias faixa através de sucessivas filtragens. Filtros passa-faixa sintonizados adequadamente selecionam a faixas de 23 a 53kHz e o sinal pilot de 19kHz, outro filtro passa-baixa é responsável por filtrar a banda de 0 a 15kHz. Há também um demodulador AM-DSB/SC que é uma chave sincrona e recebe como referencia a sinal vindo do dobrador de frequencia. Por fim há um circuito somador e um subtrador onde sao recuperados os sinais dos canis direito e esquerdo. 23)Desenhe o diagrama em bloco de um receptor estéreo Explique a função de cada parte do receptor. 24)De exemplo de um decodificador FM Estéreo e explique seu funcionamento. Uma maneira de decodificar o sinal FM estéreo é inserir a subportadora de 38kHz diretamente na matriz decodificadora. Transformando assim a componente DSB/SC em DSB e em seguir recuperando a envoltória superior 2L e a envoltória inferior igual a 2R. 25)A largura de um sinal FM Estéreo é o mesmo do FM normal. Justifique. Nao, enquanto na modulacao FM norma a frequencia máxima do sinal só vai até 15kHz, em FM estéreo essa freqeuncia pode chegar a 53kHz o que influencia no tamanha da banda. 26)Explique o principio da Modulação PAM. Na modulacao PAM (modulacao em amplitude de pulso) o sinal modulado é gerado pela multiplicacao do trem-de-pulsos e do sinal modulante. O sinal modulante recebe um nível DC a fim de evitar o corte do transistor do circuito modulador. E(t) = K.e0(t).[ em(t) + EDC] Esse tipo de modulacao pode gerar um par de bandas laterais em torno de cada harmonico de w0. 27)Explique o principio das Modulações ASK, FSK, PAM/AM; PAM/FM. A modulacao ASK ou chaveamento por amplitude consiste em liberar ou interrompera passagem da portadora dependendo do nível do sinal modulante A modulacao FSK ou chaveamento por frequencia é analoga a ASK só que modifica a frequencia do sinal amostrado. Na modulacao PAM/AM corresponde a um sinal ASK de vários níveis E na modulacao PAM/FM é uma modulacao convencional em frequencia. 28)Explique de forma detalhada o principio da Modulação por Divisão de tempo (TDM). Multiples por divisao de tempo (TDM) consiste em aproveitar o tempo da portadora trem-de-pulsos aumentando a frequencia e assim amostrando vários sinais simultaneamente. 1/n.To >= 2 . fmmax + BG 29)De exemplo de um modulador e demodulador PAM e explique seu funcionamento. Qualquer circuito capaz de fazer a amostragem de um sinal pode servir de modulador PAM. Um exemplo é um circuito usando dois transistor, uma como chave e outro como amplificador junto com um divisor de tensao resistivoa responsável pelo nível DC acrescentado. Um demodulador PAM simples pode ser um filtro passa-baixas com frequencia de corte fm visto que o sinal modulado se encontra intacto até essa faixa de frequencia. O unico inconveniente é que podemos recuperar um valor médio de baixa amplitude baixando a relacao sinal/ruido. 30)Utilizando um modulador PAM com K=10-1V-1, injetamos como portadora pulsos retangulares conforme a figura abaixo e um sinal modulante senoidal de 4kHz de 4 Vpp, somado o um nível DC de 4V. Esboçar com detalhes a forma de onda e o espectro de amplitudes do sinal modulado em PAM.(Apresentar os cálculos). Em(t) E(t) sinal PAM Modulador PAM e1(t) 4V eo(t) 20V 10 30 40 60 70 90 100 t(μs) 31)Trinta e dois sinais cossenoidais, com freqüências de 0.3 kHz a 3.4 kHz serão amostrados por um processo TDM. Qual deverá ser a banda de guarda para demodular cada canal para uma freqüência de portadora de 256 kHz. 1/(32/256) = 2 . 3,4kHz + BG 32)Para demodular um sinal PAM utilizou-se um FPB (Filtro Passa Baixas) com freqüência de corte de 4 KHz e atenuação de 40 dB/década. Para recuperarmos um sinal de áudio de até 4KHz e atenuando a freqüência (fo-fm) em 80 dB, qual deve ser a freqüência utilizada para o trem de pulsos? 33)Por que se utiliza a Amostragem por Retenção na demodulação PAM? Qual é seu inconveniente, e como se pode contorná-lo?
