MODULADOR SÍNCRONO – EXPERIÊNCIA 1
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LABORATÓRIO DE ENSINO E PESQUISA Disciplina: Laboratório de Telecomunicações Professores: Antônio Carlos Pedra – Sílvio Rodrigues MODULADOR SÍNCRONO – EXPERIÊNCIA 1 1. LISTA DE MATERIAL - - 1 Osciloscópio 1 Gerador de sinal AM 3 Resistores de 10KΩ 1 Resistor de 12KΩ 1 Resistor de 3K3 1 Diodo de sinal 1N4148 1 Capacitor de 2,7nF 1 Indutor de 820uH 2. ROTEIRO EXPERIMENTAL a) Montar o circuito abaixo: R1 10K R2 10K R5 D1 12K 1N4148 Eo(t) a(t) 1kHz R3 R4 2,7nF L1 10K 3K3 CAP 1 820uH LABORATÓRIO DE ENSINO E PESQUISA Disciplina: Laboratório de Telecomunicações Professores: Antônio Carlos Pedra – Sílvio Rodrigues b) Determinar o que se pede: 1) A Freqüência de ressonância do FPF e ajustar Eo(t) para este valor. Ajustar também a(t) para 1kHz. Concluir sobre o valor da freqüência de ressonância obtida; 2) Desenhar as formas de onda obtidas nos pontos A, B e C. Citar o índice de modulação utilizado na experiência (operar com índice de modulação entre 20 e 50%); 3) Calcular o índice de modulação pela figura obtida no ponto C; 4) Obter o índice de modulação pelo método do trapézio. 3. TEORIA BÁSICA a) A expressão AM/DSB Um sinal modulado AM/DSB é dado pela expressão: e(t ) = Eο . cos(ωο t ) + m.Eο m.Eο . cos[(ωο + ω m ).t ] + . cos[(ωο − ω m ).t ] 2 2 onde: m - índice de modulação Eο - amplitude da portadora ωο ωm - freqüência da portadora - freqüência do sinal modulante A expressão da portadora é Eο (t ) = Eο . cos(ωο t ) e a do sinal modulante é . a (t ) = a. cos(ω mt ) LABORATÓRIO DE ENSINO E PESQUISA Disciplina: Laboratório de Telecomunicações Professores: Antônio Carlos Pedra – Sílvio Rodrigues b) Índice de modulação O índice de modulação “m” é dado pelas seguintes expressões: m= a Eο ou m = Emáx = Eο + k .a e Emáx − Emín , onde Emáx + Emín Emín = E − k .a a – amplitude do sinal modulante k – constante de modulação, que depende do material e componentes utilizados no modulador (didáticamente, opera-se com o “k” unitário). O índice de modulação pode ser obtido também pelo método denominado do trapézio. Com a expressão: m= B−A × 100% B+ A Injeta-se o sinal modulado na entrada vertical do osciloscópio e o sinal modulante na entrada horizontal. O trapézio é dado por: A B LABORATÓRIO DE ENSINO E PESQUISA Disciplina: Laboratório de Telecomunicações Professores: Antônio Carlos Pedra – Sílvio Rodrigues c) Formas de onda de importância Sinal modulante Onda Portadora Sinal Modulado AM/DSB d) Diagrama em blocos do circuito modulador a(t) Eο cos(ωο t ) SOMADOR A CHAVE SÍNCRONA B FPF sintonizado em FO C Sinal Modulado AM/DSB LABORATÓRIO DE ENSINO E PESQUISA Disciplina: Laboratório de Telecomunicações Professores: Antônio Carlos Pedra – Sílvio Rodrigues DETETOR-RETIFICADOR – EXPERIÊNCIA 2 1. Lista de Material: - - 1 Osciloscópio 1 Gerador de sinal AM 1 Resistor de 22KΩ 1 Resistor de 2K2Ω 1 Resistor de 100KΩ 1 Diodo de sinal 1N4148 2 Capacitores de 6,8nF 1 Capacitor de 100nF 2. Roteiro Experimental a) Montar o circuito abaixo: D1 1 A R2 22K 1N4148 Gr AM 115 KHz B R1 2K2 C2 C 6n8 R3 100K C1 6n8 2 b) Após injetar um sinal modulado AM/DSB, com fo= 115K hz e sinal modulante de 1 kHz e índice de modulação entre 20% e 50 %, Determinar o que se pede: I) II) III) IV) Mostrar a forma de onda em A e B. Determinar a freqüência. Justificar; Mostrar a forma de onda em C. Determinar a freqüência. Justificar; Mostrar a forma de onda em C, com o diodo invertido. Determinar a freqüência. Justificar;. Mostrar a forma de onda em C, com um capacitor de 100nF no lugar de C1. Determinar a freqüência. Justificar; LABORATÓRIO DE ENSINO E PESQUISA Disciplina: Laboratório de Telecomunicações Professores: Antônio Carlos Pedra – Sílvio Rodrigues 3. Teoria Básica: O detector-retificador não necessita de portadora na recepção. Simplesmente retifica e filtra o sinal modulado recebido. O capacitor de saída simplesmente tira a componente DC do sinal. C2 1 D1 e(t ) 6n 8 1N4 148 FI LTRO PA SSA- BAI XAS 2 Gr AM 11 5 KHz R1 2K2 A) Sinal Modulado: e(t ) = Eo. cos ω 0 .t + m.Eo m.Eo . cos(ω 0 + ω m ).t + . cos(ω 0 − ω m ).t 2 2 B) Sinal Modulante: a(t ) = a. cos ω m .t C) Filtro Passa_Baixas ωc = 1 RC Onde ωc = Freqüência de Corte R3 10 0K 1 .a(t ) π LABORATÓRIO DE ENSINO E PESQUISA Disciplina: Laboratório de Telecomunicações Professores: Antônio Carlos Pedra – Sílvio Rodrigues MODULADOR DE FM– EXPERIÊNCIA 3 1. Lista de Material: - 1 Osciloscópio 1 Gerador de sinal 1 Fonte de tensão 1 CI LM 566 1 Potenciômetro de 47 KΩ 1 Resistores de 10 KΩ 2 Resistor de 1,2KΩ 1 Resistor de 1KΩ 1 Resistor de 6,8KΩ 1 Resistor de 27KΩ 2 Capacitores de 1nF 1 Capacitor de 1n5 1 Capacitor de 2,7nF 1 Indutor de 680uH 1 transistor BC 548 2. Roteiro Experimental a) Montar o circuito abaixo: 12Vcc R1 10K L1 680uF R5 27K C4 2n7 1 1 a( t) 2 12Vcc 2 R2 6k8 7 6 5 3 P1 47K C2 1n TCAP TRES MO D U1 LM566C TRWOUT SQWOUT 4 3 A R3 1k2 2 C3 1n5 R4 1K2 Q1 BC548B 3 C1 1n 1 B R6 2k2 LABORATÓRIO DE ENSINO E PESQUISA Disciplina: Laboratório de Telecomunicações Professores: Antônio Carlos Pedra – Sílvio Rodrigues b) Após montar o circuito, determinar: I) II) III) IV) V) Com o cabo do gerador desconectado, variar Vx no potenciômetro e concluir sobre as formas de onda em A. Com o cabo conectado ajustar para Vx(médio) = 8,0V. Com o cabo conectado, injetar um sinal senoidal a(t) de 1 Vpp e 1Hz. Observar a forma de onda em A. Concluir. Com o cabo conectado, utilizar a(t) como onda quadrada de 1Vpp e 1Hz. Verificar as formas de onda em A e B. Calcule a freqüência em B. Aumente a freqüência de a(t) para 1 Khz. Concluir. Com a mesma onda quadrada de 1 Hz do item anterior, variar sua amplitude e verificar o que ocorre com a forma de onda em A e B. Concluir. 3. Teoria Básica O CI LM 566 é um VCO (Oscilador Controlado por Tensão), que gera onda quadrada (pino 3) em função da tensão na entrada (pino 5). A freqüência do oscilador é dada aproximadamente por: f0 ≅ 2(Vcc − Vx ) R1× C1× Vcc V x = K 1 × Vcc + K 2 × a (t ) O efeito é o de um modulador FM, onde a freqüência do sinal modulado na saída varia com o sinal modulante de entrada. O transistor amplifica como calasse C, selecionando a freqüência de saída. LABORATÓRIO DE ENSINO E PESQUISA Disciplina: Laboratório de Telecomunicações Professores: Antônio Carlos Pedra – Sílvio Rodrigues COMPARADOR DE FASE DIGITAL – EXPERIÊNCIA 4 1. Lista de Material: - 1 Osciloscópio 1 Multímetro 1 Fonte DC 1 CI 7486 1 CI 7490 1 CI 7495 1 CI 555 3 Resistores de 10 K 1 Capacitor de 10 uF 1 Capacitor de 27 nF 1 Capacitor de 100nF 1 diodo 1n4148 2 – Roteiro Experimental a) Montar o circuito abaixo: CIRCUITO DEFASADOR GERADOR DE CLOCK 5 VCC 5 VCC 5 VCC U3 LM555 C1 10 0nF R2 10 K 1 2 3 4 5 6 9 8 14 SER A B C D VCC VCC 74 LS90 12 9 8 11 MO DE CLK1-L CLK2-R QA QB QC QD GND 6 R0(1 ) R0(2 ) R9(1 ) R9(2 ) GND 7 2 3 6 7 QA QB QC QD 74 LS95 7 GND THR CLK 3 D1 1N4 148 1 CV A B 8 Q DIS 5 14 1 U2 10 TR VCC 4 R 2 U1 5 A R1 10 K C2 27 nF 13 12 11 10 B C D LABORATÓRIO DE ENSINO E PESQUISA Disciplina: Laboratório de Telecomunicações Professores: Antônio Carlos Pedra – Sílvio Rodrigues b) Diagrama de blocos do circuito defasador: c) Formas de Onda : Clock A B C D LABORATÓRIO DE ENSINO E PESQUISA Disciplina: Laboratório de Telecomunicações Professores: Antônio Carlos Pedra – Sílvio Rodrigues 3) Medições: Após montar o circuito abaixo, determine a tensão CC na saída para os seguintes casos: a) 5 VCC 14 A 1 V1 3 2 U4A 74LS86 + 7 B R3 10K b) C5 10uF 5 VCC 14 A 1 V2 3 2 7 C U4A 74LS86 R3 10K + C5 10uF c) 5 VCC 14 A 1 V3 3 2 7 D U4A 74LS86 R3 10K + C5 10uF LABORATÓRIO DE ENSINO E PESQUISA Disciplina: Laboratório de Telecomunicações Professores: Antônio Carlos Pedra – Sílvio Rodrigues d) Concluir sobre as formas de onda nos pontos A B C D: e) Concluir sobre o circuito utilizado nessa experiência: f) Concluir sobre os valores obtidos nas medições dos itens a b c : 4 – Teoria básica: Dentre as várias formas de modular e demodular sinais digitais, uma das mais utilizadas é a que emprega a detecção de fase. O circuíto proposto visa mostrar uma aplicação neste sentido. LABORATÓRIO DE ENSINO E PESQUISA Disciplina: Laboratório de Telecomunicações Professores: Antônio Carlos Pedra – Sílvio Rodrigues MODULADOR DE PULSOS – EXPERIÊNCIA 5 1. Lista de Material: - 1 Osciloscópio 1 Gerador de áudio 1 Fonte DC 1 CI 555 2 Resistores de 470 3 Resistores de 10K 1 Capacitor de 6,8 nF 1 Capacitor de 100nF 1 diodo 1n4148 1 Pot. de 1K 1 Resistor de 4K7 1 Resistor de 470K 2 Resistor de 1K 3 Capacitores de 10uF 2 Transistores BC 338 2. Roteiro Experimental a) Montar o circuito abaixo: 12 VCC Eo(t) 12 Vcc VCC R6 470K R3 470R R1 10K 1 4 8 R 2 5 TR CV VC C Q DIS GN D THR 2 A B 1 2 Q1 BC338 3 R5 4K7 7 6 C3 R2 10K D1 1N4148 2 + 10uF Eo(t) C2 6n8 R9 1K R8 10K C5 + 1 C4 R4 470R a(t) 3 3 + 10uF U3 LM555 1 C1 100nF P1 1K 10uF Q2 BC338 3 R7 1K C LABORATÓRIO DE ENSINO E PESQUISA Disciplina: Laboratório de Telecomunicações Professores: Antônio Carlos Pedra – Sílvio Rodrigues b) Ajuste a(t) de forma a se ter 5V de valor médio e 100 Hz no ponto A. c) Observar e concluir sobre as formas de onda em B e C. d) Observar e concluir sobre a variação de P1 e seu efeito no sinal PAM no ponto C. 3 – Teoria Básica Existem quatro formas clássicas de modulação de pulsos: PAM, PWM, PPM e PCM. PAM: Pulse Amplitude Modulation. PWM: Pulse Width Modulation. PPM: Pulse Position Modulation. PCM: Pulse Code Modulation. A forma PCM é a mais comum, pois é normalmente como são codificados os pulsos após a quantificação clássica de um conversor A/D. No entanto, a modulação PAM também é comum. Essas modulações ocorrem em função das variações de amplitude do sinal modulante, a(t), que varia a amplitude (PAM), largura (PWM) e posição (PPM) da onda quadrada a ser modulada. LABORATÓRIO DE ENSINO E PESQUISA Disciplina: Laboratório de Telecomunicações Professores: Antônio Carlos Pedra – Sílvio Rodrigues MODULADOR PWM– EXPERIÊNCIA 6 1. Lista de Material: - 3 Capacitores 10nF 2 100nF 3 Diodos 1n4148 1 Potenciômetro 220K 8 Resistores 10K 1 Resistor 12K 1 CI LM555 2 CI CA3140 Gerador de Sinal Osciloscópio Fonte Simétrica 2. Roteiro Experimental a) Montar o circuito abaixo: +12 8 GND THR 7 7 5 U2 CA3140 4 8 1 D 2 R8 10K 3 R1 10K R5 10K -12 P1 POT C5 10nF -12 JH1 1 em(t) 1 B E D3 F JH2 1 1 1n4148 R9 10K 2 R7 12K 3 1n4148 6 +12 1n4148 D1 C2 10nF U3 CA3140 e(t) PWM D2 6 R6 10K C1 10nF 6 - 3 1 CV + 7 5 DIS 5 2 1 VCC Q 3 R2 10K 4 8 1 4 R TR R4 10K + 2 C3 100nF C4 100nF - R3 10K U1 LM555 -12 C A +12 LABORATÓRIO DE ENSINO E PESQUISA Disciplina: Laboratório de Telecomunicações Professores: Antônio Carlos Pedra – Sílvio Rodrigues b) Meça com o osciloscópio no ponto A e conclua quanto a forma de onda. Obtenha o período do sinal e imprima o sinal medido no relatório. c) Meça a forma de onda no ponto C, imprima o sinal obtido no relatório e conclua sobre a razão do seu formato. d) Injete no ponto B um sinal senoidal com freq. de 600Hz e amplitude 2,8VPP ( deverá aparecer 1.4VPP no gerador de sinais da HP) e verifique o sinal no ponto D, concluindo sobre o que representa o sinal obtido imprimindo a forma de onda. e) Obtenha os sinais nos pontos E e F e diga o que eles representam. f) Conclua pelos sinais obtidos nos pontos D e F quanto ao tipo de modulação e demodulação explicando o funcionamento do circuito. LABORATÓRIO DE ENSINO E PESQUISA Disciplina: Laboratório de Telecomunicações Professores: Antônio Carlos Pedra – Sílvio Rodrigues ANALISADOR DE ESPECTRO – FM – EXPERIÊNCIA 7 1. Lista de Material: - 1 Gerador de RF com AM e FM 1 Analisador de Espectro 2 . Roteiro Experimental a) Montar o circuito abaixo: b) Ajustar para FM o gerador de RF, com os seguintes dados: - RF de 1 Mhz, amplitude de 1 VPP; - Sinal modulante de 10 Khz; - Desvio de 10 Khz. LABORATÓRIO DE ENSINO E PESQUISA Disciplina: Laboratório de Telecomunicações Professores: Antônio Carlos Pedra – Sílvio Rodrigues c) Ajustar o analisador de espectro com os seguintes parâmetros: - Freqüência central de 1 Mhz; Resolução de BW de 3Khz; Espalhamento de 100 Khz; Varredura de 100 ms e Vbw de 3Khz. d) Com os dados dos itens B e C, determinar: - A forma de onda e a justificativa para seu aspecto; - A largura de banda do sinal modulado; - O índice de modulação aproximado, obtido a partir de medidas no analisador. e) Altere o valor da freqüência do sinal modulante, ou do desvio, de forma a reduzir ao mínimo – se possível a zero --- a amplitude da portadora. Concluir sobre a forma de onda vista e o valor do índice de modulação. f) Altere o desvio de freqüência para 1 Khz. Conclua sobre a nova forma do sinal modulado. 3 – Teoria Básica O analisador de espectro destina-se a examinar as formas de onda no domínio da freqüência. Para tal, o que se deve estabelecer são os parâmetros das funções básicas do medidor, a saber: - Frequência central; - Espalhamento; e - Amplitude. O próximo passo é adequar o sinal a ser medido aos valores estabelecidos no equipamento, em especial BW, SWP e MKR, e fazer as leituras baseadas em teoria própria.
