PRACTICA DE LABORATORIO I

MODULACION POR PULSOS ANALOGICA

1. OBJETIVOS:

Analizar en los dominios del tiempo y la frecuencia la modulación por amplitud de pulsos (PAM) y tiempo de pulsos (PDM y PPM).

Demostrar experimentalmente el proceso de muestreo, utilizando el teorema de Nyquist.

Verificar que mediante el teorema de muestreo se puede transmitir más de un canal de información utilizando multiplexación por división de tiempo (TDM)

2. FUNDAMENTO TEORICO

MODULACIÓN ANALÓGICA DE PULSOS

En tipo de modulación hay tres casos posibles:

Modulación de pulsos en amplitud (PAM)

Modulación de pulsos en duración (PDM)

Modulación de pulsos en posición (PPM)

Modulación de pulsos en amplitud (PAM: Pulse Amplitude Modulation)

La señal de muestreo es en general una sucesión de pulsos unipolares, cuyas amplitudes

son proporcionales a los valores muestra instantáneos del mensaje de datos.

Puesto que en este caso tiene las mismas características que modulación de amplitud, se

desprende que el espectro de frecuencias tendrá las mismas características, repitiéndose

a fs, 2fs, etc.

Modulación de pulsos en duración (PDM: Pulse During Modulation)

En este caso la duración del pulso es proporcional a la amplitud de la muestra.

En la práctica se fija un flanco del pulso y se modula el otro flanco, con lo que se

obtienen pulsos de distinta duración y espaciamiento variable; ello implica que el

análisis espectral es matemáticamente muy complicado.

Para observar qué ocurre conceptualmente, consideremos que se fija el flanco

ascendente y se modula el flanco descendente, lo cual se logra muestreando con la señal

diente de sierra, tal como se observa en la siguiente figura:

El nivel del muestreo se establece con un limitador y luego la duración de los pulsos de

la señal modulada por pulsos en duración estará dada por el tiempo que la señal diente

de sierra supera el nivel de muestreo.

Modulación de pulsos en posición (PPM: Pulse Position Modulation)

La modulación en posición y la modulación en duración están íntimamente ligadas, ya

que PPM se obtiene a partir de PDM.

El proceso es el siguiente:

Tengamos una secuencia de pulsos modulados en duración, diferenciamos a los mismos

y se los invierte, obteniéndose la siguiente figura:

El principal uso de PPM es debido a que es más eficiente la generación y detección de

los pulsos modulados en comparación en PDM. Esto es debido a que la información

reside en la ubicación en el tiempo de los flancos de los pulsos y no en los pulsos en sí

mismos. Por ello se generan pulsos de corta duración en los cuales sólo es importante la

posición de los mismos.

3. MATERIALES:

1 Fuente de alimentación +/- 15 V, 3A 1 Generador de Funciones 1 Osciloscopio de Funciones 1 Osciloscopio Digital 736 061 Modulador PAM 736 071 Demodulador PAM 736 081 Modulador PTM 736 091 Demodulador PTM Conectores

Figura 1

En la figura1 f= 500 Hz y 22Vpp de entrada

Mensaje: señal sinodal pequeña(señal modulante) Portadora: señal cuadrada casi de reloj.

Señal de la portadora

Figura 2 Con 5 Vp de amplitud, señal cuadrada, frecuencia mínima de la portadora es 500

Hz y una frecuencia máxima de 20 Khz. La amplitud siempre se mantiene.

EN EL PROCESO DE MODULACION

En la figura 3 hay tres muestras.

Figura 3 Figura 4: En 10 Khz se tiene tres muestras.

Figura 4 En la figura 5:En 20 Khz hay 40 muestras

Figura 5 Si se varia el ancho de pulso:

Figura 6 Al variar la frecuencia no habrá suficiente muestras.

Figura 7

2. PROCEDIMIENTO

MODULACIÓN PAM

1. Conecte los módulos 736 061 y 736 071 respectivamente (modulador y demodulador PAM) y conéctelos como muestra la CONEXIÓN (1) – PAM Natural. Alimente correctamente con 15V y Tierra. Antes de energizar consulte al Jefe de laboratorio.

2. Aplique una señal senoidal fm1 = 500 hz. A la entrada del filtro del CH1 del modulador (punto 1) y luego aplique otra señal senoidal fm2 = 5 Khz. ambas con la misma amplitud Am = 6Vpp. Establezca el generador de pulsos (G) a /Tp = máx. y fp = 15 Khz. y observe la salida del módulo generador (Pto. 6-PAM1) y la salida del demodulador (Pto. 5). ¿Cómo afecta a la salida demodulada el variar la amplitud y frecuencia de la señal senoidal de entrada?

La variación de la amplitud y la frecuencia de la señal senoidal, varían debido a que en la modulación PAM se muestran dos conjuntos de señales PAM cada una de las cuales modula una subportadora, después estas subportadoras se mezclan linealmente para modular la fase de la portadora, en este caso cuando disminuimos la frecuencia y la amplitud no se pueden visualizar los pulsos de la señal.

3. Aplique las mismas señales senoidales cambiando los conectores como se observa en la conexión (2) – PAM Pico Plano. Observe la salida del módulo generador (Pto. 9-PAM2) y la salida del demodulador (Pto. 5). Establezca diferencias con la conexión (1) PAM Natural.

PAM está en la base de un importante método de codificación analógica − digital llamado modulación de código de pulso (PCM).Se sabe que la señal original PAM se muestra a intervalos iguales como lo muestra la figura. En un momento dado el nivel de la señal es leído y retenido brevemente. El valor mostrado sucede solamente de modo instantáneo a la forma actual de la onda, pero es generalizada por un periodo todavía corto pero medible en el resultado de PAM.El método de prueba usado en PAM es más eficaz en otras áreas de ingeniería que en la comunicación de datos.

.

4. Aplique una señal sinusoidal de fm= 300Hz y amplitud Am= 10Vpp a la entrada del filtro pasabajos (pto. 1) de la conexión PAM Pico Plano. Mida la amplitud pico pico A0 a la salida del filtro (Pto. 2). Use los dos canales de osciloscopio para determinar la ganancia del filtro para cada frecuencia según la tabla adjunta.

f A0(v) G=A0/Am300 hz500 hz1000 hz2000 hz3000 hz3400 hz4000 hz5000 z

5. Observe la salida del generador de pulsos ´G´ del modulador. Explique la función que cumple los controles:

: consiste en variar el tiempo de pulso del generador donde /Tp, varía el ancho de pulso.

fp : consiste en variar el periodo de la señal completa, ya que Tp varía de forma inversa .

Escriba los valores para:

fp max = Khz y Amplitud = Vpp

5. Observe y comente que ocurre a la salida del demodulador (Pto. 8) variando el y fp, ya sea de la PAM Natural o de la PAM Pico Plano:

Se observa una variación en la salida del demodulador, esto sucede al variar el , se estará variando el ancho de pulso, por lo que ajusta la muestra y estamos variando la frecuencia de la señal.

MODULACIÓN TIEMPO DE PULSOS (PDM Y PPM)

1.- Complete las conexiones según la figura 4 (conexión de modulación PDM y PPM). No energice sin antes consultar al Jefe de Práctica.

2.- Con una señal senoidal de 1Khz y 4 Vpp a la entrada del modulador PAM, observe y grafique las señales que se indican:

En el modulador PTM. Grafique en CH1 en el punto 1 y en el CH2 punto (inserte gráfica)

En el modulador PTM. Grafique en CH1 en el punto 5 y en el CH2 punto 3.

En el modulador PTM. Grafique en CH1 en el punto 4 y en el CH2 punto 3.

Señales PDM y PPM a la salida del modulador PTM (puntos 4, 5 y 6)

3.- Ahora cambie la frecuencia de entrada a 1Hz o a la mínima frecuencia permitida por el generador de señales. Observe en forma sincronizada el desplazamiento de los pulsos PPM y PDM. ¿Qué ocurre al aumentar la amplitud de la señal modulante?

Al aumentar la amplitud de la señal modulante ocurre que la señal de sincronización no pasa nada, excepto que para la señal de información que es donde existe una variación de pulso.

Señales PDM y PPM (f = 1 Hz)

Efectúe la demodulación de la señal PPM a la salida del demodulador PAM:Señales modulante y PPM remodulada

CUESTIONARIO

1. ¿Cómo se genera la modulación PAM?

PAM se usa como una forma intermedia de modulación, con PSK, QAM y PCM, aunque raramente se use sola

Se genera al variar su amplitud de un tren de pulsos (varía en proporción a los valores muestreados de la señal moduladora) según la forma de la onda de la señal del mensaje.

2. ¿En qué se diferencian las señales PAM Unipolar y Bipolar?

La diferencia esta en los niveles de amplitud que usa cada señal. Una señal PAM Unipolar utiliza dos niveles de amplitud que significa sin retorno a cero. En cambio para una señal PAM Bipolar se utilizan tres niveles de amplitud que tiene por significado con retorno a cero, y no utiliza ningún pulso para representar un cero.

3. ¿Cómo Demuestra el Efecto del Teorema de Muestreo?

Durante el periodo de muestreo el capacitor se carga al nivel de la densidad de entrada y mantiene su carga, cuando comienza el siguiente periodo de Muestreo la tensión del capacitor salta a un nuevo valor determinado por la densidad de entrada ya que la densidad de tensión no puede cambiar instantáneamente, ya que hay un periodo de retención.

El Teorema de Muestreo establece que: Una señal limitada en banda sin componentes de frecuencias se representará en forma única por una secuencia de

muestras tomadas a una frecuencia uniforme igual o mayor que la frecuencia de Nysquit.

4. ¿Podría deducir el espectro de la señal PAM cuando la señal modulada Sm(t) es conocida?

Se podría deducir el espectro de la señal PAM, esto se hará pasando la señal mensaje original m (t) a través de un filtro Pasabajas.

5. Averigüe las frecuencias de muestreo utilizadas en las señales de voz de la telefonía pública y en las grabaciones de los CDs de audio. Demuestre que en cada caso se cumple con el criterio de Nyquist.

las señales de voz su frecuencia de muestreo utilizada es de 8 Khz, por lo que la señal de voz es de 4Khz, entonces tenemos:

En las grabaciones de los CD de audio la frecuencia de muestreo es de 44.1 Khz, esto se debe a que la señal de audio es de 20 Khz.

6. Explique lo que significa interferencia intersimbólica (IIS).

Esto es cada pulso recibido de la onda pasada, antes por un filtro pasabaja se ve afectada por la presencia de los pulsos adyacentes en el caso de la modelación de pulsos el traslado entre los pulsos dan origen a una confusión entre canales que tienen el nombre de interferencia intersimbólica.

7. ¿Cuál es la función del filtro pasabajas en el demodulador PAM. En otras palabras cómo hace el demodulador PAM para regenerar una señal continua en el tiempo?

La función del filtro pasabajas consiste en atenuar las señales mayores a la frecuencia de modulación, donde la señal pasa a través de un filtro pasabajas y recupera la señal modulada de la señal PAM.

8. Comparar en el tiempo y la frecuencia las técnicas de modulación PAM, PDM y PPM.

En el primer grafico se observa la modulación PAM (modulación por ancho de pulso), y varía la amplitud de pulso.

En la segundo grafico se observa la modulación PDM que varía con el ancho del pulso.

En la tercer grafico observamos la modulación PPM que cambia la posición del pulso.

9.-Explique como se emplea PWM en el control de velocidad de motores.

Se utiliza por ser autosincronizable, por lo que el circuito permite alternar la velocidad desde que se encuentra detenida hasta un máximo posible del motor por medio de los potenciómetros, gracias a ello que funciona por modulación de ancho de pulso con el ancho de pulso máximo y mínimo el sistema funciona dentro de un rango de operación.

10.-Investigue tres formas de Generación PPM.

Modulación por Posición de Pulsos. Modulación por División de Pulsos. Modulación por Ancho de Pulsos.

CONCLUSIONES

La frecuencia de muestreo es dos veces fm

PAM tipo plana se puede cuantizar mejor.

En una modulación PTM se mantiene constante el nivel de amplitud de los pulsos enviados, por lo que la modulación se concentrará en la variación del ancho de pulso.

Si se pone el ancho de pulso a lo mínimo, la amplitud aumenta.

Si se varia /Tp, se reduce el ancho de pulso.

A la entrada del demodulador PAM, hay un filtro.

En PSK se necesita de la señal de sincronía, su amplitud y frecuencia son constantes, salvo la fase.

BIBLIOGRAFIA

Sistemas de Comunicaciones Electrónicas – Tomasi Apuntes de clase de laboratorio.