Apendice1 Comunicaciones Electronicas Analogicas

7/29/2019 Apendice1 Comunicaciones Electronicas Analogicas

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UTN REG. SANTA FE ELECTRONICA II ING. ELECTRICAApndice 1- Introduccin a las comunicaciones electrnicas-------------------------------------------------------------------------------------------------------

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Apunte de ctedra Autor: Ing. Domingo C. Guarnaschelli1

LAS COMUNICACIONES ELECTRONICAS

Introduccin

Las comunicaciones electrnicas, a partir del siglo XX, han posibilitado laintercomunicacin, con mayor fluidez, entre los habitantes de las diversas poblaciones,

ciudades, pases, o continentes. Las comunicaciones electrnicas han permitido la

difusin de la cultura y la informacin actualizada. Ejemplos de estos medios de

comunicacin lo tenemos en las transmisiones de radio AM, FM y la televisin por

cable o aire. Como ejemplos de sistemas de comunicacin para intercambio de

informaciones y difusin, lo tenemos a travs de la telefona clsica, sistemas de Fax,

telefona celular, Internet. Con estos medios de comunicacin electrnica han hecho

posible el intercambio de todo tipo de informacin, posibilitando la evolucin de la

sabidura en general, y con ello la posibilidad de difundir el bienestar sobre la raza

humana.

En general para cualquier medio o mtodo de comunicacin, tenemos tres procesos

involucrados: la fuente de la informacin, el medio de transmisin y la fuente derecepcin.

La fuente de informacin, alcanzan al conocimiento, la ciencia, las relacionesinterpersonales o la realidad actual. La informacin se puede presentar en forma

analgica (proporcional o continua) o en forma digital (discreta). Ejemplos de

informacin analgica, tenemos la voz humana, la msica, las imgenes de video o las

seales provenientes de los transductores analgicos de variables fsicas. Como

ejemplos de informacin digital, tenemos a los nmeros codificados en binario, los

cdigos alfanumricos, los smbolos grficos, los cdigos operacionales de un

microprocesador o microcontrolador o la informacin de una base de datos. En todoslos casos, la informacin debe convertirse a energa electromagntica, previo a supropagacin por un sistema de comunicaciones electrnicas.El diagrama en bloques simplificado de un sistema de comunicaciones electrnicas,

entre dos estaciones, es el siguiente:

Fuente deinformacin

(Transmisor)

Destino de lainformacin

(Receptor)

Medio de transmisin

Fuente deinformacin

Transmisor

electrnico

Receptor

electrnico

Destino de la

informacin

Medio de transmisin

Estacin transmisora A Estacin receptora B


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En este esquema de comunicacin entre dos estaciones A y B, se observan los enlaces

entre la fuente de informacin a comunicar, el transmisor, el medio de transmisin, el

receptor y el destino de la informacin recibida (comunicacin en una sola direccin).

Bsicamente el sistema de comunicaciones electrnicas comprende tres secciones

primarias: el transmisor, el medio de transmisin y el receptor.En el transmisor, la informacin original de la fuente se convierte a una forma msapropiada (energa electromagntica) para su transmisin. El medio de transmisin

(conductor metlico, fibra ptica o espacio libre) nos proporciona el medio de conexin

entre el transmisor y el receptor. En el receptor, la informacin recibida (como ondas

electromagnticas) se convierte a su forma original y la transfiere a su destino.

El siguiente esquema muestra un sistema de transmisin donde la informacin se

transmite en ambas direcciones:

Comunicaciones de varias fuentes de informacinCuando necesitamos transmitir informaciones de varias fuentes, con la misma banda de

frecuencias originales, y sobre un medio de transmisin comn, todas estas

informaciones se deben combinar para formar una sola seal de informacincompuesta sencilla. El proceso de combinar las informaciones en una seal deinformacin compuesta, se denomina multicanalizacin o multiplexacin. Seutilizan dos tcnicas para llevar a cabo la multiplexacin, denominados mltiplex en el

tiempo y mltiplex en frecuencia. La tcnica mltiplex en el tiempo permite la

transmisin de informacin digitalizada (que pueden ser seales de informacin

analgicas codificadas en binario o seales de datos digitales binarios). La tcnica

mltiplex en frecuencia permite la transmisin directa de informacin analgica y

tambin digital (radio digital). Mas adelante, analizaremos con ms detalle stastcnicas.

Comunicaciones electrnicas analgicas y digitalesTenemos dos tipos bsicos de comunicaciones electrnicas: analgicas y digitales.

En los sistemas de comunicaciones analgicas la energa electromagntica se transmite

y recibe en forma de una seal que varia continuamente en el tiempo. Como ejemplo de

comunicaciones analgicas tenemos los sistemas actuales de radio comercial en

amplitud modulada AM, frecuencia modulada FM y televisin analgica.

En los sistemas de comunicacin digital la energa electromagntica se transmite y

recibe en forma digital con valores discretos binarios, como por ejemplo +5volt y

+0 volt (masa).

Fuente de

informacinTransmisor Receptor Destino de la

informacin

Receptor Transmisor Fuente de

informacin

Destino de la

informacin

Estacin receptora BEstacin transmisora A

Medio de transmisin


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En un sistema de comunicaciones digital tambin pueden propagarse seales

provenientes de fuentes analgicas. Para estos casos, las informaciones deben

convertirse a una forma ms apropiada, antes de la transmisin. Esta conversin se

realiza en el transmisor, mediante un convertidor analgico/digital (A/D).

De la misma forma, por un sistema de comunicaciones analgico pueden propagarse

informaciones provenientes de fuentes digitales. Para ello, la informacin digital debermodular adecuadamente, a una seal analgica, denominada portadora, previo a su

propagacin. Por ejemplo para una fuente digital que lleva informacin de msica y voz

como el caso de un disco compacto (CD), previo a su transmisin por un medio de

comunicacin analgico, como por ejemplo radiodifusin AM, FM, o PM, se convierte

a analgico, mediante un conversor digital/analgico (D/A).

Veamos a continuacin los esquemas de bloques de ambos sistemas de comunicacin,

con la adecuacin necesaria para transmitir seales de fuentes originales analgicas o

digitales.

Los sistemas de comunicaciones analgicas fueron los primeros que se desarrollaron,

dado los elementos tecnolgicos disponibles en los inicios de las comunicaciones

electrnicas. Con el avance tecnolgico y en particular de los circuitos integrados

programables en muy alta, ultra alta y giga escala de integracin (VLSI, ULSI y GSI),

los sistemas de comunicaciones digitales han tenido un desarrollo notable,

reemplazando en muchas aplicaciones a los sistemas de comunicaciones analgicos.

Sistema analgico

de comunicaciones

Modulador

D/A

Demodulador

A/D

Informacin digital

transmitida

Informacin digital

a transmitir

Sistema digital de

comunicaciones

Convertidor

A/D

Convertidor

D/A

Informacin analgica

transmitida

Informacin analgica

a transmitir


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Breve historia de las comunicaciones electrnicas

1)- A mediados del siglo XIX el fsico James Clark Maxwell enuncia que la electricidad

y la luz viajan en forma de ondas electromagnticas deduciendo una relacin entre

ambos fenmenos fsicos. Augura que es posible la propagacin de ondaselectromagnticas a travs del espacio libre.

2)- En el ao 1837, Samuel Morse desarrolla el primer sistema de comunicaciones

usando la induccin electromagntica. Con esta tcnica, logra transmitir por medio deun cable metlico, informacin en forma de puntos, guiones y espacio (cdigo Morse).

Le denomina a este invento, telgrafo. En 1844 se establece la primera de telgrafoentre Baltimore y Washington. El 1849 se invent la primera impresora telegrfica de

baja velocidad. En el ao 1850 aparecen las primeras empresas comerciales con el

propsito de enviar mensajes codificados por telgrafo, de una persona a otra. En el ao

1860 aparecen las primeras impresoras de alta velocidad con 15 bit por segundo (15

bps).En el ao 1874, Emile Baudot invent un multiplexor (multicanalizador)

telegrfico el cual permita que se transmitieran seales de hasta seis diferentesmaquinas telegrficas simultneamente, a travs de un solo cable.

3)- En el ao 1876, el canadiense Alexander Gram. Bell y su asistente, Thomas A.

Watson, transmitieron exitosamente una conversacin humana a travs de un sistema

elctrico, implementado con bateras elctricas, cables metlicos y un rudimentario

micrfono y auricular. Este invento, dio lugar al nacimiento de los sistemas telefnicosanalgicos, utilizando como medio de transmisin, conductores metlicos.

4)- El cientfico alemn Heinrich Hertz, en el ao 1888, logra radiar energa

electromagntica utilizando una maquina que le denomina oscilador. De esta manera

logra desarrollar con ste aparato, el primer transmisor de radio. Propaga

radiofrecuencias entre 31 MHz y 1,25 GHz. Desarrolla adems la primera antena

transmisora, la cual con ciertas modificaciones, todava se utiliza actualmente.5)- En Francia, en el ao 1892, E.Branly desarrolla el primer detector de radio. En el

mismo ao, el ruso A. S. Popoff logra grabar ondas de radio, generadas durante las

descargas elctricas atmosfricas.

6)- En 1894, el joven Italiano Guglielmo Marconi, logro las primeras comunicacioneselectrnicas analgicas inalmbricas, cuando transmiti seales de radio a tres cuartode milla por la atmsfera de la tierra atravesando la propiedad de su padre. Con el

desarrollo de su invento, Marconi logra el ao 1896 seales de radio hasta dos millas

desde los barcos a tierra. En el ao 1899 envi el primer mensaje inalmbrico por el

canal de la mancha, desde Cal (Francia) hasta Dover (Inglaterra). En el ao 1902 se

envan las primeras seales de radio trasatlnticas enviadas desde Poldu (Inglaterra) a

Newfoundland.

7) En el ao 1908, Lee DeForest invent el tubo de vaco trodo permitiendo laprimera amplificacin practica de las seales electrnicas. Podemos decir, que a partir

de este ao comienza la era de los circuitos y sistemas electrnicos.8) En el ao 1920 comienzan las emisiones de radio comercial. En ese ao inician sus

transmisiones de radiofrecuencia en AM (amplitud modulada), las emisoras WWJ, enDetroit, Michigan y, KDKA en Pittsburg, Pennsylvana.9) En el ao 1933, el mayor Edwin Howard Armstrong invent la frecuenciamodulada (FM). En este mismo ao la RCA anuncia un sistema de televisindesarrollado por Vladimir K. Zworykin con la tcnica de exploracin electrnica.

10) En el ao 1936 comenzaron las primeras emisiones comerciales de radio enfrecuencia modulada (FM).


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11) Como referencia, en el ao 1940, los laboratorios Bell (EEUU) desarrollaron la

primera computadora de uso especial, usando relevadores electromecnicos.

Posteriormente, con la misma tecnologa, se desarrolla la primera computadora de uso

general. Esta ultima, desarrollada por la Universidad de Harvard y la Internacional

Busines Machines Corporation (IBM) realizaba clculos mediante una secuencia

automtica. En el ao 1951, fue construida la computadora UNIVAC, por CorporationRemington Rand (ahora Sperry Rand), siendo la primera computadora electrnica

(vlvulas) producida masivamente.

12) En 1941, comenz en Estados Unidos la emisin comercial de seales de televisin

monocromtica (blanco y negro).

13)- En el ao 1948 fue inventado el transistor semiconductor en los laboratorios detelfonos Bell, por William Shockley, Walter Brattain y John Bardeen. Comienza en

este ao la era de la electrnica del estado slido.14) En 1949, se iniciaron los experimentos de transmisin color en estados unidos y en

1953 se inician las primeras transmisiones comerciales con el sistema NTSC.

15) Con el desarrollo de la electrnica del estado slido, mediante el transistorsemiconductor, se inicia en la dcada de 1960, la era del circuito integrado,posibilitando los grandes y sorprendentes cambios tecnolgicos y culturales de la

sociedad actual. Aparecen durante esta dcada, los mini receptores de radio AM y FM

16) A principios de la dcada de 1970 aparecen en el mercado las primeras calculadoras

electrnicas de mano, reemplazando a las clsicas reglas de clculo. A finales de esta

dcada, aparecen las primeras computadoras personales y televisores comerciales a

color, a precios accesibles.17) Durante la dcada de 1980 los desarrollos comerciales, industriales y de

investigacin, comienzan a aplicar en gran escala la electrnica digital programable(computadoras), reemplazando en muchas aplicaciones a los clsicos circuitos y

sistemas electrnicos analgicos.

Conceptos de modulacin y demodulacin

Cuando se convierte la informacin (audio, datos etc.) en seales elctricas, para suposterior transmisin, estas suelen ser de bajas frecuencias. Desde un punto de vista

prctico no resulta conveniente propagar energa electromagntica de baja frecuencia

por la atmsfera de la tierra. En estos casos, como en las comunicaciones de radio,

resulta necesario superponer la seal elctrica de informacin, de baja frecuencia,con una seal de frecuencia relativamente alta, que facilite su propagacin, por el medio

de transmisin. Por ejemplo en los sistemas de trasmisin analgicos por

radiofrecuencia como AM y FM, la seal de la fuente de informacin (audio) acta

sobre una seal senoidal de frecuencia sencilla, modificando alguno de sus parmetros

elctricos. En AM (amplitud modulada), se acta sobre la amplitud y en FM (frecuencia

modulada) se acta sobre la frecuencia. Esta modificacin, variacin o cambio, se le

denomina modulacin. En este caso, la seal de la informacin (de baja frecuencia) se

le denomina seal modulante; la seal de frecuencia relativamente alta, se ledenomina seal portadora y la seal resultante despus de la modulacin, sealmodulada. La informacin acta o modula sobre una seal de frecuencia sencillay de valor mas alto en frecuencia (seal portadora). De alguna manera, podemos decir

que la informacin se transporta por el medio de transmisin montada sobre la seal

portadora, que presenta mejores parmetros elctricos para su transmisin.


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Resumiendo, el proceso de modulacin consiste en la modificacin de la seal

portadora en funcin de las caractersticas de la seal moduladora o modulante.

Fundamentalmente tenemos varias razones que hacen necesario la modulacin en un

sistema de comunicaciones electrnicas:

1)- Las seales de baja frecuencia que generan las fuentes de informacin son difciles

de transmitirlas como ondas de energa electromagntica por la atmsfera de la tierra,

por la fuerte atenuacin que sufren.

2)- En general, las distintas fuentes de informaciones ocupan la misma banda de

frecuencias originales (banda base). Si estas informaciones son transmitidas en sus

frecuencias originales, se interferiran, no siendo posible reconocer la informacin

inteligente contenida en dichas seales, debido a la interferencia entre las seales

transmitidas por las diferentes fuentes de informacin. Por ejemplo todas las estaciones

transmisoras de radio FM comercial emiten informacin de voz y msica con

frecuencias originales o frecuencias de banda base comprendidas entre 0 y 10 KHz. Para

que no se produzcan interferencias durante las transmisiones en el medio comn de

transmisin (la atmsfera), cada estacin trasmisora traslada su informacin a una banda

de frecuencia diferente (canal). Esto es posible, mediante la modulacin de seales dediferentes frecuencias portadoras.

3)- A altas frecuencias se tiene mayor eficiencia en la transmisin, de acuerdo al medio

que se emplee.

4)- Se aprovecha mejor el espectro electromagntico, ya que permite la multiplexacin

por frecuencias.

5) En caso de transmisin inalmbrica, las antenas tienen medidas ms razonables.

En resumen, la modulacin permite aprovechar mejor el canal de comunicacin ya que

posibilita transmitir ms informacin en forma simultnea por un mismo canal y/o

proteger la informacin de posibles interferencias y ruidos.

La accin de modular, se lleva a cabo en la estacin transmisora de la informacin. En

la estacin receptora, se lleva a cabo el proceso inverso a la modulacin, o sea partiendode los cambios que se le efectuaron a la seal portadora, durante la modulacin

(denominada ahora seal modulada), se rescata la informacin transmitida. Esteproceso inverso, se le denomina demodulacion. La modulacin se lleva a cabo en eltransmisor, mediante un circuito electrnico. La demodulacion se lleva a cabo en el

receptor, tambin mediante un circuito electrnico.

Equipo transmisor

Circuito electrnicomodulador

Seal modulante debaja frecuencia

(Informacin)

Seal portadora(Alta frecuencia)

Seal modulada de altaFrecuencia a transmitir


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Concepto de banda baseSe define la banda base como el conjunto de frecuencias que componen una seal de

informacin que no sufren ningn proceso de modulacin a la salida de la fuente que las

origina, es decir son seales de informacin con su/s frecuencia/s original/es. Por

ejemplo la banda base de un sistema de comunicaciones telefnico sencillo es una seal

de informacin de audio, restringida a un ancho de banda en frecuencias de 3 Khz. La

banda base de un sistema de radiocomunicacin en AM (amplitud modulada) tiene una

seal de informacin de audio con un ancho de banda de 5 Khz. La banda base en FM

(frecuencia modulada) es informacin de audio con un ancho de banda de 10 Khz.

En transmisiones de informaciones telefnicas o datos se suele especificar la expresinde seal de banda base compuesta, definindola como una seal de informacintotal (seal compuesta), como por ejemplo varios cientos de informaciones telefnicas

que son transmitidas por un sistema de comunicaciones.

Las seales de banda base se convierten a partir de su banda de frecuencia original a una

banda de frecuencia ms adecuada para su trasmisin a travs del sistema de

comunicaciones. Las seales de banda base se convierten en una banda de frecuenciaalta en el transmisor y se convierten en una banda de frecuencias bajas en el receptor.La traslacin de frecuencia es el proceso de conversin de una frecuencia sencilla ouna banda de frecuencias a otra ubicacin en el espectro de la frecuencia total.

La seal de transmisin en los sistemas de comunicacionesLas seales de transmisin (portadora modulada) pueden ser pulsos modulados o

seales analgicas moduladas con caractersticas senoidales.

Para la transmisin de pulsos, existen varias tcnicas de modulacin que permiten

incorporar la informacin sobre los pulsos transmitidos. Las tcnicas utilizadas son:

Modulacin de pulsos en amplitud (PAM). Modulacin de pulsos en duracin (PDM).

Modulacin de pulsos en posicin (PPM) y modulacin de pulsos codificados. Ms

adelante analizaremos con ms detalle estas tcnicas de modulacin por pulsos.

Las seales de transmisin analgicas, como en el caso de las radiocomunicaciones, la

seal portadora se genera en el equipo transmisor (circuitos osciladores) como una seal

elctrica analgica, como una funcin senoidal. Esta seal portadora, al modularse en elcircuito modulador por la seal de informacin (seal modulante), se irradia a travs de

una antena (al espacio exterior), como una onda electromagntica de radiofrecuencia.

La seal portadora generada en el transmisor se presenta como una funcin elctrica de

la variable tiempo de la siguiente forma:

v(t) = Vm. Sen (2.f.t + )Vm: mxima amplitud de la seal portadora

f: frecuencia de transmisin de la seal portadora.

: fase de la seal portadora para t= 0.Analizando esta seal portadora, podemos modificar (modular) con la seal de

informacin (seal modulante) la amplitud mxima Vm, la frecuencia f, y el ngulo

de fase .

Equipo receptorCircuito electrnico

demodulador

Seal demodulada de baja

frecuencia (informacin)

Seal de referencia de portadora para

algunos mtodos de trasmisin

Seal modulada de altafrecuencia transmitida


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Si la amplitud mxima Vm de la seal modulada varia en forma proporcional a la

amplitud de la seal de la informacin, decimos entonces que estamos modulando en

amplitud, Abreviadamente este tipo de modulacin se la designa con AM.

Si la frecuencia de la seal modulada vara proporcionalmente a la amplitud de la seal

de informacin decimos entonces que estamos modulando en frecuencia, designndola

abreviadamente con FM.Por ltimo si modificamos la fase instantnea de la seal portadoraproporcionalmente a la amplitud de la seal de la informacin, decimos que estamos

modulando en fase, abreviadamente designada con PM.

Canal de transmisinEn los sistemas de comunicaciones, la palabra canal suele definir al medio detransmisin o a una banda especifica de frecuencias distribuidas, para un servicio de

trasmisin en particular. Cuando la utilizamos para definir el medio de transmisin, nos

referimos a la atmsfera, vaco, par de conductores metlicos, fibras pticas.

Cuando utilizamos la palabra canal para especificar una banda especifica de frecuencias,nos referimos por ejemplo, al canal telefnico, que consiste en una banda de

frecuencias estndar de audio con un ancho de 3 Khz. Cuando describimos un canalde radiodifusin, nos estamos refiriendo a una banda de frecuencias usadas parapropagar seales de radiofrecuencias. Por ejemplo, un canal sencillo de radiodiodifusion

comercial en FM, difunde informacin de audio (voz y msica) con un ancho de banda

restringido 10 Khz. Al modular su seal portadora (por ejemplo 99,1 Mhz) en

frecuencia modulada, ocupa un ancho de banda de frecuencias de 200 Khz. (entre 99 y

99,2 Mhz), dentro de la banda total asignada, para este tipo de comunicacin, de 88

a108 Mhz. Las transmisiones de radiodifusin comercial en AM (onda larga) tienen

asignado una banda de transmisin entre 535 Khz. y 1605 Khz. Este tipo de

radiodifusin, transmite informacin de audio (voz y msica) con un ancho de bandarestringido a 5 Khz. Cuando se modula en AM (amplitud modulada) la transmisin

ocupa un canal de transmisin con un ancho de banda de 10 Khz., alrededor de la

frecuencia central de la portadora. Por ejemplo una transmisin en AM con una seal de

portadora de 1020 Khz., ocupa un canal de transmisin con un ancho de banda de 10

Khz., comprendido entre 1015 Khz. y 1025 Khz.

Veamos a continuacin un diagrama en bloques de un sistema de comunicaciones con

modulacin de la seal portadora:

Transmisiones en banda baseEl proceso de modulacin, donde la informacin de baja frecuencia modifica los

parmetros elctricos de una seal de alta frecuencia, no siempre se aplica en todos los

sistemas de comunicaciones. Por ejemplo el sistemas telefnicos clsicos analgicos

(restringidos en distancia), la seal de audio se transmite por el medio de transmisin

Seal

modulante

(fuente de

informacin)

Modulador

electrnico

Amplificador

Informacin

recibida

Medio de transmisin

Estacin transmisora Estacin receptora

Seal

portadora

Demodulador

Ruido del

sistema


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(conductores metlicos) en su banda base. De la misma forma, en las transmisiones de

datos digitales entre computadoras cercanas, las seales codificadas, con diferentes

cdigos (ceros y unos elctricos), se transmiten en banda base.

Ancho de banda y capacidad de informacinTodo sistema de comunicaciones requiere de un ancho de banda mnimo (rango defrecuencias transmitidas) requerido para propagar la informacin contenida en la seal

portadora modulada. Este ancho de banda debe ser lo suficientemente grande (ancho en

frecuencias transmitidas) para que puedan pasar todas las frecuencias significativas de

la informacin. Por ejemplo, necesitamos un ancho de banda mnimo B = 3 Khz para

transmitir seales telefnicas analgicas con calidad de voz. Necesitamos un ancho de

banda B=200 Khz. en el canal de transmisin de radiodifusin comercial FM, para

transmitir informacin de voz y msica de alta calidad, con un ancho de banda base

para la seal de informacin de 10 Khz. Para transmisin de radiodifusin AM

comercial, con un ancho de banda base de la seal de informacin de 5 Khz (voz y

msica), necesitamos un ancho de banda en el canal de radiodifusin de 10 Khz. Paralas transmisiones de aire de la televisin comercial, se necesita un ancho de banda del

canal de transmisin de 6 Mhz

La capacidad de informacin es una medida de cuanta informacin de la fuente puede

transportarse por un medio de comunicacin, en un periodo dado de tiempo. Este valor

de capacidad, resulta proporcional al ancho de banda del medio de comunicacin, y al

tiempo (Ley de Hartley) I = f (B, t) Donde I es la cantidad de informacin

transmitida, B es el ancho de banda del canal de transmisin y t el tiempo

transcurrido.

El espectro electromagntico

Desi nacin de las bandas de frecuencias

10 Hz 100Hz 1Khz 10Khz 100 Khz 1Mhz 10Mhz 102Mhz 103Mhz 104Mhz 105Mhz

2

1 : frecuencia en Hz Khz Mhz

1

2 : lon itud de onda en mts.

Audio frecuencias LF MF HF VHF UHF SHF EHF

10 Mhz 107Mhz 108Mhz 109Mhz 1010Mhz 1011Mhz 1012Mhz 1013Mhz 1014Mhz 1015Mhz

3.10-4

3.10-5

3.10-

3.10-7

3.10-8

3.10-9

3.10-10

3.10-11

3.10-12

3.10-13

1

2

Infrarro o Ultravioleta

Zona de luz visible

Rayos XRayosgamma

Rayoscsmicos

Banda de radiofrecuencias

Banda de fibras pticas

3.10

7

3.10

3.10

5

3.10

4

3.10

3

3.10

2

3.10

1

3 3.10

-1

3.10

-2

3.10

-3


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El intercambio de informaciones entre dos estaciones que actan como transmisor y

receptor o viceversa, se logra convirtiendo estas informaciones originales en energa

electromagntica para luego transmitirla a travs del medio de comunicacin, y en su

destino volverla a convertir a su forma original. La energa electromagntica puede

propagarse en varios modos: como un voltaje o una corriente a travs de un cable

metlico, como ondas de radio electromagntica emitidas al espacio libre o como ondasde luz a travs de fibras pticas. La energa electromagntica se distribuye a travs de

un rango de frecuencias prcticamente infinito, desde algunos Hertz (ondas subsnicas)

hasta valores por arriba de los 1016

Mhz (rayos csmicos).

En las frecuencias de transmisin por radiofrecuencias se suele tambin utilizar para

identificar las bandas de transmisin, la longitud de onda o sea el periodo de

repeticin de la onda electromagntica. La longitud de onda resulta inversamente

proporcional a la frecuencia y directamente proporcional a la velocidad de la luz.

= c/f = velocidad de la luz / frecuenciac= 300.000 Km/seg. = 3x10

8metros/segundos (para el espacio exterior).

Si la frecuencia de transmisin es f= 100 Mhz (10

8

Hz) la longitud de onda resulta:= c/f = 3x108 metros/segundos / 108 Hz = 3 metros.

Designacin de las frecuencias de transmisinCon la finalidad de lograr comunicaciones eficientes y libres de interferencias, el

espectro total de las frecuencias electromagnticas se las ha dividido en subsectores o

bandas. A cada banda se le asigna un nombre y tiene definido sus lmites de frecuencia.

Mediante tratados internacionales, a travs de las Convenciones internacionales de

Telecomunicaciones, se asignan las frecuencias exactas de los transmisores que

funcionan en los diversos tipos de servicios. Estas asignaciones de frecuencia, se

actualizan constantemente, a medida que se mejoran y aparecen nuevas tecnologas

electrnicas relacionadas a las comunicaciones.El espectro total utilizable de radiofrecuencias se lo divide en bandas de frecuencias, las

cuales se le asignan nmeros y nombres descriptivos. El Comit Consultivo

Internacional de Radio (CCIR) las asigno de la siguiente manera:

Numero de banda Rango de frecuencia Designaciones

2 30 300 Hz ELF (frecuencias extremadamente bajas)

3 0,3 3 Khz VF ( frecuencias de voz)

4 3 30 Khz VLF ( frecuencias muy bajas)

5 30 300 Khz LF (frecuencias bajas )

6 300 3 Mhz MF ( frecuencias medias )

7 3 30 Mhz HF ( frecuencias altas )

8 30 300 Mhz VHF ( frecuencias muy altas )

9 0,3 3 Ghz UHF ( frecuencias ultra altas )

10 3 30 Ghz SHF ( frecuencias superaltas )

11 30 300 Ghz EHF ( frecuencias extremadamente altas )

12 0,3 3 Thz Luz infrarroja

13 3 30 Thz Luz infrarroja

14 30 300 Thz Luz infrarroja

15 0,3 3 Phz Luz visible

16 3 30 Phz Luz ultravioleta

17 30 300 Phz Rayos-X

18 0,3 3 Ehz Rayos gamma19 3- 30 Ehz Rayos csmicos


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Donde:

100

= 1 Hertz (Hz) 103

Hz = 1 kilohertz (Khz)

106

Hz = 1 Megahertz (Mhz) 109

Hz = 1 Gigahertz (Ghz)

1012

Hz = 1 Terahertz (Thz) 1015

Hz = 1 Petahertz (Phz)

1018

Hz = 1 Exahertz (Ehz)

Varias de estas bandas a su vez se dividen en diversos tipos de servicios radiodifusincomercial, Televisin comercial, bsqueda a bordo de un barco (socorro y llamada),

microondas, bsqueda mvil basada en tierra, aproximacin de aeronaves, telfono

mvil, etc.

Por ejemplo, Una radiodifusora comercial en AM que transmite con una frecuencia de

portadora 1020 Khz., ocupa el espectro electromagntico entre las frecuencias 1025

Khz. y 1015 Khz.; este tipo de radiodifusin AM y en frecuencias medias, tienen

asignada una banda de transmisin entre 535 Khz y 1605 Khz. Una radiodifusora

comercial en FM, con una frecuencia de portadora de 99,1 Mhz ocupa el espectro

electromagntico entre las frecuencias 99,0 Khz. y 99,2 Khz. Para este tipo de

radiodifusin comercial en FM, en frecuentas muy altas, tienen asignada la banda entre88 y 108 Mhz. Los canales para televisin comercial por aire, tienen asignadas las

siguientes bandas: 54 a 72 Mhz (para los canales 2, 3 y 4). 76 a 88 Mhz (para los

canales 5 y 6). 174 a 216 Mhz (para los canales 7, 8, 9, 10, 11, 12 y 13); cada canal de

TV ocupa durante su transmisin, un ancho de banda del espectro electromagntico de

6 MHz

Modos de transmisin

De acuerdo a las direcciones de transmisin de las informaciones entre dos o ms

estaciones, los sistemas de comunicaciones suelen clasificarse en modos de

transmisin. Veremos a continuacin las denominaciones que suelen darles a estosmodos de transmisin:

Modo Simple (SX):Las operaciones en modo simples se dan cuando las transmisiones ocurren en un solo

sentido. Se las suele llamar operaciones en un solo sentido: desde el transmisor al

receptor. Ejemplos para este modo de comunicaciones, lo tenemos en la radiodifusin

comercial o la televisin. La estacin transmisora de radio o televisin siempre

transmite y los usuarios siempre reciben.

Modo Half-duplex (HDX):En este modo, las transmisiones pueden ocurrir en ambas direcciones, pero no al mismo

tiempo. Este modo tambin suele llamrsele transmisin con alternativa en ambos

sentidos o de cambio y fuera. En este caso, las estaciones de comunicaciones actan

como transmisor y receptor. Normalmente cuando estn encendidos estos equipos

actan como receptores; pulsando un botn, pasan al modo de transmisor. En este caso

los operadores deben coordinarse entre ellos de manera tal que cuando uno de los

equipos acta como transmisor el otro debe actuar como receptor; caso contrario, las

comunicaciones no se pueden realizar; ambos equipos transmiten con la mismafrecuencia de portadora Ejemplos de este modo de transmisin, lo tenemos en los

Transmisor Receptor


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equipos de radio de banda civil, polica, empresas elctricas, etc. Para distancias cortas,

no ms de 100 Km, se transmite en frecuencia modulada (FM). Para distancias mas

largas (1000 Km aprox.) suelen utilizarse equipos modulados en AM con banda lateral

suprimida (BLU).

Full-duplex (FDX):En este modo, las transmisiones pueden ocurrir en ambas direcciones al mismo tiempo.

Se los suele llamar a estos equipos lneas simultaneas de doble sentido, duplex o de

ambos sentidos. Las estaciones de comunicaciones pueden transmitir y recibir al

mismo tiempo. Para lograr la simultaneidad de trasmisin y recepcin simultneamente

los equipos de radiocomunicaciones, transmiten y reciben con diferente frecuencia deportadora. En este caso el equipo 1 transmite con una frecuencia de portadora fo1 y en

el equipo 2, el receptor esta sintonizado para recibir a la frecuencia fo1; de la misma

forma, el equipo 2 transmite en la frecuencia fo2 y el equipo 1 recibe en esa misma

frecuencia. Ejemplos de este modo de transmisin lo tenemos en el sistema telefnico

estndar y los equipos BLU para transmisin en lneas de alta tensin (sistema de onda

portadora) informacin de voz y datos.

Full/full-duplex (F/FDX): Con este modo de transmisin es posible transmitir y recibirno solamente con una sola estacin, sino que tan bien lo puede hacer (transmitir y

recibir) con una tercera estacin, al mismo tiempo. Este tipo de transmisin, se utiliza

extensamente en los circuitos de comunicaciones de datos. Tambin se lo utiliza en

estaciones repetidoras de FM, banda ciudadana Para este modo de transmisin por

radiofrecuencias las frecuencias portadoras en las diferentes estaciones, no son iguales.

fo11

Transmisor

Receptor

Receptor

Transmisor

Transmisor

Receptor

Estacin 1 Estacin 2 Estacin 3

fo21

fo12 fo31

fo01 fo22 fo41

fo32

Transmisor

Receptor

Receptor

Transmisor

fo2

Equipo 1

fo: frecuenciade portadora

fo1 fo2

Equipo 2

Transmisor

Receptor

Receptor

Transmisor

fo2

Equipo 1

fo: frecuencia

de portadora

fo1 = fo2

fo1Equipo 2


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Los mtodos de modulacin empleados en las comunicaciones

Tenemos diferentes mtodos de modulacin en funcin del tipo de informacin, medio

de transmisin y tipo de seal portadora.

Para las transmisiones de informaciones analgicas de voz, msica o video (a travs delespacio exterior, guas de onda o cables coaxiales), por medio de ondas

electromagnticas (radiocomunicaciones), se emplean las modulaciones AM, FM yPM.Para las transmisiones de informaciones digitales de datos entre sistemas digitales o

informacin analgica convertida a digital, (a travs del espacio exterior, guas de onda

o cables coaxiales), por medio de ondas electromagnticas (radiocomunicaciones), se

emplean las modulaciones ASK, FSK, PSK, DPSK y QAM.Para transmitir informacin analgica sobre pulsos digitales, a travs de conductores

metlicos o fibras pticas, se pueden emplear las modulaciones PAM, PPM, PDM yPCM.

En la siguiente tabla podemos observar las diferentes formas de modulacin de unaseal de informacin, con todas las combinaciones posibles en funcin del carcter

analgico o digital de la seal moduladora y portadora

SEAL MODULANTE

Analgica Digital

AM ASK Amplitud

FM FSK Frecuencia

PM PSK(2,4,8,16 fases)

DPSK

Fase

XXXX QAM(4, 8, 16, 32, 64)

Combinacinfase y amplitud

Ana

logica

PAM XXXX Amplitud

PPM XXXX Posicin

PDM XXXX duracin

PCM XXXX Codificacin dePulsos uniformes

Digital

Var

iables

a

mod

ificar

PORTADORA

Modulaciones de seales analgicas sobre portadoras analgicasEste tipo de modulaciones son las que se emplean en casi todas las radiocomunicaciones

comerciales, uso en seguridad, uso civil, aficionados y transmisiones por TV analgica.

Como medio de transmisin, se utiliza el espacio exterior empleando el espectro

electromagntico, en las bandas MF, HF, VHF y UHF. Histricamente, la modulacin


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en amplitud, fue el primer procedimiento de modulacin para transmitir informacin de

voz y msica; posteriormente le siguieron las modulaciones FM y PM.

Modulacin en amplitud AMEn este tipo de modulacin, la seal portadora es analgica (senoidal) y la seal

modulante (la informacin) tambin es analgica; la resultante, o sea la seal moduladaes analgica.

La informacin analgica se incorpora a la seal portadora como una variacin de

amplitud de esta ltima, generando la seal modulada, que es la que se transmite a

travs de espectro electromagntico. Aplicaciones para este tipo de modulacin se

encuentran en las transmisiones comerciales de radiodifusin, aficionados, equipos fijos

y mviles terrestres martimos y aeronutico, en frecuencias medias (FM) y altas (HF).

Tambin se lo emplea en las transmisiones BLU por onda portadora en lneas de alta

tensin elctrica, en las bandas LF y MF (hasta 500 Khz). En las transmisiones de

televisin comercial analgica (en VHF y UHF), se emplea este tipo de modulacin

(AM, banda lateral vestigial), para transmitir la seal de video.

Modulacin en frecuencia FMLa seal portadora es analgica, la seal modulante tambin es analgica. La resultante

despus de la modulacin, o sea la seal modulada, resulta analgica.

La informacin analgica se incorpora a la seal portadora como una variacin

proporcional de frecuencia, de la frecuencia central o de reposo de esta ltima,

generando la seal modulada, que es la que se transmite a travs de espectro

electromagntico.

Este tipo de modulacin se lo utiliza generalmente a partir de la banda de frecuencias

VHF en adelante, en las transmisiones de radiodifusin comercial, aficionados, equipos

fijos y mviles terrestres aeronuticos y martimos. La seal de audio de lastransmisiones de la TV comercial, en nuestro pais, se incorpora a la seal compuesta de

transmisin como una subportadora, modulada en FM

Modulacin en fase PMLa seal portadora es analgica, la seal modulante tambin es analgica. La resultante

despus de la modulacin, o sea la seal modulada, resulta analgica.

La informacin analgica se incorpora a la seal portadora como una variacin

proporcional de fase, respecto de la fase inicial o de reposo de esta ltima, generando la

seal modulada, que es la que se transmite a travs de espectro electromagntico. La

modulacin en fase PM, es un mtodo indirecto de modulacin en frecuencia FM.

Modulaciones de seales digitales sobre portadoras analgicasLas modulaciones digitales, se utilizan para transmitir informacin digital binaria, a

travs del espectro electromagntico (radio digital). Los transceptores (transmisor-

receptor) que utilizan las tcnicas FSK, PSK, QAM, y DPSK, de modulacin digital,

tienen muchas aplicaciones en los sistemas de radio y satlite, con frecuencias de

portadora, desde decenas de megahertz hasta varios gigahertz. Tambin se los utiliza en

los mdems de datos de banda de voz, con frecuencias de portadora entre 300 y 3000

Hz. Los mdems de datos son interfaces entre un equipo digital (por ejemplo

computadora) y un medio o canal de comunicaciones analgico (lnea telefnica). Del

lado del transmisor, convierten los pulsos digitales a una forma mas adecuada

(analgica) para su transmisin; del lado del receptor realizan el proceso inverso.


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En los mtodos de modulacin digital, la seal modulante es digital y la seal portadora

siempre es analgica. El resultado de la modulacin digital altera los parmetros

amplitud, frecuencia o fase de la seal portadora en funcin de los datos entrantes al

modulador (ceros y unos). Se puede decir que la seal modulada resulta digital, dada

las variaciones instantneas de estos parmetros al modularse con valores discretos de

la seal modulante; en la prctica, la seal modulada se mantiene analgica (no seinterrumpe, salvo el mtodo ASK)

Modulacin digital en amplitud ASKEn este mtodo de modulacin, la seal portadora es analgica (senoidal), la seal

modulante es digital. La seal modulada resulta digital. En las transmisiones con uno de

los valores lgicos, por ejemplo el 1lgico tenemos la seal portadora; con el otro

valor 0 lgico, tenemos ausencia de la portadora. Este mtodo se utiliz en los

comienzos de las transmisiones por radiodifusin, mediante el uso del telgrafo, con la

aplicacin del cdigo Morse. ASK es sensible a cambios repentinos de la ganancia,

adems resulta una tcnica de modulacin ineficaz, para transmisiones por el espacioexterior.

La tcnica ASK se utiliza eficientemente para la transmisin de datos digitales en fibras

pticas.

Modulacin digital en frecuencia FSKEn este mtodo de modulacin, la seal portadora es analgica y la seal modulante es

digital binaria La informacin digital (unos y ceros lgicos), se incorporan en la seal

portadora como una variacin de frecuencia, generando la seal modulada. Se emplea

ste tipo de modulacin en transmisiones por radiofrecuencia y en los medios de

transmisin por telefona clsica.

Modulacin digital en fase PSKEste mtodo de modulacin, tiene aplicaciones en las transmisiones por radio digital o

sea transmisin de informacin digital binaria por radiofrecuencia. La seal portadora es

analgica, la seal modulante es digital. La informacin digital binaria se incorpora

como una variacin de la fase de la seal portadora; de esta forma la seal modulada

resulta digital. Para este mtodo de modulacin, tenemos varios sistemas que se

diferencian fundamentalmente en las diferentes fases instantneas que toma la seal

modulada, para los diferentes valores binarios que toma la informacin binaria. La

velocidad de transmisin (en bits/seg. baudios) resulta diferente, en estos mtodos de

transmisin. Estos diferentes mtodos de modificacin de la FESE instantnea de la

seal portadora, se denominan: BPSK (dos fases), QPSK (cuatro fases), 8-PSK (ochofases), 16-PSK (diecisis fases).

Modulacin digital combinada en amplitud y fase QAM ( amplitud en cuadratura)En este mtodo de modulacin, la seal portadora es analgica, la seal modulante es

digital, y la seal modulada resulta digital. La modulacin en amplitud en cuadratura

(QAM), es una forma de modulacin digital en donde la informacin digital esta

contenida en la seal modulada, tanto en la modificacin de amplitud como en la fase.

Para este sistema de modulacin digital, tenemos varios mtodos que se diferencian en

los valores instantneos de amplitud y fase que toma la seal modulada en funcin de

los valores binarios de la informacin, esto ltimo se traduce en diferentes velocidades

de transmisin para transmitir la informacin binaria. Estos diferentes mtodos sedenominan 4-QAM, 8-QAM, 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM.


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Modulacin digital por desplazamiento de fase diferencial DPSKEn este mtodo de modulacin, la seal portadora es analgica, la seal modulante es

digital, y la seal modulada resulta digital. Es una forma alterna de modulacin digital

por fase, en donde la informacin binaria esta contenida en la diferencia entre dos

elementos sucesivos de sealizacin, en lugar de la fase absoluta.

Modulaciones de seales de informacin sobre portadoras digitales (Modulacinde pulsos)Este tipo de modulacin se emplea para la transmisin digital, mediante pulsos

elctricos, de informacin entre dos puntos en un sistema de comunicacin. En este tipo

de transmisiones, los pulsos estn contenidos dentro de un medio fsico un par de

alambres metlicos, un cable coaxial, o un vnculo de fibras pticas. La informacin de

la fuente original puede presentarse como analgica o digital (no es frecuente esta

ltima). Para las seales analgicas, previo a la transmisin, deben convertirse a pulsos

digitales; en el receptor, nuevamente se convierten a la forma analgica.

La modulacin de pulsos alcanza dos tcnicas fundamentales: La modulacin analgicade pulsos (con las modulaciones de amplitud PAM, posicin PPM, duracin PDM) y la

modulacin codificada de pulsos PCM. La tcnica PAM, raramente se la utiliza como

medio directo para transmitir informacin, sino como una forma intermedia de

modulacin en los mtodos PSK, QAM y PCM. Las modulaciones PPM y PDM se usan

en los sistemas de comunicaciones, de propsitos especiales (usos en aplicaciones

militares), ocasionalmente en aplicaciones comerciales.

El mtodo PCM (codificacin de pulsos), es el ms utilizado como modulacin de

pulsos, prevaleciendo ampliamente sobre los otros. Es la nica de las tcnicas de

modulacin de pulsos que se utiliza en los sistemas de transmisin digital.

Detallemos brevemente a continuacin, las caractersticas ms notables de estos

mtodos de modulacin:

Modulacin de pulsos por amplitud PAMLa seal portadora es digital, en forma de pulsos elctricos de frecuencia, ancho y

amplitud constantes. La seal modulante es analgica y la seal modulada resulta

digital. La informacin se incorpora a la seal portadora como una variacin de

amplitud de los pulsos transmitidos.

Modulacin de pulsos por posicin PPMLa seal portadora es digital, en forma de pulsos elctricos de frecuencia, ancho y


digital. La informacin se incorpora a la seal portadora como un desplazamientorelativo de los pulsos proporcionalmente a la amplitud de la informacin.

Modulacin de pulsos por duracin PDMLa seal portadora es digital, en forma de pulsos elctricos de frecuencia, ancho y


digital. La informacin se incorpora a la seal portadora como una variacin del ancho

(duracin) de los pulsos, proporcionalmente a la amplitud de la seal de informacin.

Modulacin codificada de pulsos PCMEste mtodo se utiliza para transmitir informacin analgica en los sistemas de

transmisin digitales. En realidad, podemos decir que PCM no es una tcnica demodulacin, sino ms bien un procesamiento de la informacin analgica que la


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convierte en digital, para su posterior transmisin. Esta tcnica no es exclusiva

solamente de los sistemas de transmisin, sino que tambin se la utiliza como medio de

procesamiento (en la industria) de seales analgicas para medicin y control por

mtodos digitales (computadoras). La tcnica consiste en convertir la variacin de la

amplitud de la seal analgica a una combinacin de conjuntos uniforme de pulsos

(bits), codificados en su representacin binaria (ceros y unos).

Mtodos de transmisin en banda baseUn ejemplo de transmisin en banda base analgica lo tenemos en la telefona clsica

local, para distancias reducidas, y tambin en sistemas telefnicos entre oficinas o

intercomunicadores. En estos casos, la lnea bifilar de transmisin se la alimenta con

voltaje continuo y sobre este voltaje se superpone la seal de banda base de audio,

normalmente restringida a un ancho de banda de 3 khz.

Para los sistemas de transmisin de datos digitales en banda base, tenemos varias

formas, para transmitir clasificando a las seales digitales en unipolares positiva o

negativa, polares y bipolares. Las seales digitales (0 y 1 lgico) se las codifica dediversas maneras siendo los mtodos mas usados los siguientes: NRZ, RZ,Codificacin diferencial, Cdigo Manchester, Cdigo Manchester diferencial yCdigo HDB3. Mas adelante trataremos en detalle estos mtodos de codificacin enbanda base.

ANALISIS DE LOS DIVERSOS METODOS DE TRANSMISION

Transmisiones de seales analgicas con datos analgicosEste tipo de transmisin comprende la modulacin de amplitud (AM) y la denominada

modulacin exponencial. En la modulacin exponencial, tenemos dos mtodos: la

modulacin en frecuencia (FM), y la modulacin en fase (PM).

Modulacin de Amplitud - AMEste es un caso de modulacin donde tanto las seales de transmisin como las

seales de datos son analgicas. Un modulador AM es un dispositivo con dos seales de

entrada, una seal portadora de amplitud y frecuencia constante, y la seal de

informacin o moduladora. El parmetro de la seal portadora que es modificado por la

seal moduladora, es la amplitud.


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Seal Moduladora (Datos)

Seal Portadora

Seal Modulada

Consideremos que la expresin matemtica de la seal portadora est dada por

(1) vp(t) = Vp sen(2 fp t)

Donde Vp es el valor pico de la seal portadora y fp es la frecuencia de la seal

portadora.

De manera similar podemos expresar matemticamente a la seal moduladora

(2) vm(t) = Vm sen(2 fm t)

Siendo Vm el valor pico de la seal moduladora y fm su frecuencia.


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La seal modulada tendr una amplitud que ser igual al valor pico de la seal portadora

ms el valor instantneo de la seal modulada.

(3) v(t) = ( Vp + vm(t) )sen(2 fp t)

v(t) = ( Vp + Vm sen(2 fm t) )sen(2 fp t)

Luego sacando Vp como factor comn

(4)

Se denomina ndice de modulacin a la relacin:

Reemplazando m en (4)

Operando

(5)

Recordando la relacin trigonomtrica

Aplicamos esta entidad a la ecuacin (5)

(6)

La expresin (6) corresponde a la seal modulada en amplitud.

Si al ndice de modulacin se lo expresa en porcentaje se obtiene el porcentaje de

modulacin


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M puede variar de 0% a 100% sin que exista distorsin, si se permite que el porcentaje

de modulacin se incremente ms all del 100% se producir distorsin por sobre-

modulacin, lo cul da lugar a la presencia de seales de frecuencias no deseadas.

M < 100%

M = 100%

M > 100%


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En la ecuacin (6), que describe a una seal modulada en amplitud, se observa que tiene

tres trminos. El primero de ellos corresponde a una seal cuya frecuencia es la de la

portadora, mientras que el segundo corresponde a una seal cuya frecuencia es

diferencia entre portadora y moduladora y el tercero a una frecuencia suma de las

frecuencias de la portadora y moduladora. Todo este conjunto da lugar a un espectro de

frecuencias de las siguientes caractersticas.

Donde

fp - fm: frecuencia lateral inferior

fp + fm: frecuencia lateral superior

Debido a que en general una seal analgica moduladora no es senoidal pura, sino que

tiene una forma cualquiera, a la misma la podemos desarrollar en serie de Fourier y ello

da lugar a que dicha seal est compuesta por la suma de seales de diferentes

frecuencias. De acuerdo a ello, al modular no tendremos dos frecuencias laterales, sino

que tendremos dos conjuntos a los que se denomina banda lateral inferior y banda

lateral superior.

Por ejemplo, consideremos que la seal modulante esta compuesta por tres seales de

frecuencia fm1, fm2, fm3, con amplitudes Vm1, Vm2, Vm3,

Si modulamos a la seal portadora con esta seal compuesta, en la seal modulada se

presentaran varias componentes de frecuencia superior, segn muestra la siguiente

grafica:

Amplitudes

seal

modulante

fm1 fm2 fm3

f

Vm2

Vm3

Para estas seales, tendremos varios

ndices de modulacin parcial:

m1= k1. Vm1 / Vp, m2= k2. Vm2 / Vp,

m3= k3. Vm3 / Vp.

m3.Vp/2

m2.Vp/2

m1.Vp/2 m1.Vp/2

m2.Vp/2

m3.Vp/2

Amplitudes

seal

modulada

Frecuencia

fp fp1fp2 fp3fp4 fp5fp6

Vm1

Vp fp =frecuencia portadora

fp1 = fp + fm1fp2 = fp fm1

fp3 = fp + fm2

fp4 = fp fm2

fp5 = fp + fm3

fp6 = fp fm3


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Como vemos aparece un grupo de frecuencias por encima de fp, denominado bandalateral superior y un grupo de frecuencias por debajo de fp, denominado bandalateral inferior. Como la informacin est contenida en la seal moduladora, seobserva que en la transmisin dicha informacin se encontrar contenida en estas

bandas laterales, significando entonces que se hace necesario un determinado ancho de

banda para la transmisin de la informacin.Como ejemplo, consideremos el sistema de radiodifusin comercial que transmite en

modulacin de amplitud AM, en la banda de frecuencias asignada entre 530 Khz. y

1600 Khz., (por ejemplo LT9 AM transmite con frecuencia de portadora de 1020 Khz.)

Para estas emisiones de voz y msica, cuya seal original de audio comprenden una

banda base con frecuencias de hasta 20 Khz., se la restringe, para su transmisin, a una

banda base solamente de 5 Khz. Las frecuencias laterales de la seal portadora, a la

salida del modulador, estarn comprendidas por seales elctricas con frecuencias entre

fp+5 Khz. y fp- 5 Khz. las bandas laterales superior e inferior, tendrn un ancho de

banda de 5 Khz.

Distribucin de potencias de la seal modulada en Am

La potencia promedio que entrega el modulador a la resistencia de carga (antena) es

proporcional al cuadrado de los valores eficaces de las componentes de la seal

modulada:

Amplitudes

seal

modulada

Frecuencia

fp: frecuencia

seal portadora

1015 Khz. 1020 Khz. 1025 Khz.

Amplitudes

seal

modulante

Frecuencia

0 Hz 5 Khz

Modulador

Potencia seal

portadora

Potencia seal

modulante

Potencia seal

modulada

Antena


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Pp (potencia de portadora) = (Vp/2)2/RL = Vp2/2.RL

PBS (potencia banda lateral superior) = ((m/2).(Vp/22))2/RL = m2.Vp2/8.RL

PBI (potencia banda lateral inferior) = ((m/2).(Vp/22))2/RL = m2.Vp2/8.RL

Siendo Vp, la mxima amplitud (voltaje pico) de la seal portadora

Si tenemos modulacin 100%, o sea m=1, entonces se verifica:

Pp/( PBS + PBI) = 2/m2 = 2

Pp = 2.( PBS + PBI)

Cuando tenemos modulacin 100% (m=1), la potencia de la seal portadora, a la salida

del modulador es igual al doble de la suma de las potencias de las bandas laterales

superior e inferior.

Ntese que la informacin solamente esta contenida en las frecuencias de las bandas

laterales y no en la frecuencia de la portadora.

La potencia total promedio sobre la carga RL vale:

PT = PP + PBS + PBI. = ((VP)2/2.RL).(1+(m

2/2)) = PP.(1+(m

2/2))

Para m= 1 la potencia total resulta respecto a la potencia de la portadora:

PT = 1,5.PP

Si PP = 100 W, resulta PT = 150 W.

El porcentaje de aporte a la potencia total de la seal modulada resulta:

PT(100%) = PP(66,66%) + PBS(16,66%) + PBI(16,66%).

ProblemaDeterminar la potencia entregada a una carga RL = 10 por una seal modulada en

AM con un ndice de modulacin m=1(100%), para un voltaje pico de la sealportadora VP =10 Volt.

Datos:

RL = 10 m= 1

Vp = 10 Volt.

PT = PP + PBS + PBI. = ((VP)2/2.RL).(1+(m

2/2)) = PP.(1+(m

2/2)) = 7,5 W

Pp = (Vp/2)2/RL = Vp2/2.RL= 5 W

PBS = PBI = ((m/2).(Vp/22))2/RL = m2.Vp2/8.RL = 1,25 W


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Esquema simplificado en bloques de un transmisor AM en bajo nivel

La figura anterior muestra el esquema simplificado de los distinto bloques funcionales

de un transmisor de de AM en bajo nivel. En el bloque (1), se genera la seal portadora,

mediante un oscilador senoidal, en la frecuencia de transmisin asignada. Se exige,

requerimientos estrictos sobre la exactitud y estabilidad en el tiempo, de la frecuencia

generada; por lo tanto, los osciladores controlados por cristal son los circuitos mas

utilizados. El amplificador separador (2) denominado tambin bfer, es un amplificador

lineal de alta impedancia de entrada y baja ganancia; su funcin es aislar las oscilador

de los amplificadores de alta potencia, proporcionando una carga relativamenteconstante al oscilador, evitando la ocurrencia de posibles variaciones de corto tiempo en

la frecuencia de portadora. Suelen utilizarse configuraciones de colector comn

(seguidor por emisor), o amplificadores operacionales en circuitos integrados. El

amplificador excitador de la portadora (3) amplifica el nivel de voltaje de la seal de

portadora al valor adecuado para su modulacin. La fuente de seal modulante (4) es un

transductor acstico, como un micrfono, cinta magntica, disco digital o memoria

digital; Las seales digitales de estos dos ltimos, deben convertirse a seales

analgicas, previas a su transmisin. El preamplificador (5) tiene la funcin de levantar

el nivel de la seal de informacin con la mnima cantidad de distorsin no lineal y

ruido trmico posible. Normalmente es un amplificador lineal clase A sensible, con alta

impedancia de entrada. Generalmente previo a la entrada a este preamplificador suelehaber una etapa mezcladora de las distintas seales a transmitir, con control de volumen

y tonos. El amplificador de la seal modulante (6), es un controlador de modulacin y

trabaja como amplificador lineal, amplificando la seal modulante a un nivel adecuado

para controlar adecuadamente al modulador. El modulador (7) suelen generar la

modulacin por emisor o colector. Los amplificadores de potencia intermedio (8) y final

(9) de la seal modulada, a la frecuencia de transmisin, son de clase A clase B en

contrafase (push-pull). Esto es necesario en los transmisores para mantener la simetra

en la envolvente de AM. La red de acoplamiento de la antena (10) acopla la impedancia

de salida del amplificador de potencia final a la lnea de transmisin y antena.

Los transmisores de bajo nivel, se emplean para transmisiones de bajo nivel tales como

intercomunicadores inalmbricos, unidades de control remoto, radiotelfonos, etc.

Amplificador

exitador de laportadora

(3)

Amplificador

separador

(2)

Oscilador

de laportadora de

RF (1)

Modulador

(7)

Amplificador

excitador dela seal (6)modulante

Preamplifica

dor de laseal (5)modulante

Fuente de la

seal (4)modulante

(Informacin)

Amplificador

de potencia

intermedia

lineal (8)

Amplificador

de potencia

final

(9)

Red de (10)acoplamiento

Antena


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La tecnologa de los circuitos integrados, suministran circuitos multifuncin (por

ejemplo el XR 2206 y otros) que pueden realiza en un solo chips, varias de las

funciones necesarias y mencionadas, en un transmisor (oscilador, modulador, etc.).

Transmisores que modulan en alto nivel de potencia

La figura anterior muestra el diagrama en bloques para un transmisor AM, doble banda

lateral que modula en alto nivel. La seal modulante se procesa de la misma forma que

el transmisor de bajo nivel, salvo la adicin de un amplificador de potencia. En estos

transmisores, la potencia de la seal modulante debe ser considerablemente mas alta queen los de bajo nivel. Esto se debe a que la portadora esta a su potencia total en el punto

donde la modulacin en el transmisor y consecuentemente se requiere una seal

modulante de alta amplitud para que produzca el 100% de modulacin.

El oscilador de portadora RF, el amplificador separador y el excitador de la portadora

son esencialmente similares a los de bajo nivel. Sin embargo la seal de portadora sufre

una amplificacin de potencia adicional antes de llegar a la etapa de modulacin. Por

otra parte el amplificador final de potencia, tambin es el modulador. Por lo tanto, esta

ultima etapa debe tener muy buen rendimiento, por lo que normalmente son

amplificadores que trabajen en clase C modulados en drenado (T. mosfet), placa

(vlvula) o colector (T. bipolar).

En los transmisores de alto nivel, el circuito modulador debe cumplir tres funcionesesenciales que son las de amplificador final de potencia (clase C para eficiencia),

modulador y adaptador de la impedancia, para que toda la potencia til se propague al

espacio exterior, a travs de la antena. Se dice que el amplificador final de potencia es

un convertidor ascendente en frecuencia dado que la seal de informacin (de baja

frecuencia) se puede irradiar en alta frecuencia (RF) eficientemente, por medio de la

antena, al espacio exterior.

Los transmisores que modulan en alto nivel en AM y doble banda lateral, son utilizados

normalmente para las transmisiones de radio frecuencia comercial, con potencias de

salida en antena desde 1 Kw. hasta 500 Kw.

Amplificadorde potencia

de la seal

portadora

Amplificadorseparador

(bfer)

Osciladorde la

portadora de

RF

Modulador y

amplificador

de potencia

AM en salida

Amplificador

de potencia

de la seal

modulante

Preamplifica

dor de la

seal

modulante

Fuente de la

seal

modulante

(Informacin)

Controlador

para el

amplificador

de modulac.

Red de

acoplamiento

Antena

Controladordel nivel de

portadora


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Los receptores para las transmisiones en amplitud modulada

Circuito bsico elemental

La figura nos muestra el circuito ms elemental para captar emisiones de

radiofrecuencia en amplitud modulada. La antena receptora capta todas las seales

elctricas del medio en mayor o menor grado segn se aproxime su longitud a la

longitud de onda de la seal y segn la proximidad de la estacin emisora. De todas las

emisoras captadas, la que coincida en frecuencia con la de resonancia del circuito

paralelo LC (denominado circuito tanque), encontrara en sus extremos la mxima

impedancia y por lo tanto har aparecer la mxima seal. El resto de las seales, por

encima y por debajo de la frecuencia de resonancia, se atenuarn. Decimos entonces que

el receptor sintoniza a la frecuencia:

f = fr. = 1/ (2.L.C)La seal seleccionada (sintonizada) pasa al demodulador que esta formado por eldiodo D (detector de pico de Germanio) y un filtro pasabajo constituido por el

capacitor C1 y la resistencia de los auriculares R1. Este demodulador bsico, se encarga

de realizar la funcin inversa a la del modulador, o sea la transferencia de la

informacin, desde el espectro de radiofrecuencias de la portadora, a las frecuencias de

la banda base de la informacin. El capacitor C1 se carga durante los semiciclos

positivos prcticamente al valor de amplitud de la seal modulada a travs del diodo;

cuando este ultimo deja de conducir (ve < vo), C1 se descarga a travs de la resistencia

del auricular R1. De esta forma, el voltaje en C1 y R1 sigue prcticamente al valor de la

mxima amplitud (envolvente) de la seal modulada, que resulta la informacin en su

frecuencia base. En el auricular, de este circuito bsico, las vibraciones elctricas de laseal base (informacin de audio), se transforman en vibraciones acsticas.

Antena

Auriculares

de resistencia

de carbn R1

|Z|

f

fr: frecuencia de

resonancia delcircuito paralelo

LC

fr

tt

seal

modulada de

RF

ve seal

demodulada

(informacin)

vo


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Desde el punto de vista del anlisis de seales, en el diodo se produce una mezcla no

lineal cuando dos o ms seales se aplican a su entrada. Por lo tanto la salida contiene

las frecuencias de entradas originales, sus armnicas y sus productos cruzados (sumas y

diferencias de las frecuencias originales).

Vsalida = frecuencias de entrada + armnicas + sumas + diferencias

Como esta seal compuesta pasa por el filtro pasabajos, formado por C1, R1, solamentelas seales diferencias pasan al auricular (seal de audio).

Por ejemplo si consideramos una seal de portadora fo= 1020 Khz modulada por una

frecuencia de audio fa = 3Khz, a la salida del modulador tendremos tres frecuencias a

saber:

fo= 1020 Khz

fo + fa = 1023 Khz

fo fa = 1017 Khz

Al introducir estas frecuencias en el demodulador, tendremos en su salida:

1020 1017 = 3 Khz

1023 1020 = 3 Khz1023 1017 = 6 Khz

Como las bandas laterales de 1017 y 1023 Khz son de menor amplitud respecto a la

portadora, la seal de 6 Khz es bastante menor que la correspondiente a 3 Khz, por lo

tanto a la salida del demodulador, la seal de salida de 3 khz es la predominante, o sea

la seal modulante en el transmisor (la seal de banda base).

Este receptor bsico, solamente funciona con seales fuertes, de emisoras locales.

El receptor sintonizado a radiofrecuenciaLa necesidad de captacin de seales dbiles, provenientes de transmisores alejados,

como la posibilidad tambin de seleccionar distintas emisoras de radio, condujeron a

una mejorar las caractersticas de los receptores de radiofrecuencia. Para ello, seoptimiz la sensibilidad (captacin de seales dbiles) y la selectividad (poder de

seleccin de distintas seales separadamente), recurriendo a los amplificadores

electrnicos sintonizados, como se muestra en el siguiente esquema de bloques:

La sensibilidad y la selectividad se mejoraron aplicando varias etapas amplificadoras,

acopladas en cascada, con circuitos resonantes LC. El acoplamiento en cascada con

circuitos resonantes mejoraron notablemente la selectividad, hacindola ms aguda,segn muestra el grafico:

C1

Amplificador

radiofrecuencia

Amplificador

radiofrecuencia

Detector de

audio

(demodulador)

Amplificador

de audio

L1 C1 L2 C2 L3 C3

C4

Antena

Parlante

Seal de radiofrecuencia


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En estos receptores, para lograr sintonizar una emisora de radio era necesario modificar

los valores de los capacitores C1, C2, C3. De esta forma, se modificaba la frecuencia de

resonancia de los acoplamientos. Esta modificacin se deba hacer simultneamente, en

los tres capacitores, mediante un acoplamiento mecnico entre ellos. Se utilizabancapacitores variables por desplazamiento de reas enfrentadas, unidas a un mismo eje.

Este mtodo de sintonizacin, adoleca de varios inconvenientes, dado que era difcil

lograr la sintona en cascada para todas las frecuencias. Adems la antena poda captar

la seal amplificada de algunas de las etapas de radiofrecuencia y el sistema puede

comenzaba a oscilar (realimentacin positiva). Este mtodo de recepcin, se lo utilizo

hasta el ao 1937, siendo reemplazado por el denominado receptor superheterodino.

Esquema en bloques del receptor superheterodino

Av

Frecuencia

Sintona en la 1 etapa



Frecuencia de resonancia

o frecuencia central de

sintona

fr

Amplificador

radiofrecuencia

(frf) Mezclador

Oscilador

local

(flo)

C2

L1 C1

Antena

Amplificador

de frecuencia

intermedia

varias etapas

Detector de

audio

C4

L2

C3L3

Amplificador

de audio

Parlante

Seccin de

radiofrecuenciaPreselector

Seccin de

frecuencia

intermediaFiltro

FI

Seccin mezcladora

o conversora

Seccin de audio Seccin

demoduladora

Eliminacin

componente

CC


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La palabra heterodino, significa mezclar dos seales de distintas frecuencias en undispositivo de caractersticas no lineales, o tambin trasladar una frecuencia a otra, a

travs de un dispositivo no lineal.

En el receptor superheterodino, la seal que se quiere captar (sintonizar), se la

selecciona mediante un preselector (circuito tanque L1C1 o un circuito PLL), luego se

la amplifica en su frecuencia original, con un amplificador de radiofrecuencia. Estaetapa de amplificacin, en receptores comunes comerciales no se emplea, la seal

sintonizada, se la amplifica y convierte en frecuencia, en el circuito conversor. La

conversin en frecuencia de la seal sintonizada se logra mediante la mezcla, en un

circuito mezclador, con una seal generada localmente por un oscilador de frecuencia

variable. Cuando la mezcla de frecuencias se realiza en el propio circuito oscilador, el

conjunto oscilador mezclador se denomina conversor.

La frecuencia que se genera en la salida del mezclador o conversor, esta determinada

por una relacin fija, con la que se sintoniza en el preselector. Esto se logra variando al

mismo tiempo (mediante acople mecnico en los viejos receptores) los capacitores C1 y

C2. En la salida de la etapa mezcladora tendremos varias seales con frecuenciasflo(oscilador local), frf(seal sintonizada), flo frf, y otras mas. De todas ellas se

selecciona (mediante un filtro FI), la diferencia flo - frf= fi, denominada frecuenciaintermedia FI. En los receptores, para radiodifusin comercial en AM, el valor de lafrecuencia intermedia esta fijado en fi = 455 Khz.La seccin de FI, esta formada por varias etapas amplificadoras que estn acopladas

mediante circuitos sintonizados a la frecuencia intermedia fif. La salida de esta seccin

de FI pasa por un demodulador (clsico detector de picos con diodo), encargada de

rescatar la informacin de audio. La seal remodulada luego pasa por los amplificadores

de audiofrecuencias y finalmente al parlante.

De esta forma, cualquier seal que se desea recibir, es trasladada a una frecuencia

inferior de valor fijo, denominada frecuencia intermedia. Al mantenerse constanteesta frecuencia intermedia, para todas las seales sintonizadas, es posible elaborar un

amplificador de gran refinamiento, para lograr la ganancia necesaria y con el adecuado

ancho de banda. Estas caractersticas del amplificador de FI se van a mantener todo lo

largo de la banda de sintona. Otra ventaja, es que la FI de alto nivel, en las ltimas

etapas, no podr introducirse a travs de la antena del receptor, ya que el preselector

esta sintonizado a otra frecuencia.

Caractersticas generales de los receptores de radiofrecuencias

SensibilidadEste parmetro, hace referencia a la capacidad del receptor para sintonizar sealesdbiles con legibilidad. En receptores de AM, un valor tpico es 50 V. La etapacircuital que predomina sobre la sensibilidad es la 1 etapa de amplificacin, o sea el

amplificador de radiofrecuencia. Por ello, las caractersticas deseables que debe tener

esta etapa son: Generar poco ruido trmico, bajo ndice de ruido, ganancia moderada a

alta, baja intermodulacin y distorsin de armnicas (operacin lineal), selectividad

moderada, y alta relacin de rechazo de la frecuencia intermedia.

Cabe destacar que en los receptores comerciales, de baja sensibilidad (baratos), no

disponen de amplificador de radiofrecuencia, con lo cual las caractersticas de

sensibilidad recaen sobre la etapa conversora.


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SelectividadEs la capacidad de un receptor para discriminar la seal deseada, de otra prxima a

aquella. La etapa que define esta caracteristica esta dada fundamentalmente por el

preselector y la etapa conversora.

EstabilidadEs la capacidad de mantener constante en el tiempo una frecuencia sintonizada

ArrastreCaracterstica propia de los receptores superheterodinos que hace referencia a la

desintonia entre la seal sintonizada por el receptor y la frecuencia de resonancia del

circuito de entrada.

Frecuencia imagenPara cada frecuencia sintonizada y convertida a frecuencia intermedia, tendremos una

frecuencia imagen( f

rfi),

que si llegara a la etapa mezcladora, tambin podraconvertirse a frecuencia intermedia, mediante la diferencia frfi - fLo , provocando lasuperposicin de informacin.

frfi : frecuencia imagenfrf: frecuencia sintonizadafLo: frecuencia del oscilador localfi: frecuencia intermediaPara determinar el valor de la frecuencia imagen para cada frecuencia en particular

sintonizada, procedemos de la siguiente forma:

frfi - fLo = fifLo - frf = fi

------------------ sumamos ambas igualdades:frfi - frf = 2fi ; despejando la frecuencia intermedia resulta:frfi = frf + 2.fi

Rechazo de la frecuencia imagenHace referencia a la capacidad del receptor a rechazar a la frecuencia imagen ( frfi ).La etapa preselectora, es la encargada de rechazar la frecuencia imagen.

Rechazo a la frecuencia intermediaEs la capacidad de los receptores para rechazar la frecuencia intermedia, evitando su

ingreso al amplificador de FI para evitar las oscilaciones.

EjemploSi consideramos una radioemisora que transmite con una frecuencia de portadora en

1020 Khz. en doble banda lateral, con una informacin de audio limitada a una banda

base de 5 Khz, los limites superiores e inferiores de la seal modulada comprendern

1025 Khz y 1015 Khz. Respectivamente. Cuando un receptor sintoniza esta seal, y con

una fi= 455 Khz, el oscilador local deber oscilar a fLo = 455 + 1020 = 1475 Khz. En elmezclador, al mezclarse (diferencia) la seal sintonizada (1020 Khz), con la del

oscilador local (1475 Khz) , obtendremos la frecuencia intermedia (455 khz). Cabe

destacar, que esta frecuencia intermedia es seleccionada, a la salida del mezclador, por

los circuitos sintonizados de la entrada a los amplificadores de frecuencia intermedia,

Estos ltimos, debern amplificar tanto la banda lateral superior como la inferior de la

seal sintonizada y convertida a frecuencia intermedia (450 Khz a 460 Khz).


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El circuito preselector de entrada, deber rechazar la frecuencia intermedia fi= 455 Khz.y la frecuencia imagen, para la seal sintonizada, que para este caso vale:

frfi = frf + 2.fi = 1020 + 2 . 455= 1930 Khz

Control de ganancia en los receptores (AGC)Dado los diferentes niveles de radiofrecuencia captados en las antenas de los receptores,desde los microvoltios a milivoltios, se hace necesario controlar la ganancia de

amplificacin en RF. Para ello se aprovecha la componente de cc a la salida del

demodulador, cuyo valor es funcin del valor promedio la seal de radiofrecuencia

modulada previa al demodulador. Con este voltaje de continua, se modifica el punto de

polarizacion del amplificador de radiofrecuencia o los de FI, para modificar su ganancia

y con ello emparejar los niveles de la seal de informacin entre las distintas emisiones

de radio. Existen otros mtodos mas sofisticados para controlar el nivel de la seal de

radiofrecuencia previa al demodulador como al AGC retardado y el AGC seguidor.

Circuito de silenciamiento (Squelch)El propsito de este circuito es silenciar e

Apendice1 Comunicaciones Electronicas Analogicas

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