Práctica 3: Transmisor y receptor FM

Práctica 3: Transmisor y receptor FM
3.1 Introducción
En esta práctica se trabajará con un transmisor de baja potencia y un receptor FM.
Estos sistemas estarán basados en los integrados de MOTOROLA MC2833P (precio ≈ 250
ptas.) y un receptor estándar. Dicho integrado tiene un uso muy extendido en teléfonos
inalámbricos.
3.1.1 MC2833
El circuito MC2833, cuyo diagrama de bloques se muestra en la figura anterior,
produce una señal FM mediante una reactancia variable con la tensión de entrada. El
conjunto formado por la reactancia variable, y la combinación en serie de una bobina, Lt,
(para una frecuencia de funcionamiento de 10.7 MHz, Lt ∼ 5 µH) y un cristal (conectados
entre los terminales 1 y 16) modifica la frecuencia del oscilador RF. Este oscilador es de tipo
Colpitts, por lo que es necesario conectar entre los terminales 16 y 15 un divisor de tensión
formado por dos condensadores (C6 conectado entre las patillas 16 y 15, y C7 entre la patilla
15 y tierra). Al igual que antes, valores orientativos para estos condensadores son C6 ∼ 56
pF y C7 ∼ 47 pF para una frecuencia de operación de 10,2 MHz. Naturalmente, estos valores
son aproximados y dependerán del tipo de cristal utilizado.
Como se ha comentado anteriormente, este circuito forma parte de muchos teléfonos
inalámbricos. Es por ello por los que incluye un amplificador para micrófonos dinámicos
(patillas 4 y 5). De todas formas, se puede acceder directamente a la reactancia variable a
través del pin 3 (entrada de modulación).
El circuito permite la generación directa de FM de hasta 60 MHz. A pesar de ello,
pueden obtenerse frecuencias más altas mediante multiplicación de frecuencias. La
multiplicación de frecuencias puede conseguirse mediante transistores cuyos terminales
(base, emisor y colector) están accesibles. Así, por ejemplo, con el buffer (accesible a través
del pin 14), el transistor Q2 (patillas 12, 13 y 14) y el transistor Q1 (patillas 7, 8 y 9) puede
doblarse o triplicarse la frecuencia de operación. Normalmente, el transistor Q1 opera como
amplificador lineal de salida (puede entregar hasta 10 dBm de potencia de salida).
El patillaje se muestra en la figura siguiente.
Desarrollo práctico
Debido a las características y frecuencia de trabajo del circuito, no es posible su
implementación en placas de prueba y hay que implementarlo en un circuito impreso, el cual
se le suministrará.
Adicionalmente, y para observar que el circuito es completamente funcional, es
necesario traer un receptor de FM estándar, para realizar la última parte de la práctica.
El Montaje realizado corresponde al siguiente esquema:
X1
L1
5uH
10,24 MHz
U1
1
Variable Reactance Output
RF Osc 1
Decoupling
RF Osc 2
Modulator Input
RF output
16
C6
56p
VCC
2
15
C1
C7
47p
R1
3.9n
3
0
200k
C2
C3
R2
0
1k
47p
3.9n
0
R6
C9
14
4
Mic Amp Output
Tr 2 Base
13
R3
470p C11
200k
5
IN
Mic Amp Input
Tr 2 Emitter
12
VCC
1u
R7
1k
2.7K
6
0
0
Gnd
Tr 2 collector
11
C12
220p
150
L3
7
Tr 1 Emitter
VCC
0.6uh (aprox)
10
R4
C5
C13
L4 C14
8
470p
0
Tr 1 Base
Tr 1 collector
470p
9
0.6uH
MC2833
0
C15
47p
220p
OUT
R5
C4
470k
47p
0
NOTA: Tenga en cuenta que solo hay un circuito impreso por puesto de trabajo
para todos los grupos. Por favor cuídelo al máximo para su mejor aprovechamiento.
Sigua las siguientes instrucciones y realice las medidas solicitadas.
1. Conecte la salida Out del circuito a una resistencia de 50 ohms y esta a la tierra de la
fuente de alimentación. De esta manera se evitará radiar cualquier señal generada por el
circuito al entorno.
2. Polarice el circuito a Vcc = +3V
3. Conecte a la entrada una señal de frecuencia 1 kHz y una amplitud a la salida del
amplificador (terminal 4 del CI) de 400 mV.
4. Examine el espectro a la salida del oscilador a 10 MHz (terminal 14 del CI)
•
Mida la relación de amplitud de la frecuencia fundamental al 2º y 3er armónico.
•
Razone la conveniencia o no de utilizar el tercer armónico de esa señal amplificado
linealmente en lugar de utilizar un triplicador de frecuencia.
5. Con la base de tiempos a 10 µs, mida la salida del terminal 11 (1er triplicador). Mida la
amplitud a 30 MHz. Mida la relación entre este armónico y los demás que aparecen en la
FFT (asegúrese que el ancho de banda del osciloscopio sea completo).
6. Poniendo la base de tiempos a 2 µs, mida la salida del 2º triplicador (terminal 9). Mida la
tensión del armónico a 30 MHz y 90 MHz.
7. Mida los armónicos a la salida de la antena. ¿Qué ocurre con los armónicos en relación a
lo medido en el terminal 9? En particular, ¿qué pasa con el armónico a 90 MHz? ¿por
que?
8. Con la base de tiempos a 20 ms y el ancho de banda del osciloscopio a 20 MHz, vea el
espectro de la señal a 10 MHz. Al hacer submuestreo se observa un alias de la señal a
4.40 kHz lo que permite verla con mucho más detalle. Compruebe que es de banda
estrecha. ¿Por qué aparece como una modulación AM? ¿Cuál es la distancia entre
armónicos?. Si la sensibilidad es de 10Hz/mV, ¿se cumple la condición de banda
estrecha?. Para verificarlo utilice la señal a la entrada de la reactancia variable.
9. Con la base de tiempos a 4 ms, observe en el osciloscopio la banda de los 40 kHz y verá
la réplica de la señal a 30 MHz. Compruebe que se ha triplicado el ancho de banda
(aunque el 3er armónico estará 30dB por debajo de la fundamental)
10. Con la base de tiempos a 4 ms se observará un alias de la señal a 90 MHz. Mida el ancho
de banda y compruebe que se ha vuelto a triplicar.
11. Repita las observaciones con una señal cuadrada de 1 KHz y describa los espectros. ¿En
qué se diferencian? Diga detalladamente por qué.
12. Llame al instructor para realizar esta parte de la práctica. Desconecte la resistencia de 50
Ohms del primer apartado. Sintonice el receptor de FM aproximadamente en 90 Mhz
hasta encontrar la señal generada por su emisor.
Nota: Tenga en cuenta que se está emitiendo en banda comercial, y su circuito
puede generar interferencias en la recepción de emisoras locales. Es por eso que se
necesita garantizar que se esté irradiando el menor tiempo posible. De igual
manera la presencia del instructor es solo para que un solo grupo este emitiendo al
mismo tiempo y evitar interferencias entre los distintos grupos.