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Práctica 9: Modulación y Demodulación de FM
Laboratorio de Comunicaciones I
Práctica 9
Modulación y Demodulación de FM
Número de Equipo:
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Objetivos:
Al finalizar la práctica usted será capaz de:
• Construir un circuito demodulador utilizando un circuito integrado PLL.
• Medir la frecuencia de carrera libre y el rango de cerradura del circuito
demodulador PLL (Phase Locked Loop).
• Generar una señal modulada en frecuencia.
• Emplear el PLL para demodular una señal de FM.
Equipo a Utilizar:
•
•
•
•
•
Fuente dual de bajo voltaje DC
Osciloscopio de doble trazo
Generador de función
Circuito integrado PLL 565
Circuito integrado VCO 566
Demodulación de Frecuencia Usando un Circuito de Fase
Cerraada (PLL)
La demodulación de FM puede ser llevada a cabo directamente, utilizando un circuito
de fase de lazo cerrado tal como se muestra en la Fig. 9-1. La frecuencia portadora de
la señal FM es centrada en el rango de captura del dispositivo provocando que el PLL
se cierre sobre la señal modulada en frecuencia. Mientras la frecuencia de entrada
varíe, como ocurriría con portadora modulada en frecuencia, la salida del filtro de la
fase de lazo cerrado variará en amplitud de manera proporcional a las desviaciones de
frecuencia de la señal de entrada y a la misma tasa a la cual las desviaciones ocurran.
En efecto, la señal de FM será demodulada por el PLL.
Fig. 9-1 Diagrama de Bloques de un Circuito de Lazo de Fase Cerrada (PLL).
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Operación del PLL
El componente que emplearemos para esta práctica será el 565, el cual tiene los
componentes básicos de una fase de lazo cerrado en un encapsulado de circuito
integrado. Las ecuaciones para la frecuencia de carrera libre y el rango de cerradura
del 565 se proveen en la parte inferior y hacen referencia a la Fig. 9-2.
La ecuación de la frecuencia de carrera libre del 565 es
fO ≅
0.3
RO C O
En donde RO y C O son los valores del resistor, en ohms, y del capacitor, en farads a
ser conectados externamente al componente, y f O es la frecuencia de carrera libre en
Hertz.
La ecuación para el rango de cerradura es
fL =
16f O
VC
En donde VC es el valor total de la fuente de voltaje en volts. (Si VCC = ±10V ,
entonces VC = 20V en la ecuación.) y f L es el rango de cerradura en Hertz.
1. Utilizando las ecuaciones de la parte superior, calcule la frecuencia de carrera
libre y el rango de cerradura para un circuito integrado PLL 565 empleando los
siguientes valores para el resistor y el capacitor externos:
RO = 10kΩ
C O = 470 pF
VCC = ±10V
Monte el circuito de fase de lazo cerrado como se muestra en la Fig. 9-2.
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FIG. 9-2 Usando el Circuito 565 PLL.
2. Mida la frecuencia del VCO en el circuito PLL (en el pin 4 ó pin 5).
Debió encontrar que esta frecuencia esta cercana a la frecuencia de carrera
libre predicha en sus cálculos en la pregunta 1. Si la frecuencia del VCO del circuito PLL
es muy distinta a la frecuencia portadora esperada, el circuito demodulador PLL no
será capaz de cerrase sobre la señal portadora.
Genere tal portadora ajustando el generador de función para que nos provea de
una onda cuadrada con 3 volts p-p a una frecuencia igual a la frecuencia de carrera
libre calculada en la pregunta 1 de esta práctica.
Conecte esta señal a la entrada del circuito PLL (pin 2) y monitoree la señal en
el canal 1 del osciloscopio. Active el canal 1.
Conecte el canal 2 del osciloscopio para que monitoree la salida del VCO del
integrado PLL LM565 (pines 4 ó 5).
La señal del generador de función deberá haber sido capturada por el PLL (Si el
PLL no se ha ido a modo de cerradura, la salida del VCO será borrosa en el
osciloscopio). Varíe la frecuencia de la señal del generador de función y note que las
dos señales se siguen o se mantienen “cerradas” en la pantalla del osciloscopio.
Cuando variamos la frecuencia del generador de función, así mismo lo hace la
frecuencia del VCO. Ajuste la frecuencia del generador de función hasta que las dos
formas de onda estén defasadas por 900.
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Cuando las dos señales estén defasadas por 90º, la frecuencia del VCO será cercana a
la frecuencia de carrera libre calculada previamente.
3. ¿Cuál es la frecuencia del VCO medida cuando las dos señales están fuera de
fase por 90º?
El rango de cerradura de un PLL es un factor crítico en la demodulación de FM de
una señal. Haga una estimación del rango de cerradura del circuito PLL, primeramente,
incrementando la frecuencia del generador de función por encima de la frecuencia de
carrera libre hasta que se haya perdido la cerradura (alcance), y después reduzca la
frecuencia del generador de función por debajo de la frecuencia de carrera libre hasta
perder de nuevo la cerradura. La diferencia entre estas dos frecuencias es el rango de
cerradura del demodulador PLL.
4. ¿Cuál es el rango de cerradura medido?
Generando una Señal de FM
Para generar una señal modulada en frecuencia, haremos uso de un oscilador
controlado por voltaje (VCO). Como el nombre lo implica, el voltaje a la entrada del
VCO determinará la frecuencia de la salida del VCO. Un circuito integrado que cumple
con esta función es el LM566, y su diagrama a bloques se muestra en la Fig. 9-3. En
este diagrama, la salida en el pin 3 es una onda cuadrada cuya frecuencia es
determinada por el voltaje de control VC en el pin 5.
Monte el circuito que se muestra abajo en la Fig. 9-4. Y utilizando un multímetro
digital, ajuste el potenciómetro para proveer una entrada de voltaje de 8.0 volts.
Mida la frecuencia de salida del VCO 566 en el pin 3.
FIG. 9-3 Diagrama de Bloques del LM566 (Cortesia de National
Semiconductor Corp.)
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FIG. 9-4 Oscilador Controlado por Voltaje VCO (Voltage Controlled Oscillator)
5. ¿Cuál fue la frecuencia de salida medida?
La frecuencia de salida teórica para el VCO LM566 está dada por la siguiente ecuación:
fO =
2.4
R1C1
V
⎛
⎜⎜ 1 − 5
V+
⎝
⎞
⎟⎟
⎠
En donde V5 es el voltaje entre el pin 5 y el pin 1.
Usando los valores del circuito VCO 566 que ha probado, calcule la frecuencia predicha
por la ecuación de diseño.
6. ¿Cuál es la frecuencia del VCO teórica?
7. ¿Qué tan bien (o tan mal) se asemeja el valor predicho con el valor medido?
Usando un Multímetro Digital, ajuste el potenciómetro para tener +7 volts, luego a +9
volts y de vuelta a +8 volts. Observe el cambio en la frecuencia de salida del VCO.
8. ¿Cuál fue su frecuencia a +7 V?
9. ¿Cuál fue su frecuencia a +9 V?
Recuerde regresar el potenciómetro al lugar en que provee +8 volts. Conecte el
circuito que se muestra en la Fig. 9-5. Note que un capacitor de acoplamiento se ha
añadido para aislar el generador de función de la polarización de DC en la entrada de
control del 566.
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FIG. 9-5 Modulación/Demodulación de Frecuencia.
Ajuste el generador de función para que provea una onda sinusoidal de 2 V p-p a 1
kHz a la entrada del VCO LM566. Monitoree esta señal en el canal 1 del osciloscopio.
Conecte el canal 2 del osciloscopio a la salida demodulada y filtrada del PLL en el punto
de prueba marcado como Salida (Output) en la Fig. 9-5.
Las señales del canal 1 y 2 debieran ser de la misma forma de onda y frecuencia.
Nota
Es posible que la amplitud de la señal moduladora sea muy grande y provoque una
desviación total de la portadora, la cual excede el rango de cerradura del PLL. Si este
es el caso, deberá percatarse que el PLL pierde la cerradura periódicamente durante el
ciclo de la señal modulante, provocando que la salida demodulada en el canal 2 se
distorsione. Si esto ocurre, reduzca la amplitud de la señal modulada hasta que el PLL
pueda rastrear las desviaciones de frecuencia de la portadora “sin perderle la pista”.
10. Haga una gráfica de los voltajes de entrada y salida.
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Varíe la frecuencia y la forma de onda de la señal moduladora y vea si el demodulador
PLL pierde la cerradura cuando las desviaciones de frecuencia en la portadora
modulada exceden el rango de cerradura del demodulador PLL.
11. Comente la importancia del rango de cerradura para determinar la capacidad de
un PLL para funcionar como un demodulador.
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