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Electrónica de Comunicaciones

Electrónica de Comunicaciones. CONTENIDO RESUMIDO: 1- Introducción 2- Osciladores 3- Mezcladores. 4- Lazos enganchados en fase (PLL). 5- Amplificadores de pequeña señal para RF. 6- Filtros pasa-banda basados en resonadores piezoeléctricos. 7- Amplificadores de potencia para RF.

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Electrónica de Comunicaciones

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  1. Electrónica de Comunicaciones CONTENIDO RESUMIDO: 1- Introducción 2- Osciladores 3- Mezcladores. 4- Lazos enganchados en fase (PLL). 5- Amplificadores de pequeña señal para RF. 6- Filtros pasa-banda basados en resonadores piezoeléctricos. 7- Amplificadores de potencia para RF. 8- Demoduladores de amplitud (AM, DSB, SSB y ASK). 9- Demoduladores de ángulo (FM, FSK y PM). 10- Moduladores de amplitud (AM, DSB, SSB y ASK). 11- Moduladores de ángulo (PM, FM, FSK y PSK). 12- Tipos y estructuras de receptores de RF. 13- Tipos y estructuras de transmisores de RF. 14- Transceptores para radiocomunicaciones ATE-UO EC mod FM 00

  2. Portadora sin modular Modulador Portadora modulada Amplificador de RF Información (moduladora) 11- Moduladores de ángulo (PM, FM, FSK y PSK) Idea general: Modulación a nivel de señal El amplificador de RF no tiene que ser lineal, por lo que es de alto rendimiento • Moduladores de fase: • Modulador con varicap (o varactor) • Modulador de Armstrong • Modulador con PLL ATE-UO EC mod FM 01

  3. Es una función del tipo Ctrans =K·(VO-V)-1/2 ·q·NA·ND Ctrans = A· 2·(NA+ND)·(VO-V) Ctrans V 0 Modulador de fase con varicap (I) Concepto de varicap de unión hiperabrupta En la transparencia ATE-UO PN 89 de la asignatura Dispositivos Electrónicos aparece: • Esto se obtuvo suponiendo que había cambio brusco de zona P a zona N (transparenciaATE-UO PN 14), lo que se llama unión abrupta • Si la unión es “linealmente gradual”, entoncesCtrans =K·(VO-V)-s, siendos = 1/3. • Se pueden conseguir uniones “hiperabruptas”, de forma ques = 1ós = 2 ATE-UO EC mod FM 02

  4. C ie R L + vs ZLCR(jw) ≈p - arctg[2R(w - wr)/(Lwr2)] ≈p - 2R(w - wr)/(Lwr2),(para valores de w cercanos a wr) - Modulador de fase con varicap (II) Cálculo del desfase en un circuito resonante paralelo Por otra parte, del análisis de un circuito RLC en paralelo se deduce lo siguiente (véanse las transparencias ATE-UO EC amp señ 51 y 52): vs/ie = - ZLCR(jw) ≈ - R/[1 + j2R(w - wr)/(Lwr2)],siendo wr = 1/(LC)1/2. Por tanto: ATE-UO EC mod FM 03

  5. VCC siendo: wr = 1/(LCV)1/2 CV≈ K/(VpCv + vm)2 (unión hiperabrupta) L vRL/vp≈p - 2RL(w - wr)/(Lwr2) Polarización del transistor CB2 CB3 + - + - iC CB1 vRL RL gm + + vp wp CV Q1 + - Por tanto: vm, wm wr≈ VpCv /(LK)1/2 + vm/(LK)1/2 = wR0 + K’ vm LCH VpCv Modulador de fase con varicap (III) Circuito modulador ATE-UO EC mod FM 04

  6. vRL/vp≈p - 2RL(w - wr)/(Lwr2) vRL/vp≈p + 2RLK’vm /[L(wR0 + K’vm)2]. ComowR0 >> K’vm, entonces: vRL/vp≈p + 2RLK’vm /(LwR02) = p + 2RLvm /(LwR0VpCv) = p + 2vmQ/VpCv Modulador de fase con varicap (IV) wr≈wR0 + K’vm Partimos de: Calculamos el desfase a w = wp: Por diseño:wR0= wp Por tanto: vRL≈ gmRLVppsen[wpt + p + 2vmQ/VpCv] O también: vRL≈ -gmRLVppsen[wpt + 2vmQ/VpCv] (señal modulada en fase) ATE-UO EC mod FM 05

  7. vp = Vppcos(wpt) Retardo p/2 vs vm + Modulador de Armstrong vp’ = Vppsen(wpt) vpDSB = KvmVppcos(wpt) vs = Vppsen(wpt) + VppKvmcos(wpt). Si Kvm << p/2, entonces: cos(Kvm) ≈ 1y sen(Kvm) ≈ Kvm Por tanto: vs≈ Vppsen(wpt)·cos(Kvm) + Vppsen(Kvm)·cos(wpt)Þ vs ≈ Vppsen(wpt + Kvm), que es una señal modulada en fase ATE-UO EC mod FM 06

  8. vm(s) + fosc(s) Df(s) vDF(s) vc(s) 2pKV/s KDF F(s) - fp(s) Conv. F/V Filtro pasa-bajos VCO 2pKVKDFF(s)/s 2pKVF(s)/s fosc(s) = fp(s) + vm(s) 1 + 2pKVKDFF(s)/s 1 + 2pKVKDFF(s)/s ≈ 1/KDF ≈ 1 Modulador de fase con PLL (I) PLL bien diseñado: Por tanto: fosc(s) ≈fp(s) + vm(s)/KDFÞ vosc ≈ Voscpsen(wpt + vm/KDF), que es una señal modulada en fase ATE-UO EC mod FM 07

  9. vm(s) + 2pKV/s F(s) fosc(s) Df(s) vDF(s) vc(s) KDF - fXtal(s) Conv. F/V Filtro pasa-bajos VCO N Modulador de fase con PLL (II) Para obtener frecuencia muy estable (para VHF, UHF, etc.) Por tanto: fosc(s) ≈NfXtal(s) + Nvm(s)/KDFÞ vosc ≈ Voscpsen(NwXtalt + vmN/KDF), (señal modulada en fase) ATE-UO EC mod FM 08

  10. Modulador con VCO • Modulador con VCO y PLL Moduladores indirectos t -¥ vp = Vppcos(wpt) vpFM Modulador de fase vm K’/s vm’ vpFM = VpFMpsen(wpt + Kvm’) = VpFMpsen(wpt + KK’ ∫ vmdt) (señal modulada en frecuencia) Moduladores de frecuencia • Tipos: • Moduladores indirectos • Moduladores directos: ATE-UO EC mod FM 09

  11. + Vcc D G CB1 CB2 S RG + L3 vpFM LCH - + L1 vm Cv VpCv 1 wosc = (L1+L3)CV Modulador de frecuencia con VCO (I) VCO Hartley siendo:CV≈ K/(VpCv + vm)2 (unión hiperabrupta) ATE-UO EC mod FM 10

  12. Resto del oscilador L3 + vpFM - L1 t LCH Cv -¥ + vm VpCv + vm 1 wosc≈ = wosc0 + K’vm siendo:K’ = (L1+L3)K VpCv (L1+L3)K Por tanto: vpFM = VpFMpsen(wosc0t + K’∫ vmdt) (señal modulada en frecuencia) Modulador de frecuencia con VCO (II) ATE-UO EC mod FM 11

  13. vm(s) 2pKV/s F(s) + fosc(s) Df(s) vDF(s) KDF - vc(s) fp(s) Conv. F/V Filtro pasa-bajos VCO t -¥ 2pKVKDFF(s)/s 2pKV/s fosc(s) = fp(s) + vm(s) 1 + 2pKVKDFF(s)/s 1 + 2pKVKDFF(s)/s ≈ 1 a w << wm min ≈ 0 a w³wm min ≈ 0 a w << wm min ≈ 2pKV/s a w³wm min vosc≈ Voscpsen(wosc0t + 2pKV∫ vmdt) Por tanto: (señal modulada en frecuencia) Modulador de frecuencia con PLL y VCO (I) Condición de diseño del filtro: su frecuencia de corte debe ser mucho menor que la mínima frecuencia de vm ATE-UO EC mod FM 12

  14. vm(s) + 2pKV/s F(s) fosc(s) Df(s) vDF(s) KDF t - vc(s) fXtal(s) -¥ Conv. F/V Filtro pasa-bajos VCO N vosc≈ Voscpsen(NwXtalt + 2pKV∫ vmdt) (señal modulada en frecuencia) Modulador de frecuencia con PLL y VCO (II) Para obtener frecuencia muy estable (para VHF, UHF, etc.) ATE-UO EC mod FM 13

  15. + vp + 1:1:1 vs R + - vm 1:1:1 + Modulador de PSK binaria (BPSK) (I) Modulador de anillo (véase la transparenciaATE-UO EC mez 18) Por cada diodo: iD= f(vD) ≈ kA·vD + kB·vD2 f(vp + vm) ≈ kAvp+ kAvm + 2kBvpvm + kBvp2 + kBvm2 -f(-vp + vm) ≈kAvp- kAvm + 2kBvpvm - kBvp2 - kBvm2 -f(vp - vm) ≈ -kAvp+ kAvm + 2kBvpvm - kBvp2 - kBvm2 f(-vp - vm) ≈ -kAvp- kAvm + 2kBvpvm + kBvp2 + kBvm2 vs = R·Σf(v) ≈ 8RkBvpvm Por tanto: vs≈ Kvpvm ATE-UO EC mod FM 14

  16. + vp vm + 1:1:1 vs R + vp - vm 1:1:1 vs Modulador de PSK binaria (BPSK) (II) Partimos de: vs≈ Kvpvm.Como: vm = ± 1, entonces: vs≈± Kvp = ± Vspsenwpt = Vspsen[wpt – 0,5p(vm – 1)] (señal modulada BPSK) ATE-UO EC mod FM 15

  17. vp - vs= -vp + vsÞvp = vs vm vp + vp vs + + vp + vp vs + + 1:1:1 + R vs + vs - vm + 1:1:1 Modulador de PSK binaria (BPSK) (III) Si ½vm½>½ vp ½, entonces no hace falta que los niveles de señal sean los críticos para una respuesta cuadrática. Con vm > 0y admitiendo comportamiento ideal en los diodos se obtiene: vm - vp + vs = 0 vm + vp - vs = 0 ATE-UO EC mod FM 16

  18. -vp - vs= vp + vsÞvp = -vs vm vp + vp vs + + vp + vp vs + + 1:1:1 + R vs + vs - vm + 1:1:1 Modulador de PSK binaria (BPSK) (IV) Con vm < 0y admitiendo comportamiento ideal en los diodos se obtiene: vm - vp - vs = 0 vm + vp + vs = 0 ATE-UO EC mod FM 17

  19. 1 1 0 vBPSK I 1 0 1 Demultiplexador con retención I vp + vpQPSK vm 1 1 0 1 1 0 Q p/2 vBPSK Q Reloj Modulador de PSK cuaternaria (QPSK) Idéntica a la modulación 4 QAM ATE-UO EC mod FM 18

  20. Resto del oscilador L3 + vpFSK LCH - + L1 vm Cv VpCv N vpFSK wXtal wXtal/N1, wXtal/N2 N1, N2 vm Moduladores de FSK (I) Con VCO (igual que en FM) Con divisores de frecuencia ATE-UO EC mod FM 19

  21. vpFSK V = k(DF) V = k(DF) N1wXtal vpFSK N1wXtal, N2wXtal V = k(DF) N2wXtal N1, N2 vm vm N2 N N1 N1wXtal, N2wXtal wXtal wXtal Moduladores de FSK (II) Con PLLs ATE-UO EC mod FM 20

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