Introdução teórica

1. Introdução teórica A modulação em freqüência consiste na variação da freqüência da portadora proporcionalmente ao sinal de informação. Dado o sinal modulador O sinal FM possui a seguinte expressão: onde: =índice de modulação em freqüência ou desvio máximo de fase.

2. m, fm = freqüência do sinal modulado c= freqüência da portadora sem modulação O parâmetro  = K.Em, é denominado desvio de freqüência e corresponde ao valor máximo que pode ser acrescentado a c na constituição da freqüência instantânea. Ké a constante do modulador. A freqüência instantânea é dada por: A decomposição em série de Fourier do sinal modulado FM é representada pela expressão: Onde Jn são as funções de Bessel deordem n e dependem do valor de . A largura de faixa (B), mínima necessária para a transmissão do sinal FM é: B = 2.n.fm

3. Onde fm é a máxima freqüência do sinal modulador e n é o número de bandas laterais para cada lado da portadora. Limita-se a largura de faixa, fazendo-se n =  +1, portanto: B = 2.(  +1).fm Como o índice de modulação em freqüência é  = /m = f/fm Tem-se: e Parte Prática Parte 1: Modulação em freqüência e Fase Objetivo: Descrever a Modulação em Freqüência e um circuito Modulador FM. Descrever a Modulação em Fase e um circuito Modulador de Fase. Conhecer e utilizar os blocos: VCO-LO, Modulador de Fase, Detector de Quadratura

4. Equipamento necessário: - Bastidor F.A.C.E.T. - Placa de Comunicações Analógicas - Osciloscópio duplo canal - Gerador de Sinais - Multímetro Digital Procedimento Modulação Angular inclui Modulação em Fase (PM) e Modulação em Freqüência (FM)

5. Modulação em Freqüência (FM):

6. Um sinal de FM é gerado com o bloco VCO-LO Circuito VCO-LO

7. 1. Colocar um jumper no VCO-LO na posição 452kHz. Ajustar o potenciômetro de amplitude totalmente para o sentido horário. 2. Conectar o canal 2 do osciloscópio na saída OUT (FM) do VCO-LO. 3. Conectar o multímetro na escala de CC no ponto T (teste) do bloco VCO-LO

8. 4. Ajustar a fonte negativa para –4Vcc em T. 5. Conectar o canal 1 do Osciloscópio ao ponto T. 6. Medir a freqüência do sinal do canal 2, com o sincronismo pelo canal 2.

9. 7. Variar a tensão da fonte negativa e verificar a variação da freqüência do sinal do canal 2. 8. Medir o desvio de freqüência (f) da tensão de saída do VCO-LO para uma variação na tensão de entrada no ponto T, em 1Vcc (-4Vcc para -3Vcc). 9. Conectar o gerador de sinais com 2Vpp, 5kHz (fm), na entrada M do VCO-LO.

10. 10. Verificar a forma de onda da saída do VCO-LO no canal 2 do osciloscópio, com o sincronismo pelo canal 2. 11. Verificar a forma de onda da saída do VCO-LO no canal 2 do osciloscópio, com o sincronismo pelo canal 1. Atuar na escala de tempo do osciloscópio para visualizar o sinal modulador. 12. Calcular o índice de modulação ( = f/fm), onde f é o valor medido no ítem 8. 13. Calcular a largura de faixa necessária para esse sinal: B = 2.( + 1) . fm

11. Modulação em Fase (PM): Um sinal PM é gerado com o bloco Modulador de Fase As entradas do Modulador são: Uma portadora de 452kHz e um sinal modulador de 5kHz O ponto T, permite medir a tensão da fonte positiva de 0 a 10V. O terminal entre o modulador e o limitador, permite monitorar o sinal PM , antes que seja limitado.

12. Circuito do Modulador de Fase Circuito limitador

13. Efeito do limitador 14. Inserir um jumper no bloco VCO-LO, na posição 452kHz.

14. 15. Conectar a saída OUT (FM) do bloco VCO-LO no ponto C do Modulador de Fase. 16. Conectar o canal 1 do Osciloscópio, também ao ponto C do Modulador de Fase. 17. Ajustar a saída do bloco VCO-LO para um sinal de 600mVpp em C.

15. 18. Conectar o voltímetro na escala de CC, no ponto T do bloco VCO-LO. 19. Ajustar o botão da fonte negativa, para obter-se –1,0 V em T, o que ajustará a freqüência do VCO-LO para aproximadamente 405kHz. 20. Conectar o canal 2 do Osciloscópio ao terminal localizado entre o Modulador e o Limitador.

16. 21. Ajustar o botão da fonte positiva. Ajustar a variação de fase, de forma que o sinal de saída do Modulador (canal 2) esteja em fase com o sinal do VCO-LO (canal 1). 22.Enquanto observa o Osciloscópio, girar lentamente o botão da fonte positiva do bastidor para a direita e então para a esquerda. Variando a tensão da fonte positiva, simula-se uma mudança de amplitude do sinal modulador. O que pode-se observar ? 23. Ajustar a tensão da Fonte Positiva, de forma que os sinais dos canais 1 e 2, estejam em fase.

17. 24. Aplicar um sinal modulador de 3Vpp, 5kHz ao ponto M do modulador. Conectar o canal 1 do Osciloscópio em M. 25. Conectar o canal 2 do osciloscópio no terminal localizado entre o Modulador e o Limitador, com o sincronismo pelo canal 1. Verificar a forma de onda da saída. É possível obter o sincronismo do sinal ?

18. 26. Conectar o canal 1 do osciloscópio em C, com o sincronismo pelo canal 1. O canal 1 então, mostra a portadora não modulada e o canal 2 mostra o sinal modulado em fase. 27. Conectar o canal 1 do Osciloscópio na saída do limitador. Compare os sinais na entrada e na saída do limitador.

19. Parte 2: Demodulação (Detector de Quadratura) • Objetivo: • - Entender a demodulação de um sinal de FM. • Descrever a operação de um detector de quadratura. • Equipamento Necessário • - Bastidor F.A.C.E.T. • - Placa de Comunicações Analógicas • - Osciloscópio duplo canal • - Gerador de Sinais • - Multímetro Digital

20. Procedimento a) Limitador e Deslocador de Fase Detector de Quadratura, composto pelos circuitos: limitador, deslocador de fase e detector de fase. Na saída do detector de fase obtém-se um sinal proporcional às variações de freqüência entre a portadora e o sinal modulado.

21. Na saída do detector de fase obtém-se um sinal proporcional às variações de freqüência entre a portadora e o sinal modulado. • Inserir um jumper na posição 452 kHz do bloco VCO-LO. • 2. Conectar a saída OUT (FM) do bloco VCO-LO na entrada FM do bloco Detector de Quadratura. 3. Conectar o canal 1 do Osciloscópio na entrada FM do Detector de Quadratura.

22. 4. Ajustar o sinal na portadora de FM para 500mVpp, através do potenciômetro do VCO-LO. 5. Verificar o sinal do canal 1. Deverá apresentar um sinal conforme a figura abaixo:

23. 6. Conectar o canal 2 do Osciloscópio na saída do Limitador / Deslocador de Fase do bloco Detector de Quadratura. 7. Ajustar a freqüência do sinal de FM, atuando no botão da fonte negativa, até a forma de onda do canal 2, ter amplitude máxima (freqüência igual à de ressonância do filtro LC)

24. 8. Qual é a diferença de Fase entre o sinal da portadora de FM não modulado no canal 1 e o sinal de saída do Limitador / Deslocador de Fase do canal 2 ? 9. Ajustar o botão da fonte negativa do bastidor para a direita e para a esquerda, com o objetivo de variar a freqüência do sinal de FM. Verificar os sinais de saída. Retornar a freqüência para o valor que dê a máxima amplitude na saída (canal 2).

25. 10. Enquanto observa o sinal de saída do Limitador / Deslocador de Fase (canal 2 do osciloscópio), variar a amplitude do sinal de entrada, através do potenciômetro do bloco VCO-LO 11. Quando o sinal de entrada for reduzido, o sinal de saída do Limitador / Deslocador de Fase (canal 2 do osciloscópio), se torna uma onda senoidal ou outro tipo de sinal ?

26. b) Filtro e Detector de Fase O sinal de FM original e o sinal de FM defasado de 90 do limitador ,são combinados no detector de fase. O detector de fase é um modulador balanceado. 12. Conectar o circuito e as pontas de prova do osciloscópio conforme figura abaixo:

27. 13. Conectar o canal 2 do osciloscópio na saída do detector de fase. 14. Qual é o sinal de saída do Detector de Fase no canal 2 ? A freqüência soma ou diferença ? Por que ?

28. 15. Qual é a componente diferença na saída do detector de Fase ? 16. Conectar o canal 1 do osciloscópio na entrada do limitador / deslocador de fase e conectar o canal 2 do Osciloscópio à entrada do Detector de Fase. Se necessário, ajuste a freqüência de FM, atuando no botão da fonte negativa, de forma que a diferença de fase entre os sinais de entrada nos canais 1 e 2, seja 90.

29. 17. Conectar o multímetro na escala de CC na saída do Detector de Fase. Com uma diferença de fase de 90 entre os sinais de entrada, medir a tensão CC na saída do Detector de Fase. 18. Ajustar a diferença de fase entre os canais 1 e 2 para 135, conforme a figura abaixo, atuando no botão da fonte negativa. Com essa diferença de fase, medir a tensão CC na saída do Detector de Fase.

30. 19. Ajustar a diferença de fase entre os canais 1 e 2 para 45, conforme a figura abaixo, atuando no botão da fonte negativa. Com essa diferença de fase, medir a tensão CC na saída do Detector de Fase. 20. Montar a tabela abaixo, com as tensões medidas:

31. 21. Ajustar a diferença de fase entre os canais 1 e 2 para 45, conforme a figura abaixo, de volta para 90, atuando no botão da fonte negativa. 22. Agora a portadora de FM será modulada com um sinal modulador de 3kHz. Conectar o Gerador de Sinais na entrada (M) do bloco VCO-LO.

32. 23. Conectar o canal 1 do Osciloscópio no ponto T do bloco VCO-LO. Sincronizar com o canal 1. 24. Ajustar o Gerador de sinais para 500mVpp no ponto T do bloco VCO-LO. 25. Conectar agora o canal 1 do Osciloscópio na entrada do Detector de Quadratura no ponto FM. Conectar o canal 2 do osciloscópio na saída do Limitador / Deslocador de Fase. Sincronismo pelo canal 1.

33. 26. Comparar os sinais nas duas entradas do detector de fase. A fase do sinal no canal 2 está variando com relação ao sinal no canal 1 ? 27. Conectar o canal 1 do Osciloscópio na entrada M do bloco VCO-LO (sinal modulador). Conectar o canal 2 do osciloscópio na saída do detector de fase. Sincronizar com o canal 1. Observar as variações CC do sinal de saída no canal 2.

34. 28. Comparar o sinal modulador no canal 1 com as variações CC da saída de Detector de Fase no canal 2. Os sinais possuem a mesma freqüência ? O que você conclui ? 29. Conectar o canal 2 do Osciloscópio na saída do filtro, mantendo o sincronismo pelo canal 1. 30. O sinal recuperado no canal 2, varia com a amplitude e freqüênciadosinal modulador no canal 1 ? Que sinal é esse ?

35. Não se esqueça de realizar agora o teste Sobre este módulo. Este “Teste do Módulo” deverá ser feito no próprio Laboratório sob a supervisão do professor. Ao finalizar o “Teste do Módulo” entregue suas respostas para o professor.