UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA ÁREA DE LA ENERGÍA LAS INDUSTRIAS Y LOS

RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES

TEMA:

“DISEÑO Y CONTRUCCIÓN DE UN TRASMISOR DE FRECUENCIA MODULADA DESDE LOS 88 MHz HASTA LOS 108 MHz”

AUTORES: VICTOR GUACHIZACA

GUIDO POMA ORDÓÑEZ

DIEGO GERMÁN SALAS

TUTOR: JUAN OCHOA ALDEAN, Ing.

MODULO: VII

PARALELO: “A”

FECHA: 2011-02-14

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1. RESUMEN El presente trabajo trata acerca del diseño y construcción de un transmisor de

frecuencia modulada el cual está conformado de tres etapas que son: acoplamiento de

la señal de entrada al resto del circuito, la información transmitida consiste en una

señal senoidal de audio. La segunda etapa corresponde a una etapa de amplificación

de la información. Dicha etapa se encuentra formada por dos transistores S9018 con

polarización por divisor de voltaje. La tercera etapa del circuito puede considerarse

como la etapa moduladora. A la salida del transmisor se añade un preamplficador el

cual permite aumentar el nivel de la señal actuando sobre la tensión de la misma. El

preamplificador básicamente va a estar compuesto del circuito integrado TL084.

Finalmente a la salida del preamplificador se le añade un vúmetro el cual permitirá

mostrar un nivel de señal en unidades de volumen. El vúmetro básicamente está

constituido por un LM3914, el cual es un circuito integrado monolítico que detecta 10

unidades de niveles de tensión analógica, proporcionando una pantalla lineal

analógica. Todo el circuito funciona con 12 V de corriente directa a 800 mA.

SUMARY

This paper deals with the design and construction of an FM transmitter which is

comprised of three stages which are: coupling of input signal to the rest of the circuit,

the transmitted information is a sine wave audio. The second stage

correspondsto anamplifier stage of the information. This stage is made up of

two S9018 transistors withvoltage divider bias. The third stage of the circuit can be

considered as the phasemodulator. A transmitter output is

added preamplficador which increases the signallevel of tension acting on it. The

preamp is basically going to be composed of integrated circuit TL084. Finally at the

preamplifier output is added a vumeter which will display asignal level in

units of volume. The VU meter basically consists

of an LM3914, which is amonolithic integrated circuit that detects 10 units of analog

voltage levels, providing alinear analog display. The

whole circuit operates with 12 V DC at 800 mA.

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ÍNDICE DE CONTENIDOS

1.Resumen……………………………………………………………………………………………………………………………….2 2.Introducción………………………………………………………………………………………………………………………….4 3.Objetivos……………………………………………………………………………………………………………………………….5 4.Marco teórico………………………………………………………………………………………………………………………..6 4.1.Capacitor cerámico………………………………………………………………………………………………………..…..6 4.2.Capacitor electrolítico……………………………………………………………………………………………………6 y 7 4.3.Capacitor variable………………………………………………………………………………………………………….7 y 8 4.4.Identificación de capacitores variables………………………………………………………………….………8 y 9 4.5.Bobina o inductor………………………………………………………………………………………….…………….9 y 10 4.6.Transistores………………………………………………………………………………………………………………………10 4.7.Tipos de transistores………………………………………………………………………………………..……………….11 4.7.1.Transistor bipolar de juntura…………………………………………………………………….……………11 y 12 4.8.Zonas de funcionamiento del transistor bipolar……………………………………………………….……….12 4.8.1.Activa directa………………………………………………………………………………………………………..……….12 4.8.2. Saturación…………………………………………………………………………………………………………….………12 4.8.3.Corte……………………………………………………………………………………………………………………………..13 4.8.4.Activa inversa…………………………………………………………………………………………………………………13 4.9.Señales de AM y FM………………………………………………………………………………………….………13 y 14 4.10.Modulación…………………………………………………………………………………………………………………….14 4.11.Frecuencia modulada…………………………………………………………………………………..…………………15 4.12.Transmisor…………………………………………………………………………………………………….……………….16 4.13.Transmisor FM……………………………………………………………………………………………….……………….16 5.Desarrollo del proyecto……………………………………………………………………………………………………….17 5.1.Diagrama de bloques simplficado de un sistemas de Comunicaciones………………………………………………………………………………………………………….………….17 5.2.Diagrama de bloques del transmisor FM……………………………………………………………….………….17 6.Esquema circuital…………………………………………………………………………………………………………………19 6.1.Transmisor FM……………………………………………………………………………………………………………..…..19 6.2.Vúmetro……………………………………………………………………………………………………………….…………..19 6.3.Preamplificador……………………………………………………………………………………………………..…………20 6.4.Amplificador de audio………………………………………………………………………………………………………20 7.Calculos y análisis verificativo……………………………………………………………………………………….……..21 7.1.Primera etapa……………………………………………………………………………………………………………..…...21 7.2.Segunda etapa………………………………………………………………………………………………….….21,22 y 23 7.3.Tercera etapa………………………………………………………………………………………………………23,24 y 25 7.4.Calculo de la bobina……………………………………………………………………………………….…………25 y 26 7.5. Calculo de antena……………………………………………………………………………………………….……………26 8.Materiales……………………………………………………………………………………………………………………27 y 28 9. Conclusiones……………………………………………………………………………………………………………..……….29 10.Bibliografía……………………………………………………………………………………………………………….………30 11.Anexos…………………………………………………………………………………………………………………….………..31

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2. INTRODUCCIÓN

Desde sus inicios el hombre ha tenido la necesidad de comunicarse. Con el paso del tiempo dicha necesidad se fue incrementando de manera considerable, a tal grado que la comunicación a distancia pasó a formar parte de las necesidades fundamentales de los pueblos; sin embargo, junto a la comunicación a distancia surge la necesidad de mejorar los métodos de comunicación empleados, para lo cual el tiempo de entrega de la información y la pérdida de ésta debían reducirse en la mayor proporción posible. Actualmente existen un gran número de formas de comunicación (oral, escrita, señas, imágenes, etc.), sin embargo con la comunicación electrónica, se logra que las señales eléctricas se puedan transmitir a distancias mucho mayores, a velocidades sumamente altas y con menores pérdidas. Por comunicaciones electrónicas puede entenderse el proceso de transmisión, recepción y procesamiento de información con ayuda de circuitos electrónicos. Dicha comunicación puede ser de tres tipos: simplex (en una sola dirección), half-duplex (en ambas direcciones pero no al mismo tiempo) o duplex (en ambas direcciones simultáneamente). El transmisor es el encargado de modificar la información original de tal manera que pueda ser adecuada para su transmisión. El medio de transmisión es aquel por el que viaja la información del transmisor al receptor, por lo que bien puede considerarse como una conexión entre ambos elementos. Finalmente, el receptor cumple con la tarea de convertir a su forma original la información recibida para posteriormente transferirla a su destino y donde será procesada. La modulación Generalmente involucra traducir una señal en banda base a una señal pasa banda a frecuencias muy altas comparadas con la frecuencia en banda base. La señal pasa banda se llama señal modulada y la señal de información en banda base se denomina señal moduladora. La modulación se puede hacer variando la amplitud, fase o frecuencia de una portadora de alta frecuencia de acuerdo con la amplitud de la señal de información. La demodulación es el proceso de extraer el mensaje en banda base de una portadora de manera que pueda ser procesada e interpretada por el receptor.

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3. OBJETIVOS

3.1. OBJETIVO PRINCIPAL

Diseñar y construir un transmisor en frecuencia modulada.

3.2. OBJETIVOS SECUNDARIOS

Diseñar un transmisor en frecuencia modulada usando para ello componentes pasivos como resistencias, capacitores, inductores; además de componentes activos como son transistores.

Realizar un análisis minucioso de los diferentes factores que intervienen en el diseño de un transmisor en frecuencia modulada y realizar la comparación entre el resultado práctico y los cálculos obtenidos de manera teórica.

Desarrollar un concepto básico del modo de funcionamiento de un transmisor en frecuencia modulada.

Al realizar este trabajo se podrá analizar las diferencias entre circuitos que trabajan con radiofrecuencia y aquellos que trabajan a frecuencias bajas.

Realizar diversas pruebas para el correcto funcionamiento del circuito transmisor en frecuencia modulada.

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4. MARCO TEÓRICO

4.1. CAPACITOR CERÁMICO

Son capacitores en donde las inductancias parásitas y las pérdidas son casi nulas. La constante dieléctrica de estos elementos es muy alta (de 1000 a 10,000 veces la del aire). Esto se puede ver en la siguiente figura.

Figura 1. Características de un capacitor

Algunos tipos de cerámica permiten una alta permitividad y se alcanza altos valores de capacitancia en tamaños pequeños, pero tienen el inconveniente que son muy sensibles a la temperatura y a las variaciones de voltaje.

Hay otros tipos de cerámica que tienen un valor de permitividad menor, pero que su sensibilidad a la temperatura, voltaje y el tiempo es despreciable. Estos capacitores tienen un tamaño mayor que los otros de cerámica. Se fabrican en valores de fracciones de picofaradios hasta nanoFaradios.

4.2. CAPACITOR ELECTROLÍTICO

Figura 2. Capacitor electrolítico

A diferencia de los capacitores comunes, los capacitores electrolíticos se han desarrollado para lograr grandes capacidades en dimensiones físicas reducidas. Este capacitor se logra con un dieléctrico especial. La capacidad de un capacitor tiene fórmula:

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퐶 =퐸퐴푑

donde: - A = superficie - d = separación de placas - E = constante dieléctrica

Si el valor de la constante dieléctrica (E) aumenta, también aumenta la capacitancia del capacitor. Este dieléctrico es un electrolito constituido por óxido de aluminio impregnado en un papel absorbente.

Cuando se fabrica el capacitor electrolítico, se arrollan dos láminas de aluminio, separadas por un papel absorbente impregnado con el electrolito.

Figura 2. Partes de un capacitor variable

Después se hace circular una corriente entre las placas, con el propósito de provocar una reacción química que creará una capa de óxido de aluminio que será el dieléctrico (aislante).

Físicamente consta de un tubo de aluminio cerrado, dentro del cual se haya el capacitor. Está provisto de una válvula de seguridad que se abre en caso de que que el electrolito (de allí viene el nombre) entre en ebullición y evitando el riesgo de explosión.

4.3. CAPACITORES VARIABLES

Estos capacitores presentan una capacidad que podemos variar entre ciertos límites. Igual que pasa con las resistencias podemos distinguir entre capacitores variables, su aplicación conlleva la variación con cierta frecuencia (por ejemplo sintonizadores); y capacitores ajustables o trimmers, que normalmente son ajustados una sola vez (aplicaciones de reparación y puesta a punto).

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Figura 3. Capacitores variables

La variación de la capacidad se lleva a cabo mediante el desplazamiento mecánico entre las placas enfrentadas. La relación con que varían su capacidad respecto al ángulo de rotación viene determinada por la forma constructiva de las placas enfrentedas, obedeciendo a distintas leyes de variación, entre las que destacan la lineal, logarítmica y cuadrática corregida.

Figura 4. Curvas de operación de un capacitor variable

4.4. IDENTIFICACIÓN DE CAPACITORES

Vamos a disponer de un código de colores, cuya lectura varía según el tipo de condensador, y un código de marcas, particularizado en los mismos. Primero determinaremos el tipo de condensador (fijo o variable) y el tipo concreto dentro de estos. Las principales características que nos vamos a encontrar en los capacitores van a ser la capacidad nominal, tolerancia, tensión y coeficiente de temperatura, aunque dependiendo de cada tipo traerán unas características u otras. En cuanto a las letras para la tolerancia y la correspondencia número-color del código de colores, son lo mismo que para resistencias. Debemos destacar que la fuente más fiable a la hora de la identificación son las características que nos proporciona el fabricante. Capacitores cerámicos tipo placa, grupo 1 y 2.

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Figura 5. Valores de capacitores variables.

4.5. BOBINA O INDUCTOR

Figura 6. Tipos de bobinas

La bobina o inductor por su forma (espiras de alambre arrollados) almacena energía en forma decampo magnético. El símbolo de una bobina / inductor es:

Figura 7. Símbolo de un inductor

El inductor es diferente del condensador / capacitor, que almacena energía en forma de campo eléctrico. Todo cable por el que circula una corriente tiene a su alrededor un campo magnético, siendo el sentido de flujo del campo magnético, el que establece la ley de la mano derecha. Al estar el inductor hecho de espiras de cable, el campo magnético circula por el centro del inductor y cierra su camino por su parte exterior.

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Una característica interesante de los inductores es que se oponen a los cambios bruscos de la corriente que circula por ellas. Esto significa que a la hora de modificar la corriente que circula por ellos (ejemplo: ser conectada y desconectada a una fuente de alimentación de corriente continua), esta intentará mantener su condición anterior. Este caso se da en forma continua, cuando una bobina está conectada a una fuente de corriente alterna y causa un desfase entre el voltaje que se le aplica y la corriente que circula por ella. En otras palabras: La bobina o inductor es un elemento que reacciona contra los cambios en la corriente a través de él, generando un voltaje que se opone al voltaje aplicado y es proporcional al cambio de la corriente.

4.6. TRANSISTOR

Figura 8. Partes de un transistor bipolar de juntura

El Transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término "transistor" es la contracción en inglés de transfer resistor ("resistencia de transferencia"). Actualmente se los encuentra prácticamente en todos los enseres domésticos de uso diario: radios, televisores, grabadores, reproductores de audio y vídeo, hornos de microondas, lavadoras, automóviles, equipos de refrigeración, alarmas, relojes de cuarzo, computadoras, calculadoras, impresoras, lámparas fluorescentes, equipos de rayos X, tomógrafos, ecógrafos, reproductores mp3, celulares, etc. os transistores se comportan como parte fundamental de los aparatos electrónicos, análogos y digitales. Específicamente, en los aparatos electrónicos digitales, un transistor se utiliza como interruptor, pero también se les da otros usos que guardan relación con memorias RAM y puertas lógicas. Por otra parte, en cuanto a los aparatos análogos, se utilizan, por lo general, como amplificadores. El transistor debe su nombre a su capacidad de transformar la resistencia de la corriente eléctrica que pasa entre el receptor y el emisor, y fue inventado por Jahn Bardeen, William Shockley y Walter Brattain.

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4.7. TIPOS DE TRANSISTORES

Existen varios tipos que dependen de su proceso de construcción y de las aplicaciones a las que se destinan. Aquí abajo mostramos una tabla con los tipos de uso más frecuente y su simbología:

Transistor Bipolar de Unión (BJT)

Transistor de Efecto de Campo, de Unión (JFET)

Transistor de Efecto de Campo, de Metal-Óxido-Semiconductor (MOSFET)

Fototransistor

Figura 9. Tipos de transistores

4.7.1. TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNTURA

El Transistor Bipolar de Juntura, abreviado como TBJ, es un dispositivo electrónico semiconductor, construido a partir de 3 regiones dopadas y 2 junturas PN. Este dispositivo consta de 3 terminales: Emisor (E), Base (B) y Colector (C). La característica principal de este dispositivo es que tiene la propiedad de controlar una corriente en la puerta de salida mediante una corriente en la puerta de entrada.

Los TBJ poseen dos zonas semiconductoras, que pueden ser de tipo P ó N, y entre ambas una zona muy delgada que puede ser del tipo P ó N respectivamente.

Éste conjunto formará dos uniones PN: entre el emisor y la base, y una entre la base y el colector. Si las dos zonas exteriores son del tipo N y la interior tipo P, el transistor será del tipo NPN. Si las dos zonas exteriores son del tipo P y la interior es del tipo N, el transistor será del tipo PNP.

Figura 10. Transistor tipo NPN

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Figura 11. Transistor tipo PNP

El estudio y análisis de los transistores se realiza mediante el empleo de las "curvas características" del mismo, con las cuales se puede caracterizar completamente el comportamiento o funcionamiento eléctrico del transistor, siendo ésta expresada en relaciones gráficas de las corrientes IB, IC e IE, en función de las tensiones externas y para las distintas configuraciones: Emisor Común (EC), Base Común (BC) y Colector Común (CC).

Figura 12. Configuraciones del BJT

4.8. ZONAS DE FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR BIPOLAR 4.8.1. ACTIVA DIRECTA

El transistor sólo amplifica en esta zona, y se comporta como una fuente de corriente constante controlada por la intensidad de base (ganancia de corriente).Este parámetro lo suele proporcionar el fabricante dándonos un máximo y un mínimo para una corriente de colector dada (Ic); además de esto, suele presentar una variación acusada con la temperatura y con la corriente de colector, por lo que en principio no podemos conocer su valor. Algunos polímetros son capaces de medir este parámetro pero esta medida hay que tomarla solamente como una indicación, ya que el polímetro mide este parámetro para un valor de corriente de colector distinta a la que circulará por el BJT una vez en el circuito.

4.8.2. SATURACIÓN

En esta zona el transistor es utilizado para aplicaciones de conmutación (potencia, circuitos digitales, etc.), y lo podemos considerar como un cortocircuito entre el colector y el emisor.

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4.8.3. CORTE

El transistor es utilizado para aplicaciones de conmutación (potencia, circuitos digitales, etc.), y podemos considerar las corrientes que lo atraviesan prácticamente nulas (y en especial Ic).

4.8.4. ACTIVA INVERSA

Esta zona se puede considerar como carente de interés.

Figura 13. Regiones de operación del BJT

4.9. LAS SEÑALES DE AM Y FM

Las primeras transmisiones radiales comerciales se efectuaban con el sistema denominado "modulación en amplitud" (AM) donde la información de baja frecuencia varía la amplitud de una señal "portadora" de frecuencia bastante superior.

Figura 14. Modulación en AM

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A la modulación en amplitud no se puede considerar como un sistema de alta fidelidad ya que existen limitaciones en el ancho de banda de la información que se puede transmitir, lo que atenta con la calidad sonora que se persigue. También existirán limitaciones en el rango dinámico de la señal.

Un inconveniente bastante apreciable en las señales es el ruido que generalmente produce modulación superpuesta a la portadora que se confunde con la información, sin pode separarla de esta.

Gran parte de estas señales de ruido pueden eliminarse si se colocan con el receptor filtro supresores de ruido cuya misión es silenciar al receptor cuando la portadora presenta variaciones bruscas de nivel o cuando la frecuencia de la información supera un numero de KHz (4 KHz) por entenderse que estas señales corresponden a ruido indeseados. El sistema que permite eliminar los problemas que ocasionan las señales que modifican la amplitud de la portadora de transmisión de frecuencia modulada FM, que presenta varias ventajas respecto de las transmisoras de AM.

Una de las principales ventajas radica en la gran reducción de ruidos en la recepción ya que en todo momento la amplitud de la portadora permanece constante durante la transmisión; luego, en el receptor con un circuito limitador de amplitud se evitan las sobre modulaciones que en el ruido provoca la amplitud.

4.10. MODULACIÓN

Modulación onda portadora, típicamente una onda sinusoidal. Estas técnicas permiten un mejor aprovechamiento del canal de comunicación lo que posibilita transmitir más información en forma simultánea además de mejorar la resistencia contra posibles ruidos e interferencias. Básicamente, la modulación consiste en hacer que un parámetro de la onda portadora cambie de valor de acuerdo con las variaciones de la señal moduladora, que es la información que queremos transmitir

En un transmisor de radio se genera una señal de radiofrecuencia que es emitida a través de la antena y captada por un receptor. Ahora bien, esa señal sería solo un ruido sin sentido. Para emitir información a través de la radio, el mensaje ( por ejemplo una señal de audio: voz o música) tiene que ser "mezclado" con la señal de radio (ahora llamada "portadora" pues transporta la señal con la información hasta el receptor); es decir que la señal es modulada por el transmisor.

Existen varios sistemas de modulación, que podemos dividir en 2 grupos: los sistemas de transmisión de audio (voz): AM, FM, BLU, y los sistemas "sin voz": CW (Morse), RTTY (Radioteletipo) que sirven para transmisión de textos, imágenes, etc.

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4.11. FRECUENCIA MODULA (FM)

En telecomunicaciones, la frecuencia modulada (FM) o modulación de frecuencia es una modulación angular que transmite información a través de una onda portadora variando su frecuencia (contrastando esta con la amplitud modulada o modulación de amplitud (AM), en donde la amplitud de la onda es variada mientras que su frecuencia se mantiene constante).

La frecuencia modulada es usada comúnmente en las radiofrecuencias de muy alta frecuencia por la alta fidelidad de la radiodifusión de la música y el habla El sonido de la televisión analógica también es difundido por medio de FM. Un formulario debanda estrecha se utiliza para comunicaciones de voz en la radio comercial y en las configuraciones de aficionados. El tipo usado en la radiodifusión FM es generalmente llamado amplia-FM o W-FM (de la siglas en inglés "Wide-FM"). En la radio de dos vías, la banda estrecha o N-FM (de la siglas en inglés "Narrow-FM") es utilizada para ahorrar banda estrecha. Además, se utiliza para enviar señales al espacio. La frecuencia modulada también se utiliza en las frecuencias intermedias de la mayoría de los sistemas de vídeo analógico, incluyendo VHS, para registrar la luminancia (blanco y negro) de la señal de video.

Dentro de los avances más importantes que se presentan en las comunicaciones, el mejoramiento de un sistema de transmisión y recepción en características como la relación señal – ruido, sin duda es uno de los más importantes, pues permite una mayor seguridad en las mismas. Es así como el paso de Modulación en Amplitud (A.M.), a la Modulación en Frecuencia (F.M.), establece un importante avance no solo en el mejoramiento que presenta la relación señal ruido, sino también en la mayor resistencia al efecto del desvanecimiento y a la interferencia, tan comunes en A.M.

Figura 15. Modulación en frecuencia

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4.12. TRANSMISOR

Un transmisor es un equipo que emite una señal, código o mensaje a través de un medio. Para lograr una sesión de comunicación se requiere: un transmisor, un medio y un receptor.

Un transmisor no es otra cosa que un circuito encargado de enviar de alguna manera la información que es aplicada en su entrada a través de un medio hacia un receptor remoto. No hace ninguna interpretación de la señal que tiene en la entrada, solo se encarga de enviarla de manera eficiente a través del medio para el cual fue diseñado.

Figura 16. Partes de un transmisor

4.13. TRANSMISOR FM

Un transmisor de FM es un dispositivo portátil, lo que convierte a una salida de audio específico de una señal de radio de FM. Se pueden conectar a un reproductor de CD, sistema de radio por satélite, conector de auriculares o un reproductor multimedia portátil. Un uso común de un transmisor de FM es reproducir música desde un reproductor de MP3 a través de los altavoces de un automóvil.

La mayoría de los transmisores de FM tiene una gama de unos 30 pies (unos 9 metros). Una buena radio puede aumentar ese rango a más de 75 pies (unos 23 metros).Debido a su bajo rendimiento, a veces transmisores de FM no son aptas para uso en grandes zonas urbanas, como las frecuencias que utilizan podrán ser interrumpidas con otras señales de radio. Esta situación puede ser agravada por fuertes señales de FM que sangran en que rodean las frecuencias que utiliza el transmisor.

El transmisor FM tiene muchas aplicaciones útiles. Por ejemplo, ha hecho posible tomar cualquier tipo de audio desde un equipo, incluyendo música o debates en línea y transmitirlo a una radio de FM. Una ventaja de esto es que elimina las complicaciones propias de la escucha de tener que permanecer encadenada a un PC de escritorio para escuchar radio por Internet.

Existen varios tipos de transmisores de FM en el mercado. Además de las diferencias de precio obvio, también difieren en la fuente de alimentación, gama de la caja y el número de frecuencias de FM que se pueden utilizar.

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5. DESARROLLO DEL PROYECTO 5.1. DIAGRAMA DE BLOQUE SIMPLIFICADO DE UN SISTEMA DE

COMUNICACIONES

Por comunicaciones electrónicas puede entenderse el proceso de transmisión , recepción, y procesamiento de información con ayuda de circuitos electrónicos , dicha comunicación puede ser de tres tipos: simplex(en una sola dirección), half- dúplex(en ambas direcciones pero no al mismo tiempo), o dúplex (en ambas direcciones simultáneamente). Dado q el desarrollo del proyecto no es necesario establecer comunicación en ambas direcciones en la figura siguiente diagrama de bloques se puede observar la estructura básica del sistema implementado la cual consta de tres seccione principales: un transmisor, un medio de transmisión, y un receptor.

Figura 17. Diagrama de bloques de un transmisor

El transmisor es el encargado de modificar la información original de tal manera que pueda ser adecuada para su transmisión , el medio de transmisión es aquel por el que viaja la información del transmisor al receptor, finalmente el receptor cumple con su tarea de convertir a su forma original la información recibida para posteriormente transferirla a su destino y donde será procesada.

5.2. DIAGRAMA DE BLOQUES DEL TRANSMISOR FM

Figura 18. Diagrama de bloques de un transmisor FM

Estación A

Información de la fuente Transmisor

Estación B

Receptor Destino (Recibir

Información)

Medio de Transmisión

Antena

Señal de Audio Amplificador Modulador FM Amplificador de Señal

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6. ESQUEMA CIRCUITAL 6.1. Transmisor FM

Figura 19. Transmisor FM

6.2. VÚMETRO

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6.3. PREAMPLIFICADOR

Figura 20. Circuito del vúmetro

6.4. AMPLIFICADOR DE AUDIO

Figura 21. Circuito amplificador de audio

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7. CÁLCULOS Y ANÁLISIS VERIFICATIVO 7.1. PRIMERA ETAPA

El circuito del transmisor de audio consta de tres partes que son: 1 circuito de acoplamiento, 2. Etapa de modulación, y 3. Acoplamiento de la señal para enviarla. La primera etapa está conformada por un capacitor el cual cumple con la función de acoplamiento de la señal de entrada. La señal transmitida consiste en una señal senoidal de audio con una frecuencia de 20 Hz a 20 Khz. El capacitor 1 es el que permite realizar dicho acoplamiento.

7.2. SEGUNDA ETAPA

La segunda etapa es la que nos permite realizar la amplificación de la señal, formado por un transistor S9018 en configuración divisor de voltaje.

Figura 23. Etapa amplificadora

El voltaje de la base y resistencia equivalente de base se obtiene de la siguiente manera:

푉푏푏 =푅3

푅2 + 푅3 (푉푐푐) =6.8퐾

15퐾 + 6.8퐾 (12푉) = 3.74푉

푅푏 = (푅2ΙΙR1) =15퐾 × 6.8퐾15퐾 + 6.8퐾 = 4.67퐾

El circuito que se obtiene es de la siguiente manera:

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Figura 24. Circuito equivalente de la etapa amplificadora

Al aplicar la ley de voltajes de kirchoff a la base y emisor de la figura anterior se obtiene la siguiente ecuación:

푉푏푏 = 푅 퐼 + 푉 + 푅 퐼 (1)

Si se sabe que:

퐼 =퐼

훽 + 1 (2)

Sustituyendo la ecuación 2 en la 1 se obtiene lo siguiente:

퐼 =푉 − 푉

푅 + 푅훽 + 1

=3.74푉 − 0.7푉

4.7퐾 + 4.67퐾101

= 0.640 푚퐴 (3)

De las ecuaciones 2 y 3 se obtiene el valor de la corriente en la base, y con los datos obtenidos hasta el momento se pueden obtener los valores de corrientes y voltajes restantes.

퐼 =퐼푒

훽 + 1 =0.64 푚퐴

101 = 6.33 푢퐴

푉푏 = 푉푏푒 + 푅 퐼푒 = 0.7푉 + (100)(0.640푚퐴) = 0.76 푉

퐼푐 = 훽퐼푏 = (100)(6.33푢퐴) = 0.633 푚퐴

푉푒 = 푅 × 퐼푒 = (10퐾)(0.640푚퐴) = 6.4 푉

푉푐 = 푉푐푐 − 퐼푐푅푐 = 12푉 − (0.633푚퐴)(10퐾) = 5.67 푉

De los cálculos realizados anteriormente se puede deducir que el voltaje de colector es mayor que el voltaje de la base en aproximadamente 4.91 V, lo que quiere decir que el transmisor se encuentra operando en modo activo.

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Para el análisis de CA es necesario obtener el parámetro re, el cual se obtiene a partir del valor del voltaje térmico y de la corriente del emisor IE del análisis de CD:

푟푒 =푉퐼푒 =

25 푚0.640 푚 = 39.062 Ω (4)

La ganancia de un amplificador por divisor de voltaje se encuentra determinada por la fórmula:

퐴 = −푅2

푟푒 + 푅4 = −10퐾

39.02Ω + 4.7퐾 = −2.110 (5)

Dicho valor indica que se trata de un amplificador inversor con una ganancia considerable, por lo tanto si no hubiera ninguna carga conectada al amplificador se esperaría que la señal de salida fuera 2.110 veces mayor que la señal de entrada.

7.3. TERCERA ETAPA

Finalmente, la tercera etapa del circuito puede considerarse como la etapa moduladora. Como podrá observarse su análisis resulta un poco más complicado que el de las etapas anteriores.

El circuito equivalente en CD de la etapa moduladora se presenta en la figura 3. En ella se puede observar, que dicho circuito equivalente únicamente polariza el transistor en la región activa. Así mismo, la resistencia R8 proporciona mayor estabilidad al circuito al funcionar como retroalimentación.

Figura 25. Etapa de modulación

푅9 =4.7퐾 × 2.2퐾4.7퐾 + 2.2퐾 = 1.498 퐾

푅10 = 푅9 + 푅6 = 1.498퐾 + 1퐾 = 2.498 퐾

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A continuación se presenta el análisis en CD para esta etapa. Si al igual que en el análisis de la etapa anterior suponemos que β = 100, sustituyendo los valores en la ecuación 3, se obtiene el valor de la corriente del emisor.

퐼 =푉 − 푉

푅 + 푅훽 + 1

=12푉 − 0.7푉

1퐾 + 2.498K101

= 11.027 푚퐴

Ya con este valor, se pueden calcular los datos restantes:

퐼 =퐼훽 + 1 =

11.027푚퐴101 = 109.17 푢퐴

푉푏2 = 푉 + 푅8퐼푒2 = 0.7푉 + (1퐾)(11.027푚퐴) = 11.727 푉

퐼 = 훽퐼 = (100)(109.17푢퐴) = 10.917 푚퐴

푉 = 푅8퐼 = (1퐾)(11.027푚퐴) = 11.027 푉

푉 = 푉푐푐 = 12 푉

푉푐푒 = 푉푐 − 푉푒 = 12푉 − 11.027푉 = 0.973 푉

En base a los resultados anteriores, es posible calcular la potencia de salida del circuito. Dicho dato es importante, ya que éste determina el alcance del transmisor.

푃 = 퐼 × 푉푐푒 = (10.917푚퐴)(0.973푉) = 10.622 푚푊 (6)

Como puede observarse en la ecuación 6, la potencia de salida del transmisor es muy pequeña, lo cual en este caso es lo deseado para no ocasionar interferencia. Por otra parte, en esta etapa no es posible realizar el análisis del circuito en CA, ya que en este caso los capacitores lo impiden al comportarse como corto circuito, esto se debe a que éste no es el fin de los capacitores. Por lo tanto, el circuito de CA resultante se ilustra en la figura 4.

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Figura 26. Equivalente en CA de la etapa de modulación

En la etapa del modulador se encuentra también la parte del oscilador, que no es más que el circuito tanque, el mismo que está conformado por la bobina y por el capacitor variable

La explicación del funcionamiento del circuito tanque se basa en el hecho de que el inductor y el capacitor intercambian energía eléctrica y magnética indefinidamente, produciendo así oscilaciones.

La importancia de dicho circuito radica en que la frecuencia de oscilación corresponde a la frecuencia de transmisión; sin embargo, dicha frecuencia depende de los valores del inductor y capacitor.

El capacitor C5 conectado entre el colector y emisor del transistor ayuda a mantener un nivel de voltaje y a recargar el circuito tanque, con lo que se reducen las pérdidas debidas a la producción de calor por la resistencia de dichos elementos, además dicho capacitor asegura que durante el semiciclo negativo de la señal el circuito tenga una conexión a tierra.

7.4. CALCULO DE LA BOBINA

L = µ 1.257 n s10 l

Donde n es el número de vueltas, s es el área de la bobina, l es la longitud de la bobina, u la permeabilidad magnética del núcleo de la bobina.

n = 6 vueltas de la bobina; l = 2 cm; s = 2 cm2; u = 1; Reemplazando los datos en la formula anterior tenemos:

L = (1) 1.257 6 × 2cm10 (2cm)

L = 42.25 uH

La frecuencia de oscilación del circuito se calcula mediante la siguiente fórmula:

푓 =1

2휋√퐿퐶

Como ya sabemos el valor de la inductancia y de la frecuencia a la que vamos a

25

trabajar, por lo tanto procedemos a calcular el valor del capacitor, de la siguiente manera:

퐶 =1

4휋 푓 퐿

퐶 =1

4휋 (92.1푀ℎ푧) (42.25 × 10 )

C = 0.65 pF

Como el capacitor es variable de 6.8 a 45 pF, entonces es posible variar la capacitancia hasta la deseada que en nuestro caso según los cálculos anteriores es aproximadamente 0.65 pF.

7.5. CALCULO DE LA ANTENA

Para la longitud de la antena El último elemento tomado en consideración como parte del análisis del circuito transmisor es la antena, la cual puede ser un simple cable aunque es recomendable utilizar una antena telescópica. Según el tipo de antena usada, ésta debe cumplir con la condición de que su longitud debe ser de al menos la cuarta parte del tamaño de la longitud de onda de la señal que transmitida. La longitud de onda de la señal se calcula con la siguiente fórmula:

λ = 푣/푓

donde λ es la longitud de onda, v es la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas (3x10 8 m/s), y f la frecuencia de transmisión (92.1 MHz).

λ =3x10 m/s92.1푥10

λ = 3.257m 푙푎푛푡푒푛푎 = λ/4

푙푎푛푡푒푛푎 = 3.257m/4 푙푎푛푡푒푛푎 = 0.81 푚

26

8. LISTAS DE MATERIALES Transmisor

8 Resistencias (1/4watts)

2 transistores S9018 2 capacitores de 10uF y 1 capacitor de 2.2uF electrolíticos 2 capacitores de 2.7pF,2 de 100nF 1 Capacitor Variable (amarillo) de 5-50pF) 1 Diodo LED 1 inductor de 6uH 1 bornera de 2 servicios Conectores Una batería de 12v

Preamplificador 2 borneras de tres pines Tres potenciómetro de 20K 4 condensadores cerámicos (100nF,2 de 22nF,2.2nF) 3 Condensadores Electrolíticos(2 de 10uF,2.2uF) Sócalos de 4 pines CI TL082 8 Resistencias (1/4watts)

Amplificador de audio 2 resistencias (10Ω , 1.2KΩ) 2 Capacitores Electrolíticos(220uF,10uF) 2 Capacitores Cerámicos (100pF,47nF) 3 Conectores de 2 Pines CI LM386N

Conversor de fuente simple A fuente Simétrica 2 Resistencias de (4.7kΩ y 33kΩ) 2 Diodos Semiconductores de tipo 1N4007 2 capacitores Electrolíticos de (22uF, 100uF)

Valores de resistencias

15k 10k 6.8k 2 de (4.7k) 2.2k 1k 680k

Valores de resistencias

1M 390k 22k 3 de10k 15k 3.3k 1k

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2 capacitores Cerámicos de (22nF, 10nF) 2 conectores de (3 pines, 2 pines)

Vúmetro 10 LEDS (8 rojos ,2 verdes) 3 capacitores Electrolíticos (4.7uF, 1uF,y 47uF) 2 diodos de acción rápida (1N4148) 2 resistencias de 1kΩ Potenciómetro tipo Trimer de 25k 1 bornera de 3 pines CI LM3914N

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28

9. CONCLUSIONES

En las señale de FM la amplitud de la portadora permanece constante,

mientras que su frecuencia varia entorno a la frecuencia central.

La amplitud FM y potencia transmitida permanecen constantes.

Para determinar la cantidad de desviación de la portadora se usa la amplitud

de la frecuencia de la portadora.

La parte fundamental del transmisor es el circuito tanque (LC), ya que la

frecuencia de transmisión depende de los parámetros seleccionados para el

inductor y capacitor

Se ha utilizado el transistor S9018 ya que con este obtuvimos mejores

resultados y menos ruido a la salida del transmisor.

Se debe tomar en cuenta el acoplamiento entre las diferentes etapas del

transmisor (señal de audio, amplificador, modulador, amplificador de RF y

antena) ya que de ello depende el correcto funcionamiento del dispositivo

electrónico.

Se debe tomar en cuenta los niveles de la señal de entrada para que los

transistores no lleguen a saturarse, y así poder obtener una señal pura para

luego transmitirse. Tal es el caso una señal por micrófono y una señal de

audio de entrada

En la etapa de amplificación de RF no se obtuvo buenos resultados debido a

que no se hizo un buen acoplamiento.

29

10. BIBLIOGRAFÍA

o Transmisor de Fm, foros de electrónica. Página web: http://www.forosdeelectronica.com/f22/transmisor-simple-fm-construccion-2130/

o Texto científico, foros de electrónica. Página web: http://www.textoscientificos.com/redes/modulacion/frecuencia

o Condensador eléctrico. Wikipedia la enciclopedia libre. Texto modificado el 11

de febrero del 2011. Página web: http://es.wikipedia.org/wiki/Condensador_el%C3%A9ctrico

o Inductor. Wikipedia la enciclopedia libre. Página web. Texto modificado el 6 de febrero del 2011. Página web: http://es.wikipedia.org/wiki/Inductor

o Condensador variable. Wikipedia la enciclopedia libre. Texto modificado el 11 de febrero del 2011. Página web: http://es.wikipedia.org/wiki/Condensador_el%C3%A9ctrico

o Wayne Tomasi (n. d).Sistemas de Comunicaciones Electronicas.. PRENTICE HALL MEXICO , 2003 (4ta edición)

30

11. Anexos

31

Diseño de de circuitos Impresos ( PCB´S)

o Transmisor

o Amplificador de Audio 1.25 watts

32

o Conversor de Fuente Simple a fuente simétrica

o Preamplificador

o Vúmetro

33

Placas en PCB´S

o Diseños Impresos en Papel Fotográfico

o Momento en el cual se procede a sacar el papel fotográfico

o Placas

o Dispositivos Electrónicos implementados en Las placas