I

DIVISION DE CIENCIAS BASCAS E INGENIERIA.

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRICA.

NSMISQR-RECEPTO DIGITAL DE IF AL COMPRI

TESIS QUE PRESENTAN LOS ALUMNOS: Q CANO MARTINEZ JAIME ......................... 95319456.

Q CASTELLANOS TORRES M U L ................ 95319158.

Q ENCINAS CASTRO MARCO ANTONIO ....... 953% 9076.

ASESOR:

FAUSTO CASCO SANCHEZ.

PARA LA QBTWIDNDEL GWDDELI.CENClkTURAEN INGENlERIA EN ELECTRONICA.

AGOST012002.

PROYEC IX

TRANSMISOR- DE FM CON

INTEGRANTES: CASTELLANOS T O m S

CANO MARTINEZ JAIME. ENCINAS CASTRO MARCQ ANTONIO.

Los integrantes de éste yvoyecto agradecemos e l ayoyo constante e incondícional qza.e recí6imos pw p w t e de nuestro asesor, e l R-ofesw yausto Casco Shnchez, quien dedícó, ~ Y Q ~ W C ~ O T L Q , y nos 6ríndi su tiempo, sus conocimientos e n e l &ea de comunicaciones, su sencillez, su 6uen sentíAo d e l humor, e l espfrítzl. & investígar, esa nzotivacíbn que íwyíró Liz .p-eafizacíon y teminacíon de[ proyecto, en.fín s6li que& ?pzcils que decírgyacins ‘Profesor.

INDICE GENERAL .

TEMA . No . PAGINA .

lndice ........................................................................................................

1.- Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 . 1 .- Señales Moduladas en Frecgencia ........................................

1.2.- Generación de una Seflal FM ................................................

11.- Transmisor - Receptor ........................................................................

2.1 .- Diagrama a BIoques del Proyedo .........................................

2.2.- Pre - Arnpiificador ..................................................................

2.3.- Filtro Pasa - Bajos .................................................................

2.4.- Modulador de FFdl ...................................................................

2.5.- Partes de un Receptor ...........................................................

111.- Digitalizaci6n de Señales con Sefial Comprimida ...............................

3.1 .- Partes Digitales ......................................................................

3.2.- Convertidor Analógico a Digital ..............................................

3.3.- Convertidor Digital a Analógico ..............................................

Bibliografía ................................................................................................

Apkndice 1.- Prograrnaclon . . ........................................................................

Apéndice 11.- Dispositivos de Entrada y Salida .........................................

Recepción de la Parte Digital .........................................................

Apéndice i l l . - Tubos de Vacío ...................................................................

1.

2.

2.

4.

7.

7.

11.

15.

18.

24.

27:

27.

29.

31.

34.

36.

43.

46.

52.

1.- INTRaDucclON

l . 1 .- Señales moduladas en frecuencia.

Para el caso de las señales de AM, la amplitud de ¡a portadora se modula con

la señal f(t), y por lo tanto la información queda contenida en la variación de

amplitud de la portadora. Corno una señal sinusoidal se describe mediante tres

variabies (amplitud, frecuencia y fase), existe tambikn la posibilidad de llevar 6sta

información cuando varían la frecuencia 5, bien la fase. Sin embargo, por

definición, una sinusoide representa un tren de ondas de amplitud, frecuencia y

fase constantes y un cambio de cualquiera de &stas tres variables será

contradictorio con la definici6n de seiial sinusoidal. Deberemos, por lo tanto,

extender el concepto de señal sinusoidal a una función generalizada cuya

amplitud, frecuencia y fase pueden variar respecto al tiempo.

En señales FM, \a moduiaci6n se hace a través de variaciones en frecuencia.

Para el mejor entendimiento de éste concepto, se introduce la variable de

frecuencia instantanea , esto trata de una señal cuya frecuencia ( ~ & s constante

durante cierto período (T) de la sefial. Cuando I = T la frecuencia cambia

repentinamente a un valor do 2 QO y conserva este valor hasta que se completa

otro periodo., así como se muestra en la figura:

1

O . a

O . 0

O . 4

0 . 2 n P O

- 0 . 2

- o .4

-0.6

- 0 . 8

. 1 O j 2

~ 4 e 8

f r e c u e n c l a a n g u l a r I O 1 2 1 4

3

Ahora bien, si las variaciones de frecuencia en vez de bruscas fueran

continuas, entonces la señal f(t) no podrh ser reprssentada por una expresión

sinusoidal ordinaria. Por esto, definirnos una función sinusoidal gensralizada:

f(t)=Acose(f) en donde 8 es el ángulo de la sefial sinusoidal en función de t. Para una función

sinusoidal ordinaria de frecuencia fija,

f(t)=Acos(wct + 00)

donde

qt)= C k t f 00

WC = d&/d t

de ésta manera, definimos la frecuencia instantánea como la derivada del ángulo

respecto al tiempo, por lo que tenernos que:

= d$/d t

Y de aquí resulta fácil entender la posibilidad de transmitir información f(t)

haciendo variar el ángulo Q(t) de una portadora. Tales técnicas de modulackh, en

donde se hace variar el ángulo de ia portadora en alguna forma con una señal

modulante f(t), se conocen CDMO modulacibn angular. Los dos mbtodos de uso

común son: rnodulaci6n en fase (MF) y rnodulacidn en frecuencia (FM).

Desarrollando la ecuación obtenida y agregando una constante ,O que indica el

índice de modulación, la set'ial de FM puede ser representada por la ecuación:

f,,T(t)=ACOS[&h$ -k p/f(t)dt]

Asi mismo debemos de tomar en cuenta la ecuación del ancho de banda:

5=2(P+ 1)fm

En donde p es el índice de modufación, Un aumento en p también aumenta el

ancho de banda, por lo que los sistemas en FM producen una mejora en señal de

ruido a expensas de un aumento en el ancho de banda

Par obtener en FM una buena relación respecto a la razón señal a ruido, se debe de cumplir:

4

f3=1 /(I d3)=0.577

1.2.- Generación de una seiial FM.

El diagrama a bloques de un generador de sefial FM:

-Asen # ~ f Salida FM

En la transmisión de señales de FM la frecuencia de fa portadora varia

proporcionalmente a la información de la fuente. En la modulacibn de las seiiales

de FM, se varía la frecuencia de la portadora en amplitud constante directamente

proporcional S la amplitud de la señal modulante, con una relación igual a la

frecuencia de la señal modulante. l a frecuencia y la fase de la portadora están

cambiando proporcionalmente con la amplitud de la señal modulante. El cambio

en frecuencia se le llama desviadrjn en frecuencia y el cambio en fase se llama

desviación en fase. La desviacibn en frecuencia es el desplazamiento relativo de

la .frecuencia de la portadora en hertz, y la desviaci6n en fase es el

desplazamiento angular relativo (en radianes), de la portadora, con respecto a una

fase de referencia. La magnitud de la desviacjbn en frecuencia y en fase es

proporcional a la amplitud de la señal modulante y la relación en que la desviación

ocurre es igual a la frecuencia de la señal modulante.

I

Las seiiales de frecuencia modulada son relativamente insensibles a la

distorsión no lineal y pueden ser transmitidas a través de amplificadores que

tienen compresión o amplitud no lineal con pocas penalizaciones. Además, las

5

señales de FM son menos sensibles al ruido aleatorio y se pueden propagar con

menos potencia da transmisiór?.

Un factor principal al disefiar sistemas de radio de FM es el ruido de

intermodulación. En los sistemas de AM, la amplitud del repetidor no lineal musa

el ruido de intermodulaci6n. En los sistemas de FM, la causa principal del ruido de

intermodulación es por la ganancia de transmisión y la distorsión por retardo. En

consecuencia, en los sistemas de AM, el ruido de intermodulaci6n es una función

de la amplitud de la sefial, pero en los sistemas de FM 8s una función de la

amplitud de la señal y de la magnitud de la desviación en frecuencias. Así, las

características de las seiíales de frecuencia modulada son m i s aptas para las

transmisiones por mici-oondas que las seitales ds amplitud modulada.

En este proyecto utilizamos la transmisión en FM de banda angosta, la cual

como sabemos es lineal. Las ventajas de la FM de banda angosta sobre la AM

incluyen la posibilidad de ~!na respuesta de cero Hz asÍ como el rechazo de

grandes pulsos de ruido que son el resultado de cortar ó limitar la amplitud de la

señal que puede tender a saturar al receptor. Debido a las altas frecuencias que

se usan, el desempeiío de los sistemas da FM es influido por la propagación en

trayectoria múltiple. Esto se nota sobro todo por el desvanecimiento rápido y la

variación de la intensidad de las se5ales de FM en la recepción. A causa de las

frecuencias que se utilizan en FM, su propagación debe ser en línea visual.

Para la radiodifusión comercial FM! la Federal Communications Commission de

Estados Unidos asigna frecuencias portadoras espaciadas por intervalos de 200

KHz, en el intervalo de 88-108 MHz, y fija la desviación de frecuencia pico en 75

KHz. Los 200 &<Hz disponibles para cada estación, en comparación con los 10

MHz de la radiodifusión AM, permiten transmitir material de alta fidelidad, con

espacio de sobra, llenando la banda con FM de banda ancha.

La transmisión de un canal de audio deja espacio para material adicional dentro

del ancho ds banda asignado. A menudo, las porciones del espectro modulador de

mayor frecuencia se ocupan con rnultiplexación estéreo y otra transmisiones auxiliares.

6

En la estación de FM, las señales de audio izquierda y derecha se derivan de

micrófonos, discos, cintas etc. Para transmisiones estereo, se admits una

subportadora piloto a 19 KHz de hasta el 10% de la desviacibn de frscuencia pico

(de 75 KHz). Por ello, durante la pausa de una transmisi6n FhI estéreo $8 pueda

identificar en un analizador de espectro, una gran línea portadora con más de dos

bandas laterales de primer orden ssparadas a I 9 KHz de la portadora original.

Comparado con el de AM, el ancho de banda relativamente grande necesario

para la FNI comercial es el precio que se debs pagar por la mejora sustancial en la eliminaci6n de rUid0 e interferencia. EstB elirninacicin aumenta al crecer la desviaci6n de frecuencia y, por lo tanto, el ancho de banda.

7

2.1 .-Diagrama a bloques del proyecto.

Para este proyecto, por su extensión se dividió en dos partes fundamentales

transmisión y recepción(ver figura 1 ); la parte del transmisor la cual a su vez se

divide en diferentes módulos (ver figura 2); la Qual comprende:

Preamplificador para Micrófono.- Como es sabido el micrófono es un

transductor el cual convierte las vibraciones sonoras en oscilaciones eli3ctricas, las

cuales se obtienen con un nivel de voltaje muy pequefio, para el cual es necesario

amplificarlo(figura 3).

Filtro Pasabajo." Despues de la parte de amplificación es necesario filtrar la seiial ya que se le añaden niveles o porciones de mido que no se desean(figura

5).

Modulador FM.- Después de haber digitalizado, comprimido y separado ia

información, ésta para poder transmitirla se tendrá que trasladar a una frecuencii

muchísimo mayor a la banda base de la voz (3.4Khz),(figura 6).

Amplificador de salida bocina.-Este módulo se encarga de darle un pequefia

ganancia a la señal, antes de mandarla a la parte de potencia, aunque se indica

una salida a bocina, esto solo actlia exclusivamente como un pre-amplificador a la

salida del modulador (figura 4).

Etapa de potencia.- Cuando ya se modul6 la seña\, 6sta estará lista para

transmitirse por el medio ambiente, para evitar la atenuación de serial por el medio

se tendrá que amplificar y darle la suficiente potencia para alcanzar la distancia

deseada, los circuitos mas comunes para este caso son los bulbos(figura 8), ya

que ellos son los ljnicos que pueden operar satisfactoriamente a frecuencias altas.

(Apéndice A)

8

Antena transmisora- Debe seleccionarse el conductor por el cual se

transmitirán las ondas electromagnéticas a la frecuencia seleccionada.

Por la parte del receptor se utilizó un radio receptor para sintonizar la frecuencia

de transmisión, corno demodulador, adem& de un amplificador para bocina.

9

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10

1 -

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2.2.- Pre-Amplificador.

Circwito prearnplificados de micrbfono.

feria/

Cte. integrado f l739.

f resistencia de 47kR(1/2W).

I resistencia de l . 2k %I (1/2M(l.

1 resistencia de 1OOk L? (1EW).

1 resistencia de 1 M R (7/2&7.

lcapacifor electroiifico de 75OpF.

?capacitor electfolltico de 2.8nS.

?capacitor electrolRico de 5pF.

El microform produce por lo regular una salida ds aproximadamente 5mV

de salida, lo cual nos da la idea de !a necesidad de un circuito amplificador

para esta señal, ya que los niveles tan bajos que obtenemos en forma

directa, nos dificultan el procesamiento de la señal, para esto ocupamos ug

circuito preampiificador con las siguientes caracteristicas. /

El circuito consta de un amplificador operacional (pA 739, que consta de

dos amplificadores) de bajo ruido, y que inclusive puede utilizarse para un

diseño de dos canales de sistema estereo.

I Analizando el funcionamiento del circuito, observamos que:

12

- A frecuencia cero, todos los capacitores se comportan como circuitos abiertos

y la ganancia del circuito es f- l. - Conforme aumenta la frecuencia, la reactancia de C l comienza a disminuir

alrededor de los 0.03 Hz y cerca de los 26 Hz, se vuelve despreciable. En

este rango, la ganancia aumenta

- A 54 Hz /a reactancia del capacitor C2 comienza a disminuir hasta que se

vuelve despreciable. Ahora, R? est3 conectado con R2 en paralelo, para

reducir la ganancia de 580Hz a 77 m& 6 menos.

- Cuando la frecuencia de la fuente aumenta a 2.3kHz, C3 comienza a

“puenfeai‘ a U?, reduciendo la ganancia a 20dB hasta que la ganancia se

establece en la unidad, cerca de 178kHr

Como se describe, el funcionamiento de éste circuito es óptimo para

nuestra aplicaci6n, ya que el ranga de operación es el recomendable para la amplificación de la VOZ.

Por éstas razones, explicadas con anterioridad, se prefirió irnplementar

éste circuito, para después agregar la parte del filtro pasa-bajas, que es la que nos va a limitar en banda a todo el espectro de la señal.

Pre - Amplificador.

Figura 3

14

Amplificador de salida a bocina..

200H 2

Figura 4

15

2.3.-Filtro pasa-bajo.

Material

- 2 ctos. lntegrados 741.

- 4 resistencias de 47kQ (1/2w).

- 1 resistencia de 94k.Q (11’2Wf.

- I capacifor elecfmlitico 2pF.

- I capacitor electrolitico 1pF.

- I capacitor eledmlifico O. 5pF.

Los filtros ideales pasa-bajas permiten el paso de frecuencias hasta un

límite dado y atenúan las frecuencias por arriba de ese límite, es decir

consiste en la eliminación de porciones no deseadas del espectro de

frecuencia . Los filtros ideales pasa-bajo producen ganancia, combinando

capacitores y rssistores con un circuito integrado. En el diseño de este sistema,

se tomaron en cuenta ciertas restricciones, para cumplir las especificaciones

deseadas, estas incluyen el decaimiento (la razón de la sefial en frecuenciq

fuera de la banda de paso), la frecuencia de corte y la ganancia producida a la frecuencia de resonancia del circuito. Estos son requerimientos en el dominio

de la frecuencia. Los requerimientos en el dominio del tiempo son también

importantes, ya que determinan la respuesta transitoria. En general se

expresan en tkrminos de tiempo de subida, sobredisparo y tiempo de

estabilización para entradas preestablecidas.

/

Con frecuencia, una restricci6n se puede cumplir solo a expensas de otra.

En estos casos, necesitamos considerar tanto el parámetro deseado como su

contraparte indeseada.

16

Para 6sta parite, se eligib e! disefío de un filtro pasa-bajo de tipo

Butterworth, dada su simplicidad y su respuesta plana dentro del largo del

rango de frecuencia en que opera. En éste caso, para compensar el efecto

de la caída lenta de la respuesta en frecuencia del filtro Buttewrth,se eligió

el diseño de un filtro pasa-bajas de tarcsr ordeqcon una mida un poco más

rApida.

Procedimiento de disefio.

- Se escogi6 una frecuencia de corte (3.4 kHz en nuestro caso)

- Seleccionarnos CJ escogiendo claro est$, un valor comercial. Para efectos del

diseiio, se escogi6 el capacifor de InF.

- Se hizo C1=1/2 Cs y C2 = 2C3 - Se caJcul6

R= S/&C3

- Se toma a todas las resistencias del mismo valor (47kf2 aproximadamente)

17

Filtro Pasa-Bajo

Ent

Figura 5

2.4.-Modulador de FM

Material 2 transistores 2N2222

3 resistencias de 1 KQ (1QW)

1 resistencia de ?OK0 (?Ow)

1 resistencia de 15Kn (7/2w 1 resistencia de 6.8K.Q (1/2w)

7 resistencia de 2.2K.Q (IDW)

2 resistencias de 4.7K.Q (1nw)

7 capacitor de pdi6ster met8lico de 22p.F

2 capacitores de polibster metdlico de 7OpF

3 capacitores de tantalio de O. 7 p F

I capacitor variable de 5-60 pF (para sinlonja,)

1 bobina de ImH (alambre de cobre cal. 22 a 4 vueltas)

"Nota: l o s capacitoras se eligieron de los matehales indicados anteriormente por razones de

estabilidad del circuito y por la baja sensibilidad a1 ruido. I

Los sistemas de frecuencia se agrupan en dos clases:

1. FM directa, en la que la portadora está modulada en el punto donde se

genera, en el oscilador maestro

2. FM indirecta, en la que el OM no modula, pero la modulación se aplica en

alguna etapa siguiente.

La frecuencia de una onda puede variarse directamente sólo en el punto donde

se est& generando esa onda. Esto indicaría al parecer que la frecuencia de una

onda sólo podría modularse en el OM. En cierto sentido, es cierto. Pero, la señal

moduladora puede cambiar la fase de la corriente o la tensión de la onda

portadora después de haber sido generada la portadora; es decir, la portadora

19

puede ser modulada en fase en cualquier punto del transmisor. Entonces esta

modulación de fase se transforma fácilmente en modulación de frecuencia, por lo que podemos decir que la modulación de frecuencia se produce indirectamente, y

el resultado se denomina FM indirecta. La FM indirecta también puede producirse

modulando primero la amplitud de la portadora y después transformando la AM

resultante en FM.

Generacibn de FM directa.

Un circuito simplificado para la generación de FM directa no es práctico para

sistemas de FM comerciales, se utiliza para efecto de dernostracibn porque se

entiende fácilmente. En este circuito, un micrófono electrostático se conecta en

paralelo con el circuito tanque LC de un oscilador de RF. Las ondas sonuras

aplicadas al micrófono hacen que su capacitancia varíe ai ritmo de las vibraciones

de las ondas sonoras. Puesto que el micrófono esta conectado en paralelo cm el

circuito tanque del oscilador, la frecuencia de la onda de RF generada por el

oscilador también varia (la llamada frecuencia modulada) al ritmo de las vibraciones de las ondas sonoras. De este modo, las vibraciones de las ondas

sonoras controlan directamente las variaciones de frecuencia en la onda de RF. U

circuito oscilador Hartley alimentado en paralelo utilizado aquí es un circuito que

realmente funciona, pero no se usa en la práctica porque posee ciertos

inconvenientes, a saber: La estabilidad de la frecuencia portadora es mediocre; el

circuito debe utilizar un micrófono de tipo electrostático; la magnitud de las

desviaciones de frecuencia producidas son demasiado bajas para las necesidades

de moduiación normal, lo que produce un bajo índice de modulación y, por

consiguiente, una relación S/R deficiente.

Modulador de Reactancia.

Un sistema práctico para generar FM directa es el modulador de reactancia,

que produce una variacicjn de capacidad o reactancia en un circuito oscilador

resonante para conseguir la desviaci6n de frecuencia. Dependiendo de la

circuitería específica utilizada, el circuito modulador de reactancia actúa como una

20

inductancia variable o como una capacidad variable en paralelo con el circuito LC

resonante de un oscilador de RF. Un requisito crítico en el circuito modulador de reactancia es que sea totalmente reactivo. Para que funcione adecuadamente, debe tener un ángulo de desfase de +90° ó -90°, lo que significa que no debe haber ning6n componente resistivo en el circuito modulador. Los componentes resistivos producirim señales AM no deseadas en la salida. Para eliminar estas señales AM no deseadas en el receptor se necesita una circuitería suplementaria. Existen cuatro configuraciones fundamentales de rnoduladores de reactancia que ofrecen buenos resultados.

Aunque los circuitos que vemos utilizan un transistor como dispositivo activo,

tambien pueden emplearse otros, corno vAlvulas de vacío, JFET, MOSFET y

circuitos integrados. En el circuito normalmente se compone de una red capacitiva

RC con transistor rnodulador de reactancia funciona en el circuito tanque del OM.

Cualquier modulador de reactancia puede conectarse a traves del circuito

tanque de un oscilador LC no controlado por cristal piezoel6c2rico1 siempre que el

oscilador utilizado no requiera dos circuitos sintonizados para su funcionamiento.

Los mas empleados son los osciladores aislados Hartley o Colpitts.

En nuestro proyecto, fue utilizado un oscilador Colpitts para la generacibn de la

señal FM. El circuito utilizado se muestra a continuación en ía figura 6.

22

TRANSMISOR (h4ODULADOR).

Figura 6.

23

o’

d

24

2.5.-Partes de un Receptor.

Los componentes fundamentales ds un receptor de radio son: 1 } una antena

para recibir las ondas electromagneticas y convertirlas en oscilaciones el6ctricas;

2) amplificadores para aumentar Ja intensidad de dichas oscilaciones; 3) equipos

para la demodulacibn; 4) un altavoz para convertir los impulsos en ondas

sonoras porcsptibles por el oído humano (y en televisión, un tubo de imágenes

para convertir la señal 8n ondas luminosas wlsibtes), y 5) 8n la mayoría de los receptores, unos osciladores para gsnerar ondas de radiofrecuencia quls puedan

mezclarse con las ondas recibidas.

La señal que llega de la antena, compuesta por una oscilaci6n de la portadora

de radiofrecuencia, rnodulada por una sefial de frecuencia audio o video que

contiene los impulsos, suele s5r muy dbbil. La sensibilidad de algunos receptores de radio m0dernGS es tan grande que con que la señal de la antena

sea capa2 de producir una corriente alterna de unos pocos cientos de

electrones, la seiial se puede detectar y amplificar hasta producir un sonido

inteligible por el altavoz. La mayoría de los receptores pueden funcionar '

aceptablemente con una entrada de algunas millon6simas de voltio. Sin

embargo, el aspecto básico en el dissho del receptor es que las señales muy débiles no se convierten en válidas simplemente ampiificando, de forma

indiscrirninada, tanto la seiial deseada como los ruidos laterales (véase Ruido mas adelante}. Así, el cometido principal del disefiador consiste en garantizar la recepción prioritaria de la señal deseada.

Muchos receptores modernos de radio son de tipo superheterodino, en el que un

oscilador genera una onda de radiofrecuencia que se mezcla con la onda

entrante, produciendo así una onda de frecuencia menor; esta última se

denomina frecuencia media. Para sintonizar el receptor a las distintas

frecuencias se modifica la frecuencia de las oscilaciones, pero la media siempre

permanace fija (en 455 kHz para la mayoria de los receptores de AM y en

10,7 MHz para Pos de FM). El oscilador se sintoniza modificando la capacidad del

25

condensador en su circuito oscilador; el circuito de la antena se sintoniza de

forma similar mediante un condensador.

En todos los receptores hay una o m i s etapas de amplificación de frecuencia

media; además, puede haber una o m& etapas de amplificación de

radiofrecuencia. En la etapa be Frecuencia media se suelen incluir circuitos

auxiliares, como el control automático de volumen, que funciona rectificando

parte de la salida de un circuito de amplificacirjn y alimentando con ella al

elemento de control del mismo circuito o de otro anterior (v6ase Rectificación). El detector, denominado a menudo segundo detector (el primero es el mezclador),

suele ser un simple diodo que actúa de rectificador y produce una setial de

frecuencia audio. Las ondas FM se demoduian o detectan mediante circuitos que

reciben el nombre de discriminadores o radiodetectores; transforman las variaciones de la frecuencia en diferentes amplitudes de la sefial.

Este circuito muestra la complejidad de los modernos receptores de radio. Los seis componentes rectangulares negros son los circuitos integrados (Ci) que

contienen cientos de transistores. Los otros componentes son resistencias

(pequefios elementos redondos planos), condensadores (cilindros negros) e

inductores (bobinas de cable). Los circuitos más modernos poseen menor

. .

26

número de elementos, a menudo un Único CI y .algunas pocas resistencias.

Estas mejoras se deben al desarroilo de CI MAS evolucionados y la tfansicibn de

la sintonía LC (inductorandensador) a la PLL (bucle fijo de fase). Esta última,

además de proporcionar k l visualizacidn digital de la frecuencia, no precisa

componentes individuales.

111.- Digitalización de seiiales con señal comprimida.

27

En este proyecto se trabajo tambih en la digitalizaci6n de senales, para una

posible aplicacibn de sefiales de FM.

3.1 .-PARTES DIGITALES

En la actualidad la mayoría de las transmisiones ds telecomunicaciones se

realizan con señales digitales, ya que esta forma de transmitir elimina el ruido

ademas de que permite que la señal llegue mas pura, y que se puedan corregir los posibles errores que se generen en la transmisibn.

La parte digital de este proyecto podemos dividirla en seis módulos, que en

forma general operan de la siguiente manera.

La señal analógica se pasa 8 través de un convertidor anal6gico - digital, en

donde se obtienen dígitos (ceros o unos) dependiendD del nivel del voltaje de

entrada, a la salida del convertidor en su .bus de datos obtenemos la señal ya

digitalizada, en paralela (ocho digítos al mismo tiempo ).

La señal es introducida a través de un puerto paralelo a una computadora,

para que no se pierda la informaci6n en el proceso de entrada y salida de la CPU

es necesario, pasar la señal a través de 2 latch, los cuales estarán sincronizados

con un contador el cual le indicara el puerto si esta entrando o saliendo

información. Por cada ocho ciclos de reloj de latch de salida, corre un ciclo en el latch de entrada ya que la información sigue en su forma en paralelo y es

necesario mediante un registro de corrimiento convertir la señal en serie o a serie,

para poder transmitir bit por bit la señal deseada hacia el moduiador (figura IO).

28

El contador es un dispositivo síncrono por lo que hay que decidir la frecuencia

a la cual va a operar el oscilador con el cual va a conmutar ese dispositivo.

El oscilador disefiado fue un 555 astable a una frecuencia de 60 KHz, esta

frecuencia resulta ya que el segundo latch trabaja ocho veces a la frecuencia del

primero y este debe manejar una frecuencia mayor a dos veces la frecuencia de

la señal a transmitir (teorema de muestreo), en este caso sa transmitir& voz, así

quo, la frecuencia “de muestreo” es de 3.2KHz.

Los datos al ser introducidos en la computadora o CPU entraran en un proceso

de compresión por medio de un programa realizado en lenguaje

3.2.-Convertidor analógico-digital.

29

Descn;oci6n general. El ADC-803 es un dispositivo CMOS de 8 bits, es un convertidor A/D con

aproximación sucesiva, que se usa como potenci6metro de escalera

modificado. Similar a los productos 256. Es diseñado para encontrar el NCS

MlCROBÚS estandar para permitir la operación con el 8080A control del bus, y

TRI-STATE salida de control del flujo de infomacidn que maneja directamente

el dato del bus. Éste A/D aparece igualmente en localidades de memoria para

puertos de entrada/salida para el microprocesador y no es necesario en

interfaces lógicas.

Una nueva analogía diferencial de voltaje de entrada, permite incrementar el

rechazo y descompensación (offset) de la entrada lógica del valor de cero volts.

En adición, el voltaje de entrada de referencia puede ser ajustado para permitir

una analogía de voltaje de expansión para la amplitud de 8 bits de resolución.

Características.

- Es compatible, no necesita interface Idgica.

- Cada interface para el microprocesador u operacjones es una sola. - Contiene entradas de voltaje analbgicas diferencial.

- Permite entradas y salidas lógicas T2L de nivel de voltaje de

especificación.

- Trabaja con 2.5V de voltaje de referencia.

- Es un chip generador de pulsos de reloj.

- 8V-5V es el rango de voltaje de entrada analógica con un rango de 5V

suministrado.

- No requiere ajustar el cero lógico.

- 0.3 Normai con 20 pines DIP en conjunto.

30

CONVERTIDOR ANALQGICO - DIGITAL.

Figura 8

31

3.3.-Convertidor digital-analógico.

Descripcidn general. El DAC-0830 es un avanzado CMOS/SI-CR de 8 bits multiplexados, es un

DAC diseñado como interface directa con el 8080, 8048, 8085, 2-80, y otros

microprocesadores populares. Es un dispositivo cromo-silicón de resistor de

escala de red, divide la coniente de referencia y proporciona ai circuito una

excelente temperatura, siendo la característica de rango del 0.05% de la

escala de amplitud maxima, con variacidn lineal sobre el error de temperatura.

El circuito usa CMOS con interruptores de corriente y control ldgico para

llevar a cabo el consumo de baja potencia y baja salida de fuga en errores de

comente. Circuitalmente, es especial, proporcionando entradas ibgicas TTL de

nivel de voltaje compatible.

Permite doble tope (buffer) , el DAC proporciona una salida de voltaje que

corresponde a una palabra digital mientras se mantiene la siguiente palabra.

El DAC-0830 es miembro de la familia de microprocesadores compatibles.

Para aplicaciones que requieren de alta resoluci6n, es una buena alternativa.

Caracteristicas. /

- Tiene ajuste de escala saturada linealmente especificada.

- Tiene interface directa para todos los microprocesadores populares.

- Contiene doble buffer, buffer simple para flujo directo de datos digitales

de entrada.

- Carga palabras de 8 bits.

- Sus entradas 16gicas encuentran nivel de voltaje de TTL específico (1.4V

de voltaje umbral).

- Trabaja con +1OV de amplitud de referencia, multiplicado por 4

cuadrantes.

- Opera siendo ímico, sin utilizar otros dispositivos.

32

BUS

CPU

CONVERTIDOR D1GT"I'AL .. ANALOGICO

1

Figura 9.

DIAGRAMA DE L A PARTE DlGlTAL DE SEÑALES

LED1

f sal. - ser -

i d a ie.

Figura 10.

34

A .- Electrónica 111 .

Harri Mileaf, Edit. Limusa.

2.- Introducción a la Teoría y Sistemas de Comunicación,

B. P. Lati.

Edit. Noriega Editores.

3.- Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados lineales.

Federick F. Driscoll. Edit. Prentice Hall.

4.- Lenguaje Ensamblador y Programaciijn PC 3BM y Compatibles.

Peter Abel.

Edit. Pearson Educación.

5.- Las Microprocesadores Intel.

Barry 5. Brey.

Edit. Prentice Mall.

6.: Disefio Digital.

M. Morris Mano.

Edit. Prentice may.

7.- Electrónica Experimentos y Laboratorio No. 2.

Editor Julio Goñil. Edit. F&G Editores.

35

8.- Redes Globales de Información con Internet y TCP/IP. Douglas E. Corner. Edit. Prentice Hall.

9.- Sistemas de comunicaciones electr6nica.s.

Wayne Tomasi.

Edit. Prentice Hail.

10.- Diseño electrónico (circuitos y sistemas)

Savant, Roden, Carpenter.

Segunda edición.

Edit. Addison-Wesley Iberoamericana.

Apéndice 1.-

36

Un programa es una secuencia de instrucciones que indica al hardware de un

ordenador qué operaciones debe realizar con los datos. Los programas pueden

estar incorporados al propio hardware, O bien pueden existir de manera

independiente en forma de software. En algunas computadoras especializadas las

instrucciones operativas están incorporadas en el sistema de circuitos; entre los ejemplos más comunes pueden citarse los microordenadores de las calculadoras,

relojes de pulsera, motores de coches y hornos microondas. Por otro lado, un

ordenador universal, o de uso general, contiene algunos programas incorporados

(en la ROM) o instrucciones (en el chip del procesador), pero depende de

programas externos para ejecutar tareas iltiles. Una vez programado, podrá hacer

tanto o tan poco como le permita el software que lo controla en determinado

momento. El software de uso más generalizado incluye una amplia variedad de

programas de aplicaciones, es decir, instrucciones al ordenador acerca de cdrno

realizar diversas tareas.

Lenguajes

Las instrucciones deben darse en u-n lenguaje de programación, es decir, en una

determinada configuración de información digital binaria. En las primeras

computadoras, la programación era una tarea difícil y laboriosa ya que los conmutadores ON-OFF de las válvulas de vacio debían configurarse a mano.

Programar tareas tan sencillas como ordenar una lista de nombres requería varios

días de trabajo de equipos de programadores. Desde entonces se han inventado

varios lenguajes informáticos, algunos orientados hacia funciones específicas y

otros centrados en la facilidad de uso.

Lenguaje máquina

El lenguaje propio del ordenador, basado en el sistema binario, o código máquina,

resulta difícit de utilizar para las personas. El programador debe introducir todos y

cada uno de los comandos y datos en forma binaria, y una operación sencilla

37

como comparar el contenido de un registro con los datos situados en una

ubicación del chip de memoria puede tener el siguiente formato: 1 I001 O1 O

O00101 1 I 11 11 0101 O01 O101 l. La programación en lenguaje máquina es una

tarea tan tediosa y consume tanto tiempo que muy raras veces lo que se ahorra en

la ejecución del programa justifica los días o semanas que se han necesitado para

escribir el mismo.

Lenguaje ensamblador

Uno de los métodos inventados por los programadores para reducir y simplificar el

proceso es la denominada programación con lenguaje ensamblador. Al asignar un

código mnemotécnico (por lo general de tres letras) a cada comando en lenguaje

máquina, es posible escribir y depurar o eliminar los errores lógicos y de datos en

los programas escritos en lenguaje ensarnblador, empleando para ello sólo una

fracción del tiempo necesario para programar en lenguaje máquina. En el lenguaje

ensamblador, cada comando rnnemotécnico y sus operadores simbólicos

equivalen a una instrucción de máquina. Un programa ensamblador traduce el

código fuente, una lista de códigos de operación mnemotécnicos y de operadores

simbólicos, a código objeto (es decir, a lenguaje máquina) y, a continuación,

ejecuta el programa.

Sin embargo, el lenguaje ensamblador puede utilizarse con un solo tipo de chip de

CPU o microprocesador. Los programadores, que dedicaron tanto tiempo y

esfuerzo al aprendizaje de la programación de nn ordenador, se veían obligados a

aprender un nuevo estilo de programación cada vez que trabajaban con otra

máquina. Lo que se necesitaba era un mittodo abreviado en el que un enunciado

simbdico pudiera representar una secuencia de numerosas instrucciones en

lenguaje máquina, y un método que permitiera que el mismo programa pudiera

ejecutarse en varios tipos de rngquinas. Estas necesidades llevaron al desarrollo

de lenguajes de alto nivel.

I ARCHIVO : TX . ASM I

r PROYECTO TEAMINAL I

PILA SEGMENT P h i STACK ' STACK' DB 256 DUP ('pila') P I L A ENDS

DATA SEGMENT

DATA ENDS

CDSEG SEGMFBT

MAIN P ROC FAR ASSUME CS : CDSEG, SS : PILA, DS : DATA

>:OR PUSH PUSH MOV

MGV AND CMP JNE

AND CMP JNE MOV OUT JMP

RET

ENTER: I N

SAL : I N

=,Ax DS Ax DX, 03F8H AL, DX BX, m AL, 01H AL, 01H ENTER AL, DX AL, 01H A L , OOH SAL Ay,, SX DX,= ENTER.

;MUEVE A AX A CEROS ;GUARDA EL VALOR DEL PSP EN LA PSLA ; GUARDA EL VALOR DE AX EPJ LA PILA ; DIRECCION DEL PUERTO ;SE INTRODUCE LA INFORMACION ;SE CAMBIA DE REGISTRO ; E S UNO? , ;COMPARO EL VALOR ; S I NO .ES UNO VUELVE A LEER ;SE ESPERA L.4 SALIDA CON CERO ;ES CERO? ;COMPARO EL VALOR ; S I NO ES LO ESPERO

;SALIDA DEL LA INFO POR EL PUERTO ; S I E S . . . REGRESO EL VALOR DE SALIDA

;SE REGRESA AL CICLO.

; REGRESO

MAIN ENDE' ; FIN DEL PROCEDIlYIIENTO CDSEG ENDS ;FIN DEL SEGMENTO

END YA1 N ;FIN DEL PROGRAMA

39

PILA SEGMENT PARA STACK ' STACK' DB 256 DUP ( ' p i 1 . a ' ) PIL?. ENDS .""""- SEGMENTO DE DATOS __________I_________-----------__---

DATA SEGMENT I

COM DB ? DATA ENDS .""""_ SEGMENTO DE CODIGO _-___--____-___--_________I______

._"""" PROCEDIMIENTO PRINCIPAL --_--__--I-_--__-------------

I

CDSEG SEGMENT I

M A I N PROC FAF¿ ASSUME CS : CDSEG, SS : PILA, DS : DATA

XOR AX,= ;MUEVE A AX A CEROS PUSH DS ;GUARDA EL VALOR DEL PSP EN LA PILA PUSH PX ;GUARDA EL VALOR DE AX EN LA PILA MOV DX, 03F8H ;DIRECCION DEL PUERTO MOV S I , OGH

DETEPi : I N AL; DX ;SE INTRODUCE LA INFOKMACION MOV BX, Ax ;SE CAMBIA DE REGISTRO MOV AX,SEG DATA ;MUEVE A AX AL SEGMENTO DE DATOS MOV DS,AX ;MUEVE DS AL SEGMENTO DE DATOS MOV DS [ S I ] , BL INC S I CMP S I I DFFH JT.1 E DETEN

ENTER: I N A L , DX A N D AL, 9lH ;ES UNQ?

bW E ENTER ; S I NO ES UNO VUELVE A LEER CMP AL, OIH ;COMPARO EL VALOR

DEC S I DETENER: I N AL, DX ;SE INTRODUCE LA INFORMACION

MOV AX, SEG DATA ;MUEVE A AX AL SEGMENTO DE DATOS MOV D S , AX ;MUEVE DS AL SEGMENTO DE DATOS MOV B L , D S [ S I ] DEC S I CMP S I , OOH JNE DETENER

COMPRIME ;CALL

SAL : I 14 AL, DX ;SE ESPEPA LA SALIDA CON CERO AND AL, 01H ;ES CERO? CMP AL, OOH ;COMPARO EL VALOR JN E SAL ; S I NO ES LO ESPERO

OUT DX, AL ;SALIDA DEL LA INFO POR EL PUERTO JMP DETEN ;SE REGRESA AL CICLO. RET ;REGRESO

MOV Ax, BX ; S I ES ... REGRESO EL VALOR DE SALIDA

MAIN ENDP ; F I N DEL PROCEDIMIENTO CDSEG ENDS ; F I N DEL SEGMENTO

END MkI N ; F I N DEL PROGRAMA

40

P I W SEGMENT PRRA STACK "STACK' DB 256 DUP ( 'piid:) PILA ENDS

DATA SEGMENT

DATA 5 N D S

CDSEG S E G W T

MAIN P ROC F h i . ASSUME CS : CDSEG, SS : PILA, DS : DATA

XOR PUSH PUSH MOV

ENTER: IN MOV AND CMP J1J E

SAL : I N AND CMP JNE MOV OUT JXP

m,= DS AX DX, 03F8H

BX,AX AL, EX

AL, 0113 A L , OOEI ENTER AL, DX AL, 01H AL, 01H S A L AX, BX DX, AL ENTER

;MIJEVE A AX A CEROS ;GUARDA EL VALOR DEL PSP EN LA PILA ;GUARDA EL VALOR DE AX EN LA P I L A ; DIRECCION DEL PUERTO ;SE INTRODUCE I A INFORMACION ;SE CAMBIA DE REGISTRO ;ES CERO? ;COMPARO EL VALOR' ; S I NO.ES CERO WELVE A LEER ;SE ESPERA LA SALIDA CON UNO ;ES UNO? ;COMPARO EL VALOR ; S I NO ES LO ESPERO ; S I ES. . . REGRESO EL VALOR DE SALIDA ;SALIDA DEL LA INFO POR EL PUERTO ; S 2 P.EGRESA AL CICLO.

RET ; REGRESO

MA1 N END P ; F I N DEL PROCEDIMIENTO CDSEG ENDS ; F I N DEL SEGMENTO

END MA1 N ;FIM DEL PROGRAMR

41

AS SUME

XOR PUSH PUSH MOV MOV

DETEN : It1 MOV

MOV MOV MOV I N C CMP LIT1 E

ENTER: IN AND CMP JNE

C E C

MOV MOV MOV DEC CMP J N E

DETENER: IN

CS : CDSEG, SS : PIK.JP,, DS : DATA

AX,= DS AX DX, 03F8H S I , OOI!

AL, DX BX , AX

AX,SEG DATA DS,AX DS [ S I ] , BL S I S I , OFFH DETEN

AL, DX AL, 01H AL, 01H ENTER

S I AL, DX AX, SEG DATA DS, AX BLr DS [Si! S I S i , OOH DETENER

;MUEVE A AX A CEROS ;GUARDA EL VALOR DEL PSF EN LA PILA ;ÜU.WDA EL VALOR DE AX EN LA PILA ; DIRECCIOPI DEL PUERTO

;SE INTRODUCE LA INFOR%ZFLCION ; S Z CAMBIA DE REGISTRO

;MUEVE A AX AL SEGMENTO DE DATOS ;F4UETJE DS AL SEGMENTO D E DATOS

;ES UNO? ;COMPARO EL VALOR ; S i NO ES UNO VUELVE A LEER

;SE INTRODUCE LA INFOFWACION ;MUEVE A AX AL SEGMENTO DE DATOS ;MUEVE D S AL SEGMENTO DE DATOS

42

CALL DESCOMPRIME

SAL : IN AL, fix ; S E ESPERA LA SALIDA CON CERO AND AL, O l F I ; E S CERO? CMP AL, O O H ;COMPARO EL VALOR J?J E SAL ; S I NO ES LO ESPERO MOV Ax, BX ; S I E S . . . REGRESO EL VALOR DE SALIDA OUT DX, AL ;SALIDA DEL LA I N F O POR EL PUERTO JMP DETEN ; S E REGRESA AL C I C L O .

RET ; REGRESO

MA1 M ENDP ; FIN DEL PROCEDIMIENTO CDSEG ENDS ;FIN DEL SEGMENTO

END MA1 N ;FIN DEL PROGRAMA

43

Apéndice 11.-

Dispositivos de entrada y salida.

Estos dispositivos permiten al usuario del ordenador introducir datos,

comandos y programas en la CPU. El dispositivo de entrada más común es un

teclado similar al de las máquinas de escribir. La información introducida con el

mismo, es transformada por el ordenador er: modelos reconocibles. Otros

dispositivos de entrada son los lipices ópticos, que transmiten información gráfica

desde tabletas electrónicas hasta el ordenador; joysticks y el mouse, que convierte

el movimiento fisico en movimiento dentro de una pantalla de ordenador; los

escáneres luminosos, que leen palabras o símbolos de una página impresa y los

traducen a configuraciones electrbnicas que el ordenador puede manipular y

almacenar; y los m6dulos de reconocimiento de voz, que convierten la palabra

hablada en seiiales digitales comprensibles para el ordenador. También es posible

utilizar los dispositivos de almacenamiento para introducir datos en la unidad de

proceso.

PUERTOS

Puerto paralelo, en inform&ica, conector utilizado pa’ra realizar un enlace entr;

dos dispositivos (dos ordenadores, un ordenador y una impresora, etc). Los datos

se transmiten en paralelo, en contraposición a un puerto serie.

El sistema operativo MS-DOS es capaz de manejar hasta tres puertos paralelos:

LPTI, LPT2 y LPT3. LPTI, el primer puerto paralelo, es normalmente el mismo

dispositivo que PRN (el nombre de dispositivo lógico de la impresora), que es el

dispositivo primario para volcados de pantalla de MS-DOS.

Un puerto es un dispositivo que se conecta a un procesador con el mundo

exterior. Por medio de un puerto, el procesador recibe una señal desde un

dispositivo de entrada y envía una señal a un dispositivo de salida. Los puertos

son identificados por sus direcciones ene i intervalo de OH-3FFH, o 1024 puertos

en total. Note que no son direcciones convencionales de memoria. Se pueden

44

utilizar las instrucciones IN y OUT para manejar las entradas y salidas

directamente a nivel de puerto.

La instrucción IN transfiere información desde un puerto de entrada al AL si es

un byte y al AX si es una palabra. El formato general es:

IN reg- acurn., Puerto.

La instrucción OUT transfiere informaci6n desde un puerto de salida al AL si es

un byte. El formato general es:

OUT puerto, reg-acum.

Se puede especificar una dirección de puerto estática o dinámicamente:

0 Estáticamente: se utiliza un operando desde O hasta 255 directamente

como:

Input IN AL,port#

Output OUT port#,AL

0 Dinámicamente: se utiliza ei contenido del registro DX, O a 65535,

indirectamente.Este método es adecuado para que incrementando el DX se

* procese de forma consecutiva las direcciones de los puertos. El ejemplo

siguiente utiliza el puerto 60H:

Mov DX,60H.

In AI,Dx.

45

Algunas de las direcciones de puertos principales son:

"-" Inicio(hex) descripción 020 023 Registro de mascara de

040 043 contador teclado bocinas

280 Controlador juego

278

2F8 378 Puerto LPTF"

' 358 Adaptador monocromo 3BC Puerto LPTl

3cu 3D0 Adaptador color

3FO Controlador disco

3F8

"

Puerto lPT3

Serial COM2 -

"-

- " - VGA

--.-.-."I

"

Aunque la prhctica recomendada es utilizar las interrupciones del DOS y del BIOS, puede eon seguridad pasar por alto el BIOS cuando accede los puertos 21H, 40-42H,60,61 y 201H. Por ejemplo, al arranque de una rutina en ROM del BIOS busca el sistema por las direcciones de los adaptadores de puertos paralelos y seriales. Si la dirección del puerto serial es encontrada, el BIOS la coloca en s u área de datos , empezando en la iocalidad de memoria 40:UOH; si las localidades de los puertos paralelos son encontradas, son puestas a partir de la dirección 40:08H. Cada localidad tiene espacio para entradas de una palabra.

46

RECEPCIóN DE LA PARTE DIGITAL.

Muchas de las señales que se manejan actualmente son digitales, para poder

recuperar la información de manera analógica.

La informacih digital se transmite de forma serial, por lo que hay que

convertirla en primera instancia a su forma paralela ocupándose para esto un flip-

flop tipo D, en donde cada salida Qn estara conectada a la siguiente entrada

Dn+l, funcionando de esta manera como un registro de corrimiento. Ya siendo

obtenida la información en paralelo se pasa a un dispositivo de almacenamiento

de memoria con retardo llamado Latch (para conservar la información).

Las salidas cjei latch estarán conectadas al puerto paralelo de la computadora,

para introducir los datos y manipularlos, al mismo tiempo estará conectado este

puerto a las entradas de otro Latch para poder dar salida a la información ya

procesada por la computadora (las salidas de este segundo Latch irhn conectadas

directamente al convertidor D/A). Con estos dos Latch se pretende "switchear" la

información que entra y sale de la PC, para esto hay que sincronizar el modo dg!

operación de ambos. En lo que el primero eseoperando el segundo se deshabilita

y viceversa.

El flip-flop es un dispositivo que opera de manera síncrona y siendo que se

utilizan 8 bits de forma paralela, se requieren de 8 ciclos de reloj para poder hacer

la conversión, por lo que se utilizó un contador síncrono de 4 bits, para que se

puedan dar los 8 ciclos de reloj; con este mismo contador ai llegar a su cuenta de

8, habilitar5 al mismo tiempo al primer Latch, y con una negaci6n deshabilitará al

segunda Latch,

La frecuencia a la cual operará este contador aproximadamente 64 KHz (que

es 8 veces la Frecuencia de Muestreo, ya que la señal muestreada debe ser

mayor al doble de la frecuencia limitante de la voz que es de 3.2 KHz).

47

DIAGRAMA RECEPTOR DE SEÑAL DIGITAL.

i.

-&áixG> bus de salida

Figura 11

48

.

$4 O Td a o

o e G

O k o '8

49

1

;r; rc, d

2 & .- Ir,

50

d .d

d

.J

3 J

4”

. n ce v-4

c,

03 szr,

c3

o

52

Apéndice 111.-

Tubos de vacío

Un tubo de vacío consiste en una &psula de vidrio de la que se ha extraído el

aire, y que lleva en su interior varios eiactrodos rnetsficos. Un tubo sencillo de

dos elementos (diodo) está formado por un cátodo y un Gnodo, este Últirno

conectado al terminal positivo de una fuente de alimentación. El cátodo (un

pequeño tubo metalico que se calienta mediante un filamento) libera electrones

que rnigran hacia 61 (un cilindro metblico en torno al cátodo, también llamado

placa). Si se aplica una tensi6n alterna al anodo, los electrones sdlo fluirim hacia

et anodo durante el semiciclo positivo; durante el ciclo negativo de la tensi6n

alterna, el ánodo repele 10s electrones, impidiendo que cualquier corriente pase

a traves del tubo. Los diodos conectados de tal manera que sblo permiten los

semiciclos positivos. de una corriente alterna (c.a.1 se denominan tubos

rectificadores y se emplean en la cor?versi6n de corriente alterna a corriente

continua (C.C.) (v6ase Electricidad). Al insertar una rejilla, formada por tin hilo

rnetdlico en espiral, entre el &todo y el &nodo, y aplicando una tensi6n negativa

a dicha rejilla, es posible controlar el flujo de electrones, Si la rejilla es negativa,

los repele y sGlo una pequeña fracción de Ips electrones emitidos por el cátodo

puede llegar al ánodo. Este tipo de tubo, denominado triodo, se puede utilizar

como amplificador. Las pequeñas variaciones de ¡a tensión que se producen en

\a rejilla, como las generadas por una sefial de radio o de sonido, pueden

provocar grandes variaciones en el flujo de electrones desde el cátodo hacia el

ánodo y, en consecuencia, en el sistema de circuitos conectado al ánodo.

Tubos de vacio o Valvulas de vacío, dispositivos electrónicos que consisten en

una cápsula de vacío de acero o de vidrio, con dos o m j s electrodos entre los cuales pueden moverse libremente los electrones. El diodo de tubo de vacio fue

desarrollado por el físico inglés John Ambrose Fleming. Contiene dos electrodos:

el cstodo, un fifamento caliente o un pequeño tubo de metal caliente que emite

electrones a traves de emisión terrnoi6,nica, y el ánodo, una placa que es el

elemenb colector de electrones. En los diodos, los electrones emitidos por el

53 cátodo son atraídos por la placa sólo cuando ésta es positiva con respecto al cátodo. Cuando la placa est5 cargada negativamente, no circula corriente por eí

tubo. Si se aplica un potencial alterno a la placa, la corriente pasará por el tubo

solamente durante la mitad positiva del ciclo, actuando asi como rectificador. Los

diodos se emplean en la rectificación de corriente alterna. La introducción de un

tercer electrodo, llamado rejilla, interpuesto entre el &todo y el 6nod0, forma un triodo, que ha sido durante muchos afios el tubo base utilizado para la

amplificación de corriente. El triodo fue inventado por el ingeniero

estadounidense Lee De Forest en 1906. La rejilla es normalmente una red de

cable fino que rodea al cátodo y su función es controlar el flujo de corriente. Ai alcanzar un potencial negativo determinado, la rejilla impide el flujo de electrones

entre el cátodo y el Gnodo.

Con potenciales negativos más bajos el flujo de electrones depende del

potencial de fa rejilla. La capacidad de amplificación del triodo depende de los

pequeiios cambios de voltaje entre la rejilla y el cátodo, que a su vez causan

grandes cambios en el número de electrones que alcanzan el ánodo. Con el paso del tiempo se han desarrollado tubos más complejos con rejillas ~

adicionales que proporcionan mayor amplificación y realizan funciones

específicas. Los tetrodos disponen de una rejilla adicional, próxima al ánodo, que

forma una barrera electrostática entre el áncdo y la rejilla. De esta forma

previene la realimentacijn de la misma en aplicaciones de alta frecuencia. El

pentodo dispone de tres rejillas entre el catodo y el ánodo; la tercera rejilla, la m i s próxima al ánodo, refleja los electrones emitidos por el Bnodo calentado por

los impactos electrónicos cuando la corriente de electrones en el tubo es

elevada. Los tubos con más rejillas, denominados hexodos, heptodos y octodos,

se usan como convertidores y mezcladores de frecuencias en receptores de

radio.

Prácticamente la totalidad de los tubos de vacío han sida reemplazados por

transistores, que son más baratos, económicos y fiables. Los tubos todavía

desempeñan un papel importante en determinadas aplicaciones, como las etapas de potencia de los transmisores de radio y televisión o en equipos

54 militares que deben resistir el puis0 de voltaje inducido por las explosiones

nucleares atmosf&ic;as, que destruyen los transistores.1

Un circuito amplificador triodo

un h o d 0 A y una r e j i l l a de cntrtrol G. EI triOd0,las baterías A, B consta además de Un triodo, Esquema de m amplificada- triodo.El tricdo contiene un citodo C,

y C, y un reóstato de carga L,s i rwn para anplificar la trnsiin de la fuente S. de un rebstato de carga,

baterias y una fuente de

tensión variable. El triodo es

un tubo de cristal al vacío que

contiene un cátodo C, un

ánodo A y una rejilla de control

G. La bateria A calienta el filamento que hay en el cátodo, de manera que los

electrones pueden moverse

libremente. La bateria B

mantiene una diferencia de *

potencial entre el &todo y el ánodo, y suministra la energia que los electrones

ganan al fluir desde el &todo hacia el ánodo. Este flujo se puede controlar

aplicando una tensi6n negativa a la rejilla con la bateria C. Cuanto mayor sea la

tensión negativa de la rejilla, menos electrones fluirán desde el citodo hacia el

ánodo, Pequeños cambios en la tensión de la rejilla provenientes de una señal

de radio o de sonido (fuente S) pueden producir grandes variaciones en el flujo

de corriente desde el cátodo al ánodo, y dentro del resto del circuito.

Un modelo d e la válvula del físico inglés

John Ambrose Fleming ilustra la tecnología que llevó al desarrollo del

tubo de vacío, uno de los m& importantes dispositivos electrónicos antiguos. Un tubo de vacío típico consta de electrodos (placas metálicas) y cables dentro de una bombilla o foco de vidrio al

vacío, y se utiliza para regular corrientes eléctricas o señales electrónicas. Antes de la aparición del transistor, los tubos de vacío se utilizaban profusamente para el funcionamiento de aparatos tales

como televisores, radios y computadoras. Fleming experimentó con el tubo d e

vacío diodo del inventor estadounidense Thomas Edison (un proyecto que no prosiguitj) en los primeros años del siglo X X , y sus válvulas representan los

primeros tubos de radio prácticos.

56

Etapa de potencia (bulbo)

Figura 16.