Issuu on Google+

ABSTRACT Aquest treball es basa en el disseny i construcció d´un emissor i receptor en freqüència modulada per a ser utilitzat com a sistema de comunicació bilateral entre dos punts emprant les ones electromagnètiques emeses i rebudes per dos aparells electrònics iguals els quals es dissenyaràn durant el transcurs d´aquest treball d´investigació tècnica. El prototip a dissenyar haurà de ser realitzat de la manera que resulti reduït de tamany i econòmic. Utilitzarem els circuits més simplificats possible, realitzant la part del receptor en base a la distribució de blocs funcionals corresponent al sistema superheterodí, per les seves avantatges (sensibilitat, selecció de canals i facilitat de modificació); mentres que l´emissor basa part del seu funcionament en una modificació en l´oscil·lador del receptor. Es descriu des dels fonaments teòrics de l´electrònica en el camp de les radio−comunicacions, fins a la recerca de la informació sobre el material a utilitzar, càlculs importants en els circuits de sintonia i totes les recomanacions de construcció del prototip d´aparell dissenyat. ÍNDEX Pàgina Nº Introducció 1. Evolució de l´electrònica 2. Evolució de les comunicacions sense fils 3. Sistemes emissors 4. Sistemes receptors 5. L´emissor−receptor en freqüència modulada 5.1. El receptor de freqüència modulada 5.2. L´emissor de freqüència modulada 5.3. Quina freqüència utilitzarem 5.4. Busquem dels components actius: els circuits integrats 5.5. Estudi de la informació obtinguda del fabricant 5.6. Creació teòrica del circuit 5.6.1. El receptor 5.6.2. El modulador 5.6.3. L´amplificador d´emissió 6. Construcció de l´aparell 6.1. Ajustos i posada a punt 7. Pressupost 8. Conclusions Bibliografia

1 2 4 5 11 15 15 16 19 19 23 25 25 27 28 29 30 32 33 34

INTRODUCCIÓ 1


En el disseny d´aquest aparell (un dels dos, ja que són iguals), s´han de tenir en compte factors molt importants tals com: · L´aparell ha d´emprar la tecnologia electrònica disponible més moderna però fàcil de localitzar en establiments especialitzats. · Que resulti econòmic, utilitzi el menor nombre de components i el tamany resultant de l´aparell sigui reduït (a ser possible que funcioni a piles i càpiga a la butxaca). · Funcionament senzill i fiable, que l´aparell tingui les funcions bàsiques. En el primer factor a considerar, utilitzarem els materials que hi ha disponibles al mercat de components electrònics; perquè si volem emprar la última tecnologia, resultarà difícil adquirir−la. En el segon cas, considerarem exclusivament l´ús de circuits integrats que ens facilitin el màxim possible el disseny del sistema electrònic, els integrats són molt econòmics i fan que un aparell electrònic quedi reduït a la mínima expressió sense renunciar a la qualitat, i la seva fiabilitat, que augmenta enormement. En la simplicitat de fer funcionar l´aparell es farà de manera que les funcions bàsiques requereixin polsar el mínim de botons; la primera idea ha estat incorporar−hi polsador emissió/recepció, interruptor engegar/apagar, i control de volum de sò. Tot el treball estarà dividit en uns blocs importants: − Evolució de l´electrònica. − Evolució de les comunicacions sense fils. − Sistemes emissors. − Sistemes receptors. − L´aparell emissor−receptor i explicacions. − Càlcul i elecció de components, realització dels esquemes i circuits electrònics. − Verificacions, posada a punt, esquemes i resultats definitius. − Pressupost. − Conclusions, bibliografia. 1. EVOLUCIÓ DE L´ELECTRÒNICA. −"La tecnologia de les comunicacions per ràdio, o sense fils, vé molt lligada al desarrollament de l´electrònica, per això proposem un petit repàs de la evolució d´aquesta per entendre els canvis que s´han produït en els sistemes de comunicacions per ones electromagnètiques o hertzianes." Quan Thomas Alva Edison va encendre la primera bombeta elèctrica mai s'hauria imaginat com faria canviar el planeta un segle després el seu descobriment. Poc després, el 1883 quan la mateixa persona va intentar d'allargar la vida de les seves làmpades, va observar que al llarg d'unes hores de funcionament, la part superior d'aquestes s'ennegria. Aleshores va decidir de col·locar a sobre del filament incandescent una placa metàl.lica i va veure que ja no es tornava negra però que 2


aquesta placa quedava carregada elèctricament. Posteriorment aquest efecte va ser estudiat per J.A.Fleming i va concluir que aquesta càrrega era deguda a l'emissió d'electrons des del filament fins a la placa. S'acabava de descobrir el primer component electrònic, el díode, i justament per aquella època va aparèixer el nom de: electrònica. Al 1906 es va introduir un tercer elèctrode a l'artefacte anterior (entre el filament i la placa) el responsable en va ser Lee de Forest i amb aquesta millora pretenia controlar el flux d'electrons cap a la placa, i amb aquesta nova introducció ja eren tres els elèctrodes a l'interior del que va començar sent una bombeta i que ara prenia el nom de tríode. Aquests descobriments del díode i del tríode van contribuïr enormement a la creació dels primers aparells de ràdio electrònics. Aquesta ciència continuà evolucionant i com és normal aquest tríode se li van anar afegint elements, es va millorar molt, van reduïr el seu tamany i la seva normalització va fer que pels volts del 1935 un japonès inventés el primer aparell de televisió totalment electrònic i que al 1956 ja existís la seva versió en color, encara que fos de forma experimental en un laboratori, just l'any que a Espanya va aparéixer la primera emissora de televisió. Prèviament, a l'any 1948 mentre s'estudiaven uns materials anomenats semiconductors als laboratoris de la Bell Telephone, (materials dels quals ja s'estudiava les seves caracteristiques des del 1923) van descobrir el transistor de puntes de contacte quan intentaven controlar també com en el cas del triode el pas dels electrons, però aquesta vegada no en el buit, sino sobre un material semiconductor. Les persones que van fer possible això eren tres nord−americans: Brattain, Bardeen i Schockley. El nou descobriment que revolucionaria encara més el món de l'electrònica, tenia unes característiques importantíssimes respecte els anteriors triodes, com un tamany enormement reduït, un consum d'electricitat increïblement baix, no necessitava buit, durava algun que altre miler d'hores més de funcionament continu, i el més important és que compleix les mateixes funcions que els antics tríodes. Al 1949 aquest nou component es millorava gràcies a Schockley i passava a ser el transistor d'unió, com els actuals, i que pren aquest nom per la seva forma de construcció. Al 1956 aquells tres científics van rebre el premi Nobel de física pel descobriment del transistor. Des d'aquell primer transistor fins a l'últim que ha aparegut al mercat en són centenars de milers amb característiques diferents i centenars de variacions, tecnologies i formes de fabricació d'aquests revolucionaris elements. Concretament els ordinadors van començar a ser electrònics a partir de que els tubs de buit eren habituals. Es van construïr ordinadors amb tríodes dels quals en duien instal.lats uns disset mil, tot l'aparell ocupava un garatge enorme, pesava com trenta cotxes, consumia l'electricitat de tota una ciutat i s'espatllava freqüentment. A prtir dels anys cinquanta, com ja existien els transistors, els ordinadors ja només ocupaven una habitació i tenien molta més rapidesa, baix consum i rarament s'espatllaven. Entrada ja la dècada dels seixanta un home anomenat Kilby (guanyador d'un premi Nobel per la seva creació) va inventar el primer circuit integrat, un element en el que només en una pastilleta de silici hi cabien centenars de transistors, aquests elements encara més revolucionants van ser els que van fer que l'home posés els peus a la Lluna (encara que hi ha altres causes) Per aquesta època de finals dels anys seixanta els circuits integrats van donar el seu millor fruit, el 3


microprocessador. Llavors, els ordinadors van començar a reduïr el seu tamany i van arribar a ser tant petits que es podien posar a sobre d'una taula, també van resultar increïblement barats que va fer que aquests aparells s'els pogués comprar una familia quan ja érem a la dècada dels setanta. Als anys vuitanta els circuits integrats ja eren per tot arreu, i començaven a ser molt barats els rellotges digitals i les calculadores. Cap aparell de la casa es va escapar de la invasió d'aquests elements electrònics. S'utilitzen per excel.lència en els ordinadors, després en la televisió, en el vídeo fent possible que aquest existís, en els receptors de ràdio, en els walkmans, a les minicadenes, als telèfons mòbils... etc. En poc mes de vint anys de que existís el primer circuit integrat ja n'existien incomptables tipus diferents i el seu preu era tan econòmic i estalvien tantes connexions i components discrets que l'estalvi en tamany i en preu era enorme a l´hora de muntar un aparell complex com un ordinador. I la seva evolució serà augmentar l´escala d´integració fins al màxim que es pugui amb el silici, augmentant la seva velocitat de resposta al màxim, i quan s´hagi tocat el sostre amb aquest material, s´investigarà amb altres nous materials i tecnologies per continuar pujant les prestacions i qualitat de tots els elements electrònics. 2. EVOLUCIÓ DE LES COMUNICACIONS SENSE FILS Al principi, els receptors eren fets amb un condensador variable, una bobina en paral.lel per a sintonitzar la freqüència, un cristall de galena emprat com a demodulador i un senzill auricular. Aquest sistema necessitava una antena exterior molt gran i les senyals rebudes eren dèbils, es tractava del receptor de galena, el que s´utilitzava en els experiments de Marconi i Hertz als anys de finals del segle XIX i principis del XX. Amb l´aparició dels tríodes, el món de la ràdio va donar un pas endavant perquè es van començar a construïr receptors d´amplificació directa, i els receptors tenien molta més sensibilitat per captar emissions llunyanes. Els tríodes van permetre construïr oscil.ladors, que són la part bàsica d´una estació de ràdio que genera la freqüència portadora de la informació que s´emetrà. Així, el món de la ràdio va guanyar en qualitat de so i en abast, i va ser quan va començar a formar part de un sistema de comunicació de masses un cop es van iniciar les emissions comercials regulars. Fins als anys 1933−34 totes les emissions de les emissores van ser en modulació d´amplitud i en freqüències inferiors a 100Mhz, però el 1933 Edwin Armstrong va demostrar la modulació en freqüència i les seves possibilitats als directius i enginyers de la RCA. El 18 de Juliol de 1939 la emissora W2XMN a Alpine (Estats Units) començava les emissions en freqüència modulada a 42,8Mhz i amb 35000 W de potència. Tan sols en tot el món per aquelles dates hi havien 25 receptors d´FM, per tant, poca gent devia escoltar aquelles emissions. Els receptors havien evolucionat prou: aleshores el sistema Superheterodí ja havia entrat en funcionament i s´havia demostrat sobradament la seva superioritat respecte als altres sistemes de recepció en quant a sensibilitat, separació d´emissores, estabilitat de funcionament i qualitat de so; llavors, tots els altres sistemes van caure en desús ràpidament. El 15 de Gener de 1945, la FCC (organisme que controla les comunicacions als Estats Units), va ordenar les bandes de freqüències destinades a les emissions en freqüència modulada a la franja compresa entre 84 i 108 Mhz, siguent actualment de 87,5 a 108Mhz. 4


Paral·lelament s´havien investigat sistemes de comunicacions sense fils per a usos militars i secrets, encara que també ja funcionava plenament la televisió. Quan a partir del 1950 van començar−se a utilitzar els semiconductors com els transistors, qualsevol aparell es va poder reduïr de tamany. Van aparèixer sistemes i semiconductors especials per poder descobrir les utilitats de freqüències superiors a 1Ghz, i amb això la utilització de radars més eficaços, i permetre les comunicacions per satèl·lit i més. A l´any 1961 la FCC (Federal Comunications Comission) ja va donar permís per començar emissions estereofòniques, que van ser possibles gràcies a l´evolució de l´ electrònica. I a partir d´aquí, tot ha evolucionat fins als nostres dies per ser tal com ho coneixem. 3. SISTEMES EMISSORS Un emissor de radiofreqüència, (ja sigui de ràdio, televisió, de dades informàtiques, o per transmetre qualsevol cosa), necessita obligatòriament aquestes parts fonamentals: −El generador de la freqüència portadora. −El modulador de la portadora, que serveix per a "imprimir" en la portadora la informació que volem enviar. −Una antena tècnicament adequada.

5


projecta de modulacio