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Al DJÍ* Svsfí-tl, MoMj Cían's-ul.tQjf da esta T
ÍR@ brindaron en iodo moísen-to Pars la tas
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la.s pe*SQnafií qufe5d» una ü otra
hicieron posible la
de
I H D I C K
Is
NO TK
&> Ideas generales sobre el efeerto
E) . diodos lu&SBR y Si3h~£&SKB de inyeceién ~~ — — —-,-.— 14
B.2) Caracterls-ticás eléctricas
B, 3) Características de radiación
B.S.fo) Diodo LASES «~^-.«.~— - --- . --- 1— ---- .-_- 30
C) Fofco-diodo 6 ííiodo de-tec.tor ™~ ------- ----- -™~ ----- — .- ---- » 35
D} CoiBponentes dpticos — *-— — — - — * ------- - — -•— ---------- - 39
CAFITOLQ IX;
OISEÑO A -BLOQUES DBI* SXS5:E& — •— — - ------------------ — 44
A) Sistema oa onda coii-tínua — - ----- —- ---------- - --------- 44
A«l) TraasiBisc-r - ------ [ ---- — ------ — - — ™- ----- • ------ 44
&.2) Receptor ------- • ----- - ---- ——-*--* ---------- , --- 47
B) Sisteíaa de onda o-alsante,- ModulaciSn por
posición, de pulsos (P*P,M,> ---------- - --- — - — - ----- 48
E.l) Modulación P.F.-K, uniforme ---- - ------ - ----- - ---- 49
B.2) ModulaciSn P.P-M* natural --- ^ ------ ----- - --- — 55
B.3) Diseño a bloques del sistema P.P.H. natural - 66
or -• ------- — ; ----- ™- ---- * — 1-~- --- ~ 66
G) Análisis eleioental áe la relación señal—ruido ~ --- 70
C- l ) Relación señal ruido ea el sistema de onda
C,2) Eelaéion. señal-ruído en el sá-steraa P*3>«&,, — 71
DISECO GIRCülÍAL 011* SIS^BMá «• — «™ — --- - ----- -— 75í
A) Sistema de 'onda contxaua ---- i-" ---- - --- • ---- j --- —« «- — — 75
A* 1) ^3TSBS.ird.so3r — •*• '—- — "• — •"*• ' — -——.——. ---- > — — ~~ — — —— . --- - 75
Jul.a) Amplificador de audlo ~- ~~ - — •— ---- - — = 75
A.l*b> ^ransductór volfeaja-corrlen-te *-• -— • -^- — - 77
/}.«.'.¿ / ÍIH5;<3S^5I fcOIT ——-"—-*-*——•**— ,-»— :«-- — ™.^>— s,-. _—- T^- «. — .-«, ^-^w-s .- .— rt'.-~~ "-—- ->•— ijy
B) Sls-tena de Gixla palsan-fce.- Modulación P*F*M, na—
í&xlulaílor da corriente ctel diodo
B*l.b) Modulador P.P.M* natural — ---- — - — - --- ' S€
B, l»c) Amplificador de* audio — - -- • — - --------- 9S
B.l.d) filtro pssa-ba os ---- - ------ — --------- - 99
+-* * J¿ J -TtSSG&^rCO'Ij r~" "~" ™"~ .«———»*.— M-«. 4-_™ .— —,«^ «.-„.—_ — *,«,._ t-~, . -« — «*,„«-. ..*»*.**.-• i\ v
B.2»a) Polarización del fot.odioáo — -— --- • ---- ~- 186
B^2«b) ^m^lificaécr de video o üe baa^a ancha IOS
B*2,c) Hííltl^ibrador jaon ©estable — ' — • ------- 127
B*2*d) Fil-fcro pasa-bajos ~- — • ---- — ---- ,-.--—,-,- 133
B.2«e> 2Vzaplificador de salida a 1.a bocina ---- 134
CAPITULO IV
K1SÜI.TADOS BjCFEHIJíSESTOJbES T COHCLÜSIGHBS *-«-.-_— 137
A) Resultados e^cerlinentales — - — -— ----- - — < ------ - — • --- 137
&.*!} Diodo .sub-I^SHK Ttxx.03 — ------- - ----- — -------- 137
A* 2) Fo-todiodos o diodos detectores - --- — - ----- - --- 138
Pag,
A. 3) Modulador de corriente del diodo sub-.t SBíl
(sistema, F,P*feU) — ™; --- — ~— - ------- — --------- — 138
A. 4) Modulador 'f.-EMík — ~~ --- - ----- - ---- - ---- =~~««~ . — 139
A, 5) Aruplificaclor de v^Ideo --- - — > — — — ~; — • — • ------- • — 140
&. 6-} Múltivihrador monees tais le --- -*--1 — -* — — — ------- — 141
A. 7) .Filtro pasa-hajos - --- .— *-- ------- _,i.^_^^,~J ------ .«. — ^4^
A. 8.) SisfceEia total 1?.P,M,. - — — ----- -•*•- ------- - — — 141
A*9) Consui^D <ie potencia — — ---- - ---- - ------------- — 144
B) Conclusiones- -• ---- — — — — ---- —^ ------ —-— - — - — — - — --- — 145
B.1) Comparación eBtrre el sls.tema de onda conti-
nua y el sistezaa" .P.-M* - --------- > --------- • ------ - 145
B»23 Co2iclusion.es generales sobre el sistema P,P*t*l, 146.
0EX, SIS BMA - ---- -^ --- « — -— — --- - --- -- 156
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Desde el KiorAento en gae se postulo la existencia de la
radiación estimulada, y posteriormente, desde que se consti
tuyeron los prlm&rós dispositivos para lograr el efecto MA~
SBRí así coiuo el "M&SBÉ óptico 6 k&SES, este casado-ha teniao
un desarrollo extraordinario ;< y se ha tratado os? dar aplica^
ciónos a este tipo de dispositivos,
Las aplicaciones de los dispositivos LÁSER han sido raül^
tiplesr especialmente en el campo <3e la Kiedtcina* la iiidus™
trici y las comunicaciones» Si 55 i en no todos los esf^ersos —.
han resultado exitosos/ se pueden decir que han dado lugar a
la existencia ce una gra.n cantidad de inforroaci&n fitil sobre
los dispositivos usados en los sis tainas LÁSER, agí como sobre
sus posibilidades.
En la rafta de las comunicaciones f que as la qxie particu-
larmente nos interesa? el efecto UVSS9; ha' tenido a3.guri.as aplí^
cacion.es de resultados notables, coitto son los ñistsimas de co_
íüUnicñcion espacial-. En coH\uaicaciones terrestres, les resul
tados no han sido tan satis-factorios debido priXi.cipa?t-B\ente a
la gran degradación dé señal que produce Ict atinosfera,. espe-
cialmente en el rango cié frecuencias ópticas, en el qu© trafoa^
jan los dispositivos LÁSER. Sixi embargo f en el dominio ae las
microor*dasf en el que actúa el MASER. ya se'ha "utilizado este
en sistemas telemétricos y de radar-
SI presente trabajo va dirigido al diseño de un sistema
de comunicación punto a punto, por portadora óptica, para un
canal vocal/ y de ¿orto alcance (aproximadamente 2rOOD mts,).
La fuente radiadora es un dióao ae arseniuro de galio (Ga&s) f
• Ique trabaja por infección, y cuyei longitud de onda de eraisió"n
se encuentra en el infrarrojo cercano.
Sste no es un diseño pionero en el campo, pues tanto en
Europa como en Bstados Unidos da Norteamérica ja se han desa-
rrollado sis-tesas similares. Be modo que" el trabajo ote esta
tesis ha sido mas bien el cíe diseñar los circuitos apropiados/-
justificar los plenamente, y dímens leñarlos -T a más, naturaljnen
te del trabajo de laboratorio para que el sistema funcione a-
decniadaménte y puaela proponerse GOIÍIO resultado para- la cons-
trucción de un prototipo operacional.
En principio, el equipo resultante 120 es barato* puesr en
la actualidad, el precio de un diodo sub-IASER como el utiliza
do asciende a poco más de $100*00 Dls*# aunque se espera que -
en años próximos su precio disminuya sensiblemente, Ss este -
problema de costo que dificulta el traslado del sistema a la -
etapa industrial; sin contar con las evidentes ventajas de los
sisteraas tradicionales f coito son la gran experiencia que se ~
tiene en ellos/ el gran alcance que se puede lograr, y la no -
necesidad de existencia de línea de vista entre transmisor y -
receptor, ni del alineamiento de ellos»
Sin embargo/ el sistema diseñado en esta tesis posee sus
ventajas: el balo costo ds los elementos electrónicos usadost
que son relativamente pocos? el peso total, no superior a
5 Kgs. para transmisor y receptor; el bajo" consumo de energía.
lo que. hace posible el uso cíe baterías conmues? la ninguna in
terferencia entre este sisfceraa y cualquier tipo ríe commioar
ción tradicional, y por lo mismo, la casi imposibilidad de de
tectar o interceptar la transíais 16n, parte por lo angosto co-
no del has; luminoso portador cíe la señal f parte porque no es ~
visible; y la ausencia total cía antenas <3.e tipo clásico-,
De hecho/ equipos sigilares ya mencionados r se han exps—
riiaentaáo exitosamente (en. la industria de la construcción;, en
nr© trabajadores; en comunicaci6n na val P de u,n barco a otra?
etc.)? ¿5? modo que el diseño aqiil propuesto no está fuera de -
la realidad técnica ¿el mosnento? y aunque* esta apllcaxzidn del
efecto I SBE sea rnás bien nsodesta, no por eso ba nido menas in
Ei5 cuanto el ccriteKto misrio cié estia tesis t se le ha divi
dido en capítulos de acmerdo- al sujeto de que && oeupan*
Asi, el primer capitulo es una s>rpl .Icac i5n somera cíe qué
es la radiación IjASEB y axiales son sus principios? inmediata-
mente nos ocúpanos del efecto I/ASBR producido sh diodos seJtii-
re el fotodiodo 6 diodo detector. AuBq&e nada del desarrollo
íoateñí ticc y físico sea nuevo/ se lo ha introduc ido para e*ar
consistencia a la explicación,
El capitulo segundo está dedicado al proceso lógico del
diseño? según las necesidades y características del slst.ema,
sin profundizar en los circuitos, utllizaaos; asi coreo el aná-
lisis matemático ae los espectros de frecuencia y un estudio
elemental del
331 capitulo -fesreero se ocupa del cliaeño eircultal del e-
guipo„ Ha sitio necesario'analiaar cáela circuito usada, y di-
pensionarlo^ Todo el diseño se ha hecho con elementos cíe es-
tado sólido, y cada circuito ha. sido probado hasta lograr las
características deseabas-* De ahí que e#tie trercer capitulo e£
fc§ íntimamente ligado' con el cuarto,, puss buena parte del tra_
bajo consistid sn recliseñar y -mejorar los cxrcx3Íto?sf según
que su coHsportarai-ñKto fuera íaás o menos bueno,
Bi capitulo cuarto presenta loa resultados sxperiTv^n-fcala
y las ooncluaiones..'
De esta Bañeraf se ha ir»tentado dar coherencia, a esta te
sis, desarrollando sus puntos te6ricoaf tanto físicos GOIT*O ma_
temáticosr y sus aspectos prácticos„
A) Icfceas^
Origlnalsierite la palabra M&SBR resultó de las Iniciales
de "Mícírowave Aaxpllf iüatlon by Stiíatslated Smission cf Kaclia--
tion*1* ya que el primer dispositivo que se cons£ruy6, dentro
de esta categoría, fue para ssicroonáas, l?Qst,er tormén te se -
ivo si M&Slí'R. óptico o XtASHP. \, AsBp^.xJixcci'fc.íQrj £2^" *•*
so. jSiEiss'i.ot! of Radi-a-tion1'} utilizando IOB mismos prin
cipios teóricos,- y este nombre se ha generalizado para todos
los sistemas de este tipo en la región óptica.
Análogamente que en otros dispositivas, se busca la in~
taraccídrí da •un caiftpo electrorpagn^tico alternante coa par ti cu
las o sistemas elíSEíentales, sean con carga (iones) o sin car-
ga '(Hfcoffids y laolSculas) en virtud d.e la anergla interna, que -
tales partículas poseen» Esta energía interna está cuaxtt:ifi--
cada o cuantisada en niveles áe energía, y por lo wisrao- al ~
irt'beracfcxiar al campo electromagnético con el sistema cuantisa
do? son po-siblas earobios iliscrefeos ae energía er, dichas Ínter
acciones* Si la eneróla interna final del sistema es mayor -
que la inicial,, la diferencia es pro por clonada por el campa y
y si es menor> es el sistema el que proporciona la diferencia
de aspergía al caropo eleetror/iagtótico* Sn el |>x~imerc caso? se -
t i ene una absorc ion de energía; sn el secundo una erais ion v
Sea que el cambio se haga de un estado siiperior m, carao
terísadc por una emergía interna Wnt, a un estado Inferior g¿
de energía Wrx, o viceversa, la frecuencia vi&ft <3e. la radiación
involucrada, estará? dada por la ecuación de Bohr:
Vira — Wn — h vían. (1.1)
-34en donde h es la constante d.e Plancfe., e igual a 6,625 x 10
jouls-ssg.
La expresión (1*1) es válida tanto para etaisiéu como pa-
ra ah so re ion , ""
No tocias las transieloaas entre, niveles ae «snergla SOB. -
posibles. Tanto resultados teóricos como experimentales coto1-
ciclen. en demostrar qae s6lo aiertss transiciones pueden ocu-
rrir,- y han sido formuladas ciertas "reglas de selección" pa-
ra determinar las transiciones permitidas*
Supongamos la eKist-encia de \ms molécula con dos niveles
de energía, uno superior, ífta, y uno inferior, Way entre las -
cuales sea permitida una transición. Se ha podido comprobar
que, si la molécula se enc-aentra en el estado stiperior de s-
nerglar existe uBa probabilidad bien definida de que, después
de un período <3e tieierpof caiga al. estado inferior de energía.,
emitiendo radiación. Ssta probabilidad posee dos componentes;
la una constan te, • e independiente de las condiciones exterio-
res, y la otra variable f que depende linealmente de la deixsi-
3 ,*dad de energía (digamos oule/isfc. } de la radiación incidente
sobre Xa partícula a la frecuencia de transición*
lia primera componente se presenta tanto en presencia co-
mo en ausencia de radiación i la partícula en el ni val superior
puede cser espont&seatñente en el nivel inferior £e energíaf
erait-ienelo radiación sin. ninguna relación definida de fase -
con la raaiaciton incidente; es£s probabilidad cíe transición,
con la ener cr£a
incidente y la radiación emitida a cansa de este proceso tle
as uíia relación definida de fase con 3.a radiación incidns'fce-
Se le llama eral is ion estimulada o iaclueida* j es la. que cosntl
tuya la bas& del efecto LÁSER 6 »,SER,
La explicación ar¿teriór es únicamente cualitativa P pues-
to qae solo hemos r:.G'txfic€t<3o hechos? sin embargo, se puede
IXcgar a resultados cuap.t.lts.tivos,. ya sea partiendo de consl-*
«daraciiones d^ equ3,librio termodínsEmico/ o ya sea desde el pun-
to de vista de la lasoánica cuántica*
Para nuestro proposito/ el desarrollo termodinamico es s.n_
ficleiíte para aclarar el comportamiento del efecto LÁSER 6 Mk—
SER? ne hecho r el trabajo fundamental en este campo * er* el que
se postulo la existencia da la elisión estimulada, y en el que
se han basado todas los trabajos posteriores,, se hiso a través
de consideraciones termodinámicas', y fue elaborado por Einsteia
ftn 1 Q1 7iSíÜ J-^ -L. I
"Einstein consider6 la existencia de un conjunto ce mol acu-
las que se encuentran, en equilibrio térmico, o sea gue actuará
como un "cuerpo negro"r cada parte del sistema emite tanta e-
nergía como la que absorbe;, y la densidad de energía depende ~
únicamente de la temperatura absoluta del sistema.
I»a enercría total del sisteraa. es u / cíe manera que
OV. QV- (1.2}
O
en donde « es la densidad de energía -cor- unidad de frecuenciai-v .i
v F y |i. es la densidad de energía por unidad da longitud, deA
o-íxla A *
3?uest;o que el sist^irta se halla en equilibrio -térmico, la.
densidad de energía es-fea nacía por la exprssiiün de Plañek para
la radiación del Acuerpo negroH:
hv I , /•»• — - — V dv ( i
en dondeí ^} ~ temperatura absoltita en grados Kelvin
"23k — cons-tante da BoltzHianrt — 1.38 x 2.0 joule
grad.
8 -1y G — velocidad de la les - 2.9979 x 10 mt seg
Debido a que el sistema esta en equilibrio ténsico, la
probabilidad de transición da nn estado superior a uno in-
ferior H es igual a la probabilidad de transición de n a rnr
y estas probabilidades dependerán de! número cíe moléculas que
se hallen en los estados st y B_.
Según la ley de Boltztaann para xm sistema en equilibrio
térmico^ si el numero total de rao lócalas en el sistema es }j&_f
en OT estado J. habrá Hj moléculas, tal que
y .las probabilidades para una molécula, da encontrarse en es
tados m 6 n serán:
Pm = lia — « C- escp {«•TOa/fc'r) (1,5a)
C* exp (-Wn/fc3?Í (1.5b)No
en donde C depende ríe la temperatura.
Binstein entonces consider6 tina molécula en -un estado s
psrior iTif en ausencia de radiación. La probabilidad cíe tran*
ÍS /Tí el 3 1/ ETí. X3Ü XTl'b.S2TVí3.1,O d'íl .•
en donde Aran es la probabilidad por unidad de tiempo de emi-
sión espontánea; es constante^ y se le llama coeficiente de -
emisión espontánea,
En presencia de radiación,, habrá tanto la probabilidad,
de transición de 13 n estado m a n f por emisión estimulada, co-
mo la probabilidad de transición cié n a Q, por absorción de ~
energía. Si y- es la densidad de energía, se tendrás
p ^Bnm dt para n -> m (l*7a>
para. HL ->- n (l-7b)
en donde Bnia y Bian son constantes, llamadas coeficientes de
absorción, y coeficiente de emisión estisaulacía o inducida,- -
r espect ivamant e *
Si la probabilidad total cié transición cíe nj a a es ig-.ial
a la probabilidad de transición de.r± a rrt, entonces/ de (1.5),
(1..6) y íl-7) se;iene
li * Bnm ssp (f Wn/kT) = < Anta • + u » Bmn } esp ( -X^/kO? ) (1.8)v i V
Si s© hace- que fr -tienda a infinito, v aue ji seia.ncreiñente >~~ v
sin limite/ se logra como resultado que;
Por último, despejando u de la expresión .(i.8} se tiene
Si comparaiaos esfea ecuación con la formula áe Planck, ex
presión (1,3) resulta obvio que. se satisface la condición de
Bob,r f
Wm - Wn — hM
y que existe tina relación entre la emisión inducida y la es~
Aran - ~~ fav . Bmn (1.11)3
lo tanto , la emisión estimulada y las condiciones re-
ferentes a ella, .asumidas por Einstein, son compatibles con las
ecuaciones cíe Bohr y Se Planckf y tienen el carácter de verda-
dera .
La expresión (1.11) es particularmente importante, ya que
la emisión espontánea es fuente de ruido*. Bn el rango de las
microondas puede ser despreciable, p .ro en regiones ópticas
puede sobrepasar fácilmente a. la emisión estillada; de ahí
que.se deba usar técnicas especiales para minimizarla*
La expresión (1.9) nos indica que el proceso se ve com-
plicado per si hacho da que la probabilidad de absorción sea
igual a la de emisión estimulada. X*a única'forma de lograr
amplificación a la frecuencia deseada,- es produciendo una in
versión de las poblaciones,, esto es* lograr de alguna manera
qize el número de isoleculas en el estado superior TR_ se encuen
tre en exceso sobre el número éEe moléculas en el estado Infe-
rior n, y mantener este exceso,
La expresión (1*4) o la (1.5) nos cliee que,- si Wta > Wn¿
entonces Km < Nn* Matemáticamente, para lograr que Wm > V7n
y qne Nía > Hn, según las ecuaciones (1-4-) 6 (1.5), la tempera_
tura deMa ser 5? < 0? lo que,, físicamente,- no es posible. Sin
embargo/ lograr esta inversión de población por. métodos físi-
cos, se refiera geaeraltaünte cojao una "condición cíe temperatu
x~a negativa^. . 3rodo depende de la definición que se haga cíel
concepto temperatura»
En la practicaf la ínversi5n de población se obtiene por
diferentes métodos; inyección ¿e electrones, iluminación. ópti_
ca, etc.i según el tipo de dispositivo y los niveles involu-
crados ,
Para entender este mecanismo,, describiremos un L&S35R de
tres niveles, COÍÍK> el usado en el LÁSER de rubí,, inventado por
Má irri3.n.
La l?iga írTc. I;l nos muestra la distribución de población
con- los niveles d t energía ¿ según la, ley de Boltsmann.
3s
FÍ.CT, NO» 1.1. Diagrama simplificado de la distribución de po_
blacicn en eaulllforio térmico..
Según esta distribución,. W- > W? > £L y EU < 13 < KL ,
Bl nivel 3 de energía es más ancho {es Ms bien una ban-
da de energías) ( mientras que los niveles 2_ y 1 son znás def ini
dos» lías transiciones entre los tres niveles están permitidas.
Ahora bien, cíe alguna fon?taf se hace Incidir sobre el sis-
tema energía radla-nte* a una frecueticis correspondiente a la -
transición entre el nivel !_ y el nivel 3 {en el caso, del LÁSER
de rubí de Haiisan, se excita el sistema por medio de pulsos lu
mino sos de gra.a intensidad: gran parte de la energía se pierde
como calorf pero la radiación correspondiente al azul y el ver
de tiene la frecuencia indicada para transiciones entre los n:i
veles 1 y 3) f de ta-1 fonaa que. la población de raol£c"ulas en el
(13
nivel ¿_ se incrementar a, expensas de la población del nivel 1,
La población del nivel 2_ se laantierie constante durante esta e
tapa de excitación-
Excitación} ' por luz
'verde
Emisión espontáneay estimulada deluz roja
: .
Figura No, 1.2,- Diagratna simplificado el© un Z.&SER de rubí.- Ue
La taayor parta de -la energía absorbida por el nivel 3_~ es
transferida ocre transiciones rápidas al nivel intermedio 2* La
elisión íte radiación asociada con el regreso espontáneo del ni
ve! 2_ al 1_ es or fluorescencia, Ssta fluorescencia, tendirá lu
gár aún cuando el nivel de exéitacica sea bajo. Sin embargo,
cuando la radiac 1613 excit,aate es suflcierttemente intensa- es -
posible obtener saás nioláculas al nivel 2_ que los que gtiedaron
al nivel 1. y && este punto aparecerá la radiación coheren-te
dei efecto I;ASERF a la frecuencia correspondiente a la transí
clon entre niveles 2_ y !_.
La figura Vfo. 1,2 corresponde al "uñ.SBK cíe tres niveles de
Saíman,
como el de rubí o ía semiconductor,- recuerda en machas saaneras
una cavidad raatálica que actúa como cavidad, resonante, De he
chof es asi cono se dinnaasiona, para qixe los modos de oscila -
c!6n resonantes sean los correspondientes a Xas frecuencias -
clel afecto UXSEU»
ni i. J. i u? un
Tanto los diodos z,ASERr como los sub~¿&SER o electro Itaai-
nis cantes tienen el IÍÍXSHO f úncxonamieníto básico.
En general ? todas 'las uniones p-n &c-Tif en teoría ^ capaces
de emitir r&áísclóa cuanáo son polarizadas directamente/ y su
frecuencia de radiación estará dada, aproxima clámente por
h v - W (1.12)a
La x-asón de la asistencia cíe eiaision es la siguiente; cuan
do un voltaje, polariza directazs&nte la unión p-n (Fig, 1,3} e-
lectirones y huecos fluyen, hacia la tinión. Los electrones,, al
recoiabinarsa con los huecosf- ptersen energía y caen a lo? esta
dos desocupados de la banda de valencia,, eisitlencto fotones de
la frecuencia correspondiente,
Sin eiabargo.* HO tocias las uniones p-n tienen al mismo
coiñportaKiiento/ dependiendo del grado de inipuresas del seraxcori
ductor/ como del material de que está hecho* SI grado de iiapu
£
Fig- SFo. 1.3»-* Diagrasaa de energía para una. tmlóií p-ru
a) ÜBiou &in polarización
b) Con polarización directa V\a afectara la -efici&ucia coa que las recoia&i&áeiones ^l^c_
troa-hueco darán lugar a fotones.
En efecto# cons'id.&ra&os una unión p;~a- cuyo diacprasQa de
aner^ia., sin polar ¿«ación, es- el. d^ la Fig, Kfo- 1 - 4 ^ y en 3on
ÍÜ€> 1T r í^3 01 ^IXVíííZ iPííirTTül./ Cfí<,155 /• 5íiíí íüít'ÜliJ.l.íi.TXO t^lTÍUiCO'» C^^r>í:3 St^JT
i.1 en ambos lados e la unión* $u y W,7 son las bandas cía- - c -1- v
0ins¡ir€fXs. G<S coD^iviccxon y QG v^.J.cítxcí.s *
Sir* embargo > al polarizarse dlrecta^^eiite la, ^ai6:nr exis'-
te un desbalanclamiente .entre los niveles Fenai.de 3.os lados
n y pr tal que el equilibrio local debe restablecerse por re-
continnaclon cíe pares electo?Q,n~hyeeo (Fig* Ko« 1 - 5 } *
i...
.111c
üjV
FIg, Ho. 1,4^— Diagrama de una unión p~nr mostrando el
Per mi.
dJc
n
Fig. Ho, 1.5.™ Híveles Fermi para las regiones n y gf en
\m.l6n polarísada.
Conviene recordar que el nivel Ferial P_ es un parámetro
de la función distribución cíe probabilidad de Fenai-Qirac
f = l •*- ex;p C(E-F) /OcT) (1,13)
y que da la probabilidad <ie que un nlval de energía E este -
ocupado .
. La amplificación cíe la eEíisi6a sólo se logra si la pro_
foahüicla.á de emisión es mayor qti-e la de absorción.
Llamemos W2 y W^ a las energías de los niveles superior
e inferior entre los cuales va a efectuarse la t:raixs.ici<5n, y,
na tura Imen t e
h v = &~ ~ W- > u (1,14)2 1 — g
Si llantaiños f« la probabilidad de que el nivel 2 esté -£. —
ocupado/ y £\e que 1 e.ste ocupado, en-fcc.nces la probabilidad
do emisión dependerá de la probabilidad de. que el nivel 2 es-
tá lleno y !_ vacio r menos la probabilidad de que 1 esté lleno4
y 2 vacío. Por tanto, para amplificación de emisión f se re-
quisre que
> O ' (1,15)
en donde E es el coeficiente de emisión inducida de
B « Bmn — Bnm*
La expresión {1*15} non lleva a decir que es necesario
f 2 y f* son probabilidades que tienen una expresión del tipo
Fenai-Dirac:
f r1f 0 - 1 + exp «W^-P-J/kT) f (1.17a)
en donde P y son los liároslos niveles ^uasi-Per.mi o semi
Fersai/ que definan las expresiones da £7 y r\
!Di5í l<s.s Qx&sTísfexoFáíris { X . X ^ ) ? {1. „ X§) y (3. * !7 5 HSQ<S.ÍT>OS st
concluir que el requeriULienfco es:
•V' -í- ¿- J-
2 i " £j
La observación que permite relacionar la expresión (1,18)
con los niveles de impurezas es que•en una anl6n de semicon-
«r/ F0~ Ft no Duecle exceder si pot&cvcial interno (Bbuilt-¿- -í_ "~" *•i*Ji- -í -i "í íí \, *f v «->- 13 v» TJr-i- -e< -t* j*. i-x 4" ¿"i »;lU,i.-SI,j- / €i 'rif, * /-> ff-T" J Uí. t- UTiO -
U s— V
F-,- B*T» " e V™ > W (1*1$)C v £> <|
La eicperlínerit:aci6ri indica qtis la éxpresior¿ (1.10) se cruns-
ple (inicaaienfce en semieond^ict-ores .cor:, tm alto grado de impure—
Eas en la.s regiones p y n (6 pez- lo menos en una reglón) T a iin
nivel de por la saenos I0ií: átosiófs de Isupurezas/csi' r o sea cuan
do el emrenenamiémto del setalconductor es degerierado'5 „
Según lo ant-eríor, la inversión de población requerida pa_
ra qua la probabilidad ae emisión, sea xaayor que la de absor-
ci6n, se logra en semiconductores por medio del grado de impu-
rezas en las regiones n y g* La Fig» Ko. 1.6 muestra el áia-
graiaa de energías para una unión p-n. de tin semiconductor dege-
nerado .
Sin embargo, y pese al alto nivel de impurezas que se pue
da introducirf no todos los cristales semieóncmctores dan lugai
a emisión de fotones. Se ha encontrado que la energía de las
nü g
F*c
1
B\l
I
.1
(a)
j.._
Fig. lío,, 1.6..- Diagrama de energías $e un hsemiconductor ci
aerado*1» a) Unión p-n .sin polarlsaci6nr fo) 0-
nion p-u con polarización V.
bandas cíe conducción y de valencia para un cristal ciado/ no -
BOU independientes de la cantidad de novliaiento (momexittaíp.) del
átomo del crista!f sino que siguen la forríía de- las Figs K Ho.
1.7 y 1.8.
Erx los cristales semiconductoras,, uno de los mínimos de
&o. 1,7.~ Diagrama de las bandaa d^ energía para un
conductor
Flg* Ko. 1*8*- Diagrama de las bandas de energía para un sera;!
conductor <?indirecto w ,
la har¡t3a da conducción y el ítíáxiriK* de la banda de valencia se
hallan localizadas sobre tm .mismo valor del momentnsm p - O,
Les elec~tran.es de la foanáa ce conducción y los electrones
-inventados,- -tienes, su ssosRerítum -ele-tal snodo que la eneórqla. T8U sea- A i.* ^
minina.. Sn ciertos s-emiccmcrüctorasf llamados directos,,, la ener
ala W-,, as físetxGr que W,.v^ de tal modo qt.*e la. trarusici<5n de la
banda e?e conducción a la de valsada, se. hac« sin essibiar eX í^o-
asi cristal (& p — 0} o sea dirsctam&iit:® (3?ig., KBD-* . 1=,?} 7
s que e& los semlcoadHc-tores in^Lractos, la aaergla Wr7
es menor que S n {^1^% KQ, 1,8) ¿ cíe tal í;\oao cpae la iir@nsxcí6n
de 3.a banda de confección a la de valencia requiere "¿tria varia.-*
cl6n en el .KKsmentina del cristal {& f 7¿ 0) r lo qíse e^ige la ab~
soxclón o ernisian d.e un fofi6rx o cTaasta da vibración aa la.red.?
y puesto qae la regla de saleesI6n apropiada de la tseeánica
cuántica exige <^'ue A ^ ~ 0^ para que exista probabilidad ds ab-
sorción o elisión, de un. fotdn, la electrcrliBsinlscencIa en semi
conductores directos es Intensa.^ y en ios indirectos/= SOT <^§bü
o oiíia-
Se ha encontrado gusa en. la mayoría cíe los- compuestos d®
los grupos III-V (co^fó son el arsenluro de galiox antlmoniuro
de iadio, fosfuro de g^lio^ ete.) es alta la probabilidad de
el-ectralujainisceticia {sor> semiconductores directos) t mieatras
que en sesaiccmdTScfeores de otros grupos (Gensanio, Silicio f
etc.) es muy pe<pteñaf por lo que no se usan' para aste prop6si
to,
B-2) Características^eléctricas
Las- características eléctricas de los diodos L&SER y sufe-
lí&SER son similares a las áe los diodos de- rectificac.íon<, Ca-
racteristica-s to^ada.s a bajas frecuencias son del -tipo costra-
cío í^n is. Pie?- Ho« 3.„9. ??í5t.©SG cui? wl. \O-Ltci"1-í*? LÍO
la dirección directa* es de apr^itliracsaKíentí; 1.4 Vbltcí, debido
da 1/4 aV* • Baséis ¿ el voltaje de roaípintlento en la región in-
versa es mucho luenor g^e.ea clictlos corsunesr y se halla general_
mente entre X.iV y 20V* Esta diefiíiaiicíóia es -3© esperarse, pueí
el envenenaHileato dfi las re^'io&es p y r^ es
i (Mmp)
y(Vol t )
Flg, o, 1¿9»— Gráfica de voltaje vs* corriente para diodos de
Inyección.
El voltaje, de; rompimiento inverso no es de mayor importan
cía gu&s el afecto electrolumiaisceute se logra ünicariíeia.te pa-
ra polarización directa.
Despreciando los efectos de resis-fcencia en serier se pue-
de representar una unión p~~n por una expresión que relacione
voltaje y corriente, del tipo
I « I± (exp (eV/kT) -1} . (1.20)
(23
en . donde
e es la carga de un electrón
V es el voltaje aplicada
fcf £ f ya especificada©
y I, ©3 uíia constante•* I
Esta expresión es válida para uniones p-n cíe diodos con-
vencionales coiíío para diodos eXectrolumlniscentes. Sin. ámbar
go, en los primeros, la energ-ía ccmstuslda es absorbida por el
cristal en forisa cíe calor, mientras que en los segundos es con
vertida en fotones,
Naturalmente cj\íe en un diodo eiectroltimíniscente existen
perdidas f tanto porque parte de la energía es convertida en ca_
lor, corao por la existencia de corrientes cíe fuga. De ahí que
el comportamiento total, del diodo {despreciando resistencias e
serle) se poede expresar como:
r)-llI - exp{eV/fcfr)-l -í- I^esrpíeV/áSCT)-!) (1-21)•*• *
en donde 1 es una constantef y a es ísru^ apraxiíaadamente cons-¿ ' —
tante (variando ligeramente con la polarización) y mayor que la
unidad. SI primer término cíe la expresión (1,21) describe el
diodo electro luminiscente y el segundo las corrientes de fuga,
Puesto que/i S^°r eonstrucciím del diodo f la constante 1 -
puede hacerse d,e un valor muy pequeño f. y el valor cié n_ asta ge
ñera luiente entra 2 y 4,> la corriente de fuga se hace desprecia^
ble a medife que; alimenta la polarización. Por tanto,, es en la
región de stás alta corriente de polarización que se ha encentra
.L.
(24
do-que la energía íemitiáa. es aproximatísnieírte lineal con la co-
rriente de pclsrláaciórui
En altas frecuencias cía rAaatóacioB, es de suponerse que el
coíaportiamlíSnto del diodo se ¿deteriore- Físicamente, se espera
eme la potencia do radiación est.e relacionada con la intensidad
de corriente? puesto gue el rifas ere de pares eleetron.^hueco que
se frailan en capacidad de reeoistbinarse dependerá dsl número de
portadores Inyectados„ Sin embargo. a rgeclida qwa. 1 frecuencia
de la corriente mqthilante a.iimeBtar 3,as recoH^)iríaciones ti
mavor alficultad |íara seguir las variaciones de la corrí
Bate efecto puede traducirse en tina c?ana.cit:£mcia an paralelo -
GQn. el diodo- llamaba capacitancia c¿e aifas¿6n/ y q0e es pro por
clona! a la corriente;
r = r T • Í3 ??^"D °DC5 " i¿-*-,
Además, existe una capaclirancia de tra.nsici£mf que descri-
be la capacitancia de la unión p—n debido a SH área y al ancho
que fcieae.,
Esta capacitancia puede expresarse como:
rt — f / i t _ .Y-.\^ / •* . . / T "* *í >
CT " So/xi VT, ' ' : U**J/í-í
en donde:
Cm^ es una constantei u . • - : . . ;
V el voltaje aplicado
y V~r el potencial interno
La, capacx-tancia. C^ es importante ext la regi6n cíe baja co-
rriente f dónele es responsable, cíe los efectos de retardo» A me
dida c£ue la corriente es incresaentada t la iiapedancia de C- en
paralelo con la resistencia drnáisica del diado se ve dismirroí_
da. Bn efecto r la resis térsela dinámica del diodo os muy a pro
xima daraen t e r
Y decrece a medida que aumenta la corriente,
Substituidos los va lores r. la expresión (1,24) puede rede
cirse a;
26 ^ 25}
r &T* onvns
I en lall
Para una corriente directa da Tin ralliasaperio o máaA C pue-
de generalmente ser despreciado.
Ea general,- la respuesta de un <liódG electroitísainiscente
se e5ctieü<l<5i hasta varios í4bs; habiéndose reportado e:u la lite
ratura experimentos de laboratorio que hahlan de posibilidades
de modular hasta en cientos de Hh». Sin embargo, para la uti-
lización propuesta -en nuestro easof los diodos empleados sólo
pueden modularse hasta cerca de 15 Hhs . (La frecuencia cíe mo
dulación dependa en particular de la energía de emisión, del
diodo) *
B*3) Carácter la ticas de _gj j cio n.
Es aguí donde se notan las importantes diferencias entre
ios diodos LÁSER y los electro luminiscentes o sub-lASER. Para
hacer resaltar dichas diferencias f juostrareioos las caracfcerís-
(26
ticas por
raeoánibamenta el diodo puede tener distinga fcnr:ar
es general se puede describir se^ún la PIg, 59o ^ 1*10* í»a esai-
sion de radiación se tosca por el lado del material de tipo rs,
que presenta zatsy poca absorción a la radiación laminosa f íBiep
tras- que el sns-terial de tipo p p'asde presentar una abó*orci6n
hasta cien, véaos ínavor.
Si la superficie <ie salida cía la emisión es plana, no tó
da la. eiser^ia lun;inosa producida tendrá salida, pues gran par_
te de ella será reflejada Internamente. Se puede deiñostrar -
{Fig. Ko« 1,11} que sólo, tendrán salida los fotones que lle-
guen a la superficie con. as ángrulo 0 menor que 8^= 16, -1° con
respecto a la normal.
fntünes
tipo n
Contactos
Fig. Ha, 1.10»- Características mecánicas de rtn diodo sub-LA
SER común*
En efecto y por la ley de Snell -para ondas lustiposas que
pasan de un Tííedio a dtrc?
sen
sen e ,6,
n-(1.26)
{27
en donde 8 y «^ son los ángulos de las direcciones de "las on-
das con. rt;*specto a la normal, y GI y n los índices de refrac-
fabones
//
r
L-J—í Ti t! -PL-.-A.-.
A—yi
-.p>
Mo, 1*11. Kngiilo crít-ico 9 - 16,1a para un el iodo de GaAs
.da superficie plana,
El ánaulo critico §-- 0r. se presentará cuando 8 = = 90
sen 8.
l
(1.27b)
e. este hecho reduce la energía luminosa de sa^
lida.
Con el fin de evitar reflexiones totales, se acoatuiabra -fc£
llar el diodo en forHja de semiesfera (Fig. No. l.Í2í? da tal mo
do que el ángulo de incidencia es siempre menor que 6 = 16, lc*.
Se puede demostrar que el radio de la sesiiesfsra con res-
pecto al radio ¿i e la unión debe cumplir la siguiente condición:
aira
Y para evitar? agrandar inútilmente ©1 radio cíe la esfera,,
se trábala con: rw w 3.6 r^ »
tipo• o- r va
1 1 I
Fig. $o I 1.12. ~ Diodo sesilesf §rico de GaAs*
en teoría por el cambio en la geometría deberían
obtenerle eficiencias hasta d& un. 2§%r solo sa mejora en un
12 6 13% f debido a un acimentó en la absorcién de fotones al a~a
atentar el volumen, ¿e la reglón n.
Debido a que los fotones pueden salir en todas las airee-
clones, el patrón de radiación se ensancha bas-feante, Patrones
experimentales mencionadoís- ea otros trabajos: f son cíe la forsna
isostrada en las FI^s. No, 1,13a y 8o* 1.13b* Faxa desarrollos
teóricos, se pueda aproxiisar estos patronea a uno aus siga la
ley de fcan¡bert.f esto es, qns la 'intensidad sigue la expresión
1 = I eos y Í1.29)
La longitud de onda a la cpae estos diodos emiten puede ob
tenerse de la expresión 1*12 c de su equivalentef
\ a C/W (1,30)y"
I /u
\/ (e)
Fig. te. 1,13 a) y *o> Patrones de radiación experimentales
para diodos de Gato, c) Patrón de radiación
'Irambertis.no,
Substituyendo las valores apropiados, se tiene
X - i-237/ííg. (1,31)
en donde X está dada en micrones, cuándo w esta dada en alee' g
trdn-volts t
Para, arseniuro d^ galio, W_ ss alrededor de. 1-4 eV a 25^
de mccto quef aproKÍBada.maBtsr \ 0*9 miqron - § * 000 A r que es
un resultado obtenido tasibien prác-ticaaieiit.e«
El espectro de un. diodo electroltu^inisceiite da <SaAs es co
mo el Rostrado en la Fig, No^ 1,14»
Í30
F i * íiío*
80QQ A
Espectro da ei-aisl6n. para un. diodo s
Bor íiltiiníOj. se puede áeclr qae la Inttssxsidatd ltaaí.posa es
proporcional> c casi lo- es f a la corriente (o a jUi densidad -
cíe tíorrient-a) áe-.l í3icáo stxh-li&SER.* COSENO ^-e muestra en la Ficf.
de emisión
Ho* Intensidad
Corrientedel diodo
va» corriente del diodo
B * 3 , b } Diodo f^SHH_
La construcción de un diodo LA^SEK es más sofisticada
ínteres es formar una cavidad resosaáora a la. frecuencia de
esilsi6n de la uniort p~n y se- he.ce pulimentando el cris-tal s^
«icoaductor* La salida de la señal luminosa se hace por- "una
de los lados ds. la unión p-~n. {Fíg f. Ho. 1,16> que a su ves for
irta el lado seaiitranspaprerite de la cavidad- Ssta cavidad se -
llama resonador da "Fabry-3?erot, v parfciencío eje las ecuaciones
de Maxwell/, se p-aotle mostrar fáailsíentví que las dimensi
&f B y L 'leí cristal deben -seguir la expre
TÍ -tr ¿(tL_ii.\
en donde n es el incLlee de rtíraccióm del cristal seiniconduc
tcr, y p. a % r son numeres naturales *
A í
- sr Dilección dala emiñióndel LASE"
Fig, Ho- 1.16*-. Estructura m*5cá£iica. cíe un diodo LASSH.»
Pese a que el has luminoso s<ile en lina sola disección/
siempre presenta un cierto ángulo cía cüverger.cia- Refirien_
denos a la Fig. r^'ü* 1.16, el ángulo de divergencia en el- sen
i
tMo. <lel aje 5£ ¿&S 4f fos-Sta 15* (puesto que el ancho d« la unidn.
p-n as pequeño},,, migmtra-s. ous en la: dirección del @je v, pnés-fco
qae la dlí ñsi n B-f>$ íaa^or^ el'ángulo de divergencia es Kíenor
Patrones cíe radiación, para diodos LÁSER son cía! tipo moa-
F'ig* 33o, 1*17.- Patrón, de radiación de un diodo L&SEÍR,
El espectro de emisión para un diodo SASBR esf gracias a
la acción da la cavidad resoaan-ts f itmcbo más estrecho que de
UB; diodo sub-IASER. Si bien a densidades bajas cíe corríante
el efecto producido es únicamente eiectroluminiseenta, a den-
sidades altas d& corriente ya se presente el efecto ZASER* ob-
teniéndose emisión coherente*, Este efecto puede verse mejor -
en las Figs, ao» 1.1S y 1*19 f OT& muestran caxacterísticas de
diodos tífiicosv
Un diodo LÁSER es evidentemente de ntejores característi-
cas que uno sub-IíASER. En primar lugar r mientras la potencia
de salida de un diodo sub~!ASER varia linealmente COB la corrien
te de inyeccién/ un diodo I-ASEB lo ha.ce aproxÍFctadaHiente con la
sépfcista potencia de la corriente. El álooo sub-IASER tiene un.
espectro cíe elisión rnás ancho¿ y su ancho de banda, a—3 db, de
3 P"" (33
relativade emisidn
16000 A/era..
12ÜOn A/om
56 DO/3000 fl/cm
3300
efecto LÁSER
T=70 K
Electroluminiscencia
. 1~—840Ü
A
KO. 1.18*- Espectro cíe emisión para un diodo L&SER típico
10
10"
ID"1
10
I-intcnaidsdrelativade emisión
E.lectrolum
EfectoLASEP
i Umbral del
¡ Codo desaturación
Corriente
10™ --- -—>sat lü del diodo
Fig, No.. 1,19,- Intensidad, luminosa vs. corriente del diodo
(34
de la potencia [5íáicimaf es del orden de 300 A, mientras cjrueí °en un L&SBR es <áe 20 a 30 A L-a divergencia del has- lusaino
sa para UB diodé £*ASER es muy pequeña, tal que la totalidad
0.63 la energía axaltica puede ser fácilmente recolectada con
lentes de psquefla sberttixra y paceño diámetro, fe cambio en
diodos stib-'Ii.&SHR se requiere lentes fe mayor abertura y d<£ -
gran focal¿ y irías Difíciles de- construir* para recolectar un
£0 6 70% de la energía emitida.
Sin- sm&arcfo,. existe una. poderosa rasen para escoger i-m
diodo sub-ti^^:EH GOHÍO fuente d© radiación (adeni^s de la. esconó
Bica/ pass un diodo sub-IíASEE COKÍO el utilizado cresta aire-*
deáor de 100 dolarest- y un. r^SKKr 500 d6lares) y el hecfio que
un 4ioda LASBR no puede sar operado en onda coní:lrí.ua fi\i. a. fre
cueitcias superiores a 5 o 10 KHs en onda pulsante,
Este problema es debido a. gue el efecto LASKR presente
en altas densidades de corrt<snter del orden d.e 20fQ-Qü ¿ustp/czn'*
ríe modo que el diodo no es'capa^ cié disipar todo el calor ge—
aerado por efecto Joule,
Aún siendo operado en, on-da pulsantef presente problemas- '
ííaportes cíe fab-rlcanres indican qué ua factor de forna típica"4^ara sus diodos es de 5 x 3.0 '. Bl factor da fcrisa sigue la
expresión
q « T f (1,33)
sn donde T es el ancho del ptilso y f_ la frecuencia de repeti-
ción. Puesto qtie para transmitir tin canal' rocal de 3 KHs se
recjttieren que ,por lo ícenos SS4 f » 3 KHs^ entonces de (1,33)
el- ancho del pulso T debe ser & lo más da 70 n seg.? lo que
ya es difícil conseguir.
c) Foto-áiodo^ 6 dlGdo^detector
En. recaptores de señal ópticar ss puede detectar ésta ya
sea. utilizando dispositivos á& efecto térmico< o de efecto -
fotoniec. &os primeros son lentos, y no se pueden aprovechar
para propositas d& comunicaciones. Hritre los dispositivas de
efecto f atónico, existen varias irtilisafoles, CQKIC soa los de-
tectores fotoercisiVos, fotocoDcÉuctivos, fotovoltáicos> etc.
Para al proposito de nuestro diseno/ es muy ñtil el foto™
diodo de silicio que es un detector del tipo fotovoltCico, -
pues posee algunas ventajas sobre los otros tipos de detacto-
res: es de material sesaiconcíuctor tiene alta sensitividád,
responde a más altas frecuencias de motoXacion de lüs que. los
otros detectoresf y principalmente, la respuesta espectral del
foto-diado de silicio se halla precisamente en su máximo a la
longitud de onda en gue. emiten los diodos LÁSER y sufo-IASER a
la temperatura ambiente,
En el efecto fo-tevoltáico, sobre al cual se b^sa la ope-
ración ólel fotodiodo, los fotones incidentes producen un vol-
taje que puede ser detectado sin necesidad de polarización o
da resistencia cíe earoa.
En efecto ? cada Jro-fcon a la frecxienc ia de Interés f al in-
cííSir eri la uni6n p-n, prodxicirá im p-ar elect.r6n-hi2eco en 11-
(36
be.rtad de desplanarse. jSn virtud el potencial interno de la
barrara;, el electrón tiende a ino^^rse bacía la región ¿u y el
hueco hacia la región g, y el ras-altado es que la regi6n n se
carga negativamente y la región £ positivamente, de mode que
¿i los extremos del detector sé puede medir un voltaje,,
Si es aplicada una polarización esterna en la dirección
inversa sobre la un!£m p-ii? fluirá una corriente durante el -
periodo cía iluminación» Puesto que el potencial externo se
s?uiíiará al potencial in-terao 3a la barreraf el jsoviíaiento de e
leotrones bacia la región n? y de huecos tecla la región p se
rá raás intensor y la dirección de la corriente convencional -
total será $e Is región n a la recfion p,
De modo que/ aunque en ausencia de iliurtánacion. la carac-
terística voltaje-acorriente del fotcdiodo sea similar á la ,<3.s
un diodo rectificador,- su operación se hará con polarización
invernar y cualquier aumento o disminución cíe i^tieñsidad lum^i
nosa, dará lugar a un auruento o disminución cíe la corriente In
versa del diodo*
La Fig» Hp, 1*20 muestra las características de un foto
diodo, y partiendo ¿e ellas., se puede obtener un circuito ©qui^
va lente,, que es el mostraao an la Fig* Ha, 1,21. En este mode
lo i- R * es la resistencia de la tmi6n, eme puede ser determina~\ *•• —_ída de la pendíante de las características v-T <iel fotod.ioao en
el III cuadrante* I. as el valor cié la fuentct <!© corriente -
que represafita al fotcsaiodo,. y C - es la capscí.tancí.a de la u-~t
nion p~n* Puesto que esta capacitancia sicjue la expresión
(37
C l v 2 3 ) ejue ££ general para cnalqo.ior diodo* es obvio que su va
lar disminuirá a medxda qxie cmrnente el voltaje invarso de pola
. £>d ahí. que se -usa relativamente altos vcltrajes ¿te po
larisac.i$n (del orden de 80 a 100 Volts) para ñílnl-miaar C * y suJ
ír;eixtBr la respuesta en frecuencia del iro tedio do « ka frecuencia
cíe corte de un £ot-Qdiodo está ^sustlmente a 10 Q 20 MHa.
I
I,í Ausencia dslU2(corrienteda , opcuridad)
(a) alto ds luz
í?xg* íüo* 1.20. -a) DIreccioaes convencionales da voltaje y cor r i. en
te en im fotoaiodo. 1>) Característica voltaje—co
rriente del foto^locio cíe silicio. Voltaje laver-
arera*
Sío. 1*21*- Ciretiito equivalente" ae un f atoa iodo.
iril valor de la fásate de corriente X . es proporcional a,
la potencia de radiación' incidente sobre el fotodioáo, cíe iao_
do eme
TiIntensidadrelativadn rüspiuosfca
(1-34)
T 0.32 u 0*96 u
í3o. 1*22*- Espectro ae respuesta tipleo para un
de silicio.
K \
•f•7-.-
Fig. No. 1,23.- Respuesta relativa vs. ángulo ds incidencia de
en Sonde P. es la cotendia incidente y 3, la sensitividad delo. 3
fotodiodc.
Se ha encontrado que el valor de S . es constante en un ran3 —•
go de hasta nueve decadas de potencia $e la luz incidente- Un
valor típico de S. es de 0.50 lüxp/Watt a 9/000 A,
Por ultimo, las Figs. Ho.lí,22 y No. 1.23 nos muestran la
reapxiesta espectral de un fot-OdiocIo de silicio típico, y un pa
trón áe recepción de radiación típico, respectivamente-;
Bn sistemas como el propaestXJv estos componentes deben ser
considerados COIBO antenas Sptieas* Su. objetivo,es f en el trans
misorf de concerttrar la energía irradiada por el diodo electro-
luminiscente o por1 el LASF c/ en latn saás. estrecho coto de eraision?
y ea el receptor el de concentrar toda la energía recibidaf so-
bre la pequeña superficie del fotódioáo» Bn este sentido, pue-
den ser comparaaos como un sistenia de a.ntsnas de transmisión y
recepoi6n para microotóas.
Los componentes pueden ser 1entesf aspejos, prismas/ fil-
tros ópticos espectrales/ etc.., pero en maestro caso únicamen-
te ana.lisareruü-s t*n sisteñía a base de -lentes-, que es el más eco_
cómico -/ fácil de utilizar, y <fue además es generalmente usado
para propósitos similares.
En razón del objetivo de estas lentes (disminución de la
divergencia en el caso de emisión, concentración de la energía
en un putno del receptor) ss debe corregir las aberraciones de
esfericidad 6 de astigmatisiao, mientras que las aberraciones
eroiaáticas pueden -"ser despreciadas.f
loa Pig* No, lí.24 muestra el sistema Sptic'o de lentes pía
ñas, en el q^e T--* es la lente de transmisiónf y 1»^ la de re~
capción. Se stipeme que tanto las lentes como los diodos emi-
sor .v detector s-a eiiGXíísrttran sobre un isiísmo eje*
V
Fzg- No, 1*24.— Sistema óptico transmisor-receptor*
Bn la Fig* Ho f 1*24 sé lia llamado
H - distancia entre, transmisor y receptor
O — ángulo de divergencia del cono luminoso
6 ~ diámetro del diodo emisor
á*- diámetro del dioclo detector
D — di^isetro de la lan-te eásisoras
Dt— diámetro de la lente receptora
D .- diámetro de la superficie iltí.Títoada a la distancia R
J
f ~ distancia focal cíe la lente emisora
f* = distancia focal de la lente receptora
Se las características de las lentes planas y da la Fig
He. 1-24 se obtiene que:
°--. ,_ r- e \ J~ _ _° /-i ->r<ífcg 12' ~ 2 E ~ 2"f U*«í
si 5 «
el patrón de radiación d.(£ cualquier diodü siab-
LÁSER a un patrón Lamb&rtciaBO f esto es
en cíoiida ¿ ~ fl^tjo energético
a - ángulo solidó-
se ha demostrado (1> que la potencia recibida eti el fotGtíiodo
(2:3 ¡
¿ ~"~ •—>——•—-~—•— •!_ ¿_ £j j_j \_^ u í> (3- tS •£ Xí \"~" tí X% / t i. *. t? ^ /V" n i * í^íf " " ^ T " * . * > ' i . — /
en donde
L ~ factor de transmisión, fie la lente de recepción
LJ. = factor da transmisión 3e la lente det
6 = factor de aterraacion a
Es evidente qne se puede lograr mayor potencia detectada
ando Xo£ par&aetros de log elementos 5-ptlcos. Si bien ra
salta, difícil variar los factores L y £^, ss posible variar
°rt*- £**« Y <* - & ? ^r ^apenferán ó1© euá t,an portátil d-afoa $«r£5 X ~- £1 *•
el equipa a diseñarse, y a no puede hacerse de cualquier va-
lor. t?e hecho * una Ismte con im ángulo a » 26°30!/ gtie corras
pande a una abertura d-s la óptica 23 ^ 1 (H~f/0 } ya tiene ssníS
elevado costo, por. las mülti.p.las etlflGmliadas qme presenta sti
cons truccién*
S-i cGESideraifiOíí fól caso cíe un diodo I^ASER^ cuya pótáñela
total pue4e ser eolec-fcada eon nxia lente relativamente pequeña;
y llausanda F la potencia total de emisión clel diodo/ se de^-
muestra Igualmente que
>2 D2a r ,,2 T-~_~_~—^^ IM jj *) (1.40a)
f 2exp S) (l,40b)
Tanto la expresión {JU.3§) COHIG la (1,40) se dax* para dis-
fcéü-TiCJLciíS Ict^'^TciS * ^H- CÍ07TICÍG ©"STiclGn.t&STSn.'fctí D •• 2*0
Kotese que en si caso del diodo LÁSER- se pusde colectar •
el total de la energía e¿íiítiíla con una lente relai;iV3iaen1:$ pe
q^eaa/ de más grande dí-Stapcía focal/ lo que facilita su cojis-
truccion,, pero es evidente que no se puede aiíírtentar indefi,n¿-
damente la distancia focal, pues? ya no se colectarla el total
¿le la energía emitida-
Bn na diodo LÁSER, la superficie emisiva f y por tanto -5, -
f y comparando las expresio
nes £1*39} y (1^40b) s<£ llega a la conclusión qué las distan
cias de tra'üsínisien para un sistema &A.3ER son mucho mayores -
qus para un sub-L&SER,, sin contar q\ie la potencia de emisión
del primero1 es vaiíi-as veces mayor que del segundo {cuando es
modulado por pulsos)*
-Sin eifibargo, pesa a las ventaja© energética.^ del diodo -
ÍASER, para uít sisteatñ de comunicación como el prepuesto en e
te trabajo,- resulta snas ísfcil. el -diodo eiectxoluminiscent;e o
llASBíR^ por la KÍ£S alta frecuencia ríe modulación a pulsos
puede lograr, y jiaturalmaniíe/ -por el más bajo costo,- que
es un, factor qtie no se debe, desset
Bii el capitulo anterior he^cs estudiado las característi-
cas de los diodos electroluminiscentes / y da- los fotodioaos/ -
de rnoda- que podemos aprovecharlas para diseñar el sistesaa pro-
puesto.
a líe onda
íín, sísteBci de onda GOatIi5t¿a presupone que el clioáo
estaré radiando constanteraeiite (un diodo XASSSl sdlo
usarse ea modo pulsante) . Paesto c^ue la potencia ole radiaeiím
varía linealmemte con la intensidad de la corrleute en el dio-
do electrolwuiniscente. (Fíg. Ho.> 1^15} nuestro interés es, m
lar dicha corriente con la señal que guaramos transmitir
Potencia ds radiación7 (escnla l ineal) ,^*-
p ío í - - yf
1 I-intensidad cíemin • D ,x; max . ,: . Qv, ^ comente
^ ...."-s* i ( t) (ascsla lineal)
Fio-. Ño. 2,1,- Modulación de la corriente y cíe la potencia de
radiación para un diod.o electroluminiscente.
Según la Fig* Ko, 2.1 la intensidad de la. corriente eu
i{t) = I + i (ti (2,1)T~J íf.í
Bn dxoncía Io es el valor medio de la corriente, y i^Ct) la
señal cíe información*
Puesto que
P{t) - K ± ( t ) + K (2.2)O-
en tone es
P(t) - K{I + X_<t» 4- K - F + 3?^(t) (2,3)Lx Art '-/' U tií
en donde P (t) es la potencia de radiación cuyas eompon&ntes
d.e frecuencia serán las mismas qae de. la señal 3e laformación
que' queremos transíaifcir-
Ss importantes notar que/ para obtener hasta un 100% de- iso
dulacxon sin distorsión^ es necesari.o que
I . 4- I ,T _ mase JBiH / T ¿iAo- ""2 i ¿ * - - >
siempre que no se sobrepase la capacidad de disipación del dio
do sub-IASER.
Sn gerieralf la señal de tofcnaaeion que se quiere trans-
ütitir;. se presenta en forroa de señal de voltaje da bajo valor
(por ejemplo , a -^a salida de un csmcrófono) , 2sta señal debe
ser amolifica.ua/ y luego, por medio de un transcí/uctcr voltaje-
/ convertida en la. corriente ¿«(t) da
Por tantOí- el diagrama, a bloques del transmisor será el
mostrado en la Fig- 2Sc. 2 . 2 »
(46
DMU;ISerial de información
*
1Amplificador í ids voltaje ¡ ¡- , . . 1(sudio) í i- *-! Í
í \
, J
Transductorv/olta ja-corrJcnte
.
' CA-]""V
A/ ^~^
Diodosub-LASEH
Fig> Ke>» 2-2.- X>iagraiEs a bloga.es del transmisor para ei sis-
tema <ie orsáa oontín«a ¿
'y\l
(b)
2*3-- a) Espectro de frecuencias de la señal siodialan-
te,. ]s) .Hsp0cucro cié frecuencias de la radiación
emitida por el aícdp
(47
diodo í de síodo <£ua
^tO^oa/g^ 14EJ»
3 que la. señal ae jKüdul&ciábí* es vocal, y
:£„<_ 20 x lG"Hzf, y aún para señal- de video» £ < IO'BZ, se pue
ÍÍG CtSOXIT Cíí*S V * J¿ - ™ V »-O• a O
De Is.s características del .fotoáiodo o diodo detector f ve
moa qiae sti corriente Inversa es proporcioital a la potencia de
radiación que JLaci&e sobre él (detector cuadrátieo) * ,-^e siodo
que trabaja CORZO una fuente de corriente (FIg* íío» 1*21) cuyas
coBíponentes as frecmencla son las TíilaTsas qxie las fe señal cíe ~
inforníaci6h. Pnede decíírse <pje su papel es tídesípSiila,ríí la se-
ñal da raaiaeíÓBjt para obtener ún.icassette la señal de JUxforaa-
cld-n,
¿tiesto que la corriente produclaa a el fotocliodo es pro-"
berá consistir de im transa/actor corriente—voltaje/ y cíe un -
amplíficaaor de voltaje* SI diagrama a bloques del receptor -
poede ser el da la Fio^ 39o, 2.4f para señal de
ífí
(*A«1P.\ 1 {" 1
l t/\
Foto-
Trans ductorcorrisnt.e-wolta je
diodo ¡
i
Tve! U'} Amplificador[ de voltaje1 (sudio)ü.
iíiE
j
1
fv*^j
^TT1 1
Bocina
Pig.. 53o* 2,4*-^- Q'i^grauía. a bloques del receptor para el
isa de onda continua (canal de. v
B)
Se aebí¿ aalarar qus,> lo que se haca en este sistema f .es ~
modular la intensidad á& la radiación eKirfcioSa. cor el -diodo L&-
SKR ó feab-rtASER por ^edio ^e pulsos de corriente, y que estos
pulsos 3 su vez están iBOcUilacios en P^P.H, (pulse positioa sno~
dulation) por la señal de infonnación*
Para el proposito de nuestro 3is«ñor un sistesi?. de stodu*
laclon F»P,H* as el isas conveniente ,> entre otras cos.as, porqué
no es afectado por el ruido en la medida en que lo es un sist^
isa 3?..&,M. {íñodulacion por airiplitud de pulsos)- y porque BO re-
quler-e circuitos complicados como los sistemas F.W.M- y 2*0*35*
(itiGd.ulae.l6u por ancho de pulsos r y modulación, por código 'de ~
pulsos t respectivamente) .
Existen das formas fundamentales cíe P.F.M,; niodalacíón u-
ni forme y modulación nsiraral-, Analizaremos ma-fcQEfátiaaisieute las
B, 1)
Sti característica más importante es que todas las muestras
de la señal de In,£0naaoIon se tetra n a Intervalos Iguales <? —1/f
eis doade f es la frecxiene-Ia de repetición cíe los pulso
sencia de señal modulante.
au-
Pig* Ho
(b)
r •
Ío
l-/\ _~-• ' -v, • * ,'
7.,
•
!
E-l-j
-»— !Q ->! :
S- ^
fXL^
,5,- a) Señal modulante de información,'b) Serle de
pulsos sin modulación, c) Serié cíe p-'ulsos COTÍ mo
dulacion F-P.M. uniforme»
la FIg, No. 2.5^ 01 V (t) es Is: serial modulante o d.e
(50
información, las ráásstras -tomadas son V,,(!:._.),> V n-^ l^ ' * *" r '
V (t" n ) f v (t } f \ , (t , -) r -. .., en dónele t - t , = T ,Kl lt*"*l ISI li "Xtt ll"í"!L TI AX"""! O
lía señal cíe P^P.H^/ M (t) es una serie de pulsos cuja
posición, d.e aparición se haca alrededor ¿le; la posición pre-
Hct-f* «v~Tní Tín¿^ ÍTiOIP ^ ("*" íw. ... _^^, x. ^ * o v*"' *
SI desplazamiento á n del p-ulso GOR respecte al tiempo
fc-^f es función de la señal modulante (tlr y puesto aue éli-t, J3 ' " " ""
sistema no es capas de predecir/ se tiene, en generalf
(2.5}
n
~ k V. m
en donde k_ puede ser una Gonstóafeeí: positiva o negativar o tui
símbolo operaeíonal {diferenGiacI6-n» integración, afce^}
Característica notable de la mocíulaGi6n uniforme/ es que
la frecuencia inedia de los pulsos siempre es constante e igual
a f0
ConsidereniDs 'art tr^n <5e piilsos de amplitud A, drtraeión A _ /o
Y periodo r sin inodiilaGidn, •?_* Supongamos aue modulamos los
lados anterior y posterior de los pulsos con una señal V (t) y
mi factor de isodulacl6nr K. Esto significa qué el desplasamien,
to de los pulsos de su posición Se no modulación será proporcie;
nal a V _ ( - t ) * <£rig. So. 2 .6} . .
Fdg. Ko* 2,6*- Desplazamiento de los pulsos en P.P.>1. uniforme
Entonces, esta tren, de ptilsos puede, ser descrito coiso si-
* K Via(Vl>
K
M (t)=0 Para n, T^+-«- 4- K V (tÍJQ " o ¿ IR
(2 .6 )
•f- 4-en donde n=G,. -ir -"2* * * . y 1: es el tiempo a que la. señal
V (t) fue mtiestreadaTít
que la señal H (fc> pxiede ser representada por
+ E a (nj eos sen mta t (2,7a)
aE(n) = gro
A o(2,7b)
(52
b (a) «Jíl '
fi A sen Rto "t dt.: ^;C
o {2/70}
en
o
c = a
o
-=o 2 ,n-1
Desarrollando feodas las expresiones {2*7} se tiene
o A , * ..sen
O
AA _
o a eos SÍ& fK V (fc -o - m n-1 me»
+sen la» (K V (t -)}sen mtj^to
O/ lo gaa es lo
M i i" \ -4-íB T
O
A "o7r sen: swa ~^--H o ¿
eoso a K V (t - )o is n-1
nuestras V (t .} tomadas a intervalos T^r coincidenHt R—l O'
con los tiempos1 de los pulsos no modtilados,- ae ahí eme
(2.10)
y el valor de la jsuest-ra en cualquier tiempo t sera
J
Se puede obtener el espectro ae frecuencias para nna se~
nal sriodulante <3a -tipo senoidal, croa serla el caso más sencillo
y accesible.
Supongamos que
V (t. - T ) - B sen. te tmx cr a (2.11)
Si llamamos índice de modulación' 3a al valor u K B la exo —
presión (2*8) se transforma en
MA A—~ —
1?
_,sea eos líiüi t eos (m h sen w t)-*-
O
+sen siw • t san (m h sarita t)o a
(2,12)
Sabemos qae
}eos da h sen ¡2 t}= eos m h sen oí. (ta
por tanto es periódica, y lo--mismo se puede decir de sen (.mhsenw t)~ a
pudiéndose desarrollar en serias <ie Fourier, Nótese que las dos
funciones están dadas por la parte real e imaginaria de una expo_
nencial.
Entonces
exp h sen w t) = C^ exp{j p íaafc> (2.13a>
Ca
P 2í¿ exp (j m h sen ex p dt <2.13b)
Si IIaislamos t, la expresión. (2*13b) se convierte ar
B h san x ~ j
I*a integral &e la expresión (2<14) áo t,iene solución exa
ta y se presenta en. variados problemas físico^ y matemáticos *
Ss la fmiciS-n de Bes&&! de primera clase, y se denota como
L. (sa íi) f- eri donde
Í2) = (2,15)
Por tanto
h)
y dé alai
exp (j m h sen (j p «t) (2,17)
Descoiuportienda la expresión (2^17) sa tiene;
eos (m íi sen tu t) = £ J . Í IB h) eos p ¡tí -tci P a
sen (ni h sen. tu t)PJ-
h) sen p & - t. (2,18b)
Substituyendo la expresión (2.IS) en (2«.12) y arreglando
los t^nriinos se
•*• E I„o
~JHli
HÍUJ — J {?« h) eos (raat — pO 9' P O
(2,19)
J
'Por tanto/ si llamamos & (fc-w } a un Impulso localizado
en la frecuencia ¡» ,. el espec'tro de frecuencias de H (t) eszr jrj. —
tara dado por
F 18
- O•f £ I
{H h) á («J-itiíd -rrí(í)m}-f 5 (uí-fEiüi -pw ) (2 . 20)í O " c t C ' c l / '
lia característica que clefiris la modulación natural, es
que lats iauesfera$ de la señal BG dula ata se -toman al tiüsspo de
aparición de, los pulsos ya desplazados por la modulaoldn? c£e
Ktodo que no se tonan a intervalos regulares TO/ sino a Ínter
valos (t) que separa:-! tm pulso del siguiente.
En 1$ Ficf^ Ho. 2.7: las muestres se toman en los tiempos
tf'/ t * , , * 4. f t.s, p t.1 " £- .... fe líiG&a gas los intervalos de íaues
fcrao son irregulares- Por esta rasrdn, ya no existe ninguna re_
lación entre el tren de milsos ittod'ulado M (t) v el no raodula*-m "
do (M_ (t) f y este tren de pulsos de sincronía deja de ser útil.o
Lo lógico es, entonces f crue él intervalo de separación ^T(t) sea
función de la señal modulante, y en general es una función sen
cilla.
En el sistema que diseñaremos, se- usará la función
,}
en donde fc es una constante¿ y
«.i
(2*21)
(2 .22 )
(a)
(b)
_4-
Fig. fío* 2.7.- a) Señal snodulanfce. b} OTrerj de pulsos sis r&
lación, e) S*ren de pulsos modulados en P.P.M-
-tur al.
y para cualquier tiempo -t, entonces
- F - f k V í t ) ' (2,23)
JSs ¿le notarse que £i v (t) tiene un valor medio cíe cero,
entonces el valor Kieáio da ^(t) será T = 1/f ,
Un tren de pulsos domo el de la Fig. Ho, 2,7fo. puede ser
reparé sentado por series de, Fourier, ebs modo que
A A ra ?3X
M(t)« ~™~ + 2 ~ sen —=-£ ees (a § t) (2,24)• m-I
en donde f corno antes f
á -'amplitud de los pulsos
T — intervalo cíe separación
A = duración de los pulsos?
Podeinos asumir, y esto intuitlvauíaata es cierto, qtis la
e?;presióa (2,24) ' se mantiene aíía cuando el período T sea fun
ción del tiempo t
(2'25)
La. expresión T{tJ ^ cuando r-^- — « 1 puede ex*-o
presarse COIRO
o o
y la expresión (2 ,25) toiaarát la. forsaa
(58
& A ;: k v (t) o
o
a" mod-alscI6n, angular ss tiene
H{t)'= A eos e(t) - A - eos »,t7 - c c i
en elonde
6{t) =í
o
dt
cié modo que la expresión, (2*27) pasa a ser
-) 4-¿ A fe V (t)
O / ,; Hl/ i. \ _±L__ r t -T ''O
(t)o,
xo
(2,27)
(2.28a)
(2*28b).
(2.2Sc)
-_ laUA k 1 t t) - ^2A í o o m M 2mH,sen —= - ——• eos
E> 'O
(2.29)
SI se hace el análisis espectral para una función de racán-
lacicm sencillaf de^ tipo senoidal, se tienes
V (t) - B sen' td tm y a (2.30a.}
o
«3 4J M O
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GGS (ci-acfc sem w t>4- 1 sen <o.t}-
partes realas e. iínagxaaxxas, y a.?rreglanao
^ se llega a«
••== sen(a*-Ha sen # t}~ eos a £ -J í^ha) sen pté t -fs p ' c ar5=—w L
a I. J (~ha) eos py tp * 41- ^
( pí¡i -fc •*• a}
la expresión (2»34c)í F (t) , usando los mismos
á todos anteriores :
ís eos w
c?
'q 2 a
jstí
eos tü_ t) escp {*-3q fl*^ t> dt'
o
Llamando w^fc — x, 3f osando el hecho de cnie.2TT
€££•& (3 s eos x ~t~ j c?3í) <ix
o
(2.40)
(2,41)
eos - v -Cf
I>esa.rrollaB.do cuidadosamente la e>rpresi.5ri (2 .42) para al-
gunos valores de q, y sabíanlo que
Jrw.(j£> — J" (x) para, q parH ~q —
*2Q.(x) = -ú"___r(x) para q impar
se demuestra
eos (mas eos u) t}~ I (-15¡"í; —'ea•4
F^^(mhs) cos(2rrw t) (2,43)¿iu " S
eos ^ti
CT-— 1(-1) - " fc
(2,44)
y la expresión (2.34c> para ^Ct) puede escribirse como
JV, (mhs) eos (2o;{u t) eos nuo t¿Cí a o
(sths) eosO
((-i)' -o " *'a ^ ó " a
o )t
Substituyendo las expresiones (2,34a), (2.38J y (2.45) ea
la ecuación (2,32}r y xitíli3J&ná0 sencillas traR.sfcfrmaciones tri
90aoEíátricas, sa llega a la ©e&aci6n totalr
^ ' - ~ ~ (i"' ;-, SSS3. ÍU^II^ T
""•O O
oí oao
a
senO
» J i
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3 ) 01 se ño a bl pgties del sig tesaa P . P > M . rt a tu r a 1
.Os las Succiones 3..1) y 3*2) :se ve que la
P.P.I-í, natural ss? fosáis el plinto de vista matemático, isas
difícil y tediosa de analisar que la modulación P.P.M, -uni.
forras „ £?o smcede así desde el punto de vista circuí tal» En
efecto,- el diseño de un sis teína de 2nodiílaci6n P « P * M , nnifor
iría requiere circuitos riacho más complejos, corac l-o muestra el
diseRaeio por 3ch.Iis.3er e las lar (!) t puesta que la frecuencia
áo. los pulsos áe muestreo debe íiiant-snarse muy constante, y da
be sincronizarse cíe algúri modo ccm el receptor para que la de^
inodulación sea correcta,
Sin entbar^Q./ el diseño de ua sistesía P.P.H. de moéulaeidís
natural piaecie hacerse con circuitos relativamente sencillos f y
es1 te es el cva.so del sist&ma propt^asto en esta tesis.
B 3 -. a )
tuesto que la 'tran3nu.sl6n. debe hacerse a base d© pulsos,
es evidsnt,*; que el circuito que primero se debe ; di soñar es uno
capaz de inyectar en el diodo sub-IASER púlaos áe corriente de
cierta intensidad y duración-.
Con el fin Ge lograr distancias considerables de transmi-
sión f. sia sobrepasar los lliaites de disipación del diodo elec-
trolumijftiscent©, se requiere que la intensidad de los pulsos -*
de corriente sean cié 10 a 30 Amperes., de duración menor que
100 n seg. de frecuencias de repetici6n hasta de 40 KHs. A es_
(67
te circuito r lo llasaaisos lapdula-dor && corriente del
R, y es acci.ong.aiii por pulsos de disparo.»
s pulsos de disparo deben estar va ;mocittlaék?sí en P,J?*£I.
y los obtenemos de am circuito modulador P-P.M. xmtural, X*a
frecuencia de los paisas no modulados -SOTÍ de 20 a 30 KH'Zj su-
ficiente para las necesidades del íaoisiento. .
La serial iqoáuZante., <:jue deberá proví»BÍr da ion íBÍcr6fonof
debe llegar al laoctulador f.p.H* filtrada (5 KHz de arveho de
banda) y amplificada (ganancia de nasta 50D veces ~ 54db)»
La Ficf. 'No* 2 ^ 8 siuestra -el cliagraisa a bloques del trans-
misor.
ÍÍIicró-ffono ¡
filtro passbajoñ(f recusncja dscnrte-- 5 KHz)
FJ.P«ril. natura]
f =25 KHzo
rímplificadorde audxo
Gofi¿i db
modulador de ctj Lirritante del
ñub-LASER 1(Pulsos: jde 10 a 30 Amp) r
-LLLL
-¥- Diodo deGaAs
No* 2 . 8 Transmisor >,.&- natural . -
Es de notarse tuis gran ventaja respecto a la modelación»(
por onda eon|:£nuaf y es que aunque la potencia cíe emisión del
rliodo no sea proporcional a la corriente de Inyecciónf esto -
no tiene la menor importancia, pues tanto en el transmisor co~
TGO en- el receptor .solo interesa el tle¿mpo de ocurrencia as los
pulsos *
& v -3 * b) Heceptor
Xa señal de radiación llega al diodo detector o fotodioclc
muy atenuada, de ahí gue sea necesario amplificarla, La ampli_
f-leaci^n- ¿tehe hacerse por medio de tm amplificador de video 6
de banda ancha, para pocler recuperar la mayor parte de la señal
pulsante. r Para ser capaces de recuperar la -feotallcteí* áe la se-
ñal (véase exjpresidn í^ . ^4 ' o ) ) síi requerirla un amplificador de
banda lisfinrlta..- lo qtie r¿o es posí&lQt pero un aiaplifieador con
un ancho ds ban-da de 5 MH£ a 10 ííHs recupera le caso, totalidad
de la señal pulsazits.
""^Vr - —?
Fig*. &To. 2-,9-- físñal a la salida del amplificador de video,.
Sn la salida del amplificador de vi ¿leo la señwl se halla
contaminada de gran ccinticiad -¿le ruiáor tanto de baja como de -
alta, frecuenciaí debido al ruido cíe fondo atmosférico, y en ge
neral, se espera, que los. pulsos estén distorsionados. Por tan
to, es necesario limitar los pulsos (Fig. No. 2,9) entre un -
máximo X70 y un isíftiíno Vt , lo c&al puede utilizarse para refor¿. JL —•*
mar los pulsos. Un circuito que puede nacer este trabajo, es
un multivibrador monoestable, que se puede diseñar para que -
V 4- Vse dispare con voltajes mayores o icrqal&s que 2 1 aproxima^
" 2clámente* El nsó del multivibrador monoestable tiene la venta
ja de que se puede variar a voluntad el ancho del pulso, lo—
arándose de esta manera* aumentar el factor de forma r = A /T ,. o o
crue a la salida del amplificador es muy pequeño (del orden de
2 x 10"3)•.
De la expresión (2*46) 6 de la (2,47) se ve que la sefial
modulante puede ser recuperada por medio de un filtro pasa-ba
jos lo suficientemente bueno/ tal que elimine la mayor parte
de la señal centrada a la frecuencia íü ==• 2H/ÍE Y en sus bandas
laterales, Puesto que la señal modulante, es cíe aud.ior y de.
5 KHsí de ancho de banda/ el filtro deberá tener una frecuen-
cia de corte f\ 5 KHs»C-
Aun cuando el filtro fuese extraordinariamente bueno, y
atan suponiéndole ideal,- no se pújele recuperar exactamente la
señal modulante, por la Intrusión, de las bandas laterales cu-
yas frecuencias caen por debajo da la frecuencia tía. corte
f = 5 KRs. Sin embargo, este ruido no'llega a ser cíe impor-
tancia, COBO se puede demostrar experimentaIraente.
Poz: últimor esta señal deba ser amplificada, y el
ma total se muestra en. la Fig, No. 2,10»
(70
1i
'
VAjWiL^nj Trans^uctor I-V
i i j 4 j V y amplificador_ A : de video. Ancho
•' U. i**1- / \^ ¿T-\ñ banda = 5 fflHz
-Foto- i 1diodo fA/i-^ií
-"
Filtro pasaba josFrecuenci
L-^ corte=5 J
• íi
a deHz
—
.jv.V
—
\_-^,
44-U
,
.
~-
;i
b]
. ftiultivibradormon oes tabla.Ancho 'del pul-so variable
.
Amplificadordñ audio
l':\t
^\r
b'- í f *J
JULO, i
Fig. No, 2.10.- Diagrama a-bloqu.es del receptor P.P.M* natural.
C) Análisis elemental de la relación senal-mido
! Transmisor] (onda cnn
tínua o 1| pulsante)!
Canal! ds| transmi-
Huido
Detector Receptor
Fig. No. 2.11.- Diagrama general del sistema/ con inclusión del
ruido ambiental,
La intromisión del ruido sebienta!, o ruido atmosférico --
(71
da fondo, es algo que no podernos evitar ea el sistema propues-
to- La JFig. No'. 2.11 muestra un diagrama elemental del siste_
pna, y la existencia de ruido ambienta,! -
Durante-la transmisión, la señal de información se halla
contaminada por un voltaje de ruido aditivo n(t)f que tiene un
valor ouadrátíco medio M. - Si el valor cuadrática medio de la-L-V
señal de información es S. a la entrada, del detector se tiene:uv
una relación señal-ruido S, /B, f y a la salida del detector
S /K - Se pue.de - pensar que el detector tiene un factor de
relación fo, tal que S =¿ b.'S. y H ~ b.N. .^ ov^ iv J ov iv
Helacion señal ruido en el sistema de onda continxia
Si el voltaje equivalente de la señal continua r a la en-
trada del detector, es del tipo D_ . sen ui t, entoncesc cw a, r
S =/2
Entonces, la relación se-ñál-ruido a la salida del de tac-
tor es
S D
OV /2 N .CV7 IV
Delación señal-ruido en el sistema P.P.M.
En una primera aproximación, se podría pensar que el ruido
ambiental sólo distorsiona la amplitud de los pulsos, sin te~
iier .ningún efecto .ej* su posición en el tie'mpo, que es lo real( ' ~
merste Importante. ¿Sin embargo na sucede así, y también la po
sició'n se ve* afectada por la existencia del ruido. I»a Fig, &
2.12 Kme-stxa esta situación.
tío, 2,12.- Pulso equivalente a la entrada del detector»
La slt,uaci6n es casi totalmente correctar pues sn la prác
tica los pulsos producidos son muy similares al mostrado en la
Fig. ííc. 2,12.
j El voltaje equivalente del pialso a la entrada del detec-
tor es D^^lr/ su duración A y su tiesto de subida t „.£*PH o •** r
La señal útil que- va a detectarse es la correspondiente a
la expresión (2.34a)r F-(t)r de ntodo que a la entrada del detec_
tor se tiene el voltaje equivalente;
(73
, , v o* PP.M /, kB ..v. ft) - — = - (1- — sen. ta t)x - o " 0 a
« __£^£ (l~h sen m t) (2,51}*€> S
En dan.de h puede áe-flnirse eamó el índice de modulación,
Y es la relación dé la variación máxima del período co& respec
to al periodo sin señal de
_h = — (2 . >2)
o
Lo que significa que una desviación cresta del pulso igual
a AT - íi T , produce ima señal cresta Ao<0PPM'h a la entrada
Todel detector, y una señal cresta _o* PPH* K a la salida del
— — ,fodetector*
Por tanto, na desviación R.H.S, de valor t , debida al
ruido, prod-acira> a la salida del detector, un ruido R.H.S,
igual a
t A .D .h
o
De la geometría del pulso contaminado (Fig. Ho* 2.12} se
ve que:
H.(2.54)
Substituyendo (2,52} y (2.54) en (2.53)
(2,55)
¿"JA<; / 'T
Por ultimó f la señal útil K.M.S* de entrada es
á í-D A OÍ /-Y :' P~PM t C*í *
S — ~__™ _TX _^_ _- JLZ... 7. í-i -~- _¿™_ A-™-i». _ * -m ¿A — "
"V /2 To /2 2O
Y la señal útil fí..&*S* de salida es
S - b S» (2.57)OV 3-A
Entonces la relación señal ruido, la saliaa del detecten
j— .—„_.. Mov /I t H. /2 t^.PPM r xv r
PPM /n _- .»— {2*5c}
(75
^ .SISTEMA
El.disefío de csxia uno de los- circuitos de este capítulo
es el resultado* taoxto de cálculos teóricos, COJTJO dé man.ipula_
cion.es prácticas. En. algunos circuitos calculados, el campo:*:
tamientó práctico fue el eáperack>? mientras que en otros no ~
fue así, eodlgienáo auevos eáleúlos y rediséños, hasta que tu-
vieran las características desea:cías. Loa circuitos aquí mos-
trados son los diseños JEiaales, y algunos pasos intermedios -
que se GOP.sideraa iiaportaates.
A) Sistema í3e Q_tiáa. con.t:jLnua.
' A. 1) Trauámiaor.
El eleméritQ básico para el diseño del transmisor,, es un
diodo electroluíainiscente o sub-L&SEB TISBOSv Sste diodo pue
de soportar corrientes medias fe hasta 50 icA y éste es mi
tor que no se. debe Descuidar»'
A * 1. a) Ampli£icaao.r _de ^au^ic^
Fig. So. 3.1.- Amplificador de audio para el sistema.•&&-.onda
(76
i• i
i
íí
On amplificado*: típico para señales cía audior <ss el isos^
tradp en la Fig» No i .3 .Ir Se especifica para este circuito
vv media = 9 ra&, V media ~ «~ amnllf icación A<• o ¿. **
sensitividad S ~ -r — — < in
Vour.
usía fuente 'ST ~ 18" V, un transistor O de silJ
ció, da tipo BC171Bí con ¿i « 200,
Se sabe qú&s para. est.e tipo de. circaitor y debido a que
g es grande, se cumplen les siguientes relaciones:X
V V s&edla V ;-c .t ^xa g ~~"
c c
Vv media. » TT T = 0.6V + R. I media (3.2)j*j W "T'J't _L ¡í*1
""2 ' 3
~J.Q 1
Sfectnaado los cálculos necesarias, se obtienen los si
guientes valores r
R « 1 Kñ ' Rn« 20a F<2- 1.8 Kñ R?=
tauto,- la impedan.cia de entrada es,,
75 ñ,
La frecuencia baja de corte (-3 db) ae entrada está dada
por:
(7?
i.2 2It
en donde R « R^^ = 75», Y C «
cuencia baja cíe corte sea 10
(3.5)
Si queremos que dicha fre
/"* =Si - 220
A* 1 b> l'raaseivíCttQr voltaje-corriente
Fig. $o. 3.2,- Circuito seguidor emisor usado costo traiisduc_
tor voltaje-corriente»
Se puede usnr ua circuito seguidor emisor como transduc-
tor voltaje-corrieaterí; y puede ser con resistencias de polari_
zaciÓn (R- y "¿U en la •?!#« tío, 3*2) o sin ellas. En dicho ci£
cuito se tiener muy aproximadamente para componentes variables:
V.
out.
y para componentes medias o continuas:
(3.6)
(3.7)
í
En vista de tjueí es necesario P.O sobrepasar la isaxiwa. co-
rriente media que el] diodo electroiu-ainiscente paeíZe soportar,
usamos t
Xoat medía ~ 40
7 con VGC= 18 V y Vfe media =; 10 Vr- se tienen los siguientes re_
sal taces
RX« 2500 R2« 100 Ka R3« 120 Kí>
Por tanto f la resistencia de entrada es R^JJJ^- 52 Kñ y
el condensador C. , cálctilSndolo con la expresión (3.5), es;
el valor normalizado C « 0*33uF. Sin erííbargo, enD
la práctica se usó C, — 22yF, para compensar cualquier disminu-
ción en la resistencia de entrada o de las resistencias de. po-
larización del seguidor emisor.
Gon el fin' de- mejorar las características del seguidor -
emisor, y de poder manejar corrientes del orden de 5Q a 100 roAf
asamos un acoplamiento Darlinton* £n la Fig. &cu 3,3, el tran-
sistor equivuless&a -tiene {ic: 0T &or en cíonde ^ es para el tran-
sistor Q- y Í50 paxa el transistor Q^*JL ¿* ¿
Para el caso del seguidor emisor aejuí calculado, usamos
como O], un transistor BC171B, con 3 = 200, y como Q2 un 2H3053,
cJóh'-S"— 30, y capaz de disipar hasta 1 Watt.
En la Fig. No. 3,4, se muestra el circuito total del
misar. Bótese el potenciómetro de 120 K0,.que sirve para va-
riar el punto de polarización del diodo electro luminiscente,
cié O a 40 m&r y el potariGldHietrG de 1 Ka pa.ra variar la ganan-
cía total. Todas las resistencias son de 1/2. Watt, excepto
cuando se especifico^ o tía cosa.
Fig, Ho* 3.3-- a) Circuito Darlinton- b) Transistor equivalen-
te: 0 ^ 0 ^ .
220
Fig. No. 3.4,™ Circuito total del transmisorf para onda continua,.
(80
• A-2)
El receptor, eoko ya se indico en el capítulo IX, consta
ds un transductor corriente-voltaje (que no es más que uaa re
sistencia) y un arsplificatSor fe audio,
Bs te amplificador n# fue calculado , ptíes, en si diseño ~
del sistem.a de anda pulpante, se &sa -un amplificador de video f
el mismo que p&ecte utilizarse, y de hecho se utiliza, para la
recepción ael sistema de onda oontíntta. De ahí ^ae üfíicaiííente
se discute el amplificador de. vícíeG o de !>anda ancha, .en la si
guien te sección 4
gistema de t onda pulsante r- Modulación P - -
B.l) Transmisor
B * i * a } Mocitilador da corriente ael dioáo
Nuestro primer interés es qae el. circuito inochilador sea
capas de producir pulsos de corriente a través del diodo sufo-
^ de intensidad entre 10 y 30 amperes, Ka as fáeil canse
una füeute capa;: da proporcionar corriente del orden da -
o decenas de amperios, pero se puede lograr, pulsos i'n_
tensos cte corriente por saedio cíe la descarga rápida de conden-
sadores .-
Bl clrcuzt-O de la Fig, tío. 3.5r proporciona pulsos de co-
rriente f y su funcionamiento es el siguiente t
En ausencia d^ s'eñal de entrada ea el tenniíial _a, el tran_'
s?lstor permanece en estado de corte y e.l condensador C se -
LU
halla cargado al voltaje V T o sea que VC1— «
j?ig. >3o. 3.5,— Primer circuito modelador de corriente del diodo
sub-L&SSR,
V •t*v-
Si ea el terminal a hay T¿H pulso de voltaje lo suficiente-
mente intenso,, el transistor Q entra eo estado de saturación f y
al condensador C se descarga a través del transistor y del dio-
_do emisor ? produciendo un pulso de corriente,
7il terminar el pulso de entrada en a, el transistor Q vtyal
ve al estado de corte, y el condensador C se carga nuevamente al
voltaje V con una constante de tiempo CR , en espera de un míece c
vo pulso de disparo,
X»as condiciones del ciiseño son las siguientes ;
Que V < Vce r (3.8)
donde V es el voltaje ae ruptura del transistor Q,r J
Que la recta de carga ~ pase por debajo de la región dec
sistencia negativa del transistor.
ctn
{32
A.•r^ V,ib v
U i
\ N *rs
ce
Pig. fío» 3 «.6.- Características del transistor G, y recta de
carga i
Que c I^raax
en donde I ,más ©s la corriente continua, máxima que puede soporo. ' ~* •""""
tar el fiiGHio emisor. Esto se hace con el fin de protegerlof en.
el caso de cf&e el transistor Q se encuentre dañado.
Puesto ££tte, después del pulso de corriente, la carga daI -
condensador se hace exponencialmesite/ esto es
V = V 1- exp(—t/CR ic ec c
el tiempo de subida del 10% al 90% del valor total es
2.*2 (3.10)
Esto quiere decir que la frecuencia dé disparo f debe ser
(83
'c
que el condensador se cargue a un voltaje suficiente-
Sin eiabargo un. solo circuito de esta naturaleza, no es ca
paz $e proporcionar pulsos de corriente lo suficientemente te-
tensas (é:<perimentalmente, madores fe 3 &m£«) . AEia cuando se
lograran de algtSn modo guisos de aayor intensidad, el tr
tor Q no serla capaz de disipar todo el calor prodtuei
Otilisarido el misiüc* principio <Sel circuito de la F
3.6, se puede lograr pulsos más intensos por medio de dos o -
tres transistores ea paralelo„ Bxiste al problema, de quer aun
gue los transistores sean Gal. ífilssno fcipo los pulsos resultan-
tes. EIO son simultáneos.
de prueba;al osciloscopio
No. 3^7»- Circuito final del. modulador de corriente del
diodo sub-L&SER,
Sin embargo, eslse problema se soluciona cosí el circuito de
la Fig. NO. 3.7. Coja los potenciómetros R se puede controlart *" J?
el voltaje máximo a 4ue se cargan los condensadores C, y por lo
isismo, se controla el tiempo de ocurrencia de los pulsos.
El control se hace por medio cíe mi osciloscopio sobre la
resistencia de prueba R (que ss pegueña, menor que la) variaaíu ' ™-
do los páteaGiGiaetros R^ íiasta lograr un solo pulso de. corrí en_
ts, en respuesta al pulso de disparo en el terráina! á ,
HscogsBíos un 'arreglo de tres transistores en paralelo,
Para tener un amplio rango de variación en el voltaje raáx
mo de los condensadores^ para cada tino de los circuitos en para
lelo, se requiere que V sea un valor alto. Escogemos -
Vcc= 250 V.
Cálculo de R : usamos la ecuación (3_9) , Para el diodo
eleetrolmüiriiscen.te que estaiaos usando, I-máx = 40 mA. Por tan
Escogemos R - 10 Kñ*tí-
Cálculo cíe R i el consumo da corriente del potenciómetro
no debe ser excesivo. X = SmZU Por tanto, escógeseos H - 50KQ.P fc*
Cálculo da C í El circuito equivalente, de carga es como en
la Flg, Ho» 3.Sa,o como en la Fig* No* 3.8b.
El valor de R ao lo conocemos a priori, pues para cada -eq
transistor del circuito, éste es determinado .experimén talmente,
Si- suponemos que el potenciómetro está aproximadamente en el
punto medio r entonces-:
(85
R » 10KQ +(25Kfl = 22.SKO
250 V.
50 K.í>-
Uí C
eq
cf
(fa)Fig. No. 3*3*- a) y b) Circuito equivalente de carga del con-
densador C.
usando la expresión (3.11) para una frecuencia f=
se tiene que
C <2,2 x 30 x 10 Hz x 22.5KÍJ
- 700pF
C - 470 pF
Las resistencias R« , y ít ? no son criticas, y escogemos
valores pequeños ¿
SL += 4700 ^ 100Q
Igual puede decirse de C , C - 1000 pF.a a
La bobina !*.. y les condensadores C-, son para desacoplar
(86
la fuente del resto ¿Sel circuito. Utilizarnos I».- 10 mR ¡1
C,= 0.1 yF. í
R debe ser pequeña, es solamente una resistencia paraEi ~"
controlar los pulsos de r¿oáulaeió'n al osciloscopio. Ponemos
-Los transistores? Usados deben ser de conmutación. y capa-
ces de disipar potencias importantes. Osamos los transistores
203053,- cíe conrau.-taei.6n, con voltaje de ruptura 80V <V < 120V,~~ r ~~
y de 1 Watt de disipación (se puede issar otros transistores cu
yas características sean similares).
Bs importante notar que en el circuito isodulador de corriers_
te» las conexioaes deben ser lo más cortas posiblesr para evitar
la presencia de inchacfcancias parásitas que podrlaa disminuir la
intensidad de los pulsos de corriente- l?or esta misma ras6n/ -
los resistores usados deben no ser inductivos,- y los alambres,
relativamente gruesos. I»os cosdsasadores C de descarga, no de-
ben ser-electroUticos, sino condensadoras de cerámica o de . -
eualc[uier otro tipo apto para usarse en. frecuencias altas.
B.1.fo} Modulado r P-P-M* nataral
La Fig. Ho. 3,9 muestra el circuito usado como raochilaáor
P»P*M. I*a recta de carga correspondiente a Q y a la resisten-c
cia interna del secundario del transformador, K..* debe pasar -
por. la región de resistencia negativa del transistor Q, <3e asado
que el circuito es uxi oscilador--áe relajación. La frecuencia -
de oscilación propia del circuito debe ser al menos el doble de
(87
Fi-g.* Ko- 3.9.- Circuito usado cosió modulador P.P.H. natural,
la frecuencia máxima de la señal rriuestreada, para' cumplir con
el teorema del nmeatreo,
La señal de voz, esto es, la señal a maestrearse, se in-
troduce en. el primario del transformador r V.n(t), y los pulsosi**
ya modulados en P.P-M. se les obtiene sobre la- resistencia R ,A e
esto es, en el emisor del transistor*
La Fig* No. 3.10 inuestra la característica cíe resistencia
negativa de un transistor, y la recta de carga necesaria para
iüantener oscilaciones.
Si hay ausencia cíe señal en el primario V, del transforin —
- el circuito- funciona como un generador de diente
de sierra- El análisis cíe este tipo de oscilador de relajación
es sencillo/ y no se hace aquí, tínicamente se muestra en la -
(88
ceU—*•CG
J?ig. No. 3.10.- Característica de rompimiento colector-emisor
para un transistor, y recta de carga para el iao_
aúlador P.P.H..
Fig, No* 3.10 el ciclo de oscilación en el sentido de las fle-
chas ( A - + - B - í - C - > 0 - > - A - » - } » Asimismo, en la Fig, No. 3»llf se
muestra las formas de onda de los voltajes generados,, tanto enr
el colector del transístorf V , COÍTIO en el emisor, V ,. como func e —
clones del tiempo*
Las ondas mostradas en la Fig» lio. 3.11 se han trazado des_
preciando el efecto inductivo del transformador,- lo que es una
aproximación muy cercana a la realidad. En efector al cortocij:
cuitar el primario (V.n~0) el transformador es visto únicamente
como una resistencia.
(89
Fig. No,- 3.11,- a) Voltaje generado en el colectar del transistor.
b) Voltaje generado en el emisor del transistor.-
I,as dos señales son generadas en el modulador
P»P.M., en ausencia de señal en la entrada V. (t)'
del transformador,
SI interés, en el modulador p.P.K. es hacer los tiempos de
carga del condensador C mucho más largos que los tiempos de des-
carga (en la Fig, No, 3.11, T-»^) de modo- que el tiempo de car
ga 7- se pueda aproxistar- al período total T .. Esto se logra
(90
o, lo que es lo siisrao, cuando
(RC+ a¿fc} >:> ÍR2"Í'JR®) (3.12)
En ésas condiciones y sabiendo que Vri« V . , el períodoA n ce ^
tiene ¿ muy aproximadamente, el valor
TQ= C(R +R > in -Sf- (3.13)ce r
Ba el caso que V > 2V , que es una condición real del modulat»-v £. . '~*
dor, la carga exponencial s-e puede aproximar a una carga lineal,
y entonces
v c<v- R±t> v^ (3-l4>• ce
Ahora, analicemos el modulador cuando existe una señal de
voltaje en el primario V (t) del. transformador,, y por tanto se
induce una señal de voltaje en el secundario t(t) del mismo :
Hl secundarlo Vt(t) actGa como una fuente de voltaje, de va_
lor medio cero, que se suma al voltaje continuo V * ka carga ™._ 1 _-J.B ™_I_-_ O-V'
del condensa.dor C se hace isas rápida o más lenta, seglSn el volta_
Je V. (t) sea negativo o positivo, dando por resultado que las —
pulsos generados en V_ se acerguen a los pulsos anteriores o se
alejen de ellos*
La Fig, No. 3.12 muestra el circuito equivalente del modula
dor P.P.M» durante el. tiempo cíe carga del condensador C para un -
ciclo cualquiera. DaturaIraente, durante la carga del condensa-
dor, el transistor es un circuito abierto (estado de corte), y
el secundario clel transformador es una feente cíe voltaje Vi_(t . ) ..
Nótese que la resistencia de carera es B. = R -t- R , , ,3 . 3 eq c 11
Fig. No. 3,12.- a) Modulador P,P*M. b) Circuito equivalente.,
durante el tiempo-ds carga*
En la Fig» Na» 3^13a¿. sé definen tres ejes de tiempo super_
puestos, de Hiedo que
t — t •*- f- (1 IS'iw. -i \ * irf «•> v -/ «- J- ~i,;
En la Fíg* No. 3*13, la carga del condensador se inicia en
el punto t-- ir esto es> cuando t2= 0. Kl periodo T(t) se ini-
cia en t-~ t^ y tenniaa cuando el voltaje del condensador alcan_
za el voltaje V de rompimiento del transistor,
Se ha definidor asimismof. nuevas funciones para V. (t) y pa
ra V {t-} (voltaje del secundario del transformador, y del coleeO -i- " •—
tor del transistor, respectivamente)7 de modo que
(92
tr f J- i v?v¿. \^t — vc- i
V (t.) = V,(fe+t;4.J = V-c i. o ¿ ¿
(3,16a)
Por tanto, si trabajamos únicamente para el eje de tiempo
t*,f usando las funciones V-, {£_} y V- .(t~) así como la transforA j¿ C •£ -¿«C « ~
mación clfi jüaplaee y las impedanciaa generalizadas §f sé -tiene:
ies
V
|v -v^,tt2)OC A t¿ ¿t.
(Pv
V,
eq es
Vce
s-f eaC R
s-f- 1 'C geor
(3.17)
Obteniendo la transió miada inversa de Laplaee, se
« V -Vce c B.(3.13)
Entré las propiedades de las transformadas directa e in-
versa de jkaplaco, se puede demostrar que:
RlfítJ=• exp (~at) IT) ! . f(T) (3,19)
o
de modo q-ue la carga del condensador Cf dada por la expresión
(3.18),. tiene la forma
(a)fc,=0
-V (t )=V (t,v, / V V 2tV 2
"X
A
ce
(c)
_4£
Y -vjt W -v (t )' c e t i ce 2t 2
..-. T ( t )
(d)
,t r t' lr 2
Fig. No, 5* 13,-Señales en el modulador PK^-aJJiíj'es de tiempo t,t ,t .-b)Señal mo-diilants-jen el secundario del transfoi'raador.-c)Diente de sierra ge-nerado en el colector clsl tj'amiiator ,de período variable T( t ) .~d)pulsos genéranos en el emisor del transistor,ya modulados en PPM
jjl
(94
'I t" i 3V /.f. \ v/ I •* ,_ A«-T>/— . /fr___,\ _k
*s % *---s J """" * _ I J- VÍA.ÍJ I •' ' "/ ( T"Zc 2 ce I f ^ G R ' '? ea
Ífe2
1c R"aq eq
(3.2D)
El periodo T(t) se alcanEa. cuantío V, (t2> llega a ser i-
gual a V que es cuando, comienza un nuevo período:
cuanao V í t . } » (3,2
La expresión (3.20) presenta serias dificultades para ser
resuelta en t como función explícita de \ (t7) . Sin embargo,-£• ' ¿C- £>
estás dificultades pueden ser sobrepasadas haciendo la aproxime
cioa más Importante de to-aas,, y es da su|xmer que la carga del
condensador C no es exponencial/ sino ULneál, y que se hace con
la pendiente gue presenta en t- 0. Estac aproximación es casiVcetotalmente correcta cuando V < —5— 0r " ¿
Entonces, <Íe la Fig* Ko. 3.13o, se tiener
dt2
De la expresión (3.20) se tiene:
Vx (3.22)
V ft )v^ iL-2/¿C" *• _ =r -, .^1- í» "Eat C eq
(95
_JL_C .R
eq
í*2
c EeqR dT
O
(3.23)
y por tanto, para £«=(}, y usando la expresión (3,16a) :
aat,
V_-Jc R. c R (3.24)
Substituyendo en (3¿22) se tienet
ce V, (t)'(3.25)
o lo que es lo IRÍSGÍO;
f -j -»•l
t}_ (3.26)
en donde T = tí R rr-o eq \ (cóincidente con la expresión. 3.14) yec
k = e R(v J 2v ce'
La expresión (3,26) es exactattaente igual a la (2,26) que
define la modulación P.P,M. natural, y por tanto el circuito de
la Fig". No. 3,3 realiza si trabajo exigido.
La Fig. No. 3.14 muestra la posición de los pulsos P.F.54.
natural/ y por tanto el ciretiitc Q.B la Fxg. Ncu 3*9 realiza el
trabajo exigido.
La Fig* N"o* 3*14 muestra la. posíeién de los pulsos P.P.M.
cuando existe una. señal áe vos, y ayxida a entender la disposi-
ción de dichos pulsos.
Falta aun calcular les valores de los componentes.
El transistor usado es un 28Í3053, cíe conmutación, y cuyo
voltaje de ruptura V . se halla entre SO y 100 Volts. Para cum
plir coa la condición de V <_ ce , usamos V. --250,0 Volts,, estor 2 cees, la -misma fuente de alimentación usada en el modulador .de co_
rr lente del diodo sub-ItASER,
Se utiliza ua transfenrtá'cEor de relación de 1:10, y cuyas
características son: Impedaiicia ¿el secundario = IGO K17, Resis_'
tencia D*C- secundario— 4.5 K0* Impedancia del primario ~
1 IÍO, Resistencia, 0»C. primario = $0 R*
Las características áe resistencia negativa de transisto-
res generalmente no están dadas en los manuales; el valor de
R necesario para sustentar, oscilaciones en. el modulador se de^
obtener 'por medie de pruebas sucesivas. Prácticamente, se
consigue ver que es aecesario que R esté entre 12 KQ y 17 Kfi .c
usamos S - 15 Kñ, lo que significa que R ,= R -KR.^= 15 Kn 4-
;20 KQ.
La expresión (3,14) nos dice
v^_c __ _~__ —, _.V^
Para una frecuencia media f — 25 KHz, y con V ?100 V, seo ir
calcula que C^4ÜOO;^pF- En el circuito usamos C *= 3300 pF*
-Coa el fin de cpnplir la condición de la expresión (3, 12} ,
esoogeiEos HSi
tal u.e Esto da K«="
resistencia R, no es crítica, asamos R. » 100 a.» p
último, se Sebe indicar que el acoplamiento entre el
modulador P*P,H* y él raodulador de corriente del <2Iocio sub-LA
SHK. es directo,- esto as, la salida en el eisisor del transistor
del iBOdalador P.P.M- va directamente al condensador C áei .mo*3
de corriente {para saa or- .-ólariáa.d r F°r favor váase el
general del transmisor £.£.M. Fig. Ko. 3-21).
» &ío. 3.15»— Miplificador:» corj-vencioaal de audio,
. I*a Fig, Ho* 3.15 nos muestra un circuito comCbi' usado COIRO
amplificador de la señal de voz. El transistor Q es un BC17IB,
coa fe:= 0- 200.
Kste circuito ao puede ser alimentado coa la misma fuente
que los circuitos de las secciones B.l.a y B,l,b~ pues el
sistor SC1?IBP ni ningún otro disponible eomerciaimeute, sopor
ta un voltaje entre colector y emisor de 255 V» Para este ci£
cuito f usaremos V = 45 V.CG
Deseamos las siguientes características; I media = 5 m&,i [
V^ media-22 vr ampli£ieaei6n A ~ l&V/aV » 500,.- sensitividad
8 " »
Usanao las expresiones de (3*1) hasta (3.4) y sabiendo que
A RG/~e' y r ~5DSi, R = 4,7 KS R^^» 1000 R2= 68 Kfi
KO= 1*8 KC , C^= 1200}¿F.-> a
1.a salida del amplificador de audio no se puede conectar
directamente al ' primario' del transfo rasador éiel modulador P*P,H.
Se requiere entre ellos un aíRplificador o,e eorriente/y se áebe
desacoplar para corriente contímra.
El amplificador de corriente se hace con XIB seguidor emisor
en Darlintoa, "asando un transistor BG171B (que no es cié potencia)
y un. 2&3G53 (capaz de disipar hasta 1 Watt) *
lia Fig. Hoi 3,16 muestra die&o seguidor emisorf en. el que
se calcula R , i>ara tina corriente I media, de 1Q mA, Por taoito*ea e
R -,- 2.2 Xfí,.ea
El condensador C. se calcula, con la expresión (3-5) para
que pasen desea 10 Ez. I*a resistencia de entrada es la del pr
mario del transformador - 90 fí. De ahí resulta que C,^ 17QyF.
í/sa/aos C^= 400íiF, condensador electrolítico.\.
•"*^-^) Filtro pasa-bajos
Se requiere que la frecuencia de corte sea de 5 KHz. Usare
(100
45 V.
-f
f
Í3C17IB
el. R
250 U,
r íííaduladorPPfíl
£"=»
Fig» Wa* 3*1^*- Acoplamiento entre el amplificador de audio
y el modulador P¿P,M*
mo:s un filtro activo, como el de la Fig. No
ceiuos el aáálisis B
¿ del cual ha
Fig, No, 3,17-- Filtro activo pasa-bajos»
Las caract-erísticas del, amplificador A son? amplificación
de voltaje ¿W invpedancia de entrada infinitaf impedancia de sa
.licia cero. Por tantor las ecuaciones para el filtro activo, -
son;
V . *"""" v - ~~* ÍViJ% .£- -* i\.í.\-L >.*t -i- -t /zn 1 ¿ X 2 2 3
V — v\f1 vout ^
Resolviendo estas: aeraciones/ se tiene:
(3.27)
Si hacemos el amplificador unitario {&=1) y R
tonces la f \inci6u de transferencia es
H
Eí6tes.e que la expresión (3.2$) para H(s) es del tipo
iH «
/»*
cuyo diagraiaa -de Bode es el mostrado er* la Fig. No* 3,18.
Un filtro, de las características deseadas, es no con
a = 2S'5 KHs> ? - 0,5» Relacionando las expresiones (3.28) y
(3.29) se ve gue :
u* = -- — (3,30a)
2r •= 2 a (3,30b)
28 db
10 db
O db ™ji
-10 dh
-20 db
~3Q db
\
0.1 0.2 0.5 1 2 5 7 ' 10
Fig. No.~ 3»18«- Diagrama dé Bode en amplitud para, la, ax-core-
E>e las
(3,31a)
expxes xóáes r se
E *
C7= 1Q<30 pF? lo que da como resultado G-= 4000i . -^
y SE » 15,9 Kñí por tajatoe usamos valores normalizados:
«* 3900 15 KQ
Un circuito que rsüné muy aproxiraadaitiente las característi-
cas exigidas para el amplificador unitario (amplificación ~ lr
ismedancia infinita de entrada^ impadancia cero ú& salida) es
(103
un circuito seguidor emisor» La Fig
circuito*
3*19 muestra
V
í i
1
ce
out
ITig, Ho, 3,19** Circuito seguidor-emisor, equivalente a ua
afiíplif icadpr uaiiraria*
En éZ'clrcsito seguidor emisor n¡ostrador la imped.aiicia. áe
. entraéa es R, - K Ü & u l í 3 & y la iEípedancia de salida -xn a -0- o -1-*- e. J-
R ,j,— r 4 (i-a5 rh / ^ix donde r f r, y a son parámetros Ínter-O^STI 0 o CP o ""
nos del circuito equivalente £ del transistor.
üsasios la utiss&a aliEierifcacióa que para el amplificador de
audio (secci6n B.l^c) por -tanto, vc/:," 45 V.
Coa V * si^dio de 22 Vf y ixn !„ inedia de 1..5 jgiAf entoncesl_íti W Í51
Re= 15 KO»
El transistor Q es un BC171B, da $ « 200. Por tanto^ el
circuito de polarización es cosió un divisor ae voltaje:
22 V ce Por tanto 8. - K .fe a
Usaisos R - 1QO KP 120 K&»
(104
- Lo que significa que R± ™ 100 KS ]1_Í20 KQ jj_ 200xl5H
3?ará calcular 41 coa<5ensador C^, usamos 1.a s-isisa
sida (3,S) s
i21
Para 10Hsíf 50K9, entonces
45 v.
3 «20--* Circuito total del filtro pasa,-bajos
La salida éél filtro pasa-bajos se conecta g.1 conáertsa-
aor C. del amplificador ce auctio (Fig. No. 3.15)., 0sando la*,/
expresi6n (3,S). para R «= 68 K2 ül,8 KQ « 1-75 KS y para -
f ., ,iv « 10H&, se obtiene C- 9yF» Ossiaos C..O D
En la Fig. Ko, 3.21 se da el diagrasia total del transmisor
TPi
g.
No
. .3
-21
- D
iag
ram
a to
tal
del
tran
smis
or
P P
.M,_
_
ru
an
do-
ae
ind
ica
otr
a
co
sa.
To
das
la
s re
sis
ten
cia
s so
n de
1/
2 rf
att,
exce
pto
c^ti
iiu
. .
. ._
En, el diseño a bloquea del receptor ael sistema F..P.M,
(Capítulo II, sección B & 3-b} s© dijo que se puede considerar/
dentro da ciertos limitas, como si el fo tediado o diodo detac
fcor ftíara ima fuen.te de corriente j Y por tanto f se necesita
un transdnetor corriste-*- voltaje seguido de uri amplifidacÍQr de
voltaje t Pero es lartaliserite válida la aonsiáeracidti de que -
claspués áél fotodiodo se tiene an amplificador cíe crorrient.ef y
esta es la que usaremos en el presen te- '-diseño.
H , 2 . a ) golg;g;l g;.ci6n áel f otodiodo
Krr. la. seeciosa C del cap-itulo Xe y isas específicamente? en
la FigD No* 1- 20 f se observa la aecesidaá de polarizar el roto-
diodo inversaínea-te, con t n volfcaie — V . y de DrGfporoionar una —V •* .
cierta resistencia de aaríra R.
hV
C.
Amp. de
corriente
(a)H
Fig- No* 3*22.1.-' a) Polarización del foto—diodo, b) Circuito e-
quivalente del foto—diodo, válido, en el diseño
receptor, "para componentes variables.
(10?
- &a Fig.' Ho* 3* agía da la forma en quft se poXarlsa él foto-
diodo* Ssgün las c^aracfcerlsticas y rscoz»eu<IaciiQnes dadas port
el fafcríeaiita para éjl fotodlodo S&D-1QO, un, -buen punto de pola
Bn afecto/ en éste ae polarización, la corriente 1 £
ciad es d&I orden de ziamoaiaperee, la. ser^xtitridad es coastaute
av® áéaaclas te ootencla 1-ami.nasa incidente, v la
capacitancia s& paralelo sc[Ulvalfeat6 C - es pequeña
que, para la Fl#* Bo. 3.22í>, el valor ds. xa fueate de corrien
te es? según, la ex.presló-n (1,34)?
I « s > , F,^(0,J J
siendo P.* 2.a potencia l^itiinosa. incláe^ta sobre el fotcdiodo*
LE oapaeifeanoia C . tiene especial importancia, por cuanto
reduce 03, ancho de focada pasan, te «. Bu efecto r el aacho ele ban-
Dicha capacitancia Cw, es la de trartsicidn cte la unl6-n p-n,
Asando la ej:presl5n (1-23} se
ea donde Vp es el potencial infcernc-
X7 el voltaje de la faente df¿
[108
H la resistencia de polarización y
I. la corriente de oscuridado
Por esta rasórt, interesa hacer bastante gránele el volta-
je V r de modo de disminuir la capacitancia, C.* Hedidas to-
madas de este capacitancia C- para distintos valores de V"
(ver el Capitulo IV) muestran que, cuando V * 90 Volts, en-P
honcea C, < 15 pS1, siendo un valor típico C .= 10 pF.3 3
Si nos fijaasps un ancho de báñela ae la entrada del ampli_
ficadcr como de por lo menos 20 MH2, y con C*= 10 pF, se tie-
ne, de la expresión (3*32} que la condición es que
Rin+ Ss £ 3000 (3.33)
Puesto que,- según ¿latos del fabricante, la resistencia
s&ris del fotodíoclor E_/ as del orden d& 2500, entonces, la
condición, necesaria es
Rin £ 550S - (3.34)
Se podría pensar que se puede aumentar ex
te el ancho de banda de la entrada disminuyendo &- hasta ce
ro? pero esto ai es físicamente posible/ ni nos conviene por
consideraciones de ruido r COIÜQ veremos en la siguiente sec-
ción.
B . 2 * b }
El propósito de este dispositivo- es el de amplificar la
corriente cíe señal proporcionada por el fotodiodo íiasta nive^
les fácilmente medibles y reconocibles, por lo cual el interés
es aumentar todo lo|!posihle el factor de a-mpllficaaióri* ya seai
incrementando el numero de etapas, ya sea mejorando la atsplifi_i
cacion da caáa etáp3*. Sin embargo, rxi lo uno ni lo otro se
puede ha.csr indefInicuamentef pues cada etapa tiene tm limite
de amplificación, y el atlmentar continuamente el numero- de eta
pas*- cada una de ellas reduce sensiblemente el ancho de banda
totalf y atañenta el rui4or éspecialKien±e térmicor del amplifi-
cador »
El ruiao térmico es el *ás molesto en la respuesta del -
amplificador. Bn efecto^ considereíaos crue rmestro amplifica-
dor tiena una ganancia en potencia Wr una figura de rnido F y
una resistencia de entrada R, f tal como ss rrmest.ra arx la Fio-,
out
tío. 3*23.,- AEiplifioador real, con ganancia de potencia W
y figura áa ruido F.
Por tanto en dicho amplificador se define quet
(5.35)
(3,36)
en donde. 3?^— potencia de señal
B = = potencia de ruido
Se puede considerar que el ruido tenaico a la entratla,
(P_) . r es producido pcyor la resistencia {&„•* H. )= 1/GU7 cíet?í iri s» in si.
tal modo que la fuente de corriente de mielo asociada coa di_
eha. resistencia, es de valor t
en donde k — constante de Bolt-zisann
!T — temperatura de la 'resistencia R + Hinr &n grado
iCeivln
B = ancho ce banda del amplificador
S-egün la expresión (3-, 37} para Tsaaten,er bajo el nivel de
ruido r conviene hacer la resistencia {&_-*• |L^} lo más grandeOt ^ iti
posible, en contraposición con las exigencias del, ancho- de ban
da. De ahi'qiae calculamos R coa la expresión (3.34) en el -
l£miter y ha censos
R^- 500 fí (3 .38)
En la Fig. Ho. 3,24a se muestra el amplificador real que'
nos interesa r cuya ganancia en potencia es w, y su figura de
ruido es F, Se demuestra (1) qae para cualquier red de ¡5os p¿
res de terminales, la potencia de ruido térmico a la entrada
es
P - k -E B ' (3.39)
(111
P,, , *in-.-*.
W i n — ¿-
-e!í/tF
c— tr-=?- , _ oS out Pm .— «* S in_». S DUt
PN out
FIg. 13o* 3.24.- a) ^a^lificador real, co& figura de rxsldo = ^,
b) Amplificador ideal equivalenteF con figura
de ruido - F* - 1.
(Jfcilisiando la definición de la figura de ruido F (expre-
sión 3,36}) se pn^de á;Siríostrar que el aiapliflcador real es e-
quivaleate a tan- amplificador ideal, excento cíe ruido^ cuya f.1
gura da ruido Fr es 1 (Flg. Me, 3.24b),en el gue la potencia
de ruido térmico a la entrada es
.in. B (3.40)
Slmilarmenter se demuestra que el roldo de granulación
nolseB> .produciao por una corrlen-te. media Xf esITl
m (3.41)
en. donde e =• carga de un electrón
I ~ corriente mediara
B = ancho de banda del amplificador
(112
de t.al modo gue la pot.encla.de ruido de granulación producido
a. la entrada del. amplificador, &s
S.N*
Para sn receptor éptieo/ la. Gorriente l está dada por•i r -m i.
tres componentes ;
lúa prraara, es la eorrient-e media producida par la poten
cia de la señal í
Ia= B. Ps ia • (3.43)
ea donde S - - s.ens.itiíviáad del fot:qd,ioSo
^ -^^ potencia lumiricsa i^eidente medias iii
La segunda, es la corriaiste media producida por la poten_
cia luminosa de fondo;
Ib= S. 5b . (3 .44)
y la tercera/ es la, corriente de oscuridad del fotodiodo:
!c~Id (3.45)
Por tarxfcOr de (3.42):
P^7 . - 2 e S R, (S . P , -E- S , P. -í- I,} {3* 46)13 ají x a ' j s x n j b d7 \ j * « * u ¿S.H.
El cálculo demuestra gua la potencia debida al ruido áe
granulación es despreciable con respecto a la. potencia cíe rui
do ténnieo, para ciertas condiciones de recepción, Kn efecto f
(113*í
i
I
que ekj amplificador tiene una figura de Jcuido F=»¿i ~*que. es un valor típico para na amplificador relativamente hue
" i
nOf q.ue 1.a temperatura a bieote es T ~ 3QQ*Kf y que la poten-
cia pico incideBte sobre el fotodiodo es de 2uW, Bs-ta ú
dato nos dice qme¿ para pulsos dé 180 r>_ seg y a 25 KB& de
entonces
s in *
r meíñicionea -tomadas sobra el fotodiodo (ver
tulo IV) nos dicen au£ la cox^rleíite- de ostcuriílacl 1 es del or
-den de 50 nA, y que la corriente X.** B . P. es del isismo^ 13 3 G
H = 5008, B * 5
pf.T *n &J ?? £•• rr; •£» O "3 wt A/ ,L.-_A- .J!L* . \ ^,^,-j^^_.^ fi__^ _^^_ - *j-'^-*-^
^Ti / **.*. rj T5 /f> " TV J^" of-*,, —v .,'1- - ¿vi ü r* « \ !• A, _*. _ i i r ,lí S»^í1 * iíi ui i s in *f
Jk> que indica que se pueós despreciar el ruido de granula^
coa respecto al -térmico* Se dií2e qua el amplificador des-
de el pnrtto de vista da ruido está limitado térmicamente»
Se debe hacer aún una consideración tós; el amplificador
cíe vi<3eo está coiapuestio por varias etapas,, tal corso sé lauestra
en le 3?ig. Ho. 5,25,
Sxi dicho sis tema , cada etapa tiene tma ganancia de poten-
cia W. y figura cía ruido P . f de sioáo aua es posibl3.. 2- " ~"
(1) que la figura de. ruido total ? est
(114
F !-¿ ->
JU
.-1
( 3 . 47 )
iti r
2 ' 2 n n
Output
Fíg- lio. 3.25*-* Btapas del ampliricacíQr, ccn sus
ganancias da pot&ncia Tf. , y figuras de ruido
F .i
£a expresión (3.47) maestra. quar para mantener baja la fi
gura de ruido total F/ es importante saa-atener pequeña la figu
ra de ruido de la primera etapa F- ,. aun a costa de su ganancia
de pot-en-cía.
Podemos, por tanto, eoncentrarnos: ya en el diserto oircui—
tal del cüñplificador. Fijamos eomo fuente de alimentación una
batería de 12 V, V - 12 X?".CG
Para la primera .etapa del amplificador, usamos xm "doble-
te" utilizado frecusntemeB.te en las caberas de televisión, y
cuyo circuito es el Ríostrado en la Fig. No* 3.26.. Los vidico-
nes, orticon-es, etc.., son fuentes de corriente coir,o el fotodio
do desde el punto dé vista del GiroiJtito eléctrico equivalente,
siendo los valares de las fuentes de corriente del mismo orden
de raagnited.
out
Fig. So, 3.26.- Primera etapa del amplificador, con compensa—
eión a altas frecuencias.
En dicho circuito, la compensación para altas frecuencias
se logra, púu: medio del condensador Cr qué evita que la banda -
del doh'lete caiga muy rápidamente,
Puesto que este circuito constituye la primera etapa, es
importante que su figura de ruido sea la raás baja posible? por
tanto, conviene usar transistores ele bajo nivel cíe ruido, y se
escoge* para Q^, un transistor BF£77, y para CU* *ir* B£115,
De las características de ruido de dichos transisteresr d
das por los fabricantes, se ve que un muy bajo ruido se logra
cuando el transistor BFY77 tiene un voltaje colector-emisor a-
proximado V - 3Vf y una corriente de colector I <300uA (esco-CG *-*•
gemos I = 200pA) r y cuando el transistor BF11S tieae V * GV
(116
y I" <S0au& (escogemos X - 700yA) . Por tanto, el circuito "doc c *"~
blete"/ para corriente continua e es coma se muestra en la Fig*
So* 3,27.
12 i/,
Fig. tío» 3.27.- Circuito" "doblete" para componentes continuas'.
Kn vista de que, según los datos de lo.s fabricantes, los
factores- p para corriente continua de los otos transistores son
relativamente granetas^ y áa que dichos transistores son de si-
licio, se pueden escribir las si9"uientes ecuaciones;
ce
V =ce
I ,-f V .el cel
n+ V .c2 ce2
V - H, I -« (R,-ce X el 3 ^c20*6
(3.48a)
(3.48b)
(3.4Se)
(3.48d)
De las expresiones (3;4Sa) y (3.4fib), y con los valores
(117
escogidos V « 3Wj[I -, 2Q£pAf V * 605Vf I n~700uAf se ob-VS..I- - i Ci, Ctí¿ CA
tiene C£uet i
R.J+ R4 « 45KH (3.49a)
S24- H3+ Rg «7.8 KD. f3.49.fo)
Pese a que de Isa ecuaciones (3.43) se podría en gran par
te calcular las resistencias del aircuitor conx iene tomar en
cuenta las necesidades de ganancia y de iiriped.aiic.ia de entrada
para condiciones cíe corriente alterna? que son las aue verda-
deramen te nos ínteresa -
Por tanto> ae harán dos análisis del circuitor p.ara eorrien
te alterna; el primero, sin cotttódérar la corausensacian pr'oporclo
nada, por al condensador G, sino üáicaia&nfee los parámetros inter_
nos del -transistor? y el segando, tobando en cuenta la capacá—
fcancia da coispensaclon Capero no las capacitancias Internas -
del transistor* Es-fea división del análisis se hace con el fin
de obtener expresiones relativamente sencillasf.en las que se
pusda. visualizar faoiIntente los efectos,, tanto de las capacitan
cxas internas del transistor, qua' hacen gue se caiga la báñela,
coino dos la capacitancia Cr que la compensa. La Flg. Ho, 3,28
muestra el circuito equivalente para el prirnoro áe los análisis.
Hótese que la senal de entrada proviene de una fílente cíe corrien
te ideal t eomo aproxiinadanietite es el fotodiodo*
En el circuito ó'e la r-'ig. Mo. 3,28 se ha xisarlo^ para los -
transistores, los parámetros h 6 el circuito equivalente fí (s£
gün. quiera verse) » I*as admitancias de entrada son:
U 1*-X
1/rH2
y como es sabido
, la resistenela de carga es (segtín la Fig* íífo.
t, „ _ „ .(3.52)
Las acuac.ioi es q e definen el circuito 4e la Fig, No. 3.28
0 -
O -
Í3.53CÍ
O « R
O =« V
O = I
0 = X
(3»53e)
(3.53Í)
2
Í3'53h>
De donde, se obtisne que
t í _ _ , ."xt¿ 3 l-*ml'
.cmt _ ^ _
S CIU
(3-54)
Bn est.a Gltima expr&slan, y eo»Dclendo el orden de los pa-
rámetros internos de los transistores,, se puede llegar a la con
alusión que la banda tiende a caer con 6 dh/oct, y a frecuencias
mucho más altas, con 12 dfo/oct, pero cjue muchos de los
pueden ser despreciados, <3é ní
felc;
(3.55)
Sin ensbargOy aunque se conociera eoa toda exactitud, el va
lor de los parámetros Internos? para, calcular la frecuencia a.
la Cfü© empieza a caerse la banda, clicJio cálculo no serXa exacto,
pues en este análisis no heaaos considerado el afecto Miller, que.
reduce- aun reías la banda pasante; de ahi que sea conveniente ha-
cer la compensación en base de las observaciones prácticas, esto
es, experirnentalmente.
(120
*Bl circuito -enjjBl cual, se analiza la compensación propor-
cionada por el eoneléks-adar C, es el mostrado en la Fif, cío.
3.29,
in
out
. Ko» 3,29.- Circuito equivalente del "doblete*, con
sacion, para altas* frecuencias.
Paxa aieho cireaito, haciendo el análisis necasa.Tior se ob
tiene que:
oufe
o muy aproxiinadaimente
^out L,4-s R-R- C5I . (3,57)
(121
en donde se va claramente qrte el coacten sador C coiapensa la cal
.da de la banda en altas frecuencias, con 6 db/ocfc, que era lo
esperado.
Por úifciiBG*. del circuito de la Fig* Ho» 3.29 obtenemos la
iHpedémeia <3e entrada, V^/T. , cnae resulta ser para frecuenciasiíx XA! *
bajas (o para cualquier frecuencia, una vez que se haya compen-
sado) :
-i—~— —-~, t^_-n-.,-_-__- ^ _5 „ DíS ,(
.R R cr- . q .
y, sabiendo
v M R^ . a E^^.jj"*^ „ n- « -^ f -í 4. ___±1__\ . r_^^-^_ -J-T ™ ^-ín ~ ^3 ft ^ ' Tt fi ' *" tx r-I ín R 9 K
Finalmente: las expresiones (3.55) y (3.57) nos dicen que,
para frecuencias bajasf o para regiones compensadas, se tiene:
I H.QUt _ _. ^ , , , . -.n.
~) (3.60)
Las expresiones (3.59) y (3.60), ttn-fco con las expresiones
(3.48) y (3.49) son las- que nos ayudarán para el cálcrulo del
"doblete".
Para componentes alternas, nos imponemos las siguientes
diciones:
2. = SOOfl (expresión. (3.38)}
(122
jdb db!
0-,.,s significa que
(3,61)
Datos -del fabricante nos dican que g~ está entre 30 y 50.¿ **
{usamos ís- 40} f y sabemos guer
(22 A)„-. Imi.
20026 f l
usando astas últimas expresiones en la (3-5S) . se tiene
que
(.3.. 62)l
Ssccgenios para H4. un valor medio R » 10KQ, y utilizando1 'i
las expresiones (3.48), (3.49)f (3.6Í) y (3.62)f se llega a
que;
RX= 3SK» •&,== 2.2KC R3~ 3.3KS E4= 1QKP. Rg« 100 Kfl
Rg- 2*2Kfí
El cálculo de O se hace por media de la expresiva (3-57)
suponiendo qu:e se necesita compensación a partir cíe 1 MHz (a
3 db) :
tí = 2!ff = 2H 1 HJiz « -
C = SO pF
Be. modo gue el circuito final del doblete, con sus capacx
tancias de desacoplaiaierito, es COHÍO se muestra en la Fig» Ho,3*30
(123
12 U,
400 ;
Salida riel1 dobleteer
ig^ No. 3,36.~ Circuito final del "doblete",
La salida del ^dofolíste** se hace sobre un
en, el que se gmede hacer el control, de ganaa-cia tota,! ael
pliflcador/ que 'sale a s*a ves sobre otro seira.idor-emJ.sor/ que
sirve dé pantalla, ent.re el prlííier seguidor y el segtándo cir-
cuito ^dóblate* 9. Bn vista' de que el diseño de los seguidores
emisores no ofrece mayor dlficul-tad,- tHiica.mente mostreamos s*a
circuito en la Fig* Ko, 3-31,> con la indicación que los- tran-
sistores usados son 2K23'6$* de alta velocidad , y e ~ 15,
La salida del s-egtiiido seguido r-eisiscr 'va a un segundo eáo_
blete1^, -tal cosió se asmes tra en la-.Fig, !^o, 3.32.
Bste seguBáo "doblete1* -tiene uaa configuración ligerasten-
te distinta que la del primera r pero su cóKi^ortamiento para -
(124
,12 U 12 V ,
H 2N2368 i\. /
nSalidadel 1
doblete Entrada
3*3-1*-* Dos seguidores emisores f para separar los dea
wdobletes", y ooR-fcrolar la ganancia*
12 V,
Salidadel seguidoremisor
Fig. K"o. 3.32,- Segundo * doblete*1 usado ep 'el amplificador.
(125
tes variables es igual* usa remos f para Q* y Qrf traía.j *ü *•""*
s ¿stores SUMISA, ya utillsaílos en el primer ff doblete***
Para ssts* circuí to., sspaclficaíQGs gue
I/—^l'í.'i — / ^ "í 2¡ *> 3 /H>,VT~~™ / -" \ATÍ - ¿^ SO
- .-un 4b ai>
á-a entrada no iíaoorta, el ^a
paes estará alimentacla por tari seguidor-emisor,
En serrierite con.tlrmaf específléaiíias I ,* 2 -m¿\.r I -.«l^Aza^,f~ c^y Co
V , «--6V. V -= 1*2 V*ce4 . ce3
fíe la rí.e<sesli5aa de eme teaaa (,§,„} .v - 23 db, y de la escorei Cí£> ' — -
sien (3. -60} , s¡a obtiene qú-e
(3.63)
iuafco can las exprés 'lemes para corriente con-t ln.ua
nos permite calcular las componeates cal
Esc-oaemos para R,, un valor sitadlos H,= lKnr <5e d.onda re-'•k 4
sulta quet
R«- 2KS {R,+R-}« 380Í3. El cálculo de R- se-J.
vuelve critico,- debido a que £v es grande e pero eseogiendo
y apz-ov'ecálrnd.o la expresión (3.63), se eozaplets él
diseño £
£ « IK =
Gáleálo de Cs aprovechamos la expresión (3.5?) y si com
pensamos a partir de 5 M
C
Por taxifcOf el diréulto final ael segtmáo ^doblete" es el
mostxado en la Fig* K.G. 3 * 3 3 r en doBtle aparecen las Gat?aci-ban_
cías de des acoplamiento*.
guicJoremisor
Siguiente
lío. 3.33.- Circuito final ds3, segimdo "^doblete",
(127
. Por ül-tiíao, la salida de este segundo "áoíxlefce* alimenta
\an seguidor emisor, que es la etapa de potencia. Especifica-
mos gtie/ en ausencia, de señal.r el voltaje cíe salida sea de 2
Volts, y sobre una carga & ?5ñ* Usamos tur transistor 2N2219,
de alta velocidad/ capas de áísipar hasta 0*8 Watts, con —
15ü •<£< 200* E'specificajfiüs» adeíaás, que V - 3V* Gom estos
datosf se diseña este seguidor emisor^ cuyo circuito se mues-
tra ea la Fig- Ho. 3,34*
nslicadelñegundodoblete
12 I/,
| J75/1 (Carga)
Fig, So. 3.34-- Seguidor emisor para la salida del amplifica—
. ck>3C de video *
La Fig* No. 3.35 maestra el circuito total del amplifica-
dor.
sg rabieB , 2 . c) Muí fcivibr ador _
SI. proposito del iríultivlbrador -aaonoestable f tal COIGO se
explico en el Capitulo II, es al de reconstruir conveniente-
mente los pulsos recibidos* En la salida del amplificador,
...
- -
Fig. No. 3'. 35.- Fotodiodo y amplificador de
" video. Todas las resistencias son de. 1/4 .Watt..
(129
los pulsos son tal como se íauestiasan en la Fig. No» 3-36,- esto
eSj tienen un valor -í3e. HID sjíñaJ^ de 2 Voltsr y soja negativos/
de modo gu& no son capaces de flisparar por s£ solos un circuito
monoes table.
• ' DUt
2 V
Pulsosamplificados
t'
Fig* No * 3*36.- Pulsos a la salida etel amplificador de video.
_Por tanto, es necesario mejorar los pulsos da salida del
amplificador * para la cual usamos &BH compuerta necradora* y an
segundar eitiisór.. lia Flg* Wo. 3.37 muestra la compuerta ut-ilí-
ga;da en la salida dal
UJ.SPHPOdol monoesitable
JTícj* Ko* 3,37,- Compuerta a la salida, del amplificador da video,
para disparar el Kúltivibrsaor luortoestable.
(130
En dicha compuerta> el transistor Q, permane&é en satura
clon mientras no haya palso a, la entrada? etaancío dicho pulsa *-
axistef ^ntra, rá^xl^aíbente. en corte, presentando en la salida un
voltaje cercano s 12 V.
usaros -transistores EG171B con (3 - 200 y' 8 rain ~ 1501. j
el cálenle? de las componentes nos Indica q^e
E^ IOS KS K^ 5,lKa R3- ISKa 0^» 470 pF
Bl ísultív ib redor mosoestable a Btilisarse es el mostrado
en la 3?ig, iíb^ 3.38^
U =12 V ,ce
Out
Fig* No, 3.38 = - Muí tí vibrador mcmoestabl^f con. sti correspo-ndian
te seguidor-emisor con transistores en1 Darlirrton,
Bl análisis de este circuito monoestable as cenocIdof y no
lo haremos aguí (2) , únicamentef para efectos del diseñof mostré
(131
mos en la Fig* $0* 3,39 las formas de onda producidas por un.
pulso cíe disparo, en las que se ha supuesto que los transiste
res es'fcán en corte o en. saturación,, estas condiciones siendo
fácilmente realizables erv el diseño.
Para el diseño dé as"te áml ti vibrador jnonoestafclér as uso
transistores, para Q^ y Q^e BC1?.1,BF con $ mía * 150, y la con-
dicÍ6n q,ue I sat < 2 EI£»
Sabiendo que
V •I sat =• ~ < 2 a
" c
Rt.B >
K +Rt > ae - a.
(3.65a)
(3.65b)
(3-65c>
R. . «R.oí a
se obtienen los simiientes valores calculados:
R .= 6.8 Kíí R, ,- IMflc oí 1MQ
2.1 ancho del pulso ¿el monoestable está dado por
(3.66)
en donde
T = C H•fa2
Éfos" interesa que el ancho del pulso del monoestable, á^
sea aproximadamente la mitad del periodo de disparo. Esto es,
(133
sr<Jí
2
tanto, fe (3*67) : C - 29 pF.
Osamos para C an capacitor variable entre 2 y 35 pF,
lia capacitaneia C es de aceleraiul&rxto, y usamos C =12 pF,
BB la entrada del disparo, usai os, para 0, y D« ' ^GS Dio-
dos de altra velocidad,, lN3605f y un conóensadcr C = 20 pF,-t5
Por ultimo, -la salida del ¡sultlvibrador monoestable se h«a
ce sobre un segmdor eíaisor con acoplamiento. Darlinton (Fig. He
3.38).. Como C:5 usamos tía BC171B, y como Qg üa 2H3053 (1 Watt.
de disipación) ,
SI cálculo áe R , para una corriente máxiina de 3 ía&, nosG
da ,El =- 4.7 Kfí, de 2 Svatts de disipación.
S.2.d) g i 1 tro p asa-b ajos
La salida del monoestable, por intermedio de su seguidor;
emisor,, áebe alimentar un. filtro pasa-ba os con. frecuencia da
corte de 5 _KHz * For taator usamos el mismo tipo de filtro que
el diseñado en la sección B»l,d. Cada filtro de estos propo^
ciona 12 db/oct. a partir de la frecuencia, de corte. El cir-
cuito es el de la Fig. No* 3.40.
Bn vista, de gtie es necesario atenuar lo siás posible la
componente principal de 25 KHg, pon eraos seis etapas de fil-
tra je en cascada, Notase -que, en la Fig, Ko. 3.40, el tran-
sistor no requiere de polarización, pues asta es proporciona-
da por la coiaponente continua de la salida del monoestablef y
luego cada etapa de filtraje proporciona polarización a la si
guíente.
12 \l,
Carga
* Sío* 5*40 Btapa de f i 3. traje..- Filtro pasa-bajos.
B * 2 * e } .gállela a la ^ocirsa
Para salir del filtro a la bocina.- usamos tin amplificador
de audio, tal eomo se nuestra en, la Fig* 8o- 3*41* £a bocina
tiene una irapedazicia de 8ft, y el transformador de audio ü?A~l
tiene una Impeaartcia del primario de 600 íí r y 12Q en el secun-
dario .,
La resiste&cia a corriente continua del primario es de 40a,
y no permite más de 20 siA D..C. Caleulaiítos para una- corriente
máxima áe 10 niíi en el primario áel transformador, y 11 Volts de
voltaje CQleetor-esíisor* Bor tantot
10KS1 400 í* C
Cosío transistor Q utillsaisos un 2H657 de silicio (,S = 150 1
1 Watt cLisrpaci.óti) , SI potenci6isetro de 50 K:a sirve para con-
trolar el volumen de salida.
12 y.
U l t i m a
ITA-I
t'f-6ÜTJH~
C->. 12 n.¿o^C5 8n:
U
^'L.—-" V•tír } Q• !• a,. /
Bacina
V1
&o, 3-4.1,- Amplificador dé salida a la. bocina-.
Isa Fig» Ho* 3.*42 muestra el circuito total, a partir del
amplificador de video*
Í13?
r
El propósito $a- os-te .'-'capítulo es mostrar alguaos resulta
dos- j mediciones' qsui píia-de considerarse lateras antes* así eo**
120 cíe sa,e;ar algunas conelusioj/iesf ausbxre el. alaterna,
sia^or parte de estos resultados se refiere al cosapor-
cíe los circiíitos alac^tráialcoá # y a algur¿^ts caracte-
rísticas de raíiiacláji d^, dispositivos opfeoelQctr6iii.Goa *
£a eKperinseafcacdL&J <Ie oaamnícíaalSm a distancias aprecia-
í>lasr no sé pxido hacerj. debido a la falta ele l^s lentes de co
limación necesarias tanto ea el transmisor como ea el recep-
tor. Las feieas pruebas te cosmíii cacica se hicieron a; la dis^
tancia de aproatissadaEiente 1 iat0 entra tra^n^iaisoí* y receptor
(para al sistema P,P*M»}f que. es cuando todavía se pueda d€2-
toctar señales lus&inosas intensas siix uecesidacl áe lentes» Las
fotografías mostradas se tomaron coa la ayuda de un oscilas; ca
pió Toktronix/ im trazador de ctírvas ^ektrani>:r y tma cámara
fotográfica
JL.l) Í ^ ^ ^
La Fi§.- NO* 4,1 muestra la característica de potencia e
tida coii rasp-ecto a la corriente de polarización « Sis hi^o eoa
la ayude de uxsa. fotoceláa isantenida. .fija con respecto al diodo
sub-IJyxSR y midiendo el voltaje generado sobre una resistencia
oe 4757 que carga a la fotocelda* De modo que la Flg^ £5o* 4.1
Í13S
\o saieetrs. la potencial total atr,iti0af sino siás bien potencia
real ti va, 1
Ita TTíg*. &7o* 4,2 rau.estrs el patrón de radiación, detl diocto
sub^ItáSE-R y se hiso con la aytida tía xm fotodiodo asociada a
un amplificador, siandó el diodo siGb~I*&SH.R modulado a 10 KHs*
La 'Fi'g, ^0^4*3 ítíúeatra. la. característica, voitaje-'-corrien
&s d. 1 diodo t3?.O£LQ3o H0t0s0 Q;US las essc^ls® .tio 0©í% lus
para lea cuadrarittSs 1 y 1IX,
^•^ J ^jo^j-Gáqs o _ diodos fetec ^ores^
£n cuaato a estos dispositivos, las únicas- mediciones o"
se pudo hacer ¥ fue s*sdir- la Garriente de oHcurid.sdr es-feo es
la corriente inversa, del diodo eua^do ne existe nirxa^n.2 _
sida<Í luminosa, para distintas polarizaciones (3?ig* Ho« 4*4) ;
Y medir la capacitancia fe tr.ansiei6n del <iioáo, C., para aisj
tintas polar ilaciones (Flg. Ho, 4 » S ) , Ssta iBStdici6n s=s hiso
con la ajiKxa <fe- na puente ae ii^ped'aBGias* Bs de notarse orne la
capacitancia medida si^ue casi .e&aatast&Hte la exprssife
loa C - Ibg C a - log
en escala logarítmica, es la ecuación de una rec-ta,
Gon el fin de eoatrolar los- pulsos fe corriente en el
(139
do sub-I^BS:, se observa la serial de voltaje procraciaa. sobre*
una. resistencia E^ er* serie con el diodo ssb-I¿lSB£ (ver Flg0
So. 3.7). Bicha resíÍ3teBcia: íi es pe-gutóa^ de Q,S3sL £a Fig
No. 4.6 muestra los pulsos producíldos caaade no hay sincroni
zación ea los tlesipos cíe avalancha &s loa tras transi
alentra* que la i*ig
las descargas por medio de los pbtenc±6snetaro» R (Flg,-JE.
K^ 3.7). Dicho p^so riené un voltaje de 12 Volts, que s-obre
la resistencia S^'áe 8 , f fSa f Equivale ^ una corriente pico, de
17, S ^mps. como se ve claraisente, la 4uracx6« del pulso es á&
50 n s¡e.g*.Q meaos* ' '
lSo, 3.9 smiestra- el- circuito, ^eáslador J?nP.E, so-
bre el cual se hicieren las m^iéleiones, fe la Fig, tío, 4. e se
ve el Diente ce sierra" geraraáo en el colector del transís-
tor, ea ausencia fe- eeSal ck* HKxSMacific. Es bien claro qaa la
freeueacia de oscllacífe f^ as 25 KHE> y qne el M.ieace de sí e
rra" es.casi_ pertcctamcate lineal,. <pae es lo <^u» hablaaos asu«
aiidov
lia Fig, so* 4,9 presenta un ptálso, tosnaéo sofore R^, en la.
salida del modulador j».*^ Dicho pulso es el gue debí dtópa-
rar al saodalador ds corrle-ate -¿si áiodo r^b-SñSBR. Puesto que
es un pulso da aproximadamente 75. Volteaste espera que sea ca-
paz de disparar fácilmente al modulador ée corriente, como efec
tivaiaente lo es,
Fxgs, TÍO. 4.1o y ufo,. 4,11 muestran' los. pulsos en la -
Í140
salida ctel modulados?.
'ana cierna
w .out ea la Fia* ZTo. 3*9) Guarido
dé mocf.ulación. ^a Pig*. No* 4,10 a© lo-
los pulsos con msa senoide da 1 KEz, y la
lío, 4*11, con Una señolcle ae 2,2 KHs* En la Pig* 8o. 4.12
se observa, la 0erie de pulsos tomaba sofera la resistencia del
Hiodulsáor aa corriente <^ig% Hoa 3*7} an respuesta a los pisl^
sos de disparo proporcionados ^GJT el Hofelado2r F.F.H. (la. sa^
con míe se modulo es de 2 KKs) , La <3e£iii¿£?t6n fe los -
ea- la fc-tografía es bastante- &alar .7 esto se d^>a a que
los pmlsos so0cé s <áel ^oáulador de corríante son de mncna.—§L
más cortil dura015n.r j 00 I^resio^an debidamente la pantalla
da! oscile® copio,.
d.e Ideo
I»a respuesta del ai^liflcador de video es btten& desde -=
50 Es hasta € ,idHzf frecuen.eia a la que empieza:,.a eaar su ban
<Ja* Dicha respuesta se observa eu la Fig*. íáó* 4*13,
El slguleíite éKperliaentxv , consiste en 'transmitir, ugranáo
el HiGduILador' de corriente áeí diodo siab— It&SSR, una s^rle de ^
pulsos Itünlnosos^ y observar exi la salida del amplificador' de
video, la respuesta a dlch.oa pulsos » Sa Flg» Mo. 4014 es el v
pulso de aallda <lel as^lífxcador, cuando -el <3Iodo suh-Ií&SEB,
sa halla a 1 OHU del fotcsáloáo* Ea esi-as coadlelonea>. la re£
puesta del fotocílodo y del aapllf jlcador es muy rápida (tiempo
fe bajada del pulso * 40 n seg) , pero^ d^>Ido a la csrcanla en^
tre transmisor y receptor f el fotoíilodo se satura intenaaiaent©/
y le tama Un tiempo relatlvaiaamte largo retornar a sa estado -
normal. Ventajosamente, €sta no es ¿1 easo usual; y la FIg-, Ho.
(141
4.15 muestra el pulso fe salida del amplificador da viáeof cuan
do hay tina distancia de 1 mt» entre transmisor y receptor (sin
ayuda de lentes de colimación) . A esta distancia, el fotodiodo
se safeirá lauy ligeramente, áe modo que su respuesta es rápida
(ancho del pulso « 150 n seg) r y el funcionamiento es el espera.
do. '
Hn las Figs* Hov 4.16 y &G, 4*17 se observa la salida del
amplificador en 'respuesta a ios pulsos transmitidos, cuaxido la
señal modulante, es una sexioide de 1 KHz. En la Fig* Ko» 4,16^
as cttando la distancia es 1 cm, (fotodiodo fuertemente, satura-
do) de modo que el tiempo de recuperación total es largo, compa
rabie al per.íoáo del ixen de pulses;' mientras que la Fig^ Ho*
4,17 fue tomada a la sustancia ae 1 sit, entre transmisor y re"
ceptor, y la respuesta es muy rápida, '
lv,6) MultiyibracLor raonpes tala le
ítci salida, del isitxltivibrador monoestable se observa en la,
Fig,. HQ. 4.18 en respuesta de los pulsos del amplificador de
video (pulsos modulados por im senoide de 1 KKa) . La distancia.
entre transmisor y receptor fue.de 1.5 mt.
A, 7) Filtro pasa-bajos
La respuesta del filtro pasa— bajos, compuesta de seis eta
pas, se tiene en la Fig* £ío,, 4,19. Bótese la caída rápida, dé
la banda (teóricaisfíjrte, 72 ob/oct,)'.,
A. 8) Sistema total P.P.M*
0na de las ültiisas y más interesantes experiencias-/- fuá la
utilización del sistema tota.1 ^ . P » M * f > para la transmisión cíe. -
(142
señales de vo^» En tetjusér lugar, se transmitió tma señal pe-
ri6dica* alimentan do ¡el modulador £,3?*H. P y en la recepción f
se observé la señal a la salida del filtro pasa-bajos» En las
Fisrs» lío,. 4.20 y Ho. 4-21 se pueda comparar tanto la señal a
la .entrada del modulador 3?-.F¿M-.,. como la señal en la salida
Sel üiltsro pasa-bajos. del receptor* La pr£&£rr& es a 2'5 órnala
segtmda, a l.S" m, entre tranisraisor y receptor. Se obtuvo la -
batida pasante total 4el sistenia,, para señales <5a ^^02?^ y dicha
caracteres taca cié freen^ncia se observa en. la Fig". ^o* 4,22-
'Leí banda pasante, evidentemeatie t 'R® ^^ taa plana cosió se desea.
r;la, Ss-fca n.o- linealláa^ cíe la banda resalta cía 'UB, defacto in-i
gerente al siodrtlador P.P.H-* del transmisor/ ya <£u® dicfeo jaódu-
lador no es eica.ctaníentie lí&tsal* Sin essbargo, este defecto ño
llega en nójigün moHieiito a ser ciclaste, co0;a lo prueba» las Figs.
No. 4.20 7 4,21 y el experliaento final*
Bn efecto/ en el experlííiento fiasl, se logró traitsmitir,
sin ayuda, de lentes de colimación.,- alfei distaacia de 1*5 nú- tas
to voz CQSJO mfeica* La recepción fea franc^Hen-te ímena, a -
excepción de na cierto raido de fondo;,-' que en aiñgún mohiento
llega a ser
Cabe anotar gu^a, en la ^nfcra<3a V. del transfariBador del
modulador P»P.M. (Véase J?ig. Í3'0* 3,9} el voltaje pico á jico no
debe exceder el valor as 10 Volts, pues -entenoes la distar ci&n
de la señal llega a ser notoria* Oh valor recosiericiado, GOKK> re^
sultado (3a los experiinentos f es un voltaje de 3 Volts p.p* en
la entrada V. ,in
I*as Figs. Ho, 4,23 y Kcu 4.24 muestran la señal da
que se transmite y la eme se recibe. En estas til tibias fotogra.
fias no se pretende mostrar la similitud entre las dos señales
(es 'prácticamente imposible sincroíilaarlas) sino probar q'ue la
señal rcciísida na se satura, y qiae tiene la forma esperada en
una señal de vos o, laúsJLasu
un resultado sumaisente interesante es el cancera iertte al
ruido* La lg, Ko. 4*25 muestra que el sis tenia .P.E.&- es prá£
ticamente iniaune al ruido. En. efecto, la sañal superior de la
j?ig* Ho-. 4.25 es al ruiíSo a la salida del amplificador de video
{este as, es el ruido que se tiene: en el sistema de onda coatí
iiua) . Dicho ruido es producido tanto por la radiación lumino-
sa ae fondo del atáblente, como por el ruido tentaleo propio cel
amplificador,, % es práctloauxente imposible eliminarlo eotapleta^
aeate, Bia un. siatessa de onda ccrrfcírma, áicho ruido' afecta la
señal cíe manera directa (sección C del Cauitulo II) . Sin emfoar
go, por las m.isHias razones especirieadas ea la Sección C del ca
p£tulo ZXr el ruido en la salida del amplificador afecta solo
ligeramente al sistema P.P.K, r y el raido -total en el .amplifi-
cador de audio del sistema, P.P.H. es el mostrado en la ser>,al in
farior de. la I?ig* T3o* 4.25. 3;anto el ruido en la salida del -
amplificador ae video COEÍO el existente a la salida de. audio del
sistema ^,P,M. fueron cedidos en la misraa escala del osciloscQ-'
pió, para efectos de comparación,
por úl-fclsio-í la distancia másriíaa cíe transuílsi6n que se lo™
gr6r sin ayuda de lentes de coliísaci6n, fue de 2 mfcs. A partir
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(146
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afectado, espeeísimante porque el ruido ambiental e& isas inte^
so a frecuencias <3fe 500 a 600 Hz. (1J ésto es¿ a frecuenciasf
vocales * :
B*2} Conclusioiíes generales sobre el sistema- ff *B. J%r
Bn general* el sistema F.P.M* tiesa na comportamiento tme_
no.
Conviene hacer1 algmios comentarios sobre ciertos circuitos
d& importancia;
'Tan.to el modulador P,P»M* cerno el taodtilaj2or de corriente
del diodo sxjb-Ií^SBE son los circuitos que más dificultadas ore
sentan en stt diseño, En efecto, se necesita dedicarles ti&npo
hasta lograr un eo^romiso aceptable entre la frecuenciaf la in
tensidaci de los pulsos de corriente,- la disipación, de energía
en los transistores y la eneróla total consxaaJLcla,
Bl amplificador de video áe^e ser calculado cuidadosamen-
te,- y probado etapa por etapa, para asegurarse de su bu$n £-an-
cionamiento *
El nralt±viforador rsonoestai^le y el filtro pasa-bajos del re
captor son circuitos eme, una vez diseñados, pocas dificultades
presentan.
Es difícil asegurar que el sistema diseña.do sea tan con-
fiable COZQQ los ecjuig.os tradicionales, especialmente debido a
que.se necesita mucho tiempo da experimentación para conocer la
iateasidad de t-rahagtKqua los componentes pueéen soportar sin -
dañarse. Esto es especialmente cierto para el modulador P»P»K*
y para el aiodulador de corriente del sufo-*L^SBH cuyos transisto-
res trabajan muy cercanos al límite 'de
(147
. Sin erab-argo, el equipo diseñado para esta tesis se lo ha
iaantexu.de» trabajando un total de por. lo ráenos 10-0 horasr en pe
riodos áe 1 a 4 horas continuas, sin necesidad de reemplazar
ninguna fdesa del sistema*
Bl sistema diseñado pia.e:de tener xüi comportamiento muy £>í3_
perior, si se usan Diodos snb.-IíASBíl que puedan soportar corrier
tes más intensas sin deteriorarse. .SI diodo utilizado eii este
diseño y en la experimentación f es tino de los menos potentes y
ef.ieien.tesj, d.e los g~ae -aorHiaisseiite se naárlaa em aplicaciones
parecidas.
Por -últimOí puede áeclrsa qiae el sistema F.^^H, f diseñado
para un diodo sub-^aSBEr sería igualmente utilizable para tm
diodo lASEK., I/a feica diferencia eonsiste en. la frecuencia de
la portadora {para un. diodo 1.ASBR debe ser aproximadámente de
8 ,KHzf como se indica en la seccién B«3*fo* de Capítulo X) P y
por lo ífxi&j£Gr en la frecuencia de aorte de la banda pasante
(ésta debe ser, de 3 ICKs) , Con tm dioáo 1&5ER se podría obte-
ner distancias muciio más cotisld'erables que las logradas con mn
sob-LASBH, lo que constdtuiría saa notabl© ventaja.
:'-i i r.^íS ..lo - c o r r í or; ti-si í't:r*í' (r. " /n.icl^r. rJe lot . " r fü í , *f£3 «i inc- í íu i -Kioí.UJ-:tc-í¡c:i a 'J(:í nuiosítrci
100
óiotío su ft-Í..A3H;Rj cuando srí) Dación. — 'I'omaiíos
ir.ó-íu i a'íor T- i-.X•i . las>: V e r t i c a l • 5 O Volt/Vjiv. •- íícr isor tal Ov'02 ir.üo^/di'
10. -Sal 1 ris de! modnJador P .P . fvL-La aeñaa modulante' es ur.aoenoloe de 1 KHzEscalas: Vertical 50 Y o l u / d i v . - Hor- íKcntai 0,05 mseg/div.
/¡, 1 1.-íjaXid'i deJ iroílulador P . P . M r - L a serial irodulante es unaüer.oiaV- de 2,2 K;T?.Knc:;]Hí?: Vertical 50 Volt/div.- HorlKontal 0,03 maeg/div
corr- innte r¡e3 d i a d o sub-LASER,tonwíd-! Hohre ur :M r^;-- i sionoi jj cir, O.ó8 . K l modulador rioÍ - Í T I - I o i : 1 . t > . Í . - - Í l í i r . d c i : . i . jb~Í,A. r ;KH o;: i i i i . :¡-;ir;ni o por o í m c u i í i -J uaur j!. i ( , -Y.-La ñor:a.l t í O f i u l a n i . n o» u n : t cencide de ? K H z .Ksca'J.ac: Ver t ica l 5 Volt /div.- Horiaoni,al 0.05 roseg/div.
.' ^ o. "fi ¡vi c" e?
A- sab -•
-P-J Jíío da s a n n a - I r» ) «Dpi M'icaaor tio v i í io r . - jCon el í 'o todiocoí'ueri.^monto í?Aturad o< -Jíi.ríiar-c: a untre o ! ci o^o sub-LASKR ye L fot o d iodo 1 CHU^nc-ilar , ; Vínica"; 1 V o J í ; / d i v - - Hori>;ont .aJ ?00 rjííe
?'hl í-, Mo. .!. !'_;,— ¡u ¡ ¡se.* ( í^ ;-.:j.! i ii;i t í o i a w i > ' i ¡' i c'¿(.u;r: íjo v ! ,'!.;•'j, ;.;i n ¡^a tur ' ir c; J:'•: urü otic. ~1)j sluíicna c n i r t ? sJ f i j o r j n íjuV-LAF-tiK y »3 foto-c i Oíi-i 1 . :n t .K ü o n f - t . s : ártica 1 1 Vo ! t/'rí 1 v. - Hór ren la ! ?ÜO nseg/div.
;..:?¿tida del ampl j i'icador do vid».o, en • r ñ G p u e y t a a la seHa.l de3transmisor f -ñoi ia l . inocu lante 1 KHs .-h'otodi odo fuer temente satu-rado,~I) i í í t í incia en i ro el d iodo «ul;-LÁSER y el fo todi cdo 1 ero.H;-;calrVS: Vertical 1 Volt /di v. •- Horizontal 0.05 mseg/di v.-
No, 4 •"" '/-"-Salida col an:j-l rí'lcador de video,en resriuüst.a K la snral. de3tí- as mi por* -Sería J m r j d u i s r j t o 1 Kl:'¿.-Polodiodo sin saturar* -Disi ' -n^la entj 'e el d iodo siib-LAHI-'ífít v al í ' c iad icdo 1 m t ,Escalas : Ver tica! 1 Vclt /div*- Kor1) son tal O, O1) mseg/áiv.
1 K r U ,--I-li at.'íííci n en t ro e) álcelo cxub-l .AiíKfí ^ e3 f 'otodíodo 1 - 5, — h'or .i :'<ontaí. ü.0¿? mseg/div ,
19,
-Coiupiírno i ón de fse^ales de audio trasmitida y r f lc ib idaiLa .señalsuper ior ti 13 I H modu lan t e on el modulador P . P . M . J t y la In fe r io r esi?n 3.a Galicia del fn 1 tro pasa-bajos d o J receptor. -Distancia entretraciüirtor y rece] tor £?5 cm,E:icix1asi Vertical super io r 2 Volr,/di.v.
Vertical infer í or 1 Volt/di v.- Hor:' aontal 0.5 raseg/div.
,-Compai"íCÍ óti <:e non-ui.es L r a o i n i f i d a y reci hida. -Distíinci a entre"br'.u.Tfni í?or y ."ucífir ^or 1-7 r;it,H Í H C H - ' a s ? : í/o r i len ' ! su per 1 or í1 Vol T./ÍÍÍ v.
Vor t i c í i l inferior 1 V o l t / d i v . - Hori?/ontaü 0-5 ins tsp/f i iv .
Ver i , i caí 'i ní'eri or 1 Vo'í t /d i v , - íiori ü o n U
( M Ó n e.ntre se1 aJ.£fí tío música í-rar-iat t i .ua y r: V'f-rtir-.n'í sup^ri or 3 Volt/d lv.
Vfirt i cal inl 'rr ' i or 1 Vol i./ciiv - - Hcr j xon tal
Fj P-- Ni
•s- %
DEL- SISTEMA
Durante él, desarrollo de los capítulos anteriores, hornos
puesto toda la at@aei6n en la parta Gtmeernleb.te a la ecmnni-
cacl6& s-ilsrna, clando poca, o nisguna, atención a la
cióbi del sis-testa de eomxnixcael6^ *. BH efecto f -tanto el
mlsor eonia el receptor requieren cié fee&tes d*s slimerit.aci6n
á& dífereiites: valores de voltaje, o lo gust cx>;aswi'fcuye ^
ta desventaja; sin embargo P la diversidad ae fuentes es xma -
exigencia del sistema, que no jSocletsos- etedlr# y por tantor es
aecesario qíse misgtieígGs la forma ssás lógica á(5 proporcionar la
energía .necesaria* Ira Fig. ar maestra CQÍSQ- e¡í actualmente el
sistema dta aliiseataelóxi, taato para transisslsoír como
fiiicrúf ona
45 U, 250 V.
]Y „
Filtro pasa-bajos ;aifip.li- ]ficador de jaudio. • *
íi*i
modulador PPIY!; imodulador de jcorriente del jdiodo sub-LASER j
irí
12 V.
•-L.
jRecop cor: amplificajdor de video,mono-jestable,filtro,am-fplificaa'or de audio
Bocine
FIg. a,~ Sistema actual cEe alimentaex6n para transmisor y recep
tor.
Es evidente que este tipo fe aUjaentacíén no parece ser si
(157
más práctico, especialmente paxa un equipo portátil? sin
ao, pueáe .iJ^lesae&tarse -tocia' la alimentación sin mayores pro-
blemas.
El isayor probl^a lo constituye la fuente de- X50 V, capas
de prpporclorisr por lo mexios 7 K^tts/ pero puede ser resuelto
'por se dio ¿a: "tm' con^/extidor de tioírribiite éiree-ba^ En. la Flg,
b se cíeh^ XH*¿ cirenlto -eojnfoa par-a orí convertidor de eorrients
directa,' en el qae se usa tm transformador cíe aúcle.o saturable,
^aS.¿o al aaállslé como el, diseño del GCBvertidor no entran ea
^1 propósito gert^raZ de ésta tesis, por dicha raz6ri nos licita
raes a tomar los (Satos coirrespoBdientés de ua dis^eao ya realira
ao (I) y que llena con bastante preclslfe a las exigencias de -
nuestro sistema.
_LJ
Fig» b.- Convertidor fe corriente directa,
{158-
Q, transistores 2SSUL038.í
jnaaaojrJAOTOIiO 577302
70 vueltas (Alasáare fe
20 vueltas (Maiobre. F^ó
1,500 vueltas (Alaffibre
15 JX
l.SKa
c *
V « 12 VoltsCG
Máxima potencia éte salida = 15 Watts
Voltaje, de saltea » 250 Volts 0,C.
y ,(t/olfc) P ,0'Jatt).-it rr v ' rt! i i- x *out
300
200
1DÜ
30
20
ID
10 20 -'ÍO 4Ü
Eficiencia %
i
(mA)
Fig. c»— Características del convertidor de 3.a Pi$.
.J
De aiodo que al transmisor funcionarla con una batería
de 43 Volts, cagax. de proporcionar 2 Watts de potencia,. % -
otra ce 12.Volts, que pueda entregar, al menos 10 6 12 Watts/
por algunas horas (.las dos baterías son de fácil adquisición
en el cernerció) . .
En el receptor no &ay manera de evitarse el uso de dos
fuentes* la tina ele £0 Volts qué entrega tina potencia despre-
ciable, y tma de; 12 Volts r capas d.e entregar 1 Watt: de poten
cia.
En el "caso de tenerse, como ee espeira, tanto XEIX traiasml^
sor cerno tm receptor j-tmtos¿ la alimentatGi6n total se obten-
dría da mía batería -de Í2 Volts (15 Watts de potencia) f una
de 45 Volts (2 Watts ¡3e potencia) y- una de 90 Volts. Iras tres
baterías, Juntas ño tienen ni un volumen rti un. peso excesivo.
déo
{1}
SEFíEMGIAS. ESPBCISEBS PSÉ& BI*
d%n slgnal de televisión sur portease
£:£» Héctor Nava Jaiísas
de; especialidad en Electrónica
d cíe í"aí:ls¿ Faeultaíi' dé
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Jeto W£Íe¿' and. Sons ? toe,
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