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Electrónica Completa
Curso en línea gratis de Electrónica Completa por el Ing. Alberto Picerno
Frecuencia y señales moduladas
¿Por qué una señal de AM requiere una banda de frecuencias libres y no sólo una frecuencia igual a la portadora?
¿Por qué una señal de FM puede requerir una banda mayor a la de AM?
¿Por qué las emisoras de AM tienen menor fidelidad que las de FM?
¿Por qué las señales de FM estéreo tienen dos canales y una sola portadora?
¿Por qué una señal estereofónica se puede escuchar perfectamente en una radio de FM monofónica?
Para responder a estas preguntas debemos encarar un aspecto teórico
de la electrónica que no es fácil de entender instintivamente. Se
requiere una adecuada formación y experiencia para entenderlo y por esos
esperamos hasta ahora para tratar el tema y analizar el problema con
profundidad. ¿Y si tratamos el tema superficialmente y seguimos con el tema
práctico de reparación de radios FM estereofónicas?.Se puede, pero
cuando estudiemos TV vamos a tener que volver a estudiar este tema, otra
vez superficialmente y así nunca tendremos bien aprendidas las cosas y
tratamos eternamente el mismo tema. Como dicen los españoles “Tomemos el
toro por las astas” y afrontemos ya el tema completo. El dominio de la frecuencia La señal más común de la electrónica es la corriente continua. Si la
represento en una grafica de V/t (tensión en función del tiempo) solo
obtendremos una recta como la de la figura 1. 
Fig.1 Gráfico V/t de una CC La señal que le sigue en orden de complejidad ya es difícil de
dibujar y es la señal senoidal o sinusoida, puede observarse en la
figura 2 y que preferimos mostrar con un gráfico de Multisim en lugar de
dibujarla. 
Fig.2 Señal senoidal pura de 1 KHz Esta señal se puede generar en forma electrónica o electromecánica
con un alternador que gire a una velocidad circular uniforme. El tiempo
que tarda el rotor en dar una vuelta completa, se llama período T. La
cantidad de vueltas que da el alternador en la unidad de tiempo se llama
frecuencia y se calcula usando una regla de tres simple: T Seg …………………………1 Vuelta X Seg ………………………… 1/T = F (frecuencia en Hz) La unidad de medición de la frecuencia eran los Ciclos/Seg en el momento actual se utiliza su equivalente el Hertz (Hz). Para definir una señal senoidal no se necesita dibujar el grafico de
la variación en el tiempo que la representa; con la frecuencia y la
amplitud alcanza. La electrónica moderna utiliza una grafico diferente
al habitual que muestra el dominio de la frecuencia en lugar de mostrar
el dominio del tiempo. 
Fig.3 Un solo generador en el dominio de la frecuencia Este método de representar una señal senoidal es más simple, sobre
todo cuando se representan varias señales en el mismo gráfico. Observe
que además de la frecuencia y la amplitud se representa el ángulo de
fase. Si sólo se representa a una señal, el ángulo de fase no tiene
sentido, pero si se representan más de uno si. Esto es porque el ángulo
de fase es una entidad relativa. Siempre se dice la fase de la señal 1
con respecto a la señal 2. Como ejemplo mostramos la figura 4 podemos
observar como se representan dos generadores en contrafase en el dominio
de la frecuencia. 
Fig.4 Dos generadores en cotrafase en el dominio de la frecuencia Cuando no se indica la fase se la supone igual cero. Esta forma
simbólica de representación es siempre más fácil de realizar. Por
ejemplo el grafico anterior en el dominio del tiempo seria según lo
indica la figura 5. 
Fig.5 Dos generadores en el dominio del tiempo Si Ud. desea conocer la resultante de estas señales deberia realizar
una suma punto a punto de cada componente; en tanto que en el dominio de
la frecuencia solo se realiza una suma de la magnitud de las señales o
un suma vectorial para el caso de que alguna tenga un fase diferente a 0
ó 180º. Señales senoidales en el dominio de la frecuencia Un científico llamado Fourier analizó las formas de señal complejas y
llegó a la conclusión que por más compleja que sea una señal, si es
repetitiva, siempre se la puede representar como un conjunto de
generadores senoidales de frecuencias armónicas entre sí. Cuanto más
precisa debe ser la simulación, mayor cantidad de generadores se
precisan, pero siempre existen un numero acotado de generadores que
cumplen con una aproximación suficientemente buena. 
Fig.6 Generación por Furier de una forma de señal compleja Un caso típico de es la generación de una señal cuadrada con generadores armónicos impares. 
Fig.7 Onda cuadrada con 8 generadores de Fourier armónicos impares Como vemos la simulación en Multisim es una extraordinaria ayuda para
entender el tema de la serie de Fourier en forma intuitiva. Para completar el tema vamos a indicar que las armónicas pares
producen una señal triangular y que se puede completar el tema del
análisis de Fourier, nosotros no lo tratamos la Serie de Fourier con más profundidad, por su gran contenido matemático. Con el grafico del dominio de la frecuencia, es muy fácil dibujar una señal de Fourier. 
Fig.8 Gráfica de una onda rectangular en el dominio de la frecuencia En el punto siguiente vamos a aprender a manejar el “Analizador de
Espectro” del Multisim, pero aquí lo vamos a utilizar para comprobar
este resultado analizando que una onda cuadrada se sintetiza con
armónicas impares de diferentes amplitudes e igual fase que la
fundamental. 
Fig.9 Análisis de una onda cuadrada con el analizador de espectro El cursor del analizador de espectro nos permite descubrir que las componentes son todas señales armónicas impares del original. Señales de RF moduladas La señal más simple que podemos considerar es un a señal portadora de 100 KHz modulada en amplitud por un tono de 10 KHz. Es una señal muy difícil de dibujar porque en ella existen dos
frecuencias, una de 10 KHz y otra de un valor 10 veces mayor. Si se
ajusta el grafico o el osciloscopio a la señal de portadora no se puede
apreciar mas que unos pocos ciclos y si se ajusta a la señal de la
modulación se ve la portadora muy comprimida. Y cuando mayor es la
frecuencia portadora, más difícil y más lenta es su simulación. Por eso
elegimos dos frecuencias relativamente cercanas. El instrumento que analiza las señales en el dominio del la
frecuencia se llama “Analizador de Espectro” y como su uso no es tan
común como el osciloscopio, vamos a explicar su funcionamiento
aplicándolo a la observación de la señal de 100 KH modulada al 100% con
una señal de 10 KHz y para comparar al lado la gráfica en un
osciloscopio. 
Fig.10 Señal de AM vista en el Analizador de Aspectro Primero debemos delimitar la banda de trabajo del analizador de
espectro. En nuestro caso la portadora esta en 100 KHz por lo tanto
seria interesante que dicha portadora apareciera en el centro del
gráfico. Comenzamos entonces (con la simulación apagada) donde dice:
Span Control en predisponer Set Span, que significa que vamos a trabajar
eligiendo la banda de observación en forma manual. La parte inferior
esta dividida en dos sectores indicados como frecuencia y amplitud
ajustemos primero la banda de frecuencia a barrer.
- Debemos elegir en la ventana center la frecuencia central deseada
que en nuestro caso es de 100 KHz y luego los extremos de banda que para
empezar ubicamos en 1 Hz y en 200 KHz.
- Con estos datos sabemos que vamos a barrer una banda de 200 KHz y por lo tanto lo ponemos en la ventana Span.
- Al ingresar los datos con enter (arriba de los mismos) es posible
que el programa realice algún redondeo tal como puede observarse.
(199.999 en lugar de 200.000).
- Ahora debemos ajustar el sector amplitud a medir. Como nuestra
portadora es de 10V elegimos un rango de 2 V/Div para que sea bien
visible en la pantallita.
- Luego se observa una ventanita indicada como Resolution Frec. que no
permite obtener una definición mayor o menor de la gráfica. Yo la
coloqué en 1500 Hz y el programa la modifico a 1563 Hz.
- Encienda la simulación y verá que aparece el gráfico indicado en la figura.
- Con el cursor, explore el gráfico y lea las indicaciones de amplitud
frecuencia debajo de la pantallita. Ud puede elegir que las
indicaciones sea en dB en dBm o en una escala lineal que es la que
elegimos nosotros.
El resultado es muy interesante. Aparece la frecuencia portadora con
la amplitud real de 7V eficaces y dos frecuencias corridas 10 KHz hacia
abajo y 10 KHz hacia arriba, con una amplitud de 3,5V es decir la mitad
de la portadora. Esto significa que la energía se divide mitad para la
portadora y mitad para las bandas laterales que en este caso no son
bandas, sino simples frecuencias. En la figura parece un espectro continuo pero eso se debe sólo al
seteo de nuestro instrumento; realmente hay tres señales senoidales en
90 KHz, 100 KHz y 110KHz. El alumno debe completar el trabajo observando diferentes señales de
portadora y de modulación y analizando los gráficos del osciloscopio y
el Analizador de Espectro. Nosotros solo vamos a analizar la misma
señal, pero con un cambio en la resolución del instrumento que ponemos
en 500 Hz. 
Fig.11 El mismo análisis de espectro con mayor resolución La conclusión mas importante es: una emisión de AM ocupa
una banda de frecuencias y no una frecuencia portadora y dos frecuencias
inferior y superior, porque la voz humana o la música poseen todas las
frecuencias entre 0 y 5 y entre 0 y 20 KHz y entonces las frecuencia
laterales únicas se transforman en una banda difusa, a medida que se
analiza la modulación real.
Como la transmisión real de la banda de AM, se realizó economizando
ancho de banda se le dio a cada emisora una frecuencia máxima de audio
de 5 KHz, con lo cual la voz se entiende perfectamente y entonces el
ancho de banda total ocupado es de 10 KHz por cada emisora. Luego existe
un guardabanda de 1 KHz y otra emisora y así sucesivamente hasta cubrir
la banda por lo que solo se puede tener 1610 – 535 = 1075 KH de ancho
total dividido 11 KHz = 107 emisoras o aproximadamente 100 emisoras de
AM en la banda de onda media de 535 a 1610 KHz. Un ejemplo de una emisora se puede ver en la figura 12 en donde se ve
la llamada Onda Marina que empieza en 100 KHz (elegimos una banda de
frecuencia muy baja para simplificar la simulación y utilizamos 3
generadores de AM modulados con 50Hz, 2500Hz y 5000Hz para mostrar como
se llena la banda. Si nos imaginamos 100 espectros como este, uno a
continuación de otro tendremos una idea concreta de que lo es una banda
completa de AM medida con el analizador de espectro. 
Fig.12 Espectro de una emisora de la banda marina Ya se aprecia que la energía está repartida de un modo particular; se
encuentra sobre todo en la portadora y muy poca en las bandas
laterales. De hecho la mitad de la energia esta en la portadora y la
otra mitad en la bandas laterales es decir un cuarto de la energia en
cada banda lateral. Vamos a dibujar en la figura 13 como es la distribución en una parte
de la banda de OM para que el lector tenga una idea clara del
desperdicio de banda que se está realizando. 
Fig.13 Espectro de la banda de AM ¿Por qué decimos desperdicio de banda? Porque las portadoras no
transmiten información, sólo son el vehiculo de transporte de las
mismas. Luego, la banda lateral inferior lleva la misma información que
la superior. Es decir que la transmisión normal de AM con doble banda
lateral tiene una gran redundancia. Si sólo se pudiera trasmitir la
parte adecuada del espectro, es decir una sola banda lateral, el
espectro duplicaría su tamaño. Y si pudiera evitarse la transmisión de
la portadora, la eficiencia de la transmisión seria mucho mayor y
existirían mucha menos posibilidad de interferencia. Así surgen los diferentes sistemas de transmisión que se utilizan en el momento actual y que necesitamos estudiar. Hacia la banda lateral única El servicio de 100 emisoras en OM es aceptable porque difícilmente se
requiera mas en una ciudad moderna. Pero cuando se llega a las emisoras
de OC (onda corta) la cosa es bastante diferente. Allí el espectro
suele estar totalmente ocupado por tráfico comercial y de
radioaficionados que establecen comunicaciones de punto a punto con
rebote en la ionósfera y esa banda (la que rebota) es relativamente
estrecha porque va desde unos 4 MHz a unos 30 MHz. El primer intento que se realizo fue filtrar la portadora con un
filtro modulador en anillo, que posee una gran eficiencia. Y la
transmisión era posible pero la voz no se entendía porque poseía una
gran distorsión. Recuerde que la señal que se recupera de una
transmisión de AM son los picos de la modulación positivos o negativos. Y
estudiando el tema se descubrió que los picos se afectaban al no
existir la portadora. La sucesión de pulsos positivos por ejemplo, que
representaba perfectamente la señal de modulación, en una transmisión
sin portadora se distorsionan y tienen una modulación de frecuencia
doble. Un tono de 1 KHz aparece como de 2 KHz. La solución al problema consiste en sacar la portadora en la
transmisión (con lo que se llama un modulador balanceado) y reponerla en
el receptor con lo que se llama un generador de regeneración de
portadora. En realidad, la experiencia indica que no es necesario que
ese generador tenga exactamente la misma fase que la señal suprimida en
la emisora. Basta que tenga una frecuencia similar; una variación de un
poco ciclos no se llega a percibir pero una mayor hace que la voz se
escuche aflautada es decir incrementada de tono. La solución es el agregado de un control llamado clarificador que
cambia la frecuencia del generador de regeneración de portadora
escuchando la voz y corrigiendo la misma. Es decir que el receptor tiene
dos controles el de sintonía y el clarificador. De ese modo, se optimiza el rendimiento del transmisor y se eliminan
algunas interferencias, pero no se incrementa la cantidad de emisoras de
la banda. Para conseguir esto último se debe agregar un filtro de
supresión de banda lateral superior o inferior. Es decir que ahora el
equipo transmisor tiene un modulador balanceado para suprimir la
portadora y un filtro muy elaborado para eliminar solo la banda lateral
superior o inferior. Cuando se elimina una banda lateral, el receptor no requiere más
cambio que amplificar un poco la señal de salida de audio, porque el
detector tiene la mitad de la eficacia original pero no se produce una
nueva distorsión. La demostración del problema de la distorsión por
eliminación de la portadora y una banda lateral, es específicamente
matemático trigonométrico y nosotros no las vamos a estudiar. El lector
interesado puede recurrir a un foro de radioaficionados para obtenerlas
la explicación matemática. Coexiste un sistema más elaborado en donde la portadora se suprime,
pero se envía una pequeña muestra con forma de burst (salva) de unos 10
ciclos que se transmiten en forma pulsátil cada tanto y que sirven para
enganchar al oscilador de regeneración de portadora en forma automática.
Este sistema se llama portadora suprimida con muestra de subportadora y
se utiliza en transmisiones de BLU comerciales. En el receptor se separa esa corta señal de burst y se anula para que
no generen ruido sobre la señal modulante pero atrapándolo para poder
sincronizar un oscildador de portadora con un sistema de control por
lazo cerrado. La portadora regenerada se mezcla con las bandas laterales
para obtener la señal original que se detecta con un simple diodo. En el sistema de TV se utiliza algo diferente. Solo se envía la mitad
de la portadora y se suprime una parte de la BLI, llamándose sistema de
transmisión por banda lateral vestigial. Este sistema no requiere el
complejo circuito de regeneración de portadora pero la demodulación
ofrece un inconveniente; las señales bajas emitidas en doble banda
lateral se ve reforzada con respecto a las frecuencias mas altas y esto
debe compensarse realizando una curva de respuesta de la FI que no sea
simétrica. Conclusiones En esta lección analizamos la teoría de las comunicaciones por AM en
todas sus modalidades, preparando el terreno fértil para traer el
problema de las transmisiones de FM utilizadas en la transmisión de
sonido por radio y TV. Pero para entender el tema de las transmisiones, incursionamos en un
medio diferente que es dominio de la frecuencia. Este dominio
complementa al utilizado hasta ahora, que es el dominio del tiempo. Como aplicación del Multisim, aprendimos a utilizar lo que podríamos
llamar el equivalente del osciloscopio, que es el “Analizador de
espectro” en el mundo o dominio de la frecuencia. Esta última herramienta es muy utilizada en los laboratorios muy bien
provistos, pero difícilmente encontremos uno en un laboratorio de
reparaciones, salvo que se dedique a radiocomunicaciones. Por eso, esta
clase se paga sola con haber a aprendido a utilizar este instrumento. En la próxima lección vamos a comenzar el análisis de las señales de
FM que permite la transmisión de todo el espectro de audio que capta el
oído humano. Y además vamos a explicar el fenómeno de la estereofonía y
de la cuadrafonía y de las trasmisiones de 5.1 canales y de 7.1 canales
utilizada en Europa.
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