' í -.

K**

;»'*1

"*'"^

^

•XM

££[ m •*í) .4

e:x» **•

*

m £8 rt d5 ££ T*»

01 C5.

O v3

É? co •í»

H

'CU

HOí

.ííi

fll

**• c H a <8 r?

Tí O O*

ri- 'O*

3"

«J 05 fifi

'CZ

E3d

í""

T3 C ss -J( •o p tn

til o •es SS j-w el

m-

n C'l

-.Wí

C3

.jJ¡9

>-V

;í

.''•

ÍT

•'',*-?-i

•''•'

fiéis qui5 e«ta trabajo ha

par el

FE WAfííSQ V£S A

QrU KAMTC0WS-ÜUTOR TESÍS

Quito» NDvIsrabrs da 1,

tn

-^Ü

Al DJÍ* Svsfí-tl, MoMj Cían's-ul.tQjf da esta T

ÍR@ brindaron en iodo moísen-to Pars la tas

e a.sta

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

Y

fíJ

te

"tí é t?é

gj

(6 _ü O-tó e Tí

-*» ES C

ÍEÍ H ía

ai08

c•o

*o

U U) co.

C H o H O Cl

£D tí

í/f *í te*

ÍJ •H fií

T3

t; vi O CJ

a ÍS.

tí ••a -£0 •e

IB r»-Í3 O í-í a

o Gí

t)

Ul

HÍT

J ain

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

r-j

b1 03 ci) £U C O

M na

fiT

W i Oí M -1 -p •iM H

r? toa ¡

£3 0 o o

w íti r-í íf; •'$ o 'í

-5 Í7¡ § H Oí «i 4J Í3

«

04 4- H as

I

«L*

e jtf

¡fj *í

¡í x;

0O

í #

3 f

3

ífí

Qv

ÍS

UJ,

•d

D O *!í O r? U

o•0

. ¡1K

Jf

8sf

íjíV

í -'-'

--11-'-

1— '

"* '

•— >

si"

f (T

í„ *

- 1 1

_.t

^ *-

í 1 f

c»J

,ft» *-*

&

^

# # *•$ 1_¿> ft í

t-yl- »r ES

tí H'

í» Hi

Mf-

ífe íí

íS H $

& fa t í

r™*

K-

O *'•M ¿ ííl

íí S

ítí

&JX 13- W fií 0 S y f^

8 !í •rt

H'

Eíí

rf •+—' lí w 8

,O ^ fí> X V *-^

uj.

•'0 E rt-

\¡ ^t-*

H f W ÍM '1 s V H'

0 l& St w ft *1 H" fí) Üi

Cu

íft lar"

M tí íí .$ íj> H.

Ó\

f—-,

fc^

w -». to"

v™1

H 573

•ís

J *— *-

t-í-

-i o (^

íi> M P £0

Pt

39 ííí tí ¿"•1 H? js-'

(VI

0 0 w. HÍWrt VT

>-

o~" rf Q.

0 íft /"-. 53

- r5

"

ÍO O O ffi i*P

rt- »«-

i-

¡W.j*

* rí- 5? W m

o

ít

N?

¿- 17

y» cr

rt-(í

.d

H

PU-*

yj P' Í0 H su

rsí

w jíx cta

L

(51

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

-f

Ü *0 II w

3

¡ tí

-—•», I

t>Ó

X1

j L'í

í

' O

KJ

e *••*-• i

ttí

íü H t-h O d fu

O

¡o

ft •o fí) H. ía ¡"h O H fií n rl- H O fft

N

H fi) H S Cí> H rr-

H- m í» H H

o n

H.

olis

Ü

i.t?

ír(

H!-'

j O

0Í4

-

fí) ri* o M, b Hi

H-

13 H.

rí- O

rt O di & H-r

tí» O H'. H íií O N n» 05 o w Q d líí H-

Hi

0 n •ffr í» 03 ft ÍU ro H (fi- en i,

Oi y t'O H SP

V tí til

í M •*«rf*

E

t-3

4,

vr-S

,

"3 N)

|W

0

B Ni

id •4-

^ 0

ft

f^J

í M (íl rí- ijc

í0

1í 0" e ÜI

-*- o 0 ffi

1 § to

\J

CJ W ft

o _1

+4- T?

p3 CJ •n .i X* cií Hd

3 "t? Oí

4-

í«{

0íN

iE-í

•f 2

4- H é p* X Q)s

--- (03 a >— - wj

o

i 3

' 4- >7 ^ j^" CX

t <y••

T-. ia a ÍN ¿- f l-^

Oíf

EH

.

4* 3

44- -^

s

^

'M c

•n

4-

H

-— .

« M

í E=

f

=1

f^

a a-

p»

x x

R¿i

) í

. r.i.-_

..*— .

¿

~

y a)

__UTJ

-^ ^—

^íU

(tí

•

(íí3

33

9

íP--

Í r

! PÍ

:-, -—

»TÍ

b*

~> fii

-í

í"*

i 4-

4-

íN|

í

'

1

0

t=í|

0

h

É

33

3\_

_

-J

*. .

. _U

<

*~

~

*

1 +

-*.

í-1

M

f—

WK

Í M

c3

gj

Í.TÍ

*f~^

'í -o

O

í

"S

"Si

5X

M

.

QÍ ai

—,.

— -.

-^

,. — i —

— .

f;

*-*.

^~

-.

3id

fu

^~

*3

3

H^~

~ E

&*

Or

i?1

(N

f"J

íN4

4-

4-D

t D

* TÍ

Í

1 1

4-

W|

0

Wl

0

«I

fMIÍH

N

lH

oílt

ñ

¿

^4-

!

13

S*

3

4-

4-4-

U

-— ,

U

13

J^

£

.f "

e-

, i-

ii

-n

i(S

í O

t p4

x X

wGI

& cí

. — ,

•-".

* — ,

í HÍ

RJ

fíí

33

3

S

H

5"

f 4-

4-

0*

í?1

tí'

C<4

fM

Oí

4-

1 1

04

ÍSi

Oí

-í-

f 1

O

ssí

„. O

fc

íl 0

fe!

O

^V*1

\ %

'4.

j

4-3

33

V"~

~"~

~'

~~^v

-~~~

" «T

~Tñ

*O

^o"

'*íf

*0

H

3

*O

*í>

*<

?

1¡

4-

4-

1+

i ,

4-

1 1

4-+

+

-~*

M

-^^

WM

ítí

M

P«

í

t~í

P

fí

T")

S

'n"í

l f

TI

CU

pj

Cw

M

-1X

X

X

X

Oí

Qr—

ni

>J~

- "

ni3

'£ ty

oí

"•• *

* •*""

"*fíí

(0

.

fO5

3

3

íí

H"

H

H4-

4

! 1

rS

fN

(N

<í

1 1

+

4-'

Cb

0í

PJ

0^

T

m|O

is

t

í

O

S^sí

0

^

$f~

. í^

!H

rs

T

4-

í 4-

3a

3^

a

^

»O

«O

"O

'O

-f

H!

• (

co

<^

("-»*

4-

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:

-Í3

O $©

iñ

•H tí or»

Sí o

'rt B Ü ffg H

«O vJ fu

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,

(13

V, (sat jbe

ce

r.

ce

Vc-4

Cf:

(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

m OÍ »$ ¿*

\

£>"t H

$

í"-} i •p o ,>-í w ® íí! í$ ítf M

'

Vj Pi

$í .51) 0 ^X

3vH

|C

5-

W

" r

i

$ '

tí •H 0 ni ,t> •4~J tfl

'H 'TJ tíJ .-M w (v 1

^, ?

SÍ!

Tí 0 & ÍÜ o rtí 0 H "v 0 0 u-í

t—f © & p tj* fu 0 |Q -X

J *s* ^ w ÍJ.J 0 ^-H

.

* iy V M £t¡ »

fíj H i-H »v M íp f*{ 0

-4-J •S

fil § 1» xCí •iJ U $ ¿j ojt ^Ü íf Q M © 0 &'

O Ef Vi te N Ó W.

0 0 *i-í i P H K- 'O «f H Pt

íA 0 r«j

tÓ'

0 tí O 4*1

fií -jj W O •W

0\4

H ftí ÍP? <5)

ííí H {¿i

'.O'

>§

• vj

*

0 ítí "3 na J-4

£ft ¿0 s!

*í '$ .H O pj v •

Sí 'H 'M O -4J

.(ti e? H ítí 4) •$'

£t <íí &í t-í IÜ

4J

' O 4-í 'íí

M G) tí §

H 3^ V!.

m 0 ífl S' tí I l"t to G ¿1 Íi3 Áf

í- V(4 C5 íí S ÍÍJ

'&

C

ití

Sfl 0

p

-HOí

^

«Í5-

¡ *H

Ís

ai o

CS1

"H

CJí?

*H

. l¡

tí»*

ííí

-í 0¿1

0

Di

(P*

V'

k

e <y

i\ ííj

'tí

^ -tj

ñ

E5

'ííi

p•y

í3

0

0

tQ"

«O

*í

0 0cj

w u

ffs

ítf

-^^

í-f

í\

f1!

*-

"**'

,iy

4J

ps

jtt*

P

-4O

ÜJ

a íj

'M

0

\ *rí q

N4J

*;

Cí

06)

TI

ÉJ

^•'rl

dH

tti

«y

^Oj

t 1C

Jv'F

j

' M

to a

li 1

5 o

i

MEÍ

J' 'W

UH

-H H^

8<e

a''0

<í

í

R

f*i

Q)

f»•V iíS

N!•>

i*>

í

U<y

M 4J'

r4»t

¡í

, .1

* 4*í

Al -»

H -

M

íííO

M

oí m

.•H

- cu

F \ií

^fií

ífl

ítí

4^í

*-*

í-M

ííí í>

H a)

in

r.¡ 651

1}JC

Í Ai 3

& Ü $ M 0 H íá 'EÍ o ñ'

H C>) ÍN *ÍS

* '1

.4 *

AÍ H O ni H •Sí

»d 0 í*j

H í¡? .Ar fl át tí)

4^ H ¿V ^> O ÍS1 tíl 'Cí

"fií 1

ÍÉÍ

Mí Í71

íí Ü 0)

á) E/3" *- u £j

¿1 gj

,-i (ti ^Ji

íí* f! efe -H M 0? 1 X Pí í» r/ü • t^ f-í' 't

r£í K o '0 0 ry H fl) TI ílí 4-* tí vi M

ty H o 4^ 1 M 0 £V W S3 .fe O «S

I

0 tí í ffj tí»

H ¿j

'•Sí á) Víj

*t-í írJ tí) H $ U"!

•*$'

(Jl'

!£J Q) 4.) fí J) U-j 3

OJ ,p C3 0 SJ fí-l ítí H 0) E •O* § ^ .+* fí Q) *H 6 !>

V

W 4J

^J Bj

íi'í s C5 o •o» ilí 'ÜJ í>1 0Í 'fíí Gí j-j tí íí 4J u*

ÍÍJ •H O £í fj) 8,

W >4rf

-P *y •&*. ,1 m «H O P tó)

b fií t^j í. í3 n, w ní 0 -P íf) H.

-tí Q

j.•£

T,¿

y f3 «3

'ra ? •W U -i,í '0 íí) OJ 44 H £ O i/) ÍM $

*¿ tí \ •o fíí •^ 1 H _ití Ó) *o to (tí ÍH tii U*í Í9 J í-4

-B 19 V4 X í!)

•4

3íf . *

Í-M *

Q^ M B Oí

.O OÍ M -H 'O í3.

tí' »p f^í

§ <M t-í 1 fQ /-i

*jj D

' >n % 0 ó *tí O •4"*

,0 H Cí

- H á M

• 1,

-j i-! ííí r-i H i trt »~4 •9 o ( Oí rtí

§

H (J) •<>; H ,c¡ •tí •ía 'Oí

• 9 S o á S"i ¿i T* •H •M H 1 P [ "^

X 0 •H Sí i*3 0J ^ 0 íi) •H *Hl

H Pf

fá fu rH $) ííí M '&

ÜÍ

Vtí Oí

ítí

Hí 0) 0 i¿j «ñ 4 •rtj

4J ^H r-í «d Ü) ''ü M o ítí -ty 0 •H *w •H CM ÍS fy H 0) >i

IQ 0 •n ? 1 ftf Ül

íí5 íii

0 M H ^

dí i

M Ü4 to ,^- 1 'D •(~

('(-

f M Q í3-

íQ tí Í3 *1Í

ÍTt

Oí M ^J »•* *3 13 H 0 |i> O en W •^ nj r-í 'H

• O

í

M H '*!' ¡y l;yi

0) íí 0) •Si

fv •";)

i>

Rj

r*l

W «3 3 O -.p ííí •ti ní d 0) P-i «i H GJ H «í

_> O Cí $ •3 ¡3

'W

*i m <y vi w4

*w O ,H 8 a á *Ü !r*(

lí Í--J O H Q) **** ííí rH r

Q

'

ÍQ b

s.. 1 ÍM m íü qj M 4J SI .

8í -ó H 1> í'J H '43 i'd .tí • M *P ÍÉÍ

í3 * «5 H $ •ni'

iio í 44 H <D •H g{ *»i

(tí -fj ;c¡ ? §

* 01 4J 1g fe fH til

fSí

kD 3Í 'Ü tf b sí 6) ,!J O [tí í3 írf V W ÍD 0 ífl

#í

fí •H « O .a o u ,° m 41 & D fd .'N <Ü r1.

íí 3 .*» *-U w M ty 4-) íS -H 0 i -•P ^^ ^ •ÍO ííí. fíí p

M o (cJ tt! M .£> -H > •H •U H C3 H & »» 0 O •H rt^ 6 *j 0 ^ í-í <ti üS .

í5 Oí r-1

r»l

<P Ht

fíí

«í

H sti m 0

."H £

4 i3 rH H íd sfí •P ÍO a

0 -p H ^H ^ tó 01 SM 0 w rH ¿j ra M ÍÍÍ O H í>í v 0 w o oT M ¡ü3 ¿í dJ i 3 ÍÍ M PÍ dj r-

4 .0 'Ja -P ?D ÍÍÍ O fí i

] 0 -P d Oí Cí 4J tí ty M M K 0 0 rj.

H G) 6( 0 '0 0 0 Oí co k OJ 4J 0 0 tí ÜÍ tí rd H ¡tí ,q 0 «í W 0 •m £tj

JÍ f ítí ífl fií

(tí D *•* »w -H H DÍ

fl S N 0 W 4J M •rí

'MIS ÍJJ

r-*í ^Q fd 4J Cfl

• d) 0 £j 0 § »* ftí '0 fd •4J Cl

Úí 0) '0 Rf t 'Oí í El 0 ííí

H ífl ¡TÍ

''tí

?

LT;

•=!'

r-j

•u*

ni £3 .a» M "'I W •H [s!' Q)

. H rd 0) P m ÍÜ M CJ ÜJ •H £í K

•§ <3"

H ^ ÍO Cí •

13 0 rt 9 -

*í ííí T™i m n fu M 4J fd ní bí tu •H P,

Í4 O M

• *

4-í

í!¿

H

§"r

í IM

o r-í

H

-a)

ni>i

«^ 4J

M

d0

ÚJ

tí -

gtíi

J3

M

fíí¿

i •

H

«í

í> na

•i-í

(tí4J

b^

H

®g

$ fí

H

. G

J

0)1

ítííi,

*•

13

M

tó

d(3

Ü

) O

p-i

ÍO

íC

'0ííí

V

i rC

345

C

í©

Cí

r-!

íí Oí

ÍP

M

ü^

•C<

R03

O

«

Í13

Oí«

- C

í•H

O

O

*r-|

f:0'

¡S>

ífí

fiJí

p

Mr-í

ítíÜ

Ü

D

Í«

j<

2S

8 §

Sti

Ü

O

*

ffl

V *

m

&

s;0

W

. A

i'rí

0

*r-

t "H

•

P-í

10

Ó•tí

.

í?•y

f^j

w

íp

(Sííí

13

4^

•0

S

i«*-*{

• ip

'*-,*

"rí

,0

>5

b o

M

r"í

\tó

n)

(tití

-'0 fíí

ÍÍJ

íQ

0

<UC-

O

í tfi

.H! ÍH ÍS i-i S~í

*tí ü Oí

ÜJ E* D"1'

S ^> O 'O £5 >í

ÍO a» & 0 -rí Ü it} Ü "r!

'V-

-Í'f\ •íñ Kí rí ftí til

T-} {/I

itj Ü 0 ííí '0 -y) Ü & 01 iS S) ES b1 t-4 (3 S Oí ^

1¡í?

1a

v*i

C!- •

, 'í

-«5

21

'1 ü

PH

fí*

d1¿V

4J •íü

í-J TE:

¿í*

í~t.

!w

Üi

t-í

4-1

•n

0)

tói

H

. íü

yj

O

f

RJ M H «J W Cu •o M "

r?

0)

íi)-

.4

J C

!ti

!?

°(Ü

•

OJ

-Hí«

-r

-í

«i

(Ü

M

¡3V)

f-»

H

0

0ííí

0'

títí-

.0líí

UU5

H

0

-*.

0

feq

m

Ní»

V.

S,

G

G3

tt*M

6}

J?¿

tí'

H

43tf

*3

í4H

4-

J S

í¿

K-á

• GJ

í~

^M•H

4í

W

ÍH

m ai *. fi? P Pi l"J

4^ 0 0 0

Ti

^

m

,.(-t

í fi

(ü

^t^ •H

£í

t1*03

33 4Ü

íü-

Qíí)

4-

iM O

«f

U

r-i

H fií N

K vi

-ií5

«i íí M 4.) tí 0 Ü *8 R'^ íí 0 «.

(íí ííí Ti

ítí 4^ •tí

QJ

í> «f tu vi Ü

rai

Q)

"fe1? til 4J'

ül 'H

V-I Cí

vi

i

$•H

Pí

• O

ÍJ

V4

g43 ¿

í

§

0Í1

**

0.V

&r

• tí

i *l

'tí"*

* í

í t ¡

.-*

t^ V

»~

í í

í*(

tO¡

^!

Ü•H

Í P

4Í0

i di

ítfft

l '

rfá

lOí

Tj

yi

f^i

SI

a> ní

0j'

4->

{ É

Es!

mi

Oí(S

¡ 'H

í>

O-l

ísl

«í vi

-"s

•

tífr

•Hr-

ífS5

&

í

O -

-Tí t4 "2) H •H U tí tu Ifi <tf i a Sí

ÍO H 0 '0*

«í 0 0 'CJ ttj d íí) Tf ÍÜ r-í Cí CU M ,£1 p_ «i fÜ rtj

'r-í S^

+*-

{

1M GJ

'

TÍ H **.

j^j s C.(

G3 Ü m M r--I tu i 0 P 0 M 0 <H 6? W ' « w 4-

f

H *y £Í- G) 0 tí

.fQ Jj tñ O -W *H'

P V í-l

.'H Ü W

-0 H

Oí

pi

»-*

•H M Tf

•H fí tíl iá í^ üí 'O 'Cí ftí 'Xx

"H H 'rí 01 O

. ÍL íl H T-.

íií í(3 w H •rt-

4V

*c--s

r>

r-*

W sET

Í tí

' -M

'H

q !>

tí •P

Fd0 PL

J ?Q Ití

fS

KT~

4 <3

J(ti

r*Í

t£i

^n

Oí $* {ñ tí Y-, JS

'tí. cu tí) 1 m vi ü tt> tí 'r-í 4J

T * «

Aí

* (Ü 5SJ <y C3 vi 55 r^4 Gí- X C O1:

M ní -a rT)

tí Ti

05

t ¡y Fó fxí O n «í -p •r!

.^c? «í r-¡

t r «s •rt

4-Í

Cí Oí J> 1 SH V

-í. 2 H «í u tó ü) U M "U a 8 d Ñ tí CU js ó u . C

c;! 0 r-

í í£i

tíi 03 t ss P* • s

£( $ *tl «i w U) (¿i o ü ííí 5-t fen

0 H Cí 1C5 OJ Í3

-

a Oí Uí © £í

p^ cí 'rí m e ¿> (C 4J

'

f m «j T-

*ri

w «i P 4Ü tí D ti? yt-í t_< P ü <í.í tí GJ 'Cí 0 U P u1

Í-) 0 i ÍÍ3 fíí ü 4i •* & -P tí •H Q) tó O fí

• • —

"

Oí ift ** £t *0 ''H Ü $ M H Ü O fl) 0) £! di E5J G •H H •H M P (d 1»

'd •H tó N i*?

! iCM

*fc r—

í 0) £! d U Cf) b1

rt~

e* •

íii ffl ¿ti .*<;

i*-'

ÍTÍ

C} O U 03 •ti tí O tí H ííí tí O Q fí í\ fíi

ÍÍJ tí i H S"i

• o ÍH -H -P M i~i s 4J ^0 M tJl

0 H

Eti

rM

c Sí- Ü u> íí tó í*l

-é o CM r-í

«D o H (tí w ¿J 'rí Sí 15 2 4J W fo ííí rH JS íí vi

líj

^ el o u \ M t?*

Ü H

í Oí •r-í

•£ ín Etí 0 •H a H r"j

'*> a.

10 vo © «d < *-t*~

>H n q o C

| b•

p j_j S4 "

•H fi» ($ ó r^ íy M B 0 ÍH H ttí

¡>t

o-

H

¡H

ü)

í"

0

fer*

í 4J

-P

G?V

í ¿)

Di

*44

Rí U

tñ íí)r-í (Ü

cít:

¡d a

•ü

Sd

r* ?HX

) O

•n

OÜ Ü

ítS

(V

-na

ÍS-

fa

^'

O

f!"i

™

"^

i-

AH

r4 (ííí?.

.Ul

tó'

3K

W

1

4^

ÍQ(3

«1

•H

MW

4J

r-Í

§íí

-H

o s

U

*~*

0

^0(

CN3

rd

^

Ü

t3)

O

44

.¡35 t

r-t

tX1

ÍÍÍ'

-r-i

4-i

fu

- -.-.-

-u .'

"~T»r(tTii H

(iynir.

"m

rni~

Tni~ •

' i"

(146

i\ i

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.

tu)

o o p b .

60

:'-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

Masers and Lasers*:- Bordón

Jeto W£Íe¿' and. Sons ? toe,

to J^aser- Physics.> Bela

Wiley and Sons/

* - W.. C..

Electronics dei-siga*.™ Atiero.

Arsealdé EleG-feroltsminescent and l^aser di

M!ñ.iÍen«~ Seíalc^riiáuGtor Prod^drs,.^ Agosto

Semiconductor, dloáe X»asers*-~ Benj

Solía St-a-te B.esign.- Noviembre

Gasecms Opifcleal Hasers*- A- J^avatí.

Sollct Sttate Óeslgn,.- HovIeBásre 19 63*.

Optiicali'y-pa^í^-ed solid state L.asers," Theodore Malma,n

Solld St:ate ÜésigB.^- Noviezií0re 19$3-.

Energv and po^éi? co£isieiéra1:tóñs la lajectioa aud

optlcally ptuaped JUasers,- Aníaon Yarlv

Froceedin.gs o,f 'the JEEB.- Gieleisbre 1.963.

CcmfclimQus operatíoB Is near for rni.cooleó diocie Lasexs

Hichael I*aíaort.e

*- .Haero W"r 1966*

• Advances' xn Lasers.- L-5U Valiese

Semiconductor Products»— Agosto 196.3.

Light-emittaiKj semicGnéhictor's,-- Frederiek Horehsaaf Jir.

Seientlfio American." Mayo 1967

Boping of semieoBC^uetors for In 3 sellen Lasers*- Roberfe

K-eyes

Proceediiigs of. the I'BEE*- Corresponüeacia»- Abril 1963.

Practical aspe.cts of injeetion Itaser conmaini catión; systems,

W.J"* Raiman r J. Bordogna y t>. Karláons

R, C*A¿- Revlew, - Dicieiubre 1967.

BIBLIOGRAFÍA Y REF"EKBNCXAS: ESPECIALES EAHS. BL C^PITUnO II

(1) Portable optical eommiañicator rides Láser for secure

volee transíais s i ons, - ^abor Sch'lisser Y ¿Tales Insler

Electronics*- Marso 16 1_ 1.9701,

Signáis, systeras and eomnuiniGatXGTt. - B.P. Lathi

John- fcfíley and. Sons, Inc.

Modulatioit theory.- ítarold Black

Van- Kíostrancl Co. ,- Inc.

Modulation and 'codiiig in informatioa sys taras,™ Goxdori

Russell-

Pren£ice Hall, Inc.

Coiomunication theory principies:»-- Charles He, Mullen

The^ Macralllan Co,

Tablas QJU Higher functions,-- Jahnke, Emae y T»oseh

HeGraw-Eill Book Co. / Inc.

Bessel .^unctio'ns .for Engineers.- H,W. Me Lachlañ

Claréndon Press ¿

BIBLIOGRAFÍA Y HEFEJBE8CIAS ESPECIALES P&K& El. CSPIOTLQ IXX

(1) ' Freoueney Modula-feion Th.es j:y,~ Jaeques í?agot y Philippe

Pergamon Press,

(2) Puli¿ef digital and switehing ftaveforms*— Jacob Millmau y

- ' Herbert tDaub

MeGraw—Hill BooJc¿- C O v r Ine.

Transistor cireaifc analysis an.d. ííesign.- Franklln FitcJaen

Van Kostrand Go., Ine,

Rocía- tempera ture í¿a^.s Láser Voice^Gosmuniest-iG

D» Karlaons ? W'.CT. Hannan

Prcceedings of fcha XEEK,- Correspondencia.-

1964,

Active f litera t part 1.1. Varyiag the approach.- Jack

Mullaney

fíleetronlcs,» Julio 21, 1969

RÉFKKEKfGIAS SSPBClA.r,ES P^EA EL C^BITOLO IV

(1) Practical aspoets of" Irrjáction X/aser coiaHiuri i catión systeiss

W.J. Hannan, J, Eordogna y D, Karlsóns

R.C.ñ,, Review.- Diciembre 1967

RK^KRÉHCIAS ESPECJüXES PASA EL ÜHBRDICE

(1) Transistores, Circuitos-Oiseño,- Texaó Instruments Inc*

CoKpañ£a Editorial Continesitai , S.Á,