Atividade de Pesquisa - Comunicação Eletrônica I

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Comunicação Eletrônica I
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Atividade de Pesquisa
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26 05 2024
1) Faça um apontamento geral comparando a velocidade da luz com a do som. Apresente um exemplo de como os princípios mencionados podem ser demonstrados.
A velocidade da luz é significativamente maior do que a do som. Enquanto a luz viaja a uma velocidade de aproximadamente ( 299.792.458 ) metros por segundo no vácuo, o som viaja a uma velocidade muito menor, variando dependendo do meio em que se propaga. Por exemplo, no ar à temperatura ambiente, o som viaja a cerca de ( 343 ) metros por segundo.
Essa diferença de velocidade pode ser facilmente demonstrada em situações do dia a dia. Um exemplo comum é observar o intervalo entre ver um relâmpago e ouvir o trovão durante uma tempestade. Como a luz viaja muito mais rápido do que o som, você normalmente vê o relâmpago quase instantaneamente, enquanto o trovão leva mais tempo para chegar até você, criando um atraso perceptível entre a visualização e a audição do evento. Medindo o intervalo de tempo entre a visualização do relâmpago e a audição do trovão e multiplicando pelo tempo conhecido que o som leva para percorrer uma certa distância, é possível estimar a distância aproximada do raio, com base na diferença de velocidade entre a luz e o som.
2) Que tipo de filtro você usaria em um aparelho de TV para evitar que um sinal de rádio na faixa do cidadão em 27 MHz interfira com um sinal de TV no canal 2 em 54 MHz?
Para evitar a interferência de um sinal de rádio na faixa do cidadão em 27 MHz com um sinal de TV no canal 2 em 54 MHz, você precisaria de um filtro passa-altas para o sinal de TV. Esse tipo de filtro permite a passagem de frequências acima de um determinado ponto de corte enquanto atenua ou bloqueia as frequências abaixo desse ponto.
Nesse caso, como o sinal de TV está em uma frequência mais alta (54 MHz) do que o sinal de rádio (27 MHz), um filtro passa-altas seria eficaz para permitir que apenas o sinal de TV passe enquanto bloqueia o sinal de rádio indesejado. O filtro seria projetado com um ponto de corte abaixo de 54 MHz para bloquear o sinal de rádio e permitir a passagem do sinal de TV.
3) Explique como capacitâncias e indutâncias podem existir em um circuito sem que os componentes capacitor e indutor estejam presentes.
Em circuitos elétricos, a capacitância e a indutância podem surgir devido à geometria e ao arranjo físico dos condutores e dos materiais dielétricos ao seu redor. Isso é conhecido como capacitância parasita e indutância parasita.
1. Capacitância Parasita:
 - A capacitância parasita ocorre quando dois condutores estão próximos um do outro, separados por um dielétrico ou pelo ar. Mesmo que não haja um componente capacitor deliberadamente adicionado ao circuito, a carga elétrica pode se acumular nessas superfícies condutoras e criar uma diferença de potencial entre elas. Isso resulta em uma capacitância efetiva entre os condutores. A magnitude dessa capacitância parasita depende da área das superfícies condutoras, da distância entre elas e das propriedades dielétricas do material entre elas.
2. Indutância Parasita:
 - A indutância parasita surge quando um condutor forma uma bobina ou um laço, mesmo sem a presença de um componente indutor explícito. A corrente que flui através do condutor gera um campo magnético ao seu redor. Quando essa corrente varia, o campo magnético também varia, induzindo uma tensão ou uma força eletromotriz (f.e.m.) no próprio condutor. Isso cria uma oposição à variação da corrente, semelhante ao comportamento de um indutor convencional. A magnitude dessa indutância parasita depende do número de voltas do condutor, do formato da bobina e das propriedades magnéticas do material ao redor.
Essas capacitâncias e indutâncias parasitas podem ter um impacto significativo no comportamento de um circuito, especialmente em frequências mais altas, onde esses efeitos se tornam mais pronunciados. Portanto, ao projetar circuitos, é importante levar em consideração não apenas os componentes explícitos, mas também esses efeitos parasitas para garantir o funcionamento adequado do circuito.
4) Um sinal de informação pode ter uma frequência maior do que a portadora? O que aconteceria se um sinal de 1 kHz modulas- se em amplitude uma portadora de 1 kH.
Sim, um sinal de informação pode ter uma frequência maior do que a frequência da portadora. Isso é comum em modulação de amplitude (AM) e modulação de frequência (FM).
Se um sinal de 1 kHz modulasse em amplitude uma portadora de 1 kHz, o que aconteceria é que haveria uma sobreposição de frequências no espectro resultante. Como a frequência do sinal de informação (1 kHz) é igual à frequência da portadora, o espectro resultante seria um sinal contendo componentes de frequência na frequência da portadora (1 kHz) e suas bandas laterais superior e inferior.
No caso da modulação em amplitude (AM), o espectro resultante incluiria:
- Um componente na frequência da portadora (1 kHz).
- Componentes nas frequências da portadora mais o sinal de informação (1 kHz ± 1 kHz = 2 kHz e 0 Hz, respectivamente).
Esses componentes formam as chamadas bandas laterais superior e inferior. Portanto, o espectro resultante conteria componentes em 0 Hz (frequência da portadora), 1 kHz e 2 kHz.
Esse processo é o princípio básico da modulação em amplitude, onde a informação é codificada nas variações de amplitude da portadora.
5) Um modulador balanceado pode ser utilizado como um detector síncrono? Explique.
Sim, um modulador balanceado pode ser usado como um detector síncrono. Um modulador balanceado, como um misturador ou multiplicador de frequência, produz saídas que são produtos das frequências presentes nas entradas, incluindo a frequência da portadora e as frequências das bandas laterais (no caso de modulação AM).
Quando usado como um detector síncrono, um modulador balanceado é ajustado para operar na mesma frequência que a portadora do sinal modulado. Isso significa que a frequência da portadora é aplicada tanto na entrada do modulador balanceado quanto na sua entrada de controle. Como resultado, quando a frequência da portadora presente no sinal de entrada é igual à frequência da portadora aplicada na entrada de controle, o modulador balanceado atua como um dispositivo de supressão de frequência, eliminando a portadora e deixando somente as bandas laterais moduladas.
Portanto, o modulador balanceado, quando operado na frequência correta, pode extrair com precisão as informações do sinal modulado, funcionando efetivamente como um detector síncrono. Isso é especialmente útil em sistemas de comunicação onde é importante extrair o sinal de informação de forma precisa e eficiente.
6) A banda de transmissão AM consiste de 107 canais para estações de 10 kHz de largura. A frequência de modulação máxima permitida é 5 kH. O FM pode ser utilizado com essa banda? Em caso afirmativo, explique o que seria necessário para que isso aconteça.
Na transmissão AM, cada estação é alocada uma faixa de frequência de 10 kHz, e a modulação ocorre variando a amplitude do sinal portador dentro dessa faixa. No entanto, para a transmissão FM, é necessário uma banda de frequência muito maior devido à forma como a modulação em frequência funciona.
No FM, a informação é codificada na frequência da portadora, e a amplitude da portadora é mantida constante. Portanto, a largura de banda necessária para o FM é diretamente proporcional à frequência máxima de modulação. Para uma frequência máxima de modulação de 5 kHz, a largura de banda necessária seria significativamente maior do que os 10 kHz alocados para cada estação na banda AM.
Portanto, a bandade transmissão AM não pode ser diretamente utilizada para transmissão FM sem alterações significativas. Para usar FM nessa banda, seria necessário:
1. Realocação de Frequências: Alocar uma banda de frequência mais larga para cada estação, de modo a acomodar a modulação em frequência.
2. Reformulação das Regulações: As regulamentações que atualmente governam a transmissão AM precisariam ser revisadas e atualizadas para permitir a transmissão FM na mesma banda.
3. Atualização da Infraestrutura: Seria necessário atualizar ou substituir equipamentos de transmissão e recepção para acomodar o FM, já que os sistemas de AM e FM têm requisitos de hardware diferentes.
Em resumo, enquanto teoricamente seria possível usar FM na banda AM, isso exigiria mudanças significativas na alocação de frequências, regulamentações e infraestrutura de transmissão e recepção.
7) Considere que podemos transmitir dados digitais em uma estação de rádio FM. A largura de banda máxima permitida é 200 kHz. O desvio máximo permitido é 75 kHz e a razão de desvio é 5. Considerando que queremos preservar até o terceiro harmônico, qual é a onda quadrada de maior frequência que pode ser transmitida?
Para determinar a frequência máxima da onda quadrada que pode ser transmitida enquanto preserva até o terceiro harmônico, podemos usar a fórmula:
Dado que o desvio máximo permitido é 75 kHz e a razão de desvio é 5, podemos calcular:
Portanto, a frequência máxima da onda quadrada que pode ser transmitida, considerando até o terceiro harmônico, é de 225 kHz.
8) Qual circuito deve ser usado à frente do discriminador Foster- -Seeley para que ele funcione adequadamente? Explique.
O discriminador Foster-Seeley é um tipo de circuito demodulador usado para demodular sinais de frequência modulada (FM) em receptores de rádio FM. Para que ele funcione adequadamente, é comum usar um circuito de pré-ênfase à sua frente.
O circuito de pré-ênfase é projetado para enfatizar as frequências mais altas do sinal de áudio antes que ele seja modulado na frequência portadora. Isso é feito aumentando a amplitude das frequências mais altas em relação às frequências mais baixas. Esse processo é feito porque as frequências mais altas carregam mais informação em sistemas de FM.
Ao aumentar a amplitude das frequências mais altas, o circuito de pré-ênfase ajuda a melhorar a relação sinal-ruído do sistema, uma vez que as frequências mais altas são mais suscetíveis ao ruído do que as frequências mais baixas. Além disso, ele compensa a atenuação de alta frequência que ocorre naturalmente nos circuitos de transmissão de áudio.
Portanto, o uso de um circuito de pré-ênfase à frente do discriminador Foster-Seeley é essencial para garantir a qualidade da demodulação do sinal FM e para melhorar a capacidade do receptor de recuperar o sinal de áudio original com fidelidade.
9) Cite os cinco blocos principais de um sintetizador de frequência com PLL. Desenhe o diagrama em bloco a partir da sua memória. A partir de qual bloco a saída é obtida?
Os cinco blocos principais de um sintetizador de frequência com PLL (Phase-Locked Loop) são:
1. Referência de Frequência (Reference Frequency): Fornece a frequência de referência para o sistema PLL.
2. Divisor de Frequência (Frequency Divider): Divide a frequência da referência para criar um sinal de referência de comparação.
3. Fase Detector (Phase Detector): Compara a fase do sinal de referência com a fase do sinal de feedback proveniente do oscilador controlado por tensão (VCO).
4. Filtro de Loop (Loop Filter): Filtra o sinal de erro gerado pelo fase detector para produzir uma tensão de controle estável.
5. Oscilador Controlado por Tensão (Voltage-Controlled Oscillator - VCO): Gera a saída de frequência variável controlada pela tensão de controle do filtro de loop.
A saída do sintetizador de frequência com PLL é obtida do Oscilador Controlado por Tensão (VCO). Este bloco gera a frequência de saída desejada com base na tensão de controle fornecida pelo filtro de loop.
Infelizmente, não tenho a capacidade de criar diagramas de blocos gráficos neste formato de texto, mas espero que essa descrição ajude a visualizar como os blocos do sintetizador de frequência com PLL se interconectam.
10) Explique como um contador digital pode ser conectado ao receptor demonstrado na Figura 9-44 do libro para que ele possa ler a frequência do sinal para o qual foi ajustado.
Na configuração mostrada na Figura 9-44 do livro, o receptor está ajustado para uma frequência específica usando um oscilador local e um sintonizador. Para conectar um contador digital ao receptor e permitir que ele leia a frequência do sinal para o qual foi ajustado, você precisaria de um circuito adicional para converter a frequência do sinal em um formato digital que o contador possa ler.
Aqui estão os passos gerais para fazer isso:
1. Detector de Envelope (Envelope Detector): O sinal de RF do receptor é enviado para um detector de envelope para demodulação, resultando em um sinal de áudio que contém a informação da frequência.
2. Filtro Passa-Baixas (Low-Pass Filter): O sinal de áudio é então filtrado para remover quaisquer componentes de alta frequência indesejados.
3. Conversor Analógico-Digital (ADC): O sinal de áudio filtrado é convertido em um sinal digital usando um conversor analógico-digital (ADC). Este ADC irá amostrar o sinal de áudio em intervalos regulares e converter cada amostra em um valor digital correspondente.
4. Contador Digital: O sinal digitalizado resultante do ADC é então enviado para o contador digital, que irá contar o número de ciclos ou pulsos em um período de tempo específico. Este valor contado será proporcional à frequência do sinal de RF recebido pelo receptor.
5. Exibição: O valor contado pelo contador digital pode ser exibido em um display para que o usuário possa ver a frequência do sinal recebido.
Essencialmente, você está convertendo a informação da frequência do sinal recebido em um formato digital compreensível pelo contador digital. Este processo permite que o contador leia e exiba a frequência do sinal recebido pelo receptor.
Atividade de Pesquisa: Comunicação Eletrônica I 
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