rel1 - UFPE - Universidade Federal de Pernambuco

Universidade Federal de Pernambuco
Departamento de Eletrônica e Sistemas
Prática 4 : Multiplexação por Divisão no Tempo
Circuitos de Comunicação
Professor: Hélio Magalhães
Alberto Rodrigues
Vitor Parente
Introdução
A multiplexação é a forma conveniente de transmitir diversos sinais por um mesmo
canal. Embora em geral use-se a multiplexação na frequência para sinais analógicos, é
possível também multiplexar sinais no tempo. Este é o objetivo dessa prática.
Para isto, escolhando a frequência de amostragem de forma que obedeça ao Teorema
da Amostragem, amostramos o sinal de um canal por um curto intervalo de tempo e, durante o
tempo complementar entre amostragem sucessivas, amostramos outros canais, como
mostrado na Figura 1.
Figura 1. Sistema de multiplexação por divisão no tempo.
Isto é obtido com o uso de um multiplexador analógico, que é tipicamente um conjumto
de chaves acionadas por um sinal de controle. Este sinal é intercalado entre as chaves, de
forma que apenas uma saída seja habilitada por vez. Isto é feito por um decodificador, que
recebe o sinal de um contador controlado por um sinal de clock oriundo de um multivibrador
astável e envia o sinal de controle às chaves sucessivamente. Este circuito é mostrado na
Figura 2.
Figura 2. Circuito multiplexador por divisão no tempo.
Em seguida, o sinal resultante da combinação das amostras de canais distintos pode
ser transmitido por um meio e, por fim, o sinal de cada canal é recuperado no receptor pelo
demultiplexador, um circuito semelhante ao do transmissor. Ele consiste de um conjunto de
chaves igual ao presente no multiplexador, e é acionado por um sinal de controle sincronizado
com o usado neste. Desta forma, a saída de cada chave será formada por amostras dos sinais
originais em cada canal. Por fim, cada um destes sinais de saída passa por um filtro passabaixa com frequência de corte superior à frequência do sinal original, de forma a recuperá-lo.
Este circuito está representado na Figura 3.
Figura 3. Circuito demultiplexador por divisão no tempo.
Prática
Primeiro procedimento
De posse dos componentes montamos o primeiro circuito numa protoboard, como
mostrado na Figura 4, e alimentamos com 5 V os circuitos que não precisavam de alimentação
simétrica (CD4555, CD4047 Cd4040) e 5 V e -5 V os que precisavam (LM324, CD4016). Em
seguida, aplicamos ao canal um sinal senoidal de 5 Vpp e 1 kHz. Colocando um canal do
osciloscópio no ponto e o outro no ponto A, observamos a imagem da do osciloscópio na
Figura 5.
Figura 4. Circuito montado na protoboard.
Figura 5. Canal (azul) e saída A (vermelho).
Com o canal ligado, aplicamos, ao circuito o canal, um sinal senoidal com a
mesma amplitude do anterior e frequência de 250 kHz. A imagem observada está
presente na Figura 6.
Figura 6. Canal (azul) e saída A (vermelho).
Observamos que a imagem não representa o sinal considerado, pois a taxa de
amostragem, que é de ≈ 9 kHz, é inferior à frequência do canal. Reduzimos então o
valor de frequência do canal para 2 kHz e o aplicamos ao circuito. O resultado está
mostrado na Figura 7.
Figura 7. Canal (azul) com 2 KHz e saída A (vermelho).
Com os dois canais ligados ao circuito, aplicamos um sinal senoidal com mesma
amplitude dos anteriores e frequência de 250 Hz. O sinal resultante pode ser visto na
Figura 8.
Figura 8. Canal (azul) e saída A (vermelho).
Percebe-se, pela figura, que esse sinal está distorcido, sofrendo influência dos
canais. Creditamos isso a um mau funcionamento de algum dos circuitos integrados
(4016 ou 4555).
Com os três canais ligados ao circuito, aplicamos um sinal senoidal com mesma
amplitude dos anteriores e frequência de 500 Hz. O sinal resultante pode ser visto na
Figura 9.
Figura 9. Canal (azul) e saída A (vermelho).
Segundo procedimento
Com os quatro sinais aplicados, colocamos um canal do osciloscópio no canal A
e o outro em uma entrada de controle de uma das quatro chaves. Observamos a
imagem mostrada na Figura 10
Figura 10. Saída A (vermelho) e entrada de controle (azul).
Em seguida, desligando a alimentação, a conexão entre o pino 13 do CI 4047 e
o 15 do CI 4555 foi aberta e ligada ao terra do circuito. Ligamos novamente a
alimentação e observamos mais uma vez a mesma entrada de controle e a saída A,
vistas na Figura 11.
Figura 11. Saída A (vermelho) e entrada de controle (azul), pino 1 CI 4555 aterrado.
O que foi observado pelas figuras é um alargamento (Figura 7) dos pulsos na
entrada de controle das chaves em relação ao experimento com o pino 1 do CI 4555
ligado ao pino 13 do CI 4047 (Figura 6). Isso acontece porque os pulsos que chegavam
ao pino 1 (enable) que desabilitava o decodificador não estão mais presentes,
habilitando permanentemente os pulsos na saída do decodificador.
Terceiro procedimento
Montamos o circuito do demultiplexador na protoboard e ligamos os pontos C e
B aos pontos A e B, respectivamente. A alimentação é a mesma do circuito
multiplexador.
Colocando um canal do osciloscópio no ponto C, observamos a imagem
mostrada na Figura 12.
Figura 12. Osciloscópio no ponto C.
Sem retirar a ponteira do osciloscópio desse ponto, observamos com o outro
canal os sinais nos pontos A, B e C, presente na Figura 13. Todos os sinais são iguais
ao da figura.
Figura 13. Canal 1 e 2.
Construímos então o filtro Butterworth passa-baixa proposto para o canal, que não
obteve o efeito desejado, pois não estava filtrando apenas o canal desejado. Optamos por fazer
um filtro de segunda ordem, que está representado na Figura 14, com a mesma fórmula de
frequência de corte do filtro de ordem 1 teórico proposto, dada por : eqn. Obtivemos o seguinte
resultado com os componentes selecionados:
0
V 3
5Vdc
R 2
R 1
10k
10k
U 1A
11
0
R 3
10k
12k
+
1
V
4
V
O U T
3
V +
R 4
LM 324
-
V -
2
V O F F = 0
V A M P L = 2.5
F R E Q = 250
C 1
V1
0
V 2
47n
5Vdc
0
0
C 2
47n
Figura 14. Filtro Butterworth passa-baixa de segunda ordem.
Esse filtro também não foi eficiente o bastante. Aumentamos sua ordem cascateando
três desses filtros até chegar à ordem 6, que finalmente obteve o resultado desejado. A
entrada do multiplexador e a saída após a filtragem (canal ) estão presentes na Figura 15.
Como as frequências dos sinais utilizados eram relativamente próximas, foi exigido um filtro de
ordem superior.
Figura 15. Entrada do mux (azul) e saída do filtro de ordem 6 (vermelho), canal (250 Hz).
Conclusão
Nesta prática, pudemos observar a possibilidade da transmissão de sinais utilizando a
multiplexação por divisão no tempo. Isto é importante não só por mostrar uma alternativa à
recorrente multiplexação na frequência, como também para entender um sistema que é de fato
utilizado no cotidiano, com destaque para a telefonia fixa e móvel.