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Ïndice general. ÍNDICE GENERAL CONCEPTOS GENERALES DE ELECTRICIDAD PARTE I: CONCEPTOS BÁSICOS DE ELECTRICIDAD. ANEXO: BIBLIOGRAFÍA. TIPO A: INFRAESTRUCTURAS DE TELECOMUNICACIÓN EN EDIFICIOS E INMUEBLES. PARTE I: CONCEPTOS BÁSICOS. 1.1: PROPAGACIÓN DE LA SEÑAL DE TELEVISIÓN. 1.2: LA SEÑAL DE TELEVISIÓN. 1.3: LA TELEVISIÓN DIGITAL. PARTE II: TELEVISIÓN TERRESTRE. 2.1.- LA RECEPCIÓN DE TELEVISIÓN TERRESTRE ANALÓGICA. 2.2.- LA RECEPCIÓN DE TELEVISIÓN TERRESTRE DIGITAL. PARTE III: TELEVISIÓN POR SATÉLITE. 3.1.- CONOCIMIENTO GENERAL DE UN SATELITE. 3.2.- CARACTERISTICAS ENLACE SATÉLITE-ESTACIÓN TERRENA. 3.3.- CARACTERISTICAS DE LA SEÑAL DE TELEVISIÓN A TRAVES DE SATÉLITE. 3.4.- SISTEMAS DE SATÉLITES EN EL MUNDO. 3.5.- ESTACIÓN RECEPTORA. 3.6.- EQUIPO DE CABEZA. 3.7.- RED DE DISTRIBUCIÓN.

Manual Telecomunicaciones

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NDICE GENERALCONCEPTOS GENERALES DE ELECTRICIDAD

PARTE I: CONCEPTOS BSICOS DE ELECTRICIDAD.

ANEXO: BIBLIOGRAFA.

TIPO A: INFRAESTRUCTURAS DE TELECOMUNICACIN EN EDIFICIOS E INMUEBLES.

PARTE I: CONCEPTOS BSICOS. 1.1: PROPAGACIN DE LA SEAL DE TELEVISIN. 1.2: LA SEAL DE TELEVISIN. 1.3: LA TELEVISIN DIGITAL. PARTE II: TELEVISIN TERRESTRE. 2.1.- LA RECEPCIN DE TELEVISIN TERRESTRE ANALGICA. 2.2.- LA RECEPCIN DE TELEVISIN TERRESTRE DIGITAL. PARTE III: TELEVISIN POR SATLITE. 3.1.- CONOCIMIENTO GENERAL DE UN SATELITE. 3.2.- CARACTERISTICAS ENLACE SATLITE-ESTACIN TERRENA. 3.3.- CARACTERISTICAS DE LA SEAL DE TELEVISIN A TRAVES DE SATLITE. 3.4.- SISTEMAS DE SATLITES EN EL MUNDO. 3.5.- ESTACIN RECEPTORA. 3.6.- EQUIPO DE CABEZA. 3.7.- RED DE DISTRIBUCIN.

ndice general.

3.8.- SINTONIZADORES. 3.9.- SISTEMAS DE DISTRIBUCIN DE SEALES DE TV VA SATLITE. 3.10.- REALIZACIN DE INSTALACIONES. PARTE IV: LA TELEVISIN POR CABLE. 4.1.- SISTEMAS DE DISTRIBUCIN DE TELEVISIN POR CABLE. 4.2.- PARMETROS Y MAGNITUDES PRINCIPALES. 4.3.- TOPOLOGA DE LA RED. 4.5.- CONSIDERACIONES TCNICAS GENERALES. 4.6.- RED DE DISTRIBUCIN. 4.7.- CONECTORES. 4.8.- FIBRA PTICA. PARTE V: TELEFONA. 5.1.- TIPOS DE CABLES. 5.2.- EQUIPOS DE COMUNICACIN. 5.3.- EQUIPOS DE COMPROBACIN. 5.4.- PROTOCOLOS DE MEDIDAS. 5.5.- TELEFONA EN INTERIOR DE EDIFICIOS (ICT). 5.6.- EMPALME DE TELEFONA. 5.7.- TECNOLOGA LMDS. PARTE VI: CONTROL DE ACCESOS. 6.1.- CONTROL DE ACCESO. PARTE VII: REGLAMENTO TELECOMUNICACIONES. DE INFRAESTRUCTURAS COMUNES DE

7,.1.- REGLAMENTO DE INFRAESTRUCTURAS COMUNES DE TELECOMUNICACIONES. ANEXO: BIBLIOGRAFA.

ndice general.

TIPO B: INSTALACIONES DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES.

PARTE I: MULTIPLEXACIN. 1.1.- INTRODUCCIN. 1.2.- TCNICAS DE MULTIPLEXACIN. 1.3.- VENTAJAS DE LAS DISTINTAS TCNICAS. 1.4.- ESCENARIO DE UTILIZACIN. 1.5.- CARACTERIZACIN DE LOS EQUIPOS. 1.6.- REDUNDANCIA PARA UNA MAYOR FIABILIDAD. 1.7.- INTELIGENCIA DISTRIBUIDA Y CONTROL DE RED. 1.8.- ENCAMINAMIENTO INTELIGENTE. 1.9.- ASIGNACIN DINMICA DEL ANCHO DE BANDA. 1.10.- SEALIZACIN INTERNA DE LA RED. 1.11.- CAPACIDAD EN ACCESOS Y ENLACES. PARTE II: TRANSMISIN DE DATOS. 2.1.- CIRCUITO DE TRANSMISIN DE DATOS. 2.2.- UNIDADES DE MEDIDA. 2.3.- DPLEX Y SEMIDPLEX 2.4.- SINCRONIZACIN DE LA COMUNICACIN. 2.5.- NORMATIVA DEL CCITT. 2.6.- DETECCIN Y CORRECCIN DE ERRORES. 2.7.- PROGRAMAS DE TRANSFERENCIA DE FICHEROS. PARTE III: SISTEMAS DE TELECOMUNICACIN. 3.1.- SISTEMAS DE TELEFONA. LA RED TELEFNICA. 3.2.- SISTEMAS DE CONMUTACIN. 3.3.- SISTEMAS DE TRANSMISIN.

ndice general.

3.4.- COMUNICACIONES MVILES. 3.5.- SERVICIOS TELEFNICOS. 3.6.- LA RED DIGITAL DE SERVICIOS INTEGRADOS (RDSI).

PARTE IV: REDES. 4.1.- REDES DE DATOS DE REA LOCAL. PARTE V: MODEMS 5.1.- EL POR QU DEL MODEM. 5.2.- QU ES UN MODEM? 5.3.- COMPONENTES DE UN MODEM. 5.4.- NORMALIZACIN. 5.5.- PROTOCOLOS DE COMUNICACIN. 5.6.- MODEM EXTERNO O INTERNO. 5.7.- TCNICAS DE MODULACIN. 5.8.- TCNICAS BSICAS DE MODULACIN. 5.9.- VELOCIDAD DE MODULACIN. BAUDIO. 5.10.- TCNICAS AVANZADAS DE MODULACIN. 5.11.- COMPATIBILIDADES USA-EUROPA. 5.12.- MODEM BANDA BASE. 5.13.- LOS MODEMS A 56 Kbit/s. PARTE VI: CENTRALES PRIVADAS DE CONMUTACIN. 6.1.- INTRODUCCIN. 6.2.- GENERACIONES DE PABX. 6.3.- ESTRUCTURAS DE LAS PABX. 6.4.- SERVICIOS Y FACILIDADES DE LAS PABX. 6.5.- FUNDAMENTOS SOBRE LA TEORIA DEL TRFICO TELEFNICO.

ndice general.

ANEXO: BIBLIOGRAFIA. TIPO C: INSTALACIONES DE SISTEMAS AUDIOVISUALES.

PARTE I: SISTEMAS DE SONIDO. 1.1.- ACUSTICA. 1.2.- MICRFONOS. 1.3.- BAFLES, ALTAVOCES Y AURICULARES. 1.4.- SISTEMAS ANALGICOS DE AUDIO. 1.5.- SONORIZACIN. PARTE II: VDEO. 2.1.- LA SEAL DE VDEO. 2.2.- PANTALLAS PLANAS. 2.3.- MAGNETOSCOPIOS. 2.4.- VDEO DIGITAL. 2.5.- CMARAS DE VDEO. 2.6.- SISTEMAS INDUSTRIALES DE VDEO. 2.7.- SISTEMAS DE POST-PRODUCCIN. PARTE III: SISTEMAS MULTIMEDIA. 3.1.- MULTIMEDIA. 3.2.- EL ORDENADOR MULTIMEDIA. 3.3.- SOFTWARE MULTIMEDIA.

ANEXO: BIBLIOGRAFIA.ANEXOS: TEST DE EVALUACIN.

ndice general.

Captulo

1

Conceptos bsicos de electricidad.1.1.- QU ES LA ELECTRICIDAD? Las primeras observaciones sobre fenmenos elctricos se realizaron ya en la antigua Grecia, cuando el filsofo Tales de Mileto (640-546 a.C.) comprob que, al frotar barras de mbar contra pieles curtidas, se produca en ellas caractersticas de atraccin que antes no posean. Es el mismo experimento que ahora se puede hacer frotando una barra de plstico con un pao; acercndola luego a pequeos pedazos de papel, los atrae hacia s, como es caracterstico en los cuerpos electrizados. La experiencia ha demostrado la existencia de dos clases distintas de electricidad: a una se le llama positiva (+) y a la otra negativa (-). El exceso de electrones da lugar a cargas negativas, y su falta a cargas positivas. Los electrones son idnticos para todas las sustancias (los de cobre son iguales que los del vidrio o la madera), siendo estas, las partculas ms importantes de las que se compone la materia, ya que disponen de carga y movilidad para desplazarse por las sustancias. La diferencia entre dos materiales vendr dada, entre otras cosas, por la cantidad y movilidad de los electrones que la componen. A ttulo de curiosidad, comentar que la masa de un electrn es de: 0'0000000000000000000000000000009106 Kg. Los conceptos de carga y movilidad son esenciales en el estudio de la electricidad, ya que, sin ellos, no podra existir la corriente elctrica. En 1776 Charles Agustn de Coulomb (1736-1806) invent la balanza de torsin con la cual, midi con exactitud la fuerza entre las cargas elctricas y corrobor que dicha fuerza era proporcional al producto de las cargas individuales e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Por lo anteriormente expuesto, se puede afirmar que los electrones no se ven, pero podemos notar sus efectos: la electricidad. De igual manera, podemos afirmar que en cualquier clase de material, se dan efectos elctricos. Ahora bien, la materia es elctricamente neutra y, en consecuencia, es necesario aplicar una energa externa que origine el desplazamiento de algunos electrones, dando lugar a fenmenos elctricos. Por lo tanto, la electricidad se puede definir como una forma de energa originada por el movimiento ordenado de electrones. Otros tipos de energa son la mecnica, calorfica,solar,etc.

Conceptos generales.

1

1.2.- TEORA ATMICA La parte ms pequea de un material que an conserva sus propiedades fsicas, se denomina molcula. Son tan pequeas que slo se aprecian con la ayuda de potentes microscopios. Estas molculas pueden dividirse en los denominados tomos y estos en partculas an menores denominadas electrones, protones y neutrones.

Los protones y neutrones se encuentran inmviles en la zona interior, en el denominado ncleo del tomo, mientras los electrones orbitan alrededor del ncleo. Los electrones disponen de la misma carga elctrica que los protones, pero de signo contrario, siendo este equilibrio de cargas el que mantiene unidas las partculas que forman el tomo. Sin embargo, debido a la distancia que separa a los electrones del ncleo, y su movimiento orbital, es relativamente fcil romper este equilibrio. Aplicando energa desde el exterior podemos desprender electrones del tomo. Por ejemplo: Si en un tomo de Litio, la suma de cargas elctricas es nula. 3(+) + 3(-) = 0

Conceptos generales.

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Si, suponiendo que por frotamiento, conseguimos transmitirle la suficiente energa como para arrancarle un electrn, el equilibrio de cargas elctricas se pierde, ahora el tomo contiene 3 protones y 2 electrones. 3(+) + 2(-) = 1(+)

En este caso se dice que el tomo queda cargado positivamente (catin o in positivo). Del mismo modo si lo que se consigue es aadir un electrn al tomo, este quedara cargado negativamente (anin o in negativo).

3(+) + 4(-) = 1 (-) De esta manera, quitando o aadiendo electrones, se electriza el tomo y como consecuencia el material formado por infinidad de tomos.

La medida fsica que indica el exceso o defecto de electrones en un cuerpo se la denomina carga elctrica. Se mide en Culombios. Un Culombio es la Carga elctrica equivalente a 6.300.000.000.000.000.000 electrones.

Conceptos generales.

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1.3.- DEFINICIONES 1.3.1.- CIRCUITO ELCTRICO Un circuito elctrico est constituido por cualquier conjunto de elementos a travs de los cuales pueden circular cargas elctricas. Existir pues, un conjunto de dispositivos elctricos (por ejemplo fuentes, resistencias, inductancias, capacidades, transformadores, transistores, etc) interconectados entre s. Ejemplos de circuitos elctricos son: una red de distribucin de energa elctrica, un receptor de televisin, el circuito de encendido de un automvil, una estufa elctrica, etc. 1.3.2.- TEORA DE CIRCUITOS La teora de circuitos engloba los estudios, mtodos y teoremas que permiten el anlisis de las propiedades y el comportamiento de los circuitos y de los diversos elementos que los componen. 1.3.3.- SISTEMA DE UNIDADES Unidades SI. La unidad de intensidad de corriente en el Sistema Internacional de unidades es el amperio. La unidad de carga elctrica es el culombio, que es la cantidad de electricidad que pasa en un segundo por cualquier punto de un circuito por el que fluye una corriente de 1 amperio. El voltio es la unidad SI de diferencia de potencial y se define como la diferencia de potencial que existe entre dos puntos cuando es necesario realizar un trabajo de 1 julio para mover una carga de 1 culombio de un punto a otro. La unidad de potencia elctrica es el vatio, y representa la generacin o consumo de 1 julio de energa elctrica por segundo. Un kilovatio es igual a 1.000 vatios.

MAGNITUD Carga elctrica Corriente Potencial elctrico Potencia Energa Flujo magntico Enlaces de flujo Resistencia Conductancia Inductancia Capacidad Frecuencia Fuerza Densidad de flujo

UNIDAD Culombio Amperio Voltio Vatio Julio Weber Weber-vuelta Ohmio Siemens Henrio Faradio Hertzio Newton Tesla

ABREVIATURA C A V w J Wb Wb-vuelta S (mho) H F Hz N T

Conceptos generales.

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Las unidades tambin tienen las siguientes definiciones prcticas, empleadas para calibrar instrumentos: el amperio es la cantidad de electricidad que deposita 0,001118 gramos de plata por segundo en uno de los electrodos si se hace pasar a travs de una solucin de nitrato de plata el voltio es la fuerza electromotriz necesaria para producir una corriente de 1 amperio a travs de una resistencia de 1 ohmio, que a su vez se define como la resistencia elctrica de una columna de mercurio de 106,3 cm de altura y 1 mm2 de seccin transversal a una temperatura de 0 C. El voltio tambin se define a partir de una pila voltaica patrn, la denominada pila de Weston, con polos de amalgama de cadmio y sulfato de mercurio (I) y un electrlito de sulfato de cadmio. El voltio se define como 0,98203 veces el potencial de esta pila patrn a 20 C.

En todas las unidades elctricas prcticas se emplean los prefijos convencionales del sistema mtrico para indicar fracciones y mltiplos de las unidades bsicas. Por ejemplo, un microamperio es una millonsima de amperio, un milivoltio es una milsima de voltio y 1 megaohmio es un milln de ohmios. 1O 12 1O 9 1O 6 1O 3 1O 2 1O 1 1O -12 1O -9 1O -6 1O -3 1O -2 1O -1 T G M K H D p n m c d tera giga mega kilo Hecto Deca pico nano micro mili centi deci

1.4. CORRIENTE ELCTRICA ELCTRICA El sentido de desplazamiento de los electrones es siempre desde el material cargado negativamente, al cargado positivamente. Por lo tanto, el movimiento de carga elctrica se produce desde el cuerpo negativo al positivo. Este movimiento de electrones a travs del circuito es lo que se llama corriente elctrica (corriente de electrones).

Conceptos generales.

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Sin embargo, se dice que la corriente elctrica circula desde el cuerpo cargado positivamente al cargado negativamente ("el sentido de la corriente elctrica es contrario a la corriente de electrones"). Este hecho, en principio contradictorio, se debe a razones histricas: Las teoras bsicas que explican el funcionamiento de la electricidad, son anteriores al conocimiento de la existencia de los electrones. En todas estas teoras y estudios iniciales se tom, por convenio (acuerdo entre todos los cientficos), que ste era el sentido de circulacin de la corriente elctrica. Para crear y mantener la corriente elctrica (movimiento de electrones), deben darse dos condiciones indispensables: 1. Que haya una fuente de electrones o dispositivo para su generacin (generador), pila, batera, fotoclula, etc. 2. Que exista un camino, sin interrupcin, en el exterior del generador, por el cual, circulen los electrones. A este camino se le conoce como conductor. Adems de estas dos condiciones indispensables, en la mayora de los casos, existe un elemento llamado receptor, que es el que recibe los electrones y aprovecha la energa de su movimiento para conseguir el efecto deseado: luz, calor, etc. A todo este conjunto se le denomina circuito elctrico. Si los conductores permanecen unidos al generador y al receptor, se dice que es un circuito cerrado. Los electrones se desplazan por el circuito exterior desde el polo negativo del generador a su polo positivo, y dentro del generador, desde el positivo al negativo. Por lo contrario, cuando algn tramo del conductor se interrumpe, al no existir conexin entre el generador y el receptor, los electrones no pueden desplazarse por el circuito y, en consecuencia, no se establece la corriente elctrica. En este caso, se dice que es un circuito abierto. 1.5.- TIPOS DE CORRIENTE: ALTERNA Y CONTINUA La corriente alterna es la que producen los alternadores en las centrales elctricas. Es la forma ms comn de transportar la energa elctrica y de consumirla en nuestros hogares y en la industria en general. Dicha corriente se caracteriza porque el flujo de electrones se mueve por el conductor en un sentido y en otro, lo que significa que la corriente elctrica es variable. En la siguiente figura se representa una corriente alterna de tipo sinuosoidal.

Conceptos generales.

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El eje de tiempos est expresado en milisegundos. Tomando como ejemplo la c.a. Industrial la seal representada dibujara ese ciclo 50 veces por segundo para obtener los 50 Hertzios de funcionamiento, La corriente continua es la que proporcionan las bateras de acumuladores, pilas, dinamos y clulas fotovoltaicas. Dicha corriente se caracteriza porque los electrones que se mueven por el conductor lo hacen en el mismo sentido. En la siguiente figura se representa una corriente continua.

Se puede observar en la corriente representado que es constante con el tiempo, produciendo siempre 1 Amperio. 1.6.- PERODO, FRECUENCIA, AMPLITUD Y VALOR EFICAZ EN LA SEAL SENOIDE Estos parmetros definen de manera unvoca una seal. Las siguientes figuras ayudaran a explicar en mayor detalle su significado:

Onda ATa TA

Onda BTb TB

Periodo Ta y Tb son el periodo de la seal. Su magnitud es segundos, es el tiempo que tarda la seal en completar un periodo. Por lo tanto, esta magnitud tiene sentido con seales peridicas; es decir, se repiten. Por ejemplo: un periodo de 20 milisegundos. Frecuencia La frecuencia es una magnitud que da idea del nmero de ciclos que repite una seal por

Conceptos generales.

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unidad de tiempo. La unidad en que est expresado en es Hertzios. Su valor es precisamente la inversa del periodo. Por ejemplo, y siguiendo con el caso anterior, para una seal con periodo de 20 milisegundos, su frecuencia es justamente 1/20 msg; 50 Hz. Amplitud Esta magnitud se define como el margen de variacin de la seal, entre mximo y mnimo. Dicha variacin puede estar expresada en voltios, amperios, o en la magnitud conveniente que defina la seal de estudio. Valor eficaz La definicin de valor eficaz lo da la siguiente frmula matemtica. Este valor es el que expresan los aparatos de medida como el polmetro cuando se miden magnitudes alternas, y no se debe confundir nunca con el valor medio de una seal. La definicin matemtica es la siguiente.

Vef =

1 V 2 (t ) d t T 0

T

Que en el caso de una seal sinusoidal quedara como:

Vef =

Vmax 2

1.7.- RESISTENCIA ,CAPACIDAD E INDUCTANCIA Todos los componentes de un circuito elctrico exhiben en mayor o menor medida una cierta resistencia, capacidad e inductancia. La unidad de resistencia comunmente usada es el ohmio, que es la resistencia de un conductor en el que una diferencia de potencial de 1 voltio produce una corriente de 1 amperio. La capacidad de un condensador se mide en faradios: un condensador de 1 faradio tiene una diferencia de potencial entre sus placas de 1 voltio cuando stas presentan una carga de 1 culombio. La unidad de inductancia es el henrio. Una bobina tiene una autoinductancia de 1 henrio cuando un cambio de 1 amperio / segundo en la corriente elctrica que fluye a travs de ella provoca una fuerza electromotriz opuesta de 1 voltio. Un transformador, o dos circuitos cualesquiera magnticamente acoplados, tienen una inductancia mutua de 1 henrio cuando un cambio de 1 amperio por segundo en la corriente del circuito primario induce una tensin de 1 voltio en el circuito secundario.

Conceptos generales.

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1.7.1. LEY DE OHM La diferencia de potencial entre los extremos de una resistencia es directamente proporcional a la intensidad de corriente que la atraviesa.R

a I

b

R=

Va Vb I

1.7.2.- CIRCUITO CON INDUCTANCIA PURA Se muestra un circuito de corriente alterna con una inductancia pura l (sin resistencia).

Conceptos generales.

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La diferencia de potencial v inducida entre los terminales de la inductancia viene dada por:

VL = L

dI dt

Aplicando ohm y operando, llegamos a la relacin:

V = LI sen( wt + ) 2La corriente i y el voltaje v estn, pues, desfasados 90, alcanzando el voltaje un valor mximo en el instante que la corriente es cero y empieza a crecer. por tanto, una inductancia pura hace que la corriente se retrase 90 respecto al voltaje aplicado. como veremos ms adelante, si el circuito posee adems una resistencia, la corriente est retrasada un ngulo inferior a 90, el cul depende de los valores de l, w y r.

De la ltima ecuacin resulta que el valor mximo de la tensin es:

V = LI wY, por tanto,

I=

V wL

donde w es la velocidad angular del movimiento de la seal, w est relacionado con la frecuencia de oscilacin, segn la relacin:

w = 2fsiendo f la frecuencia de pulsacin de la seal (la frecuencia de la red elctrica espaola es de 50 hz). el producto w l juega el papel de una resistencia que limita la corriente en el circuito. se denomina reactancia inductiva, Xl:

X L = wL = 2fLy se mide en ohmios, si l se expresa en henrios y f en ciclos por segundo (hercios). como xl crece con la frecuencia, la intensidad de la corriente disminuye a medida que crece la frecuencia.

Conceptos generales.

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La reactancia inductiva no slo depende de la bobina, sino del valor de la frecuencia de la seal. obsrvese que cuanto menor es la frecuencia, menor ser xl, y por tanto, mayor es el valor de la intensidad. si se tratara de una corriente continua, en la cual se puede considerar que la f = 0, xl = 0, y su comportamiento sera el de un cortocircuito, y, por tanto, i = . en cambio, para una corriente alterna de alta frecuencia, la resistencia inductiva es prcticamente nula, y el comportamiento de la bobina es como un circuito abierto. 1.7.3.- CIRCUITO CAPACIDAD PURA Cuando un generador de corriente continua se conecta a las armaduras de un condensador de capacidad c, por el circuito slo circula la corriente un instante; es decir, el tiempo justo para que la diferencia de potencial creada entre las armaduras del condensador compense la fuerza electromotriz del generador. en cambio, cuando se conecta un fuente de tensin variable alterna, las armaduras del condensador se cargarn y descargarn sucesivamente, y en el circuito existir una corriente alterna permanente. Esta corriente viene dada por:

I=donde , q c

dq C dV = dt dt

es la carga adquirida por el condensador, q = c v es la capacidad del condensador, expresada en faradios.

Si consideramos un circuito con una capacidad pura:, resulta finalmente:

V=donde: Valor mximo de tensin alterna:

I sen ( wt ) C w 2

Vmax =

I C w

Si observamos la ecuacin anterior, concluimos que corriente y voltaje estn desfasados un ngulo de -/2 (-90), es decir, la intensidad de la corriente adelanta a la tensin en /2.

Conceptos generales.

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Cuando la tensin es cero, la intensidad pasar por su valor mximo. adems si obtenemos el valor de la intensidad:

I=

V 1 / C w

la ecuacin obtenida nos indica que en un circuito con un condensador de capacidad c, el cociente 1/c w juega el papel de una resistencia llamada reactancia capacitiva, xc. teniendo en cuenta que w = 2f, ser:

Xc =

1 2 f C

La reactancia capacitiva no slo depende del condensador, sino del valor de la frecuencia de la seal. obsrvese que cuanto menor es la frecuencia, mayor ser xc, y por tanto, menor es el valor de la intensidad. si se tratara de una corriente continua, en la cual se puede considerar que la f = 0, xc = , y su comportamiento sera el de un circuito abierto, y, por tanto, i = 0. en cambio, para una corriente alterna de alta frecuencia, la resistencia capacitiva es prcticamente nula, y el comportamiento del condensador es como un cortocircuito.

1.7.4.- CIRCUITO CON RESISTENCIA, CAPACIDAD E INDUCTANCIA EN SERIE (CIRCUITO RLC) Consideremos ahora el caso general en que una resistencia r, una inductancia l y un condensador de capacidad c estn en serie con un generador de corriente alterna, tal y como se indica a continuacin:

en este caso la diferencia de potencial instantnea entre los terminales a y b del generador es igual a la suma (algebraica) de las diferencias de potencial (ddp) instantneas, a travs de los tres componentes r, l y C, V = VR+VL+VC. si suponemos que I = Imax sen (wt), estas ddp sern:

Conceptos generales.

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COMPONENT CADA DE POTENCIAL E

AMPLITUD VOLTAJE

DE FASE RESPECTO DE I 0, estn en fase

Resistencia, r Bobina, l

VR = I max Rsen ( wt )

I max R

I wL = I max X L VL = I max wLsen ( wt + ) max + 2 2 VC = I max sen ( wt ) wC 2 I max = I max X c wC 2

Condensador,c

en donde, xl es la reactancia inductiva y xc la reactancia capacitiva.

En la siguiente figura se ilustra el diagrama vectorial con las amplitudes de los voltajes.

Sobre el eje de las y est representado el valor mximo de la corriente imax = io, y el voltaje vr est en fase con la intensidad. la cada de voltaje mxima a travs de la inductancia est adelantada 90 respecto de la corriente y, por tanto, representada sobre la direccin positiva del eje de las x. en cambio, la cada mxima de voltaje a travs de la capacitancia est retrasada 90 de la intensidad y, por tanto, est en la direccin negativa del eje x.

El diagrama corresponde al instante t = 0 y los valores instantneos dan como resultado de intensidad de corriente:

I max =

Vmax R + (X L Xc )2 2

=

Vmax Z

Conceptos generales.

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La magnitud

Z = R2 + ( X L X C )2es la impedancia del circuito. como puede verse est compuesta de resistencia hmica R, reactancia inductiva Xl y reactancia capacitiva Xc. en un circuito de c.a. el papel de Z es equivalente al de una resistencia en un circuito de c.c. Cuando Xl > Xc, el ngulo de desfase entre tensin e intensidad de corriente () es positivo, y se dice que el circuito es inductivo: la corriente se retrasa respecto al voltaje en el ngulo . Si Xl < Xc, es negativo y el circuito se llama capacitivo: la corriente adelanta al voltaje en el ngulo . trigonomtricamente se puede deducir el est relacionado con las impedancias de forma que:

cos =

R Z

en la figura anterior, donde se representa el diagrama vectorial de V I, se ha supuesto que Xl > Xc (circuito inductivo) y el ngulo de desfase es positivo, es decir pertenece al primer cuadrante. si fuera Xl < xc (circuito capacitivo), el ngulo de desfase sera negativo y pertenecera al cuarto cuadrante.

1.8. ESTUDIO FORMAL DE LAS SEALES ELCTRICAS Podemos abordar el estudio de una seal desde dos puntos de vista distintos: desde el dominio del tiempo y desde el dominio de la frecuencia.1.8.1.- CONCEPTOS EN EL DOMINIO DEL TIEMPO 1.8.1.-

Desde este punto de vista podemos plantearnos si la funcin f(t) es: Continua: Cuando la seal existe en todo el rango de tiempo. Discontinua: Cuando existen discontinuidades o saltos en la funcin, es decir, no se verifica la expresin anterior. Discreta: La funcin toma un conjunto finito de valores. Un ejemplo de esto es una seal digital. Analgica: La funcin puede tomar un conjunto infinito de valores.

Asimismo, podemos plantearnos si la seal es peridica, es decir si la funcin toma el mismo valor cada un cierto tiempo T, al que denominaremos periodo. Podemos decir que una seal peridica es aquella que cumple que:

Conceptos generales.

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f(t) = f(t + T)

Un ejemplo de funcin peridica ser la siguiente: f(t) = A cos( t + )De una funcin peridica podemos distinguir los siguientes parmetros:

Amplitud: Mximo valor que puede adoptar la seal peridica... Frecuencia: Nmero de ciclos por segundo o hertzios. Se calcula como la inversa del periodo. Se representa por f. Fase: Diferencia en el valor de paso por cero de la funcin. Sirve para distinguir seales que aunque tienen la misma frecuencia y amplitud no son iguales. Esta diferencia se refleja en la siguiente grfica.

1.8.2.- CONCEPTOS EN EL DOMINIO DE LA FRECUENCIA 1.8.2.FRECUENCIA

La seal que se transmite suele representarse como una funcin del tiempo, pero tambin puede expresarse en funcin de la frecuencia. Generalmente est constituida por varias componentes frecuenciales, lo que hace su anlisis menos intuitivo. A efectos de transmisin de datos suele resultar ms til el anlisis frecuencial de la seal que el temporal.

Conceptos generales.

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a) sen 2 ft

b) 1/3 sen 3(2 f)t

c) 1/5 sen 5(2 f)t

d) sen 2 ft + 1/3 sen 3(2 f)t + 1/5 sen 5(2 f)t

Por ejemplo, la seal s(t) .s(t) = sin 2ft + 1/3 sin 3(2ft) + 1/5 sin 5(2ft)

presenta tres componentes sinusoidales de frecuencias f, 3f, 5f, que pueden verse en la siguiente figura.s(f) 1

1/3 1/5 f 1f 3f 5f

Representacin en el domino de la frecuencia

Puede demostrarse (por medio del anlisis de Fourier), que cualquier seal peridica puede descomponerse en una o ms componentes, siendo cada componente una sinusoide.

Conceptos generales.

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El espectro de una seal es el rango de frecuencias que contiene. En la figura, el espectro se extiende desde f hasta 5f. El ancho de banda absoluto es la anchura del espectro, que el caso anterior es de 4f. Muchas seales poseen un ancho de bando absoluto infinito, lo que en principio dificultara su transmisin, ya que los medios de transmisin de comportan como filtros, dejando pasar nicamente una banda de frecuencias y eliminando las restantes lo que da lugar a que se modifique la forma de onda de la seal. Sin embargo, la mayor parte de la energa de la seal suele concentrarse en una pocas frecuencias que se conocen cono ancho de banda efectivo de la seal, o simplemente como ancho de banda.1.8.3.- SEALES ANALGICAS Y SEALES DIGITALES 1.8.3.-

Una seal analgica representa un onda electromagntica que vara de forma continua. Dependiendo de su espectro, las seales analgicas pueden transmitirse por una amplia variedad de medios, por ejemplo, cables como el coaxial, la fibra ptica y medios de propagacin espacial o atmosfrica. Una seal digital es una secuencia de pulsos de voltaje que pueden transmitirse por medio de un cable; por ejemplo, un nivel de voltaje positivo constante puede representar el uno binario y un nivel de voltaje negativo puede representar el cero binario. 1.9.- PRDIDAS DE SEAL, ATENUACIN Y GANANCIA La transmisin de una seal supone el paso de la misma a travs de una determinado medio, por ejemplo: un cable, el aire, etc. Debido a diferentes fenmenos fsicos, la seal que llega al receptor difiere de la emitida por el transmisor. Vamos a estudiar a continuacin una serie de efectos que contribuyen a modificar la seal que se transmite. Si la suma de todos los efectos no produce una gran diferencia entre ambas seales, conseguiremos una transmisin libre de errores. Por el contrario, cuando la seal recibida difiera en exceso de la seal transmitida el receptor puede interpretar incorrectamente la informacin y decimos entonces que se produce un error de transmisin. Evidentemente no todas las seales sufren los mismos efectos al atravesar los distintos medios de transmisin, luego cuando sea posible, escogeremos el tipo de seales y medios que conduzcan a las mejores condiciones de transmisin. Veamos ahora algunos de estos problemas de la transmisin.

La atenuacinConsiste en el debilitamiento o prdida de amplitud de la seal recibida frente a la transmitida. Por ejemplo, sabemos que cualquier sonido se percibe con menor intensidad cuando ms alejados nos encontramos de la fuente que lo origina. Efectivamente, la atenuacin tiene un efecto proporcional a la distancia. A partir de una determinada distancia, la seal recibida es tan dbil que no se puede reconocer mensaje alguno. Para paliar el efecto de la atenuacin se pueden incorporar en el camino de la seal unos dispositivos activos, cuya funcin es amplificar la seal en la misma medida en

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que acaba de ser atenuada por el medio, de esta forma se consigue recuperar la seal para que pueda alcanzar ms distancia. Segn el tipo de seal, analgica o digital, estos dispositivos tienen un comportamiento distinto y tambin diferente nombre. Para el caso de seales digitales hablamos de dispositivos repetidores, que son capaces de restaurar la misma seal original. Para las seales analgicas se denominan amplificadores y estos elementos no permiten recuperar la seal original, debido al efecto del ruido que no se puede aislar de las seales analgicas pero s de las digitales. Debido a la imposibilidad de supresin del ruido en el caso de las seales analgicas aparece la limitacin del nmero mximo de amplificadores que pueden ser conectados en una lnea de transmisin y con ello se limita la distancia mxima de este tipo de transmisiones.

Distorsin por atenuacinHasta ahora hemos supuesto que la atenuacin afecta por igual a todas las seales.. sin embargo, la atenuacin es funcin, adems de la distancia, de la frecuencia de las seales que se propagan. Las de mayores frecuencias sufren una mayor atenuacin. Este fenmeno produce, en las seales con diferentes componentes frecuenciales, una atenuacin distinta para cada componente de frecuencia, lo que origina que la seal recibida tenga una forma diferente de la transmitida, amen de una menor amplitud. Como la seal recibida se ha deformado con respecto a la transmitida decimos que se ha distorsionado. Para compensar esta diferente atenuacin a distintas frecuencias, los amplificadores pueden incorporar una etapa denominada ecualizador.

El retardo de grupoOtro de los problemas de la transmisin es el retardo. Sabemos que todas las seales se propagan a una cierta velocidad, que depende del medio y de la naturaleza de la seal. Por ejemplo: el sonido se propaga en el aire aproximadamente a 340 m/s, la luz a 3000.000 km/s, etc. Luego todas las seales van a tardar un cierto tiempo en recorrer la distancia que separa al emisor del receptor. Adems, si en el camino la seal atraviesa determinados circuitos electrnicos, pticos, o de cualquier otra naturaleza, estos pueden aadir un retardo adicional. Por ejemplo: una puerta lgica introduce un retardo del orden de 15ns entre su entrada y su salida. De igual forma que suceda con la atenuacin, el retardo tampoco es una funcin constante con la frecuencia y las diferentes componentes de una seal sufren distintos retardos. Por ejemplo: para una seal limitada en ancho de banda la velocidad tiende a ser ms alta en la frecuencia central y decrece en los lmites de la banda de frecuencias. Esto trae como consecuencia que en un instante dado las componentes frecuenciales que llegan al receptor no son las mismas que unos instantes antes envi el emisor, por lo tanto, la seal recibida tendr una forma distinta de la emitida, de nuevo hablamos de distorsin. A la distorsin producida por el retardo, se la denomina distorsin por retardo.

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Este fenmeno carece de trascendencia en las transmisiones de voz, ya que el odo humano no es sensible a las diferencias de retardo. Sin embargo, tiene efectos importantes en la transmisin de datos digitales, especialmente a alta velocidad.

La diafonaLa diafona (crosstalk) Es un fenmeno que todos hemos experimentado en las comunicaciones telefnicas. Consiste en la interferencia de un canal (o cable) prximo con el nuestro, esto produce una seal que es la suma de la seal transmitida y otra seal externa atenuada que aparece de fondo. En una conversacin telefnica esto se observa como una segunda conversacin que se oye de fondo mezclada con la nuestra. El motivo de este fenmeno es la influencia mutua entre dos canales de transmisin prximos en frecuencia o que comparten el mismo tendido de cables.

El ruido impulsivoOtra fuente de problemas en la transmisin es el denominado ruido impulsivo. Consiste en pulsos irregulares de corta duracin y relativamente gran amplitud, que son provocados por inducciones, como consecuencia de conmutaciones electromagnticas. Este tipo de ruido es debido a causas variadas externas al medio de transmisin. Podemos asociarlo a las interferencias en un receptor de radio cuando se aproxima una motocicleta, o tambin al encendido de determinados aparatos en un domicilio (por ejemplo: una lavadora o nevera). Existen infinidad de dispositivos cuyo encendido o apagado genera un impulso de radio frecuencia capaz de influir a canales de comunicacin prximos. El ruido impulsivo es tpicamente aleatorio, es decir, se produce de manera inesperada y no suele ser repetitivo.

El ruido trmicoEst presente en todos los dispositivos electrnicos y medios de transmisin y debido a la agitacin de los electrones en un conductor. Es proporcional a temperatura y se encuentra distribuido uniformemente en todo el espectro frecuencias. Habitualmente el efecto del ruido trmico es despreciable, excepto aquellos casos en los que se trabaja con seales muy dbiles. es la de en

1.10.- NIVEL DE RUIDO EN UNA LINEA DE TRANSMISIN Como ya hemos visto, diferentes circunstancias producen ruido en la transmisin de las seales. Si la amplitud del ruido es mucho menor que la de la seal transmitida el receptor puede interpretar la informacin sin errores, pero si el nivel de ruido aumenta la seal recibida resultar ininteligible, o al menos se producir un nmero importante de errores.

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Para poder determinar cuantitativamente esta importancia del nivel de ruido en un medio transmisin se podra manejar el cociente entre el nivel medio de las seales y el ruido. Sin embargo, esta medida tendra un rango de variacin muy elevado debido a las grandes diferencias que podemos encontrar entre unos medios y otros. Resultar ms conveniente emplear unidades que no supongan el empleo de grandes magnitudes. Adems, la potencia de la seal que se transmite disminuye de forma logartmica, lo que hace que las prdidas puedan ser expresadas fcilmente en trminos de una unidad logartmica. Por estas razones, la unidad empleada para expresar relaciones de potencia entre dos seales es el decibelio, que se calcula segn la siguiente expresin:(S/N)dB = 10 log10 (potencia_seal/potencia_ruido)

As, por ejemplo, una relacin seal ruido de 30dB, es una relacin 1000:1. Es decir, la potencia de la seal es mil veces superior a la del ruido.

1.11. APARATOS DE MEDIDA 1.11.1.- MECANISMOS BSICOS DE LOS MEDIDORES Por su propia naturaleza, los valores elctricos no pueden medirse por observacin directa. Por ello se utiliza alguna propiedad de la electricidad para producir una fuerza fsica susceptible de ser detectada y medida. Por ejemplo, en el galvanmetro, el instrumento de medida inventado hace ms tiempo, la fuerza que se produce entre un campo magntico y una bobina inclinada por la que pasa una corriente produce una desviacin de la bobina. Dado que la desviacin es proporcional a la intensidad de la corriente se utiliza una escala calibrada para medir la corriente elctrica. La accin electromagntica entre corrientes, la fuerza entre cargas elctricas y el calentamiento causado por una resistencia conductora son algunos de los mtodos utilizados para obtener mediciones elctricas analgicas.

1.11.2.- CALIBRACIN DE LOS MEDIDORES Para garantizar la uniformidad y la precisin de las medidas los medidores elctricos se calibran conforme a los patrones de medida aceptados para una determinada unidad elctrica, como el ohmio, el amperio, el voltio o el vatio. Patrones principales y medidas absolutas Los patrones principales del ohmio y el amperio de basan en definiciones de estas unidades aceptadas en el mbito internacional y basadas en la masa, el tamao del conductor y el tiempo. Las tcnicas de medicin que utilizan estas

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unidades bsicas son precisas y reproducibles. Por ejemplo, las medidas absolutas de amperios implican la utilizacin de una especie de balanza que mide la fuerza que se produce entre un conjunto de bobinas fijas y una bobina mvil. Estas mediciones absolutas de intensidad de corriente y diferencia de potencial tienen su aplicacin principal en el laboratorio, mientras que en la mayora de los casos se utilizan medidas relativas. Todos los medidores que se describen en los prrafos siguientes permiten hacer lecturas relativas. 1.11.3.- MEDIDORES DE CORRIENTE Galvanmetros Los galvanmetros son los instrumentos principales en la deteccin y medicin de la corriente. Se basan en las interacciones entre una corriente elctrica y un imn. El mecanismo del galvanmetro est diseado de forma que un imn permanente o un electroimn produce un campo magntico, lo que genera una fuerza cuando hay un flujo de corriente en una bobina cercana al imn. El elemento mvil puede ser el imn o la bobina. La fuerza inclina el elemento mvil en un grado proporcional a la intensidad de la corriente. Este elemento mvil puede contar con un puntero o algn otro dispositivo que permita leer en un dial el grado de inclinacin. Slo puede pasar una cantidad pequea de corriente por el fino hilo de la bobina de un galvanmetro. Si hay que medir corrientes mayores, se acopla una derivacin de baja resistencia a los terminales del medidor. La mayora de la corriente pasa por la resistencia de la derivacin, pero la pequea cantidad que fluye por el medidor sigue siendo proporcional a la corriente total. Al utilizar esta proporcionalidad el galvanmetro se emplea para medir corrientes de varios cientos de amperios. Los galvanmetros tienen denominaciones distintas segn la magnitud de la corriente que pueden medir.

Microampermetros Un microampermetro est calibrado en millonsimas de amperio y un miliampermetro en milsimas de amperio. Los galvanmetros convencionales no pueden utilizarse para medir corrientes alternas, porque las oscilaciones de la corriente produciran una inclinacin en las dos direcciones.

Medidores de termopar Para medir corrientes alternas de alta frecuencia se utilizan medidores que dependen del efecto calorfico de la corriente. En los medidores de termopar se hace pasar la corriente por un hilo fino que calienta la unin de termopar. La electricidad generada por el

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termopar se mide con un galvanmetro convencional. En los medidores de hilo incandescente la corriente pasa por un hilo fino que se calienta y se estira. El hilo est unido mecnicamente a un puntero mvil que se desplaza por una escala calibrada con valores de corriente. 1.11.4.- MEDICIN DE VOLTAJE El instrumento ms utilizado para medir la diferencia de potencial (el voltaje) es un galvanmetro que cuenta con una gran resistencia unida a la bobina. Cuando se conecta un medidor de este tipo a una batera o a dos puntos de un circuito elctrico con diferentes potenciales pasa una cantidad reducida de corriente (limitada por la resistencia en serie) a travs del medidor. La corriente es proporcional al voltaje, que puede medirse si el galvanmetro se calibra para ello. Cuando se usa el tipo adecuado de resistencias en serie un galvanmetro sirve para medir niveles muy distintos de voltajes. El instrumento ms preciso para medir el voltaje, la resistencia o la corriente continua es el potencimetro, que indica una fuerza electromotriz no valorada al compararla con un valor conocido. Para medir voltajes de corriente alterna se utilizan medidores de alterna con alta resistencia interior, o medidores similares con una fuerte resistencia en serie. Los dems mtodos de medicin del voltaje utilizan tubos de vaco y circuitos electrnicos y resultan muy tiles para hacer mediciones a altas frecuencias. Un dispositivo de este tipo es el voltmetro de tubo de vaco. En la forma ms simple de este tipo de voltmetro se rectifica una corriente alterna en un tubo de diodo y se mide lacorriente rectificada con un galvanmetro convencional. Otros voltmetros de este tipo utilizan las caractersticas amplificadoras de los tubos de vaco para medir voltajes muy bajos. El osciloscopio de rayos catdicos se usa tambin para hacer mediciones de voltaje, ya que la inclinacin del haz de electrones es proporcional al voltaje aplicado a las placas o electrodos del tubo.

1.11.5.- OTROS TIPOS DE MEDICIONES Puente de Wheatstone Las mediciones ms precisas de la resistencia se obtienen con un circuito llamado puente de Wheatstone, en honor del fsico britnico Charles Wheatstone. Este circuito consiste en tres resistencias conocidas y una resistencia desconocida, conectadas entre s en forma de diamante. Se aplica una corriente continua a travs de dos puntos opuestos del diamante y se conecta un galvanmetro a los otros dos puntos. Cuando todas las resistencias se nivelan, las corrientes que fluyen por los dos brazos del circuito se igualan, lo que elimina el flujo de corriente por el galvanmetro. Variando el valor de una de las resistencias conocidas, el puente puede ajustarse a cualquier valor de la resistencia desconocida, que se calcula a partir los valores de las otras resistencias. Se utilizan puentes de este tipo para medir la inductancia y la capacitancia de los componentes de circuitos. Para ello se sustituyen las resistencias por inductancias y capacitancias conocidas. Los puentes de este tipo suelen denominarse puentes de corriente alterna, porque se utilizan fuentes de corriente alterna en lugar de corriente continua. A menudo los puentes se nivelan con un timbre en lugar de un galvanmetro, que cuando el puente no est nivelado, emite un sonido que corresponde a la frecuencia de la fuente de corriente alterna; cuando se ha nivelado no se escucha ningn tono.

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Vatmetros La potencia consumida por cualquiera de las partes de un circuito se mide con un vatmetro, un instrumento parecido al electrodinammetro. El vatmetro tiene su bobina fija dispuesta de forma que toda la corriente del circuito la atraviese, mientras que la bobina mvil se conecta en serie con una resistencia grande y slo deja pasar una parte proporcional del voltaje de la fuente. La inclinacin resultante de la bobina mvil depende tanto de la corriente como del voltaje y puede calibrarse directamente en vatios, ya que la potencia es el producto del voltaje y la corriente. La mayora de ellos son de tipo electrodinmico. La bobina fija es el circuito amperimtrico, se conecta, pues, en serie con el elemento y la bobina mvil o circuito voltimtrico, en paralelo. Segn normal DIN, se debe conectar el voltimtrico delante del amperimtrico. El vatmetro ideal sera aquel en el que su circuito amperimtrico fuese un cortocircuito y el voltimtrico un circuito abierto.

Esquema elctrico de un vatmetro.

Cte. de lectura =

Tensin Intensidad (mximas elegidas ) N total de divisiones

Normalmente, el aparato posee cuatro bornes, dos para el circuito voltimtrico (0-xV) y dos para el amperimtrico (0 yA). La constante de lectura, si el cuadrante est graduado en 100 partes es:

xy 100Contadores de servicio El medidor de vatios por hora, tambin llamado contador de servicio, es un dispositivo que mide la energa total consumida en un circuito elctrico domstico. Es parecido al vatmetro, pero se diferencia de ste en que la bobina mvil se reemplaza por un rotor. El rotor, controlado por un regulador magntico, gira a una velocidad proporcional a la

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cantidad de potencia consumida. El eje del rotor est conectado con engranajes a un conjunto de indicadores que registran el consumo total.

1.11.6.- SENSIBILIDAD DE LOS INSTRUMENTOS La sensibilidad de un instrumento se determina por la intensidad de corriente necesaria para producir una desviacin completa de la aguja indicadora a travs de la escala. El grado de sensibilidad se expresa de dos maneras, segn se trate de un ampermetro o de un voltmetro. En el primer caso, la sensibilidad del instrumento se indica por el nmero de amperios, miliamperios o microamperios que deben fluir por la bobina para producir una desviacin completa. As, un instrumento que tiene una sensibilidad de 1 miliamperio, requiere un miliamperio para producir dicha desviacin, etctera. En el caso de un voltmetro, la sensibilidad se expresa de acuerdo con el nmero de ohmios por voltio, es decir, la resistencia del instrumento. Para que un voltmetro sea preciso, debe tomar una corriente insignificante del circuito y esto se obtiene mediante alta resitencia. El nmero de ohmios por voltio de un voltmetro se obtiene dividiendo la resistencia total del instrumento entre el voltaje mximo que puede medirse. Por ejemplo, un instrumento con una resistencia interna de 300000 ohmios y una escala para un mximo de 300 voltios, tendr una sensibilidad de 1000 ohmios por voltio. Para trabajo general, los voltmetros deben tener cuando menos 1000 ohmios por voltio.

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Bibliografa conceptos bsicos.

Apuntes de la universidad Carlos III, prcticas de circuitos elctricos. Fsica y Qumica, Ed. Anaya, 3 BUP.

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Capitulo

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Propagacin de la seal de televisin1.1.- INTRODUCCIN 1.1.1.1.1.- ONDAS Una onda es una form3a de propagacin de una perturbacin en un medio, acompaada de una transmisin de energa, pero no de materia. Sus caractersticas principales son las siguientes: A f T amplitud de la onda frecuencia de la onda longitud de onda velocidad de transmisin periodo f=1/T = /T = f

A

tiempo T Fig.1: forma de onda caracterstica

1.1.2.- LONGITUD DE ONDA 1.1.2.Se puede definir longitud de onda como la mnima distancia entre dos puntos de una onda que estn en fase. Tambin se puede entender como la distancia entre dos mximos o mnimos consecutivos. Su smbolo es y est relacionada con otros dos parmetros de las ondas como son la velocidad de transmisin de la onda y la frecuencia de la misma f de acuerdo con la siguiente expresin: = /f

Tipo A: Parte I: Conceptos Bsicos.

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1.1.3.- FRECUENCIA La frecuencia es el nmero de veces que se repite una onda o seal durante la unidad de tiempo. Depende del periodo de la seal (tiempo que la seal comienza a repetirse de nuevo) segn la siguiente expresin: f = 1/T

Observando la anterior relacin, puede deducirse que cuanto mayor sea la frecuencia, menor ser el tiempo en que la seal vuelva a repetirse; este aspecto puede apreciarse de una forma ms intuitiva en el ejemplo grfico mostrado en la figura n 2, en donde se muestran dos ondas con la misma amplitud, pero, sin embargo, la frecuencia de la onda A es menor que la de la B y, por tanto, TB > TA.

Onda ATA

Onda BTB

Fig.2: fA > fB

1.1.4.- ONDAS ELECTROMAGNTICAS Podemos definir una onda electromagntica como una perturbacin de energa que se propaga en un medio, y que posee dos componentes fundamentales que van a ser perpendiculares en todo momento: el campo elctrico y el campo magntico. Fig. 3.Campo elctrico 90

Campo magntico

Fig.3: Onda electromagntica

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1.1.5.- IMPEDANCIA De un modo sencillo, diremos que la impedancia es la resistencia que presenta un circuito al paso de una corriente elctrica variable. Si la definimos de un modo ms ortodoxo, diremos que es la relacin entre la excitacin alterna aplicada a un sistema y la respuesta del mismo. Su expresin es la siguiente: Z = R + jX

Donde R es la parte real y X es la imaginaria. La parte imaginaria se puede descomponer a su vez en inductiva (XL) y capacitiva (XC), teniendo en cuenta que existe la siguiente relacin entre ambas: X = XL + XC

1.2.- GANANCIA Y ATENUACIN 1.2.Cuando una seal, representada por una tensin, una corriente o una potencia es aplicada a la entrada de un sistema de amplificacin o de transmisin, se obtiene a la salida del mismo una seal que generalmente es de la misma forma que a la entrada. Si por ejemplo hablamos de ganancia en tensin, esta ser la relacin entre la tensin a la entrada y la tensin a la salida: Gv = Vs / Ve

Si Gv = 1, no hay amplificacin propiamente dicha, pues Ve = Vs Si Gv > 1, hay amplificacin Si Gv < 1, hay prdida de seal y por lo tanto estamos ante una Atenuacin En los tres casos la seal es transmitida; por consiguiente, hay transmisin, cualquiera que sea el nivel de seal a la salida. Si Gv = 0 (esto es Vs = 0), la ganancia es nula y, por consiguiente, no hay transmisin. La ganancia se puede expresar en decibelios, segn la siguiente expresin: G = 20 log (Ssalida / Sentrada)

1.3.- FUNDAMENTOS BSICOS DE TRANSMISIN POR RADIOFRECUENCIA 1.3.1.3.1.-ONDAS ESTACIONARIAS 1.3.1.Una onda estacionaria resulta del encuentro de dos trenes de onda de la misma amplitud y longitud de onda, que se propagan en la misma direccin, pero en sentidos contrarios.

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Un requisito muy importante en cualquier instalacin de RF es la correcta adaptacin entre generador (antena) y el medio de transporte de energa y entre medio de transporte y carga. Si no se cumple esta adaptacin puede darse la presencia de ondas estacionarias, las cuales pueden dar lugar a halos, contornos y dobles imgenes. El valor de la impedancia de los cables coaxiales y, por consiguiente, todos los elementos en juego, activos y pasivos en las instalaciones centralizadas de televisin, ha sido normalizado prcticamente de modo universal a 75. Por tanto, para obtener la mxima transferencia de energa de un circuito a otro es preciso que la impedancia de los circuitos sea lo ms parecida posible a la del cable. Supongamos ZO la impedancia del cable, Z la impedancia de la fuente y Z1 la impedancia de la carga. Para una correcta adaptacin ha de cumplirse Z = ZO = Z1. De no cumplirse esta relacin, la combinacin de ondas reflejadas con las directas, crea en el cable las ondas estacionarias de valores mximos (Vmax) y mnimos (Vmin) de tensin. La relacin Vmax/Vmin recibe el nombre de Relacin de Ondas Estacionarias (R.O.E.). El caso ideal sera (Vmax/Vmin) = 1 con lo cual la onda directa no sufrira reflexin alguna. En la prctica la R.O.E. oscila entre 2 y 3. Otro parmetro a tener en cuenta es el llamado coeficiente de reflexin que viene dado por la frmula: P = (V reflejada /V directa) = (R.O.E. -l / R.O.E. +1) Este parmetro expresado en decibelios se denomina prdida de retorno y se expresa por: RL = 20 log (p) Para limitar la desadaptacin, hemos de tener en cuenta los siguientes aspectos: Evitar codos muy cerrados en el cable coaxial. El radio de curvatura mnimo no debe ser inferior a 10 veces el dimetro del cable. Evitar machacar el cable, sobre todo si es de dielctrico esponjoso.

Puede decirse que la obtencin de una adaptacin general correcta a travs de toda la red de distribucin produce una buena definicin en la imagen de televisin. 1.3.2.- RELACIN SEAL / RUIDO 1.3.2.La relacin Seal - Ruido se puede considerar como la seal indeseada que se deriva de mltiples factores externos o internos respecto a la instalacin de antena, tales como perturbaciones electromagnticas o ruido trmico de los componentes de la instalacin. La relacin Seal / Ruido es el cociente entre la cantidad de seal til y la de ruido medido en decibelios.

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La tabla adjunta muestra las recomendaciones del C.C.I.R. sobre el nivel de seal y la relacin seal ruido en la toma de usuario: SEAL dBV 57-80 47-70 45-70 47-77 45-70 40-70 RELACION S/N 43 33 28 15 11 38

AM-TV TERRESTRE OFDM-TV TERREST 64-QAM FM-TV SAT QPSK FM-RADIO

1.4.- ESPECTRO RADIOELCTRICO. BANDAS DE FRECUENCIA El Espectro de frecuencias radioelctricas es el conjunto de ondas radioelctricas cuya frecuencia est comprendida entre 3 kilohertzios y 3.000 Gigahertzios. El espectro de frecuencias radioelctricas se divide, de acuerdo con el Reglamento de Radiocomunicaciones de la Unin Internacional de Telecomunicaciones, Anejo al Convenio Internacional de Telecomunicaciones (R. 1986\1259), en las siguientes Bandas: Banda Gama de frecuencias Designacin por su Frecuencia Ondas miriamtricas Ondas kilomtricas Ondas hectomtricas Ondas decamtricas Ondas mtricas Ondas decimtricas Ondas centimtricas Ondas milimtricas Ondas decimilimtricas 3 a 30 KHz 30 a 300 KHz 300 a 3.000 KHz 3 a 30 MHz 30 a 300 MHz 300 a 3.000 MHz 3 a 30 GHz 30 a 300 GHz 300 a 3.000 GHz VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF (muy baja frecuencia) (baja frecuencia) (media frecuencia) (alta frecuencia) (muy alta frecuencia) (ultra alta frecuencia) (super alta frecuencia) (extrema alta frecuencia)

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Asimismo, puede definirse el Dominio pblico radioelctrico como el espacio por el que pueden propagarse las ondas radioelctricas. Las bandas asignadas para los servicios de radiodifusin de Radio y Televisin son las siguientes: Onda Larga Onda Media Onda Corta VHF UHF KU 0,15 0,285 Mhz 0,52 1,605 Mhz 2,30 26,1 Mhz Banda I 47 68 Mhz Banda II (FM) 87 110 Mhz Banda III 174 230 Mhz Banda IV 470 606 Mhz Banda V 606 862 Mhz FSS Banda inferior 10,9 11,7 Ghz DBS 1,7 12,5 Ghz FSS Banda Superior 12,5 12,75 Ghz

Las bandas BIV y BV estn destinadas al servicio de radiodifusin de Televisin Terrena. 1.5.- PROPAGACIN DE LAS ONDAS ELECTROMAGNTICAS Las ondas de radio y TV son ondas electromagnticas que se transmiten a la velocidad de la luz. Cuando una antena radia, crea a su alrededor un campo electromagntico cuya intensidad es funcin de la intensidad de corriente que circula por dicha antena. Este campo electromagntico va disminuyendo su intensidad a medida que nos alejamos de foco emisor. El valor con que se atena la seal conforme se distancia del origen (cuando se propaga) depende directamente de la frecuencia, de modo que cuanto mayor sea esta, mayor es la atenuacin que va a sufrir. Las ondas radiadas por una antena pueden propagarse de dos formas distintas: Por la superficie de la tierra Por el espacio

Dependiendo del tipo de emisin (Banda de frecuencia), se producir un tipo u otro de propagacin. As pues se pueden dar los siguientes casos: a) Emisiones de onda larga: El tipo de propagacin que se produce generalmente a esta frecuencia es del tipo de onda de superficie (Fig. 4).

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b) Emisiones de onda media: las propagaciones de este tipo de emisin pueden efectuarse por el espacio o por onda de superficie c) Emisiones de onda corta: con este tipo de emisin, la onda de superficie sufre una gran atenuacin, por lo que la propagacin ms tpica es la de onda de espacio (fig 5).

d) Emisiones en Banda I de VHF: el tipo de propagacin puede ser de onda de espacio o de emisin directa rectilnea. e) Emisiones a frecuencias superiores a la banda III de VHF: la onda se propaga rectilneamente (visin directa), por lo que cualquier obstculo que se interponga puede limitar la potencia de recepcin en gran medida (fig 6).

El alcance ptico de una emisin directa viene dado segn la siguiente expresin: A = 3,6 ( H+ h) [en Km.] Donde H es la altura de la antena emisora en metros, h es la altura de la antena receptora en metros y 3,6 es un factor medio que varia segn las condiciones atmosfricas (1,25 2,5). De la anterior ecuacin se puede deducir que basta con subir la altura de la receptora para mejorar el alcance ptico de propagacin (A)

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1.5.1.- EFECTO DE LA TIERRA EN LA PROPAGACIN: 1.5.1.Las caractersticas elctricas de la tierra y su orografa influyen en la propagacin de las ondas electromagnticas. Al incidir una onda electromagntica sobre la tierra se produce una reflexin (fig. 7). La superposicin de la onda directa y la reflejada da lugar a la llamada onda de espacio. La creacin de la onda de espacio puede ser constructiva o destructiva en funcin de las fases de la onda directa y la reflejada, lo que puede resultar en variaciones apreciables de la potencia recibida respecto al valor esperado en espacio libre. La presencia de obstculos y la propia esfericidad de la tierra limitan la visibilidad entre antena transmisora y receptora. Al incidir una onda electromagntica sobre un obstculo se produce un fenmeno de difraccin por el cual el obstculo reiradia parte de la energa interceptada. La difraccin posibilita la recepcin aun en el caso de que no exista visibilidad, si bien con una atenuacin adicional respecto al espacio libre (fig. 8). A frecuencias bajas la tierra se comporta como un buen conductor, por lo que es posible inducir corrientes superficiales sobre la superficie de la tierra. A estas corrientes superficiales est asociada la onda de superficie que podr recibirse aunque no exista visibilidad entre las antenas (ver figura n 4).

Directo

Reflejadoo

Fig. 7: Reflexin

1.5.2.- EFECTO DE LA ATMSFERA EN LA PROPAGACIN: 1.5.2.La concentracin de gases en la atmsfera introduce diferencias entre la propagacin en el vaco y la atmsfera. La mayor concentracin de gases se da en la capa ms baja de la atmsfera, llamada troposfera, que se extiende desde el nivel del mar hasta unos 10 Km. de altitud aproximadamente.

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En condiciones atmosfricas normales la concentracin de gases disminuye con la altura, lo que provoca una variacin del ndice de refraccin de la atmsfera en funcin de la altura. Por tanto, la atmsfera constituye un medio de propagacin no homogneo lo que provoca una curvatura de las trayectorias de propagacin o refraccin. Adems, la presencia de gases introduce atenuacin, especialmente importante en las frecuencias de resonancia de las molculas de oxgeno y del vapor de agua, que son los gases con mayor presencia en la atmsfera. Finalmente, incidencias meteorolgicas como la lluvia pueden introducir atenuaciones adicionales en funcin de la frecuencia y la intensidad de la precipitacin.

1.6.- INTENSIDAD 1.6.Como decamos en el punto 1.1.4.-, las ondas electromagnticas que se propagan con cualquier seal de radiocomunicacin tienen una caracterstica fundamental que las difiere del resto de ondas. Esto es que se propagan a lo largo del espacio con dos niveles energticos perpendiculares entre s. Estos niveles son el vector campo elctrico (E) y el vector campo magntico (B). Y decimos que son vectores porque tienen mdulo, direccin y sentido. La direccin ya hemos dicho que es ortogonal y el sentido saliente del punto origen (fig. 9).

E

Sentido de propagacin

B Fig. 9: representacin de los vectores B y E

El mdulo de esos vectores (la longitud de estos) en ese punto del espacio es el que va a indicar el nivel o valor del campo elctrico o magntico. El nivel de seal que adopten los campos es lo que vamos a llamar como Intensidad de Campo, que puede ser elctrico o magntico. En transmisiones va radio normalmente nos va a interesar el nivel de campo elctrico, que normalmente va a venir dado por dBV. Para efectuar las medidas de este tipo de seal se emplean los analizadores o medidores de campo (fig. 10), que segn el modelo de estos, nos pueden efectuar medidas de seales de varios tipos:

Tipo A: Parte I: Conceptos Bsicos.

9

Medir la potencia de la seal digital en dBV o dBm. Medir el nivel de la seal analgica en dBV o dBm. Medir la relacin digital portadora/ruido. Funcionar como demodulador A/V sat Ajustar la polarizacin cruzada del LNB. Medir la B.E.R. (Bit Error Ratio) Medir el margen de ruido de la seal en dB....

Fig. 10: Medidor de Campo

(Gentileza de ROVER)

Tipo A: Parte I: Conceptos Bsicos.

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Capitulo

2

La seal de televisin2.1.- MODULACIN 2.1.2.1.1.- MODULACIN EN AMPLITUD (AM) 2.1.1.En un sistema de modulacin en amplitud, la seal senoidal portadora producida por un oscilador ve variada su amplitud de forma proporcional a la amplitud de la seal moduladora o informacin a transmitir.

Onda moduladora

Onda portadora

Amplitud modulada

En AM se producen dos bandas laterales, una de frecuencia igual a la frecuencia de la portadora mas la frecuencia de la seal moduladora y otra igual a la frecuencia de la portadora menos la frecuencia de la seal moduladora.

A BLI Portadora BLS

f Fp-Fm Fp Fp+Fm

Espectro de la seal modulada en amplitud

Tipo A: Parte I: Conceptos Bsicos.

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2.1.2.- MODULACIN EN FRECUENCIA (FM) 2.1.2.En un sistema de modulacin en amplitud, la seal senoidal portadora producida por un oscilador ve variada su frecuencia de forma proporcional a la amplitud de la seal moduladora o informacin a transmitir.

Onda moduladora

Onda portadora

Frecuencia modulada

El espectro de una seal modulada en frecuencia est compuesto por una raya espectral en la frecuencia de la portadora ms una serie infinita de pares de rayas espectrales, simtricamente separados de la frecuencia de la portadora por distancias de nmeros enteros la frecuencia de la moduladora.

A

f Fp-3Fm Fp Fp+Fm

Espectro de la seal modulada en frecuencia

2.2.- FORMACIN Y TRANSMISIN DE LA IMAGEN 2.2.Una imagen est formada por un determinado nmero de puntos llamados elementos de imagen o pixeles. El tamao y el nmero de elementos de imagen que entran a formar parte de la imagen es lo que va a definir la definicin de la misma.

Tipo A: Parte I: Conceptos Bsicos.

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Para que una imagen tenga definicin hace falta muchos y pequeos elementos de imagen, tal y como ocurre en una fotografa, donde el n de elementos de imagen son tantos y tan pequeos que apenas pueden ser distinguidos. Las imgenes pticas captadas por la cmara se descomponen en elementos de imagen, los cuales se transforman en impulsos elctricos, pero como no se pueden transmitir simultneamente todos los impulsos elctricos, pues seran necesarios tantos canales separados como elementos tenga la imagen, hay que transmitirlos sucesivamente, de modo que slo se transmite un elemento por vez mediante la exploracin de la imagen. Los impulsos elctricos son radiados por la antena emisora, junto con la informacin audible. El receptor ha de convertir, de forma sistemtica, dichos impulsos elctricos en pequeos elementos para reconstruir otra vez la imagen completa, como asimismo ha de restablecer la informacin de sonido. Para recomponer la imagen, manteniendo el mismo orden y posicin de sus elementos componentes, es necesaria una perfecta sincronizacin entre transmisor y receptor. La forma de realizar la exploracin de la imagen en un televisor es similar a la forma en que el lector recorre una pgina impresa, leyendo letra a letra de izquierda a derecha y descendiendo de arriba abajo. De esta forma la imagen es descompuesta en miles de impulsos elctricos que representan uno por uno los elementos de la imagen televisada. Una imagen completa de 625 lneas se llama cuadro. Cuando el haz alcanza el borde derecho del cuadro, la lnea continua de la fig.1, se mueve muy rpidamente de derecha a izquierda descendiendo hasta alcanzar el principio de la lnea siguiente, pero no se ve ninguna lnea en la pantalla del tubo durante este movimiento ya que el haz de electrones ha sido extinguido (lnea a trazos). A este intervalo de tiempo, durante el cual el haz de electrones se mueve de derecha a izquierda, se llama periodo de retorno o retrazado horizontal.

Fig. 1: Exploracin sucesiva

Tipo A: Parte I: Conceptos Bsicos.

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2.2.1.- FRECUENCIAS DE LNEAS, CUADROS Y CAMPOS: 2.2.1.a) Frecuencia de cuadro: segn la norma Europea hay que barrer o explorar 25 cuadros en un segundo; por tanto, la frecuencia de cuadro es de 25 c/s. b) Frecuencia de campo: para evitar el parpadeo se efecta una exploracin entrelazada, con lo que un cuadro queda formado por dos campos y si un cuadro se transmite o explora en 1/25 de segundo, un cuadro se transmitir o explorar en un tiempo mitad, es decir, en 1/50 de segundo. El tiempo de duracin a esta frecuencia est dado por el valor inverso de la misma: Tv = 1 / fv = 1 / 50 = 20.000 s c) Frecuencia de lneas: es el n de lneas que se transmiten o exploran en un segundo. Si el cuadro est formado por 625 lneas y en cada segundo se transmiten o exploran 25 cuadros, es que la frecuencia de lneas es de: 625 x 25 = 15.625 c/s siendo el periodo de esta frecuencia de: Th = 1 / fh = 1 / 15.625 = 64 s

2.2.2.- CARACTERSTICAS DEL SISTEMA DE TRANSMISIN DE TELEVISIN UTILIZADO EN ESPAA:

Nmero de lneas Frecuencia de campo Nmero de imgenes por segundo Frecuencia de lnea Ancho de banda de vdeo Ancho de canal de VHF Ancho de canal de UHF Subportadora de color Distancia entre portadoras de audio y vdeo Distancia portadora vdeo a borde inferior del canal Modulacin de vdeo Modulacin de audio Desviacin de frecuencia Prenfasis Relacin de aspecto Exploracin

625 50 Hz 25 15625 Hz 5 MHz 7 MHz 8 MHz 4,43 MHz 5,5 MHz 1,25 MHz A.M. negativa F.M. +1- 50 KHz 50 sg. 4/3 entrelazada

Tipo A: Parte I: Conceptos Bsicos.

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2.3.- ANCHO DE BANDA DE UN SISTEMA DE TELEVISIN 2.3.Existen diferentes estndares como pueden ser el B, el G o el I. Los estndares se diferencian generalmente por la distancia entre portadoras de vdeo, color y audio adems de por sus niveles relativos. En Espaa se utiliza cl estndar B para VHF y el G para UHF. Sus caractersticas pueden verse a continuacin:

Pv Ps

Pc

Pv: Portadora de Vdeo Pc: Portadora de Color Ps: Portadora de Sonido

Estandar B: Ancho de Banda: 7 Mhz Distancia entre Pv y Banda inferior: 1,25 Mhz Distancia entre Ps y Banda superior: 0.25 Mhz Distancia entre Pv y Pc: 4.43 Mhz Distancia entre Pv y Ps: 5.5 Mhz Diferencia en el nivel de seal entre Pv y Pc: 16 db Diferencia en el nivel de seal entre Pv y Ps: 10-13 db

Estandar G: Ancho de Banda: 8 Mhz Distancia entre Pv y Banda inferior: 1,25 Mhz Distancia entre Ps y Banda superior: 1.25 Mhz Distancia entre Pv y Pc: 4.43 Mhz Distancia entre Pv y Ps: 5.5 Mhz Diferencia en el nivel de seal entre Pv y Pc: 16 db Diferencia en el nivel de seal entre Pv y Ps: 10-13 db

Tipo A: Parte I: Conceptos Bsicos.

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2.4.- ESPECTRO. LA SEAL DE VDEO COMPUESTA. 2.4.-

Bandas I

Canal 2 3 4 L1 L2 L3 FM S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 5 6 7 8 9 10 11 12 S11 S12 S13 S14 S15 S16 S17 S18 S19 S20

Sub Banda II

S baja

III Banda Alta

S alta

Frecuencia Mhz 47 54 54 61 61 68 68 75 75 82 82 89 88 108 104 111 111 118 118 125 125 132 132 139 139 146 146 153 153 160 160 167 167 174 174 181 181 188 188 195 195 202 202 209 209 216 216 223 223 230 230 237 237 244 244 251 251 258 258 265 265 272 272 279 279 286 286 293 293 300

Port. Vdeo Mhz 48.25 55.25 62.25 69.25 76.25 83.25 105.25 112.25 119.25 126.25 133.25 140.25 147.25 154.25 161.25 168.25 175.25 182.25 189.25 196.25 203.25 210.25 217.25 224.25 231.25 238.25 245.25 252.25 259.25 266.25 273.25 280.25 287.25 294.25

Port. Sonido Mhz 53.75 60.75 67.75 74.75 81.75 88.75 110.75 117.75 124.75 131.75 138.75 145.75 152.75 159.75 166.75 173.75 180.75 187.75 194.75 201.75 208.75 215.75 222.75 229.75 236.75 243.75 250.75 257.75 264.75 271.75 278.75 285.75 292.75 299.75

Subp. Color Mhz 52.68 59.68 66.68 73.18 80.25 87.32 109.68 116.68 123.68 130.68 137.68 144.68 151.68 158.68 165.68 172.68 179.68 186.68 193.68 200.68 207.68 214.68 221.68 228.68 235.68 242.68 249.68 256.68 263.68 270.68 277.68 284.68 291.68 298.68

Tipo A: Parte I: Conceptos Bsicos.

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Hiperbanda

IV

V

S21 S22 S23 S24 S25 S26 S27 S28 S29 S30 S31 S32 S33 S34 S35 S36 S37 S38 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54

302 310 310 318 318 326 326 334 334 342 342 350 350 358 358 366 366 374 374 382 382 390 390 398 398 406 406 414 414 422 422 430 430 438 438 446 470 478 478 486 486 494 494 502 502 510 510 518 518 526 526 534 534 542 542 550 550 558 558 566 566 574 574 582 582 590 590 598 598 606 606 614 614 622 622 630 630 638 638 646 646 654 654 662 662 670 670 678 678 686 686 694 694 702 702 710 710 718 718 726 726 734 734 742

303.25 311.25 319.25 327.25 335.25 343.25 351.25 359.25 367.25 375.25 383.25 391.25 399.25 407.25 415.25 423.25 431.25 439.25 471.25 479.25 487.25 495.25 503.25 511.25 519.25 527.25 535.25 543.25 551.25 559.25 567.25 575.25 583.25 591.25 599.25 607.25 615.25 623.25 631.25 639.25 647.25 655.25 663.25 671.25 679.25 687.25 695.25 703.25 711.25 719.25 727.25 735.25

308.75 316.75 324.75 332.75 340.75 348.75 356.75 364.75 372.75 380.75 388.75 396.75 404.75 412.75 420.75 428.75 436.75 444.75 476.75 484.75 492.75 500.75 508.75 516.75 524.75 532.75 540.75 548.75 556.75 564.75 572.75 580.75 588.75 596.75 604.75 612.75 620.75 628.75 636.75 644.75 652.75 660.75 668.75 676.75 684.75 692.75 700.75 708.75 716.75 724.75 732.75 740.75

307.68 315.68 320.68 331.68 339.68 347.68 355.68 363.68 371.68 379.68 387.68 395.68 403.68 411.68 419.68 427.68 435.68 443.68 475.68 483.68 491.68 499.68 507.68 515.68 523.68 531.68 539.68 547.68 555.68 563.68 571.68 579.68 587.68 595.68 603.68 611.68 619.68 627.68 635.68 643.68 651.68 659.68 667.68 675.68 683.68 691.68 699.68 707.68 715.68 723.68 731.68 739.68

Tipo A: Parte I: Conceptos Bsicos.

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55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69

742 750 750 758 758 766 766 774 774 782 782 790 790 798 798 806 806 814 814 822 822 830 830 838 838 846 846 854 854 862

743.25 751.25 759.25 767.25 775.25 783.25 791.25 799.25 807.25 815.25 823.25 831.25 839.25 847.25 855.25

748.75 756.75 764.75 772.75 780.75 788.75 796.75 804.75 812.75 820.75 828.75 836.75 844.75 852.75 860.75

747.68 755.68 763.68 771.68 779.68 787.68 795.68 803.68 811.68 819.68 827.68 835.68 843.68 851.68 859.68

2.5.- SISTEMAS DE TELEVISIN 2.5.2.5.1.- CARCTERSTICAS DE LOS ACTUALES SISTEMASMAS DE TVC. 2.5.1.- CARCTERSTICAS A) Comunes a) Uso de la cmara tricolor b) Uso del tubo tricromo e) Uso de la correccin de gamma 4 d) Uso del principio de luminancia constante e) Uso de la codificacin y decodificacin f) Uso de bandas compartidas por imbricacin en la portadora de luminancia, de la subportadora de crominancia

B)

No comunes g) Tipo de transmisin de las seales de crominancia h) Tipo de modulacin de la subportadora i)

Las caractersticas comunes se estiman en un 90%. Las no comunes difieren en un importante 10%:

Tipo A: Parte I: Conceptos Bsicos.

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Sistema NTSC PAL SECAM

g) h) simultnea QAM directa, con I/Q simultnea QAM alterna, con V/U secuencial FM, con v/u

Los sistemas PAL y SECAM, se basan en el sistema prototipo NTSC. 2.5.2.- SISTEMA NTSC 2.5.2.El NTSC es el primer sistema de televisin en color compatible. Se basa en la transmisin simultnea y separada de las seales de luminancia y crominancia, con imbricacin de las bandas de frecuencia de la modulacin de color en la banda de luminancia, con transmisin del color en banda reducida, por modulacin en cuadratura y demodulacin sncrona

2.5.3.- SISTEMA PALEl sistema PAL surge como consecuencia de la correccin del error de fase diferencial (error de tinte en la pantalla del receptor) del sistema NTSC. Salvo pequeos detalles circuitales, es anlogo al NTSC.

2.5.4.- SISTEMA SECAM 2.5.4.Respecto al NTSC, tambin el SECAM comporta la mejora de los tintes falsos producidos por errores en la cadena de transmisin. Lo mismo que el PAL, se basa en la hiptesis de que la informacin de color no vara esencialmente de una lnea a otra, y en que el ojo no percibe ninguna molestia si la resolucin vertical de crominancia se reduce en cierto grado.

Tipo A: Parte I: Conceptos Bsicos.

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Capitulo

3

La televisin digital3.1.- DIGITALIZACIN DE LA IMAGEN 3.1.Desde el principio de la televisin hasta hace poco tiempo siempre ha existido una tecnologa analgica para la mayor a de los procesos que sigue la seal desde la produccin hasta nuestros televisores. En la actualidad la realidad ha cambiado ya que la evolucin de la tecnologa ha permitido la migracin hacia la tecnologa digital. Ya que un sistema de televisin digital genera datos digitales y puesto que el receptor necesita trabajar con datos digitales, es lgico (y deseable) que el paso intermedio, que es la transmisin se haga tambin digitalmente. De esta forma todos los procesos, desde la captacin hasta la exhibicin se realizan en el dominio digital. Esto supone una serie de ventajas: Mayor potencia emitida: los canales digitales necesitan mucha menos potencia que los analgicos, para proporcionar prestaciones similares. Mejor utilizacin del espectro: con la modulacin digital es posible repartir la energa de la informacin de forma mucho mas regular sobre el ancho de banda disponible: esto permite utilizar niveles de potencia ms pequeos, de manera que no se interfiere a los canales vecinos. De esta forma es posible recuperar los denominados Canales Tab. Ms capacidad por canales de Informacin: imprescindible en los nuevos servicios de televisin digital, como Vdeo a la carta, o Vdeo casi bajo demanda. Mayor calidad en recepcin: siempre que no se superen unos ciertos limites, el canal de transmisin digital resulta transparente a la seal que transporta. Ms resistente a las imperfecciones del equipo o del canal: la calidad de la seal recibida depende, bsicamente, de los parmetros de la norma de codificacin, y es altamente independiente de la calidad de los equipos de transmisin. Integracin de vdeo, audio, voz y datos en un solo canal: en la transmisin analgica, los distintos tipos de informacin necesitan distintos tipos de portadoras. En la transmisin digital todo son bits de manera que una misma portadora puede transportar cualquier tipo de informacin.

Tipo A: Parte I: Conceptos Bsicos.

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El hecho de que pasar una imagen de vdeo de su formato analgico a digital supone un consumo de recursos de velocidad y ancho de banda sumamente elevado. En este proceso se siguen dos pasos principales que son el muestreo y la cuantificacin. Haciendo unos nmeros sencillos, supongamos el ancho de banda de un canal de televisin, 7 MHz. Segn el Teorema de Nyquist, para poder reconstruir una seal analgica despus de haberla convertido a digital es necesario que las muestras que se tomen de sta, se tomen por lo menos al doble de velocidad de la componente frecuencial ms alta de la seal. En este caso, sera necesario tomar 14.000.000 de muestras por segundo (14 MSPS). En la prctica no se pueden emplear velocidades de muestreo indiscriminadamente altas, ya que sta determina la cantidad de informacin que se enva por segundo, y, por tanto, el ancho de banda necesario para su transmisin.

Seal

M uestreada

Tren de im pulsos

Proceso de muestreo de una seal analgica

Cada muestra se cuantifica con una serie de bits. Si se cuantifica con pocos bits, ser una imagen con mucho ruido de cuantificacin, o lo que es lo mismo, al recuperarla el efecto ser el de una imagen pobre en la que los colores y la luminosidad no se ajustan a la realidad. Un nmero de bits razonable seria 8. con los cuales podemos manejar hasta 256 niveles diferentes. La seal muestreada es la seal analgica original de la que solo se transmiten ciertos valores, pero sigue siendo una seal analgica. Para convertirla en digital ser necesario codificar digitalmente cada una de las muestras.

3.2.- CODIFICACIN. 3.2.Esta codificacin es funcin de la cuantificacin elegida para cada nivel muestreado, entendindose como cuantificacin el nmero finito de valores que se consideren para cada muestra.

Tipo A: Parte I: Conceptos Bsicos.

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El circuito que codifica digitalmente la seal se denomina conversor analgico digital y en funcin de sus caractersticas (nmero de bits por muestra) se obtendr la cuantificacin elegida.

Seal Analgica a

Seal Digital

Muestreador

Conversor A/D

Conv. Paralelo Serie

fm

As, si la cuantificacin se realiza con un byte (8 bits) el nmero de valores que puede tener el nivel muestreado ser de 28, es decir, 256 valores. La eleccin de la cuantificacin depende del tipo de seal y de la calidad deseada, ya que este proceso aporta ruido, denominado ruido de cuantificacin. Para una seal analgica de amplitud variable en el rango de +A/-A, se denomina paso de cuantificacin (P): P = 2 A / 2n (donde n es el nmero de bits elegidos por muestra.)

Una vez codificadas las muestras, se genera una trama de bits en serie cuya frecuencia depende del nmero de bits por muestra y de la frecuencia de muestreo. La tasa binaria es la cantidad de bits por segundo generados. Es decir, la frecuencia de bit. Si fm es la frecuencia de muestreo y n el nmero de bits por muestra, la tasa binaria ser: Tb = fm x n 3.3.- COMPRESIN. SISTEMAS La compresin digital es importante debido a que no son prcticos la transmisin y el almacenamiento de la seal digital de vdeo a un coste razonable si no se reduce el ancho de banda. El proceso de digitalizacin (conversin de analgico a digital), puede realizarse ms eficientemente si no se realiza un muestreo uniforme. Pensemos en el caso de una seal de blanco y negro estable. La calidad de la imagen se mantiene si utilizamos una tcnica de muestreo adaptativo. El truco est en muestrear de un modo ms preciso las partes de la imagen a las cuales es ms sensible el ojo humano, mientras que se puede muestrear de un modo menos preciso las partes de la imagen a las cuales el ojo es menos preciso.

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El mismo proceso puede llevarse a cabo con una seal de color, pero la complejidad es mucho mayor ya que el ojo humano discrimina mucho mejor entre diferencias de colores que entre diferencia de luminosidad La compresin de la imagen es el proceso para reducir el nmero de bits requerido para representar una imagen. Comienza con un codificador, un dispositivo que realiza esencialmente tres funciones: Mapeador: cambia la informacin de pxeles por coeficientes matemticos que son ms fciles de cuantificar y codificar (nmeros). Cuantificador: redondea los coeficientes a un conjunto menor de posibles valores. Codificador: el codificador asigna una palabra cdigo a cada salida del cuantificador.

La compresin de la imagen es posible dado que tpicamente, un pixel depende de los valores de sus vecinos. Cuanto ms dependencia exista, mayor compresin ser posible. Por ejemplo, vistas grandes de un cielo sin nubes implica que es necesaria muy poca informacin para transmitir toda la imagen.

MAPEADO

CUANTIFICACIN

CODIFICACIN

Para reducir la cantidad de informacin, se aplican dos diferentes codificaciones que la comprimen: 3.3.1.- CODIFICACIN ESTADSTICA Esta codificacin, previa a la codificacin MPEG, se puede realizar debido al funcionamiento y definicin del estndar para la televisin, donde los sincronismos de cuadro, los sincronismos de lnea y los prticos de sincronismo son claramente predecibles. Estos pueden codificarse de forma sencilla, de tal manera que no suponen un incremento apreciable de ancho de banda. 3.3.2.- CODIFICACIN MPEG El MPEG (grupo de expertos en imgenes en movimiento), toma las seales de audio y vdeo y las convierte en paquetes de informacin digital, de forma que puedan ser transportadas en redes de comunicaciones con mayor eficiencia. MPEG comprime las seales de audio y vdeo, desechando gran parte de la informacin redundante de las mismas, consumiendo menos ancho de banda y manteniendo la calidad de transmisin, desde la generacin de la seal hasta la decodificacin y presentacin de la misma.

Tipo A: Parte I: Conceptos Bsicos.

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La codificacin MPEG determina una estructura de informacin de vdeo digital, audio y datos asociados. Normalmente, cuando se habla de televisin digital, se refiere al estndar MPEG-2, que es la continuacin del MPEG- 1, desarrollado inicialmente para aplicaciones de CD interactivo. La codificacin denominada MPEG-l reduce el estndar de televisin americano NTSC y los europeos PAL y SECAM al formato SIF (4:2:0 reducido). Aunque MPEG-l puede codificar imgenes hasta 4096 X 4096 pixeles y 60 tramas por segundo, muchas aplicaciones utilizan el formato llamado CPB (Constrained Patameter Bitstream Limitador de flujo de bits), con una tasa binaria mxima de 1.86 Mbps (para aplicaciones en CD-i) y comprime adecuadamente la resolucin SIF. MPEG2 es adaptable a diferentes tcnicas de almacenamiento o medios de transmisin. Las seales de este tipo pueden ser enviadas sobre cualquier combinacin de redes, incluyendo difusin directa por satlite (DBS), sistemas de distribucin multicanal por microondas (MMDS), redes de telefona local y a larga distancia, redes de televisin por cable y redes de televisin terrestre. La tarea bsica de MPEG es tomar las seales de audio y de vdeo y convertirlas en paquetes de informacin digital, de forma que puedan ser transportadas en redes de comunicaciones con mayor eficiencia. MPEG comprime las seales, desechando gran parte de la informacin redundante de las mismas, consumiendo menos ancho de banda y manteniendo la calidad de transmisin, desde la generacin de la seal hasta la decodificacin y presentacin de la misma. Compresin de informacin de vdeo La compresin de la informacin de vdeo se realiza desde dos vertientes, espacial y temporal. La primera explota la existencia de informacin redundante dentro de una imagen y la pequea sensibilidad del ojo humano al color, y la segunda se basa en el hecho de la alta correlacin entre imgenes consecutivas. Mediante el uso combinado de ambas se consignen altos niveles de compresin. En cualquier caso se trata de conseguir que la prdida de informacin sea imperceptible para el usuario, en funcin del nivel de calidad elegido. A continuacin se exponen unas ideas bsicas sobre compresin temporal y compresin espacial. Compresin temporal: las tramas de vdeo se dividen en regiones de 8x8 pixeles, llamadas bloques, y cuatro bloques forman a su vez un macrobloque de 16x 16 pixeles. Estos bloques y macrobloques, que no cambien en cuadros sucesivos, se agrupan formando rodajas para poder sincronizarlos y no se vuelven a codificar.

Esta estructura permite resincronizarse al receptor, en el caso de errores en transmisin, una de ellas comienza con una cabecera nica.

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Compresin espacial: dos aspectos: 1. Eliminacin de informacin no perceptible: el MPEG y JPEG aprovechan las caractersticas del ojo humano y eliminan la informacin que no es visible, como la informacin de color de alta frecuencia, el ojo es mucho ms sensible a la luz que al color por su constitucin fisiolgica (mayor nmero de bastones que de conos). Cuando la informacin se restituye, el ojo no nota los cambios en la imagen por la prdida de informacin. Por este motivo se elige un submuestreo de crominancia en funcin del servicio al que va dirigido. 2.Eliminacin de la informacin redundante: las seales R, G, B, traducidas a los vectores Y, U y V de 1 pixel y conveniente muestreadas determinan la informacin del pixel.

Para realizar la compresin, los bloques son trasladados al dominio de la frecuencia espacial (H y V) mediante el uso de la transformada discreta del coseno. La transformacin convierte los datos en una serie de coeficientes que representan las amplitudes de las funciones coseno en frecuencias crecientes. La transformada del coseno tiene la caracterstica de concentrar la mayor parte de la informacin en un reducido nmero de coeficientes. Aplicando un proceso de cuantificacin se eliminan los menos significativos reducindose considerablemente la informacin.

3.4.- MODULACIONES DIGITALES. 3.4.1.- MODULACIN DIGITAL QPSK Normalmente se emplea en sistemas de TV digital por satlite. Este sistema de modulacin digital consiste en desfasar la portadora 90, generando dos portadoras, una en fase (0) y otra en cuadratura (90), que se multiplican cada una de ellas por dos seales digitales. Sumando estos dos productos se obtiene la seal modulada en QPSK.I 0 / 1800

Entrada RF

90

Salida RF

0 / 180

Q

Como las variaciones de fase son de 90, los fasores estn siempre perpendiculares o en cuadratura, por lo que a este tipo de modulacin se le denomina tambin PSK en cuadratura o QPSK.

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Si quisiramos transmitir en QPSK la secuencia 11011000101011, comenzaramos por dividir dicha secuencia en dibits (conjuntos de dos bits): 11 01 10 00 l0 10 11. Con dos bits pueden obtenerse cuatro combinaciones, de forma que a cada combinacin le corresponde uno de los cuatro posibles estados de fase: Bl 0 0 1 1 B2 0 1 0 1 FASE 0 90 180 270

De esta forma, los cambios de fase transmitidos seguiran la secuencia siguiente: 270, 90, 180, 0, 180, 180, 270. Esto supone una ventaja enorme, puesto que al reducir el nmero de transiciones a la mitad, se reduce el ancho de banda necesario en la misma proporcin. Podra pensarse en un modulador PSK de 8 fases, cada una espaciada 45, donde cada estado de fase codificara 3 bits, o en un modulador de 16 fases capaz de transportar 4 bits por estado, etc. En realidad esto es perfectamente posible y de hecho existen moduladores de este tipo que se emplean en ciertas aplicaciones. El problema es que a medida que aumenta el nmero de fases validas, el demodulador debe ser capaz de discernir entre valores cada vez ms prximos, de manera que pequeas alteraciones de fase que pueden ser consecuencia de interferencias, retardos diferenciales de propagacin, etc., pueden confundir al demodulador y alterar la informacin recibida. La modulacin QPSK se puede representar mediante el diagrama de constelacin:

Q

10

_

+

00CUATRO ESTADOS DE FASE

I +UN MXIMO DE DOS BITS CODIFICADOS

11

-

01

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3.4.2.- MODULACIN DIGITAL QAM Normalmente se emplea en sistemas de TV digital por cable. La modulacin QAM (Quadrature Amplitude Modulation) utiliza tanto la modulacin o variacin de amplitud como de fase. Por tanto, puede considerarse como una combinacin de ambos tipos de modulacin. Esto permite codificar muchos estados distintos en cada smbolo, lo que permite codificar muchos bits, incluso con muy baja frecuencia de smbolos.Canal I 0 0 / 180 Entrada Canal Q 0 / 180 Datos Atenuador lineal Salida

Atenuador lineal

90aDatos

Para incorporar los cambios de amplitud, es necesario aadir un atenuador lineal al codificador QPSK, de manera que cada uno de los fasores I-Q pueda tambin variar de amplitud. Si aadimos un atenuador lineal de dos estados, dispondramos de 16 vectores en el diagrama I-Q. La representacin grfica de la siguiente figura muestra la localizacin de estos vectores, en el diagrama de constelacin. En este caso tendramos un 16 QAM, puesto que 2 4 =16. La modulacin 16 QAM puede transmitir cuatro bits por smbolo, (4bps/Hz). Por smbolo se entiende la transmisin de un estado de fase y de amplitud.

Q 0000

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16 QAM

I

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Si se aplica un atenuador lineal de cuatro estados a I y Q se obtiene un 64QAM con una eficacia de 6 bps/Hz. Por tanto, Por qu no utilizar esquemas del tipo 256, l024...QAM? Pues porque antes o despus se encontrara un punto en el que las desventajas superaran a los beneficios. En este sentido hay que considerar:

Coste del equipamiento Complejidad del equipamiento (especialmente del decodificador) Sensibilidad al ruido. Potencia de transmisin necesaria (para compensar el ruido).

3.4.3.- MODULACIN DIGITAL COFDM Normalmente se emplea en sistemas de TV digital terrestre. El principio bsico de este sistema de modulacin consiste en utilizar un n grande de portadoras equiespaciadas en frecuencia y moduladas cada una de ellas en QPSK o QAM, de forma que toda la informacin a transmitir se reparte entre ellas. Todas las por